Biogass på Mære landbruksskole en forundersøkelse

Transkript

1 Bioforsk Rapport Vol. 2 Nr Biogass på Mære landbruksskole en forundersøkelse Tormod Briseid 1 og Geir Fisknes 2 1) Bioforsk Jord og Miljø 2) Mære landbruksskole Sett inn bilde her 20 x 7,5-8 cm

2 Hovedkontor Frederik A. Dahls vei 20, 1432 Ås Tel.: Fax: Bioforsk Jord og miljø Ås Frederik A. Dahls vei 20 Tel.: Fax: Tittel/Title: Biogass på Mære landbruksskole en forundersøkelse Forfatter(e)/Autor(s): Tormod Briseid og Geir Fisknes Dato/Date: Tilgjengelighet/Availability: Prosjekt nr./project No.: Arkiv nr./archive No.: 24. mai 2007 Lukket Rapport nr.report No.: ISBN-nr.: Antall sider/number of pages: Vol. 2 Nr ISBN 41 0 Antall vedlegg/number of appendix: Oppdragsgiver/Employer: Mære landbruksskole Stikkord/Keywords: Biogass, Bioenergi, Husdyrgjødsel, organisk avfall Kontaktperson/Contact person: Geir Fisknes Fagområde/Field of work: Biogas, Bioenergy, Manure, Organic waste Sammendrag I handlingsplan for produksjon og bruk av bioenergi i Nord-Trønderlag foreslås det at Mære Landbruksskole utvikles til et kompetansesenter for bioenergi i fylket. Mære Landbruksskole står samtidig nå foran en større utbygging av veksthus ved at gartnerutdanningen flyttes fra Staup til Mære. I tillegg skal det bygges et nytt grisehus, og annen bygningsmasse skal rehabiliteres. Sammenfallet mellom behovet for kompetansetiltak innen bioenergi og utbyggingen på Mære Landbruksskole gir fylket en unik mulighet til å etablere et kompetansesenter som det er et stort behov for i fylket. Rapporten beskriver en rekke forhold knyttet til det å etablere et gårdsbiogassanlegg i Norge med vekt på råstoff, tekniske løsninger, bruken av bioresten, klimaeffekter og generelle økonomiske betraktninger. Dagens regelverk er i utvikling og sider ved gjødselvareforskriften og det kommende regelverket om håndtering og bruk av animalske biprodukter, deriblant husdyrgjødsel, matavfall og slakteriavfall er kort beskrevet. Det konkluderes blant annet med at det er viktig på et tidlig tidspunkt å vurdere om man ønsker: A) et mindre anlegg tilrettelagt for gårdens egen råstoffproduksjon og gårdens eget energiforbruk, både med hensyn til elektrisitet og varme - eller om man ønsker å gå inn på B) et større anlegg som krever at man i tillegg skaffer råstoff til prosessen utenfra, og vil være avhengig av salg av varme og strøm eksternt. Det er også viktig at man allerede under planleggingen gjør valg med hensyn til hvilke kategorier avfall som skal behandles: 1) husdyrgjødsel og silopressaft, 2) matavfall som kan inneholde kjøtt og slakteriavfall, og 3) fôrrester og energivekster eller kombinasjoner av disse. Dette er viktige strategiske betraktninger, og det kan være hensiktsmessig å evaluere flere alternativer. Godkjent / Approved Prosjektleder/Project leader Roald Sørheim Tormod Briseid

3 Innhold 1. Sammendrag Bakgrunn Om biogass i landbruket Om mikrobiologien i biogassprosessen Om biogass prosessen - tekniske sider Biogassproduksjon fra forskjellige råstoffer Energien i biogassen Biogass er høyverdig energi bruksmuligheter Om biogass i landbruket utenlandske erfaringer Klimaeffekter ved innføring av biogass Luktutslipp Bruk av biorest et godt gjødselprodukt Generelt om lover og regler Om biogassanlegget på Mære Behov for Fou - Anlegget på Mære Behov for undervisning - Anlegget på Mære Konklusjon Referanser...40

4 1. Sammendrag Bakgrunn I handlingsplan for produksjon og bruk av bioenergi i Nord-Trønderlag foreslås det at Mære Landbruksskole utvikles til et kompetansesenter for bioenergi i fylket. I samarbeid med HINT, Bioforsk og Trøndrelag Forskning og utvikling er det skissert en plan hvor en del kompetansetiltak i form av kurs og konferanser innen bioenergi inngår. Gårdsbruket på Mære Landbruksskole er på ca da dyrket mark og ca da produktiv skog, inklusiv skolens skogeiendom på Finsås, Snåsa. Jorda drives allsidig med eng, korn (bygg og hvete), poteter og noe gulrot og grønnsaker. Skolen har ca. 60 årskyr og 45 vinterfôra sauer. Ca 150. da er omlagt til økologisk produksjon. Bildet til høyre viser et oversiktsbilde av Mære landbruksskole. Biogassanlegget er aktuelt å plassere i bakkant, bak storfefjøset. Mære Landbruksskole står nå foran en større utbygging av veksthus ved at gartnerutdanningen flyttes fra Staup til Mære. I tillegg skal det bygges et nytt grisehus, og annen bygningsmasse skal rehabiliteres. Det er viktig at framtidig energibehov på Mære i størst mulig grad dekkes med biovarme. Sammenfallet mellom behovet for kompetansetiltak innen bioenergi og utbyggingen på Mære Landbruksskole gir fylket en unik mulighet til å etablere et kompetansesenter som det er et stort behov for i fylket. Et biogassanlegg en viktig del av en lokal helhetlig bioenergiløsning Et biogassanlegg utnytter en naturlig mikrobiologisk prosess til å trekke energien ut av mange forskjellige typer organisk materiale. Energien gjøres tilgjengelig i form av biogass, en blanding av metan og karbondioksid, som kan benyttes til å produsere strøm og varme, samt drivstoff. Man sitter igjen med en biorest, som er svært godt egnet som gjødsel. I prinsippet kan alle deler av det som tilføres biogassanlegget utnyttes og det produseres intet avfall. 2

5 Om biogassprosessen en naturlig mikrobiologisk prosess Når organisk materiale brytes ned i naturen, skjer det valigvis ved respirasjon hvor oksygen benyttes som oksidasjonsmiddel og vann og karbondioksid dannes som restprodukter. Imidlertid finnes det mange mikroorganismer som lever på steder hvor det ikke er tilgang på oksygen, og hvor energien må skaffes på annen måte. Dette er eksempelvis i myrer, nede i fuktig jordsmonn, i bunnsedimenter i innsjøer og på havbunnen. Tilsvarende så er vomfloraen hos drøvtyggere et sted hvor nedbrytningen av fôret skjer ved hjelp av mikroorganismer som lever uten tilgang på oksygen. Dannelsen av biogassen en blanding av metan og karbondioksid Det er denne naturlige mikrobiologiske floraen som utnyttes i et biogassanlegg. Her samarbeider mikroorganismene om nedbrytningen, noen hydrolyserer større molekyler som for eksempel proteiner, fettsoffer, stivelse og cellulose ned til mindre stoffer som enkle sukkere og aminosyrer mens andre mikroorganismer gjærer dette videre til mindre organiske syrer og alkoholer. Til slutt omdanner en spesiell mikrobiologisk flora restene til en blanding av metan og karbondioksid (biogass). Metaninnholdet vil variere avhengig av typen råstoff, sukker gir 50% metan mens fett som er mer redusert enn sukker, gir et langt høyere metaninnhold. Metaninnholdet fra biogassanlegg ligger vanligvis i området rundt 60%. Biogassanleggene De fleste biogassanlegg behandler råstoffet i en flytende form, med et tørrstoffinnhold på mindre enn 5 15%. Slike anlegg er fint tilpasset behandling av husdyrgjødsel, med annet avfall innblandet. Biogassprosessen skjer ved nær nøytral ph og ved temperaturer i området ºC eller termofile prosesser ved ºC. Et biogassanlegg består vanligvis av en blande- og utjevningsenhet i forkant av prosesstanken. Av og til også en større tank for lagring av råstoff over lengre tid. Dersom fast avfall skal tilføres, så må det kuttes opp til små biter før det tilføres anlegget, både for å gjøre substratet tilgjengelig, men også for å gjøre det håndterlig for rør- og pumpesystemer. Selve biogass reaktortanken må være temperaturisolert, ha muligheter for tilførsel av vannbåren varme (dannet fra produsert biogass), et godt røreverk og pumper for inn- og utmating av råstoff/gjødselprodukt (biorest) Dersom all produsert gjødsel kan benyttes i nærområdet så må den produserte bioresten lagres i en større lagertank/gjødseltank. Bildet viser et gårdsbiogassanlegg på Hagavik gård i Skåne i Sverige. Biogasstanken har dobbelt membrantak hvor biogassen kan lagres. På venstre side sees ytre del av tankens røreverk. Til høyre på bildet er en container som inneholder styringssystemer og generator for strømproduksjon. I forkant sees en blandingsbeholder for organisk materiale som skal tilføres anlegget. 3

6 Biogass utnytter energien i vått råstoff Forbrenning av organisk materiale som trevirke i form av ved eller pellets, danner energi i form av varme. I tillegg dannes karbondioksid og vann, mens vi blir sittende igjen med asken. Et noe høyt innhold av tungmetaller i asken medfører at den vanligvis ikke kan benyttes, men må deponeres. Det er et mål at vi på sikt kan få utnyttet denne asken, og i Sverige arbeides det nå med å få denne resirkulert tilbake til skogen. Karbondioksiden som dannes regnes som klimanøytral fordi den tas opp igjen av planter og trær som vokser, og på den måten inngår som en del av karbonets naturlige kretsløp. Ved forbrenningen er det viktig at brenselet ikke har et for høyt vanninnhold, siden mye dannet energi går med til å fordampe vannet. Til forskjell fra vanlig forbrenning så skiller biogassprosessen mellom det våte sluttproduktet (bioresten) som kan utnyttes som gjødsel, og den energirike biogassen. På denne måten så slipper man å fordampe vann når energien utnyttes. Dette innebærer at biogassprosessen er svært godt egnet til å utnytte energien i våte substrater som husdyrgjødsel, slakteri- og matavfall (bilde til venstre), vekstrester fra landbruket, ødelagt fôr og energivekster som gras. I tabellen til høyre er det satt opp energiinnholdet i noen typiske våte råstoffer. Man skal være oppmerksom på at verdiene vil være avhengig av tørrstoffinnholdet i råstoffet, sammensetningen, samt selve biogassprosessen, for eksempel temperatur og behandlingstid. Derfor er det store forskjeller i de tall man finner i litteraturen. Rent generelt kan man si at husdyrgjødsel består av mat som allerede er fordøyet, dyrene har allerede hentet ut mye energi og energiinnholdet blir tilsvarende lavere. Energivekster som gras, og også frukt og grønnsakavfall har et høyere energiinnhold, mens det høyeste energiinnholdet finner vi i matavfall, og spesielt slakteriavfall og annet avfall med et høyt protein- og fettinnhold. Substrat Storfegjødsel 1... Svinegjødsel 1... Hønsegjødsel... Gras 1... Frukt- og grønnsakavfall 1... Matavfall fra husholdninger Matavfall fra næring... Slakteriavfall... Rent karbohydrat/sukker 2.. Proteiner 2... Fett 2... kwh/tonn Biogass er en energiform på et høyt nivå På samme måte som forbrenning av biobrensel regnes som en klimanøytral prosess, er også utnyttelsen av bioenergien i biogassen å anse som en klimanøytral energi. Til forskjell fra produksjon av energi i form av varme, så er biogassen en energiform på et høyere nivå. Biogassen kan utnyttes til å produsere elektrisk energi i tillegg til varme. Ved å rense gassen kan den også benyttes til drivstoff. I Sverige er utnyttelsen av biogassen til drivstoff vanligst. 1 Bioenergi ny energi för jordbruket (2006), Jordbruksverket. Rapport 2006:1. 2 Biogass Energiproduksjon og avfallsbehandling (2002) Asplan Viak, ORIO rapport

7 Å oppgradere biogassen til drivstoffkvalitet krever et eget opparbeidingsanlegg som er relativt kostbart og forutsetter en stor biogassproduksjon. På mindre anlegg, som det som planlegges på Mære, er det vanligst å produsere strøm og varme. Å produsere strøm som erstatter innkjøp av strøm fra el-nettet, gir god økonomi siden man da slipper nettleie og avgifter knyttet til kjøp og salg av strøm. Ved større produksjon enn til eget forbruk, kan strøm selges inn på nettet, eller selges direkte til nære naboer. Bruk av biorest et godt gjødselprodukt I selve biogass prosessen brytes lett nedbrytbart organisk materiale ned til metan og karbondioksid. Dette innebærer at gjødselen får en mere flytende struktur som gjør den lettere å spre som våtgjødsel. I og med at mindre molekyler er omsatt, vil også bioresten lukte mindre ved spredning enn ubehandlet husdyrgjødsel. De stabile organiske stoffene som er igjen i bioresten er også relativt stabile etter at de spres som gjødsel. Bioresten vil altså ha samme evne til å bygge opp det organiske materialet i jordsmonnet, og hindre utarming, på samme måte som ved direkte spredning av husdyrgjødsel. Det at lett nedbrytbart materiale er omsatt vil medføre en noe mindre nedbrytning og et lavere oksygenforbruk etter spredning. Dette vil i prinsippet medføre lavere utslipp av lystgass som er en sterk klimagass. Her er det imidlertid mye mangel på kunnskap, og det er gode muligheter for å drive videre forskning innen dette området i tilknytning til et framtidig biogassanlegg på Mære. Under biogassprosessen blir nitrogen omdannet til plantetilgjengelig ammonium. Fosfor og andre næringssalter som kalium, magnesium og mikroelementer forblir i bioresten. Ved å benytte bioresten som gjødsel så får man resirkulert alle næringssaltene. På neste side vises et stolpediagram over hvor mye plantetilgjengelig nitrogen du finner per tonn tørrstoff i en biorest etter biogassproduksjon, sammenlignet med blautgjødsel fra storfe, 1. og 2. vekstsesong. Det fremgår at bioresten langt på vei ligner blautgjødsel, men har til dels et større innhold av plantetilgjengelig nitrogen. Verdiene kan variere en del. I det nedre søylediagrammet ser vi at flytende biorest relativt sett har et høyere fosforinnhold enn blautgjødsel, men et noe lavere kaliuminnhold. Dersom man ikke har tilgjengelig spredeareal for bioresten i rimelig nærhet, kan bioresten avvannes og eksempelvis komposteres. Fosfor følger stort sett fast stoff (avvannet biorest), mens mesteparten av nitrogenet i form av ammonium og vannløslige næringssalter som kalium, følger vannfasen. Dette er en løsning som gjøres på en del biogassanlegg som behandler kildesortert matavfall. Det er imidlertid en suboptimal løsning sett fra et gjødslings- og ressurssynspunkt. På Mære Landbruksskole ligger forholdene godt til rette for å utnytte den flytende bioresten direkte. Dersom dette gjøres, vil et gårdsbiogassanlegg som vi snakker om her, i prinsippet ikke produsere noe avfall, alt resirkuleres og energien utnyttes optimalt. Dette står i motsetning til forbrenning ved bruk av biobrensel, og hvor næringssaltene blir igjen i asken, mens bundet nitrogen forsvinner ved forbrenningsprosessen. 5

8 Tilgjengelig N (kg/tonn ts års effekt 2. års effekt Prosent av næringsbehov dekket I 1 II 2 I 3 II 4 Kompostert Avløps- Kompost Blautgjødsel Flytende Avvannet biorest 5 slam 6 (matavfall) 7 (storfe) 8 biorest biorest Nitrogen Fosfor Kalium Søylediagrammene viser gjødselvirkningen ved bruk av flytende biorest, avvannet biorest, kompostert biorest og blautgjødsel. Øverste diagram viser mengden tilgjengelig nitrogen første og annen vekstsesong. Nederste diagram viser prosent av næringsbehov dekket for N, P og K, når ett av næringsstoffene er tilført i den mengden det er behov for (Etter Bøen et al., 2005). Biogassanlegg som klimatiltak Et biogassanlegg produserer klimanøytral energi i form av biogass, og bruken av denne energien er i seg selv et viktig klimatiltak. På et gårdsbruk hvor man lagrer husdyrgjødsel er klimautslippene i forbindelse med gjødselhåndteringen store. Dette gjelder både utslipp av metan og lystgass. Dersom et husdyrbruk som produserer om lag 2500 tonn gjødsel i året innfører et biogassanlegg, så vil klimagassutslippene reduseres med om lag 100 tonn CO 2 ekvivalenter per år, eller med noe mer enn 50%. På Mære kan vi forvente noe større reduksjoner enn dette, siden de forventede gjødselmengder forventes å ligge på opp mot 4000 tonn per år. Produksjon av kunstgjødsel innebærer et stort forbruk av energi, og i prinsippet så vil et redusert forbruk av kunstgjødsel også innebære et redusert forbruk av energi selv om dette vanligvis ikke vil trekkes inn i det enkelte gårdsbruks klimaregnskap. Både SFTs tiltaksanalyse for 2010 og 2020 Reduksjon av klimautslipp i Norge, og Klimautvalgets rapport Et klimavennlig Norge fra 2006, framhever begge at det bør innføres biogassanlegg ved norske gårdsbruk. Begge rapportene innser at det foreløpig ikke er økonomisk gunstig for bøndene, men mener at det bør innføres støtte- og garantiordninger som sikrer denne typen tiltak økonomisk. SFT s rapport anmerker at anleggenes økonomi kan styrkes dersom de også behandler matavfall fra lokalsamfunnet. 6

9 Det at myndigheten sentralt nå ønsker at denne typen løsninger bør innarbeides på norske gårdsbruk, styrker behovet for at næringen og utdannelsesinstitusjonene skaffer kunnskap og erfaring. Det er egentlig ingen tid å miste. Biogassanlegg på gårdsbruk og norsk regelverk I forbindelse med å etablere et gårdsbiogassanlegg må man forholde seg til en rekke regelverk, både i forbindelse med byggeprosessen og under drift. I forbindelse med bygging kan nevnes plan- og bygningsloven, forurensningsloven, forskrift om brannog eksplosjonsvern, jordloven etc. Spesielt i forbindelse med selve behandlingen av avfall og husdyrgjødsel må vi forholde oss til det framtidige regelverket knyttet til behandling og bruk av animalske biprodukter og gjødselvareforskriften. EU-forordningen om animalske biprodukter ble vedtatt i EU 3. oktober 2002 som et resultat av og et tiltak mot kugalskap-epidemien. I Norge vil den, som en del av EØS-regelverket, innarbeides som en forskrift sannsynligvis høsten 2007, og gjøres gjeldende et år senere. Regelverket som blant annet omhandler behandling og bruk av matavfall, slakteriavfall og husdyrgjødsel er ute på høring nå, med høringsfrist 9. april 2007, og regelverkets endelige utforming er således ikke avklart enda. Husdyrgjødsel som skal benyttes på egne eller leiete arealer vil sannsynligvis ikke trenge noen forbehandling i form av hygienisering før det behandles i biogassanlegget. Dette vil også gjelde energivekster. Matavfall fra kjøkken og slakteriavfall vil måtte hygieniseres før behandling. Hvis slikt avfall mottas fra andre, for eksempel fra et slakteri, er det en fordel om det hygieniseres før det kommer til biogassanlegget. Dersom bioresten markedsføres for salg, må også husdyrgjødsla hygieniseres. Gjødselvareforskriften setter krav til kvalitet på gjødselprodukter, blant annet innhold av tungmetaller, generelt om miljøgifter, hygiene samt regler for bruk. Husdyrgjødsel som benyttes på egne eller leide arealer er unntatt for kvalitetsregelverket. (Det arbeides for å utvide dette slik at dersom flere bønder går sammen om et biogassanlegg, så får de samme dispensasjon). Det vil stilles kvalitetskrav til andre fraksjoner som tilføres biogassanlegget, og det er mulig at det å tilføre andre fraksjoner resulterer i at biorestproduktet også må kvalitetssikres, selv ved bruk på egne arealer. Selve biogassprosessen reduserer tørrstoffet fordi karbon fjernes som metan og karbondioksid. Dette resulterer i om lag en dobling av konsentrasjonsøkning av tungmetaller, selv om mengden ikke økes. Dette er en svakhet i den nåværende forskriften, med hensyn til å regulere produkter fra biogassanlegg. Gjødselvareforskriften setter også krav til innholdet av tungmetaller i jordsmonnet som skal gjødsles med gjødselprodukter av kvalitetsklasse I eller II, et forhold som bør sjekkes ut på et tidlig tidspunkt. Regelverket i gjødselvareforskriften er ikke tilpasset biogassanlegg ved norske gårdsbruk, og dette regelverket bør både avklares, og tilpasses så snart som mulig. Bioforsk har tatt dette opp både med Mat- og landbruksdepartementet og med Mattilsynet,og fått positive muntlige tilbakemeldinger. Det vil arbeides videre med dette i løpet av året. Mattilsynet har allerede presisert at det ikke er regelverkets intensjon å skape problemer for utviklingen av biogassanlegg ved norske gårdsbruk. Om biogassanlegget på Mære Råstoff Det er i utgangspunktet lagt opp til å behandle årlig om lag 1880 m 3 gjødsel fra gris som inneholder noe vaskevann og sagflis, 1800 m 3 fra storfe som inneholder vaskevann og pressaft, og om lag 100 m 3 gjødsel fra sau. Gjødsla fra sau har et høyt tørrstoff og må tilsettes vann for å kunne pumpes. I tillegg planlegges det å behandle 200 m 3 hestegjødsel (med ca. 120 m 3 sagflis). I tillegg planlegges det å behandle mindre mengder med fôrrester og ødelagte rundballer (i størrelsesorden 100 m 3 ) og planterester fra drivhus og park (ca. 50 m 3 ) per år. Matavfallet fra kjøkkenet (ca. 4 m 3 per år) planlegges også behandlet i anlegget. 7

10 Vurdering av råstoff Husdyrgjødsel fra storfe og gris vil utgjøre det viktigste råstoffgrunnlaget. Dette er råstoff som har et relativt lavt biogasspotensiale, men som også er viktig å behandle ut fra et miljøhensyn. Et høyt innhold av flis i grisegjødsel og hestegjødsel kan innebære en teknisk utfordring, og må taes hensyn til ved utformingen av anlegget. Matavfallet fra kjøkkenet må vurderes ut fra krav til hygienisering og bruksbegrensninger, siden mengdene er så små at de har liten innflytelse på biogassproduksjonen og biorestmengden. Dersom man velger å tilføre matavfall, kan det vurderes om man skal tilføre større mengder slikt avfall, hentet fra lokalt slakteri, lokale butikker eller andre steder. Slikt avfall gir et stort biogassutbytte. Mindre mengder med fôrrester, ødelagte rundballer og planterester fra drivhus og park vil kreve en egen forbehandling/oppkutting. Dersom man skaffer utstyr til å forbehandle denne typen råstoff, kunne det være av interesse å dimensjonere anlegget for noe større mengder gras som energivekster. Det er mulig at tilgangen på gras er begrenset i området. Sett ut fra anlegget som pilot- og undervisningsanlegg, så vil det imidleretid absolutt vært en fordel å tilpasse anlegget slikt råstoff. Det vil også kunne føre til en sterk økning i produksjonen av biogass fra anlegget. Det er altså viktig at man allerede under planleggingen gjør viktige valg med hensyn til hvilke kategorier avfall som skal behandles: 1) husdyrgjødsel og silopressaft, 2) matavfall som kan inneholde kjøtt og slakteriavfall, og 3) fôrrester og energivekster. Mulig energiproduksjon i form av biogass, strøm varme og drivstoff Som nevnt så vil biogassproduksjonen fra ulike råstoff være avhengig av en rekke faktorer, så som tørrstoffinnhold, sammensetning og biogassanleggets drift. Vi kan imidlertid sette opp visse anslag på grunnlag av eksisterende tall / erfaringsdata: Råstoff Mengde (m 3 ) Metanproduksjon/år (m 3 ) (Anslag) kwh per år Grisegjødsel Med noe vaskevann og sagflis Storfe gjødsel Med noe silopressaft og vaskevann Sau gjødsel Høyt tørrstoff Hestgjødsel Høyt tørrstoff, men stor andel flis Matavfall Gras/fôr Sum metanproduksjon og energiproduksjon per år Som tidligere nevnt, så er dette med dagens teknologi for liten produksjon til å produsere metan til drivstoff ut fra rimelige kostnadsvurderinger. Mengden er imidlertid godt egnet til å produsere strøm og varme ved bruk av en CHP generator (Combined Heat and Power). Dette vil gi anslagsvis kwh el og kwh varme per år, noe avhengig av generatorens virkningsgrad. Om lag 10 15% av energiproduksjonen vil gå med til å drifte selve biogassanlegget, med røreverk, pumper og behov for oppvarming. 8

11 Bruk av energien - driftsinntekter En typisk norsk enebolig bruker om lag kwh per år. Strømproduksjonen kan altså dekke om lag 12 boligers behov for strøm. Varmeproduksjonen i tillegg er noe høyere. Det er nå viktig å få en oversikt over forventet varme- og strømforbruk på Mære etter ombyggingen. I den grad behovet for energi kan benyttes på egen gård/skole, så er man i en gunstig situasjon. Salg av el til eget forbruk ligger i dagens situasjon på om lag 50 øre /kwh, eller om lag kr per år. Varmesalget vil kunne ligge i samme størrelsesorden. Forøvrig vet vi jo alle at disse prisene svinger mye, både gjennom året og fra år til år. Disse anslagene er derfor omtrentlige og er dessuten avhengig av at man får benyttet all produsert energi. Det kan være en utfordring å få anvendt all varme, spesielt om sommeren. Det ligger visse muligheter i å belaste anlegget mer om vinteren enn om sommeren, f.eks. ved å tilføre mest gjødsel og evt. energivekster/fôravfall om vinteren. Hvis dette er nødvendig er det viktig at anlegget dimensjoneres for dette, både med hensyn til kapasitet og lager. Kostnader investering Man må på det nåværende tidspunkt være svært forsiktige med å komme med kostnadsanslag for et framtidig biogassanlegg på Mære. Valg av teknologi/leverandør vil kunne bety mye. Nye aktører på markedet i Norge har hevdet at det er mulig å kjøpe mye relevant utstyr fra Kina, eller andre land med lave produksjonskostnader. Tradisjonelt, så er slikt utstyr hentet/importert fra land som Danmark og Tyskland, mens en del kan produseres/bygges lokalt. Dette innebærer land med et høyt kostnadsnivå, men med mye erfaring og muligheter for god oppfølging. En tommelfingerregel kan være at biogassanlegget da koster om lag 1 mill norske kroner per 1000 m 3 behandlet biomasse per år. Kostnadene blir relativt sett noe lavere for store anlegg, og investeringskostnadene per produsert kwh vil således bli lavere for store anlegg. Dette er en av grunnene til at det har vært lettere å få økonomi i anlegg i land med store driftsenheter hvor det er naturlig å bygge større anlegg. I tillegg til selve biogassanlegget kommer kostnader til en del elektriske installasjoner, gravearbeider og legging av gassrør/varmtvannsrør, kostnader for grunn etc. Disse kostnadene kan være i samme størrelsesorden som selve anlegget, men må selvsagt vurderes ut fra de stedlige betingelser. Dersom det skal behandles om lag 4000 m 3 biomasse per år på Mære, innebærer et slikt svært omtrentlig anslag investeringskostnader i området på 8 millioner kroner, alt inklusive. Det må presiseres at dette er svært foreløpige anslag. Det må også nevnes at det å tilpasse et anlegg for bruk av energivekster vil være fordyrende. Dette skyldes behov for forbehandling/oppmaling av råstoffet, lagring og kraftigere dimensjonering av pumber og røreverk. Forskjellene kan ligge i området 1 2 millioner kroner, for å nevne noen anslagsvise tall. For å få et mere nøyaktig inntrykk, må forholdene beskrives nøye og det må hentes inn tilbud fra aktuelle leverandører, både leverandører av anlegg og leverandører av andre nødvendige tjenester. Spredeareal Dersom det tas inn flere råstoff for å øke biogassproduksjonen, så vil krav til spredeareal øke. Dette innebærer at det må gjøres avtaler med nabobruk. Det er viktig på et tidlig tidspunkt å avklare med det lokale mattilsynet hvilke regler/krav som da stilles, siden man går ut over gjødselvareforskriftens betegnelse eget eller leid areal. Sett ut fra et FoU- og undervisningssynspunkt, så kunne det vært av interesse å ha utstyr for avvanning av bioresten. Dette vil kunne gi kunnskap og erfaring med behandling og bruk av avvannet biorest og gjødselvann. 9

12 Behov for Fou - Anlegget på Mære Det fremgår av det ovenstående at det er et stort behov for økt kunnskap for norsk landbruk innen biogass. Siden myndighetene så sterkt framhever at biogass innen landbruket bør utvikles, er det nødvendig å etablere anlegg med et miljø tilrettelagt for FoU-virksomhet. Noen FoU-områder som peker seg ut er: Betydningen av biogass for landbrukets utslipp av klimagasser. Her må man skaffe innsikt i utslippene av klimagasser fra gårdsbruk med og uten biogassanlegg (utslipp fra gjødselkjellere, husdyrrom, og jorder etter gjødselspredning, samt eventuelle utslipp gjennom lekkasjer fra biogassanlegg, lagring av biorest etc.). SFT har allerede signalisert ønsker om å følge opp denne form for FoU-virksomhet. Hvilke muligheter ligger i dyrking av energivekster for biogassbehandling (områder som er brakklagt, opprettholdelse av kulturlandskap, økonomi, arbeidsplasser etc.) Biogassanlegg tilpasset norske forhold, små anlegg, kaldt klima, store snømengder etc. Dette er forhold som krever tilpasning. Det er en utfordring å utvikle gode anlegg til lavere kostnader tilpasset norske forhold. Dette er en viktig oppgave, og de erfaringene man får ved å følge opp et etablert anlegg er helt nødvendige. Etablerings- og byggefasen må dokumenteres. Det er viktig at dette gjøres fra begynnelsen av. Dette gir muligheter for forbedringer og effektivisering, samt videreformidling av erfaring til andre som skal bygge anlegg. De mikrobiologiske prosessene. Dette er sammensatte og kompliserte mikrobiologiske prosesser. Det foregår mye forskning i utlandet på dette feltet. Det er naturlig at Norge deltar i dette arbeidet. Bruk og videreutvikling av gjødselproduktene. Dette er et viktig område som krever stedlig drevet FoU-virksomhet i tilknytning til annen landbruksvirksomhet. Gårdsvirksomhet i tilknytning til en landbruksskole er godt egnet. Det kan også være aktuelt å teste ut gjødselvirkningen av bioresten fra biogassanlegget sammen med andre restprodukter, for eksempel med bunnaske fra det planlagte biobrenselanlegget på Mære. Biogass i økologisk landbruk. Forskningsresultater fra Lund i Sverige tyder på at biogassanlegg kan inngå i økologisk landbruk for å øke gjødseleffekten med hensyn til nitrogen. Anlegget på Mære kan benyttes til prinsippielle undersøkelser. I tillegg til de nevnte områder, er det en rekke andre viktig FoU-oppgaver av relevans for et framtidig anlegg på Mære. Det må også nevnes at Bioforsk vil kunne ha stor nytte av et anlegg på Mære, og det er viktig at det etableres et samarbeid om slik FoU-akitivtet på et tidlig tidspunkt. Behov for undervisning - Anlegget på Mære Som nevnt, så forventes det at biogass innføres i norsk landbruk i de kommende år, og at myndighetene vil legge til rette for at det blir god økonomi i dette. Biogassanlegg, både etablering og drift krever god kunnskap og det er viktig at det bygges opp undervisning i tilknytning til et anlegg i drift. Anlegget bør kunne benyttes av elever og studenter på forskjellige nivåer, både elever ved landbruksskolen på Mære, på høgskolen i Nord-Trønderlag og for studenter i tilknytning til Bioforsk. Det kan også knyttes kontakter med NTNU i denne sammenheng. 10

13 Foreløpige konklusjoner Som det fremgår av rapporten, så er det et stort behov for et biogassanlegg i tilknytning til drift, undervisning og FoU, på Mære. Med de nåværende rammebetingelser for denne typen anlegg vil det etter all sannsynlighet, slik vi ser det, ikke være økonomisk forsvarlig å etablere et slikt anlegg uten omfattende støtte, både med hensyn til investeringer og drift. Ut fra de ønsker som er signalisert klart fra myndighetene sentralt, så vil de økonomiske betingelsene bedres på sikt. Likeledes bør de lover og forskrifter som regulerer denne typen anlegg revideres slik at det legges til rette for slike anlegg, også i Norge. Dersom Mære Landbruksskole ønsker å oppnå en spesiell rolle i Nord-Trønderlag innen undervisning og FoU i tilknytning til biogass i norsk landbruk, så er det imidlertid nødvendig at anlegget etableres nå, og under dagens rammebetingelser. Dette innebærer at Mære landbruksskole må utarbeide konkrete forslag med nøyaktige økonomiske kalkyler, både for investeringer og drift. Vider så må skolen sikre seg den nødvendige økonomiske støtte og ta kontakt med lokale myndigheter/mattilsynet for å avklare enkelte forhold knyttet til regelverket. Noen hovepunkter knyttet til biogassanlegget på Mære Sammenfallet mellom behovet for kompetansetiltak innen bioenergi og utbyggingen på Mære Landbruksskole gir fylket en unik mulighet til å etablere et kompetansesenter som det er et stort behov for i fylket. Bioforsk vil kunne ha stor nytte av et biogassanlegg på Mære, og det er viktig at det etableres et samarbeid om FoU-akitivtet i tilknytning til anlegget på et tidlig tidspunkt. Det er viktig på et tidlig tidspunkt å vurdere om man ønsker: A) et mindre anlegg tilrettelagt for gårdens egen råstoffproduksjon og gårdens eget energiforbruk, både med hensyn til elektrisitet og varme - eller om man ønsker å gå inn på B) et større anlegg som krever at man i tillegg skaffer råstoff til prosessen utenfra, og vil være avhengig av salg av varme og strøm eksternt. Dette er viktige strategiske betraktninger, og det kan være hensiktsmessig å evaluere begge alternativer. Det er viktig at man allerede under planleggingen gjør viktige valg med hensyn til hvilke kategorier avfall som skal behandles: 1) husdyrgjødsel og silopressaft, 2) matavfall som kan inneholde kjøtt og slakteriavfall, og 3) fôrrester og energivekster eller kombinasjoner av disse. Fra Mære landbruksskole er det aktuelt å behandle husdyrgjødsel fra gris og storfe, samt noe gjødsel fra sau og hest. I tillegg er det aktuelt å behandle mindre mengder med fôrrester og ødelagte rundballer, samt noe grøntavfall. Anlegget på Mære vil i så fall karakteriseres som et anlegg som behandler vått avfall iblandet energivekster. Dette substratvalget vil i stor grad bestemme teknologivalget. På Mære Landbruksskole ligger forholdene tilsynelatende godt til rette for å utnytte den flytende bioresten direkte. Dersom dette gjøres, vil et gårdsbiogassanlegg som vi snakker om her, i prinsippet ikke produsere noe avfall, alt resirkuleres og energien utnyttes optimalt. Sett ut fra et FoU- og undervisningssynspunkt, så kunne det vært av interesse å ha utstyr for avvanning av bioresten. Dette vil kunne gi kunnskap og erfaring med behandling og bruk av avvannet biorest og gjødselvann. Det kan være en utfordring å få anvendt all varme, spesielt om sommeren. Det ligger visse muligheter i å belaste anlegget mer om vinteren enn om sommeren, f.eks. ved å tilføre mest gjødsel og evt. energivekster/fôravfall om vinteren. Hvis dette er nødvendig er det viktig at anlegget dimensjoneres for dette, både med hensyn til kapasitet og lager. 11

14 2. Bakgrunn I handlingsplan for produksjon og bruk av bioenergi i Nord-Trøndelag foreslås at Mære Landbruksskole utvikles til et kompetansesenter for bioenergi i fylket. Mære, i samarbeid med andre kompetansesenter i fylket, HINT, Bioforsk og Trøndelag Forskning og Utvikling, utga høsten 2004 en rapport der det skisseres hvordan dette kan gjøres. Deler av de tiltak som der skisseres er utført, bl.a. bygging av pelletsanlegg og en del kompetansetiltak i form av kurs og konferanser innenfor bioenergi. Et viktig trinn på veien i oppbygging av et kompetansesenter er å bygge opp en fysisk arena med bioenergianlegg som kan brukes i demonstrasjonssammenheng. Mære står nå ovenfor en stor utbygging av veksthus ved at gartnerutdanninga flyttes fra Staup til Mære. I tillegg skal det bygges nytt grishus, og anna bygningsmasse ved skolen skal rehabiliteres. Det er et viktig mål å dekke framtidig energibehovet med biovarme. Et biogassanlegg på Mære vil kunne vise hvordan landbruket kan bedre miljøet og bidra til verdiskaping som integrert del av produksjonssystemet. Ved å behandle gjødsel i en biogassprosess, reduseres miljøbelastningen (drivhusgasser) og lukt-problemene. Parasitter uskadeliggjøres og ugrasfrø drepes, råtneresten (slutt-produktet) får endret konsistens og næringsstoffene kan utnyttes bedre. Det meste av den kjemiske energien i det organiske materialet som brytes ned (anaerobt) ender opp som metan. Brennverdien for biogass er ca. 5kWh/m 3, avhengig av forholdet mellom metan og karbondioksid. Et biogassanlegg på Mære vil være et pilotanlegg for landbruket i Trøndelag. Anlegget skal brukes aktivt i undervisning og annen formidling ved Mære landbruksskole og HINT. Skolen når ut med kunnskap både til landbruksnæringa og forbrukerne, og er derfor attraktiv som arena for nyskaping regionalt. Tilbydere av ny energiteknologi, landbruksutstyr og biologiske produksjonsprosesser vil her få mulighet til vise seg fram for et stort publikum. Planteforsk Kvithamar vil bruke anlegget som FOUarena, og vil med dette kunne nå sin mål om å være en betydelig nasjonal aktør på energi og næringsstoffkretsløp. 12

15 3. Om biogass i landbruket 3.1 Om mikrobiologien i biogassprosessen I et biogassanlegg omsettes nedbrytbart organisk materiale til biogass, som er en blanding av metan og karbondioksid, i tillegg dannes mindre mengder med hydrogensulfid og ammoniakk. Prosessen foregår anaerobt, det vil si uten tilgang på oksygen. Redokspotensialer og energi Når oksygen er tilstede vil aerobe organismer som kan benytte oksygen nedbryte organisk materiale til karbondioksid og vann ved vanlig respirasjon. Reaksjonenes frie energi er en direkte funksjon av elektrodepotensialet. Siden oksygen er et sterkt oksydasjonsmiddel (tabell 1) gir dette det høyeste energiutbytte. Dersom oksygen mangler vil andre oksydasjonsmidler (elektronakseptorer) kunne benyttes av visse typer mikroorganismer. Dette betegnes gjerne anaerob respirasjon. Vanlige elektronakseptorer er nitrat, treverdig jern og sulfat. Disse gir alle sammen mindre energi enn oksygen, men er vanlige i prosesser i jord og sedimenter. Tabell 1 viser noen elektronakseptorer: Tabell 1: Elektronakseptorer (oksydasjonsmidler) og deres elektrodepotensialer. Etter Stams et al. (2003). Elektronakseptor Produkt Elektrodepotensialet E 0 (V) Oksygen O 2 Vann H 2 O (aerob respirasjon) + 0,82 Treverdig jern Fe 3+ Toverdig jern Fe ,77 Nitrat NO 3 3- Sulfat SO 4 2- Nitrogen N 2 (denitrifikasjon) + 0,76 Sulfide HS - (sulfatreduksjon) - 0,22 I tillegg til å skaffe energi ved aerob eller anaerob respirasjon / elektrontransport, kan mikroorganismene skaffe seg energi ved å gjære organiske stoffer, det vil si å spalte dem i en stabil oksidert og en stabil redusert form. Den mest kjente formen for slik gjæring er å spalte sukker/glukose i en oksidert form (CO 2 ) og en redusert form (etanol). Under metandannelsen spaltes mindre organiske forbindelser, som for eksempel acetat i en oksidert form (karbondioksid CO 2 ) og en redusert form (metan CH 4 ). Metanprosessen er en sammensatt prosess Den anaerobe mikrobiologiske nedbrytningen er langt mer sammensatt enn aerob respirasjon hvor en og samme mikroorganisme gjerne bryter et stoff helt ned til karbondioksid og vann. I den anaerobe prosessen utgjør gjerne endeproduktene som skilles ut fra en bakterie, substratet for en annen bakterie, helt til vi når sluttprodukter hvor det ikke er mer energi å hente ( Widdel, F., 1986). Metanprosessen er sammensatt av tre trinn som gjerne omtales som hydrolysetrinnet, syretrinnet og metantrinnet. Dette er skissert i figur 1: 13

16 Komplekse polymerer (Gjødsel og matavfall) Hydrolyse Monomerer (sukkere og aminosyrer) Syretrinnet Hydrogen og karbondioksid Acetat Syretrinne Eddiksyre Hydrogen og karbondioksid Propionsyre, Smørsyre, Alkoholer Syretrinnet Acetat Metan og Karbondioksid Metantrinnet Figur 1. Figuren viser et forenklet flytskjema for de biologiske prosessene i en biogassprosess. (Flytskjema, Roald Sørheim, Bioforsk) Hydrolysetrinnet Naturlige polymerer som stivelse, cellulose, proteiner og nukleinsyrer (bl.a. arvestoff), pektin, kitin og lipider (fettstoffer) kan ikke tas opp av mikroorganismene gjennom cellemembranen, men degraderes til små transportable molekyler, såkalte monomerer. Dette skjer vanligvis gjennom hydrolyse katalysert av forskjellige enzymer (eksoenzymer, oftest hydrolaser) som skilles ut fra mange forskjellige typer mikroorganismer. Dette innledende trinnet omtales gjerne som hydrolysetrinnet. Syretrinnet Monomerene som dannes ved hydrolysen, for eksempel glukose, fruktose, aminosyrer etc. kan gjæres av mange forskjellige anaerobe organismer til for eksempel eddiksyre, etanol, melkesyre, maursyre, smørsyre og andre mindre organiske forbindelser som er tilgjengelige for videre nedbrytning. Svært mange forskjellige gjæringsveier er kjent. Siden mange av sluttproduktene her er organiske syrer fører dette til en surgjøring. Dette trinnet omtales derfor ofte som syretrinnet. Under denne gjæringen får de gjærende organismene energi som de kan bruke til sin vekst. Samtidig er de avhengig av at deres restprodukter omsettes videre, ellers stopper deres aktivitet opp. Dette skjer gjennom det såkalte metantrinnet. Metantrinnet De metanogene bakteriene danner siste ledd i gjæringen av organisk materiale og kan selv bare benytte svært enkle organiske substrater som eddiksyre, maursyre, metanol, metylaminer og CO 2 sammen med hydrogen. Energiutbytte er lavt og de vokser relativt langsomt. Stoffer som etanol, smørsyre og propionsyre må imidlertid omdannes videre av andre bakterier før de metanogene bakteriene skal kunne omdanne dette til metan. 14

17 Siden de metandannende bakteriene bare bryter ned svært enkle substrater er de altså avhengige av andre gjærende mikroorganismer som kan bryte ned større organiske forbindelser til disse enkle substratene. De andre gjærende mikroorganismene er på sin side avhengig av de metanogene bakteriene som fjerner hydrogen og andre sluttprodukter, og således hindrer at disse organismene hemmes i sin vekst ved endeproduktinhibisjon. De vil også være avhengig av organismer som skiller ut enzymer som hydrolyserer større polymerer. Vi snakker her altså om et mikrobiologisk samfunn hvor ulike typer bakterier samarbeider om nedbrytningen av organisk materiale, og hvor alle er til gjensidig nytte for hverandre. Fig. 2. Det er bakteriene som gjør jobben, og de gjør som de vil. Vår oppgave er å legge forholdene til rette for dem. Metanprossesene er naturlige prosesser Metan er den mest reduserte organiske forbindelsen og de bakteriene som gjærer organisk materiale til metan er svært følsomme for oksygen. Disse organismene finner vi således steder som er frie for oksygen, som i slam og sedimenter. ph er en annen viktig faktor. Metandannelsen skjer helst mellom ph 6,0 og 8,5 og er høyest ved nøytral ph. Likeledes er metandannelse følsom for høye konsentrasjoner av ammoniakk og enkelte organiske syrer (I. Angelidaki et al., 2003). Metandannelsen er en temperaturhavhengig prosess og svært mange studier er gjort med kulturer med et temperaturoptimum ved C (mesofilt), men prosessen kan også drives termofilt (ved C). Metanogenesen er imidlertid også mulig under kjøligere betingelser og observasjoner viser at metan dannes i sjøbunnssedimenter ved lave temperaturer. Metandannende bakterier finnes ellers i ferskvannssedimenter, myrer og oksygenfrie nisjer i jordsmonn. Figur 3. Myrområde ved Russetjern, Passvik. Det dannes mye metan i myrområder. (Foto Bioforsk arkiv) Figur 4. Vått jorde på Skuterud gård, Ås. Også i vått og næringsrikt jordsmonn dannes metan. (Foto Bioforsk arkiv) 15

18 Ellers finner vi dem i deponier og fyllinger hvor vi har et høyt innhold av organisk materiale. Her forårsaker de utslipp av klimagassen metan til atmosfæren, noe som er bakgrunnen for at denne formen for deponering blir forbudt i flere og flere land. På den annen side står disse bakteriene for den nyttige metanproduksjonen i biogassanlegg. Metandannende bakterier er viktige i fordøyelsen hos drøvtyggere og mye kunnskap om denne bakteriegruppen er kjent nettopp gjennom studier av vomfloraen. Metanogene bakterier tilhører archae, en meget gammel bakteriegruppe som utviklet seg før jorden ble dominert av en oksygenholdig atmosfære og de har til alle tider stått for en viktig del av jordens karbonsyklus. (Deler av dette kapittelet er hentet fra rapporten Biologiske prosesser i sedimenter En litteraturstudie, Bioforsk Rapport, Vol. 1 nr. 123, 2006, noe modifisert). Figur 5. Metandannende bakterier er viktige i fordøyelsen til drøvtyggere. (Foto Bioforsk arkiv) 16

19 3.2 Om biogass prosessen - tekniske sider Forhold knyttet til teknikk og økonomi for gårdsbaserte biogassanlegg er mere utfyllende behandlet i rapportene Biogassproduksjon av organisk restprodukt i landbruket Holm gård i Re Teknologivalg og kostnadsberegninger (Ivar Sørby et al., 2007) og Gårdsbaserad produktion av biogas för kraftväreme ekonomi och teknik (Mikael Lantz, 2004), samt rapporten Bruk av bioenergi i landbruket. Er det lønnsom å bygge gårdsbiogassanlegg, og hvilke fordeler kan bonden og samfunnet oppnå? Rapport fra forprosjekt på Holm gård, Re i Vestfold. Grønn kunnskap, Vol. 9 Nr. 121, Planteforsk (2005). Deler av dette kapittelet er hentet fra disse rapportene og vi henviser til dem for en mere utførlig gjennomgang av disse forholdene. Lukkede reaktorer Som det fremgår av beskrivelsen av biogassprosessen, så er det en sammensatt mikrobiologisk prosessmed relativt saktevoksende bakterier. Dette innebærer at alle biogass prosesser foregår i lukkede raktorer. Oksygen som lekker inn, enten gjennom direkte lekkasje, eller ved innmating/utmating vil imidlertid raskt omsettes av fakultativt anaerobe mikroorganismer (som lever både med og uten oksygen). På samme måte vil sulfat, nitrat og treverdig jern som tilføres reaktoren sammen med råstoffet/substratet omsettes. Behov for biofilmer Som det fremgår av beskrivelsen av de mikrobiologiske prosessene, så er det viktig at bakterier som har forskjellige oppgaver samarbeider. Disse prosessene, den innledende hydrolysen som gjerne skjer ved lav ph, syretrinnet som produserer organiske syrer, og metanprosessen som krever en nøytral ph, er gjerne adskilt i tid, i forskjellige reaktorer eller adskilt på mikronivå. Når prosessene er adskilt på mikronivå lever bakteriene i biofilmer eller i små partikler (granuler) hvor hydrolysen foregår ytterst, eventuelt sammen med syretrinnet, mens metantrinnet skjer beskyttet innenfor de andre mikroorganismene. Dette betyr at det må legges til rette for at det dannes slike filmer eller granuler. Biofilmer kan dannes ved at det tilsettes et materiale som øker overflaten som mikroorganismene kan sitte på. Dette er vanlig i mange renseprosesser. Alternativt så kan mikroorganismene danne granuler spontant. Dette kan ofte være en utfodring, og slike granuler kan lett vaskes ut av reaktoren, eller ødelegges ved kraftig omrøring. Dersom råstoffet selv inneholder partikler, som danner grunnlag for biofilm-dannelse så er det en god løsning. Dette er eksempelvis tilfelle når husdyrgjødsel og matavfall inngår som råstoff. Oppholdstid i reaktoren Biogassprosessen er en langsom prosess, og en vanlig oppholdstid i reaktoren er gjerne døgn. Dette innebærer at reaktorvolumet dimensjoneres så stort at det tillater en så lang oppholdstid. Blir oppholdstiden for kort, vil en uforholdsmessig stor del av biogassproduksjonen skje etter at biogassresten har blitt tatt ut av reaktoren. Et annet alternativ er at væsken strømmer raskere gjennom reaktoren mens bakteriene sitter på faste biofilmer i reaktoren. Enkelte slike reaktorer er utviklet, og det er hevdet at oppholdstiden er redusert til under ¼ del. Dette betegnes gjerne som Plugflow eller gjennomstrømningssystemer (se klassifsering, under). MEK Energy, et dansk firma, har utviklet en slik teknologi for grisegjødsel. Det finnes lite erfaring med andre substrater i slike anlegg foreløpig. Ulike prosessvalg Det finnes svært mange forskjellige typer biogassprosesser som er utviklet, fra helt enkle små anlegg til høyteknologiske store prosessanlegg. Kristian Ohr et al. (2002) skisserte forskjellige måter å klassifisere anleggene på: 17

20 Etter type substrat: Husdyrgjødsel, næringsmiddelavfall, industriavfall (f.eks. fra treforedlingsindustri), kildesortert matavfall, blandet husholdningsavfall, avløpsslam eller blandinger av disse. Antall prosesstrinn: Ett-trinns eller to-trinns prosesser Gjennomstrømning: Plug-flow eller totalomblandet system Temperatur: Mesofilt (typisk ºC), eller termofilt temperaturområde (typisk ºC) Tørrstoffinnhold: Tørre, halvtørre eller våte prosesser Vi vil i dette innledende kapittelet gå gjennom ulike prosesser ganske kort, og løselig diskutere prosessvalgene i forhold til mulighetene på Mære. Vi vil samtidig presisere at endelige valg bør gjøres på et senere trinn i prosessen. Råstoff/Substrat på Mære En viktig inndeling av biogassanlegg er gjerne gjort etter hvilke substrater som skal behandles. Eksempelvis er de aller fleste biogassanleggene vi har i Norge, blitt benyttet med kloakkslam som råstoff. Hovedhensikten med disse anleggene har vært å stabilisere kloakkslammet, og samtidig få noe energi som man har kunnet benytte internt på kloakkrenseanleggene. Det finnes således mye erfaring med bygging og drift av denne form for biogassanlegg. Det er i løpet av de siste årene etablert noen biogassanlegg som behandler kildesortert matavfall, og flere er under planlegging. Anlegg som behandler kloakkslam eller matavfall har en basisfinansiering gjennom mottak/behandling av avfall. Når det gjelder gårdsbaserte biogassanlegg, så vil gjerne husdyrgjødsel være deres viktigste substrat. Man får imidlertid ikke betalt for å ta i mot husdyrgjødsel, og det har derfor til i dag vært for dårlig økonomi i det å bygge og drifte gårdsbiogassanlegg. Dette har medført at vi ikke har slike anlegg i Norge i dag, med et par unntak nær. Det finnes derfor tilnærmet ingen erfaring med slike anlegg i Norge, På Mære er det aktuelt å behandle husdyrgjødsel fra gris og storfe, samt noe gjødsel fra sau og hest. I tillegg er det aktuelt å behandle mindre mengder med fôrrester og ødelagte rundballer, samt noe grøntavfall. Anlegget på Mære vil i så fall karakteriseres som et anlegg som behandler vått avfall iblandet energivekster. Dette substratvalget vil i stor grad bestemme teknologivalget. Ett trinns og to-trinns anlegg. Det skal være mulig å optimalisere en to-trinns eller fler-trinns prosess ut over det man kan oppnå gjennom en ett-trinns prosess. Likevel er de aller fleste prosessenme i dag ett-trinns prosesser. Dette henger trolig sammen med at to-trinns prosesser har høyere investeringskostnader og en mer kompleks drift enn ett-trinns prosesser (Ohr et al., 2003). Når man i tillegg behandler et substrat som har et høyt partikkelinnhold med gode muligheter for å etablere stabile biofilmprosesser, kan det være naturlig å basere seg på ett-trinns prosesser. Perkolasjonsprosesser Dette er prosesser som benyttes når man har et råstoff med et høyt tørrstoffinnhold, og hvor man vasker organisk nedbrytbart materiale ut fra råstoffet gjennom en perkolasjonsprosess. Biogassanlegget på Elverum, som behandler en blanding av kildesortert matavfall og hage-park avfall sammen med bark/flis strukturmateriale, er et eksempel på dette. Ved forsøksanlegget i Lund i 18