Småskalig uppgradering av biogas och utvinning av koncentrerat kvävegödselmedel

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 production. On-farm production of biomethane and nitrogen fertilizer enables growth within the agricultural sector without competing with primary food production.

The concept has been jointly developed by JTI and SLU within earlier projects financed by SLF, Swedish Board of Agriculture, Swedish Energy Authority and the ERA-NET program. By involving a manufacturer (Ranaverken), an agricultural high school (Naturbruksgymnasiet Sötåsen) and an extension service organization (HS) we lay the groundwork for broader implementation of the demonstrated concept. JTI, SLU and Sötåsen have a well-developed cooperation, which is an important foundation for successful execution of a complex project such as this one

Detta projekt skall demonstrera ett kostnadseffektivt koncept för småskalig produktion och användning av fordonsgas samt avskiljning av ett koncentrerat kvävegödsel från biogasprocessen. Tekniken består av konventionella komponenter som den enskilde lantbrukaren redan har vana av att hantera på sin biogasanläggning. Gårdsproduktion av fordonsgas och kvävegödselmedel ger det svenska lantbruket möjlighet till tillväxt utan att konkurrera med primärproduktionen.

JTI och SLU har gemensamt utvecklat denna teknik i tidigare projekt (tillämpad forskning och konceptutveckling) finansierade av SLF, Jordbruksverket, Energimyndigheten och ett pågående ERA-NET projekt. Genom att involvera tillverkande företag (Ranaverken), rådgivning/utbildning (HS och Sötåsen Naturbruksgymnasium) säkerställs att tekniken kan tas vidare i kunskapskedjan. JTI, SLU och Sötåsen har ett sedan länge utvecklat sammarbete vilket är en viktig tillgång i teknikutvecklingsprojekt som detta.

Ändamålet med projektet har varit att demonstrera småskalig fordonsgasproduktion lämplig för svenska gårdsbiogasanläggningar. Försöken var förlagda till biogasanläggningen vid Sötåsen Naturbruksgymnasium som rötar gödseln från skolans 60 mjölkkor. Gasen tankades i demonstrationssyfte till gårdens Valtra gastraktor och en gasbil. Tekniken som har använts för uppgradering av biogasen till fordonsgas är processintern metananrikning (metanhalt höjs i rötkammaren genom luftning av ett cirkulerande slamdelflöde) och askfilter (upptag av koldioxid genom karbonatisering). Processintern metananrikningsprocessen gjorde att rötkammaren producerade en biogas med en metanhalt på 70-80 % och svavelvätehalter ned mot 0-400 ppm. Med hjälp av askfilter nåddes därefter svensk fordonsgaskvallitet. Den ekonomiska utvärderingen av teknikerna indikerar att det på gårdsnivå går att producera fordonsgas till ett pris i samma storleksordning som dagens HVO-pris.

Producera din egen fordonsgas på gården
Alltfler lantbruk investerar i egna biogasanläggningar, men de flesta låter gasen bli el och värme. Att uppgradera biogasen till fordonsgas har inte lönat sig i liten skala, bland annat på grund av för dyr teknik. Men nu har RISE tillsammans med SLU, Västragötalandsregionen och Hushållningssällskapet Skaraborg demonstrerat teknik som kan göra det ekonomiskt intressant med fordonsgasproduktion på gården. Redan vid ett bränslebehov på 100-150 MWh/år kan det vara ekonomiskt intressant.

”Detta motsvarar 10 000-15 000 liter diesel per år om förbrukningen är jämt fördelad över året. Det är en hel del bränsle för de minsta gårdarna, men kanske man har annan verksamhet så som snöröjning eller liknande. Säger Henrik Olsson projektledare vid RISE”

Tekniken som har använts för uppgradering av biogasen till fordonsgas kallas processintern metananrikning (metanhalt höjs i rötkammaren genom luftning av ett cirkulerande slamflöde) och askfilter (upptag av koldioxid i träbränsleaska). Båda teknikerna har testats och demonstrerats i full skala för en liten gårdsbiogasanläggning. Försöken var förlagda till biogasanläggningen vid Sötåsen Naturbruksgymnasium som rötar gödsel från skolans 60 mjölkkor. Efter uppgradering tankades gasen i demonstrationssyfte till gårdens Valtra gastraktor och en gasbil.

Askfiltertekniken kan användas för sig själv för att uppgradera mindre mängder biogas. Efter uppgradering behöver gasen torkas och odöriseras (göras illaluktande) innan den komprimeras till fordonet. Komprimeringen kan ske med små kompressorer som redan finns på marknaden avsedda för hemmatankning av naturgas till bilar. Tekniskt har askfiltertekniken visat sig väldigt robust och tillförlitlig. Utmaningen är att det krävs ganska stora mängder aska. Nationellt finns det visserligen stora mängder aska, men askbehovet för årlig uppgradering av 6 500-15 000 liter dieselekvivalenter är ungefär 80-400 ton per år, vilket kan vara utmanande om gården inte ligger nära ett större fjärrvärmeverk. Det lokala fjärrvärmeverket bredvid Sötåsen i Töreboda producerar exempelvis ungefär 40-50 ton/år och därför fick den lokala askan kompletteras med aska från ett större kraftvärmeverk i Mariestad.

Skall lite mer gas uppgraderas och askbehovet är begränsande kan askfiltret kombineras med processintern metananrikning. Det är en teknik som höjer metanhalten i biogasen direkt i rötkammaren. Processintern metananrikning är något mer komplicerat än askfilter och kräver lite mer styrning och processkunskap. Tekniken kan inte sägas vara riktigt mogen för marknadsintroduktion ännu, men under det gångna projektet har vi ändå lyckats höja metanhalten i biogasen från Sötåsens biogasanläggning från 58 % till 70-80 %. Med en så pass mycket högre andel metan i gasen kan askåtgången halveras, men samtidigt höjs produktionskostnaden för fordonsgasen något.

”Den ekonomiska utvärderingen av systemen är lovande. Om lantbrukaren kan hitta avsättning för tillräckligt med fordonsgas i sin egen verksamhet eller tillsammans med en närliggande affärspartner och det finns aska på rimliga avstånd så kan fordonsgasen matcha dagens HVO-pris. Säger Henrik Olsson”

Nästa steg är att fortsätta teknikutvecklingen till en färdig aksfilter-produkt och prova systemet i långtidsdrift som en del av den normala dagliga verksamheten på ett lantbruk. Det är även viktigt att fortsätta jobba med askhanteringsfrågor och affärsmodeller för användning av fordonsgasen.
”Det som är extra lovande är att utvecklingen av gasdrivna traktorer och fordon åter tycks ha tagit fart till följd av låga naturgaspriser. Säger Henrik Olsson, och fortsätter: För den som vill prova på något nytt finns nu alltså möjlighet att öka självförsörjningsgraden markant, även för mindre lantbruk, genom egenproduktion av fossilfritt drivmedel.”