Pumpekummen. Foto: Anita Land, Bioforsk Økologisk

Transkript

1 Pumpekummen Her i pumpekummen rundpumpes møkka for å blande inn møkka som kommer fra flyterenna. Møkka, som kommer fra ca. 25 melkekyr som bor i fjøset bør være homogen for å sikre stabil drift og jevn gassproduksjon. Møkka pumpes (dykkpumpe) fra kummen til anlegget gjennom et rør. To ventiler styrer om møkka rundpumpes (omrøres) eller pumpes til biogass-anlegget. Foto: Anita Land, Bioforsk Økologisk

2 Miksetanken og råstoff To ganger per døgn (kl. 10 og kl. 22) pumpes omtrent 500 kg husdyrgjødsel fra pumpekummen ved fjøset til miksetanken som ligger i anlegget. I miksetanken blir råstoff blandet og homogenisert før det sendes videre til råtnetanken(e). Bakteriene trenger tid til å tilpasse seg et blandingsforhold av f.eks husdyrgjødsel og fiskeavfall og får problemer ved store variasjoner i sammensetning av «maten». Det derfor veldig viktig å ha jevn blanding, da det bidrar til stabile forhold i råtnetanken. Ved dette anlegget mates råtnetankene kontinuerlig (hver dag). Miksetanken står på veieceller, noe som gjør at innmatingen kan kontrolleres nøyaktig. I noen anlegg gjøres innmating batchvis all innmating skjer ved oppstart og reaktoren tømmes og mates på nytt når denne «batchen» er utråtnet. Akkurat nå kjører anlegget på kun kumøkk, men snart skal vi i tillegg mate inn fiskeavfall (opp til 10 vekt %). Fiskeavfallet er restprodukter fra omega-3 produksjonen til GC Rieber Oils i Kristiansund. Mange forskjellige råstoffer/substrat kan brukes i biogassanlegg; nesten alt som er nedbrytbart. Hva man velger å bruke kommer an hvilke råstoffer som finnes i nærheten, kostnader og eventuell betaling for å ta imot avfallet osv. Bleikejord Ensilasje/fiskesåpe Plassering av tanker for tilleggssubstrat. Til høyre: Isolert palletank for flytende tilleggssubstrat (grå). I midten: Åpen beholder for innmating (blå). Til venstre: Kontainer (blå, se figur 3) med blandetank. I bakgrunnen: En av råtnetankene (gul). Fra palletanken pumpes såpe inn til toppen av blandetanken (svart pumpe, grått rør). Fra den åpne beholderen skrus substrater opp til toppen av blandetanken gjennom en fleksiskrue av plast (hvit). I bunnen av beholderen er det en transportskrue i metall som mater substratet inn i fleksiskruen. Kilde: BioPower Norway AS.

3 Kilde: Biopower Norway AS Kilde: Dagbladet Fiskesåpe (venstre) og bleikejord (høyre) fra omega-3 produksjon Kilde: Alastair James Ward, Aarhus Universitet

4 [Skriv inn tekst] Rørstokken Hit og dit Omrøring ved hjelp av sirkulasjonspumpen på rørstokken brukes for å blande substratene og å unngå at solide materialer setter seg fast på bunnen eller på veggen av tanken. Pumpen har i tillegg kniver for å kutte opp substratet i mindre deler. Ved oppvarming brukes også rørstokken, så da skjer både omrøring og oppvarming på samme tid. Omrøring kan gjøres på to måter: kun ved hjelp av møkk, eller ved hjelp av både møkk og gass. Møkka resirkuleres og gass trykkes inn sammen med denne ved hjelp av en innsnevring i røret inn på råtnetanken (Landia Gas-mix). Mekanisk omrøring er vanlig brukt i reaktoren i biogass-anlegg og er et alternativ til denne måten å gjøre dette på. Alt i alt er 19 rør på rørstokken, hvorav 12 brukes til innmating og omrøring. Kilde: Landia.dk

5 [Skriv inn tekst]

6 Oppvarming Bakteriene som produserer gassen krever et miljø som ligner det man finner i kuvomma. Om det blir for kaldt går bakteriene i dvale og slutter å produsere gass. Oppvarming og isolering er derfor veldig viktige elementer for å sikre god gassproduksjon. Tankene er isolert med to lag med 5 cm Glava folie industrimatte. Nå kjører vi prosessen såkalt mesofilt (33-37 C) vi holder temperaturen i tankene på ca. 33 grader. Dette gjør vi ved hjelp av en vann-vann varmepumpe og en varmeveksler (rør utenpå rør) tilknyttet rørstokken. Substratet sirkulerer fra tankene gjennom det indre røret i varmeveksleren. I det ytre røret sirkulerer oppvarmet vann fra den varme siden av varmepumpa. Den kalde siden av varmepumpen henter varme fra el-kassett eller fra ferdig utråtnet substrat som sirkulerer til og fra kjøletanken. Andre alternativer for oppvarming kan være varmekabler direkte på tanken. Typisk så øker produksjonen av biogass med økende temperatur. I Danmark er det veldig vanlig å kjøre prosessen termofilt ved ca. 55 C. Prosessen går raskere, men krever mer energi og er mer utfordrende å styre. Solvarme 70 m 2 med plane solfangere er montert på taket. Til denne hører en nedgravd tank på 25 m 3 som skal brukes som varmelager. Den ligger nedgravd på utsiden av huset. Det legges til rette for at solvarmen kan benyttes til å varme opp substratet i miksetanken og/eller bidra til å varme opp substratet i råtnetankene. En varmeveksler er koblet til hver råtnetank. Det blir også montert en el-kassett på denne varmesløyfa for å bidra under veldig kalde perioder og/eller som backup for varmepumpa. Varmeveksler 3,5 kw

7 Varmepumpe 7,5 kw Plane solfangere på sørvendt tak m/akkumulatortank (varmelager) i forgrunnen

8 Biogassproduksjon I Biogassen produseres i to tanker som kalles råtnetanker. Råtnetankene fungerer nesten akkurat som ei kuvom. Gjennom anaerob utråtning jobber flere forskjellige bakterier med å omdanne råstoff (bl.a. kumøkk og fiskeavfall) til biogass. Noen bakterier bryter ned de største molekylene (protein, fett og karbohydrat) i substratet (f.eks. husdyrgjødsel og fiskeavfall) til mindre molekyler (deler). Dette blir «mat» til andre bakterier som bryter ned molekylene til enda mindre molekyler osv. Til slutt så dannes gass biogass. Biogass er faktisk en blanding av flere gasser, nemlig % metan (CH 4 ), % CO 2, 0-1% H 2 S (hydrogensulfid) og mindre mengder av flere andre. De relative mengdene av gassene kommer an på valg av og innmating av råstoff, temperatur, bakteriekulturen, osv. Gassen som er nyttig for oss er metan. Jo mer metan jo mer nyttbar energi. Metanogene (metanproduserende) bakterier. Runde; en art av Methanosarcina Lange stavformede; en art av Metanotrix De korte, kurvede stavene er bakterier som bryter ned furfural og sulfater. Kilde: Production and Utilization of Biogas in Rural Areas of Industrialized and Developing Countries, Schriftenreihe der gtz, No. 97, p. 55

9 Ku-«reaktor» Kilde: Reaktor

10 Biogassproduksjon II Vi har ikke eget gasslager, men volumet over tankene samt i kjøletanken fungerer som et statisk gasslager. Anlegget er designet for 50 mbar. Overskuddsgass brennes av i fakkelen. Snart blir gassen sendt i rør under bakken ned til det gamle fjøset hvor det ligger en Stirling-motor. Motoren er en del av det som kalles en CHP (kombinert varme og kraft) anlegg. Biogass kan også brukes som drivstoff i bil og traktor, i aggregat, og i stedet for naturgass i kjøkkenet. Kilde: traktor.no Kilde: Steven Depolo

11 Kjøletanken Når substratet er ferdig utråtnet i råtnetanken sendes det til kjøletanken. Kjøletanken har flere formål. Substratet kjøles ned ved at det pumpes tilbake til rørstokken hvor en varmeveksler tar varmen fra substratet over til den kalde siden på varmepumpen. Den gassen som avgis fra substratet blir i tillegg samlet opp i kjøletanken. Kjøletanken har også et fritt volum som brukes til statisk gasslager. Når substratet er kjølt ned til ca. 15 C så sendes det ut til sluttlageret. Ved nedkjøling blir bakteriene mindre/ikke aktive og etterproduksjon av metan i sluttlageret forhindres. Dette er viktig siden biogassproduksjonen er ment å ta hånd om metan som har en klimagasseffekt som er 21 ganger høyere som mye omtalte karbondioksid (CO 2 ).

12 Biorest Bioresten er den faste delen av møkka (eller andre råstoffer) som er igjen etter å ha gått gjennom biogassprosessen i reaktoren. Etter at varmen i bioresten er gjenvunnet og bioresten er nedkjølt i kjøletanken, går bioresten til sluttlageret. Bioresten kan brukes som vanlig gjødsel på lik linje med ubehandlet husdyrgjødsel, men biorest lukter mindre og er rapportert å bestå av mer plante-tilgjengelig nitrogen. Kilde: regjeringen.no

13 Gassrensing og behandling Etter biogassen er produsert i råtnetankene går den gjennom rør til en stor kontainer som heter gassrensekontaineren. I kontaineren står det to «skrubbere» (rense-enheter) som tar ut vanndamp og hydrogensulfid (H 2 S) i form av svovelsyre. I den første skrubberen ligger det tett i tett med små runde plast-strukturer (13 mm i diameter) som bidrar til høy overflate og adsorpsjon av vann. H 2 S adsorberer i vannet hvor det videre brytes ned biologisk til svovelsyre (H 2 SO 4 ) ved hjelp av bakterier. Siden gården drives økologisk tappes svovelsyren ut og tilsettes bioresten i sluttlageret for å kunne utnyttes som næringsstoff til plantevekst. Ytterligere vann tas ut i den andre skrubberen. Dette er veldig viktig for å kunne bruken gassen i CHP anlegget (combined heat and power, eller kombinert varme og kraft), siden H 2 S og vanndamp kan gi korrosjon og skade på motoren. H 2 S er en giftig gass og kan være dødelig til og med i små mengder. Gassen opptas vesentlig ved innånding og gassen er giftig da den forhindrer kroppens utnyttelse av oksygen ppm H 2 S er arbeidsnorm og gassen inneholder ofte > 1000 ppm H2S. Det er dermed viktig å tenke sikkerhet og å bruke gassmaske ved mistanke om eller ved gasslekkasje. Etter skrubberne er det koblet en fakkel til gassrørledningen. Fakkelen brenner av gassen når gassmotoren ikke er i bruk, ved overproduksjon eller ved alvorlig feil på anlegget. Mellom scrubberne er det en vannlås som fungerer som ekstra sikkerhet hvis fakkelen ikke fungerer. Vannlåsen brytes ved et litt høyere trykk enn det som normalt starter fakkelen. Etter fakkelen er det et partikkelfilter. En vifte blåser gassen gjennom rørledningen og ned til varmesentralen hvor CHP-anlegget er. 13 mm

14 CHP Biogassen brukes i et CHP ( combined heat and power, eller kombinert varme og kraft på norsk) anlegg som er plassert i en varmesentral i det gamle fjøset. Ved bruk av en Stirling motor som driver et aggregat, produserer anlegget både strøm og varmt vann. Vannet som brukes til å kjøle motoren blir varmet til opp mot 60 C og blir brukt til vannbåren varme. Stirling-motoren drives av utvending forbrenning. «Innestengt» arbeidsgass, i dette tilfellet helium, blir skjøvet mellom to kammer, ett kammer hvor gassen varmes opp og ett kammer hvor gassen kjøles ned. Når gassen forskyves virker kreftene på et stempel (ett på kald og ett på varm side) som igjen er festet til og skaper bevegelse i et svinghjul et lager for rotasjonsenergi. Svinghjulet er med på å skyve og dra i stemplene og bidrar til at arbeidsgassen forflyttes for oppvarming på varm side og nedkjøling på kald side. Denne bevegelsen driver også generatoren hvor strømmen produseres (rødmalt del i bildet under). CHP anlegget har kapasitet til å produsere 2-9 kw strøm og 8-26 kw varme. Foto: Erik Moen Kilde: nrk.no Kilde:

15 Styring Anlegget har et styringsprogram med tanke automatisering av innmating, omrøring, oppvarming, bruk av gassen i CHP og alarmvarsling. Styringsprogrammet logger og viser verdiene til de fleste enhetene i anlegget. Styringsprogrammet ligger på en PC som er nett-tilkoblet. Det gir mulighet for å styre anlegget hjemmefra/fra annen PC. Eksempel på bruk av styringsprogrammet: Daglig oppfølging av anlegg. Kontroll av verdier med tanke på eventuelle tiltak. Tiltak som ikke går på automatikk Automatisering av biogassprosessen o Innmating/uttak av substrat o Oppvarming o Omrøring o Fakkel o CHP Alarmvarsling. Driftsansvarlig får melding når en eller flere viktige verdier ligger utenfor sitt normalområde o Trykk råtnetank o Temperatur substrat o Nivå Gass-detektor