Self sustaining households with production of biogas and aquaponics

Energiförsörjningsteknologier behöver avanceras, oberoende av var i världen och i vilket syfte. Fossila bränslen bidrar till kraftiga växthusgasutsläpp när de förbränns och kretsloppet för dessa råvaror är en långsam process. Biogas är en av möjligheterna till utveckling då denna teknik i många fall kan använda råvaror mer tillgängliga för utvinning än de fossila, vilket möjliggör lokala energilösningar som kan bidra till att minska transporter, men framförallt mindre klimatpåverkande utsläpp. Detta då biogasens energikapacitet ligger i just mängden metan som gasen innehåller, vilket medför att teknologins utveckling strävar mot att ta tillvara på så mycket av denna växthusgas som möjligt, samtidigt som den stora biprodukten, koldioxid, är grön och ej bidrar till ökad växthuseffekt.Syftet med denna rapport är att bidra till utvecklingen av småskalig biogasproduktion, som idag ej är tillräckligt utvecklad för att kunna erbjuda självklara alternativ i situationer som har en god potential. Dessa situationer uppstår i exempelvis gårdsmiljöer där mycket avfall genereras i form av gödsel och jordbruksrester som är en utmärkt råvara för biogasproduktion. Men biogasanläggningar är idag optimerade för storskaliga verksamheter, som avloppsverk där stora volymer kommunalt avfall från hela städer hanteras. Mindre biogasanläggningar får problem med lönsamheten då volymerna idag är kraftigt kopplade till biogasavkastningen, men problem uppstår även vid drift och service av själva anläggningen då dessa är långt ifrån standardiserade och oftast platsbyggts för ändamålet.Biogas på ännu mindre skala, exempelvis i situationer med vanligt hushållsavfall har även det en potential då det i hushållen idag förbrukas väldigt mycket livsmedel, vatten och energi som med ett mer slutet kretslopp kan ta tillvara på mer resurser och på så sätt kan minska sitt ekologiska fotavtryck. Detta ledde till frågeställningen om hur det med en odling-och gårdsverksamhet kan, med hjälp av biogas, produceras en tillräcklig mängd mat och energi för att försörja ett hushåll.Arbetet inleddes med en litteraturstudie för att sammanställa data över viktiga parametrar och relevant bakgrundsinformation då mycket antaganden och schablonvärden behövde användas. Varje komponent i systemet fick input- och outputvärden gällande yta, energi, vatten m.fl. för att tillslut kunna uppskatta en landareal tillräcklig för matförsörjning, med eller utan energibalans.Resultaten från denna rapport visade att redan vid 593 m2 kunde ett hushålls matproduktion och förbrukning försörjas i ett år. Vidare utfördes en känslighetsanalys på viktiga variabler för att uppskatta hur ett framtida arbete med frågan bör utformas.Around the world, energy supplying technologies need to advance regardless of its purpose of use. Burning of fossil fuels are the number one source of increase in greenhouse effect and its lifecycle is too long to be an option for the future. One of the more sustainable options is the production and use of biogas which utilizes more convenient resources like sewage waste, manure and domestic waste. This enables more local energy solutions and reduces the need for transport, but also contributes far less to the elevation and concentration of greenhouse gases in the atmosphere. The main component is methane which is also a potent greenhouse gas, but methane is also the one thing that is combustible in the gas and therefore the technology advances in utilizing more and more of this and reducing the loss fractions.Therefore, the purpose of this report is to contribute in the development of small-scale biogas production since most of the operating conditions today are optimized for large scale plants like sewage treatment plants, which handles much larger volumes of waste from whole towns and regions. The smaller scale operations are often in farm environments that have a lot of raw materials and wastes from their daily operations like manure and crop residues. Today these sizes struggle with profitability since biogas yield is strongly linked to production volume, and often maintenance becomes a problem because of on-site builds.The potential of biogas production is even located in smaller operations like household and domestic environments, mainly because of the high fraction of waste that originates in these sectors of society. Food waste and sewage are two important fractions that are being utilized today but mainly in scientific efforts or large-scale operations. This led to the question of how these two smaller-scale situations could work together, and how production of biogas could aid in becoming self-sufficient in food and energy consumption.The report started off with an overview of the literature on the subjects to help create a foundation for the many assumptions and template calculations that were required to model this situation. Each component in the system where given input- and output variables regarding energy, water and spacing required. This was then used to model a total area where it could take place.The results showed that already at 593 m2 you could grow enough food for a household to be self-sufficient for a year. This was without concern of energy usage which led to exceeding costs at about 540 000 SEK yearly, with a self-sufficiency rate of about 31 %. Furthermore, a sensitivity analysis was conducted on a few selected variables that was considered more uncertain which showed a variance in both total area and heating costs