Gårdsbaserte biogassanlegg i Midt-Norge forprosjekt for kartlegging av kunnskapsbehov (Kortnavn: Biogasskunnskap)

Transkript

1 Forprosjekt, prosjektbeskrivelse: Gårdsbaserte biogassanlegg i Midt-Norge forprosjekt for kartlegging av kunnskapsbehov (Kortnavn: Biogasskunnskap) Mål Prosjektet Biogasskunnskap skal undersøke hvordan lokale ressurser kan utnyttes slik at biogassanlegg på gårdsnivå i region Midt-Norge kan bli lønnsomme (stikkord: energi), og vurdere hvordan biogassbehandling av husdyrgjødsel kan redusere landbrukets utslipp av drivhusgasser (stikkord: miljø). Prosjektet skal også bidra til at disse temaene følges opp med videre søknader om FoU prosjekt i Delmål: 1. Undersøke muligheten for økt energiutbytte i biogassanlegg ved bruk av restprodukter (bleikejord, stearin, såpe) fra fiskeoljeindustrien. 2. Vurdere hvordan avfallsstoffer i restproduktene som organiske miljøgifter og annet påvirker muligheten for bruk av slike restprodukt som gjødsel i landbruket, spesielt økologisk landbruk 3. Utarbeide en enkel metode for å vurdere klimaeffekten (reduserte utslipp av drivhusgasser) av gårdsbaserte biogassanlegg med husdyrgjødsel som substrat, basert på en enkel massebalanse for karbon. 4. Utarbeide søknader som følger opp delmål 1, 2 og 3. Bakgrunn Biogass-teknologien er foreløpig lite kjent i Norge, og de fleste av anleggene som er bygd hittil baserer seg på kloakkslam og husholdningsavfall som substrater. Det første anlegget på gårdsnivå og for behandling av husdyrgjødsel ble bygd på Åna kretsfengsel i Rogaland, og nylig er det også bygd anlegg for husdyrgjødsel på Tomb videregående skole i Østfold og på en gård med svineproduksjon i Verdal. I Sverige og Danmark er utviklingen kommet vesentlig lenger på dette området, og spesielt i Danmark er det mange og store fellesanlegg for behandling av husdyrgjødsel. I Sverige går utviklingen nå i retning av å redusere investeringskostnaden for å gjøre også mindre anlegg lønnsomme.årsaker til at utviklingen har gått langsommere i Norge er blant annet at fjernvarmeanlegg er lite utbygget her, at energiprisene er generelt lave, at investeringskostnadene er store og at det derfor bare er store anlegg og anlegg som får betalt for å motta for eksempel matavfall til behandling, som kan vise til lønnsomhet. Det gis investeringstilskudd, men ikke tilskuddtil produksjon av slik energi her i landet. På Tingvoll gard bygges det nå et biogassanlegg som er dimensjonert for ca 35 årskyr. I tillegg bygges det en ny reaktortype som skal testes ut for å se om en kan redusere oppholdstida og derved redusere størrelsen på reaktoren og investeringskostnaden for biogassanlegget. Dette kan bidra til å gjøre gårdsanlegg i Norge mer lønnsomme. For å øke lønnsomheten i anlegg for husdyrgjødsel er det vanlig å ta i mot organisk avfall mot betaling, for eksempel husholdningsavfall eller energirikt avfall fra matindustri. Restprodukter fra matolje er mye brukt, f eks i Danmark (Løes, 2010). I vår region kan det være svært aktuelt å bruke avfall fra fiskeindustrien. Ved produksjon av fiske- og seloljer produseres både stearin, såpe og blekejord med høyt energiinnhold, som har vist seg å øke energiutbyttet betydelig i biogass-

2 prosesser (Løes og Ward 2010; Ward 2010). Ved fiskeoppdrett blir død fisk ensilert, og slikt materiale egner seg også godt for biogass-prosessering. Det kan imidlertid være problematisk at restproduktene inneholder de avfallsstoffene vi ikke ønsker å få med i fiskeoljen. I tillegg til forskningsbehovene for å avgjøre hvordanog hvor mye avfallsprodukter som bør tilsettes i et anlegg for å få optimalt energiutbytte, må det derfor også undersøkes hvordan slik tilsetning kan skje uten å ødelegge bioresten som gjødsel, både i konvensjonelt og økologisk landbruk. I følge St.meld. nr. 39 ( ) mener Regjeringen at 30 prosent av husdyrgjødsla bør gå til biogassproduksjon innen 2020 (kap. 8.5). Dette er en av landbrukets viktigste strategier for å redusere utslippene av klimagasser. Sammenhengen mellom denne gjødselbehandlingen og de faktiske utslippene er imidlertid lite undersøkt i Norge. Hvis biogassbehandling virkelig reduserer landbrukets utslipp av klimagasser er det et godt argument for at samfunnet bør betale bøndene for denne innsatsen, f eks gjennom økt investeringsstøtte eller spesiell støtte til energi produsert på denne måten. En beregning av den mengden karbon som går inn i et biogassanlegg via substratene, og som kommer ut igjen i form av gass og karbon i biorest, vil gi en indikasjon på om denne teknologien virkelig reduserer utslippet av metan fra gjødsellagre. Det er også behov for å undersøke nitrogeninnholdet i gjødsel og biorest og hvordan nitrogenet endrer seg i løpet av prosessen (fra organisk bundet N til ammonium (NH 4 ). FoU-utfordring Prosjektet vil undersøke disse utfordringene, dels for å finne foreløpige svar på viktige problemstillinger, og dels ved å avdekke hvor det er mest relevant å sette inn den videre forskningsinnsatsen. Metoder Delmål 1. Energiutbytte ved bruk av marine restprodukt som tilleggssubstrat Det kjøres laboratorieforsøk med innblanding av ulike deler marine restprodukter til standardisert husdyrgjødsel, og gassutbyttet måles. Disse forsøkene utføres ved Aarhus Universitet sin avdeling for forskning på biogass ved forskningssenter Folum, Tjele i Danmark. Delmål 2. Avfallsstoffer i restproduktene, trygg bruk av biorest som gjødsel i landbruket Eksisterende analyser av aktuelle marine råvarer og restprodukter gjennomgås i samarbeid med Bioforsk Jord og miljø ved Carl Einar Amundsen, og behovet for ytterligere analyser avklares med aktuelle leverandører som G C Rieber og andre. Delmål 3. Registreringsprogram, massebalanse for karbon Utgangssituasjon: På utvalgte steder i Midt-Norge (Tingvoll økologiske forsøksgård, Mære og Skjetlein videregående skoler) måles mengde karbon (C ) og fosfor (P) i fersk gjødsel inkl. urin (ta prøve i overgang fjøs-lager) 4-5 ganger i løpet av året og i omrørt blautgjødsel ved spredning. Sannsynlige karbontap beregnes. Fordeling av tap som CH4 og CO2 beregnes ut fra kjente verdier i forsøk. P-mengden i gjødsla brukes som fast verdi for å sannsynliggjøre størrelsen på C-tapet, da det ikke forekommer gasstap av P. Effekt av biogassbehandling: I aktuelle biogassanlegg (Tingvoll, Verdal, evt. flere) måles mengde karbon i fersk gjødsel og biorest. Hvor mye gjødsel og andre substrat kjøres inn i anlegget per år? Hvordan endres tørrstoffinnhold og innhold av N og C seg i gjødsla i løpet av biogass-prosessen? Hvordan vil nedkjøling før sluttlagring påvirke utslippet av metan? Analyser: TS%, Tot-C, Tot-N, mineralsk N, P, K, ph. På Tingvoll blir det gjort registreringer både i

3 den tradisjonelle reaktoren og i den nye reaktoren. Målingene vil bli brukt til å sannsynliggjøre hvor mye det enkelte anlegg kan bidra til å redusere utslippet av klimagasser. For steder med karbonbalansemålinger der det enda ikke er bygget anlegg (Skjetlein, Mære), vil det være verdifullt å måle massebalansen for C over tid før anlegget etableres. Delmål 4 Utarbeide søknader som følger opp delmål 1-3 Det er en oppgave for prosjektet å utrede behov for og forberede videre FoU-søknader innenfor de tema som er omtalt i delmål 1-3. Prosjektorganisering og faglig kompetanse Prosjektet ledes av Bioforsk Økologisk på Tingvoll. Som nav i nettverket Gårdsgass Midt-Norge, og som faglig bidragsyter til arbeidet ved det regionale senteret for sol- og bioenergi på Tingvoll har vi et godt utgangspunkt for å samarbeide med biogassaktører i regionen. Gjennom flere års arbeid med planlegging og bygging av et biogassanlegg for behandling av husdyrgjødsla på Tingvoll gard i samarbeid med Norsk senter for økologisk landbruk (NORSØK; en stiftelse som forvalter eiendommen Tingvoll gard for å drive FoU innen økologisk landbruk) og kontakt med lokale leverandører av marine restprodukt, har Bioforsk Økologisk god innsikt i gårdsbaserte biogassanlegg, og hvilke særlige utfordringer denne teknologien møter i økologisk landbruk. Prosjektleder Anne-Kristin Løes har sin doktorgrad i planteernæring og jordkjemi, som er faglig svært relevant for problemstillingene vi vil arbeide med her. Bioforsk Økologisk er involvert i flere FoU prosjekt innen temaet biogass og biogassanlegg. Vi vil spesielt nevne Soileffects ( ) hvor NFR og forskningsmidler over jordbruksavtalen har finansiert etableringen av et langvaring forsøksfelt på Tingvoll, der hensikten er å undersøke hvordan biogassbehandling av gjødsel påvirker jorda. Vi har også gjennomført et forskningsprosjekt for å kartlegge innholdet av miljøgifter og sykdomsfremkallende bakterier i biorest (Govasmark jeg skal be om ref). Forskerne ved Bioforsk Økologisk har et betydelig nettverk internasjonalt, også til forskere innen biogass. Bioforsk, spesielt gjennom sin avdeling for Jord og miljø (tidligere Jordforsk) er en betydelig aktør i forskningen på biogass i Norge, blant annet gjennom prosjektet Biogass i landbrukets verdikjede. I det omsøkte prosjektet vil vi spesielt samarbeide med C.E Amundsen i delmål 2. Amundsen har lang erfaring med vurdering av miljøgifter i gjødselmidler bl.a. fra Vitenskapskomiteen. UMB ved John Morken har god kunnskap om teknologi for behandling av husdyrgjødsel, inkludert biogassbehandling, og hvilke effekter ulike teknikker f eks for gjødsellagring og spredning har på utslipp av klimagasser. Morken vil bistå i prosjektets delmål 3. Internasjonalt vil vi samarbeide med Aarhus Universitet om energiutbyttet ved bruk av marine restprodukt i delmål 1. Vi har allerede etablert et godt samarbeid med Dr. Alastair Ward ved AU Foulum om disse problemstillingene, og trenger ressurser til å føre dette videre. Av kommersielle aktører vil vi samarbeide med leverandøren av biogassanlegget på Tingvoll, BioPower Norway AS, blant annet for å kartlegge hvordan nedkjøling av bioresten før sluttlagring vil påvirke utslippet av metan (delmål 3), og med G C Rieber som leverandør av marine restprodukt i delmål 1 og 2. Som nevnt er det etablert et midt-norsk nettverk av aktører som arbeider for å etablere flere

4 gårdsbaserte biogassanlegg i dette området (se oppslag på nettet slutten av mai 2010 lim inn lenke). Enkelte av nettverkets medlemmer er spesielt aktuelle for samarbeid i det omsøkte prosjektet, og/eller avledede prosjekt. Det gjelder spesielt biogassmiljøet på Fosen/Ørland, der Ketil Kvam i Ørland kommune leder forskningsprosjektet Biogass Trøndelag: Helhetlig og lokalt tilpasset design av biogassanlegg ( ). Prosjektet arbeider med mobilisering av lokale leverandører og mottakere av biorest, planlegger håndtering av ulike substrater og styring av prosesser knyttet til substrat og kvalitet på restprodukt. Prosjektet er et samarbeid mellom Ørland kommune, SINTEF og MISA Miljøsystemanalyse. Via dette prosjektet har vi en og innfallsport til SINTEF og MISA, og kontakt vil bli etablert også med NTNU. Som nevnt over er de videregående skolene på Mære og Skjetlein samarbeidspartnere i prosjektets delmål 3 + avledede søknader, og aktive deltakere i nettverket Gårdsgass Midt-Norge. Mære er et kompetansesenter for klima og fornybar energi for landbruksnæringa i Nord-Trøndelag, og ønsker å etablere et biogassanlegg på skolen. Skjetlein har også et Grønt kompetansesenter, der fornybar energi er ett av fem satsingsområder. Senteret skal være et bindeledd spesielt innen Sør-Trøndelag for næringsutvikling og forskningsaktivitet innen naturbruk, landbruk og naturbruksutdanning. Et biogassanlegg er svært ønskelig å etablere også på Skjetlein. Tingvoll, Skjetlein og Mære samarbeider om å drifte nettverket, og sammen dekker disse tre sentrene hele midt-norge mht informasjonsspredning og kontakt med brukere på en svært effektiv måte. Ved utarbeidelse av søknader om hovedprosjekt vil det bli vektlagt at aktører innen regionen engasjeres. Prosjektets strategiske betydning Midt-Norge er en region der landbruket står sterkt, og drives allsidig med en bedre balanse mellom husdyrhold og planteproduksjon enn mange andre steder i landet. Det er også en region der økologisk landbruk står sterkt, med mer økologisk drevet areal enn landsgjennomsnittet. Biogass er et felt med svært stor interesse og raskt økende forskningsaktivitet både nasjonalt og internasjonalt. Det er viktig at vår region deltar aktivt her. Med sterke teknologimiljø i Trøndelag kombinert med godt etablert kompetanse og forskning på økologisk landbruk i Møre og Romsdal ligger det godt til rette for at det omsøkte prosjektet kan bli en viktig drahjelp i denne prosessen. Faglig utbytte av prosjektet I tillegg til søknader om videre prosjekt vil det omsøkte prosjektet utarbeide rapporter i tilknytning til delmål 1 og 2, og et foreløpig måleprogram for delmål 3. Vi vil også legge fram resultater i foredrag og populærvitenskapelige artikler. Resultat fra delmål 1 vil bli brukt i vitenskapelig publisering tilknyttet andre prosjekt. Budsjett Total ramme Innkjøp av tjenester delmål 1: Innkjøp av tjenester delmål 2: Innkjøp av tjenester delmål 3: Prosjektledelse, faglig sammenfatning og utarbeidelse av nye søknader: (analyser Foulum, rapport Ward) (analyser, rapport Amundsen) (Morken, Skjetlein og Mære, Tingvoll) (Bioforsk Økologisk)

5 Finansiering Regionalt forskningsfond: Bioforsk økologisk: GC Rieber Oils: Biopower Norway AS: Norsøk: Referert litteratur Govasmark, E, Stäb, J., Holen, B., Hoornstra, D., Nesbakk, T. & Salkinoja-Salonen, M., Concentration and variation of potentially toxic elements in Norwegian digestate. Submitted: Waste Management October Andre vitenskapelige Govasmark E., Stäb, J., Holen B., Hoornstra D., Salkinoja-Salonen M Biorest en risiko i økologisk landbruk. pp In: Bioforsk fokus. 5 (2). ISBN , ISSN: Govasmark, E Er biorest trygt?. Ny Næring et blad fra det kongelige selskap for Norges vel : 7. Govasmark, E., Stäb, J., Holen, B., Hoornstra, D. & Salkinoja-Salonen, M Contaminants in digestate from household wastes in Norway a fertilizer?. In Book of abstracts 7 th international conference ORBIT 2010 Organic Resources in the Carbon Economy, p 92. ISBN Govasmark, E Matavfall som gjødsel. Økologisk Landbruk (1): Løes, A.-K Eksempler på biogassanlegg. Rapport fra studietur til biogassanlegg i Norge, Sverige og Danmark oktober Bioforsk Rapport Vol. 6, No. 60, Tingvoll. Løes, A.-K & Ward, A. J Biogas with organic manure and fish fat residues a pilot plant. Poster presented at the 3rd Nordic Biogas Congress, Oslo, March 10-11, Ward, A.J Biogas potential of fish wax (stearin) with cattle manure. Report. Department of Biosystems Engineering, University of Aarhus, Research Centre Foulum, Denmark.