Systematisk utvärdering av halm som potentiellt biogassubstrat i samrötning med gödsel

This work was carried out at Biogas Research Center (BRC) and the company Biogas in Vadstena. The aim was to systematically evaluate new substrates for biogas production. In particular, this case investigated the potential of straw in co-digestion with manure and slurry from pig, chicken and dairy. Straw is interesting to evaluate since it is second generation biomass and available in a large quantity. Also, anaerobic digestion (AD) of manure is beneficial because it deals with the spontaneous methane emission and leads to a better manure handling. Goals within the EU as well as in Sweden have been set up to reduce greenhouse gas emissions from fossil fuel and to produce more renewable energy. The methodology used is outlined by BRC in which a number of key areas, such as description of biomass, amount biomass, gas yield, technology, economy, environmental performance and energy system, competing interests and institutional factors, have been evaluated through literature studies and case study Biogas in Vadstena. Based on the results an overall judgment is done to determine the potential of straw. The result shows that straw is not appropriate to digest solely because of high TS, high carbon content and lack of nutrients. Straw also has lignocellulosic structures, which are difficult to break down. Especially lignin limits the biodegradability. Mechanical, thermal, chemical and biological pretreatments can increase the availability and biodegradability in the straw. In some cases pretreatment can also increase the methane potential. However, straw works well as a carbon complement in co-digestion with manure, which is a nitrogen-rich substrate. There are technologies available for AD of straw and manure for the whole biogas process, from transportation and pretreatment to digestion and upgrading. Although, there is space for further development of pretreatment and upgrading technology. The economic calculations show that it is profitable to use straw with manure in a farm-based biogas plant for vehicle gas production. Furthermore, the calculations of the energy show that biogas production is energy efficient with energy input/output ratio of 18-23%. Besides production of biogas, the digestate could be used as an environmentally friendly fertilizer. In summary, it is possible to produce biogas from straw together with manure, and this is beneficial from both an environmental and economic perspective.Detta examensarbete har utförts i samarbete med Biogas Research Center (BRC) och företaget Biogas i Vadstena. Målet med examensarbetet var att systematiskt utvärdera nya substrat för biogasproduktion. Specifikt för det här fallet var att undersöka potentialen för halm i samrötning med gödsel och flyt från svin, höns och nöt. Halm är intressant att utvärdera då det tillhör andra generationens biomassa och finns tillgängligt i stor mängd. Även rötning av gödsel är givande då den spontana metanemissionen uteblir och det ger en bättre gödselhantering. Det har satts upp mål inom såväl EU som i Sverige att mer förnybart bränsle bör produceras för att minska växthusgasutsläppen från fossila bränslen. Metodiken som använts har framarbetats av BRC. Det innebär att substrat granskas utifrån ett flertal nyckelområden, såsom beskrivning och mängd biomassa, gasutbyte, synergieffekter, teknik, ekonomi, miljöpåverkan och energisystem, konkurrerande intressen och institutionella faktorer. Dessa har utvärderats genom litteraturstudier och studie av fallet Biogas i Vadstena. Utifrån resultatet görs en övergripande bedömning av substratet. Resultatet visar att halm inte är lämpligt att röta enskilt på grund av högt TS-värde, högt kolinnehåll och att den är näringsfattig. Halm består även till stor del av lignocellosa-strukturer som är svåra att bryta ned, i synnerhet lignin. Mekaniska, termiska, kemiska och bioglogiska förbehandlingar kan öka tillgängligheten och nedbrytbarheten av halm. Det kan även öka metanpotentialen i vissa fall. Däremot fungerar halm bra som ett komplement i samrötning med gödsel som är ett kväverikt substrat. Det finns teknik för rötning av halm för hela biogasprocessen, från transport, förbehandling och rötning till uppgradering. Dock finns utrymme för tekniken att utvecklas ytterligare. De ekonomiska beräkningarna visar att det är lönsamt att använda halm tillsammans med gödsel i en jordbruksbaserad biogasanläggning för fordonsgasproduktion. Vidare visar beräkningar för energisystemet att biogasproduktion är energieffektiv med energi input/output-kvot på 18-23%. Förutom fordonsgas produceras även biogödsel som är ett miljövänligt alternativ till konstgjord gödsel. Sammanfattningsvis, det är möjligt att producera biogas av halm tillsammans med gödsel och det är fördelaktigt ur en såväl miljömässigt som ekonomiskt perspektiv