Kronik: Bioethanol udnytter halmen alt for dårligt

Lars Yde er specialkonsulent og projektleder af methaniseringsprojektet MeGa-stoRE, DTU Mekanik.

De konkrete planer om at opføre et bioraffinaderi til ethanolproduktion i Maabjerg ved Holstebro er højst problematiske.

I den kritiserede rapport fra Energistyrelsen sættes produktionsprisen for en liter bioethanol til iblanding i brændstof til biler til 6,50 kr., hvorimod Jørgen Udby og Maabjerg Energy Concepts beregninger viser, at man på det kommende anlæg ved Holstebro vil kunne producere bioethanolen for 5 kr. pr. liter.

Men, det er slet ikke et spørgsmål, om det koster 6,50 kr. eller 5,00 kr. at producere en liter ethanol. Det ene tal kan være lige så rigtigt som det andet. Problemet er, at vores vigtigste biomasse-ressource, nemlig halmen, udnyttes alt for ringe ved omsætning til andengenerations bioethanol.

Ved omsætning af halm til biogas er prisen ca. 3,5 kr. pr. m3 methan, svarende til ca. 0,35 kr./kWh, hvor kWh-prisen for ethanol ved en pris på 5 kr. pr. liter bliver 0,77 kr./kWh eller 1,0 kr./kWh hvis vi bruger Energistyrelsens tal. Det er således langt billigere at producere brændstof til transportsektoren i form af biogas end i form af ethanol.

På grund af den ringe udnyttelse af halmen ved forgæring til ethanol skal der transporteres halm fra en radius på op til 100 km fra værket. Det betyder, at en væsentlig del af Jyllands halm derfor ikke kan anvendes til biogasproduktion. Derudover sker der ikke ved ethanolproduktion som ved biogasproduktion en tilbageførsel af kulstof og gødning til landbrugsjorden.

Energistyrelsen udgav i marts 2014 ‘Energiscenarier 2020, 2035, 2035’, som beskriver fire forskellige scenarier for energisystemer baseret på 100 pct. vedvarende energi. I to af scenarierne er vi selvforsynende og i to er der import af biomasse.

Det fremgår også af rapporten, at det er biomassen, der er flaskehalsen, ligesom forskere på SDU har påvist, at biomasseforsyningen også globalt set bliver den største udfordring og den begrænsende faktor i et vedvarende energisystem.

Det vil derfor være klogt at satse på de selvforsynende scenarier, ikke fordi vi ikke skal handle med biomasse på internationale markeder, for det skal vi naturligvis; men fordi det af hensyn til forsyningssikkerheden er klogest kun at være afhængig af den mængde biomasse, vi selv har til rådighed, og fordi vi dermed også repræsenterer et bæredygtigt system, som andre vil kunne kopiere.

Det kan vise sig endnu mere usikkert at være afhængig af andres landes biologiske ressourcer og deres prioritering af arealanvendelse, end det i dag er at være afhængig af andre andres olie- og gasleverancer.

Ethanol er som en hund i et spil kegler i forhold til det fremtidige energisystem.Lars Yde

Derfor er det helt afgørende, hvordan halmen udnyttes. Halm kan enten anvendes i til produktion af andengenerations bioethanol eller til bionaturgas. Anvendes halmen til bionaturgas, som er biogas opgraderet med brint, kan der produceres ca. dobbelt så meget brændstof til transportsektoren, som hvis halmen anvendes til produktion af bioethanol.

Ved opgradering af biogas med brint produceret ved hjælp af vindkraft bliver vindkraft tilmed lagret i naturgasnettet, hvilket ikke vil ske ved ethanolproduktionen på Maabjerg-raffinaderiet. Opgraderet biogas vil kunne produceres til ca. 0,60 kr. pr. kWh uden tilskud.

Det er grunden til, at bioethanol ikke indgår i Energistyrelsens selvforsynende scenarier for 100 pct. vedvarende energi i 2050. Der er ikke råd til at spilde halvdelen af biomassepotentialet ved at producere bioethanol frem for bionaturgas. Ud over at bionaturgassen kan anvendes som brændstof i transportsektoren, kan den erstatte den fossile naturgas i naturgasnettet og dermed bruges i de decentrale kraftvarmeværker, når vinden ikke blæser og solen ikke skinner.

Ethanol er som en hund i et spil kegler i forhold til det fremtidige energisystem. Ethanolproduktion kommer på tværs af omstillingen fra naturgas til bionaturgas, fordi halm er helt afgørende i denne nødvendige omstilling for at udfase den fossile naturgas. Bionaturgassen skal på sigt erstatte al fossil naturgas, og derudover dække en væsentlig andel af brændstofforbruget i transportsektoren. Det er kun muligt, hvis det samlede halmpotentiale anvendes til biogasproduktion.

Ved ethanolproduktion sker der heller ikke en konvertering af vindkraft til brændstof, og effektiviteten i ethanolprocessen er så ringe, at det vil blive meget vanskeligt og dyrt at omstille energisystemet til 100 pct. vedvarende energi, hvis halmen bruges til ethanolfremstilling.

3D-visualisering af Maabjerg Energy Concept. Den planlagte bioethanolfabrik bliver verdens største. (Illustration: Cowi)

Kommentarer (8)

Både forgasning og gæring til hhv. biogas og ethanol giver et restprodukt, der skal tages i betragtning i en helhedsløsning.
Kronikke tager overhovedet ikke højde herfor.

Venligst udbyg kronikke med oplysning om evt. udnyttelse af restproduktet.

Der tages heller ikke hensyn til samfundsværdien af hhv. biogas og ethanol, der jo typisk vil blive brugt i transportsektoren.
Hvilke brændselstyper bliver fortrængt af hhv. biogas of ethanol, og til hvilken pris.

  • 5
  • 0

Hvilke brændselstyper bliver fortrængt af hhv. biogas of ethanol, og til hvilken pris.

Både Biogas og Ethanol kan erstatte alle andre kulstofbaserede brændsler.
Prisen pr 3.6 MJ (Kwh) er nævnt i kronikken.

At nogle så sværger til det ene eller andet i forbindelse med deres foretrukne ideer er irrelevant.

Det vi skal kigge på er samlet brugbar udnyttelses grad pr tons tørstof ved forbrugeren. + prisen for processering af Bio-massen.

Hvis 90-95% er muligt for Y kroner
Hvis 50% er muligt for X kroner
Hvis 20% er muligt for Z kroner

Hvis Prisen Z =Y/5 så har vi samme pris pr brugbar energi men smider 80% af energien i skralde spanden. Ergo er Z ikke synderlig smart.

  • 0
  • 0

Rigtigt set. Det er nok bevidst fra "specialkonsulentens" side, da han jo er godt engageret i biogas-sektoren. Det kan vel næppe være uvidenhed?

  • 0
  • 0

Elektrisk strøm og kemisk binding har det til fælles at det er elektronerne der er energibærere. Det er derfor elektrolyse er en mulighed. I den elektriske leder overføres energi ved at elektronerne i lederen vandre mellem to forskellige poler. I den covalente kemiske binding lageres energi ved at to elektroner med forskellige kvantetal parre sig. To elektroner med forskellig spintal udgør en covalent binding. Covalente bindinger er stærke og energirige bindinger. Den covalente binding er en oplagt mulighed for lagring af energi som ikke produceres og forbruges kontinuert, f.eks. vind og sol energi.

Biogas og etanol. Udgangspunktet er for begge produkter er fermentering af biomasse. For at tage det sidste først kan biomassen være mindre eller mere egnet til at fermenterer på og dette forhold er stærkt afhængig af cellulose indholdet i biomassen. Man gør det ikke let for sig selv ved at vælge biomasser som halm og træ at fermentere på. Bioaffald fra husholdningerne, slagterirerne og fødevarehandlen er en bedre kandidat da cellulose procenten er lavere og fedt og protein procenten er højere. Dermed er carbons gennemsnitlige redoxtal lavere i organisk bioaffald end carbons gennemsnitlige redoxtal er i træ og halm. Produkter hvor carbon har et lavt redoxtal er ønskelig (eks metan, -4) og produkter hvor carbon har højt redoxtal er ofte uønskelige (eks CO2, +4).

Produktet metan. Det er muligt at reducerer carbon fra sukkerstoffer 100 % og dermed mener jeg at al carbon i processen er i sit laveste oxidationstrin OT = -4 altså metan. Almindeligvis kan fermentering af sukkerstoffer til metan udtrykke således
C6H12O6 => 3 CH4 + 3 CO2

Ved at berige med hydrogen fremstillet fra elektrolyse af vand med vindmøllestrøm eller solcellestrøm ser reaktionen således ud:

C6H12O6 + 12 H2 => 6 CH4 + 6 H2O

Fordelen ved at berige med brint i den anden reaktion er at halvdelen af den produceret metan er ren energilager for vind eller solstrøm. Kun halvdelen af metanens energi stammer fra biomassen.

Der er klart at der sker nogle konverteringstab i processen men det er ikke det samme som energitab. Afhængig af process designet vil konverteringstabene kunne omsættes mere eller mindre til processenergi f.eks. opvarmning af en bioreaktor.

C2H5OH (du aldrig glemme må). Ethanol er klart også et værdifuldt produkt og den klassiske reaktion kan udtrykkes

C6H12O6 => 2 C2H5OH + 2 CO2

Det er vel klart at produktet CO2 i denne reaktion også kan reduceres til metan vha. hydrogen.

Mikroorganismer som bakterier og gærsvampe kan designes vha. gensplejsning til at udtrykke endnu mere værdifulde produkter end metan og ethanol. Men det er en længere diskussion.

Med venlig hilsen Peter Vind Hansen

  • 4
  • 0

Fik lige tjekket lidt baggrundsmateriale.
Fra den tidligere artikel her på ing. dk
http://ing.dk/artikel/inbicon-laegger-data...

kan man se at ethanolanlægget pr ton halm tørstof producerer 6,5GJ ethanol og desuden har en energieksport fra biprodukterne på 0,5+8,2-4,2+2,3GJ = 6,8GJ. Samlet giver et ton halm altså

1806 kWh ethanol
1889 kWh energi mix (brændsel og gas)
3695 kWh energi i alt

Biogas på halm giver i følge svenske erfaringer 265 m3/ton med 70% methan. (http://eks.standout.se/userfiles/file/Biog...) .
Omregnet til 97% methan med et energiindhold på 10kWh/Nm3 fås 1850 kWh biogas (97%).
Udnyttelsen af halmens energi ved biomassefremstilling er således kun 50% i forhold til et ethanolanlæg, og det endda uden at medregne biogasanlæggets eget forbrug af energi.

Grunden til at Måbjerg anlægget kan hente halm fra en radius på 100 km skyldes nok snarere at anlægget har en meget høj kapacitet, mere end at det "udnytter halmen dårligt".

På den baggrund bliver hele indlægget fra specialkonsulenten en underlig omgang. Hvis biomassen er flaskehalsen, så må netop den højere energi-udnyttelse fra ethanolværket, og synergierne med det eksisterende biogas-gylle-anlæg jo netop være en fordel.

Og i øvrigt er bionaturgas biogas som er oprenset (dvs CO2 er fjernet fra biogassen), men der er projekter igang med udnyttelse af brint, som også Peter Vind Hansen lige har beskrevet. PVH nævner også at forskellige affaldstyper er meget mere velegnede som biogas-føde.

Det mest oplagte er vel at halm er særdeles velegnet til stor-skala-ethanolproduktion, og biogas hovedsageligt bør fremstilles af andre typer affald og gylle, og det supplerer jo hinanden ganske godt.

  • 1
  • 0

Re: Restproduktet
Både Biogas og Ethanol kan erstatte alle andre kulstofbaserede brændsler.
Prisen pr 3.6 MJ (Kwh) er nævnt i kronikken.

Til fly?
You must be joking

NOT.
Kan Bio-Ethanol bruges i eksisterende fly: JA
Kan bio-Ethanol bruges i ALLE eksisterende fly: NEJ

At benytte Bio-masse i fly hvor den totale virkningsgrad pr tons tørstof kommer ned under 10% er fuldstændigt hjernedødt!

Ganske ligesom at benytte Bio-masse til biler (både gas og Ethanol) også er hjernedødt fordi den totale effektivitet kommer ned omkring 20%

Der hvor Bio-masse kan benyttes billigst og med bedst virkningsgrad er som erstatning for kul i kraftvarmeværker.
Lagring af energi bio-masse energi er ekstrem billigt da det kun kræver et simpelt halvtag, eller udskydning af høst (energipil). hvor det så bare venter på at kunne fyres af.

Og så længe vi har import af bio-masse så givet der absolut INGEN mening af bruge bio-masse steder hvor total effektiviteten er lavere end kraftvarmeværker.

100Mwh Bio-masse tørstof i kraftvarme:
60-65Mwh varme hvor den effektivt hos forbrugeren er 50 Mwh
30 Mwh el, hvor den effektivt hos forbrugere udenfor fjernvarme systemet, og med Varmepump COP3 kan blive til 90Mwh

50+90=140 Mwh brugbar energi pr indfyret 100Mwh tørstof.

Så længe vi brænder kul og importerer Bio-masse til kraftvarmeværker.
Er det rendyrket ressourcespild, at bruge bio-masse til andet end kraftvarme!

  • 2
  • 0

Det er jo stadig ikke enten-eller, men både-og. F.eks er DONG igang med at flytte kraftvarmen fra kul over på biomasse, men her er det mest træpiller og flis som kommer i anvendelse. Dertil kommer dog at selv kraft-delen (el-produktion) jo på kraftværkerne bliver mindre og mindre i takt med at vind, sol, og el-handlen med vores naboer stiger. http://www.dongenergy.com/da/omstillingen-....
Grunden til at der bruges træpiller er måske at prisen på det importerede brændsel er lavere end prisen på halm, men det er kun et gæt. Jeg ved heller ikke om træflis og træpiller er anvendelige i biogas eller ethanolproduktion.

Udfordringen er jo at finde biobaserede brændstoffer til transportsektoren, og her er kraftvarmen ikke engang en delvis løsning før elbiler har en betydningsfuld andel.

Komprimeret biogas fremstillet af affaldsprodukter kan jo godt bruges til f.eks busser eller skraldebiler, selvom der ikke findes mange gas-køretøjer endnu, mens ethanol fra halm snildt kan anvendes i de lette køretøjer. Hertil kommer anvendelserne af brint, f.eks direkte i brintbiler, eller som tidligere nævnt til at forøge effektiviteten af biogas-delen fra ethanol- eller biogasværkerne. Samt el fra andre kilder. Jeg tror at alle teknologier skal i spil for at dække behovet mest effektivt. Og så burde afgifts- og tilskudssystemerne skrues sammen sådan at de tillader fri konkurrence mellem teknologierne.

  • 0
  • 1