Uppgradering av biogas med bottenaska från trädbränslen

Sammanfattning av slutrapport
Det finns behov att utveckla enkla och kostnadseffektiva tekniker för småskalig uppgradering av biogas, som medger produktion av fordonsgas vid gårdsanläggningar. Syftet med projektet var att i laboratorieskala (ca 20 L) undersöka fastläggning av biogasens koldioxid med aska från förbränning av trädbränslen för att nå fordonskvalitet (97 % metanhalt) samt att utifrån resultaten föreslå utformning och göra en kostnadskalkyl av systemet. Tre askor från förbränning av pellets, sågverksflis respektive en biobränsleblandning undersöktes. Pelletsaska gav bäst resultat med ett koldioxidupptag på 0,24 g CO2/g torr aska och en metanhalt på 95-100 %. Baserat på en anläggning som producerar 1 GWh biogas per år åtgår det motsvarande en container aska (a´ 8 ton torr aska) i veckan. Preliminära kostnadsberäkningarna visar att uppgraderingskostnaden är 0,24 kr/kWh fordonsgas, vilket kan jämföras med en kostnad på ca 0,50 kr/kWh för dagens kommersiella småskaliga tekniker.

Populärvetenskaplig sammanfattning
Vid gårdsbiogasanläggningar är det idag dyrt att uppgradera biogas, dvs avlägsna koldioxid och höja metanhalten i biogas. Om det fanns enkla och kostnadseffektiva tekniker skulle fordonsgasen kunna användas till arbetsmaskiner på det egna lantbruket eller säljas på drivmedelsmarknaden. I projektet har vi undersökt fastläggning av biogasens koldioxid med askor från förbränning av trädbränslen i syfte att nå fordonskvalitet (97 % metanhalt). Vidare har vi utifrån resultaten föreslagit utformning av ett uppgraderingssystem med aska och gjort en preliminär kostnadskalkyl.

Det är viktigt att askan har ett högt innehåll av kalcium i form av bränd kalk (kalciumoxid) som tillsammansmed vatten bildar släckt kalk (kalciumhydroxid). Den släckta kalken kan sedan reagera med koldioxid som finns i biogas för att bilda kalksten (kalciumkarbonat). Vi undersökte tre olika askor, som kom från förbränning av pellets, sågverksflis respektive en biobränsleblandning. Pelletsaskan hade högt innehåll av kalcium och gav de bästa resultaten med ett koldioxidupptag på 0,24 kg koldioxid/kg torr aska och en metanhalt på 95-100 %. Sågverksflisaskan hade också ett högt innehåll av kalcium och gav en hög metanhalt (98 %), men endast 0,14 kg koldioxid/kg torr aska kunde bindas upp. Orsaken till detta kan bero på att askan förvarades fuktig och redan hunnit reagera med luftens koldioxid. Askan från en biobränsleblandning innehöll mindre kalcium och gav dåliga resultat.

Vi gjorde försöken genom att låta en gas med 65 % metan och 35 % koldioxid passera en behållare med aska på ca 20 L och sedan mätte vi metan- och koldioxidhalt i den gas som lämnade bädden. Vatten har blandats noggrant med askan innan försöken och i vissa försök har vi även kopplat på ytterligare en askbädd när kapaciteten att binda koldioxid i den första bädden minskade.

Vid en gårdsbiogasanläggning som producerar 155 000 m3 biogas per år (1 GWh/år), vilket motsvarar drygt 7 000 m3 flytgödsel, åtgår ungefär en container aska (a´ 8 ton torr aska) i veckan med utgångspunkt från resultaten med pelletsaska. Preliminära beräkningarna på en anläggningsutformning vi föreslagit visar att uppgraderingskostnaden är 0,24 kr/kWh fordonsgas, vilket kan jämföras med en kostnad på ca 0,50 kr/kWh för dagens kommersiella småskaliga tekniker. Beräkningarna indikerar alltså att det är möjlighet att halvera kostnaden för uppgradering till fordonsgas på gårdsnivå om denna teknik kan tillämpas i produktionsskala.

De lovande resultaten visar att det är intressant med fortsatta studier. Innan det genomförs mer omfattande studier i pilotskala är det dock viktigt att klargöra några viktiga frågeställningar. Försöken vi gjorde hade bara en askbäddshöjd på ca 20 cm och det räckte med ett mycket lågt tryck för att få igenom gasen. Det är därför viktigt att undersöka vilket tryck som krävs vid en högre askhöjd. Dessutom visade den ekonomiska känslighetsanalys vi gjorde att om anläggningen skulle kunna fungera vid 50 % högre gasflöden, dvs 1,5 GWh biogas istället för 1 GWh per år skulle kostnaden sjunka till 0,16 kr/kWh. Det är därför viktigt att studera hur högt gasflöde som kan användas. Vidare kvarstår att optimera fukthalten i askbädden och undersöka att det inte bildas skadliga spårgaser i askbädden som riskerar att skada motorer.