Stiftelsen lantbruksforskning

Lantbruks- och trädgårdsföretagarnas egen forskningsstiftelse finansierar behovsdriven forskning för svenska förhållanden.
Läs mer

Förstudie bränslecell på biogas från gödselrötning: delprojek 1: Förutsättningar för drift av bränslecell

Status: Avslutat
Projektnummer: H1140106
Kategori: Forskningsprogram | Bioenergi
Ansökningsår: 2011
Datum för slutrapport: 25 oktober 2013
Huvudsökande: karine arrhenius
Organisation: SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut
E-postadress: Karine.Arrhenius@sp.se
Telefon: 0105165728
Beviljade medel: 470 000 SEK

Sammanfattning av slutrapport
Projektet syftar till att undersöka förutsättningen att med biogas från gödsel driva bränsleceller. Inledningsvis karakteriserades biogassammansättning från 5 gårdsbaserade anläggningar. Resultat visar att biogas från gödsel innehåller totalt sett lägre halter av föroreningar än biogas framställt från andra substrat. Avvikande är svavelhalten som är högre i synnerhet om svinflyt rötas. Om biogasen skall användas i en bränslecell krävs det gasrening, en total avsvavling bör eftersträvas. Möjliga användningsområden för värme från bränslecell har sedan inventerats med fokus på att producera kyla genom ammoniak absorptionsteknik. Beräkningar gjorda för en typgård med 240 mjölkkor visar att värmen från en bränslescell kan användas på ett mer fördelaktigt sätt jämfört med konventionell kraftvärmeproduktion. Dock skulle ett sådant system idag vara dyrt att realisera. Ett experimentellt projekt bör baseras på ett nedskalat system för att begränsa kostnader och risker.

Populärvetenskaplig sammanfattning
Rötning av gödsel där biogasen används till kraftvärmeproduktion minskar animalieproduktionens utsläpp av klimatgaser och dessutom ökar mängden växttillgängligt kväve i den rötade gödseln. Men svenska gårdsanläggningar för biogasproduktion har ofta problem med lönsamhet. Detta kan vara orsaken till att inte fler anläggningar byggts trots vissa ekonomiska stimulanser som tex. Investeringsstödet för biogasanläggningar.
De flesta svenska gårdsanläggningarna har en motor för kraftvärmeproduktion vars storlek är i de flesta fall mindre än 100 kWel. Motorerna har en elektrisk verkningsgrad mellan 25-30 % och en termisk verkningsgrad på ca 50%. Motorns kylvatten används idag endast till uppvärmning av olika slag till exempel för bostadshus. Det är till stor nytta under höst, vinter och vår men avsättningen av kylvärmen från kraftvärmeenheten oftast inte är så stort sommartid. Kraftvärmeenheterna har en relativt kort livslängd, i vissa fall ner mot 10 000 timmar vilket resulterar i att totalkostnad för kraftvärmeanläggningen inklusive kapital- och underhållskostnad äter upp större delen av intäkterna från den producerade elen.
För att förbättra lönsamheten är det högprioriterat att få fram ny teknik för småskalig biogasbaserad kraftvärmeproduktion som har lägre driftkostnader, producerar mer el och producerar värme vid högre temperatur jämfört med dagens kraftvärmeproduktion. Dessa förutsättningar talar för bränsleceller. En bränslecell produceras elektrisk energi/effekt genom en kontrollerad kemisk reaktion. Den fungerar till stor del som ett batteri som inte tar slut eftersom nytt bränsle tillförs hela tiden. Alla bränsleceller har liksom batteriet en anod och en katod. Vid anoden kommer bränslet in i form av t.ex. vätgas och avger elektroner, varpå positivt laddade vätejoner bildas. Dessa vandrar över mot katoden där de tillsammans med syrgas och elektroner bildar vatten. Flera olika typer av bränsleceller förekommer. Skillnaden mellan dessa ligger främst i bränsle och drifttemperatur.
Syftet med detta projekt har varit att undersöka förutsättningarna för småskalig kraftvärmeproduktion med bränslecell som drivs med biogas producerad från gödsel. Inledningsvis karakteriserades biogasen från 5 utvalda biogasanläggningar med avseende på föroreningar i producerad rågas. Anläggningarna valdes ut enligt följande kriterier: anläggningen skall ha en gasproduktion på minimum 0,6-0,7 Nm3 biogas/reaktor/dag, uppehållstider på minst 30-35 dagar, det skall finnas uttag för att ta prov och att olika substrat skall studeras (nötflyt, svinflyt, kycklinggödsel). Resultat visar att biogas från de undersökta anläggningarna innehåller totalt sett lägre halter av föroreningar än biogas framställt från andra substrat såsom matavfall och reningsverksslam och är dessutom fri från siloxaner, en av de mest omtalade föroreningarna i biogas. Undantaget är halterna av svavelämnen som är betydligt högre i synnerhet om svinflyt eller kycklinggödsel rötas. Andra föroreningar som förekommer är terpener (kolväteföreningar som är de viktigaste beståndsdelarna i eteriska oljor och andra naturprodukter) om nötflyt rötas, ketoner och furaner (organiska kolvätesyreföreningar) samt olika kolväten.
Om biogasen skall användas som bränsle till en bränslecell krävs det att gasen först renas. Även om vissa bränsleceller klarar av låga svavelhalter så bör man sträva efter en total avsvavling av bränslegasen. Andra föreoreningar i biogas producerad från gödsel bedöms inte inverka på bränslecellernas prestanda.
Två möjliga system med bränsleceller presenteras i rapport: ett system med en hög temperatur- polymerelektrolytbränslecell (på engelska High Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, HT-PEMFC) med en avsvavlingsenhet och ett system med en fastoxidbränslecell (på engelska Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) med liknande avsvavlingsenhet. Man borde dock göra ett långtidstest i mindre skala i en verklig bränslecell på aktuella gaser för att klargöra att systemen fungerar i praktiken.
Möjliga användningsområden för den restvärme som uppstår i en bränslecell har sedan inventerats. Bland de identifierade användningsområdena har denna rapport fokuserat på möjligheten att använda värmen för att producera kyla genom vanlig ammoniak absorptionsteknik. Beräkningar har gjorts för en fiktiv typgård bestående av 240 mjölkkor. Gårdens hela gödselproduktion och grovfoderspill rötas, vilket bedöms generera ca 600 Nm3 biogas/dag. Gården antas ha robotmjölkning och den mjölkproduktionen antas ligga på totalt 2160 ton/år.
Med den tekniken anses gårdens elförbrukning kunna minskas med motsvarande 6,8 % av kraftvärmeanläggningens elproduktion jämfört mot om en konventionell eldriven kylanläggning.
Den valda typgården har studerats utifrån tre scenarior. Första scenariot (referensscenario) består av ett konventionellt mjölkkylningssystem och kraftvärmesystem. Andra scenariot byts den konventionella kraftvärmeenheten ut mot en SOFC bränslecell. I det tredje scenariot byts även mjölkkylningsutrustningen ut mot en absorptionskylmaskin. Resultat av beräkningar visar att när absorptionskylmaskinen ersätter den konventionella mjölkkylningsutrustningen förändras både värme- och elbalansen för gården. Scenario ett genererar ett årligt värmeöverskott på ungefär 310 MWh. När kraftvärmeenheten byts ut mot en bränslecell minskas detta värmeöverskott till ungefär 220 MWh på grund av bränslecellens högre elektriska verkningsgrad. Genom att introducera absorptionskylmaskinen i systemet minskar värmeöverskottet från kraftvärmeenheten ytterligare till ungefär 180 MWh/år. Men från kylmaskinen finns det spillvärme på ungefär 230 MWh/år varav 180 MWh/år antas gå att använda till uppvärmning av rötkammaren. Givet att en konventionell kraftvärmeenhet har en el-verkningsgrad på 33 % och en bränslecell på 45 % så innebär ett scenario med bränslecell att den årliga elproduktionen ökar med ungefär 150 MWh/år. När restvärmen från bränslecellen används för att driva en absorptionskylmaskin innebär det att elförbrukningen för gården minskar med ungefär 36-38 MWh/år (baserat på ett elbehov på 19 kWh/ton mjölk för konventionell mjölkkylning). Under förutsättningen att den ökade elproduktionen ersätter fossil kolkraft skulle detta betyda en reduktion av koldioxidutsläpp med 127 ton/år för scenario 2 jämfört med referensscenariot. Om man antar att elbesparingen för kylmaskinen minskar behovet av fossil kolkraft blir den totala minskningen 153 ton/år för scenario 3 jämfört med referensscenariot.
Bedömningen är att det är fullt möjligt, om än dyrt, att utföra ett pilotförsök baserat på resultat från detta projekt. Ett experimentellt projekt bör baseras på ett nedskalat system (1/10 eller liknande) för att begränsa kostnader och risker. Höga krav måste ställas på designen av en sådan pilotanläggning så att det möjliggör test av flera olika systemval och att det är driftmässigt robust.

 

Antal träffar i projektbanken: 1615

Jordartsanpassad strukturkalkning för effektivare fosforretention
ARARSO ETANA

Projektnummer: O-18-23-160 • Status: Pågående • Ansökningsår: 2018

Växtodling

The purpose of this project is to define the amount of slaked lime needed for a given clay soil. We hypothesise that the amount of slaked lime needed for minimal phophorus loss is dependent on the clay content of the soil. The study will be conducted in a field with a drainage system and measuring …

Läs mer

Säkrad mikrobiell kvalitet hos grovfoder och mjölkråvara för lönsam produktion av långlagrad ost
Åse Lundh

Projektnummer: O-16-20-764 • Status: Pågående • Ansökningsår: 2016

Mjölk

Increased production and export of products with high added values, e.g. long-ripened hard cheeses, are considered important steps for a positive development of the Swedish dairy sector. Increased investment in Swedish premium cheese will, however, require increased volumes of high quality raw milk …

Läs mer

Nya mått i aveln för förbättrad fruktsamhet hos nordiska mjölkkor
Britt Berglund

Projektnummer: O-15-20-587 • Status: Pågående • Ansökningsår: 2015

Mjölk

This project is the Swedish part of the Nordic 4-year project Improving Nordic dairy cow fertility through genetics, the only prioritized research project from Nordic Dairy Cattle R&D, 2015. Research funding is applied for within each country. The focus area of our Swedish part is to investigate …

Läs mer

Validering av prebiotiska och antioxidanta effekter av vetekli hemicellulosor i bakprodukter
Francisco Vilaplana

Projektnummer: O-17-20-962 • Status: Pågående • Ansökningsår: 2017

Socker

Wheat bran is the largest by-product of wheat flour production with approximately 300,000 tonnes in Sweden. Bran is mainly used in animal feed, as human digestion is not fully able to absorb it. Wheat bran contains valuable biomolecules, such as dietary fiber (arabinoxylans, AX) and phenolic …

Läs mer

Filtreringsmetoder för utvinning av växtproteiner avsedda för morgongadens produktion av livsmedel
Marilyn Rayner

Projektnummer: O-17-20-982 • Status: Pågående • Ansökningsår: 2017

Växtodling

We are facing a protein shift in which a portion of the animal based protein in our diet needs to be replaced by plant proteins to reduce the climate impact from the food sector. Many agricultural by-streams contain high value proteins not used to their full potential. We aim to recover proteins …

Läs mer

Förbättrad arbetsmiljö inom hästnäringen genom nya metoder och verktyg
Cecilia Lindahl, RISE Research Institutes of Sweden

Projektnummer: H-17-47-281 • Status: Pågående • Ansökningsår: 2017

Although the equine sector in Sweden has gone through an expansion the last decades, the working methods have not changed. Working conditions must be improved to enable the horse industry to offer safe, sustainable and attractive jobs. The aim is to develop methods and tools for work environment …

Läs mer

UTVÄRDERING AV EN NY PROFYLAKTISK METOD FÖR ATT MINSKA LIDANDET HOS HÄSTAR MED SOMMAREKSEM
Rickard Ignell, Swedish University of Agricultural Sciences, SLU

Projektnummer: H-17-47-282 • Status: Pågående • Ansökningsår: 2017

Insect bite hypersensitivity (IBH) associated with Culicoides biting midges is the most common allergic skin disease in
horses, seriously reducing welfare of affected horses. The main symptom is severe pruritus, with risk of self-infected
open wounds. The choice for treatment and prevention of this …

Läs mer

Förbättrad lönsamhet i veteproduktionen genom förbättrad kvävestrategi
Karin Hamnér

Projektnummer: O-16-20-761 • Status: Pågående • Ansökningsår: 2016

Växtodling

Using split fertilization of nitrogen (N) in wheat production is today well-established to increase protein content and adjust fertilization. However, deep knowledge and understanding of N uptake and remobilization during late stages of crop development are missing. Moreover, while split …

Läs mer

Utveckling av den didaktiska processen i ridundervisning (Delstudie 3: Ridlärare-Häst)
Charlotte Lundgren, Linköpings universtitet

Projektnummer: H-17-47-278 • Status: Pågående • Ansökningsår: 2017

'Work Package 3: Riding Instructor-Horse' is the final part of the project 'Improving Teaching Methods in Riding Education: the Interplay between Rider, Riding Instructor and Horse'. In this project, the Swedish-Norwegian Foundation for Equine Research has previously funded the first two work …

Läs mer

Kostnadseffektiva system för skörd av slybränslen
Daniel Nilsson

Projektnummer: O-17-21-988 • Status: Pågående • Ansökningsår: 2017

Energi & biomassa

During recent decades the area with brushwood has increased in the Swedish rural landscape. A study has shown that the annual harvest of brushwood for fuel purposes could amount to about 6 TWh. Some advantages with the utilization of brushwood as fuel are that the growth areas do not compete with …

Läs mer

Prenumerera på vårt nyhetsbrev

Namn
E-postadress