Biogas ur gödsel, avfall
och restprodukter
Goda svenska exempel
Biogas ur gödsel, avfall och
restprodukter
- Goda svenska exempel
Internet: www.naturvardsverket.se/publikationer Naturvårdsverket
Tel: 010-698 10 00 Fax: 010-698 10 99 E-post: registrator@naturvardsverket.se Postadress: Naturvårdsverket, 106 48 Stockholm
Internet: www.naturvardsverket.se ISBN 978-91-620-6518-8
ISSN 0282-7298 © Naturvårdsverket 2012
NATURVÅRDSVERKET RAPPORT 6518 Biogas ur gödsel, avfall och restprodukter
3
Förord
Uttaget av fossila bränslen måste minska om vi ska kunna uppfylla nya miljö- och klimatmål och förhindra en tilltagande växthuseffekt. Biogas är, till skillnad från fossila bränslen, koldioxidneutral och förnybar. Biogas är också det renaste bränslet på marknaden och har potential att ersätta en stor del av den fossila drivmedelsanvänd-ningen i Sverige. Den biogödsel som bildas efter rötning är ett högvärdigt gödsel- och jordförbättringsmedel. Biogasprocessen bidrar till att samhällets organiska avfall kan återanvändas och bli till en resurs. Ett hållbart kretslopp av näringsämnen och energi skapas därmed mellan stad och land, mellan konsumtion och produktion.
Sverige har idag kommit långt när det gäller utnyttjandet av biogas och är ett före-gångsland för rening av biogas till fordonskvalitet. En satsning på biogasanläggningar har gjorts under flera år, bland annat med statlig finansiering från lokala klimatinveste-ringsprogram (LIP och Klimp). Nya anläggningar och ny teknik tillkommer kontinuer-ligt. Fortfarande är dock efterfrågan på biogas större än tillgången i flera regioner. Denna skrift är ämnad som en upplysning om biogasprocessen och riktar sig till politiker och beslutsfattare i landsting, kommuner och länsstyrelser, lantbrukare och lantbruksorganisationer samt övriga med intresse för biogas.
Skriften är indelad i tre delar
Skriften inleds med en introduktion av biogasen i Sverige idag. I del två ges allmän information om biogasteknik, en beskrivning av biogasprocessen, från substrat-användning till distribution av färdig biogas och biogödsel, följt av kort information om stödsystem och styrmedel. I den sista delen beskrivs tolv svenska biogasanlägg-ningar som varit framgångsrika och som kan stå som modell för framtida satsbiogasanlägg-ningar. Anläggningarna är indelade i fyra olika kategorier; samrötningsanläggningar, gårdsba-serade biogasanläggningar, reningsverks- respektive industrianläggningar. Alla fall-studier är daterade mars 2012. De produktionssiffror som anges avser år 2011 om inget annat anges i texten.
Denna skrift är en uppdatering av den informationsskrift som togs fram i mars 2008 genom ett samarbete mellan Svenskt Gastekniskt Center, Swentec och dåvarande Svenska Gasföreningen och Svenska Biogasföreningen (nuvarande Energigas Sve-rige). Skriften har författats av Åsa Jarvis, Jarvis Biowrite. Naturvårdsverket har bi-dragit med finansiellt stöd. Energigas Sverige tar fullt ansvar för skriftens innehåll. Vi som arbetat med denna upplaga vill härmed framföra ett stort tack till de anläggningar som bidragit med uppgifter och bildmaterial till fallstudierna.
Med förhoppning om god och informativ läsning, Stockholm i september 2012,
Innehåll
FÖRORD 3
INNEHÅLL 4
FOREWORD 7
1- BIOGAS FÖR ENERGI OCH MILJÖ 8
Klimatpolitiska mål 8 Miljömål för avfall 9 Biogas i Sverige 9 Historik 9 Biogasanläggningar 10 Statliga stöd 10
Nuvarande produktion och framtida potential 11
Samhällsnyttor 11
Strategisk energi- och drivmedelsresurs 11
Hållbar avfallshantering 12
Energieffektivt 12
Levande landsbygd 12
Rent bränsle för industrin 13
Regional utveckling och ökad sysselsättning 13
Exportmöjligheter 13 Miljönyttor 13 Förnybar energikälla 14 Miljövänligt bränsle 14 Högvärdigt gödselmedel 14 Minskade metanutsläpp 15 Förbättrad markstruktur 15
Problem och utmaningar 15
Metanutsläpp 16
Lukt 16
Konkurrens om odlingsmark 16
Rötrest 16
NATURVÅRDSVERKET RAPPORT 6518 Biogas ur gödsel, avfall och restprodukter
5
2 - BIOGASTEKNIK 18
Definitioner av biogas 18
Rötgas 18
Deponigas 18
Biometan från termisk förgasning 19
Biogasprocessen 19
Flera steg 19
Belastning och uppehållstid 20
Temperatur 20 Processutformning 20 Torrötning 21 Substrat 21 Förbehandling 21 Hygienisering 22
Användning och distribution av biogas 22
Värme 23 Kraftvärme 23 Fordonsbränsle 23 Uppgradering 24 Gasnätet 25 Infrastruktur av gasledningar 25
Rötrest och biogödsel 25
Slam från vattenrening 26 Biogödsel 26 Certifierad biogödsel 26 Spridning av biogödsel 27 Utveckling av biogasprocessen 27 Ordförklaringar 28
Stödsystem och styrmedel 29
Energibeskattning 29
Elcertifikatsystemet 30
Miljöbilspremien och förmånsvärden 30
Investeringsstöd 30
3 - GODA SVENSKA EXEMPEL 31
1. Samrötningsanläggningar 32
1.1 NSR biogasanläggning i Helsingborg 34
1.3 Biogasanläggningen i Lidköping 46
1.4 Biogasanläggningen i Linköping 51
1.5 Biogasanläggningen i Västerås 56
2. Reningsverksanläggningar 62
2.1 Biogasanläggningen i Göteborg 64
2.2 Stockholms stads biogasanläggningar 70
3. Gårdsbaserade biogasanläggningar 77
3.1 Biogasanläggningen vid Alviksgården 79
3.2 Biogasanläggningen i Bjuv 83
3.3 Biogasanläggningen i Hagavik 88
4. Industrianläggningar 91
4.1 Biogasanläggningen vid Domsjö fabriker 92
4.2 Norrmejeriers biogasanläggning i Umeå 96
Sammanfattning – Goda exempel 101
VANLIGA FRÅGOR OCH SVAR 106
NATURVÅRDSVERKET RAPPORT 6518 Biogas ur gödsel, avfall och restprodukter
7
Foreword
The consumption of fossil fuels must be reduced if we are to meet environmental and climaterelated goals and reduce the greenhouse effect. In contrast to fossil fuels, biogas is renewable and carbon dioxide neutral. Biogas is also the cleanest fuel on the market and has the potential to replace much of the fossil fuel used in Sweden. The residue produced after anaerobic digestion is a valuable fertilizer and soil conditioner. Organic wastes are recycled through the biogas process to become a resource. This creates a sustainable recycling of nutrients and energy between urban and rural areas, and between consumption and production. Sweden has made great progress in the exploitation of biogas and is leading the way in purifying biogas for use as a vehicle fuel. The development of new biogas plants has been supported by central Government funding for many years, for example, through local climate investment programs (LIP, Klimp). New plants and new technologies are continuously being developed. However, in several regions, the demand for biogas is still greater than the supply. This handbook is intended as a source of information on biogas, targeting politicians and decision- and policymakers in local authorities, farmers and farmers’ organisations, and indeed anyone with an interest in biogas in Sweden and abroad.
The handbook is divided in three parts
The handbook starts with an introduction of biogas in Sweden today. In part two general information is given about biogas technologies, a description of the biogas process, from the use of substrates to the final distribution of biogas and organic residues, followed by short information about economic support and incentives. In the last part twelve Swedish biogas plants are described, which have been particularly successful, and which can therefore serve as models for the future. The plants are grouped into four different categories: codigestion plants, farm-based biogas plants, sewage treatment plants and industrial plants. Each case study is described as of March 2012. Production figures are given for 2011, unless otherwise stated.
This handbook is an update of the handbook made in May 2008 by Swedish Gas Centre, Swentec and of that time Swedish Gas Association and Swedish Biogas Association (current Energigas Sverige, Swedish Gas Association). This handbook is written by Åsa Jarvis, Jarvis Biowrite. The Swedish Environmental Protection Agency has provided financial support. The Swedish Gas Association take full responsibility for the contents. We would like to thank all the biogas plants involved for providing information and illustrations for the case studies. We hope that this handbook will provide both interesting and informative reading.
Stockholm in September 2012,
1- Biogas för energi och miljö
En långsiktig och hållbar tillförsel av energi är nödvändig för vårt samhälle och vår försörjningstrygghet. Samtidigt måste användningen av fossila bränslen minska, dels på grund av begränsad och/eller osäker tillgång till dessa bränslen i framtiden, dels på grund av deras negativa miljöpåverkan. För att kunna uppfylla miljö- och klimatmålen, minska utsläppen av växthusgaser, minska oljeberoendet och öka försörjningstryggheten krävs därför en satsning på och utveckling av de förnybara energikällorna. I dessa sammanhang spelar biogasprocessen med dess slutproduk-ter en framträdande roll. Biogasprocessen är en naturlig process där organiskt material bryts ner av mikroorganismer i syrefri miljö under bildande av biogas och näringsrik biogödsel.
En viktig uppgift som vi idag står inför är att minska uttaget av ändliga tillgångar från jordens inre och att skapa ett långsiktigt, hållbart kretslopp av näringsämnen och energi i naturen. En större andel av det matavfall som idag förbränns behöver sorteras ut och behandlas biologiskt. Sverige har 16 nationella miljökvalitetsmål att uppfylla. Bland dessa är ”bara naturlig försurning”, ”begränsad klimatpåverkan”, ”ingen övergödning” och ”god bebyggd miljö” exempel på mål där biogasproces-sen kan bidra till en positiv utveckling.
Biogas är, till skillnad från fossila bränslen, koldioxidneutral och förnybar. Dess huvudbeståndsdel, metan, gör gasen mycket energirik och den har många använd-ningsområden. Bland annat kan biogas med fördel utnyttjas för produktion av el och värme. Efter rening, så kallad uppgradering, kan biogas även användas som fordonsbränsle och utgör då ett högklassigt miljövänligt alternativ till bensin och diesel. Biogas är dessutom eftertraktat i industrin, både som ett rent bränsle och som råvara i olika tillverkningsprocesser.
Klimatpolitiska mål
EU har fattat beslut om ett energi- och klimatpaket, i vilket ingår att medlemslän-derna gemensamt åtar sig att sänka sina utsläpp av växthusgaser med 20 procent jämfört med 1990 års nivå. Samtidigt ska man effektivisera energianvändningen med 20 procent och öka andelen förnybar energi med 20 procent, de så kallade 20/20/20-målen. Dessa mål ska uppnås dels inom systemet för handel med ut-släppsrätter, dels genom åtgärder i andra sektorer.
I klimatdelen av paketet, det vill säga ambitionen att minska utsläppen av växthus-gaser med 20 procent, ingår även att ambitionsnivån kan omförhandlas så att med-lemsländerna minskar utsläppen av växthusgaser med 30 procent istället. En
förut-NATURVÅRDSVERKET RAPPORT 6518 Biogas ur gödsel, avfall och restprodukter
9
släpp. I EU:s drivmedelsdirektiv ingår också målet att minst 10 procent av for-donsbränslet inom EU ska vara förnybart år 2020.
Den globala ökningen av medeltemperaturen ska begränsas till högst två grader Celcius jämfört med den förindustriella nivån. Sveriges klimatpolitik utformas så att bidraget till koncentrationen av växthusgaser i atmosfären på lång sikt stabilise-ras på högst 400 miljondelar (ppm) koldioxidekvivalenter, jämfört med 340 ppm 1987. Möjligheten att uppfylla detta miljökvalitetsmål är till avgörande del bero-ende av internationellt samarbete och insatser i alla länder.
Den svenska regeringen har inlett ett långsiktigt arbete med att ta fram Färdplan 2050, där visionen är att Sverige år 2050 ska ha en hållbar och resurseffektiv ener-giförsörjning utan nettoutsläpp av växthusgaser i atmosfären. Ett delmål är att an-delen förnybar energi år 2020 ska vara minst 50 procent av den totala energian-vändningen. Transportsektorn är en av de stora utmaningarna, då den genererar drygt 30 procent av de totala utsläppen av växthusgaser. Regeringens långsiktiga vision är att Sveriges fordonsflotta ska vara fossiloberoende år 2030.
Miljömål för avfall
Det är sedan år 2005 förbjudet att lägga organiskt avfall på deponi. Sedan år 2002 finns det nationella miljömålet att minst 35 procent av matavfallet från hushåll, storkök, restauranger och butiker ska återvinnas genom biologisk behandling, in-klusive hemkompostering, senast år 2010. Detta mål uppnåddes inte, men nästan 25 procent av matavfallet återvanns genom biologisk behandling. Regeringen har nu beslutat om ett antal nya etappmål inom bland annat avfallsområdet till år 2018. Resurshushållningen i livsmedelskedjan ska öka genom att minst 50 procent av matavfallet från hushåll, storkök, butiker och restauranger sorteras ut och behand-las biologiskt så att energin och växtnäringen tas tillvara.
Ett ytterligare mål är att minst 60 procent av fosforföreningarna i avloppen ska återföras till produktiv mark senast år 2015, varav minst hälften till åkermark. Spridning av biogasprocessens näringsrika slutprodukt, biogödseln, på jordbruks-mark kan bidra till att dessa mål uppfylls.
Biogas i Sverige
Historik
I Sverige har biogasprocessen sedan länge använts för att stabilisera och minska slammängderna vid landets reningsverk. Efter 1970-talets energikris ökade intres-set för att framställa förnybar metangas även från andra organiska material, som till exempel gödsel och industriella avloppsvatten från sockerbruk, massafabriker med mera. Under 1980-talet byggdes många anläggningar för att utvinna biogas från
avfallsdeponier och sedan mitten av 1990-talet har flera anläggningar som behand-lar matavfall samt fasta avfall och processvätskor från livsmedelsindustrier till-kommit.
Biogasanläggningar
Idag ligger Sverige långt framme när det gäller utnyttjandet av biogas som energi-källa. Biogas produceras vid totalt 229 anläggningar runt om i landet (2010). An-läggningarna består av:
• 135 reningsverk
• 5 industrier
• 18 samrötningsanläggningar
• 57 deponier
• 14 gårdsanläggningar
Den största mängden biogas, cirka 44 procent kommer från reningsverk, medan cirka 25 procent kommer från samrötningsanläggningar och 22 procent från depo-nier. Småskalig biogasproduktion på gårdsnivå förekommer också, främst för pro-duktion av el och värme (www.biogasportalen.se).
Under de senaste 15-20 åren har framgångsrika svenska satsningar lett till ett ökat användande av biogas som fordonsbränsle. Uppgradering av biogas till fordons-bränslekvalitet sker på ett 50-tal anläggningar. Medvetenheten om biogasens förde-lar ökar och i vissa regioner, som till exempel i Stockholmsområdet, är efterfrågan på biogas som fordonsbränsle större än tillgången. Nya tekniker för rening och transport av gasen har utvecklats och antalet tankställen för biogas ökar stadigt i landet (www.gasbilen.se).
Statliga stöd
En stor del av dessa satsningar har möjliggjorts genom det statliga stöd som under åren 1998 - 2008 fördelades av Naturvårdsverket i lokala investeringsprogram (LIP) respektive klimatinvesteringsprogram (Klimp). Flera biogasanläggningar har byggts med hjälp av LIP- respektive Klimp-bidrag och ett antal förbättringar och utbyggnader av befintliga anläggningar har också fått detta ekonomiska stöd. De statliga investeringsprogrammen har varit en väsentlig drivkraft för de flesta svenska biogasprojekt och i många fall möjliggjort framtagande av ny teknik och demonstrationsobjekt (Naturvårdsverket 2005).
De närmare 200 biogasprojekt som fått statligt stöd via Klimp har bidragit till en total minskning av växthusgasutsläpp med cirka 170 000 ton koldioxidekvivalenter per år under perioden 2003-2010, vilket motsvarar 56 000 bilars årliga utsläpp. Framförallt har projekt inriktade på biogas till fordon visat sig effektiva
(Natur-NATURVÅRDSVERKET RAPPORT 6518 Biogas ur gödsel, avfall och restprodukter
11
Nuvarande produktion och framtida potential
Den sammanlagda mängden biogas som produceras årligen i Sverige uppgår till cirka 1,4 TWh (2010). En kartläggning av den svenska biogaspotentialen från in-hemska restprodukter visar att produktionen kan bli minst tio gånger så stor (Bio-mil & Envirum 2008). Rapporten visar att potentialen är cirka 15 TWh från sam-hällets och lantbrukets restprodukter. Av detta beräknas omkring 70 procent komma från lantbruk, bland annat gödsel. Om även möjligheten att utvinna metan ur cellulosarikt trämaterial, så kallad biometan, beaktas kan ytterligare 59 TWh utvinnas ur skogens restprodukter. Den sammanlagda potentialen blir då 74 TWh energi per år. Detta motsvarar närmare 90 procent av Sveriges bränslebehov för vägtransporter.
Storskaliga biogasanläggningar, som producerar 50 GWh eller mer biogas per år, planeras nu för att utöka biogasproduktionen i landet. Bland annat finns planer på att bygga storskaliga anläggningar runt storstadsregionerna. Detta medför att bio-gasens konkurrenskraft ökar genom att man kan åtnjuta de skal- och stordriftsför-delar som följer med större anläggningar.
Det finns idag en outnyttjad potential för ökad biogasproduktion i många av de reningsverk som behandlar slam från vattenreningen. Flera av dessa anläggningar skulle kunna generera mer biogas om förhållandena optimerades för sådan produkt-ion (Mårtensson 2007). Detta innebär att kostnaderna kan hållas på en rimlig nivå vid ökad biogasproduktion, eftersom anläggningen redan finns på plats.
Samhällsnyttor
En ökad användning av biogas som bränsle minskar vårt beroende av olja, vilket har fördelar både för miljön och för vår långsiktiga energiförsörjning. Biogaspro-cessen utgör dessutom en viktig länk i ett kretslopp av näring och energi mellan stad och land, mellan konsumtion och produktion.
Strategisk energi- och drivmedelsresurs
För att säkra den svenska industrins och trafikens energi- och drivmedelsförsörj-ning i framtiden är det nödvändigt att finna vägar ut ur beroendet av fossila bräns-len och råvaror. Ett växande behov av råolja från avlägsna och politiskt instabila områden minskar vår försörjningstrygghet. Störningar i leveranserna av fossil energi hotar att driva upp priserna vilket bland annat kan leda till minskad konkur-renskraft hos den inhemska industrin. En satsning på biogas innebär ett strategiskt viktigt steg ut ur oljeberoendet och bidrar till en långsiktigt hållbar energiförsörj-ning.
Hållbar avfallshantering
I ett uthålligt och resurssnålt samhälle ingår avfallet i ett kretslopp där organiskt material och näringsämnen som kväve, fosfor och kalium återförs till produktiv mark. Avfallet blir därmed en resurs som kan utnyttjas på ett hållbart sätt. Detta bidrar också till ett ökat miljömedvetande hos de kommuninnevånare som källsor-terar sitt matavfall. Genom att ta tillvara samhällets organiska restprodukter mins-kar mängden avfall som måste tas omhand på annat sätt, till exempel genom för-bränning. Med hjälp av biogasprocessen ingår produktion och konsumtion av såväl livsmedel som energi från samhällets olika sektorer i ett balanserat kretslopp. Att utveckla integrerade lösningar för vatten, energi och avlopp är en viktig del i skap-andet av hållbara städer.
Energieffektivt
När åkermarken används för produktion av bioenergi är en viktig faktor att ta hän-syn till hur mycket energi som kan fås ut när tillförd energi dragits av, det vill säga nettoenergiutbytet. Energibalansen, kvoten mellan drivmedelsutbyte och insatt hjälpenergi, visar att biogas har en hög energieffektivitet i jämförelse med andra biodrivmedel (Börjesson m fl 2010).
Att kombinera etanol- och biogasproduktion är också energieffektivt. Genom att först framställa etanol ur till exempel vete, kan sedan restprodukten, dranken, an-vändas för produktion av biogas genom rötning.
Levande landsbygd
En fördel med biogastekniken är att den kan utnyttjas lokalt och råvaror behöver inte transporteras långa sträckor eller importeras. Små eller medelstora företag och kommuner kan etablera biogasanläggningar som inte behöver koncentreras till någon särskild plats i landet eller till storstadsområdena.
När stallgödsel från till exempel svin rötas innan spridning minskar luktproblemen vid spridning av gödseln väsentligt. Detta kan, särskilt om spridningsarealen grän-sar till bebyggelse, ha avgörande betydelse för lantbruksföretagets fortlevnad som djurproducent.
Att odla energigrödor på åkern är ett sätt att hålla marken i brukbart tillstånd. Över-skottsarealer och mark som idag ligger i träda riskerar att på sikt förbuskas och växa igen. Genom biogasproduktion från olika jordbruksgrödor behålls potentialen inför eventuell framtida livsmedelsodling på dessa marker.
Genom försäljning av producerad el och biogas till uppgradering utanför gården kan lönsamheten i lantbruksföretaget öka. Fler företag kan överleva och hålla od-lingsmarken öppen. Detta i sin tur leder till en levande landsbygd och ökad
syssel-NATURVÅRDSVERKET RAPPORT 6518 Biogas ur gödsel, avfall och restprodukter
13
Rent bränsle för industrin
Metan är ett eftertraktat bränsle i industrin, bland annat beroende på dess gasform vilket ger en hög förbränningskvalitet och reglerbarhet. Metan brinner med en ren och klar låga vilket gör att värmepannor och annan utrustning inte smutsas av sot och slagg. Detta medför både renare arbetsmiljö och minskat slitage på anlägg-ningen. Metanmolekylen kan också användas som råvara i en mängd olika tillverk-ningsprocesser. Exempel på produkter där metan kan ingå som råvara är färger, plaster, möbler, djurfoder och smörjoljor.
Regional utveckling och ökad sysselsättning
En satsning på biogas till fordonsbränsle kräver utökat engagemang från många parter, inte bara i det enskilda företaget. Många andra aktörer behöver vara inblan-dade för att alla delar i projektering, byggande, ekonomisk kalkylering, kontroll, distribution med mera ska fungera. Detta i sin tur innebär att nya arbetstillfällen skapas, både lokalt och regionalt runt satsningen. I Sverige finns idag flera region-ala samarbeten kring biogas; Biogas Mitt, Biogas Norr, Biogas Syd, Biogas Sydost, Biogas Väst och Biogas Öst. En satsning på biogas är också en satsning inom reg-ional- och sysselsättningspolitiken.
Exportmöjligheter
Biogas är ett miljöteknikområde som har väckt stort internationellt intresse. Det är nödvändigt att inom detta område öka stödet samt förbättra hemmamarknaden för att biogasföretagen ska kunna utvecklas till framgångsrika exportföretag. Den stora marknaden finns utanför Sveriges gränser. Sverige ligger idag i täten när det gäller biogasteknik och är världsledande på uppgraderings- och förgasningsteknik. Med en fortsatt inhemsk satsning kan företag i biogasbranschen växa, vilket i sin tur leder till ökade möjligheter att föra ut svensk biogasteknik och spetskompetens inom miljöteknik på en internationell marknad. Export av kunnande och teknik på biogasområdet kommer därmed leda till att ännu fler arbetstillfällen skapas i Sve-rige. Allt detta borgar för att mycket kommer att hända på biogasfronten inom de närmaste åren. En satsning på biogas har inte bara fördelar för miljön och energi-försörjningen. Den kan även bli en satsning i rätt riktning för ekonomin i det en-skilda företaget, för regionalpolitiken och för samhällsekonomin i stort.
Miljönyttor
Biogasprocessen har många miljömässiga fördelar och intar en särställning ef-tersom den har två miljövänliga slutprodukter, biogas och biogödsel. Biogasen är idag det mest miljövänliga fordonsbränslet som finns på marknaden och kan också användas för produktion av värme och el och som råvara i industrin. Renad biogas har samma användningsområden som naturgas och kan därmed ersätta denna.
Bio-gödseln är ett högvärdigt gödningsmedel som kan återföra näringsämnen till mar-ken och därmed sluta kretsloppet av näring mellan stad och land.
Förnybar energikälla
Biogas är en förnybar energikälla. Den koldioxid som bildas när biogas förbränns och blandas med luftens syre bidrar inte till växthuseffekten, eftersom kolet i bio-gasen redan finns i omlopp i naturen ovan jordskorpan. Samma mängd koldioxid skulle avges om det biologiska materialet istället förmultnade. Kolet i metanmole-kylen härstammar från luftens koldioxid som bundits in i växterna via fotosyntesen. Även naturgas har bildats på detta sätt, men naturgasens kol har gömts i fossila lager under miljontals år och är därmed inte koldioxidneutralt när det hämtas upp ur jordens inre. Detta ger biogasen en miljöfördel gentemot naturgas.
Miljövänligt bränsle
När biogas används som ersättning för bensin eller diesel till fordonsdrift ger det många miljöfördelar. Biogas är det fordonsbränsle som ger lägst koldioxid- och partikelutsläpp av alla drivmedel som finns på marknaden idag vilket bidrar till en bättre stadsmiljö. Metanmolekylen är den enklaste av alla kolväten, vilket gör att avgaserna vid förbränning är mycket rena. Utsläppen av kolmonoxid, kolväten, svavelföreningar, kväveoxider, tungmetaller och stoft är försumbara. Gasmotorn är tystare och bullrar mindre än en dieselmotor, vilket innebär bättre arbetsmiljö för till exempel yrkeschaufförer. Metan är ett säkrare drivmedel än bensin och diesel eftersom gasen inte är giftig och lättare än luft. Om ett läckage skulle uppstå stiger gasen snabbt uppåt och späds ut i den omgivande luften.
Koldioxidutsläppen per energienhet beräknas kunna reduceras med cirka 90 pro-cent när biogas används för att ersätta fossila drivmedel. Om biogas som utvinns ur gödsel används som drivmedel ger det dubbla vinster, eftersom utsläppen av både metan från färsk orötad gödsel och fossil koldioxid minskar. Reduktionen av koldi-oxidekvivalenter kan då vara så stor som 180 procent per energienhet (Börjesson m fl 2010).
Högvärdigt gödselmedel
Eftersom rötningen sker i slutna kärl hålls alla de näringsämnen som tillförs via substratet effektivt kvar på plats och läcker inte ut. Kväve, fosfor, kalium, kalcium och magnesium blir kvar i lösliga och växttillgängliga former.
Ett miljöproblem vid konventionell hantering av stallgödsel är att näringen i denna är relativt svårtillgänglig och därför inte kan tas upp i tillräcklig grad av växternas rötter. Följden blir att näringsämnen, framför allt kväve och fosfor, lakas ut från marken och når vattendrag och slutligen havet, där de orsakar övergödning. Om man däremot rötar gödseln innan den sprids hamnar näringsämnena i mer
lättill-NATURVÅRDSVERKET RAPPORT 6518 Biogas ur gödsel, avfall och restprodukter
15
och skörderester övergår vid rötning till ammonium, vilket är en vattenlöslig form av kväve som är lättare för växtens rötter att ta upp.
Rötningen innebär därför att man får ett effektivt kvävegödselmedel som dessutom är lätthanterligt och kan myllas ner i marken med god precision. Eftersom växterna snabbt kan ta upp näringsämnena från den rötade gödseln minskar också risken för kväveförlust och miljöpåverkan via ammoniak- och lustgasavgång. Även läckaget av vattenlösligt nitrat minimeras. Detta gör att risken för utlakning av kväve till vattendrag och grundvatten minskar.
Med en mer effektiv hushållning av näringsämnena i gödseln minskar också beho-vet av inköpt handelsgödsel. Detta innebär både lägre kostnader för lantbrukaren och en energibesparing i form av minskad mängd fossila råvaror och energi som behövs för framställning av handelsgödsel.
Rötad gödsel luktar betydligt mindre än färsk gödsel vid spridning, vilket möjlig-gör spridning nära bebyggelse utan olägenhet. Rötningen minskar också antalet sjukdomsframkallande mikroorganismer och ogräsfrön i materialet, särskilt om rötningen sker termofilt (55°C).
Minskade metanutsläpp
Metan är i sig en växthusgas och dess verkan på växthuseffekten är, sett ur ett hundraårsperspektiv, drygt 20 gånger starkare än koldioxid. Ett problem vid kon-ventionell gödselhantering och lagring är att det ofta uppstår spontana emissioner av metan. Dessa metanutsläpp kan undvikas om gödseln istället rötas i en sluten rötkammare, eftersom all bildad metan samlas upp och förbränns. I detta samman-hang är det viktigt att även rötrestlagret täcks, eftersom en del metan fortfarande kan bildas innan biogödseln myllas ner i marken. Vid många deponier samlas me-tan idag upp, vilket minskar meme-tanläckaget till atmosfären även från dem.
Förbättrad markstruktur
I områden som länge dominerats av spannmålsodling utan inslag av betande djur och vallgrödor kan en lägre halt av organiskt material ge en försämrad markstruk-tur med minskat skördeutbyte som följd. Att låta en del av den odlade grödan gå in i en biogasprocess och därifrån få ut en rötrest som blir till mull och växtnäring i den egna åkern kan vara ett sätt att ersätta det som kreatursgödseln annars skulle bidra med. Genom att etablera fleråriga gräsvallar för biogasproduktion förbättras markstrukturen, bland annat som en följd av välutvecklade rotsystem och mask-gångar i marken.
Problem och utmaningar
Biogasen och biogödseln har, som beskrivits ovan, många samhälls- och miljöför-delar och kommer sannolikt att spela betydande roller i Sveriges framtida miljöar-bete, energiförsörjning och avfallshantering. För att introduktionen av biogasen på
den svenska marknaden ska bli fortsatt framgångsrik är det dock viktigt att de pro-blem och hinder som kan uppstå på vägen hanteras på ett medvetet och effektivt sätt.
Metanutsläpp
Metan är en växthusgas och utsläpp av metan bör undvikas vid all hantering av biogas och biogödsel. Redan idag sker ett målmedvetet arbete vid biogas- och upp-graderingsanläggningarna för att upptäcka och undvika läckor av gas. Bland annat har Avfall Sverige initierat ett frivilligt åtagande för biogasproducenter att regel-bundet inventera sina utsläpp. Eventuella läckage som upptäcks vid inventeringen ska åtgärdas.
När det gäller hanteringen av biogödsel är det viktigt att lagring och transporter sker i täckta kärl innan spridning. Viktigt att notera i detta sammanhang är att me-tanläckagen är betydligt större vid hantering av färsk stallgödsel än vid hantering av biogödsel.
Lukt
Vid biogasanläggningar uppstår ibland olägenhet med lukt. Detta är oftast kopplat till mottagningen av avfall före rötning. Även här sker en teknikutveckling, bland annat har vissa anläggningar installerat kompostfilter som reducerar lukten vid mottagning och hygienisering av färskt avfall.
Konkurrens om odlingsmark
I den potential som anges för framtida svensk biogasproduktion ingår, förutom biogas från organiska avfall, även rötning av diverse odlade grödor. Om sådan mark som idag ligger i träda, runt 6 %, utnyttjas för energiproduktion uppstår ingen direkt konkurrens med livsmedelsproduktion. Odling av grödor för biogasprodukt-ion medför istället att denna mark utnyttjas på ett effektivt sätt och hålls i brukbart skick inför ett eventuellt framtida behov av ökad spannmålsodling. Lågproduktiva marker som på sikt riskerar att beskogas kan med fördel utnyttjas för biogaspro-duktion. Dessutom kan restprodukter från livsmedelsproduktion, till exempel blast och skörderester, användas för biogasproduktion vilket innebär ett effektivt utnytt-jande av åkermarken. En konkurrenssituation som däremot kan uppstå är om mar-ken behövs för annan energiproduktion.
Rötrest
Den biogödsel som framställs av rötresten vid anläggningar som rötar rena orga-niska avfall, till exempel gödsel, grödor, källsorterat matavfall och rena process-vätskor från livsmedelsindustrin är ett effektivt och näringsrikt gödningsmedel. Biogödseln är mycket ren och genom ett utvecklat certifieringssystem (SPCR 120) garanteras kvaliteten på denna.
NATURVÅRDSVERKET RAPPORT 6518 Biogas ur gödsel, avfall och restprodukter
17
Även vid reningsverken pågår ett arbete som syftar till att höja kvaliteten på och därmed utöka användningen av rötslam. Det är i detta sammanhang mycket viktigt att arbeta uppströms, det vill säga att spåra och eliminera oönskade ämnen i av-loppsvattnet redan innan detta når behandlingsanläggningen. I projektet Ren Växt-näring från avlopp (Revaq) har ett sådant miljöarbete initierats vid ett antal svenska reningsverk. Målet är att den näringsrika rötresten från reningsverken ska få ökad användning inom jordbruket.
Gasfordon och tankställen
Produktionsanläggningarna är ännu för få för att tillgodose en hela tiden ökande efterfrågan på biogas i Sverige. För att säkra en jämn tillförsel av gas kan därför en backup med naturgas behövas i vissa fall, åtminstone i ett initialskede innan pro-duktionen av biogas hunnit komma upp i tillräckligt stora volymer.
I takt med att produktionen av biogas ökar etableras nya tankställen i landet, men fortfarande är efterfrågan på biogas i flera regioner större än tillgången. En anled-ning till att eventuellt nya biogasproducenter tvekar med en etablering kan bland annat bero på att avsättningen av biogasen inte är långsiktigt garanterad. Det finns för få tankställen och gasfordon på marknaden. Här uppstår ett moment 22-problem.
En annan orsak till varför biogasen ännu inte etablerats fullt ut på den svenska marknaden är att det tar tid och är relativt kostsamt att bygga ut ett fungerande distributionssystem och infrastruktur för detta bränsle. Eftersom Sverige inte har något utvecklat distributionssystem för gas, förutom i vissa delar av landet där det finns tillgång till naturgas, behöver därför nya ledningar för biogas byggas lokalt och regionalt. Ett alternativ är att transportera biogas i komprimerad, flytande form.
2 - Biogasteknik
Biogas bildas när organiskt material bryts ner av mikroorganismer i syrefri miljö, så kallad anaerob rötning. Denna process sker naturligt i många miljöer med be-gränsad tillgång på syre, till exempel i sumpmarker, risfält och i magen på idiss-lare. I en biogasanläggning utnyttjas den naturliga processen genom att organiskt material läggs eller pumpas in i en rötkammare, som är en helt lufttät behållare. Produkterna som bildas är dels biogas, dels biogödsel som är ett näringsrikt göd-ningsmedel.
Definitioner av biogas
Med biogas förstås ett vätskeformigt eller gasformigt bränsle som framställts av biomassa och vars energiinnehåll till övervägande del härrör från metan. Den ener-girika delen av biogas utgörs av metan. Beroende på produktions-förutsättningarna består biogas av 45 – 85 procent metan och 15 – 45 procent koldioxid. Dessutom förekommer bland annat svavelväte, ammoniak och kvävgas i små mängder. Bio-gasen är oftast mättad med vattenånga. Mängden eller volymen biogas brukar anges i enheten normalkubikmeter (Nm3). Med detta menas volymen gas vid 0ºC och atmosfärstryck.
Metan ingår även i naturgas. Renad biogas kan därför blandas med naturgas och utnyttjas på ett likartat sätt. Naturgas består av gasformiga kolväten som bildats för 50-400 miljoner år sedan genom syrefri nedbrytning av växter, plankton, alger med mera. Metanhalten i naturgas är cirka 90 procent . Denna gas finns i fossila lager och hämtas upp tillsammans med olja eller från separata gaskällor ur jordens inre.
Rötgas
Den biogas som utvinns ur avloppsslam, gödsel, lantbruksgrödor med mera i en rötkammare kallas ibland för rötgas. Rötgasen har i allmänhet en relativt hög me-tanhalt (runt 55 procent). Man skiljer ibland på rötgas från samrötning av olika substrat och gas från rötning av enbart avloppsslam. Samrötning innebär att flera substrat rötas tillsammans i en process, till exempel källsorterat matavfall eller slakteriavfall tillsammans med gödsel och energigrödor. Samrötning leder oftast till en högre halt av metan i rötgasen jämfört med om enbart ett enskilt substrat rötas.
Deponigas
De lägsta halterna av metan finner man i deponigas. Detta beror på att metanbild-ningen i avfallsupplag inte är kontrollerad och optimerad på samma sätt som i en rötkammare. En del luft läcker också in i deponin när biogasen sugs ut med hjälp av fläktar. Vid utvinning av deponigas används vanligen perforerade gasrör, så
NATURVÅRDSVERKET RAPPORT 6518 Biogas ur gödsel, avfall och restprodukter
19
in och facklas bort, dels för att minska läckaget av växthusgas, dels för att minska explosionsrisken. Metanbildning i deponier är en långsam process, som ur blandat avfall kan pågå i 50 år eller mer. I och med förbudet att deponera organiskt avfall byggs inga nya deponier med sådant avfall, men existerande avfallsupplag kommer att fortsätta producera metan under överskådlig tid (30 – 50 år).
Biometan från termisk förgasning
Biometan är ett samlingsnamn för de gaser som huvudsakligen består av metan och som kan utvinnas ur biologiskt material. Biometan kan till exempel vara biogas från rötning, men kan även utvinnas genom förgasning av cellulosarika material, som till exempel olika träråvaror och kolhaltiga avfall. Denna så kallade termiska förgasning är ett effektivt sätt att framställa metan. Produkten som erhålls kallas för substitute natural gas (SNG). Ibland används även benämningen syntetisk naturgas. Denna kan distribueras och användas på likartat sätt som naturgas och uppgraderad biogas. Vid framställning av SNG bryts det kolhaltiga materialet ner genom upp-hettning. Den bildade syntesgasen genomgår olika processteg (rening och skift) innan den slutligen syntetiseras till metan.
En förgasningsanläggning för skogsavfall byggs i Göteborg, det så kallade GoBi-Gas-projektet. Det första steget planeras här att tas i bruk under 2013. Vid full drift beräknas anläggningen producera 1 TWh biometan, vilket är 70 procent av den totala svenska biogasproduktionen (2010). Planer på en förgasningsanläggning i Skåne-regionen finns också. Ett annat förgasningsprojekt pågår i Piteå. Här är för-gasningsanläggningen förlagd intill ett pappersbruk och förgasar svartlut, en rest-produkt från pappersmassaindustrin. Vid anläggningen framställs bland annat di-metyleter (DME) som kan användas för att ersätta diesel eller blandas med gasol.
Biogasprocessen
I biogasprocessen deltar en mängd olika mikroorganismer i ett komplicerat samspel som leder till att sammansatta organiska föreningar, till exempel kolhydrater, fetter och proteiner bryts ner till slutprodukterna metan och koldioxid. För en ingående beskrivning av processen, se Schnürer & Jarvis (2009).
Flera steg
Biogasprocessen kan indelas i tre huvudsteg, där det första steget, hydrolysen, innebär att mikroorganismer med hjälp av enzymer sönderdelar de komplexa före-ningarna till enklare föreningar som till exempel socker och aminosyror. I nästa steg sker en jäsning (fermentation) varvid ett antal mellanprodukter, bland annat alkoholer, fettsyror och vätgas, bildas. I det sista steget sker själva metanbildning-en. Denna utförs av en unik grupp mikroorganismer, de så kallade metanbildarna, som har mycket specifika krav på sin omgivande miljö. De växer långsamt och dör i kontakt med syre. De behöver också ha särskild tillgång till vissa vitaminer och
spårämnen och är känsliga för snabba förändringar i temperatur, surhetsgrad (pH) med mera.
Belastning och uppehållstid
Biogasprocessen är en biologisk process och tekniken måste anpassas därefter. Ofta startar man upp processen försiktigt och stegvis så att mikroorganismerna hinner vänja sig vid nya förhållanden och substrat. Belastningen, det vill säga in-flödet av nytt material per tidsenhet höjs successivt tills full belastning uppnås. Detta kan ta flera månader, beroende på vilket substrat som rötas. Belastningen anges vanligen som organisk belastning eller organic loading rate (OLR), till ex-empel 2 kilo organisk substans per kubikmeter rötkammarvolym och dygn. Den organiska substansen anges ibland som volatile solids (VS).
I rötkammaren behandlas sedan materialet under en viss tid. Den genomsnittliga behandlingstiden för materialet innan det tas ut ur rötkammaren, den så kallade uppehållstiden, varierar beroende på det ingående substratets egenskaper samt hur mycket metan som ska utvinnas ur materialet. Uppehållstiden anges ibland som hydraulic retention time (HRT) och varierar vanligen mellan 10 och 40 dygn. De kortaste tiderna brukar tillämpas vid reningsverken, medan samrötningsprocesser ofta kräver längre uppehållstider.
Ur ett kilo torrt organiskt material kan normalt mellan 0,5 och 1,0 kubikmeter bio-gas utvinnas, beroende på vilket substrat som rötas. Produktionen av biobio-gas vid enbart gödselrötning är cirka en kubikmeter per kubikmeter rötkammarvolym och dag, medan utbytet kan bli avsevärt större (2 – 3 kubikmeter biogas per kubikmeter rötkammarvolym och dag) om mer energirika substrat används, som till exempel olika grödor och matavfall.
Temperatur
Temperaturen är en viktig faktor att ta hänsyn till vid anaerob (syrefri) rötning. De temperaturer som brukar användas i biogasprocesser är cirka 37ºC (mesofil) re-spektive cirka 55ºC (termofil). Det är vid dessa temperaturer som mikroorgan-ismerna växer som bäst inom det mesofila respektive termofila området. Eftersom biogasprocessen, till skillnad från en luftad kompost, inte värmer upp sig själv måste värme tillföras utifrån. Det är också viktigt att rötkammaren är tillräckligt värmeisolerad. För att hålla en jämn temperatur i processen installeras ofta omrö-rare inuti rötkammaren. Omrörningen underlättar också kontakten mellan mikro-organismer och substrat samt förhindrar skiktning av materialet.
Processutformning
En biogasprocess kan utformas på olika sätt. Den bildade biogasen samlas upp från toppen av behållaren medan substratet vanligen pumpas in i själva processen.
Röt-NATURVÅRDSVERKET RAPPORT 6518 Biogas ur gödsel, avfall och restprodukter
21
för hela det mikrobiella förloppet, så kallad enstegsrötning. Då sker alla nedbryt-ningssteg samtidigt och på samma plats. En annan variant är att dela upp processen i två steg, så kallad tvåstegsrötning. I den första rötkammaren inriktas processen på hydrolys och fermentation, men en del metan bildas också. Rötresten eller lakvatt-net från denna process avskiljs sedan för att matas in i en andra rötkammare som är specialanpassad för metanbildning. Denna kan till exempel vara utformad som ett anaerobt filter, det vill säga en rötkammare med inbyggda bärarmaterial där metan-bildarna kan fästa och därmed tillväxa bättre. Detta resulterar ofta i en snabb och effektiv bildning av biogas med metanhalter på upp till 85 procent.
Vid kontinuerlig rötning pumpas nytt material fortlöpande in i rötkammaren vilket ger ett jämnt inflöde av substrat över dygnet. Detta är möjligt för vätskeformiga substrat, som till exempel kommunala och industriella avloppsvatten. Slamformiga material, till exempel flytgödsel och slam från reningsverk, kan också matas in mer eller mindre kontinuerligt i processen, så kallad semi-kontinuerlig rötning. Med fasta material såsom växtrester och matavfall är det vanligt att inmatningen av nytt material sker mer sällan och i större portioner. Genom tillsats av vätska kan fasta material bli pumpbara, vilket möjliggör en mer kontinuerlig inmatning i processen.
Torrötning
En rötningsteknik som kan tillämpas på torra material är så kallad torrötning. Med torra material menas de substrat som har en hög andel torrsubstans (TS), det vill säga över 20 – 25 procent TS, och därmed låg vattenhalt. Det kan till exempel vara halmrik häst- och hönsgödsel, parkavfall eller skörderester. Rötningen sker här satsvis, det vill säga råmaterialet blir kvar på samma plats under hela förloppet utan att något nytt material tillförs eller tas ut ur processen. De enda rörliga delarna är pumpar för överskottsvatten och varmvatten som installeras utanför behållaren. Metoden är därför driftsäker i jämförelse med konventionell rötning där omblan-dare vanligtvis behövs inuti rötkammaren. Behovet av tillsatt vätska är dessutom avsevärt mindre än vid våt rötning, vilket leder till att rötresten inte behöver av-vattnas.
Substrat
Många typer av organiska material lämpar sig som substrat för rötning, till exempel slam från avloppsreningsverk, matavfall från hushåll, restauranger och butiker, gödsel, olika växtmaterial och processvatten från livsmedelsindustrin. Samrötning av olika material ger ofta ett högre metanutbyte, det vill säga den producerade mängden metan per inmatad mängd organiskt material ökar jämfört med om varje råvara rötas var för sig.
Förbehandling
I vissa fall behöver substratet förbehandlas innan det matas in i processen. Torra material kan behöva blötas upp, medan alltför vattenrika substrat, som till exempel avloppsvatten och slam från reningsverk, måste avvattnas för att inte ta alltför stor
rötkammarvolym i anspråk. Vid rötning av källsorterat matavfall från hushåll, buti-ker med mera behöver det organiska materialet avskiljas från förpackningar och felsorterat material. Metaller kan avlägsnas med hjälp av magnetavskiljning. Om matavfallet samlats in i plastpåsar kan dessa behöva öppnas och siktas bort. Ibland görs ytterligare sönderdelning av det organiska materialet för att öka dess tillgänglighet för mikroorganismerna i processen, till exempel vid rötning av växt-material med hög andel fibrer. Denna typ av förbehandling tillämpas också inför rötning av matavfall som ofta är relativt inhomogent till sin karaktär. Med ett mer finfördelat och homogent material kan behandlingstiden i rötkammaren kortas och mer biogas kan också utvinnas per mängd inmatad substans. Tekniker som kan användas i detta avseende är till exempel malning och sönderdelning med hjälp av kvarnar och skärande skruvar. På detta område sker för närvarande en snabb tek-nikutveckling.
Hygienisering
De biogasanläggningar som behandlar material med animaliskt ursprung, till ex-empel slakteriavfall och gödsel, måste hygienisera det ingående substratet innan det går in i rötningsprocessen. Regelverket för denna hygienisering kontrolleras av Jordbruksverket i den så kallade Animaliska biprodukts-förordningen. Hygienise-ringssteget utförs vanligen genom att allt material upphettas till 70ºC i minst en timme innan det matas in i rötkammaren, så kallad pastörisering. Undantag från denna regel kan göras till exempel vid gårdsrötning av gödsel om spridning av rötresten endast sker inom det egna lantbruket. Ibland hygieniseras även substrat som inte har animaliskt ursprung. Naturvårdsverket utfärdar allmänna råd för hur materialet ska hygieniseras.
Användning och distribution av biogas
Energin i biogas kan utnyttjas på olika sätt. Bland annat kan den användas för upp-värmning, antingen lokalt eller genom distribution via fjärrvärmenät. Biogas kan också användas för produktion av el och därmed bidra till en ökad andel grön el i elnätet. När användningen av biogas som fordonsbränsle nu ökar tillkommer nya system för lagring och distribution av gasen. Denna kan distribueras i separata ledningar eller via allmänna gasnät, men också transporteras som komprimerad gas eller i flytande form.
Vanligast är fortfarande att biogasen förbrukas lokalt i närheten av biogasanlägg-ningen. Ofta läggs en ledning från produktionsstället till den många gånger enda förbrukaren. Ledningarna byggs vanligen i plast (polyeten) för distribution av gas vid tryck upp till 4 bar. Uppgraderad och komprimerad biogas kan också
distribue-NATURVÅRDSVERKET RAPPORT 6518 Biogas ur gödsel, avfall och restprodukter
23
(LBG), koncentreras energin per liter cirka 600 gånger jämfört med den energi som finns i gasform vid atmosfärstryck.
Värme
Vid produktion av värme behöver endast vattenånga avskiljas från rågasen innan förbränning. Värmepannor finns på de flesta biogasanläggningar, där gasen ofta utnyttjas för uppvärmning av närliggande lokaler och bostäder. Överskottsvärme kan också föras ut till externa lokaler, antingen direkt via gasledning eller indirekt via fjärrvärmenät. I mindre anläggningar är det dock vanligt att en viss del av bio-gasen måste facklas, det vill säga brännas bort, särskilt sommartid då värmebeho-vet är lägre.
Kraftvärme
Biogas kan användas för produktion av kraftvärme, det vill säga både el och värme genereras i samma anläggning. Cirka 30-40 procent av energin i bränslet kan ut-vinnas som el medan resten blir värme. Liksom vid enbart värmeproduktion måste gasen torkas innan användning. Dessutom måste den renas från stoft och eventuellt vissa korrosiva ämnen som till exempel svavelväte. Gasmotorer som till exempel ottomotorn och dieselmotorn lämpar sig väl för småskaliga kraftvärmeanläggning-ar. En variant av dieselmotor som bland annat förekommer på tyska biogasanlägg-ningar är den så kallade dual-fuel-motorn, som kan köras på både diesel och gas. Gasturbiner kan användas för större anläggningar. På senare år har även mikrotur-biner i storleksordningen 25 – 100 kilowatt börjat introduceras för kraftvärmepro-duktion från biogas.
Fordonsbränsle
Användandet av biogas som fordonsbränsle ökar för varje år, både i Sverige och utomlands. De flesta tankställena finns ännu så länge i södra och västra Sverige, men en utbyggnad av antalet tankställen pågår även i andra delar av landet (se karta på www.gasbilen.se). Biogas och naturgas som drivmedel kallas gemensamt för fordonsgas.
Personbilar som använder fordonsgas som bränsle är ofta så kallade tvåbränslebilar (bi-fuel), det vill säga att de har separata tankar för bensin respektive gas. Samma motor används för båda bränslena och bilen kopplas automatiskt om till bensindrift om gasen skulle ta slut. Flertalet av de tunga fordon, till exempel bussar och lastbi-lar, som är byggda för gasdrift är däremot anpassade till att köra enbart på gas. Vid gasdrift används vanligen ottomotorn, vilket bland annat gör att bränsleförbruk-ningen är något högre än med en dieselmotor. Utvecklingen går dock hela tiden framåt och otto-motorerna förbättras i bland annat effektivitet, vridmoment och styrka. En annan variant, den så kallade dual-fuel-tekniken, börjar nu introduceras på marknaden. Med denna teknik kan motorn köras på både diesel och fordonsgas. Upp till 75 procent av dieseln kan ersättas med fordonsgas och tekniken utgör ett
mer miljövänligt alternativ för tunga fordon. Fördelen är att dieselmotorn kan ut-nyttjas med sin höga verkningsgrad och låga bränsleförbrukning.
Uppgradering
För att kunna utnyttja biogas som fordonsbränsle måste energiinnehållet först höjas genom att koldioxid avskiljs, så kallad uppgradering. Även vatten och föroreningar som till exempel svavelväte och partiklar behöver avlägsnas. Ett luktämne tillsätts så att eventuella gasläckor lätt kan upptäckas. Slutligen krävs att gasen komprime-ras, det vill säga trycksätts, till cirka 200 bar innan användning. Uppgraderad bio-gas har en metanhalt på minst 95 procent och kan därmed användas på samma sätt som naturgas. Energiinnehållet i en normalkubikmeter (volymen gas vid 0ºC och atmosfärstryck) uppgraderad biogas motsvarar cirka 1,1 liter bensin.
Den vanligaste tekniken för uppgradering av biogas är tryckvattenabsorption (vat-tenskrubber) som bygger på att koldioxid löser sig lättare i vatten än vad metan gör. En variant av skrubberteknik är att istället för vatten använda ett lösningsme-del som absorberar koldioxid mer effektivt. Olika varianter finns, till exempel ab-sorption med en lösning av dimetyleterderivat (varumärkena Genosorb och Selex-ol) eller absorption i en kemisk reaktion med ett lösningsmedel (varumärket Cooab). En annan vanlig teknik för uppgradering är pressure swing adsorption (PSA), som separerar olika ämnen utgående bland annat ifrån deras molekylstorlek. Koldioxid kan också separeras från metangasen med hjälp av kryogen teknik. Denna teknik bygger på att metan och koldioxid har olika kokpunkter, vilket inne-bär att koldioxid kan avlägsnas från biogasen genom nedkylning till flytande form. Den kylda koldioxiden kan användas som till exempel kylmedia i livsmedelsindu-strin och till mobila kylvarutransporter.
När den uppgraderade biogasen kyls till flytande form (vid cirka -160ºC) uppnås flera fördelar. På grund av högre energitäthet tar flytande biogas mindre plats än gasformen, vilket bland annat skapar möjligheter för att köra även tyngre fordon längre sträckor på biogas. En anläggning för flytande biogas startade i Lidköping 2012 och fler är på gång.
Andra uppgraderingsmetoder som kan bli aktuella i Sverige är membranteknik och processintern metananrikning. Membrantekniken innebär att biogas leds genom tunna hålfibrer, vilka släpper igenom koldioxid och vatten men inte metan, och gaserna kan därmed separeras. Vid processintern metananrikning avskiljs metan från koldioxid redan innan gasen lämnar rötkammaren. Metoden går ut på att röt-kammarinnehållet cirkuleras över en så kallad desorptionskolonn, där luft blåses igenom slammet för avdrivning (desorption) av löst koldioxid. Slammet återförs sen till rötkammaren och resultatet blir att den bildade biogasen anrikas på metan.
NATURVÅRDSVERKET RAPPORT 6518 Biogas ur gödsel, avfall och restprodukter
25
Gasnätet
Möjligheten att föra ut biogas på det allmänna gasnätet underlättar avsättningen av biogas betydligt. Tillfälliga produktionstoppar kan därmed regleras, till exempel på sommaren då uppvärmningsbehovet är lägre och lokalt tillverkad biogas annars kan behöva facklas bort. På grund av tekniska- och debiteringsskäl tillsätts ett högre kolväte, vanligen propan, till den uppgraderade biogasen för att uppnå samma energiinnehåll som naturgas innan gaserna blandas i nätet.
Via gasnätet kan biogasen få nya användningsområden. Exempelvis lämpar sig biogas, förutom som fordonsbränsle, även som till exempel bränsle i gasspisar och kaminer, för uppvärmning av varmvattenberedare och växthus och som bränsle och råvara i olika industriella tillverkningsprocesser.
De tankställen i landet som har tillgång till naturgas via stamnätet har en fördel eftersom de kan fylla på med naturgas om biogasen inte räcker till. Detta tryggar för en jämn tillförsel av fordonsgas samt minskar antalet lastbilstransporter på vägarna. Det svenska naturgasnätet har idag en sträckning från Malmö upp till Stenungsund. På sikt är målsättningen att öka mängden biogas i ledningarna. En ökad inblandning av biogas i gasnätet medför att andelen förnybar eller ”grön” gas som distribueras ut till användaren ökar. Redan idag står biogasen för mer än 50 procent av den gas som levereras ut till landets gasfordon.
Infrastruktur av gasledningar
För att vinna skalfördelar planeras nu projekt där flera lantbrukare och/eller kom-muner går ihop om en uppgraderingsanläggning. Lantbruken byggs ihop i ett infra-struktursystem av ledningar, där rågasen från biogasanläggningar på gårdsnivå transporteras till centrala uppgraderingsanläggningar och vidare till tankstationer. På detta sätt kan produktionen av biogas ske lokalt och nära till de råvaror som ska rötas, medan den producerade rågasen transporteras ut i ett ledningsnät. Detta är ett mycket kostnadseffektivt sätt i jämförelse med de system där grödor och gödsel måste transporteras långa sträckor med fordon till biogasanläggningar som har tillgång till uppgradering.
Rötrest och biogödsel
Vid anaerob rötning återfinns det mesta av ursprungsmaterialets kol och energi i de gasformiga slutprodukterna metan och koldioxid. Detta gör att det fasta materialets volym minskar under rötningen. Denna minskning av volymen utnyttjas bland annat vid landets reningsverk, där rötning sedan länge använts för att reducera slammängderna. Det är dock sällan som allt organiskt material bryts ner fullstän-digt i processen. Det bildas därför en slutprodukt, den så kallade rötresten, som förutom vatten och organiskt material även innehåller mikroorganismer och diverse näringsämnen.
Denna näringsrika slutprodukt kan med fördel utnyttjas som gödningsmedel. Röt-resten ger också ett tillskott av mullämnen till marken och är ett bra jordförbätt-ringsmedel. När det färdigrötade materialet lämnar rötkammaren samlas den upp i ett rötrestlager. Oftast är det nödvändigt med någon typ av täckmaterial, till pel hackad halm eller ett gastätt membran, för att förhindra att gaser som till exem-pel metan, lustgas och ammoniak läcker ut från lagret. Ibland komposteras rötres-ten. Ett exempel på detta finns vid biogasanläggningen i Borås, som har begränsade arealer för spridning av rötrest i sin närhet. Slutprodukten komposteras här för tillverkning av jordförbättringsmedel.
Om rötresten ska kunna utnyttjas som gödningsmedel får den inte innehålla förore-ningar som till exempel tungmetaller, sjukdomsalstrande mikroorganismer, rester av läkemedel, bekämpningsmedel med mera. Synliga föroreningar som plast och glas får heller inte förekomma. Generellt kan sägas att ett förorenat råmaterial ger en förorenad slutprodukt. Noggrann källsortering är därför mycket viktig för ett lyckat slutresultat. Beroende på ursprung brukar man ge rötresten olika benäm-ningar.
Slam från vattenrening
Rötat avloppsslam från reningsverk brukar kallas rötslam eller enbart slam. Detta har oftast en hög vattenhalt och behöver avvattnas innan spridning. Koncentration-en av fosfor är ofta hög, vilket är värdefullt ur växtnäringssynpunkt. Innehållet av tungmetaller kan dock ibland begränsa användningen av slammet i jordbruket. Ett certifieringssystem, Revaq, finns. Det ägs av Svenskt Vatten och fokuserar bland annat på ett aktivt uppströmsarbete. Vanliga användningsområden för slam är, efter inblandning av strukturmaterial som till exempel spån och sand, bland annat som anläggningsjord vid vägbyggen, golfbanor med mera eller som täckningsmaterial på deponier.
Biogödsel
Den rötrest som bildas vid biogasanläggningar som rötar gödsel, källsorterat matavfall, lantbruksgrödor, processvatten från livsmedelsindustrin med flera rena organiska avfall brukar kallas biogödsel. Denna liknar till sin konsistens flytgödsel från nötkreatur och svin och har ett rikt näringsinnehåll. Förekomsten av förore-ningar är generellt mycket begränsad och biogödseln lämpar sig därför väl som gödningsmedel i jordbruket.
Certifierad biogödsel
I Sverige finns idag ett certifieringssystem där biogasanläggningen kan kvalitets-säkra sin biogödsel. För certifiering av biogödseln, som är ett frivilligt åtagande, har regler (SPCR 120) sammanställts av Sveriges Tekniska Forskningsinstitut (SP) i samarbete med bland andra Avfall Sverige. I certifieringen synas hela kedjan från
NATURVÅRDSVERKET RAPPORT 6518 Biogas ur gödsel, avfall och restprodukter
27
Vid behandling av animaliska biprodukter, till exempel slakteriavfall, måste allt ingående substrat hygieniseras vid 70 ºC i en timme innan själva rötningen tar vid. Bland annat ställs krav på att inga salmonella-bakterier får förekomma i biogöd-seln. Personalen utbildas till ett säkerhetstänkande och får ta del av aktuell utbild-ning och information. Reutbild-ningsverksslam får inte ingå som substrat i de anläggutbild-ning- anläggning-ar som tillverkanläggning-ar certifierad biogödsel, eftersom detta kan medföra att halten av tungmetaller i slutprodukten blir för hög. Certifieringen bidrar till att öka kunder-nas förtroende för biogödseln, vilket gör att avsättningsmöjligheterna för denna ökar.
Spridning av biogödsel
Biogödseln sprids normalt med samma teknik som obehandlad flytgödsel, det vill säga med hjälp av traktor utrustad med gödseltunna och släpslangspridare. Ett al-ternativ som tillämpas i Helsingborg är att pumpa ut biogödseln i nedgrävda pipeli-nes till lantbruket. På detta sätt undviks tunga och energikrävande lastbilstranspor-ter av biogödseln ut till åkern. Dessutom förhindrar man att biogödseln kommer i kontakt med icke hygieniserat substrat, vilket annars kan utgöra en risk då samma lastbilsflak används för intransport av råmaterial till respektive uttransport av fär-dig biogödsel från anläggningen.
Systemet med pipelines öppnar också för möjligheten att introducera ny sprid-ningsteknik på de jordar som inte tål den tunga spridarutrustning som normalt vänds. Till exempel kan en mobil spridarutrustning med så kallad matarslang an-vändas, det vill säga biogödseln pumpas direkt från en lagringsbrunn till traktorns spridarramp genom en slang som släpar på marken.
Utveckling av biogasprocessen
Biogasprocessen är en komplicerad mikrobiologisk process med många nedbryt-ningssteg. Forskning och utveckling pågår hela tiden, både i Sverige och utom-lands, för att optimera processen och öka mängden metan som kan utvinnas. Ex-empel på forskningsområden är studier av de ingående mikroorganismernas krav på näring och miljö, nya substratblandningar och förbehandlingstekniker som till exempel behandling med enzymer och ultraljud, olika rötningstekniker som tvåstegsrötning, torrötning med mera samt utveckling av mätmetoder för att kon-trollera processens status. Grundforskningen bedrivs främst vid landets universitet och högskolor, medan mer tillämpad forskning även sker hos företag och forsk-ningsinstitut. Ofta sker forskning och utveckling i nära samarbete med de svenska biogasanläggningarna, både i pilot- och fullskaleförsök. I många fall bedriver bio-gasanläggningarna också egen forskning och utveckling kring biogasprocessen. Energigas Sverige har utarbetat anvisningar och normer för hur bland annat en biogasanläggning ska utformas och underhållas för att uppfylla ställda krav från
myndigheter, Anvisningar för biogasanläggningar, BGA 2012. Här ges en bra överblick över utformning, säkerhetsutrustning, provning och kontroll av biogas-processen. Syftet är att möta anläggningsägarnas behov av samlade instruktioner om gashantering, tillstånd, materialval och liknande. Alla Energigas Sveriges sam-lade anvisningar kan beställas på www.energigas.se.
Ordförklaringar
Biogas Ett gasformigt eller vätskeformigt bränsle som framställts av biomassa och vars energiinnehåll till övervägande del härrör från metan.
Rötgas Biogas som bildas ur avloppsslam, gödsel, lantbruksgrödor med mera i en rötkammare.
Deponigas Biogas med låg metanhalt som bildas från avfallsupplag, deponier.
Rågas Rå biogas, det vill säga den vattenmät-tade orenade biogas som kommer direkt från produktionsanläggningen.
Uppgraderad biogas Biogas som uppgraderats (renats) till fordonsbränslekvalitet, med en metan-halt på minst 95 procent.
Biometan Samlingsnamn för gaser som huvudsak-ligen innehåller metan och som kan utvinnas ur biologiskt material, till exempel genom rötning eller genom termisk förgasning.
Andra generationens drivmedel Ett allmänt begrepp utan någon veder-tagen definition, men vanligtvis menas här biodrivmedel som utvinns med relativt högt nettoenergiutbyte ur cellu-losarika material, till exempel skogs-råvara.
Rötrest Den fasta, flytande eller slamformiga produkt som bildas efter rötning och som innehåller vatten, icke nedbrutet material, näringsämnen och mikro-organismer (biomassa).
NATURVÅRDSVERKET RAPPORT 6518 Biogas ur gödsel, avfall och restprodukter
29
Rötslam Rötrest som bildas efter rötning av avloppsslam från reningsverk.
Biogödsel Rötrest från biogasanläggningar som rötar relativt rena avfall såsom gödsel, källsorterat matavfall, avfall från livs-medelsindustrin, lantbruksgrödor med mera.
Samrötning Rötning av flera substrat samtidigt, ger ofta högre metanutbyte än om varje material rötas var för sig.
Stödsystem och styrmedel
För att den svenska biogassatsningen ska vara fortsatt framgångsrik och expandera krävs det fortsatt tydliga signaler från politiker och andra beslutsfattare. Byggandet av en större biogasanläggning är en stor investering som hittills krävt ekonomiskt stöd för att vara värd att satsa på, åtminstone i ett initialskede. Statens tidigare bi-drag från LIP och Klimp har i många fall varit avgörande och ett fortsatt stöd i denna eller någon annan form är nödvändig för att långsiktigt kunna etablera bio-gasen på den svenska marknaden.
Ett flertal styrmedel och åtgärder har införts för att nå de uppsatta energi- och kli-matpolitiska målen. Det kanske viktigaste styrmedlet är energibeskattningen som omfattar energi-, koldioxid- och svavelskatt. Andra viktiga styrmedel är elcertifi-katsystemet, klimatinvesterings- och energieffektiviseringsprogrammet samt han-deln med utsläppsrätter. Nedan beskrivs några av dessa styrmedel som är särskilt viktiga i ett biogasprojekt.
Energibeskattning
Energibeskattningens primära syfte var inledningsvis fiskalt, med andra ord att bidra till finansiering av statens utgifter. Beskattningsmotivet har efterhand över-gått till att styra produktion och användning av energi efter de för tillfället gällande politiska målen. Dagens beskattning syftar till stor del till att energieffektivisera, främja användningen av förnybar energi samt öka den inhemska produktionen av förnybar energi.
Styrningen sker genom att olika bränslen beskattas på olika sätt och i olika nivåer i förhållande till varandra, beroende på hur stora emissionerna av olika föroreningar är och på vilken typ av slutanvändning de har.
Biogas används i dag till största delen som drivmedel eller för värmeproduktion. Fossila drivmedel som olja och diesel är belagda med energiskatt och koldiox-idskatt. Dessa skatter läggs på konsumenten. Naturgas, då den används som medel, är befriad från energiskatt fram till 2013. Biogas och andra förnybara
driv-medel är generellt befriade från energiskatt fram till och med år 2013 och undan-tagna från koldioxidskatt eftersom de är koldioxidneutrala.
För den som säljer biogas som motorbränsle för transportändamål krävs dock från den 1 februari 2012 ett hållbarhetsbesked från Energimyndigheten för att kunna göra avdrag för energi- och koldioxidskatt.
Värmeproduktion belastas med energiskatt, koldioxidskatt och i vissa fall sva-velskatt och kväveavgift. Värmeanvändare beskattas däremot inte. Biogas som används för värmeproduktion är befriad från energi- och koldioxidbeskattning.
Elcertifikatsystemet
I maj 2003 infördes ett stödsystem för el från förnybara källor, bland annat biogas, som baseras på elcertifikat. För varje producerad megawattimme förnybar el tillde-las producenten ett certifikat. Certifikatet kan säljas och genererar då en inkomst utöver den producenten får från försäljningen av den producerade elen. Snittpriset för certifikaten under perioden 2010 - 2012 var 23 öre per producerad kilowat-timme el. Samtidigt har en kvotplikt införts som ålägger alla användare, elintensiv industri undantagen, att föra in eller köpa in en viss andel förnybar el genom att köpa certifikat. Kostnaden för certifikaten fördelas på användarna. Sedan 1 januari 2012 har Sverige och Norge en gemensam elcertifikatmarknad. Målet med detta är att öka den förnybara elproduktionen med 26,4 TWh mellan 2012 och 2020.
Miljöbilspremien och förmånsvärden
I Sverige ges fordon som drivs med förnybara drivmedel, dit biogas räknas, vissa fördelar. För privatpersoner som kör biogasbil i tjänsten beräknas förmånsvärdet till 60 procent av motsvarande förmånsvärde för en bensindriven bil och gäller till och med år 2013. En ny gasbil kostar ungefär lika mycket som motsvarande diesel-bil, men man slipper dieselskatten. Fordonsgasen är dessutom billigare att tanka än motsvarande mängd bensin eller diesel.
Investeringsstöd
Investeringsstöd för biogas- och uppgraderingsanläggningar har tidigare varit sök-bart via de lokala investeringsprogrammen (LIP) och
Klimatinvesterings-programmen (Klimp). Programmen har inneburit en möjlighet för kommuner och andra aktörer att söka bidrag för åtgärder som minskar utsläppen av växthusgaser, bidrar till energiomställning eller besparing av energi. Klimp pågick under åren 2003-2008. Regeringen har inte planerat att avsätta mer medel till klimatinveste-ringar i den här formen. För att främja gödselbaserad biogasproduktion har Lands-bygdsdepartementet i sitt program avsatt pengar för ett investeringsstöd till lant-brukare som vill bygga en biogasanläggning på gården. Det är dock för tillfället oklart om stödet kommer finnas kvar eller hur det kommer utformas i framtiden.
NATURVÅRDSVERKET RAPPORT 6518 Biogas ur gödsel, avfall och restprodukter
31
3 - Goda svenska exempel
I detta kapitel beskrivs tolv svenska biogasanläggningar vilka rötar olika typer av organiska material. Anläggningarna indelas i fyra kategorier. Exemplen utgörs av fem samrötningsanläggningar, två reningsverksanläggningar, tre gårdsbaserade biogasanläggningar samt två industrianläggningar. För varje kategoribeskrivning finns ett avsnitt om samlade erfarenheter av biogasproduktion inom respektive kategori.
