Bruk av biogassrest som gjødsel med vekt på biogass fra husdyrgjødsel

Transkript

1 Bruk av biogassrest som gjødsel med vekt på biogass fra husdyrgjødsel Anne-Kristin Løes, Bioforsk Økologisk -med god hjelp fra Roald Sørheim, Espen Govasmark m.fl., Bioforsk jord og miljø Innlegg på fagseminar: Økologisk landbruk Tingvoll, Biogassanlegg for husdyrgjødsel, slakteavfall etc. Herning, Danmark, oktober Anlegget har vært i drift i ca 20 år.

2 Oppbygging av presentasjonen Hvorfor biogass på Tingvoll? Hva er biogass? Ulike typer anlegg Hvordan påvirkes husdyrgjødsla av å bli til biorest? Avlingseffekter i korn Problemområder: Miljøgifter, tungmetaller, patogener Aktiviteter og prosjekt på Tingvoll Noen ubesvarte spørsmål

3 Bakgrunn for Bioforsk Økologisk sin satsing på biogass Landbrukets klimamelding, 2009: Politiske mål om 30% av husdyrgjødsla til biogass innen 2020 Kilde: St.meld. nr. 39 ( ) Klimautfordringene landbruket en del av løsningen. Nytt fjøs på Tingvoll gard: Samdrift - økt melkekvote- større besetning - mer kraftfôrblautgjødselhåndtering Bedre at NORSØK og Bioforsk tar risikoen med å teste biogass i økologisk landbruk enn at private skal gjøre det Økologisk melkeproduksjon: Langvarig eng, og kanskje bedre utnyttelse av gjødsla? Motvirker kanskje eventuelle C-tap i jorda?

4 Hva er biogass? Biogass produseres gjennom anaerob nedbryting av organisk materiale, f.eks. i myrer, deponier eller gjødselhauger. Prosessen kalles gjerne anaerob utråtning (anaerobic digestion) Biogass består hovedsakelig av metan (CH 4 ) og karbondioksid (CO 2 ) Biogass kan utvinnes fra gjødsel, evt. i kombinasjon med annet organisk materiale (avfall). CH 4 -andel er da ca. 60%. Biogass fra gamle søppeldynger kalles deponigass; CH 4 -andel ca. 50%. Biogass lages gjerne av husdyrgjødsel, kloakkslam, matavfall, fiskeavfall, energivekster (korn, mais, raps). I prinsippet kan alt organisk materiale benyttes. I praksis: Oppmaling, flytelag, bunnfelling..

5 Komponenter i et biogassanlegg Matavfall, Andre substr. Biogass Ca 30 % av energien som strøm Dieselmotor /tennplugger Biogass 10 % til oppvarming Varme Gjødsel Reaktor Mellomlager (kjøling) Sluttlager

6 Hva kjennetegner biogassprosessen? (Råtning, anaerob) I biogassprosessen omdannes organisk materiale til biogass ved hjelp av metandannende mikroorganismer. Nedbrytning av organisk materiale er en oksidasjon, deretter en gjæringsprosess: -COOH blir til CO 2 og H 2 O + energi, evt. CH 4 og H 2. Biogassprosessen er bakterienes siste valg, etter oksidasjon med oksygen, nitrat eller sulfat, og etter syre- og etanolgjæring. Frigjør lite varme. I råtneprosessen spaltes organisk materiale til karbondioksid og metan. Biogass: CO 2 + CH 4 + H 2 O + SO 2 + H 2 S De metanogene bakteriene er sistemann til matfatet. Utfordring: Beholde dem i reaktoren

7 Hva egner seg til behandling? Biogassprosessen er egnet for våte og lett nedbrytbare substrat som avløpsslam, matavfall, industriavfall, husdyrgjødsel, bløte planterester (silo), evt. energivekster (gras). Metan er lite vannløselig, og ikke lett antennelig. Metan kan lett skilles fra vannet (eller omvendt) og kan forbrennes uten fordampning av vann. NB! Valg av substrater bestemmer kvalitet og bruksområder for bioresten.

8 Ulike typer biogassanlegg Gårdsbaserte, basert på husdyrgjødsel, evt. planterester, energivekster, matavfall Fortrinnsvis finansiert gjennom verdien av produsert energi - men oftest hittil basert på betaling for mottak av matavfall. Større anlegg for kildesortert matavfall, evt. med organisk avfall fra næringsmiddelindustri etc. Finansiering gjennom mottak av avfall og salg/bruk av energi. Slambaserte, behandler avløpsslam med biogass som biprodukt. Finansiert gjennom behandlingsgebyr for vann/kloakk. Gårdsanlegg hos fam. Ekren, Verdal Mjøsanlegget, Lillehammer Ekopro, Verdal BIOGASS-RAFFINERI: Til høyre: Lagringstank for kloakk-gass ved renseanlegget for kloakk på Bekkelaget i Oslo, opprinnelig brukt til oppvarming av anlegget, i senere år oppgradert til biogass i anlegget til venstre på bildet, og brukt som drivstoff på busser. Foto: Kjetil Mæland, Nettavisen.

9 Biorest kontra ubehandlet gjødsel Mer av tot-n blir til ammonium (NH 4 ), og høyere ph enn i ubehandlet gjødsel. Øker tilgjengeligheten for plantene, men øker også risikoen for N tap ved spredning. Slepeslange, nedfelling ekstra viktig. Mindre fett etc. som gjør gjødsla seig, mer lettflytende. Gjødsla synker raskere ned i jorda, reduserer N-tap. Vesentlig mindre problemer med lukt. I PRAKSIS: Tilleggssubstrater påvirker bioresten!

10

11 Biorest basert på husdyrgjødsel Parameter Enhet Biorest Bio Ha Blautgjødsel Ha Biorest Å Fiskeensilasje Å Blautgjødsel Å År Tørrstoff % 3,5 5,2 7,3 7,6 4,9 28,6 6,2 Total-N kg/m 3 1,9 2,8 2,5 2,2 5,0 21,0 4,0 Ammonium-N kg/m 3 1,2 2,67 1,5-3,9 1,3 2,1 Total-P kg/m 3 0,3 0,4 0,3 0,4 0,6 3,1 0,6 Total-K kg/m 3 3,2 2,4 3,1 3,0 4,0 1,6 4,1 Total-Mg kg/m 3 0,3 0,4 0,3 0,4 0,3 0,3 0,4 Total-Ca kg/m 3 0,5 0,5 0,5 0,6 0,9 3,5 0,9 Total-S kg/m 3 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 1,1 0,4 Total-Na kg/m 3 0,3 0,2 0,3 0,2 0,6 1,7 0,5 Løst klorid kg/m 3 1,0 1,6 1,5 1, Kadmium g/m 3 <0,008 0,007 <0,008 <0,009 <0,009 0,021 <0,01 Kobber g/m 3 1,97 1,9 1,91 1,8 2,2 4,62 1,36 Sink g/m 3 10,7 9,3 11,0 10,4 16,6 50,4 14,9 Mangan g/m 3 9,5 10,9 10,9 12,4 10,8 1,3 14,9 Bor g/m 3 1,0 1,1 1,0 1,1 1,1 0,6 1,3

12 Avlinger av vårbygg i potteforsøk Yield (tonnes/ha) 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000 Lysimeter-potter, 3 gjentak, veksthus, vårbygg, 30 frø per potte, registrert avling, LAD= Liquid anaerobic digestate

13 Nitrogenutvasking etter simulert nedbør, potteforsøk N leaching (kg/ha) N total Nitrate+nitrite Lysimeter-potter, 3 gjentak, veksthus, vårbygg, simulert nedbør 28 mm på 3-5 blad stadiet, analyser av avrenningen

14 Feltforsøk, avlinger av korn Gjødsling kg N/daa Vårbygg (kg/daa) Vårhvete (kg/daa) Ingen Biorest A, DGI Biorest A, breispredd Biorest B, DGI Biorest B, breispredd Blautgjødsel, DGI Blautgjødsel, breispredd Fullgjødsel Rutestørrelse 6 x 35 m, vanlig jordbruksutstyr, 2 gjentak

15 Oppsummering avlingseffekt Biorest av husdyrgjødsel har noenlunde samme kjemiske egenskaper som husdyrgjødsel, men lavere TS-innhold. Hvis man måler N min i biorest og tilpasser gjødslingsmengden til plantenes behov oppnås like store avlinger som med mineralgjødsel. Flytende biorest av matavfall egner seg godt til korn. Ved dosering basert på N min dekkes behovet for P og K. Avvannet biorest av matavfall er mer jordforbedringsmiddel enn gjødsel, men inneholder en god del P. Biorest fra anlegg der flere bønder samarbeider, særlig hvis det leveres plantemateriale i tillegg til gjødsel: Vær obs på store ujevnheter i næringsbalanse. Biorest varierer over tid, næringsinnhold i innlevert materiale tilsvarer ikke innhold i bioresten. Biorest fra sentralanlegg: Stor variasjon i næringsinnhold. Viktig å få analyser før spredning.

16 Separasjon av biorest Tot C Tot N NH 4 + P K S % Kg m -3 Kg m -3 Kg m -3 Fiber Væske Govasmark, upublisert

17 Residue from anaerobic digestion a safety risk in organic farming? Partners: Univ Stuttgart, Univ Helsinki, UMB, Bioforsk microorganisms? Organic contaminants? Heavy metals? Pesticides? Zn Pb Cu Cr Ni Hg Cd

18 Rester av plantevernmidler Soppmidler i appelsiner: Imazalil og thiabendazole 4,50 4,00 Jul 3,50 April 08: Påske 3,00 2,50 2,00 1,50 Imazalil mg/kg DM Thiabendazol mg/kg DM 1,00 0,50 0,00

19 Tungmetaller - kvalitet mg/kg DM Organic 0 I II III Max conc. in agric. soil when using class I or II Cadmium Lead Mercury Nickel Zinc Copper Chromium

20 Tungmetaller og næringsstoffer i blautgjødsel, biorest av matavfall og kompostert matavfall Blautgjødsel storfe g/100 g TS mg/kg TS 8 kg N/daa g/daa Biorest av matavfall g/100 g TS mg/kg TS 8 kg N/daa g/daa Kompostert matavfall g/100 g TS mg/kg TS 8 kg N/daa g/daa N 3, , , NH 4 -N 1, , ,2 675 P 0, , , K 4, , , Zn 172 (I) 41,3 495 (II) 17,3 107 (0) 36,1 Cu 31,9 (0) 7,7 93,9 (I) 3,3 39,4 (0) 13,3 Cd 0,1 (0) 0,02 0,65 (I) 0,02 0,25 (0) 0,08 Hg 0,08 (0) 0,02 0,69 (II) 0,02 0,08 (0) 0,03

21 Contaminants in digestate from household waste in Norway, Espen Govasmark et al, NJF kongress 2011 Biorest av organisk avfall ble separert flytende del og fiberdel. Fiberdelen tilfredsstilte norske krav til innhold av tungmetaller, klasse I. Høyeste og laveste verdier målt i mg/kg TS : FIBERDEL FLYTENDE DEL Zn Cu Cd Ni Cr Pb Hg Konklusjon: Bioresten trygg å bruke som gjødsel Innholdet av organiske miljøgifter og plantevernmidler målt i µg/kg TS: FIBERDEL FLYTENDE DEL PAH 16: n.d-65 PBDE: n.d-0.2 DEHP: (> krav til kompost i DK, men < krav til slam i EU) Imazalil : (grenseverdier ikke utarbeidet) Tiabendazol: n.d-730 (grenseverdier ikke utarbeidet) Innholdet av patogener: Levedyktige E.coli ikke påvist. Levedyktige (viable) B.cereus 0.5 to per ml, 1 % sporeform (varmeresistent). Tilfredsstiller krav til matvarer.

22 Hvordan går det med jorda? Biogassbehandling av husdyrgjødsel hvordan påvirker det jordas fruktbarhet? Etablering av et feltforsøk på Tingvoll for å undersøke dette under norske forhold ( ) Uttak av jordblokker til meitemarkstudier, oktober 2010.

23 Økt gassutbytte med energirikt avfall Gårdsbaserte biogassanlegg i Midt-Norge forprosjekt for kartlegging av kunnskapsbehov Biogasskunnskap, regionalt forskningsfond Midt-Norge Undersøkelser: - Øke energiutbyttet ved å tilsette restprodukter (bleikejord, såpe) fra fiskeoljeindustrien. - Hvordan påvirker avfallsstoffer, for eksempel organiske miljøgifter, bioresten? Kan den brukes som gjødsel i økologisk landbruk? - Utarbeide en massebalanse for C i gjødsla for å vurdere klimaeffekten av gårdsbaserte biogassanlegg (redusert utslipp av CH 4 fra lager og N 2 O ved spredning).

24 Velkommen med i regionalt nettverk! Gårdsgass Midt-Norge, med egen hjemmeside på Fjesbok Aktiviteter i 2011: - Nettverksmøte på Ørlandet mars - Studietur til Tomb, Ås, Vestfold, Grenland mai - Nettverksmøte, oktober

25 Noen ubesvarte spørsmål Botulisme?? Göttinger Erklärung - reell grunn til bekymring, eller et stunt for å skaffe seg oppmerksomhet - og forskningsmidler? Vitalitet, indre kvalitet hva skjer med maten? Biogass-teknologi representerer en ny mulighet til å resirkulere næringsstoffer og organisk materiale fra samfunnet til økologisk landbruk men hva følger med på lasset? Bondelaget: Fossilfritt landbruk i 2030! Kan vi klare å erstatte diesel med biogass? Teknifisering av landbruket Revitalisering av samvirket?