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: Research program | Bioenergy
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: 1676

Ny havre för livsmedelsindustrin
Olof Olsson,

Projektnummer: O-15-20-346 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 10 oktober 2019

Växtodling

The long-term goal is to develop oat with new and unique properties that can be used as whole grain or fractionated for use in the food industry. The focus here will be on the pre-breeding and early variety development stages. The final variety will be developed in collaboration with oat breeders. …

Läs mer

Skördepåverkan av frilevande nematoder i sockerbetor och morötter - PCR, skadetrösklar och sorter
Åsa Olsson,

Projektnummer: O-15-20-313 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 30 september 2019

Växtodling
Socker

The aim of this project is to show the importance of liming and growing inter crops on soil fertility and
reduced storage losses in sugar beet and carrots. The aim is also to show the economical benefits for the
farmers. The hypothesis behind the actions are that they increase the biological …

Läs mer

Utsädesbehandling med mineralnäring ökar uppkomst, tillväxt och skörd i höstvete och vårraps
Eva Stoltz,

Projektnummer: O-15-20-299 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 30 augusti 2019

Växtodling

Mineral nutrients applied as seed dressing is an unexplored potential in Swedish crop production. Autumn and spring are often unfavorable for germination with cold and wet climate, especially in central Sweden. Under such climate conditions, seed dressing with mineral nutrients may improve …

Läs mer

Benchmark för framgångsrik företagsledning i lantbruket - förstudie och metodutveckling
Ove Karlsson

Projektnummer: O-15-21-585 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 26 augusti 2019

Matfågel
Växtodling
Energi & biomassa
Kött
Mjölk
Socker
Trädgård

The aftermath goal of this project is to increase competitiveness of Swedish agriculture by developing a higher level of managerial knowledge and skillset. The project's initial targets is: 1) what can we learn from previous research? Make a list of similar surveys both national and international …

Läs mer

Betydelsen av utfodringsrutinen av råmjölk för utveckling av bakteriefloran i magtarmkanalen och andningsvägarna hos nyfödda kalvar.
Bengt-Ove Rustas, SLU

Projektnummer: V1430021 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 13 augusti 2019

The basis for sustainable dairy production is set in the newborn heifer calf. Earlier research has demonstrated that weight gain and health during early life influence the adult calf's production capacity, partly an effect of nutrition. Probably the microbiota in the gastrointestinal tract (GIT) …

Läs mer

Hållbart djurfoder med alger och musslor
Catherine Legrand

Projektnummer: O-15-20-559 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 1 juli 2019

Matfågel

The vision is to reduce imported soybean and develop a sustainable and locally produced animal feed from marine substrate such as microalgae and blue mussels for the poultry industry. Algae have a good potential to be a feed ingredient due to high protein, essential dietary amino acids and oil …

Läs mer

Odlingssystemens effekter på kolinlagring i jordbruksmark - kunskapsbank och modellering
Thomas Kätterer

Projektnummer: O-15-23-552 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 27 juni 2019

Växtodling
Energi & biomassa

We intend to build a user-friendly decision-tool for farmers with a web-based interface. The project focuses on concept development and integration of data concerning the effect of different cropping- and management systems on soil fertility and carbon sequestration from applied research in Swedish …

Läs mer

Använd fånggrödor som mellangrödor för ökad produktivitet och minskade förluster av N och P
Linda Tufvesson

Projektnummer: O-15-23-569 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 27 juni 2019

Växtodling
Energi & biomassa

High nutrient use efficiency is important for competitiveness in plant production. This project investigates intermediate crops (IC), harvested as biogas substrate, for increasing productivity and nitrogen efficiency, while decreasing the environmental impact. Substantial nitrogen leakage after …

Läs mer

Pilot study of growth in different planting densities and the rotation period of poplar plantations.
Theo Verwijst

Projektnummer: O-15-22-561 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 27 juni 2019

Energi & biomassa

A recent published study (Rytter et al., 2011) points to the large poplar biomass production in short time, but knowledge of management practices lacks for Nordic conditions. Individual landowners have little help or guidance in selecting the optimal time for harvesting or planting density in …

Läs mer

God skötsel av skyddszoner för effektivare växtnäringsretention
Ararso Etana, Sveriges lantbruksuniversitet, SLU

Projektnummer: H1333159 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 14 juni 2019

We are currently evaluating the effectiveness of grass buffer strips (GBS-eff) for nutrient retention. Today, there are no obligations to cut or remove the grass on GBS which may lead to phosphorus (P) saturation. In the on-going field experiments we are testing if removal (harvesting) the grass …

Läs mer
Prenumerera på vårt nyhetsbrev