Ny produksjonsteknikk for småskala

biogassanlegg

ved

Rune Bakke, HiT

Jon Hovland, HiT/Tel-Tek

Den norske gasskonferansen 2014

Høgskolen i Telemark

www.tel-tek.no www.hit.no

Biogass FoU tidslinje

27.3.2014 2

Gjødsel og Biogass – med Norsk Hydro

Lab og pilotanlegg i Telemark

1995

Fullskala for mat og slam – Kongsberg, Åna, Hadeland (- Hydro ut)

FoU «På sparebluss» - Hovedoppgaver etc.

PhD studier (hydrolyse)

Nye pilotanlegg i Telemark – IN støtte

Staten (v landbruksminister) prioriterer - Revitalisering

NFR prosjekter

2000

Effektivt prinsipp verifisert ( 5 PhD)

2014

2010

2007

Demonstrasjon Jæren – Innovasjon Norge støtte

Distribuert produksjon av gass i nettverk

Industriell satsing på installasjon av serieproduserte anlegg

Mål: Biogass fra 30 % av all møkk; Rogaland 60 % 2020

Produksjon av biogass - hvorfor?

• Reduksjon av klimagasser fra møkk

• Produksjon av fornybar energi

– Bør erstatte fossilt brensel (drivstoff)

• Bedre utnyttelse av nitrogen i møkk

• Lønner det seg for bonden?

– Ikke slik det er nå!

27.3.2014 3

Verdikjede - utfordring

Råstoff:

Lager

Transport

For-behandlig

minus

Bioprosesser

minus

Produkter:

Gass

Gjødsel

Rensing

pluss

Alternativ løsning «for å redusere minusene og øke pluss» følger:

27.3.2014 4

Norske gårder er små

• Gjennomsnittlig størrelse er 25 melkekuer,

større enheter finnes i samdrifter (2 til 5

bønder med felles fjøs)

• Slaktegris konsesjon maks 2100 per år

• Typisk mengde blautgjødsel er 1500 to

2500 m3/år

– 4 til 8 % tørrstoff.

27.3.2014 5

DisBiogas: Teknologi for

distribuert biogassproduksjon fra møkk

• Det meste av råstoffet har > 90 % vann

– ikke økonomisk lønnsomt å transportere

=> desentralisert gårdsproduksjon

• Prosessintensivering for:

– Høg produksjonsrate

– Små anlegg

– Lav kostnad

– God kontroll

6 27.3.2014

UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket

• Slamalder , SRT >> HRT

=> (Kulturens oppholdstid er mye

lengre enn væskens)

• Effektiv; > 50 x tradisjonell metode;

=> Kompakt => Billig

• Lav temp: ok

• Stabil

• Produksjon etter behov

7 27.3.2014

Biogass

Utløp

Føde

Gra

nu

les

Anaerobic Baffle Reactor, ABR

Granuler: Naturlig, selv-

genererende biologisk katalysator (0,1 – 7 mm diameter)

8 27.3.2014

Saugbrugs

(startmateriale)

ABR på grisemøkk

Organismer i granuler

27.3.2014 9

Reaksjoner: Composite Particulate Material

Carbohydrates Proteins Lipids

Inerts

Monosaccharides Amino Acids LCFA

HBu HPr HVa

H2 Acetic

CH4

Disintegration

Hydrolysis

Acidogenesis

Acetogenesis

Methanogenesis

- ADM 1

HBu – Butyric acid, HPr – Propionic acid, HVa – Valeric acid, LCFA – Long chain fatty acids

Biomasse

via

mellom-produkter

til

metan

27.3.2014 10

Anaerobic Baffel Reactor - ABR

27.3.2014

Biogass

Væske Føde

11

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

Meta

n p

rod

uksjo

ns r

ate

(L

CH

4/L

· d)

HRT (d)

Tradisjonell

reaktor

Produktivitet i ABR sammenlignet

med tradisjonell blandetankreaktor

27.3.2014 12

Mulig kobling av ABR til gjødselkum

Biogass- reaktor; m/Granuler ”ABR”

Lav investering Hypotese: Lønnsomt

Lager:

Hydrolyse

Syreproduksjon

Separering

Biogass

Oppløst føde, lite og små partikler

Gjødsel 27.3.2014 13

Prøvetagning, grisemøkk

14

Gunstig føde Sediment -Naturlig separert i lager

27.3.2014

Høgrate lab skala AD

Føde:

- Væskefase fra

grisemøkk

27.3.2014 15

A B D C

CFD simulering for design av ABR

0.05 m/s (9 L/h) 0.1 m/s (18 L/h) 0.15 m/s (27 L/h) 0.3 m/s (54 L/h)

27.3.2014 16

Effekt av temperatur på produksjon

17

Føde grisemøkk

separert med

sedimentasjon

27.3.2014

Fullskala pilot ved svinegård

27.3.2014

Fullskala pilot under bygging

19.Oct.2012

Reaktor (10m3)

Varmtvannskjel og instrumenter

Gjødselkum (1500m3)

18

Temp. 25 => 30 C Stopp i føde

Respons på temperatur endring og

stopp i føde (Foss gård 4.12.2013)

27.3.2014 19

LabView PC basert prosesstyring

10 m3 ABR reaktor har kapasitet til å

behandle 2000 m3 grisemøkk per år

a. Høg belastning og rask økning i denne gir redusert

metanutbyttet men ikke andre symptomer på

overbelastning

b. Prosessen er robust ved gradvis

belastningsendring så produksjonsendringer etter

behov er mulig

c. Det bør legges opp til drift ved 35oC men lavere

temperatur kan være aktuelt for å spare energi til

oppvarming.

27.3.2014 20

Møkk som føde for ABR

a. Stabil biogassproduksjon selv ved høg og varierende belastning

b. Kulturen må tilvennes føden.

c. pH er stabil (8,0 ± 0,1) i gunstig område for metanproduksjon. Buffer mot pH endring

d. Metaninnholdet i biogassen ligger stabilt rundt 80 %

e. Teknikken for separering av egnet føde fra grovere slam fungerer, men alternative teknikker kan bli utviklet av agronomiske hensyn

- Gravitasjonsseparert grisemøkk og filtrert

kumøkk er egnet

27.3.2014 21

Prosessutvikling

Forenkle og forbedre prosessen

a. Redusere byggekostnadene (< 1 mill NOK)

b. Redusere varmetap og/eller behov for isolering

av rør, ventiler og pumper.

c. Forenkle drift

d. Gass-væske separering forflyttes til utløpet for å

maksimere ekstraksjon av metan.

27.3.2014 22

Agronomisk kompetanse må involveres

for suksess

a. Anlegg må planlegges ut fra det enkelte bruks behov for rasjonell gjødselhåndtering primært - produksjon av biogass tilpasses dette

b. Behov for FoU på dokumentasjon og analyser av gjødselkvaliteter som kan oppnås gjennom AD og separering i ulike fraksjoner

c. Landbrukets agronomiske veiledningstjeneste bør involveres i planlegging og oppfølging av ABR anlegg

27.3.2014 23

Lønnsom ABR prosess

• Serieproduksjon

• Utplassering tilpasset lokale forhold

• Prosessforbedringer gir økt effekt

• Byggetekniske forbedringer gir enklere

utplassering

• Utnytte agronomiske fordeler

• Utnytte biogass – erstatte fossilt brensel

27.3.2014 24

Rogaland kan gå foran!

25 27.03.2014

Grønt: eksisterende rågassnett Husdyrbesetninger

Visjon: Levere rågass til nett

27.3.2014 26

Nasjonal strategi?

Forutsigbare

rammebetingelser

Takk for oss!

27 27.3.2014