Ammoniakförbehandling av halm och våtmarksmassa för biogasproduktion

Straw constitute a major part of the biogas potential from farming and agriculture, however without pretreatment straw is a relatively difficult degraded substrate in the biogas process and long retention times is needed. Ammonia treatment of straw is an admitted method for increasing the feeding value of straw. In a literature study performed five non-Swedish studies with aqueous ammonia soaking of straw, or straw like substrates, as a pretreatment method for biogas production were found. All showed 40-180 % increased methane yield. As ammonia treatment is relatively cheap, the pretreatment method has potential to make straw and straw like substrates attractive for biogas production. To investigate this we want to make trails in lab, first batch and continuous trials, and then full scale trails to verify the applicability of the method. Except straw autumn harvested wetland biomass will be included. Practical and economical prerequisites of the method will also be considered.

Halm svarar för en betydande del av biogaspotentialen från lantbruket, men utan förbehandling är halm en relativt svårnedbrytbar råvara i en biogasanläggning och det krävs långa uppehållstider för processen. Ammoniakbehandling av halm är en vedertagen metod för att öka fodervärdet av halm. Vid en litteratursökning hittades fem utländska studier där ammoniakförbehandling av halm, eller halmliknade substrat, för biogasproduktion testats, vilka alla gav 40-180 % ökat metanutbyte. Eftersom ammoniakbehandling även är relativt billigt kan förbehandlingsmetoden ha potential att göra halm och halmliknande substrat till attraktiva biogassubstrat. För att undersöka detta vill vi göra försök på labb, först i satsvisa och kontinuerliga försök, och sedan i en fullskalig process för att kunna verifiera metodens tillämpbarhet. Förutom halm avser vi även att använda höstskördad våtmarksmassa. Metodens praktiska och ekonomiska förutsättningar kommer även undersökas.

Syftet med studien var att utvärdera om ammoniakbehandling av halm och våtmarksmassa är en effektiv förhandlingsmetod för biogasproduktion. Baserat på satsvisa försök och en foderanalys gjordes en initial bedömning gällande inverkan av ammoniakkoncentration. Resultatet från den initiala utvärderingen låg till grund för val av substrat som användes i kontinuerliga försök, vilka användes för att simulera en fullskalig rötkammare. Baserat på uppnått resultat går det inte att påvisa att ammoniakförbehandlad halm medför ett ökat metanutbyte i förhållande till obehandlat material. Inkludering av halm som biogassubstrat påverkar den hydrauliska uppehållstiden ytterst lite men medför en stor ökning av biogasproduktionen. Utgående från en anläggning som enbart rötar gödsel går det att öka biogasproduktionen med minst 20 %. Inkludering av halm förbättrar även kol/kväve-kvoten i utgående biogödsel. Halm utgör därför ett lämpligt kompletterande substrat i en gödselanläggning.

Lantbrukets verksamhet har en direkt påverkan på både samhälle och miljö, men påverkar även indirekt landets produktion, sysselsättning och ekonomi samt till att uppnå regeringens miljömål. Tendensen i det svenska lantbruket är markant – allt fler gårdar avvecklas i takt med att lönsamheten minskar. Användning av restprodukter från lantbruket för produktion av förnybar energi i form biogas skulle både utveckla och förbättra de ekonomiska förutsättningarna för lantbruksnäringen. Halm svarar för en stor del av energipotentialen från lantbruket. Utan förbehandling är dock halm relativt svårt att bryta ned i en biogasanläggning. För att halm ska bli en betydande råvara för biogasproduktion behöver halmen brytas ned både snabbare och i större utsträckning. Sen skörd av växtmaterial från våtmarker, våtmarksmassa, har egenskaper som är likartade med halm och även detta material skulle kunna användas som biogasråvara.

I lantbruket utförs ammoniakbehandling av halm för att förbättra foderkvalitén. Ammoniakbehandlingen medför att tillgänglig energi i halmen ökar samt att djuren lättare kan bryta ner halmen. Då det finns många likheter mellan en komage och en biogasanläggning är det troligt att ammoniakbehandling även kan vara bra i syfte att kunna producera mer biogas från halm. Det finns flera olika metoder gällande hur ammoniakbehandlingen kan göras. En metod är lantbruksmetoden, vilken bygger på att materialet behandlas med gasformig ammoniak. I en annan typ av metod blötläggs materialet i en ammoniaklösning. Tidigare har det gjorts experiment där blötläggning har medfört att mer energi har kunnat utvinnas. Dessa studier har dock gjorts i liten skala och i undersökningssyfte. Blötläggningsmetoden medför vissa nackdelar, exempelvis avseende arbetsmiljö, vilket gör att metoden är mindre lämpligt att använda sig av i stor skala. Syftet med detta projekt var att utvärdera om ammoniakbehandling med lantbruksmetoden är en effektiv förhandlingsmetod av halm och våtmarksmassa för storskalig biogasproduktion.

I början av projektet gjordes enklare försök och analyser för att göra en initial bedömning av hur mycket energi man kan utvinna från halm och våtmarksmassa samt om utvunnen energimängd varierade med hur mycket ammoniak som användes vid förbehandlingen. Resultatet från den initiala utvärderingen låg till grund för ytterligare försök, i vilka en storskalig biogasanläggning simulerades.

Baserat på uppnått resultat går det inte att påvisa att ammoniakförbehandling med lantbruksmetoden medför att mer energi kan utvinnas från varken halm eller våtmarksmassa. I vissa försök blev till och med energiutbytet lägre för det ammoniakbehandlade materialet jämfört med det obehandlade. Vad detta beror på går inte att avgöra utifrån uppnådda resultat. Då ammoniakbehandlingen utgör en kostnad är det enligt uppnådda resultat inte lönsamt att förbehandla halm eller våtmarksmassa med ammoniak.

I biogasanläggningar inom lantbruket används främst gödsel för att producera biogas. Då gödsel inte innehåller tillräckligt mycket energi för att anläggningen ska vara ekonomiskt lönsam behövs ytterligare råvaror för få bättre ekonomi. Halm har egenskaper som kompletterar gödsel bra. Utgående från gödsel som ensam råvara går det att öka energiproduktionen med minst 20 % genom att inkludera halm. Detta medför att anläggningen utnyttjas mer optimalt och att lönsamheten ökar. Energiutbyten från försök med våtmarksmassa visade sig vara lägre jämfört med halm och gav inte lika stor positiv effekt. Efter att materialet har processats i en biogasanläggning sprids detta som gödsel och kallas då för biogödsel. Användning av halm, och i viss utsträckning våtmarksmassa, som energiråvara medför att biogödseln berikas med mullhöjande ämnen vilket ger bördigare åkrar och bättre skördar.