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

Registreringar från automatiska mjölkningssystem som informationskälla i genomisk avelsvärdering
Freddy Fikse, SLU

Projektnummer: V1330048 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 2 maj 2019

Genomic selection is revolutionizing animal breeding, since selection is based on the joint genetic merit of all SNP alleles across the genome. Lack of accurate and frequent data, however, forms the most important barrier to realize the full potential of genomic selection. There is on the other …

Läs mer

Ökad lönsamhet med nya avelsverktyg i mjölkkobesättningarna
Anna Näsholm, Sveriges lantbruksuniversitet, SLU

Projektnummer: V1330025 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 27 april 2019

The aim is to study the possibility to improve profitability on herd level in Swedish milk production by using sexed semen and genotyping heifers in the dairy herds and combine this with planned crossbreeding and use of beef semen. For this purpose we will estimate genetic progress and do economic …

Läs mer

Utveckling av den didaktiska processen i ridundervisning: samspelet mellan ryttare, ridlärare och häst (Delstudie 2: ryttare-ridlärare)
Charlotte Lundgren, Linköpings universitet

Projektnummer: H1347083 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 12 april 2019

In this second subproject we focus the analyses of the material collected during the first subproject project "Improving teaching methods in riding education: the interplay between rider, riding instructor and horse", funded by the The Swedish-Norwegian Foundation for Equine Research,on the …

Läs mer

Utökad samhällsekonomisk modell för hästnäringen: Hur konsumtionen varierar över region och hästtyp
Tobias Heldt, Högskolan Dalarna

Projektnummer: H-16-47-195 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 29 mars 2019

The overall research question for this project can be stated as: How do the regional economic effects of the horse industry look like and how does the horse related consumption differ depending on type of horse? Method wise, interviews and questionnaires are used to collect new data to estimate …

Läs mer

Småskalig uppgradering av biogas och utvinning av koncentrerat kvävegödselmedel
Gustav Rogstrand,

Projektnummer: O-15-22-361 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 19 mars 2019

Energi & biomassa
Kött
Mjölk

This project is intended to demonstrate a cost effective concept for small-scale production and utilization of biomethane as vehicle fuel and extraction of concentrated ammonium nitrogen fertilizer. The system is composed of standard components that are commonly used in farm scale biogas …

Läs mer

Antikroppar mot hästinfluensa i verkligheten - en studie av vaccinerade svenska travhästar i träning
Eva Wattrang, Statens Veterinärmedicinsk Anstalt (SVA)

Projektnummer: H-16-47-174 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 6 mars 2019

Equine influenza is one of the most important infectious diseases in horses and outbreaks cause considerable economical losses for the horse industry. Prophylactic vaccination is the most effective measure to prevent clinical disease and to limit the spread of infection. It is therefore imperative …

Läs mer

Ny ultraljudsmetod för utvärdering av knäleder hos nötkreatur fokuserat på tjurar av köttras
Kerstin Hansson, Sveriges Lantbruksuniversitet

Projektnummer: S-17-24-786 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 28 februari 2019

Normal joint function is important for animal welfare as it is a prerequisite for a mobile life without pain. Joint inflammation, often a sequel of osteochondrosis, commonly located in the stifle in beef bulls can have a substantial impact on the fertility of beef sires.
This pilot study aims to …

Läs mer

Evolutionär management i stora mjölkbesättningar – en väg till bättre juverhälsa
Ulf Emanuelson, Sveriges Lantbruksuniversitet - SLU

Projektnummer: H1330107 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 6 februari 2019

The aim of this project is to optimize management decisions in large dairy herds by integrating systematic on-farm experimentation into advanced dairy herd management systems, i.e. an evolutionary management system. Systematic experimentation is a way to detect and estimate the effects of changing …

Läs mer

Basfinansiering av den regionala fältförsöksverksamheten (Sverigeförsöken) 2018
Ola Hallin, Hushållningssällskapens Service AB

Projektnummer: S-17-60-790 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 31 januari 2019

A safe and well documented decision making is necessary to achieve the best economic and environmental performance for Swedish agriculture and farmers. In this work, experiments, research and development have an important function and the regional field trials is a very important part in this …

Läs mer

Basfinansiering av den regionala fältförsöksverksamheten (Sverigeförsöken) 2018
Ola Hallin, Hushållningssällskapens Service AB

Projektnummer: S-17-60-793 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 31 januari 2019

A safe and well documented decision making is necessary to achieve the best economic and environmental performance for Swedish agriculture and farmers. In this work, experiments, research and development have an important function and the regional field trials is a very important part in this …

Läs mer
Prenumerera på vårt nyhetsbrev