CH 4 /kgVS deg
3.1.5 Värmevärde
Metans HHV är 55,5 MJ/kg eller 39,8 MJ/m3. Det som skiljer ett högre värmevärde mot det respektive lägre är andelen vatten som förångas i gasen, då denna process även bidrar till den lagrade energin. Eftersom biogas generellt innehåller lite väte (koppling till vatten) används i denna modell istället det lägre värmevärdet för metan som är 36 MJ/m3. (Engineering ToolBox, 2003)
25
3.1.6 Bioslurryn
Efter rötning av den totala mängden avfall (gödsel, matavfall, avlopp) återstår mellan 70–75 % som kan användas som näringsrik gödsling av odling, kallad bioslurry (Warnars & Oppenoorth, 2014). I Sverige erbjuder Hushållningssällskapet rådgivning inom just jordbruksrelaterade verksamheter där nu biogödsel har lyfts fram som en tänkbar inkomstkälla för att öka kostnadseffektiviteten på gårdar och andra företag. Dessa sammanställer även statistik för rådande pris och situationen på
marknaden inom dessa områden. I deras Ekobrev, som är ett återkommande utskick, i november 2016 uppskattade de priset på just svingödsel till att vara kring 10 öre per kg vara
(Hushållningssällskapet, 2016).
Även här är val av biomassa viktig för utgången, men denna rapport kommer att använda rapporten från (Warnars & Oppenoorth, 2014) då denna litteratur behandlar bioslurry av just boskapsgödsel och mat-och avloppsavfall och har beräknat riktvärden för näringsinnehåll. Då värdena är en
sammanställning från olika resultat från olika studier återfinns värdena i en stor variation och värden har fått väljas utifrån igenkända värden från tidigare litteraturstudie.
Använda värden presenteras i Tabell 3.9.
Tabell 3.9 - Uppskattad näring i bioslurry.
Ämne Andel i slurry [%]
Kväve 2
Fosfor 1,5
Kalium 1
Enligt (Alexandersson & Tran, 2017) behöver varje gröda en speciell sammansättning av
näringsämnen för att trivas och frodas optimalt. Denna rapport kommer att använda de uppskattade värdena för kväve, fosfor och kalium för att beräkna om odlingen samt efterföljande bioslurry finns i tillräcklig mängd sett över ett år för att tillfredsställa behovet. Dessa värden kommer antas gälla för samtliga grödor i odlingen. Använda värden presenteras i Tabell 3.10.
Tabell 3.10 - Uppskattat behov av näring.
Ämne Behov [g/kg]
Kväve 40
Fosfor 4
Kalium 60
En annan källa till återföring av näring till systemet är fekalier från tilapiaodlingen. En studie utförd på detta av (Montanhini, et al., 2015) där uppskattningar gjorts för burodlade Niltilapia uppskattades denna siffra vara 800 g per kg Tilapia och livscykel. Dessa livscykler varierade då fler odlingar
studerades och i denna rapport kommer denna siffra att användas restriktivt som kgavföring/kgfisk och år. Med restriktivt menas att siffran förmodligen syftar på 800 g per kg fisk och år i systemet vilket är en högre siffra än avkastningen per år. Denna modell gör ingen uppskattning på hur mycket fisk totalt som befinner sig i systemet under ett år, utan enbart producerad tillväxt.
26
3.2 Biogasanläggningens komponenter
3.2.1 Förbehandling
För att få en effektiv nedbrytningsprocess behöver rå biomassa behandlas och ett optimalt resultat kommer oftast av flera processer kombinerade. (Kratky & Jirout, 2011) studerade
energiförbrukningen vid mekanisk förbehandling av olika jordbruksgrödor och uppmätte resultat mellan 1-60 kWh per ton material. Sönderdelning är ett bra sätt att optimera värme-och
masstransport. Jordbruksgrödor har dock ett högt TS på 85–95 % vilket gör att resultaten blir svåra att överföra till denna modell. Därför kommer det här att vara mer relevant med andra typer av förbehandlingar, även om mycket matavfall innehåller ben etc. som även det behöver sönderdelas. Temperaturhöjande åtgärder krävs både för att rötning ska kunna ske men även på grund av regler för avfallshantering. I animaliska produkter finns en risk för smittspridande ämnen och för att säkerställa att denna spridning inte sker behandlas biomassan från allt mellan 70–120°C oftast i olika tidsintervaller.
Detta påverkar inte biogasutbytet, men skulle denna process utebli blir den kvarvarande rötmassan ej godkänd att använda som biogödsel (Bohn, et al., 2010).
Denna modell kommer att använda just en satsvis, mesofil process då denna typ är bäst lämpad för småskaliga biogasanläggningar, vilket innebär att substratet måste förvärmas till ca. 37°C.
Enligt en energikartläggning av (Andersson, 2011) vid biogasanläggningen vid Kungsängens gård var hygieniseringsprocessen tillsammans med rötkammarens varmhållning de mest energikrävande processerna i biogasproduktionen, där det totalt uppgick till 169,8 kWh/ton. Där stod
hygieniseringsprocessen för 62 %, 129 kWh/ton.
En annan studie utförd av (Ziemba & Peccia, 2011) utförd på avloppsvatten fanns det ut att denna hygienisering restriktivt kunde uppskattas vara 27 kWh/ton våt vikt för den mesofila processen. Med restriktivt menade författarna att det förmodligen var lägre, men resultaten visade på osäkerheter och en del variationer. I studien arbetades det med ett substrat innehållande 6 % TS vilket är likt använda värden i denna modell som antas ligga kring 10 %. Studien poängterar också att denna förvärmning är den mest energikrävande processen, jämfört med varmhållning och omrörning i rötkammaren. Denna uppvärmning tas från överskottsvärmen som produceras från motorn. I denna rapport kommer det högre värdet framtaget av (Andersson, 2011) att användas då det uppskattningsvis är likvärdiga förhållanden som denna modell vill behandla, men
förbättringsmöjligheter kan antas finnas.
27
Figur 3.1 – Flödesschema över förbehandlingen
𝑄𝐵𝑀,𝑡𝑜𝑡 =(𝑄𝑘𝑔𝑉𝑆∙ 𝑘𝑔𝑉𝑆 ∙ 𝐻𝐻𝑉𝐶𝐻4)
3,6 → 𝑄𝐹,𝑛𝑒𝑡= 𝑄𝐵𝑀,𝑡𝑜𝑡− (𝑄𝑣ä𝑟𝑚𝑒,𝑓𝑣∙ 𝐵𝑀𝑡𝑜𝑡)
28
3.2.2 Rötkammare
I rötkammaren sker den syrefria nedbrytningen till rå biogas. Denna del består av en cylinder med en viss volym anpassat till anläggningen. Denna del kräver varmhållning samt omrörning, men dessa antas försumbara enligt (Ziemba & Peccia, 2011) då substratet redan är uppvärmt när det kommer in i kammaren. Flödesschema över rötkammaren presenteras i Figur 3.2.
29
3.2.3 Uppgradering och motor
Under uppgraderingsfasen ska den råa biogasen med 65 % metan bli biogas med 90 % metan. Även halten vätesulfid kommer att sjunka till <5 ppm. Detta på grund av att utnyttja den optimala verkningsgraden i den valda motorn, som i och med detta kan nå 40 %. Denna fas i processen undersöktes av (Enefalk & Ersöz, 2016) och de kom fram till att energiåtgången över både uppgradering och motor kunde uppskattas till 5–8 % av energiinnehållet i gasen.
Koldioxiden löses ut i vatten och finns tillgänglig för tillsättning i odlingslandskapet. Flödesschema presenteras i Figur 3.3.
Figur 3.3 - Flödesschema över uppgradering samt motor.
𝑄𝑈,𝑛𝑒𝑡= 𝑄𝑅,𝑛𝑒𝑡∙ 𝜂𝑈𝑀 = 𝑄𝑒𝑙,𝐶𝐻𝑃+ 𝑄𝑣ä𝑟𝑚𝑒,𝐶𝐻𝑃+ 𝑄𝑓ö𝑟𝑙𝑢𝑠𝑡− 𝑄𝑏𝑒ℎ𝑜𝑣
( 𝑄𝑒𝑙,𝐶𝐻𝑃 = 𝜂𝑒𝑙,𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟∙ 𝑄𝑈,𝑛𝑒𝑡 𝑄𝑣ä𝑟𝑚𝑒,𝐶𝐻𝑃 = 𝜂𝑣ä𝑟𝑚𝑒,𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟∙ 𝑄𝑈,𝑛𝑒𝑡)
Ekvation 3.3 - Energibalans över Uppgradering och Motor.
3.2.4 Lagring
Uppgraderad biogas är en värdefull råvara för processen. Denna gas kommer i modellen att, vid eventuellt överskott, lagras i en tank för framtida effekttoppar samt vid tillfällen med lägre produktion.
30
3.3 Odling
3.3.1 Odlingslandskap
Odlingen i modellen består av ett förutbestämt antal grödor, en fiskodling och en svinhage.
Samtliga grödors utrymme antas vara kvadratiska och alltså öka lika mycket i varje riktning vid ökad produktion. Förenkling i modellen görs genom att alla grödor förses med näring med samma teknik, NFT, beskriven i tidigare avsnitt. Fisktanken antas ha en kvadratisk botten samt ha en konstant höjd på 2 meter. Flödesschema presenteras i Figur 3.4.
Figur 3.4 - Flödesschema över tänkt odling.
3.3.2 Energibehov
Med siffror från (Alexandersson & Tran, 2017) gällande uppskattade värme-och elenergibehov kan hela odlingen uppskattas genom Ekvation 3.4.
𝑄𝑜𝑑𝑙𝑖𝑛𝑔,𝑛𝑒𝑡 = (𝑄𝑣ä𝑟𝑚𝑒,𝐶𝐻𝑝− 𝑞𝑜𝑑𝑙𝑖𝑛𝑔,𝑣ä𝑟𝑚𝑒/𝑘𝑦𝑙𝑎∙ 𝐴𝑜𝑑𝑙𝑖𝑛𝑔,𝑡𝑜𝑡) + (𝑄𝑒𝑙,𝐶𝐻𝑝− 𝑄𝑜𝑑𝑙𝑖𝑛𝑔,𝑒𝑙)
Ekvation 3.4 - Energibehov odling.
För tilapiaodlingen antas energibehovet vara enligt (Love, et al., 2015) , 159 kWh per kg producerad fisk.
31
3.3.3 Näringsbehov
Producerad biomassa.
𝐵𝑀𝑡𝑜𝑡= 𝐺ö𝑑𝑠𝑒𝑙å𝑟,𝑠𝑣𝑖𝑛+ 𝐺ö𝑑𝑠𝑒𝑙å𝑟,𝑡𝑖𝑙𝑎𝑝𝑖𝑎+ 𝐴𝑣𝑓𝑎𝑙𝑙å𝑟,𝑡𝑜𝑡
Ekvation 3.5 - Total mängd biomassa per år
Producerad näring.
𝑁𝑝𝑟𝑜𝑑,𝑡𝑜𝑡= %𝑘𝑣ä𝑣𝑒,𝐵𝑆∙ 𝐵𝑆𝑡𝑜𝑡
Ekvation 3.6 - Andel kväve i bioslurry
𝑃ℎ𝑝𝑟𝑜𝑑,𝑡𝑜𝑡= %𝑓𝑜𝑠𝑓𝑜𝑟,𝐵𝑆∙ 𝐵𝑆𝑡𝑜𝑡 Ekvation 3.7 - Andel fosfor i bioslurry
𝐾𝑝𝑟𝑜𝑑,𝑡𝑜𝑡 = %𝑘𝑎𝑙𝑖𝑢𝑚,𝐵𝑆∙ 𝐵𝑆𝑡𝑜𝑡
Ekvation 3.8 - Andel kalium i bioslurry
Uppskattat behov, odling.
𝑁𝑏𝑒ℎ𝑜𝑣,𝑡𝑜𝑡= 𝑁𝑏𝑒ℎ𝑜𝑣,𝑡𝑜𝑚𝑎𝑡+ 𝑁𝑏𝑒ℎ𝑜𝑣,𝑖𝑠𝑏𝑒𝑟𝑔+ ⋯ + 𝑁𝑏𝑒ℎ𝑜𝑣,𝑏𝑎𝑛𝑎𝑛= %𝑘𝑣ä𝑣𝑒,𝑔𝑟ö𝑑𝑎∙ 𝑃𝑡𝑜𝑡,𝑔𝑟ö𝑑𝑜𝑟
Ekvation 3.9 - Totalt kvävebehov
𝑃ℎ𝑏𝑒ℎ𝑜𝑣,𝑡𝑜𝑡= 𝑃ℎ𝑏𝑒ℎ𝑜𝑣,𝑡𝑜𝑚𝑎𝑡+ 𝑃ℎ𝑏𝑒ℎ𝑜𝑣,𝑖𝑠𝑏𝑒𝑟𝑔+ ⋯ + 𝑃ℎ𝑏𝑒ℎ𝑜𝑣,𝑏𝑎𝑛𝑎𝑛= %𝑓𝑜𝑠𝑓𝑜𝑟,𝑔𝑟ö𝑑𝑎∙ 𝑃𝑡𝑜𝑡,𝑔𝑟ö𝑑𝑜𝑟
Ekvation 3.10 - Totalt fosforbehov
𝐾𝑏𝑒ℎ𝑜𝑣,𝑡𝑜𝑡= 𝐾𝑏𝑒ℎ𝑜𝑣,𝑡𝑜𝑚𝑎𝑡+ 𝐾𝑏𝑒ℎ𝑜𝑣,𝑖𝑠𝑏𝑒𝑟𝑔+ ⋯ + 𝐾𝑏𝑒ℎ𝑜𝑣,𝑏𝑎𝑛𝑎𝑛= %𝑘𝑎𝑙𝑖𝑢𝑚,𝑔𝑟ö𝑑𝑎∙ 𝑃𝑡𝑜𝑡,𝑔𝑟ö𝑑𝑜𝑟
Ekvation 3.11 - Totalt kaliumbehov
3.3.4 Exempel
Exempel med svinproduktion, 𝑨 = 𝟏 𝒎𝟐, tomatodling, 𝑨 = 𝟏 𝒎𝟐 och tilapiaodling, 𝑨 = 𝟏 𝒎𝟐 :
𝐵𝑀𝑡𝑜𝑡= 𝐺ö𝑑𝑠𝑒𝑙å𝑟,𝑠𝑣𝑖𝑛+ 𝐺ö𝑑𝑠𝑒𝑙å𝑟,𝑡𝑖𝑙𝑎𝑝𝑖𝑎+ 𝐴𝑣𝑓𝑎𝑙𝑙å𝑟,𝑡𝑜𝑡 𝐺ö𝑑𝑠𝑒𝑙å𝑟,𝑠𝑣𝑖𝑛= 𝐴 ∙ 𝐺ö𝑑𝑠𝑒𝑙𝑦𝑡𝑎,𝑠𝑣𝑖𝑛 = 1 ∙ 875 = 875 𝑘𝑔/å𝑟 𝐺ö𝑑𝑠𝑒𝑙å𝑟,𝑡𝑖𝑙𝑎𝑝𝑖𝑎= 𝐴 ∙ 𝐺ö𝑑𝑠𝑒𝑙𝑦𝑡𝑎,𝑡𝑖𝑙𝑎𝑝𝑖𝑎= 1 ∙ (0,8 ∙ 12,3) = 9,84 𝑘𝑔/å𝑟 𝐴𝑣𝑓𝑎𝑙𝑙å𝑟,𝑡𝑜𝑡= 𝑃𝑎𝑣𝑓𝑎𝑙𝑙,𝑠𝑣𝑖𝑛+ 𝑃𝑎𝑣𝑓𝑎𝑙𝑙,𝑡𝑖𝑙𝑎𝑝𝑖𝑎+ 𝑃𝑎𝑣𝑓𝑎𝑙𝑙,𝑡𝑜𝑚𝑎𝑡= 26,7 + (0,5 ∙ 12) + (0,5 ∙ 27) ≈ 46,17 𝑘𝑔/å𝑟 𝐵𝑀𝑡𝑜𝑡= 930,77 𝑘𝑔/å𝑟 𝑇𝑆𝑡𝑜𝑡= 𝑇𝑆𝑠𝑣𝑖𝑛∙ (1 − 𝐴𝑣𝑓𝑎𝑙𝑙å𝑟,𝑡𝑜𝑡 𝐺ö𝑑𝑠𝑒𝑙å𝑟,𝑠𝑣𝑖𝑛) ∙ 𝐵𝑀𝑡𝑜𝑡+ 𝑇𝑆𝑎𝑣𝑓𝑎𝑙𝑙∙ ( 𝐴𝑣𝑓𝑎𝑙𝑙å𝑟,𝑡𝑜𝑡 𝐺ö𝑑𝑠𝑒𝑙å𝑟,𝑠𝑣𝑖𝑛) ∙ 𝐵𝑀𝑡𝑜𝑡 ≈ 85,15 𝑘𝑔/å𝑟 𝐾𝑔𝑉𝑆 = 𝑉𝑆/𝑇𝑆𝑎𝑣𝑔∙ 𝑇𝑆𝑡𝑜𝑡= 0,9 ∙ 85,15 ≈ 76,63 𝑘𝑔/å𝑟 𝐵𝑆𝑡𝑜𝑡= %𝐵𝑆∙ 𝐵𝑀𝑡𝑜𝑡= 0,75 ∙ 930,77 ≈ 698 𝑘𝑔/å𝑟
32
4. Resultat
Resultatet består av en uppskattad totalarea. I resultatet har modellen optimerat för minsta möjliga totala landareal. Fosfor har exkluderats från figurer då uppfyllnadsgraden nåddes med stor marginal (3000 %). Resultaten visar kvantiteter på årsbasis. Totalt vattenbehov är starkt korrelerat med arealen för svin.
Begränsningar:
• Samtliga ytor> 0
• Samtliga näringskrav uppfyllda • Grönt per dag uppfyllt
• Maximal sockerkonsumtion • Alla grödors näringsbehov uppfyllt
4.1 Arealer
Figur 4.1 - Resultat, arealer.
Resultaten visar en totalarea på ca. 600 m2 där över 50 % består av majsodling för utfodring av fisk och svin. Eftersom modellen enbart använt valda parametrar produceras ingen tomat eller
isbergssallad på grund av låga näringsvärden.
Totalt produceras mat på 282 m2 där över 50 % är potatisodling. Kolhydrater är en begränsande faktor och samtliga komponenter som kan bidra till en ökad kolhydratsproduktion i systemet innehåller lite näring överlag, men andra bra egenskaper som endast kunnat beskrivas som andel grönt i färdig produkt vilket för tomat, isberg och grönkål är satt till 100 %. Grönkål hade en högre andel näringsvärden vilket gör att modellen i optimeringssyfte enbart odlar grönkål.
593 15 74 0 0 41 152 311 0 100 200 300 400 500 600 700 m 2
Arealer
33
4.2 Matproduktion
Figur 4.2 - Resultat, matproduktion.
Proteinproduktionen har ett överskott på närmare 280 % då huvudsakligen fiskodlingen växer med övrig odling. Sockerartsproduktionen inom systemet är lågt men 100 % hade inneburit en maximal tillåten produktion då grödorna ska konsumeras.
De begränsande faktorerna är kolhydrater, fett och andelen grönt i odlingen. Som tidigare nämnt påverkas dessa faktorer till största del av komponenter med relativt låga nivåer av näringsämnen och energi jämfört med både fisk och svin. Utan restriktionen och kravet på en viss mängd grönt per år odlades inga grönsaker.
Ett visst överskott av energi återfinns även i resultatet. Dessa överskott är oundvikliga i dagsläget på grund av tidigare nämnda begränsande faktorer, då förhållanden mellan de olika kraven driver upp andra mer lättillgängliga faktorer.
148% 379% 100% 100% 43% 100% 0% 50% 100% 150% 200% 250% 300% 350% 400% Själ vf ö rsö rjan d e gr ad
Matproduktion
34
4.3 Odlingsbehov
Figur 4.3 - Resultat, odlingsbehov.
Näringsbehovet för odlingen är med bra marginal uppfylld vilket innebär att överflödig slurry finns tillgängligt inom systemet. Kväve finns i överskott på närmare 350 % vilket är en positiv faktor för slurryn då detta är en av de komponenter som prissätts högst vid försäljning. Näringen har tillförts via NFT och ingen hänsyn har tagits till utformandet av detta system praktiskt. Näringen är
producerad och därmed tillgänglig för grödorna.
Det uppskattade återvunna vattnet står enbart för ca 30 % vilket innebär att en vissa netto-negativ materialbalans är nödvändig. Denna siffra låg på 22 m3 sett över ett år där endast knappa 2 m3
orsakades av den akvaponiska odlingen, resten för utfodring av svin. Den totala självförsörjningen gällande energi hamnar på ca 30 %, där elektrisk energi står för merparten för drivande av lampor och andra komponenter.
Värmebehovet är tydligt i underkant med endast 2 % självförsörjning med de 15 000 kWh som genererats. Eventuella åtgärder för att åstadkomma en högre försörjningsgrad och också lämplighet för modellens utförande diskuteras närmare på sidan 36 under rubriken 5.2 Värmebehov.
448% 147% 27% 29% 2% 0% 50% 100% 150% 200% 250% 300% 350% 400% 450% 500%
Kväve Kalium Vatten El Värme
Själ vf ö rsö rjan d e gr ad
Odlingsbehov
35
Tabell 4.1 - Resultat för scenario 1
Enhet Värde Total biomassa, före spädning Ton 61
Andel matavfall % 76
Andel gödsel % 24
TS % 17
Total biomassa, efter spädning Ton 72
kgVS Ton 10 El kWh 15 235 Värme kWh 15 235 HRT Dagar 30 OLR kgVS∙m-3 15 Rötkammare m3 9 Vattenförbrukning m3 22 Vattenförbrukning odling % 10
Ytterligare 36 700 kWh el och 671 000 kWh värme hade behövts för att göra detta system 100 % självförsörjande. År 2017 var elpriset i snitt 36 öre/kWh. (Vattenfall, 2018) Ytterligare avgift för elnät samt skatt gör att ett typiskt elpris hamnar på 1–1,2 kr/kWh. Detta skulle innebära ytterligare årliga elkostnader på ca. 37–44 000 kr. Skulle modellen värmas upp med exempelvis fjärrvärme landar samma siffra på ca. 540 000 kr. (Energiföretagen, 2017)
Det uppskattade återvunna vattnet uppgick enbart till 30 % vilket gör att vattenförbrukningen även den innebär en kostnad på ett par hundra kr per år. (Telge Energi, 2018)
Biogasanläggningens energibehov utgör ca 44 % av den totala producerade energin, där förbehandlingen krävt 10 400 kWh och uppgradering/motor 3000 kWh.
Totalt producerades även nästan 46 ton bioslurry där endast ca 70 % behövdes inom systemet för gödsling av odlingen.
36
5. Känslighetsanalys
5.1 Avfallsfraktioner
Ett stort antagande för modellen var andelen av grödorna som var ätbart och inte. I viss litteratur gick det att läsa sig till och anta med relativt hög säkerhet om resultaten var ätbar vikt eller inte och i andra framgick det inte alls. Om modellen istället använder andra fraktioner avfall från grödorna fås resultaten presenterade i Tabell 5.1.
Tabell 5.1 - Variationer i avfallsfraktion
0 % avfall 25 % avfall 75 % avfall Resultat 355 m2 400 m2 1145 m2
Detta ger stora variationer beroende på resultatet och skapar också variationer i C/N-förhållandet vilket kan innebära problem. Vid 50 % avfall ligger andelen matavfall i substratet närmare 75 % vilket i litteraturen visade sig vara ett rimligt intervall för att åstadkomma ett önskvärd C/N-förhållande. Med en varierande mängd avfall förändras dessa kvoter och antaganden om metanutbyte kan bli missvisande. Det innebär även en förändring i totalt genererad biomassa och både
biogasanläggningens energiförbrukningsandel och den totala självförsörjningsgraden gällande energi blir sämre.
5.2 Värmebehov
Den största variabeln som påverkar kostnaderna och alltså rimligheten i ett utförande är
värmebehovet hos fisk-och grödoproduktion. Klimatdata var taget från en mellansvensk stad vilket gör att energibehovet är starkt associerat med val av plats. Tilapiaodlingens värmebehov
uppskattades till detsamma som (Love, et al., 2015) vilkas studie skedde i Baltimore, Maryland där klimatet är mildare än i Mellansverige vilket kan antyda att värmebehovet för tilapiaodlingen tillochmed är underskattat.
Samtidigt så kan odlingslandskapet föreställas innehålla väldigt stora volymer vatten som konstant värms och hålls vid 26–27°C, när odlingen ska hållas vid 20°C. Allt detta vatten avger alltså väldigt mycket värme. Värme som kanske kan tas tillvara på, förutsatt att tankarna förvaras i samma utrymme som den övriga odlingen. Denna hypotes bekräftas även av andra studier, exempelvis av (Hugosson & Schön, 2014) men är inget som har kunnat tas hänsyn till i denna rapport. Olika värmebehov testades och resultaten på kostnader presenteras i Tabell 5.2.
Tabell 5.2 - Variation av värmebehov
30 % av Värmebehovet 60 % av Värmebehovet 90 % av Värmebehovet Kostnad 157 000 kr 321 000 kr 483 000 kr
Värmebehovet och därmed kostnaderna är tydligt kopplat till landarealen enligt denna analys där arealen nästan identiskt följer värmebehovets variation. Ett utökat tillvaratagande på spillvärme inom systemet är en förutsättning
37
5.3 Metanhalt
I en något mer generell ansats brukar man titta på mängden gårdsavfall per dag och på så sätt uppskatta biogasproduktionen. Total biomassa per dag är i resultatet ca. 290 kg. Detta kommer att ackumuleras under 30 dagar innan det förs in i rötkammaren på grund av HRT och det kommer även behållas i kammaren under 30 dagar. När denna rötning är klar genereras ungefär 1 m3 biogas (50– 60 % metan) per kammarvolym och dygn som innehåller 5–6 kWh. Sett över ett helt år blir
energiomvandlingen ca. 16 000 kWh med en anläggning som i modellen, vilket är närmare hälften av resultatets siffror. Med detta i åtanke gjordes en enkel känslighetsanalys på parametern m3 CH4/kgVSdeg som i resultatet valts till 0,4.
16 000 kWh uppnåddes vid ungefär 0,22 m3 CH4/kgVSdeg som ligger i det lägsta spannet för vad litteraturstudien har visat. Denna parameter skall alltså inte tas som en sanning utan endast tjäna som uppskattning, vilket även styrks av andra källor som har kunnat visa på ännu högre siffror än det teoretiska utbytet vid en kontrollerad utrötning som är det föredragna tillvägagångssättet vid bestämmande av biogaspotentialen i ett substrat. (Carlsson & Uldal, 2009)
38
6. Diskussion
Storleksordningen på resultatet visar att man med en relativt liten yta kan odla och hålla boskap för egen matproduktion i ett hushåll med tre personer. Ordet relativt syftar till storleken på idag traditionella gårdar som enligt litteraturstudien idag är flera hektar stora. En 600 m2 tomt är idag inte särskilt ovanligt för en svensk villaägare att inneha vilket teoretiskt sätt då kan användas till matproduktion. Det praktiska i det hela är en åsiktsfråga då systemet uppenbarligen kräver en del tillsyn, men intresset och viljan skulle kunna räcka långt. Framförallt om en biogasanläggning skulle kunna levereras startklar och i denna storlek kunna operera på full kapacitet.
Kostnaderna hamnade runt 600 000 kr per år vilka får anses vara höga. Men kostnaderna är starkt korrelerade med värmebehovet för hydroponiska system vilket öppnar möjligheten för smarta värmelösningar. Eftersom denna modell antagit att rimligheten just nu ligger i kostnaden kan resultatet förbättras bara genom att sänka kostnaderna för uppvärmning vilket bättre lösningar kan göra. En gårdsmiljö innehåller oftast fler tekniska processer utöver en eventuell biogasanläggning vilket gör att mer spillvärme kan tas om hand. Kostnaden i resultatet är även baserad på fjärrvärme vilket med relativt enkla medel kan ersättas med exempelvis bergvärme, vilket oftast genererar lägre uppvärmningskostnader vid drift.
Så i Sverige är värmebehovet en väldigt hög tröskel att kliva över och fler tekniska lösningar är att föredra innan enbart CHP och biogasteknik kan tänkas försörja en odling i denna storlek.
Ur ett hållbarhetsperspektiv väger klimatfördelarna över då produktionen sker lokalt och i de närmsta utan växthusgasutsläpp. Koldioxid återcirkuleras samtidigt som metan används för energi till processen. Näringsöverskottet av fosfor och kalium tas tillvara och ger i teorin ingen ökad belastning på marken i närområdet. Modellen visar dock ett överskott på kväve som skulle kunna vara ett problem men som praktiskt återfinns i bioslurryn som får anses vara kontrollerat i systemet. Kväve är en av de prissättande komponenterna i bioslurry vilket i detta fall då eventuellt kan
generera mer inkomst.
Själva ökningen av energianvändning är svart på vitt ett problem. I bägge fall har en relativt stor yta allokerats för tilapiaproduktion som enligt (Love, et al., 2015) resulterade i ett nettonegativt resultat gällande energi och kostnader vilket även kan tyckas vara fallet i denna modell.
Tanken med akvaponi är just att kunna återföra näring till grödorna, men modellen visar att ett överskott av gödselnäring är möjligt vilket kan betyda att tilapiaodlingen helt enkelt kan bortses ifrån om målet är att effektivisera en liknande verksamhet.
39
6.1 Hållbarhetsanalys
Hydroponiska odlingar är överlag mer energikrävande än traditionell odling. Om detta skall vara miljömässigt hållbart är den stora frågan värmebehovet och utan fler energiåtgärder i resultatet är en direkt överkonsumtion av 700 000 kWh årligen en allt för hög siffra då den måste komma från inköpt energi, i en tid då samhället försöker förbruka mindre av detsamma.
Ekonomiskt visar samma scenario att det kommer att medföra extra kostnader årligen vilket inte går att likställa med en typisk årskonsumtion av livsmedel för en familj då dessa också blir väldigt höga. Resultatet leder direkt till en 100 % självförsörjandegrad gällande mattillgång och inga direkta inköp behöver göras. Men som nämnt innan är samhället uppbyggt på interaktioner mellan människor vilket även sker i mer vardagliga, urbana miljöer. Bara genom att lämna hemmet för att gå och handla kan innebära intellektuell stimulans och en känsla av samhörighet, vilket nog många föredrar framför att enbart så, skörda och äta hemma.
Vi äter idag mellan 20–40 % av våra måltider utanför hemmet och denna siffra är nog inte bara på grund av att vi måste och att vi är hungriga, utan för att känna oss delaktiga i bygden vi lever i. Naturliga mötesplatser innefattar nästan alltid mat eller dryck och detta är rimligen för att folk historisk har efterfrågat detsamma. Förr var restaurangbesök en lyx som bara åtnjöts av det högre samhällsskiktet, men i takt med att mat och livsmedel blivit billigare kom också behovet av fler mötesplatser som kunde åtnjutas av alla.
När rapporten pratar om 100 % självförsörjande har självklara livsmedelskategorier uteslutits. Människan behöver inte kaffe för att överleva och inte heller raffinerade livsmedel såsom bakelser, godis och glass. Men produkterna finns av en anledning och det är de som bor i ett samhälle som efterfrågat dessa. Skulle vi helt plötsligt sluta konsumera dessa produkter skulle det få fler ekonomiska följder än bara de som påverkar den egna plånboken.
Hushållens klimatpåverkan gällande livsmedelskonsumtion sjunker i teorin om investeringskostnader och andra engångsförbrukningar förbises, förutsatt att energin kan omvandlas med hjälp av egna processer. Tanken var att utreda energibehovet vilket visade sig vara väldigt högt. Jordbruk-och livsmedelsprocesser är idag otroligt optimerade men biogasproduktion ger i det närmsta bara ”grön” koldioxid och tillsammans med flera gröna kraftproduktionsprocesser behöver inte den faktiska energikonsumtionen vara viktigast utan istället se på om det blir en ökad belastning totalt sett eller inte.
40
7. Slutsats
Definitionen av självförsörjande valdes till inga negativa materialbalanser, utan allt material skulle kunna produceras inom systemet och konsumeras. Systemet förlitar sig på att kunna köpa in och täcka el-och uppvärmningsbehov. En känslighetsanalys visade att storleken var kraftigt beroende på antaganden om avfallsfraktioner och kostnaderna kan reduceras om fler lösningar för uppvärmning inkorporeras.
• Resultat - 593 m2
- Årliga elkostnader ca. 40 000 kr. - Årliga värmekostnader ca. 540 000 kr.
- Producerad värme 15 235 kWh, el 15 235 kWh.