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

21 Skåne drives det en del FoU-virksomhet knyttet til perkolasjonsprosesser fra energivekster/gras som råstoff. Denne typen prosesser er ikke aktuelle når husdyrgjødsel utgjør en hovedandel av substratet. Logistikk for innmating av råstoff I forprosjektet som UMB (tidliger NLH), Bioforsk Midt-Norge (tidl. Planteforsk) og Ivar Sørby gjennomførte i delte de biogassanleggene inn i 3 kategorier etter logistikk for innmating (Morken et al., 2005): 1) Diskontinuerlig utråtning (batch-prosesser) Biomassen fylles i en reaktor der det er minst 10 % nesten ferdig utråtnet materiale. Det blåses inn luft et par døgn for å få en aerob kompostering som hydrolyserer substratet samtidig som en får en temperaturøkning. Deretter omsettes substratet anaerobt i noen uker. Ca. 90 % av ferdig utråtnet masse fjernes og prosessen gjentas. For å kompensere for variasjonene i gassproduksjonen har en gjerne flere reaktorer som startes til ulik tid. Batch reaktorer egner seg godt til gjødsel med mye halm eller flis da oppholdstiden kan varieres etter innholdet. Ønskes raskere nedbrytning pumpes væske fra bunn til topp, gjerne via en varmeveksler. 2) Lagring med kontinuerlig tilførsel (ACF accumulation continous flow) Reaktoren er en batch reaktor som samtidig virker som gjødselbinge. Gjødselen tømmes i reaktoren etter hvert som den produseres. Reaktoren tømmes når det er behov for gjødsel. Om vinteren blir den full og overskuddet ledes til en etterutråtningstank (som oftest dekket med en gasstett plastpose. Det finnes mange slike anlegg i Tyskland, Luxemburg og Østeriket fordi de er billige og typisk gjør-det-selv-anlegg. En variant som mye benyttes i USA er covered lagoons som navnet sier er det gjødsellaguner som dekkes med en gasstett membran. 3) Reaktor med kontinuerlig tilførsel av substrat. Reaktor med kontinuerlig tilførsel av substrat er den mest benyttede metoden. Reaktoren har et konstant volum der tilført biomasse erstatter et tilsvarende volum i reaktoren. Kan mates et par ganger pr. dag eller mates kontinuerlig ved hjelp av datastyrte programmer. De to første alternativene er enkle anlegg med lave investeringskostnader, men den siste typen anlegg er den som er under raskest utvikling i Nord-Europa i dag. Det kunne vært interessant å få vurdert disse tre typene anlegg med hensyn til investerings- og driftskosnader, samt fra et ressursog miljøsynspunkt. Totalomblandet system ett-trinns vår prosess Vi vil ikke i denne rapprten gå i detalj inn på de tekniske løsningene, men kort nevne noen momenter som bør vektlegges ved valg av teknologi på et senere tidspunkt. Logistikk buffertank for råstoff/substrat, biogass reaktortank og lagertank for biogassrest. Et anlegg trenger både en buffertank for råstoff/substrat, selve biogass reaktortanken og lagertank for biogassresten. Det er viktig å få en god oversikt over mengder og typer råstoff slik at anlegget dimensjoneres riktig. Det er også viktig å få innsikt i om noen av råstoffene trenger et hygieniseringstrinn før det behandles i anlegget. Dette vil også til en viss grad være avhengig av hvilken bruk man skal ha ved anvendelse av biogassresten. dette er nærmere diskutert under kapittelet Lover og regler. 19

22 Temperaur/isolasjon og snøtyngde Biogassprosessen er svært avhengig av å holde en relativt konstant temperatur, gjerne ved ºC. I vårt kalde klima innebærer dette at vi må stille høye krav til biogassreaktorens isolasjonsevne, og muligheter for oppvarming av prosessen. Vi må være oppmerksomme på at utetemperaturene gjerne er høyere i f.eks. Tyskland, Danmark og Sør-Sverige enn her. Oppvarming skjer vanligvis ved bruk av varmtvann som man får som kjølevann fra en el-generator som drives på biogass, eller ved direkte oppvarming ved forbrenning av biogass. Når det gjelder snøtyngde, så har de fleste reaktorer et stort tak som må dimmensjoneres for å tåle forventede mengder snø. En del systemer er basert på at temeparaturen på taket er så høy, at snø smelter av og fordamper. Dette innebærer imidlertid at taket er så dårlig isolert at det medfører et stort varmetap fra prosessen. Omrøring røreverk Både lagertanker og prosesstank må ha et system for omrøring. Dette er et viktig moment, og mange anlegg har hatt problemer med nettopp dette. Det er også viktig at den tekniske løsningen er slik at røreverket kan skiftes uten at tanken åpnes, og prosessen må stoppes. Ved behandling av energivekster vil det stilles ekstra store krav til røreverket, og det er viktig å være klar over dette. På figuren under (figur 2) er vist en oversikt over 5 fprinsippielt forskjellige røreverk (etter Morken et al., 2005). Figur 6. Illustrasjon av omrøringsprinsipper (Morken et al., 2005). Pumper og varmevekslere Det skal i denne sammenheng bare kort nevnes at det også stilles store krav både til pumper og eventuelle varmevekslere i et biogassanlegg. Dette henger sammen med at det skal pumpes viskøse væsker, ofte med et stort innhold av partikler. Miljøet er også korrosivt. 20

23 3.3 Biogassproduksjon fra forskjellige råstoffer Biogassprosessen 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 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. Figur 7. Matavfall fra storhusholdning (Foto Bioforsk arkiv). 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. Husdyrgjødsel Husdyrgjødsel har vanligvis et lavt tørrstoffinnhold (typisk på 3 5% for grisegjødsel og 6 9% for storfe. Dette vil variere med i hvilken grad vi snakker om slaktegris, smågris samt om vi snakker om forskjellige typer storfe. Likeledes vil fôringen være av betydning. I tillegg til å inneholde gjødsel vil det følge med halm strå og eventuelt flis. Dette er tungt nedbrytbare fraksjoner som til dels passerer ufordøyet gjennom prosessen. Det høye innholdet av vann, sammen med et høyt innhold av tungt nedbrytbar flis og halm, er en årsak til at husdyrgjødsel gir et lavt biogassutbytte i størrelsesorden Nm 3 metan per tonn (Angelidaki, I., 2003). I tillegg er selve gjødsla fordøyet av dyrene selv, noe som innebærer at de lettest nedbrytbare stoffene allerede er omsatt. Imidlertid er husdyrgjødsel an exelent basic substrate for co-digestion of industrial waste, som ellers kunne vært vanskelig å behandle i et biogassanlegg (Angelidaki, I., 2003). Dette skyldes: Et høyt vanninnhold som som virker som vannbasert løsemiddel for andre tørrere substrater. En høy bufferkapasitet som sikrer mot problemer som skyldes fall i ph på grunn av dannete organiske syrer. Husdyrgjødsel inneholder mange næringsstoffer som er nødvendige for en optimal bakterievekst. Hvis husdyrgjødsel blandes med annet organisk avfall, som kan være vanskeligere å behandle, men som gir et høyere biogassutbytte, så har man den ideelle blanding. Slik sett, så sitter husdyrgårdsbruk på en ekstra ressurs. Husdyrgjødsel gir også en biorest som er lett å få akseptert som gjødsel i landbruket. 21

24 Flis i gjødsla kan skape problemer Vi skal imidlertid være oppmerksomme på at flis kan skape problemer, ja større problemer enn halm. I følge Leif Lindow i BioSystem (pers. samtaler 28. mars 2007) bør flis sedimenteres ut i en fortank, slik at det ikke tilføres anlegget. I Norge er det vanlig at flis følger med grisegjødsel, mens man i Danmark vanligvis har halm. Man bør være oppmerksom på denne forskjellen ved diskusjoner med danske leverandører. I følge Leif Lindow er flisinnholdet i hestegjødsel så høyt at han gjerne så det kompostert i stedet for at det ble behandlet i biogassanlegg som er bygget for flytende substrater. Ammoniakk kan skape problemer Dersom råstoffet har et spesielt høyt nitrogeninnhold, må man være oppmerksom på at ammoniakk kan hemme biogassprosessen, eller senke utbytte. Den hemmende effekten er størst ved høy ph, når ammonium omdannes til ammoniakk. Substrater med et høyt N-innhold kan være avfall fra fisk og hønsegjødsel, men også ved bruk av andre substrater er dette noe man bør være oppmerksom på. Tørr gjødsel Av tabell 2 fremgår det at eksempelvis hønsegjødsel gir mer energi per tonn, enn gjødsel fra storfe og svinegjødsel. Den viktigste forskjellen mellom ulike gjødseltyper skyldes vanninnholdet. Har man gjødsel med et lavt vanninnhold, må man korrigere for dette ved vurderingen av biogasspotensialet. Dette må man således ta med i betraktningen når man vurderer sauegjødsel med et lavt vanninnhold. Dimensjonering av anlegg På generell basis kan det sies at leverandører av anlegg ikke vil si for mye om biogasspotensialet før de har testet den gjødsla som skal benyttes i anlegget. Variasjonene kan være så store at dette bør gjøres før et anlegg dimmensjoneres. På generell basis kan det sies at det er bedre med et overdimensjonert anlegg. Dette vil vanligvis medføre en økt oppholdstid, og et noe høyere biogassutbytte enn planlagt. Ulempen er de økte investeringskostnadene et for stort anlegg innebærer. 3.4 Energien i biogassen Som det fremgår av beskrivelsen av mikrobiologien i et biogassanlegg, så produseres biogass som er en blanding av metan (CH 4 ) og karbondioksid (CO 2 ). I tillegg dannes mindre mengder hydrogensulfid (H 2 S). Mengdeforholdene mellom disse gassene vil være et resultat av sammensetningen av råstoffet som tilføres prosessen. Metan er den delen av gassen som gir energi ved forbrenning i luft (med oksygen). Dersom biogass dannes fra karbohydrater får vi en biogass med et metaninnhold på ca 50%. Mer reduserte og energirike substrater, for eksempel proteiner og spesielt fett, gir en høyere metankonsentrasjon i biogassen. Siden råstoffene utgjør en blanding, vil biogassen ha et varierende innhold, men ligger ofte i området 60% metan. 1 Nm 3 metan (1 normalkubikkmeter tilsvarer 1 m 3 ved 25 ºC og 1 atm trykk) gir om lag 10 kwh energi ved forbrenning. Vær oppmerksom på om verdiene som oppgis i litteraturen er gitt i m 3 biogass (som jo er en blanding av metan og karbondioksid), i m 3 metan eller som kwh per tonn eller per m 3 råstoff. Alle kombinasjoner er vanlig. I tillegg oppgis dette ofte relatert til mengde brennbart materiale (volatilic organic carbon), det vil si den delen av tørrstoffet i råstoffet som forsvinner ved forbrenning (og man blir sittende igjen med asken). 22

25 Når verdiene dessuten varierer avhengig av substratets karakter og metode for beregning, skal oppgitte verdier benyttes som grunnlag for vurderinger, ikke som absolutte verdier/sannheter. Med disse forbehold viser tabellen til høyre (tabell 2) energiinnholdet i noen typiske våte råstoffer. 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. Tabell 2. Tabellen viser eksempler på hvor mye energi som kan hentes ut fra forskjellige substrater/råstoff i form av biogass. Verdiene må bare ansees som retningsgivende Substrat Storfegjødsel 3... Svinegjødsel 1... Hønsegjødsel... Gras 1... Frukt- og grønnsakavfall 1... Matavfall fra husholdninger Matavfall fra næring... Slakteriavfall... Rent karbohydrat/sukker 4.. Proteiner 2... Fett 2... kwh/tonn Dannelse av hydrogensulfid Når det gjelder hydrogensulfid, så vil mengden være avhengig av mengde sulfat i inngående substrat, samt svovelinnholdet i det organiske materialet, f.eks. svovelholdige aminosyrer. Hydrogensulfid er en illeluktende og svært giftig gass. I et biogassanlegg dannes den imidlertid i den lukkede biogass reaktortanken i en størrelsesorden på 1 2 %. Ved forbrenning av biogassen, så vil hydrogensulfid oksideres til SO 2 og SO 3, noe man vil unngå i størst mulig grad sett fra både et miljø- og et HMSsynspunkt. Siden forbrenning av biogass med et for høyt innhold av H 2 S også vil virke korroderene på utstyr og generatorer, ønsker man å holde dette nivået lavt, og man renser i så fall gjerne biogassen før den forbrennes eller går til generator. Dette medfører samtidig et redusert utslipp av SO 2 og SO 3. Det finnes mange forskjellige måter å rense H 2 S på. En metode er å dosere inn små mengder luft i biogass reaktortanken. Dette fører til at dannet H 2 S oksideres til elementært svovel. H 2 S kan også renses kjemisk eller ved bruk av svoveloksiderende mikroorganismer (Thiobacillus) i egne renseprosesser. 3.5 Biogass er høyverdig energi bruksmuligheter 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. Metan som drivstoff - renseteknologi Bruk av metan som drivstoff er godt innarbeidet. Metan har et høyt energiinnhold, og om lag 1 Nm 3 metan tilsvarer ca. 1,1 liter bensin. Kjøretøy som går på metan vil også kunne gå på bensin, og slike kjøretøy har gjerne en tank for gass, og en tank for bensin. Renset biogass er i prinsippet det samme som naturgass, det vil si at disse 2 kildene kan samkjøres, men mens biogass-metan er et klimanøytralt drivstoff er bruk av naturgass med å øke klimagassutslippene. Imidlertid vil en 3 Bioenergi ny energi för jordbruket (2006), Jordbruksverket. Rapport 2006:1. 4 Biogass Energiproduksjon og avfallsbehandling (2002) Asplan Viak, ORIO rapport

26 kombinasjon kunne sikre leveransene, samt være med å gjøre omfanget så stort at det kan etableres en nødvendig infrastruktur. Dersom biogass skal kunne benyttes som drivstoff, må metaninnholdet økes fra 55 70% til minst 97% og innholdet av karbondioksid må reduseres tilsvarende fra 30 45% til mindre enn 3%. Hydrogensulfid må reduseres fra om lag 1 2% helt ned til mindre enn 0,015 (15 ppm) (Benjaminsson,J., 2006). Tradisjonelt har scrubber eller kjemisk absorpsjon vært benyttet til å fjerne de vannløslige gassene karbondioksid og hydrogensulfid fra den lite vannløslige metangassen. Deretter må gassen tørkes for vann. Denne typen anlegg har store investerings- og driftskostnader, og er således ikke egnet for mindre biogassanlegg. Det arbeides intenst med å utvikle nye teknikker som er bedre tilpasset mindre anlegg. Kryoteknikken utnytter at metan kondenserer ut ved ºC mens karbondioksid sublimerer ved 78,5 ºC. Ved et trykk på 5,2 bar kondenserer karbondioksid ut ved 56,8 ºC. Det er foreløpig en utfordring å sikre et metantap på mindre enn 2% og et tilsterkkelig høyt metaninnhold med denne teknikken. En fordel er at karbondioksiden fanges og kan utnyttes, for eksempel som kjølemiddel i kulldioksiddrevne kjøleaggregater, eller som CO 2 tilskudd til veksthus. En alternativ teknikk er oppgradering ved bruk av membranfiltrering hvor membranen er permeabel for karbondioksid, vann, hydrogensulfid og ammoniakk, men lite permeabel for metan. Teknikken er ikke ferdig utviklet, men mye tyder på at en slik teknikk vil kunne oppnå tilstrekkelig metanrenhet, et lavt metantap og vil være svært fleksibelt med hensyn til kapasitet. Teknikken er foreløpig ikke helt ferdig utviklet og det er usikkerhet med hensyn til membranenes holdbarhet og kostnadene. I tillegg til disse nye tekniske metodene har man også fulgt en helt annen tilnærming prosessintern metananrikning. Gassen som er i biogassreaktoren sendes gjennom en renseloop hvor karbondioksid bindes i en egen rensekolonne, og anriket metan sendes tilbake til reaktoren. Luft benyttes til å regenerere kolonnen. Metoden gir imidlertid foreløpig en for dårlig metankvalitet til at gassen kan benyttes i kjøretøy (Benjaminsson,J., 2006). Biogass til varme og elektrisitet (Combined Heat and Power CHP) Generatorer tilpasset biogass krever ingen oppgradering med hensyn til metankonsentrasjonen, men hydrogensulfid og vann bør reduseres for å hindre unødvendig slitasje på generatoren. Økonomi og teknikk knyttet til gårdsbasert produksjon av biogass til kraftvarme-produksjon (CHP) er nøye gjennomgått av Mikael Lantz (2004). Her er vurdert CHP på 5-10, 30, 50 og 100 kw el. Gassdrevne mikroturbiner kan også være aktuelle, og det foregår en utvikling på dette området. Dersom man på Mære produserer om lag kwh per år, og en generator er i drift i 8100 timer av årets 8760 timer vil totalenergien produsert i form av biogass være på 100 kw. En 30 kw el. f.eks. Capstone C-30 eller SY 033 GSM har et brenselbehov på henholdsvis 115 og 100 kw og de har henholdsvis en effekt på el. på 28 og 30 kw (Lantz,M., 2004). Varmeeffekten er tilsvarende på henholdsvis 62 og 58 kw som kan nyttiggjøres fra generatorens kjølevann. Energitapet er på ca 10%. Vi vil ikke her gå nærmere inn på de økonomiske betraktningene som er gjort av M. Lantz, men i forbindelse med en videre utredning vil denne typen grundige økonomiske betraktninger være nødvendige. 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. Det er derfor på et tidlig tidspunkt viktig å vurdere om man ønsker et mindre anlegg tilrettelagt for gårdens egen råstoffproduksjon, og gårdens eget energiforbruk, både med hensyn til el og varme eller ønsker man å gå inn på et større anlegg som krever at man skaffer råstoff til prosessen utenfra, og er avhengig av salg av varme og strøm eksternt. Dette er viktige strategiske betraktninger, og det kan være hensiktsmessig å evaluere begge alternativer. 24

27 Biogass til varme Det må nevnes at biogass kan benyttes kun til oppvarming. Dette er bare aktuelt dersom man har en avsetning på varmen til en tilstrekkelig pris, året gjennom. Ved å bare produsere varme vil man spare kostnader knyttet til både investering og drift av en generator. Man mister imidlertid det fortrinnet at biogassen er en energiform på et høyt nivå. 3.6 Om biogass i landbruket utenlandske erfaringer Danmark I Danmark er det vanligst å sambehandle husdyrgjødsel med organisk avfall. I 2004 hadde man 57 gårdsanlegg som behandlet til sammen m 3 biomasse. Dette tilsvarer i snitt om lag m 3 per anlegg. I tillegg hadde man 20 større biogassanlegg som behandlet om lag 1,3 mill m 3 husdyrgjødsel og m 3 organisk avfall (Anne Seth Madsen, 2006). Det vanligste er fullt omrørte reaktortanker (CSTR Continously Stirred Tank Reactor). I tillegg er det i Danmark 64 biogassanlegg i tilknytning til renseanlegg, 25 deponigassanlegg og 5 industrianlegg (Marareta Persson, 2006). I Danmark har selve behandlingen av husdyrgjødsla, og mangel på spredeareal vært en drivkraft. Tidligere hadde de i Danmark en garantert minstepris på 60 øre /kwh i 10 år, deretter 40 øre i nye 10 år. Støtteordningene er under den siste regeringen blitt dramatisk svekket, noe som har medført en meget sterk reduksjon i byggingen av nye anlegg. Tyskland I Tyskland bygges det om lag 50 nye anlegg per måned, og de har over 3000 biogassanlegg. I tillegg til gjødselhåndtering, utgjør i Tyskland energivekster (i hovedsak mais) til biogassproduksjon et sterkt økende marked. Dette skyldes en bevisst satsing, med et støttesystem for produsert el. i 20 år fram i tid. Tallene i tabellen under (tabell 3, etter Margareta Persson, 2006) er i euro-cent som tilsvarer om lag 8 øre. Det fremgår at dette er en betydelig støtte som fører til en sterk satsing i Tyskland, noe som den tyske rød-grønne koallisjonsregjeringen har vært en pådriver for (Markku Björkman, 2004). Tabell 3. Støttesystem for produksjon av el fra biogassanlegg i Tyskland. Verdier i euro-cent som tilsvarer ca. 8 øre. Type støtte Alder på anlegg < 150 kwh kwh kwh < 5000 kwh Basis kompensasjon Gammelt Nytt 11,5 9,9 8,9 8,4 Bonus for energivekster Gammelt Nytt Bonus for utnyttelse av varme fra CHP Bonus for innovasjon, Gammelt Nytt Gammelt Teknologiutvikling Nytt

28 Eksempelet - bonden Peter Mühlenbach i Aldingen i syd-tyskland Bonden Peter Mühlenbach har 70 hektar dyrkbar jord og 140 storfe, mest okser. I tillegg aler han opp ca 500 gris. I tillegg til husdyrgjødslen dyrker han opp åkre som har ligget brakk, med energivekster. Et EU-direktiv setter krav til redusert matproduksjon, det vil si at 10% av den dyrkbare jorda ikke skal såes, her kan det imidlertid dyrkes energivekster. Investeringene til anlegget hans er på euro (om lag 1,8 mill NOK) og det vil årlig produsere om lag 600 MWh el. (80 kw el -anlegg). Peter Mühlenbach har fått 30 % i subsidier til å bygge anlegget, og et subsidiert lån til 5% rente for det resterende. Av de 600 MWh el som produseres, benyttes 120 på gården, mens det resterende selges til 92 øre/kwh. I tillegg dekker anlegget gårdens varmebehov. Restvarmen kjøles bort. Dette anlegget vil betale seg innen 7 år, deretter vil det gi en gevinst på om lag 8000 euro per år (Markku Björkman, 2004). (Det må bemerkes at en investering på euro på et såpass stort anlegg virker svært lavt etter norske forhold i dag) Sverige I Sverige er det totalt ca 240 biogassanlegg, men om lag 200 av disse utgjøres av slambehandlingsanlegg (134 stk.) og deponigassanlegg (70 stk.). Det er om lag 15 sambehandlingsanlegg og om lag 20 industrielle anlegg og gårdsanlegg (Marareta Persson, 2006). I Sverige har de hatt mangeårige støtteprogrammer til investering, nåværende KLIMP, tidligere LIP. Av 317 millioner i 2006 gikk 40 % til biogassanlegg. I Sverige er det skattefritak på biogass og det er innført el-sertifikater. Som drivstoff er biogass avgiftsfritt i Sverige, naturgass er belastet med 13 øre per kwh, bensin med 69 øre og diesel med 47 øre per kwh. I Sverige er det dessuten innført en rekke andre tiltak som gjør at kjøretøy som går på biogass eller andre miljøvennlige drivstoff er rimligere i innkjøp. Norge Til sammenligning er det i Norge ca 40 deponigassanlegg, 18 biogassanlegg i tilknytning til renseanlegg, 5 som behandler husholdningsavfall (GLØR på Lillehammer, HRA på Hadeland, Hera Vekst på Elverum, Kongsberg samt et par anlegg under planlegging/bygging). I Norge er det foreløpig bare et gårdsbasert anlegg, på Åna kretsfengsel i Rogaland). Oppsummering biogass i landbruket internasjonale erfaringer: I Sverige er det en sterk satsing på biogass til drivstoff, mens det i Tyskland er en sterk satsing på biogass til el-produksjon. Danmark har tidligere hatt en sterk støtte til el-produksjon, men den siste regjeringen har fjernet mesteparten av dette. Dette innebærer at det per i dag er dårlig økonomi i satsing på biogass i Danmark og i Norge. I Norge bygges eksempelvis anlegg med finansiell basis i å behandle/ta i mot matavfall eller avløpsslam. Økonomien er altså på feed in siden. Dette må det gjøres noe med for å få i gang en satsing på biogass innen landbruket. 26

29 3.7 Klimaeffekter ved innføring av biogass 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. 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% (Morken et al. 2005). På Mære kan vi forvente noe større reduksjoner enn dette, siden de forventede gjødselmengder forventes å ligge på opp mot 4000 tonn per år. Anne Seth Madsen (2006) opererer med tall som er om lag dobbelt så høye, det vil si at effekten av biogasstiltakene er dobbelt så verdifulle. Det må presiseres at vi ikke har en fullgod oversikt per i dag, over hvor store klimagassreduksjoner innføring av biogass i landbruket vil ha. Det er viktig at vi skaffer denne oversikten når vi etablerer nye anlegg i Norge. En del tall kan hentes fra Danmark, Canada og enkelte andre land, men avvikene er store, og hvilke faktorer som trekkes inn vil også variere. Effektene henger sammen med hvordan husdyrgjødsla håndteres i dag, hvilke temperaturer den lagres ved og egenskaper ved gjødsla. Også hvordan og når gjødsling utføres er av betydning. Ved innføring av biogass i landbruket er det viktig at vi i Norge etablerer anlegg med en slik kvalitet at vi unngår uønskede lekkasjer fra anlegg og drift. Dette vil imidlertid kunne øke kostnadene noe. Produksjon av kunstgjødsel innebærer et stort forbruk av energi (ca. 1 kg olje / kg N, Arne Grønlund 2007). I prinsippet vil et redusert forbruk av kunstgjødsel også innebære et redusert CO 2 utslipp knyttet til kunstgjødselproduksjon, selv om dette vanligvis ikke vil trekkes inn i det enkelte gårdsbruks klimaregnskap. I hvilken grad man sparer N-gjødsling ved innføring av biogass vil være avhengig av utnyttelsen av bioresten. Det vil også være avhengig av gjødslingsteknologi, f.eks. i hvilken grad gjødslen injiseres i jordsmonnet, eller om den spres når vekstene har fått en viss høyde. Også dette viser at det er mangelfull kunnskap i dag. Et biogassanlegg produserer klimanøytral energi i form av biogass, og bruken av denne energien er i seg selv et viktig klimatiltak. Her kan man nokså direkte gjøre et mål for hvor stor besparingen er. 1 liter diesel veier 0,84 kg og har et teoretisk energiinnhold på 36,2 MJ/liter (10,1 kwh). Dette er svært nær energiinnholdet i 1 Nm 3 metan (9,8 kwh). Hvis et anlegg eksempelvis produsere f.eks Nm 3 metan per år, så vil den årlige besparelsen, uten tap være et tilsvarende antall liter drivstoff, eller 68 tonn drivstoff. 1 tonn diesel inneholder om lag 0,85 tonn karbon som ved forbrenning danner ca. 3,1 tonn CO 2. Ved forbrenning av 68 tonn drivstoff produseres således om lag 210 tonn CO 2. En slik betraktning innebærer at klimaeffekten av reduserte metanutslipp ved gjødsellagring og redusert bruk av ikke fornybar energi er i samme størrelsesorden. I tillegg kommer nitrogenregnskapet. Det er imidlertid mye ugjort for å bedre sikerheten i disse viktige klimaregnskapene. 3.8 Luktutslipp I landbruket er det vanligvis akseptert at det er en del luktutslipp, spesielt i forbindelse med spredning av husdyrgjødsel. Ved biogassbehandling av husdyrgjødsel og annet organisk avfall, så brytes luktkomponentene ned til metan og karbondioksid. Bioresten vil derfor være anriket med mere stabile organiske forbindelser med et langt lavere luktpotensiale. 27

30 3.9 Bruk av biorest et godt gjødselprodukt Bioforsk Jord og Miljø, tidliger Jordforsk, gjennomførte i 2004 en litteraturstudie om bruk av biorest som gjødsel og som gir nyttig bakgrunnsinformasjon om dette tema (Anne Bøen et al., 2004), og deler av dette kapittelet er hentet fra denne rapporten. 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. 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 Figur 8. Figuren viser spredning av biorest (bildet er hentet fra SLU sin hjemmeside). for å drive videre forskning innen dette området i tilknytning til et framtidig biogassanlegg. 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 hvor næringssaltene blir igjen i asken, mens bundet nitrogen forsvinner ved forbrenningsprosessen. Det må ellers presiseres at det er mye mangel på kunnskap innen bruk av biorest som gjødsel, og det vil i framtiden forventes å bli et viktig FoU-område. 28

31 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 Figur 9: 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). Vekstforsøk med biorest forsøk utført av Bioforsk i 2006 I regi av forskningsprogrammet Recycling organic waste effects on soil quality, plant nutrient supply and environmental impact ble det i 2006 gjort ulike forsøk med biorest og andre typer organisk avfall som gjødsel og de presenterte og foreløpige resultatene er fått av prosjektleder Trond Knapp Haraldsen, Bioforsk ( 8. januar 2007). Første år med potteforsøk er gjennomført med ulike typer organisk gjødsel til bygg og hvete. Ideen er å bruke mengder som er tillatt brukt i økologisk landbruk, 8 kg N/daa/år, eller 16 kg N/daa/2 år. Gjennomsnittavlinger for fire jordtyper er vist i tabell 4. Vær i denne sammenhengen oppmerksom på at bønder som vil benytte kjøtt- og beinmel som gjødsel på eng eller beite, får anledning til å gjøre dette allerede fra i år. Forskriften som regulerer dette, ble fastsatt 26. april. Forskrift om begrensninger for bruk av gjødsel, jordforbedringsmidler, dyrkningsmedier mv. som inneholder kompostert animalsk avfall eller foredlede animalske proteiner er endret. Les endringsforskriften her Det gis heretter mulighet for at organiske gjødsel- eller jordforbedringsprodukter, herunder kjøttbeinmjøl, kan brukes på eng og beitearealer. Det stilles to forutsetninger for slik bruk: Det må gå 21 dager fra spredetidspunkt til arealet kan høstes eller beites Det pålegges meldeplikt til Mattilsynet. Denne meldeplikten legger til rette for tilsyn og kontroll av bruken. 29

32 Endringen vil medvirke til en større gjenvinningsgrad av kompostert animalsk avfall og foredlede animalske proteiner. Produktene er underlagt foreskrevne behandlingsmetoder og framstår som trygt og bærekraftig bidrag til gjødsling og jordforbedring. Kjøtt- og beinmjøl en god nitrogen- og fosforressurs. Det blir fortsatt ikke tillatt å bruke reint (ublandet) animalsk protein (kjøttbeinmjøl) på eng og beite selv om slik bruk er tillatt i åpen åker. Tabell 4. Avling av hvete og bygg (kg TS/daa) ved bruk av ulike organiske gjødseltyper. Potteforsøk med fire ulike jordtyper Ledd Hvete, kg TS/daa Bygg, kg TS/daa 8 kg N/daa 16 kg N/daa 8 kg N/daa 16 kg N/daa Ugjødslet (103) (124) Fullgjødsel Kjøttbeinmel Kjøttbeinmel + kalimagnesia Kjøttbeinmel + bioaske Kjøttbeinmel + steinmel (Altagro) Flytende biorest (ikke avvannet) Biokompost I disse potteforsøkene har kjøttbeinmelet virket svært godt som gjødsel og blandingen av kjøttbeinmel og bioaske har gitt like store avlinger som fullgjødsel. 16 kg N/daa som biorest ga avlingsrespons på linje med 8 kg N/daa i fullgjødsel. Om lag 70 % av nitrogenet i bioresten foreligger som NH 4 -N. I husdyrgjødsel regner en med mellom 70 og 80 % utnyttelse av ammonium-n, og disse forsøkene tyder på at bioresten har lignende virkning. Biokomposten (kompostert matavfall) har ikke gitt sikker meravling i forhold til ugjødslet. I disse forsøkene har det vært optimal vanntilgang, og pottene har stått i et plasthus. Tabell 5. Kjemiske egenskaper til ulike typer avfallsbasert organisk gjødsel Parameter Flytende biorest Biokompost Kjøttbeinmel ph 8,02 8,39 6,5 Tørrstoff, % 1,07-1,45 35, Kjeldahl, N, g/100 g 0,17-0,22 0,70 7,8-9,3 Ammonium-N, g/100 g 0,117-0,151 0,001 0,3-0,7 Fosfor, g/100 g 0,021-0,022 0,16 3,9-5,6 Kalium, g/100 g 0,096-0,113 0,26 0,3-0,5 Kalsium, g/100 g 0,066-0,073 3, Magnesium, g/100 g 0,014-0,015 0,1 0,2 Den kjemiske sammensetningen av bioresten passer godt i forhold til næringsbehovet for planter. På tørrstoffbasis har bioresten et NPK-forhold på , og det passer godt til korn som ofte gjødsles med Fullgjødsel Kjøttbeinmel inneholder mye nitrogen og fosfor, men nesten ikke noe 30

33 kalium og magnesium. Ved kompostering av matavfall tapes mye nitrogen i prosessen, mens komposten anrikes med fosfor Generelt om lover og regler Bruk av biorest som gjødsel reguleres i hovedsak av gjødselvareforskriften og den kommende forskriften som regulerer bruken av animalske biprodukter. Nå reguleres dette blant annet av Forskrift om begrensninger for bruk av gjødsel, jordforbedringsmidler, dyrkingsmedier mv. som inneholder kompostert animalsk avfall eller foredlede animalske proteiner, ( nr 63). Bioforsk Jord og Miljø, tidligere Jordforsk, gjennomførte i 2004 en litteraturstudie om bruk av biorest som gjødsel, Muligheter for bruk av avfallsbasert biorest fra anaerob biologisk behandling (Anne Bøen et al., 2004), og som også behandlet lover og regler ved bruk av biorest som gjødsel. Også rapporten Biogassproduksjon av organisk restprodukt i landbruket Holm gård i Re Teknologivalg og kostnadsberegninger (Ivar Sørby et al., 2007) berørte dette området og enkelte deler av dette kapittelet er hentet fra disse rapportene. I og med at forhold knyttet til lover og regler ved bruk av biorest er i utvikling og vi forventer et nytt regelverk i sommer (2007), vil vi imidlertid oppfordre til å følge med på offentlig informasjon som vil komme løpende inneværende år, og være forsiktig med å benytte gammelt regelverk ukritisk. Gjødselvareforskriften omfatter blant annet husdyrgjødsel og anaerobt omsatt biomasse (biorest). Produksjon og omsetning av husdyrgjødsel og silopressaft for bruk på eget eller leid areal omfattes ikke av forskriftens del II (Bestemmelser om tilvirking, Produktkvalitet, Registrering og rapportering, Krav til merking, markedsføring og omsetning). Det er viktig å få avklart med de lokale myndigheter / Mattilsynet, om hvordan dette skal defineres i hvert enkelt tilfelle. Kan for eksempel samdrift av et biogassanlegg hvor flere gårdsbruk deltar, inngå i denne definisjonen. Dersom biogassanlegget tilføres andre avfallsfraksjoner enn husdyrgjødsel og silopressaft gjelder forskriftens del II (Line Blytt, personlige samtaler 19. desember 2006), men det må avklares om man da kun sikter til tilsatsstoffene. Gjødselvareforskriftens kvalitetsklasser Forskriftens kvalitetsklasser er knyttet til innhold av tungmetaller i gjødselproduktet og er angitt i tabell 6: Tabell 6. Grenseverdier for gjødselvarer i klasse 0, I, II og III, samt grenseverdier for maksimalt innhold i dyrket jord som skal kunne tilføres produkter som klassifiseres i kvalitetsklasse I og II, alt oppgitt i (mg/kg TS). Tungmetall (mg/kg TS) 0 I II III Maksimalt innhold i dyrket jord for tilførsel av produkter av klasse I og II Kadmium 0,4 0, Bly Kvikksølv 0,2 0, Nikkel Sink Kobber Krom Husdyrgjødsel kan ha et høyt innhold av sink og kobber (A. Bispo, C. Schubetzer og I. Feix, 2001) noe som kan føre til at bioresten kan få vanskeligheter med å oppnå de beste kvalitetsklassene. 31

34 Gjødselvareforskriften har også en generell formulering om at produktene ikke skal inneholde organiske miljøgifter i mengder som kan skade mennesker, dyr eller planter. Det settes også krav til hygiene, floghavre, stabilitet/lukt og fremmedlegemer. Når husdyrgjødsel behandles i et biogassanlegg, fjernes en del av tørrstoffet som biogass. Dette fører til om lag en dobling av konsentrasjonen av tungmetaller på tørrstoffbasis, noe som stort sett innebærer at klasse 0 øker til klasse I, klasse I til klasse II, og klasse II til klasse III. Dette er noe man bør være oppmerksom på. Bruk og bruksbegrensninger for organiske gjødselprodukter Kvalitetsklassene bestemmer bruksmulighetene til gjødselvarene: Tabell 7. Bruksbegrensninger for gjødselvarer Kvalitetsklasse På landbruksarealer, private hager og parker På grøntarealer 0 Etter agronomiske behov Etter agronomiske behov I 4 tonn ts/da per 10 år 5 cm II 2 tonn ts/da per 10 år 5 cm III Kan ikke brukes 5 cm Dersom produktet spres på eget eller leid areal, gjelder kvalitetskravene og mengdebegrensningene for tilsatsmaterialet. Om det også gjelder husdyrgjødselen må avklares med Mattilsynet. Dersom biorestproduktene markedsføres, må kvalitetskravene i gjødselvareforskriften gjelde på vanlig måte. Krav til jordkvalitet Det stilles krav til jordkvaliteten dersom det skal tilføres produkter i kvalitetsklasse I og II. (Kvalitetsklasse III kan bare benyttes på grøntarealer og lignende arealer der det ikke skal dyrkes mat- eller fôrvekster). Se tabell 6. Dette bør undersøkes og henger oftest sammen med områdets naturlige berggrunn. Mulige problemer bør avklares med Mattilsynet. EU-forordningen om animalske biprodukter krav til hygiene Det er verdt å nevne at bakgrunnen for dette regelverket var kugalskap-epidemien som spredte seg i Europa på 90-tallet. Den setter et absolutt forbud mot mulig dyrekanibalisme, samt strenge krav til generelle hygieniske rutiner. Forordningen håndterer også annen form for smitte (bl.a. munn og klovsyke og svinepest), samt medisinrester og miljøgifter i animalsk materiale. Forordningen deler animalske biprodukter inn i 3 risikokategorier (se tekstboks neste side). Deler av forskriften, som omfatter de regelverk knyttet til krav til biogassanlegg og bruk av husdyrgjødsel, og som er aktuelt for vårt anlegg, ble sendt på høring 9. januar 2007 med høringsfrist 9. april Høringsbrevet og annet relevant materiale finnes på Mattilsynets hjemmeside Nyheter, publisert 18. januar En viktig del av innholdet i høringsbrevet er satt opp i tekstboksen på side

35 (Hentet fra høringsbrev ) 33

36 (Hentet fra høringsbrev ) 34

37 3.11 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. 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, se tabell 8 på neste side. 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. 35

38 Tabell 8. Tabellen viser aktuelle råstoff og mengder for et framtidig biogassanlegg på Mære, samt anslått mengde energi i form av biogass fra de forskjellige råstoffene. 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 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. 36

39 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 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 37

40 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. 38

41 4. Konklusjon 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 hovepinkter 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. 39

42 5. Referanser Angelidaki, I., L. Ellegaard og B. Ahring, Applications of the anaerobic digestion process. I: Biomethantion II, red. Birgitte K. Ahring, Advances in Biochemical engineering/biotechnology 82, ISBN Benjaminsson, Johan (2006) Nya uppgraderingstekniker för biogas, Foredrag på Avfall Norge sitt møte om biologisk behandling september Bispo,A., C. Schubetzer og I. Feix (2001): Contribution of manure and slurry to soil diffuse pollution, Annex 1 til Recycling organic wastes and residues by the soil impacts on soil s organic matter content, red. Isabelle Feix (ADEME) og Luca Marmo (European Commission DG XI), 2 nd European Soil Forum October 2001, Italy. Björkman, Markku (2004) Stöd till gårdsanläggningar bidrar till tysk biogasboom Bioenergi nr. 5, side (Sverige). Briseid, Tormod, Espen Eek og Roar Linjordet (2006) Biologiske prosesser i sedimenter En litteraturstudie, Bioforsk Rapport, Vol. 1 nr. 123, Bøen, Anne, Trond Knapp Haraldsen og Roald Sørheim (2004) Muligheter for bruk av avfallsbasert biorest fra anaerob biologisk behandling, Jordforsk rapport nr. 127, 23 sider. Gottschalk, Gerhard, Bacterial metabolism, Springer Series in Microbiology, ISBN Grønlund, Arne (2007), Pers. samtaler 30. mars Lantz, Mikael (2004) Gårdsbaserad produktion av biogas för kraftvarme ekonomi och teknik. Eksamensarbete, Lunds Tekniska Högskola, Sverige. Madsen, Anne Seth (2006) Organiske ressourcer i biogasfællesanlæg Foredrag på Avfall Norge sitt møte om biologisk behandling september Morken, John, Bernt Sørby, Ivar Sørby, Knut Birkeland og Stein Sakshaug (2005) 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. Ohr, Kristian, Ola Saua Førland og Valborg Ø. Birkenes (2002) Biogass Energiproduksjon og avfallsbehandling, Asplan Viak, Prosjekt nr ORIO-programmet Persson, Marareta (2006) Rammebetingelser for salg av varme, biogass og drivstoff i Norden eksempler fra Sverige. Foredrag på Avfall Norge sitt møte om biologisk behandling september

43 Stams, A.J.M., S.J.W.H. Oude Elferink og P. Westermann (2003) Metabolic interactions between methanogenic consortia and anaerobic respiring bacteria. I Biomethane I, Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology 81, Series red.: T. Scheper, Vol red.: B.K.Ahring, ISBN Sørby, Ivar, Tormod Briseid, Lars Nesheim, Vidar Vallumrød og Rolf Lønnum (2007) Biogassproduksjon av organisk restprodukt i landbruket Holm gård i Re Teknologivalg og kostnadsberegninger. Rapport Re kommune, 30. mars Widdel, F., Sulphate-reducing bacteria and their ecological niches. I: Anaerobic Bacteria in habitats other than man, The Society for Applied Bacteriology, Symp. Ser. no. 13. Red. Ella M. Barnes og G.C. Mead. 41