Christine Hung Consultant/Advisor MiSA Miljøsystemanalyse

Størrelse: px

Begynne med side:

Download "Christine Hung Consultant/Advisor MiSA Miljøsystemanalyse www.misa.no"

Mikael Langeland
8 år siden
Visninger:

1 Biogas from municipal organic waste Trondheim s environmental holy grail? Christine Hung Consultant/Advisor MiSA Miljøsystemanalyse

2 2 What is biogas? Produced naturally from biological decomposition of organic material Can optimize quantity and quality under controlled digestion conditions Mixture of CH 4 (50-75%) and CO 2 (25-50%) Trace of other elements (H 2 S, H 2, N 2 ) Typically waste as feedstock Biological residues: livestock manure, municipal sewage, food processing wastes, etc Can be used in existing infrastructructure for natural gas Technoport 2012

3 3 Project overview: biogas in Trondheim Project commissioned by the municipality of Trondheim Assess environmental impacts of biogas production from source separated household organic waste Resulting biogas is upgraded for use as bus fuel Assess environmental impact of several scenarios Life cycle assessment used as analytical tool Technoport 2012

4 4 Biogas scenarios studied 1. Base/Reference case (current day situation) municipal waste incinerated in Heimdal 2. Municipal waste incinerated in combined heat and power (CHP) plant in Sundsvall, Sweden 3. Construct new biogas facility in Trondheim 4. Feedstock transported to existing biogas plant in Verdal 5. Feedstock transported to existing biogas plan in Sundsvall Technoport 2012

5 Technoport

6 6 Organic waste providing a service? In order to compare all of the scenarios on an equal basis, all potential end products from the organic waste must be considered: District heat in Trondheim (32.2 TJ/yr) District heat in Sundsvall (34.8 TJ/yr) Electricity in Sundsvall (5 TJ/yr) Local bus services in Trondheim ( vkm/yr) Fertilizer in Trondheim ( kg NPK/yr)

7 7 Summary of results 10 % 0 % Difference from Case 0 (%) -10 % -20 % -30 % -40 % -50 % -60 % -70 % Case 1 Case 2 Case 3 Case 4-80 % -90 % Climate change Photochemical oxidant formation Particulate matter formation Fossil depletion Technoport 2012

8 14,000 Emissions and losses from biogas upgrading 8 12,000 Mineral fertilizer District heating, Trondheim Climate change (t CO2-eq) 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 District heating, Sundsvall Electricity, Sundsvall Diesel fuel to city buses Infrastructure, biogas facility Biogas storage and distribution, at gas station Transport of feedstock and upgraded biogas Electricity and heat demand for production of biogas Electricity and heat from waste combustion, Sundsvall District heating from waste combustion, Trondheim Digestate spreading 0 Case 0 Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Liquid biogas combustion, bus

9 70 60 Emissions and losses from biogas upgrading Mineral fertilizer District heating, Trondheim 9 Photochemical oxidant formation (t NMVOC) District heating, Sundsvall Electricity, Sundsvall Diesel fuel to city buses Infrastructure, biogas facility Biogas storage and distribution, at gas station Transport of feedstock and upgraded biogas Electricity and heat demand for production of biogas Electricity and heat from waste combustion, Sundsvall District heating from waste combustion, Trondheim Digestate spreading 0 Case 0 Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Liquid biogas combustion, bus

10 10 Conclusions For this specific system, a biogas program would have negligible climate benefit Significant benefits with smog formation, particulates formation and fossil depletion Choice of system expansion products very important to overall conclusions This does not mean biogas is not an environmentally worthwhile product! Technoport 2012

11 11 Resultater - Sammenligning 10 % 0 % -10 % -20 % Forskjell fra case 0 (%) -30 % -40 % -50 % -60 % Case 0 Case 1 Case 2 Case 3 Case 4-70 % -80 % -90 % Global oppvarming Fotokjemisk oksidasjonsdannelse Partikler Fossile ressurser

12 12 Resultater referans, forbrenning Trondheim 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% Fjernvarme Sundsvall Elektrisitet, Sundsvall Diesel drivstoff til bybusser Kunstgjødsel, kg N Varme fra forbrenning av matavfall, Trondheim 20% 10% 0% Climate change Photochemical oxidant formation Particulate matter formation Fossil depletion

13 13 Resultater Case 1, forbrenning Sundsvall 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% Fjernvarme Trondheim kommune Kunstgjødsel, kg N Diesel drivstoff til bybusser Transport, våtorganisk avfall Varme fra forbrenning av matavfall, Sundsvall Elektrisitet fra forbrenning av matavfall, Sundsvall 20% 10% 0% Climate change Photochemical oxidant formation Particulate matter formation Fossil depletion

14 14 Resultater Case 2, biogass Trondheim 100% 90% Avdamping og tap Fjernvarme Trondheim kommune 80% Fjernvarme Sundsvall 70% Elektrisitet, Sundsvall 60% Infrastruktur, biogass anlegg 50% 40% 30% Lagring og distribusjon av biogass, på bensinstasjon Transport, komprimert biogass drivstoff (Trondheim/Verdal) Transport, våtorganisk avfall 20% Produksjon av biogass; Varmebehov Trondheim kommune (Heimdal) 10% Produksjon av biogass; Elektrisitetbehov, Trondheim 0% Climate change Photochemical oxidant formation Particulate matter formation Fossil depletion Gjødsel fra råtningsslam, produksjon [fri]

15 15 Resultater Case 3, biogass Verdal 100% 90% Avdamping og tap Fjernvarme Trondheim kommune 80% Fjernvarme Sundsvall 70% Elektrisitet, Sundsvall 60% 50% 40% Lagring og distribusjon av biogass, på bensinstasjon Transport, komprimert biogass drivstoff (Trondheim/Verdal) Transport, våtorganisk avfall 30% Produksjon av biogass; Varmebehov Trondheim kommune (Heimdal) 20% Produksjon av biogass; Elektrisitetbehov, Trondheim 10% Gjødsel fra råtningsslam, produksjon [fri] 0% Climate change Photochemical oxidant formation Particulate matter formation Fossil depletion Bruk av komprimert biogass drivstoff, buss

16 16 Resultater Case 4, biogass Sundsvall 100% 90% Avdamping og tap, kryogenisk Fjernvarme Trondheim kommune 80% Fjernvarme Sundsvall 70% Elektrisitet, Sundsvall 60% 50% 40% Lagring og distribusjon av biogass, på bensinstasjon Transport, komprimert biogass drivstoff (Sundsvall) Transport, våtorganisk avfall 30% Produksjon av biogass; Varmebehov Sundsvall (Korstaverket) 20% Produksjon av biogass; Elektrisitetbehov, Sundsvall 10% Gjødsel fra råtningsslam, produksjon [fri] 0% Climate change Photochemical oxidant formation Particulate matter formation Fossil depletion Bruk av komprimert biogass drivstoff, buss

17 Sensitivitetsanalyse 17 Regnet med 10 forskellige faktorer: 1. Metanutbytte fra organisk husholdningsavfall 2. Brennverdi av organisk husholdningsavfall 3. Internbruk av energi (el. og varme) på biogassanleggene 4. Drivstofforbruk av biogass bybussene 5. Produksjon og transport av biogass som væske i stedet av komprimert gass 6. Hva som skjer med karbon i råtningsslam ved spredning 7. Fjernvarmekildemiks (miks med avfall; el; naturgass; olje) 8. Base case drivstoff til bybusser er naturgass istedenfor diesel 9. CO2 biogassoppgraderingen blir fanget opp og solgt (antatt å erstatte alternativ CO2-produksjon). 10. Erstatte el kilde i Norge med NORDEL miks, og den i Sverige med svensk miks

18 1. Metanutbytte (546 m 3 CH 4 /t VS; 380) % 0 % -10 % -20 % Forskjell fra case 0 (%) -30 % -40 % -50 % -60 % -70 % -80 % -90 % Global oppvarming Fotokjemisk oksidasjonsdannelse Partikler Fossile ressurser Case 0 Case 1 Case 2 Case 3 Case 4

19 2. Brennverdi av våtavfall (4,09 MJ/kg våtvekt avfall; (-)2,3/(+)6,1) % 20 % 0 % Forskjell fra case 0 (%) -20 % -40 % -60 % -80 % -100 % Global oppvarming Fotokjemisk oksidasjonsdannelse Partikler Fossile ressurser Case 0 Case 1 Case 2 Case 3 Case 4

20 20 3. Energibehov i anlegg (100%;85/115%) 10 % 0 % -10 % -20 % Forskjell fra case 0 (%) -30 % -40 % -50 % -60 % -70 % -80 % -90 % Global oppvarming Fotokjemisk oksidasjonsdannelse Partikler Fossile ressurser Case 0 Case 1 Case 2 Case 3 Case 4

21 4. Drivstofforbruk (0,27 kg CH 4 /km;0,25/0,39) % 0 % Forskjell fra case 0 (%) -20 % -40 % -60 % -80 % -100 % Global oppvarming Fotokjemisk oksidasjonsdannelse Partikler Fossile ressurser Case 0 Case 1 Case 2 Case 3 Case 4

22 5. Transport av drivstoff (flytende; komprimert) % 0 % -10 % -20 % Forskjell fra case 0 (%) -30 % -40 % -50 % -60 % -70 % -80 % -90 % Global oppvarming Fotokjemisk oksidasjonsdannelse Partikler Fossile ressurser Case 0 Case 1 Case 2 Case 3 Case 4

23 6. Utslipp fra råtningsslam (0% kull til CO 2 ; 100% til CO 2 ) % 0 % -20 % -40 % -60 % -80 % -100 % Global oppvarming Fotokjemisk oksidasjonsdannelse Partikler Fossile ressurser Case 0 Case 1 Case 2 Case 3 Case 4

24 7. Fjernvarme kilder % 60 % Forskjell fra base case resultatene (%) 40 % 20 % 0 % -20 % -40 % El Naturgass Olje El Naturgass Olje El Naturgass Olje El Naturgass Olje Global oppvarming Fotokjemisk oksidasjonsdannelse Partikler Fossile ressurser Case 0 Case 1 Case 2 Case 3 Case 4

25 25 7. Inkludering av avfall i fjernvarme miks 40 % 20 % Forskjell fra case 0 (uten avfall), % 0 % -20 % -40 % -60 % Case 0 Case 1 Case 2 Case 3 Case 4-80 % -100 % Global oppvarming Fotokjemisk oksidasjonsdannelse Partikler Fossile ressurser

26 8. Erstatte naturgassbusser % 456 % 308 % 472 % 307 % Forskjell fra case 0 med naturgass bybusser (%) 80 % 60 % 40 % 20 % 0 % -20 % -40 % Global oppvarming Fotokjemisk oksidasjonsdannelse Partikler Fossile ressurser Case 0 diesel Case 0 Case 1 diesel Case 1 Case 2 Case 3 Case 4

27 27 9. CO 2 fanget og solgt 10 % 0 % -10 % -20 % -30 % -40 % -50 % -60 % -70 % -80 % -90 % Global oppvarming Fotokjemisk oksidasjonsdannelse Partikler Fossile ressurser Case 0 Case 1 Case 2 Case 3 Case 4

28 10. El-miks (NORDEL i Norge, svensk miks i Sverige) % 10 % 0 % -10 % Forskjell fra case 0 (%) -20 % -30 % -40 % -50 % -60 % -70 % -80 % -90 % Global oppvarming Fotokjemisk oksidasjonsdannelse Partikler Fossile ressurser Case 0 Case 1 Case 2 Case 3 Case 4

Like dokumenter

The building blocks of a biogas strategy

The building blocks of a biogas strategy Presentation of the report «Background report for a biogas strategy» («Underlagsmateriale til tverrsektoriell biogass-strategi») Christine Maass, Norwegian Environment