Fett [g] 101 81 85 267 Kolhydrater [g] 366 295 310 971 Protein [g] 105 84 89 278 Energibehov [MJ] 11,7 9,4 9,9 31 1 Män 18–30 år 2 Kvinnor 18–30 år 3 Flickor och pojkar, 10–17 år
(Tetens, et al., 2013)
Urvalet är tänkt att representera en godtycklig familjs näringsbehov, samt även markera en övre gräns då dessa utvalda åldersgrupper har det högsta näringsbehovet. Hushållet består i modellen av tre personer där energi-och makrobehov uppskattas utifrån Tabell 2.5.
20
3. Metod och modell
Modellen beskriver en gård/tomt för ett enfamiljshushåll med tre personer. För att erhålla krävd landareal kommer material-och energibalanser att beräknas över samtliga komponenter i systemet. Odlade grödor samt fisk kommer att konsumeras och både rest-och matavfall kommer att användas som substrat i biogasanläggningen. Gården kommer även att inkludera svin då dessa producerar mycket gödsel i form av avföring som kan användas för att erhålla en större mängd biomassa, tillsammans med hushållets avloppsavfall.
För biogasens kvalitet och sammansättning är en mer noggrann analys av substratet önskvärd men i denna modell kommer tidigare analyser av liknande substrat användas för uppskattning av viktiga parametrar. En sammanställning av biogaspotential från mat-och avfall som substrat utfördes 2012 av (Iacovidou, et al., 2012) för att fastställa dess potential i Storbritannien. Denna sammanställning tillsammans med en serie försöksexperiment av (Koch, et al., 2016) kommer att användas som två av underlagen för modellens substrat.
Författarna poängterar att denna typ av biomassa varierar kraftigt på grund av dess spridda sammansättning av protein, kolhydrater och fett men även förekomsten av ben, kultivering och grödornas mognad vid skörd. Dessa osäkerheter gäller även i denna modell då odling och skörd samt begränsningen i variation i odlingslandskapet varit en faktor.
3.1 Systemmodell och antaganden
3.1.1 Ytor
Enligt EU-förordningar kräver växande svin minst 1 m2 som minsta boxarea och samma siffra för Sverige ligger på 1,51 m2 (Subotin, 2012). För enkelhetens skull används EU:s siffra i modellen. Växande svin definieras som svin upp till 110 kg och en översiktsundersökning av 21 svinfarmar i Ontario utförd av (Fleming, et al., 1999) rapporterades data för medelvikt, vattenförbrukning och utfodring bland annat. De fann att svinen vägde i genomsnitt 66 kg och förbrukade 5,54 liter vatten per dag. Utfodringen är enligt (Göransson, 2009) 34 MJ per dag vid 60 kg vikt och ökar sedan med 0,5 MJ per kg och dag. I modellen slaktas grisarna vid 100 kg vilket innebär en utfodring på 12 460 MJ per kvadratmeter och år. Denna utfodringen kommer i modellen bestå av majs som i sin tur kan producera majsensilage. Majsfoder odlat hydroponiskt kan enligt (Lozano, et al., 2016) ge en avkastning på upp till 137 kg torrvikt per kvadratmeter och år vilket kommer att användas i modellen.
I en annan rapport utförd av (Ekström, 2008) rapporterades det även att dessa tillväxtsvin
producerade ca. 6 m3 gödsel per år (fast-och flytande). En annan rapport producerad från (CAEEDAC, 1999) som ett försök att fastställa biogaspotentialen från gödsel från gris fann att samma siffra för gödselproduktion låg på 5–9 m3 och att ett medelstort vuxet svin (68 kg) hade en gödselpotential på 2 kg om dagen. (Hamilton, et al., u.d.) rapporterar om 3,6 kg gödsel per dag och 14 m3 och (Chastain, et al., 2003) 5,14 kg. Med dessa data kan en approximation göras för en kvadratmeter svinhage i systemet vilket visas i Tabell 3.1.
Tabell 3.1 - Uppskattade värden för en svinhage.
Enhet Yta [m2] Foderkonsumtion [MJ/år]
Vattenkonsumtion [l/år]
Gödsel [kg/år]
21
Den andra komponenten i systemet är akvaponin bestående av tilapiaodling tillsammans med grödor. Ett försök utfördes av (Love, et al., 2015) där ett sådant system under två år driftades i ett försök att studera avkastningen av diverse grödor, men även fiskproduktion.
Totalt användes 10,3 m3 fiskodling fördelat på fyra tankar och en odlingsyta på 13,4 m2. Fiskproduktionen var i snitt över två år 123 kg och skördade grödor var 358 kg. Vatten- och
elkonsumtion dokumenterades, vilket kommer att användas i modellen. Foderåtgång för 1 kg tilapia noterades vara 1,3 kg/år.
Detta fiskfoder har uppskattats utifrån en önskvärd näringssammansättning listad av (Alriksson, 2015) som utfört experiment för att skapa fiskfoder av skogsråvaror. Med detta tillsammans med värden på energiinnehåll i respektive makronutrient kunde näringsvärdet för fiskfodret uppskattas, se Tabell 3.2.
Tabell 3.2 - Uppskattat näringsvärde i fiskfoder.
Näringsvärde g/100g kcal/100g kcal/kg MJ/kg Protein 48 192 1920 8 Kolh. 37 148 1480 6 Fett 5 45 450 2 Totalt 90 385 3850 16
Samtliga använda parametrar presenteras i Tabell 3.3. Ett antagande om storleken för fiskodlingen kommer att vara att tanken har en konstant höjd på 2 m. Detta ger att en tank på 1 m2 ger en volym på 2 m3 och alltså ca. 24 kg fisk per år. Samtidigt antas förhållandet mellan fiskodling och grödor vara samma som i studien av (Love, et al., 2015). Dvs. att fisktanken växer i förhållande till odlingsytan. Som sagt användes 10,3 m3 tilapiaopding och 13,4 m2 grödor (0,77:1,0) vilket för modellen antas vara en förutsättning för avkastningen. En initial uppfyllnad av vatten i systemet är nödvändig men har inte beaktats i denna rapport.
Tabell 3.3 - Uppskattningar för tilapia och grödor per år.
Enhet Yta [m2] Foderkrav [kg/år] Foderkrav [MJ/år] Vatten-konsumtion [l/år] Elkonsumtion [kWh] Avkastning [kg/år] Tilapia 1 31 500 24 159 24 Grödor 1 - - 4 56 27
22
3.1.2 Biomassan
I modellen kommer antagandet att en viss del av producerad mängd blir avfall och att resten går till konsumtion vara nödvändig. Enligt organisationen Svenskt Kött slaktas grisar efter 6 månader eller när de väger runt 100 kg. Från levande vikt till tallrik försvinner också ca 40 % vilket i modellen tolkas som att på 1 m2 får vi även 60 kg fläskkött per år (Svenskt Kött, u.d.).
Samma siffra för Tilapia har uppskattats vara 50 %.
Grödorna i denna modell kommer att vara godtyckliga då det är väldigt mycket olika typer av grödor som faktiskt kan odlas med både hydroponi och akvaponi med NFT. I studien från (Love, et al., 2015) rapporterades det om säsongsbetonade grödor men mestadels olika typer av bladsallader och kål. Som (Alexandersson & Tran, 2017) rapporterade odlas tomater med bra avkastning på samma sätt och fler exempel har återfunnits i litteraturen. Samtliga olika grödor kommer med en viss
sammansättning av ätbart/avfall vilket i modellen kommer att antas vara 50 % och näringsbehov för dessa odlingar kommer att jämföras utifrån sammansättningen på bioslurryn efter
rötningsprocessen. Avfallsmängden på 50 % kommer av arbetet med litteraturstudien, då vissa avfallsmängder kan vara nära noll och vissa 70–80 %. Vissa studier rapporterar även om torrvikt, vilket är det faktiska näringsvärdet i avkastningen och vissa gör det inte vilket gör det problematiskt att jämföra värden mellan studier. För denna modell anses därför siffran 50 % vara ett rimligt antagande för ett medelvärde sett över en diversifierad odling.
3.1.3 Näringsvärde
Från livsmedelsdatabasen har näringsinnehåll uppskattats. Dessa presenteras i Tabell 3.5. Grödorna som odlas har godtyckligt valts till isbergssallad, grönkål, tomat, potatis och majs. Potatis odlades framgångsrikt av (Wheeler, et al., 1990) med en årlig avkastning på ca. 7 kg per 0,3 m2 vilket ger liknande resultat som de grödor som odlades av (Love, et al., 2015). Därför anses potatis kunna odlas med samma förutsättningar. Samtliga odlade grödor har under arbetets gång stötts på där dessa med hjälp av NFT odlats, vilket gör att de uppskattningsvis har liknande egenskaper i en tänkt odling.
Använda data presenteras i Tabell 3.4, Tabell 3.5 och Tabell 3.6.
Tabell 3.4 - Uppskattade produktionsmängder per år
Enhet Yta [m2] Produktion [kg] Avfall [kg] Ätbart [kg]
Gris 1 100,00 40,00 60,00 Tilapia 1 24,00 12,00 12,00 Tomater 1 27,00 13,50 13,50 Isbergssallad 1 27,00 13,50 13,50 Grönkål 1 27,00 13,50 13,50 Potatis 1 27,00 13,50 13,50
23
Tabell 3.5 - Uppskattade näringsvärden
Enhet Energi per kg [MJ] Protein per kg [%]
Kolhydrater per kg [%] Fett per kg [%] Gris 6,47 19 0 9 Tilapia 3,63 18 0 2 Tomater 0,73 1 3 0 Isbergssallad 0,61 1 3 0 Grönkål 1,67 3 3 1 Potatis 3,29 2 16 0 (Livsmedelsverket, 2018)
Tabell 3.6 - Uppskattad näringsavkastning per år och kvadratmeter.
Enhet
Energi per år och m2 [MJ]
Protein per år och m2 [kg]
Kolhydrater per år och m2 [kg]
Fett per år och m2
[kg] Gris 388,26 11,51 0,00 5,20 Tilapia 21,78 1,07 0,00 0,10 Tomater 9,86 0,11 0,35 0,02 Isbergssallad 8,24 0,11 0,34 0,02 Grönkål 22,55 0,46 0,43 0,09 Potatis 44,42 0,23 2,21 0,01
3.1.4 Energiinnehåll
Sammanställningen av (Iacovidou, et al., 2012) gällande energiinnehåll i biomassa från samrötning mellan mat-och avloppsavfall presenteras i Tabell 3.7.
Tabell 3.7 - Sammansättningar och dess metanavkastning. FW (food waste), PS (primary sludge)
Substrat VS Avloppsavfall [%] DS Avloppsavfall [%] VS Matavfall [%] DS Matavfall [%]