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

Konstellationsbaserad affärsmodellutveckling för lantbruk
Charlotte Norrman

Projektnummer: O-16-21-773 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 30 november 2020

Matfågel
Växtodling
Energi & biomassa
Kött
Mjölk
Potatis
Trädgård

The main objective of the project is to develop and disseminate an innovative research-based tool kit for development of collaboration-based business models for agricultural companies. Through this, the project contributes to increased profitability within the agricultural sector. The toolkit will …

Läs mer

Automatiska registreringar för ökad djurhälsa och djurvälfärd hos betesdjur
Mats Emilson, Agroväst Livsmedel AB

Projektnummer: R-19-62-179 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 2 oktober 2020

Global livestock production must be intensified to meet the demand from a growing human population. However, this must not be at the expense of reduced animal health and deteriorated animal welfare. Infection with parasitic worms of ruminants is a major constraint on an efficient pasture-based …

Läs mer

Vaccination - ett möjligt alternativ till avmaskning av häst?
Caroline Fossum, SLU

Projektnummer: H-16-47-193 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 28 september 2020

Resistance against antiparasitic drugs is now an increasing problem. Despite a lot of effortd put on preventive measures, such as egg counting and selective treatments, there is still a need for alternative and sustainable methods that do not result in rapid development of drug resistance. The …

Läs mer

Uppdaterad och utökad livscykelanalys av svensk grisproduktion
Ulf Sonesson

Projektnummer: O-17-23-979 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 4 september 2020

Kött

The most recent carbon footprint of Swedish pig production was presented in 2009, and no full LCA have been published in 15 years. In recent years major improvements have occurred in Swedish pig production and an updated environmental profile for Swedish pork is needed. The project will identify …

Läs mer

Gradering av vallar i norra Sverige med hjälp av satellitbilder
Julien Morel, SLU

Projektnummer: R-19-62-180 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 24 augusti 2020

Mixed leys are among the most important crops in northern Sweden for the dairy production. Mapping the within and between fields variability of the biomass, nitrogen (N) uptake and potentially also forage quality (digestibility and neutral detergent fibre) would help farmers to optimise their …

Läs mer

Utvärdering av Clostridium perfringens typ A och Clostridium difficiles koppling till spädgrisdiarré
Magdalena Jacobson

Projektnummer: O-16-20-768 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 24 augusti 2020

Kött

During the last decade, neonatal porcine diarrhoea (NPD) has become an increased problem in Swedish herds. Clostridium (C.) perfringens type A (CpA) and C. difficile (Cd) have been highlighted as causes of NPD but their importance has also been questioned. We have previously demonstrated that CpA …

Läs mer

Framtagning av bladmögelresistenta matpotatissorter för stora delar av Sverige
Erik Andreasson

Projektnummer: O-15-20-557 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 16 juli 2020

Potatis

Sammanfattning av projektet på engelska

The aim of the project is that by maintaining the "lowest reasonable level" and implement large scale marker assistance of the existing plant breeding program of potato at SLU Alnarp improve opportunities to develop new food potato varieties with durable …

Läs mer

Byråkratin i lantbruket belastar och kostar
Christina Lunner Kolstrup

Projektnummer: O-15-21-565 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 1 juli 2020

Matfågel
Växtodling
Energi & biomassa
Kött
Mjölk
Potatis
Socker
Trädgård

Farmers today report a high workload, financial burden, frustration and stress linked to legislative and regulatory bureaucracy, which is a serious obstacle for development and growth in the sector. The proposed project aims to identify and quantify time requirements and costs of government-related …

Läs mer

Växtnäringsbevattning med organiska N-gödselmedel i svensk äppelproduktion
Helene Larsson Jönsson, Sveriges Lantbruksuniversitet

Projektnummer: S-15-56-588 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 1 juli 2020

The aim of the project is to evaluate and develop the use of organic fertigation in Swedish apple production. The project will focus on yield, external (colour, firmness, appearance) and internal (concentration of sugar and organic acids) quality and fruit tolerance against fungal diseases during …

Läs mer

Avancerat integrerat växtskydd mot jordloppor i vårraps
Riccardo Bommarco

Projektnummer: O-16-20-756 • Status: Avslutat • Datum för slutrapport: 30 juni 2020

Växtodling

Flea beetles are serious insect pests in spring oilseed rape. After neonicotinoid seed treatments were restricted, no effective chemical control methods are currently available for flea beetle control. Crop protection has therefore become a serious limiting factor for growing the crop. In an …

Läs mer
Prenumerera på vårt nyhetsbrev