Biogass i Meldal og Orkdal

Biogass i Meldal og Orkdal - Forstudie Ragnhild Vognild og Arne Fredrik Lånke BioKom 2008 1

Sammendrag Potensialet for reduksjon av metanutslipp ved biogassproduksjon i landbruket i Meldal og Orkdal tilsvarer anslagsvis 3000 tonn CO 2. Brutto potensial for biogassproduksjon basert på husdyrgjødsel er anslått til 12 GWh, noe som tilsvarer elektrisitetsforbruket til 600 husstander. Energipotensialet i våtorganisk avfall fra husholdninger tilsvarer 2,2 GWh. Det eksisterer ulike logistikkløsninger for et biogassanlegg. Gjødsel kan transporteres inn i bil, med traktor og vogn eller i rør. Rågass kan transporteres i rør og komprimert rågass eller oppgradert gass kan transporteres i rør eller i bil. Biorest kan transporteres ut i bil, samt at flytende biorest kan transporteres ut i rør. Det kan bygges sentrale eller distribuerte bioreaktorer. Hva som er mest gunstig avhenger av lokale forhold, slik som hvordan gass og biorest skal anvendes, transportavstander, høydeforskjeller osv. For de aktuelle områdene i Meldal og Orkdal kommuner er det tatt sikte på å finne de anleggsstørrelsene som gir de laveste produksjonskostnadene for biogass. For produksjon av rågass er minste produksjonskostnad 0,52 kr/kwh ved en brutto anleggstørrelse tilsvarende ca. 1,8 GWh. Dette medfører at de 10 gårdene med laveste transportkostnader per energipotensial inkluderes. Laveste produksjonskostnad for oppgradert biogass er 1,07 kr/kwh ved anleggsstørrelse på 3 GWh. Dersom 35 % investeringsstøtte fra innovasjon Norge inkluderes vil produksjonskostnaden for rågass reduseres til 0,37 kr/kwh. Dette påvirker ikke optimal anleggsstørrelse. Dersom det skjer en verdiskaping i form av økt verdi på gjødsel tilsvarende 10 kr/tonn gjødsel inn i anlegget øker optimal anleggsstørrelse til ca. 2 GWh. Produksjonskostnaden for rågass reduseres da til 0,35 kr/kwh. Dersom verdien av metaninnfanging også tilføres anlegget reduseres produksjonskostnaden til 0,26 kr/kwh. Laveste kostnad for oppgradert biogass dersom inntekter fra gjødsel og CO2 regnes inn vil være 0,67 kr/kwh ved en anleggsstørrelse på 2,8 GWh. Investeringskostnadene for et anlegg for rågassproduksjon tilsvarende 2 GWh er beregnet til NOK 6 mill. Investeringskostnadene for et anlegg på 3 GWh som også inkluderer oppgradering er anslagsvis NOK 11 millioner. Laveste kostnad for rågass uten inntekter fra andre verdikjeder i Orkdal er rundt 0,68 kr/kwh. Inkludert inntekt fra andre verdikjeder reduseres kostnaden til 0,40 kr/kwh for rågass. For oppgradert biogass vil kostnaden være 0,72 kr/kwh gitt betalingsvilje for positiv klimaeffekt og økt gjødselverdi. Basert på resultatene fra modellen kan vi anta at det i Meldal teoretisk sett vil kunne være lønnsomt å levere varme basert på rågass fra et anlegg uten investeringsstøtte og uten inntekter fra andre verdikjeder gitt at ekstra kostnader for infrastruktur og drift (inkludert tap) ikke overstiger rundt 0,20 kr/kwh. Produksjon av elektrisk kraft for leveranse på nett antas å være ulønnsomt, men leveranse direkte til sluttbruker kan være aktuelt spesielt i Meldal. For både Meldal og Orkdal antas det at oppgradert biogass kan leveres til konkurransedyktig pris gitt det gis investeringsstøtte og at gjødsel og klimagassreduksjoner gir verdiskaping, samt at investeringer i fyllestasjon, tap, drift og eventuell tilpasning av sluttbrukerutstyr (dersom dette skal regnes inn) ikke utgjør mer enn rundt 0,15 kr/kwh. 2

Innhold Sammendrag... 2 Innhold... 3 Innledning... 5 Bakgrunn... 5 1 Tilgjengelig biomasse for gassproduksjon... 8 1.1 Husdyrgjødsel... 8 1.1.1 Kjemisk sammensetning... 8 1.1.2 Ressursgrunnlag i Meldal og Orkdal... 9 1.2 Våtorganisk avfall... 10 1.2.1 Ressursgrunnlag i Meldal og Orkdal... 10 1.3 Slakteriavfall... 13 1.4 Energivekster og planterester:... 13 1.4.1 Ressursgrunnlag fra vekster i Meldal og Orkdal... 14 1.5 Kloakkslam... 14 2 Prosess... 15 2.1.1 Kort om mikrobiologi... 15 2.1.2 Biogassprosessen... 15 2.1.3 Fylling... 15 2.1.4 Temperatur og surhetsgrad... 15 2.1.5 Ett-steg og to-stegs prosess... 16 3 Teknologier for biogassproduksjon... 17 3.1 Eksempel på produksjon av biogass fra husdyrgjødsel:... 17 3.2 Klassifisering av anlegg... 17 3.2.1 Substrat (type avfall)... 18 3.2.2 Gjennomstrømning:... 18 3.2.3 Tørrstoffinnhold... 19 3.3 Teknologi for innmating... 19 3.3.1 Diskontinuerlig utråtning (batch-prosesser)... 19 3.3.2 Lagring med kontinuerlig tilførsel:... 19 3.3.3 Reaktor med kontinuerlig tilførsel av substrat.... 19 3.3.4 Etterråtningstank... 20 3.4 Teknologi ved oppgradering av biogass... 21 4 Utnyttelse av biprodukter... 23 4.1 Biorest... 23 4.1.1 Husdyrgjødsel... 23 4.1.2 Slaktavfall... 24 4.1.3 Avfallsslam... 24 5 Logistikk... 25 5.1 Logistikk ved biogassproduksjon i landbruket... 25 5.1.1 Gårdsanlegg med gassproduksjon til eget forbruk... 25 5.1.2 Distribuert biogassproduksjon med sentral oppgradering... 25 5.1.3 Sentral biogassproduksjon... 25 5.1.4 Kombinasjonsløsninger... 25 5.1.5 Logistikk for biorest... 26 6 Økonomi modell for produksjonskostnad... 27 3

6.1 Optimal anleggsstørrelse... 27 6.1.1 Forutsetninger for kostnadsberegningene... 27 6.1.2 Kostnader knyttet til logistikk og lager... 27 6.1.3 Investeringskostnader... 28 6.1.4 Driftskostnader... 28 6.1.5 Virkningsgrad... 28 6.2 Inntekter... 28 6.2.1 Marked for biogass... 29 6.2.2 Biorest... 29 6.2.3 Metaninnfanging og klimakvoter... 29 6.3 Optimalisering... 30 6.3.1 Lønnsomhet ved biogassproduksjon... 32 6.4 Analyse ved logistikk basert på rørtransport... 32 7 Miljø... 33 7.1.1 Reduksjon av klimagassutslipp ved produksjon... 33 7.1.2 Gunstige miljøeffekter ved bruk av biogass... 34 7.1.3 Biorest... 34 7.1.4 Lukt... 34 8 Lovverk... 35 8.1 Krav til biogass- og komposteringsanlegg... 35 8.2 Utstyr og behandlingsstandarder... 36 8.3 Andre relevante forskrifter og forordninger:... 37 9 Konklusjon og anbefalinger... 38 Referanser... 39 Vedlegg 1 Kostnadstall... 41 Gårdsanlegg fra Biowaz:... 41 Prisanslag fra BioTech:... 42 Kostnader på tyske gårdsanlegg... 43 Prissammenligning fra Svensk Studie... 43 Ekstrautgifter for Norske forhold... 46 Kostnader for oppgradering... 46 Vedlegg 2 - Teknologier for matavfall, slambehandling og slaktavfall... 47 Eksempel på teknologi i anlegg... 47 ECOPRO på Verdal... 47 Vedlegg 3: Effekter på utslipp av klimagasser - Eksempel fra Sverige... 48 4

Innledning I regi av Orkdal og Meldal kommuner, samt Orkla landbruk i samarbeid med BioKom og Fylkesmannen i Sør-Trøndelag ble det våren 2008 gjennomført framtidsverksted med tema bioenergi i Meldal og Orkdal. I kjølvannet av dette ble det opprettet en prosjektgruppe som skulle utrede mulighetene for biogass i området gjennom et forprosjekt. Sommeren 2008 ble det gjennomført en kartlegging som gav datagrunnlag for et større forprosjekt. Kartleggingen ble gjort av prosjekt BioKom ved Ragnhild Vognild og Arne Fredrik Lånke og det er trukket veksler på kompetanse hos Fylkesmannen i Sør-Trøndelag og Orkla landbruk. Espen Sveen ved FMST og Atle Wormdal ved Orkla landbruk har vært nøkkelpersoner i arbeidet. Prosjektet ble videreført i form av en forstudie høsten 2008. Formålet har vært å belyse økonomiske faktorer som har betydning ved en eventuell investering i biogassanlegg i Meldal og Orkdal, samt avdekke behov for ytterligere forprosjektering. Forstudien har resultert i denne rapporten. I denne rapporten tar vi for oss ulike former for biomasse i Meldal og Orkdal som kan benyttes til biogass produksjon. Vi foretar en gjennomgang av noen aktuelle teknologier for produksjon av biogass. Hovedformålet med forstudien er å anslå kostnadene for å produsere biogass i Meldal og Orkdal, samt å avdekke hvilke anleggsstørrelser som kan være aktuelle. Hvilke miljø og sikkerhetshensyn som er nødvendig å ta, samt hvilke lover og regler en må forholde seg til blir også belyst. Bakgrunn Biogass er en ressurs som i svært liten grad blir benyttet i Norge i dag. Biogass kan produseres fra blant annet husdyrgjødsel, og gassen består av 60-70 % av metan. Metan er hovedbestanddel i naturgass. En oppgradert biogass er en fornybar energi som kan benyttes til de samme formål som naturgass. Biogass kan dermed begrense eller erstatte bruken av fossil energi. Biogass dannes naturlig fra gjødsel under anaerobe forhold, og store mengder dannes derfor under tradisjonell lagring av husdyrgjødsel. Dersom gjødsel behandles med tanke på biogassproduksjon vil mengden metan som lekker til atmosfæren reduseres. Metan er en klimagass som bidrar til global oppvarming og regnes for å ha 21 ganger sterkere drivhuseffekt enn CO2 (IPCC), så innfanging og anvendelse av biogassen gir en viktig miljøgevinst. Av metanutslippet fra landbruket kommer mesteparten fra husdyr, i 1997 var 86 % av metanutslippet fra landbruket i Norge fra husdyr (Flugsrud 2000). 5

Fig1: Fordeling av metanutslipp i Norge (SFT 2006) Om vi går ut ifra at 86 % av metanutslippet fra landbruket i Meldal og Orkdal kommer fra husdyr, utgjør dette 719 tonn metan i 2006, se tabell 1. Mengden metan i biogass varierer, men det er vanlig å anta at det i gjennomsnitt er rundt 60 % metan i biogass (Hanssen 1985). Totalt klimagassutslipp, CO2 ekvivalent (tonn) Meldal Orkdal 33 000 282 000 Totalt metan (tonn) 608 646 Tonn klimagassutslipp fra landbruket, CO2 ekvivalent 16 000 17 000 Metan fra 439 397 landbruket Metan fra husdyr 377.5 341.4 Tabell 1: Utslipp av klimagasser fra Meldal og Orkdal totalt, fra landbruket og fra husdyr. Tall hentet fra SSB tabell 03550: Utslipp til luft. Klimagasser, etter kilde (K). 2008. Det er gjort lite forskning på hvor mye metan man sparer atmosfæren for ved å fange opp metan ved biogass produksjon. Firmaet Biowaz som er en leverandør av små biogassanlegg anslår at den enkelte bonde vil kunne redusere egne utslipp med 30-50 %, men dette er ikke dokumentert. Gitt at hver bonde får sitt utslipp redusert med 20 % innebærer dette at meldal og Orkdal kan spare atmosfæren for 140 tonn Metan, eller ekvivalent til bortimot 3000 tonn CO 2. Verdien av denne besparelsen vil med en kvotepris på kr 200,- være kr 600 000,-. I tillegg kommer besparelsen som følger av at man erstatter fossile brensler med klimnøytral biogass. Denne vil 6

være avhengig av hva biogassen benyttes til. 10 GWh biogass vil ved erstatning av el og olje til oppvarming spare klimaet for mellom 3000 og 10000 tonn CO 2. 7

1 Tilgjengelig biomasse for gassproduksjon Biogass kan produseres fra en mengde ulike råstoffer. I dette kapittelet vil de ulike råstoffene og deres energipotensial bli presentert. Det vil bli lagt spesielt vekt på biogassressurser som er tilgjengelig i Meldal og Orkdal og det vil bli anslått hvor mye som er tilgjengelig av hvert råstoff i de to kommunene, hvilket gassutbytte de kan gi og kostnader knyttet til transport inn til anlegg. 1.1 Husdyrgjødsel Husdyrgjødsel har relativt lavt biogassinnhold i forhold til energiplanter og slakteavfall. En grunn til dette er at husdyrgjødsla inneholder tungt nedbrytbart materiale som flis, strø og halmstrå, i tillegg til vann. Samtidig har dyra selv har tatt ut en god del av energien fra maten i fordøyelsesprosessen (Angelidaki i Briseid 2007). Mengden biogass en kan få ut av gjødsla avhenger av faktorer som type dyr gjødsla stammer fra, fór dyret har fått og størrelse på dyr. Det finnes sprikende tall på mengde gass en får produsert pr enhet husdyrgjødsel. Talla vi bruker varierer fra 16.8 m3 gass pr tonn gjødsel (fra gris) til 73.4 m3 gass pr tonn gjødsel (fra fjerfe). Talla er henta fra rapporten biogass i Hordaland og justert av Jon Fredrik Hansen ved Universitetet for teknologi og biovitenskap. Tabellen for gasspotensial fra ulike typer gjødsel finnes i vedlegg 1. 1.1.1 Kjemisk sammensetning Lavt biogasspotensial til tross, så egner husdyrgjødsla seg meget godt til biogassproduksjon. Om gjødsla blandes med andre, tørrere råstoffer fungerer gjødsla somt et vannbasert løsemiddel. Ved å blande gjødsla med andre substrater kan en også øke gassproduksjonen betraktelig. Det optimale blandingsforholdet er vanskelig å anslå. Dette fordi substratet kan inneholde ulike mengder protein (spesielt substrater med animalsk opprinnelse) som avgir ammonium under prosessen. For høy ammoniumkonsentrasjon gjør metanprosessen inhibitert. Samtidig kan substratet som blandes inn med gjødsel ha lav ph-verdi (som ensilert fiskeavfall og autoklavert industriavfall). Da må mengden begrenses slik at ph-verdien i reaktoren blir høyere. Forsøk viser at selv blandingsforhold med 20 % autoklavert matavfall i husdyrgjødsel endrer ph-verdien mye. Mengden må da begrenses slik at ph-verdien i reaktoren blir høyere. Jon Morken har gjort forsøk med autoklavert matavfall med ph 4,2 i husdyrgjødsel. Resultatet viste at selv 20 % innblanding endret ph-verdien mye, selv om ph verdien ble justert. Andre substrater har andre optimumer. Resultater fra Tyskland viser man kan blande inn store mengder vegetabilsk avfall før man når et optimum (pers. kom Jon Morken 22. oktober 2008). Gjødsel har også høg bufferkapasitet som sikrer mot problemer som skyldes fall i ph pga organiske syrer. De mange næringsstoffene som finnes i gjødsla er nødvendige for en optimal bakterievekst. Husdyrgjødselens biorest er også lett å akseptere som gjødsel i landbruket (Briseid et. al. 2007). 8

1.1.2 Ressursgrunnlag i Meldal og Orkdal I Meldal og Orkdal ble det sommeren 2008 foretatt en kartlegging av mengden biogass i de to kommunene. Videre ble det foretatt geografiske analyser for å finne områder med høg konsentrasjon av biogass. Analysen kan anvendes til å finne gode beliggenheter for potensielle anlegg i stor skala. Det er tydelig stor konsentrasjon rundt Vormstad i Orkdal og ved Meldal sentrum i Meldal (figur 1).. Figur 2: Kart som illustrerer distribusjonen av biogasspotensial fra gjødsel i Meldal og Orkdal. Kilde: Fylkesmannen i Sør Trøndelag 2008. I Meldal og Orkdal produseres det mer enn 95 000 tonn gjødsel per år, noe som kan gi over 2 millioner m 3 med biogass eller 12 GWh energi. Denne energimengden tilsvarer elektrisitetsforbruket til 600 husstander. Husdyrgjødsel er dyrt å frakte, da det inneholder store mengder vann. Det er derfor lurt å planlegge produksjonen av biogass slik at man får minst mulig transportavstand. I våre tall på mengde som må fraktes er det i tillegg til gjødselsvolumet inkludert 10 % til spillvann og strø 9

etc. Disse talla er henta fra Norturas regneark for lagerbehov for gjødsel. 1 Om man beslutter å investere i et stort sentralisert anlegg, må det foretaes grundige analyser av mengde gjødsel transportert og avstanden det skal fraktes. Om det blir investert i mindre gardsanlegg, så er ikke fraktkostnader like relevant, men man er da avhengige av at gassen lar seg utnytte ved garden eller i umiddelbar nærhet. 1.2 Våtorganisk avfall I følge SFT er våtorganisk avfall blant de mest problematiske avfallsfraksjonene i det ordinære avfallssystemet. Våtorganisk avfall er avfall fra næringsmiddelindustrien og matavfall fra hus- og storhusholdninger. Deponering av våtorganisk avfall forårsaker utslipp av klimagassen metan, utslipp av næringssalter gjennom sigevann, nærmiljøproblemer i form av lukt og økende bestander av fugler og rotter. I 2006 ble det produsert 1 200 000 tonn våtorganisk avfall i Norge. Husholdningene og industrien utgjorde i 2005 utgjorde 41 prosent hver av dette (KILDE). Våtorganisk avfall kan bli et viktig råstoff til biogass produksjon. Det har et høyt energiinnhold, noe som gir mye gass. Gassutbyttet varierer da det kommer an på hvilken type mat som blir anvendt. Briseid et al (2007) anslår at en kan produsere 21 700 kwh fra 1 tonn våtorganisk avfall fra husholdninger, og 2 500 kwh fra våtorganisk avfall fra næringer. Ved anvendelse av matavfall settes det høye krav til hygenisering og forbehandling. Det må varmebehandles over tid. Matavfallet må også kuttes opp eller knuses før det føres inn i reaktoren. Om man velger å bruke våtorganisk avfall til biogass produksjon må man velge teknologier som er beregnet på dette. 1.2.1 Ressursgrunnlag i Meldal og Orkdal Husholdningavfall pr innbygger i Sør Trøndelag er 409 kg pr år 2, og i gjennomsnitt er omtrent 30 % av husholdningsavfall er våtorganisk avfall (se figur 2). En innbygger i Meldal og Orkdal produserer da omtrent 122,7 kilo våtorganisk avfall. Antall innbyggere i de to kommunene var pr 1.1.2008 14889 personer. Dette vil si at våtorganisk avfall fra husholdninger utgjør omtrent 1 817 tonn pr år. Energipotensialet fra denne avfallsmengden tilsvarer rundt 2,2 GWh. 1 http://medlem.nortura.no/getfile.php/nortura%20medlem/medlem.gilde.no/filer/lager_husgyrgjodsel_og_surfo r_ny.xls 25.09.2008 2 http://www.ssb.no/emner/01/05/10/avfkomm/tab-2008-06-20-01.html 24 sept 2008 10

% fordeling av husholdningsavfall fra avfallsanalyse 2005 1 % 9 % 1 % 2 % 6 % 4 % 30 % 9 % 38 % Papp/papir Plast Våtorganisk Tekstiler Glass Metaller Farlig avfall/ee-avfall Brennbart Ikke brennbart Figur 3: Fordeling av husholdningsavfall 2005. Kilde: Renovasjonsetaten, Evy Nordbraaten, pers kom 02.10.08 Den geografiske spredningen av våtorganisk avfall som er vist i figur 3 viser tydelig at det er mer konsentrasjoner i noen områder enn andre. 11

Figur 4: Kart over kilo våtorganisk avfall fra husholdninger per grunnkrets i Meldal og Orkdal i 2005. Kilde: Fylkesmannen i Sør Trøndelag.. I Meldal og Orkdal er det per i dag ingen praksis i å kildesortere det våtorganiske avfallet (papir, plast, papp og kartong blir resirkulert). Restavfall fra husholdninger i Meldal og Orkdal går til energigjenvinning i Heimdal varmesentral, og deponeres ikke. Det vil si at en allerede henter ut energi fra det våtorganiske avfallet i Meldal og Orkdal. Når våtorganisk avfall brukes til varmeproduksjon i Heimdal Varmesentral gir 1 tonn våtorganisk avfall ca 1000 kwh, mens ett tonn blandet restavfall gir omtrent 2500 kwh (pers. kom Tove Kristensen, Fjernvarme, Trondheim Energi 07.10.2008). Om det våtorganiske avfallet heller ble brukt til biogassproduksjon ville energiutbyttet fra avfallet øke. Det er ikke usannsynlig at klimaregnskapet ved å utnytte avfallet til lokal produksjon av biogass vil kunne være bedre enn regnskapet ved å sende usortert avfall til avfallsforbrenning, men vi har ikke gjort noen beregninger knyttet til dette. Vi registrerer imidlertid at det jobbes med problematikken på flere hold. Lyse Energi har mottat støtte fra SLF til en modell for klimaregnskap ved biogassproduksjon. 12

I tillegg til avfall fra husholdninger finnes det store mengder våtorganisk avfall fra industri og næring. Det er ikke foretatt noen kartlegging eller utregning over ressursgrunnlaget på dette i Meldal og Orkdal per i dag. Våtorganisk avfall blir fraktet over store avstander i dag, så det er mulig å oppnå kostnadsreduksjoner ved lokal behandling. Imidlertid vil økte krav til kildesortering ha samfunnsøkonomiske kostnader. Det er ikke gjort noen beregninger knyttet til dette i denne forstudien.. 1.3 Slakteriavfall Slaktavfall inneholder mye energi og kan gi store mengder biogass om det blir brukt som input i en reaktor. Fra slaktavfall kan man produsere opptil 4 800 kwh per tonn, mens storfegjødsel kan potensial beregnes til 140 kwh per tonn (tabell s 23 i Briseid 2007). Det er ikke slakteri i Meldal og Orkdal. Men de har sesongbetont tilgang til elgskrotter fra elgjakta. Behandling av skrottene er et problem for kommunene i dag, og de blir ofte liggende igjen i skogen. Dette er en ressurs som kan benyttes til biogass. Antatt årlig mengde i Orkdal og Meldal er omtrent 16 000 kg slaktavfall som blir liggende i skogen. Potensiell energimengde i form av biogass er i størrelsesorden 20 000-100 000 kwh som tilsvarer elforbruket til en til fire husholdninger. Det vil ikke være regningssvarende å samle inn denne type avfall med mindre det utgjør et stort avfallsproblem. 1.4 Energivekster og planterester: Energivekster er planter som dyrkes med tanke på å nyttes til energiformål. Å blande energivekster med husdyrgjødsel er vanlig for å oppnå effektiv og lønnsom i biogassproduksjon i land med gunstge støtteordninger for fornyba el. I Tyskland nyttes blant annet helsæd av vinterrug og ensilert fórmais som energivekster til biogassproduksjon på grunn av lave produksjonskostnader og gunstig kjemisk sammensetning (Sørby et al 2007). Vekst Gassutbytte, Nm3 metan daa-1 år-1 Grønnfôrvekster 150-510 Energimais 500-750 Grasarter 300-575 Flerårig raigras 575 Raisvingel 520 Engrapp 400 Tabell 2. Gassutbytte fra ulike energivekster, målt i Nm3 metan per dekar (Anon. 2005b). 13

I en tysk undersøkelse varierte gassutbyttet, målt i laboratorium, av ensilert mais fra 335 til 360 liter metan per kg tørrstoff ( Anon. 2005a). Det var ikke entydig sammenheng med utviklingsstadium. I andre forsøk i Tyskland varierte gassutbyttet av ensilert mais fra 250 til 360 liter metan per kg tørrstoff (Anon. 2005b). Om lag tilsvarende variasjonsbredde ble funnet for ulike grasarter, fra 234 til 367 liter metan. For grønnfôrvekster var spennet større, 282 til 438 liter metan per kg tørrstoff. (Sørby et al 2007) 1.4.1 Ressursgrunnlag fra vekster i Meldal og Orkdal I Meldal og Orkdal blir det ikke produsert energivekster. Planterester som er tilgjengelig i kommunene er ødelagte rundballer, rester fra potetåker, plengress og lignende. Potensialet er ikke kartlagt her, men det bør undersøkes hvorvidt det kan være lønnsomt å benytte energivekster eller planterester i biogassproduksjon. Det kan stilles spørsmål rundt de etiske sidene ved å dyrke energivekster på matjord. Vi går ikke nærmere inn på dette her. 1.5 Kloakkslam Kloakkslam har et relativt høgt biogasspotensial, mellom 310 740 liter biogass per kilo VS (Phillipine experience, 1978). Kloakkslam er et mer problematisk substrat enn de øvrige, ikke minst med hensyn til å utnytte bioresten. Vi har valgt å ikke inkludere kloakkslam i denne forstudien. 14

2 Prosess 2.1.1 Kort om mikrobiologi Biogass dannes når organisk materiale brytes ned i et oksygenfritt, anaerobt, miljø. Denne prosessen skjer naturlig i mange oksygenfattige miljø, som i fordøyelsessystemet til kyr, på rismarker og på søppelfyllinger. Den samme naturlige prosessen blir benyttet i biogassproduksjon hvor komplekse organiske materialer som fett, proteiner og karbohydrater blir pumpet inn eller plassert i luft tette beholdere. Resultatet blir biogass, som består hovedsakelig av metan, CO 2 og mindre mengder hydrogensulfid og ammoniakk (Briseid 2007) og en næringsrik organisk substans (biorest). 2.1.2 Biogassprosessen Biogassprosessen kan deles inn i tre steg. Første steg (hydrolysetrinnet) innebærer at mikroorganismer ved hjelp av enzymer bryter ned komplekse organisk sammensetninger til enklere sammensetninger som sukker og aminosyrer. En rekke produkter dannes i neste steg (syretrinnet), som alkoholer, fett/evt smørsyrer og hydrogengass. Metan tar form i det siste steget (metantrinnet) ved hjelp av en unik gruppe mikroorganismer (metanogener). Disse har spesielle krav til miljø, de vokser sakte og dør om de kommer i kontakt med oksygen. De trenger også tilgang til spesielle vitaminer, og er svært sensitive overfor raske temperaturendringer og endringer i ph verdi (Swedish Gas Center et al 2008). 2.1.3 Fylling Å produsere biogass er en biologisk prosess som tar tid. I hvilken rate en kan fylle inn organisk materiale varierer avhengig av hvilket materiale en benytter seg av. Fyllingen betegnes ofte som organisk fyllrate (Organic Loading Rate (OLR)), for eksempel 2 kg orgnaisk materiale pr reaktorkubikkmeter pr dag. Normalt kan 0,5 til 1 m 3 biogass produseres fra hver kilo organisk materiale, avhengig av hvilket material man benytter. I en bioreaktor vil husdyrgjødsel produsere omtrent 1m 3 biogass pr kubikkmeter reaktorvolum pr dag, mens andre mer energiinnholdende råvarer som planterester og matavfall kan produsere 2 til 3 m 3 biogass pr dag pr kubikkmeter reaktorvolum (Swedish Gas Center et al 2008). 2.1.4 Temperatur og surhetsgrad Hvor fort prosessen går avhenger av temperaturen, og i kontrollerte utråtningsanlegg tilføres det ofte varme for å øke yteevnen til prosessen. Det er vanlig å operere med to optimale temperaturområder for biogassproduksjon avhengig av valg av prosess: mesofilt (30-38 C) og termofilt (50 60 C). Det finnes også teknologier som bedriver forråtnelsesprosessen i det psykofile temperaturområdet (<20 C). Under 15 C går prosessen svært sakte, slik at det ikke er lønnsomt å drive biogassproduskjon. Siden det er kaldt i Norge må det tilføres energi til å varme opp råstoffet. Generelt går prosessen raskere ved høyere temperaturer, samt at man får et større gassutbytte (Asplan Viak 2002). Som nevnt er metandannende mikroorganismer ømfintlige for temperaturendringer, og i termofile prosesser bør ikke endringene være større enn 0,5 C pr time. Metandannende mikroorganismer er også følsomme for endringer i ph. Overvåkning av ph er 15

nødvendig. Kommer phen under 6,2 hemmer det metandannerne (Habermehl i Asplan Viak 2002). 2.1.5 Ett-steg og to-stegs prosess Det vanligste er at alle nedbrytingsprosessene foregår i samme kammer, dette kalles ett-stegs prosess. I en to stags prosess skjer hydrolysetrinnet og syredannelsen i et kammer, mens metandannelsen skjer i et annet kammer spesielt laget for metanproduksjon. Metankammeret kan for eksempel være designet som et anaerobt filter med innebygd materiale hvor metanbakterien kan feste seg og vokse bedre. Dette kan resultere i biogass med opptil 85 % metaninnhold (Swedish Gas Center 2008). 16

3 Teknologier for biogassproduksjon Det finnes en rekke ulike teknologier for å produksjon av biogass. Teknologivalg avhenger eksempelvis av hvilke råstoff en benytter seg av, i hvilken skala en skal produsere og hvordan en ønsker å legge opp produksjonen. Det er likevel mange fellestrekk mellom ulike biogassteknologier, og det er noen teknologier er mer anvendt enn andre. I dette kapittelet gjennomgås innledningsvis de grunnleggende prinsippene ved produksjon av biogass, deretter gjennomgås noen ulike former for klassifisering av teknologier for biogassproduksjon. 3.1 Eksempel på produksjon av biogass fra husdyrgjødsel: Fig.5: Skjematisk framstilling av biogassanlegg. Kilde: John Morken, pers. kom. 22 oktober 2008. Forklaring til figuren: Rå gjødsel mates inn i reaktoren (brunt rør), og biogass taes ut av reaktoren (oransje rør), etter opphold i reaktoren på optill 30 dager pumpes gjødsla i beholderen for behandlet gjødsel. Biogassproduksjonen er ikke helt over, så også her kan man ta ut biogass (oransje rør). Biogassen føres i dette tilfellet inn i en gassmotor og fyrkjel. Det produseres varme og el. Noe av varmen føres tilbake til reaktoren. 3.2 Klassifisering av anlegg Biogassanlegg kan klassifiseres på ulike måter. Ohr et al (2002) klassifiserer biogassanlegg med de ulike variablene nevnt nedenfor: 17

Substrat (avfallstype): avfallsslam, kildesortert organisk avfall, blandet husholdningsavfall, industriavfall, industriavløp, gjødsel eller blandinger av disse (kofermentering). Antall Prosesstrinn: ett-trinns eller to-trinns Gjennomstrømning: Plug Flow eller Totalomblandet system Temperatur: Mesofilt eller termofilt temperaturområde Tørrstoffinnhold: Tørre, halvtørre eller våte substrater. Før man ender opp med et anlegg må man ta stilling til alle disse valgmulighetene. Substrat tilgjengelig for biogass produksjon vil være med på å bestemme de ulike egenskapene til biogassanlegget. 3.2.1 Substrat (type avfall) Hvilke input en velger å benytte i reaktoren vil i stor grad legge føring på valg av teknologier. I Meldal og Orkdal er det som vist mange ulike råstoffer tilgjengelig som kan brukes til biogass produksjon. Husdyrgjødsel, matavfall, slam, etc. kan alt benyttes i reaktoren. Om man benytter seg av for eksempel slakteriavfall, trenger man ekstrautstyr som hygieniserer substratet. 3.2.2 Gjennomstrømning: Plug-flow: Dette er lange tanker (vanligvis 5 ganger lengre enn den er bred) hvor massen blir matet inn fra en side og presses bortover til den andre siden av ny masse som mates inn. Tanken trenger ingen innvendig agitasjon. Systemet kan ta imot tjukk masse med 11 til 14 % total solids. Hele tanken er lufttett, men er ordnet slik at materialet likevel slipes ut etter det har beveget seg igjennom hele tanken. Dette tar vanligvis fra 15 til 20 dager. Plug-flow tanker kan håndtere både Termofilt og Mesofilt temperaturnivå. Biogass produsert i reaktoren kan bli brukt til å varme reaktoren og drive motorer. Varme kan også hentes fra generatoren og brukes til oppvarming på gården. 3 Totalomblandet system: Dette er en lufttett stål eller sement tank som produserer biogass fra ulike typer substrat med 3 10 % total solids. Tanken blir oppvarmet og en blander/mixer holder konstant bevegelse i tanken. Dette har høyere driftskostnader enn plug-flow systemet, men krever mindre landområde (EPA 1997). Karakteristika Totalomblandet system Plug Flow Fermenterings beholder Rund/firkantet tank på eller Rektangulær tank i bakken nedgravd i bakken Grad av teknologi Medium Lav Oppvarming Ja Ja Total Solids 3 10 % 11 14 % Dager i tank 15 + 15 + Optimal lokalisering Alle klima Alle klima Tekstur på substrat Grov grov Gårdstype Melk, girs Melk, gris Tabell 3: Oversikt over karakteristika til plug-flow og totalomblandet system. (Kilde: EPA 1997). 3 http://www.biogas.psu.edu/plugflow.html tilgjengelig 30 september 2008 18

Det finnes andre teknologier for fermenteringsprosessen som tildekt lagune og Fixed Film, men begge disse er beregnet på tempererte og varmt klima, og er derfor utelatt her da de er lite aktuelle i Meldal og Orkdal. 3.2.3 Tørrstoffinnhold Andel tørrstoff i substratet legger føring på valg av teknologi i reaktoren. Tørre substrater: Disse substratene har et tørrstoffinnhold mellom 25 og 30 % og er aktuelt for prosesser som behandler matavfall og energivekster (Sørby et al 2007). Perkolasjonsprosess behandler avfall som i utgangspunktet har et høyt tørrstoffinnhold og en porøs struktur. Vann perkolerer/vaskes gjennom materialet. Her skjer det delvis en hydrolyse, og de vannløslige hydrolyseproduktene føres til en biogass reaktortank hvor resten av prosessen skjer. Halvtørre substrater: Våte substrater: har tørrstoffinnhold må 10 15 % og substratet skal være pumpbart og inneholde minst mulig fremmedlegemer som kan sette seg fast i pumper og rør. 3.3 Teknologi for innmating Det er ulike måter å foreta innmating av substrat til reaktor. Hvilken metode man velger er igjen avhengig av blant annet råstoff. Morken et al (2005) som gjennomførte et forprosjekt på Holm gård, delte inn prosessene i 3 typer etter logistikk for innmating, utmating og oppholdstid: 3.3.1 Diskontinuerlig utråtning (batch-prosesser) Biomassen fylles på en reaktor hvor det er minst 10 % nesten ferdig utråtnet materiale. Det blåses inn luft noen dager for å få en aerob kompostering som hydrolyserer substratet samtidig som det får en temperaturøkning. Deretter får substratet anaerob behandling i noen uker, før ca 90 % av utråtet materiale fjernes og prosessen gjentas. En har gjerne flere reaktorer som starter til ulik tid. Gjødsel med mye halm eller flis egner seg godt, da man kan variere oppholdstiden etter innholdet. 3.3.2 Lagring med kontinuerlig tilførsel: Reaktoren er en batch reaktor som samtidig fungerer som en gjødselsbinge. Der tilføres gjødsla etter hvert som den blir produsert og tømmes når det er behov for gjødsel. Om vinter ledes overskuddet til en etterutråtningstank, gjerne med en plastpose over. Disse anleggene er billige og bonden kan lett gjøre det selv. 3.3.3 Reaktor med kontinuerlig tilførsel av substrat. Dette er den mest utbredte metoden. Reaktoren har et konstant volum som mates et par ganger daglig eller kontinuerlig (Briseid 2007). 19

3.3.4 Etterråtningstank Bioreaktoren henter ikke ut hele biogasspotensialet. Det kan være aktuelt med etteråtningstanker, spesielt i større anlegg. Dette medfører økte investeringskostnader, så det må gjøres en økonomisk analyse mht lønnsomhet. Det er også viktig å fange metan som dannes i lager for biorest. 20

3.4 Teknologi ved oppgradering av biogass Skal biogassen anvendes til biodrivstoff eller føres inn på nettverk for naturgass må gassen renses og oppgraderes. For at det skal være lønnsomt å oppgradere biogass til drivstoff bør det være en gassflyt på mer enn 200 m3/time (Persson 2003). Dette krever enten gass fra store biogassanlegg eller at mange gårdsanlegg kobles sammen via et lokalt gassnett. Da skilles karbondioksid ut og metan og energiinnholdet høyner. For at gassen ikke skal være skadelig for bilen så avvannes og avsvovles. Tabell 3 viser normalverdien for biogass og biometan. Biogass Biometan Metan (vol. %) 64 97 Koldioxid (vol. %) 33 1,5 Kvave (vol. %) 1 1,5 Svavelväte (vol. %) 0,1 0 Vatten (vol. %) 3 0 Tabell 4: Normalverdien for biogass. (Kilde: LRF et. al.) Biogass som skal anvendes i kjøretøy må i Sverige oppfylle kravene nedenfor: Clean particles < 1 µm Vann < 32 mg/nm3 svovel < 23 mg/nm3 Oksygen < 1 vol % Upgrade methane ~ 97 % Same standard used for injection into gas grid Add about 8 % propane95, demand on water can be less strict Boks1: Krav til biogass i svenske kjøretøy. (Kilde: http://www.ramiran.net/doc07/biogas%20iii/margareta_persson.pdf 2007) 21

Svensk Gassteknisk Senter utførte en studie i 2003, hvor de så på investeringskostnadene for 16 oppgraderingsanlegg, der kompressor og bygging ikke er inkludert i kostnadene. Resultatet er gjengitt i vedlegg 1. Investeringene ble gjort i mellom 1996 og 2006, tallene er ikke justert for dette. 22

4 Utnyttelse av biprodukter Ved produksjon av biogass produseres det biprodukter som også kan anvendes til ulike formål. Disse biproduktene kan være varme og biorest. Mht varme forutsetter vi at utnyttelse av varmeoverskudd vil avhenge av valg av løsning for sluttbruk av gassen. Vi ser bort fra dette i forstudien. Her tar vi for oss bioresten og mulig kvalitet og verdi på denne. 4.1 Biorest Når biogassen er produsert vil det være igjen en biorest. Denne kan anvendes til blant annet gjødsel, mat til kjæledyr eller pellets. Ulike input vil gi ulik kvalitet på bioresten og generelt blir bioresten preget av råvarene for prosessen. Her vil vi se nærmere på hvilke kvaliteter bioreseter fra ulike inputs har. Varme og CO2 er også biprodukt som kan brukes. Generelt gir biorest av en input som er blandet av ulike substrater (husdyrgjødsel og matavfall for eksempel) en mer næringsrik biorest enn en biorest kun basert på husdyrgjødsel, og gassutbyttet øker også betraktelig. Hvilket blandingsforhold som er optimalt kommer an på hvilke input man bruker og på kvaliteten av de ulike inputene. For å få nøyaktige verdier av næringsinnhold i biorest, må det jevnlig taes prøver av bioresten. 4.1.1 Husdyrgjødsel Når råvarene er husdyrgjødsel, blir bioresten en tynnere blautgjødsel på tørrstoffbasis med omtrent uforandret konsentrasjon på volumbasis. Forskjellen i konsistens er tilsvarende blautgjødsel og gylle, mens konsentrasjonen er uforandret. Den største fordelen med gylle er at den kan spres gjennom gylleanlegg, slangespredere, gjødslingsmaskin og liknende. En kan derfor regne med at mye utstyr som er i bruk i dag kan anvendes til å spre bioresten fra biogassproduksjon som gjødsel (pers. kom. Trond Haraldsen, Bioforsk, 23.09.2008). Danske erfaringer med utråtning fra gylle fra kveg og svin viser at nitrogenet er mer tilgjengelig for plantevekst etter utråtning (Landbrukets Rådgivningssenter 2002 i Ohr et al 2002). Grunnene til dette er blant annet at mer organisk bundet nitrogen er omgjort til ammonium, pluss at lavere viskositet i utråtnet gylle gjør at gjødsla lettere renner av bladverk og bedre trenger ned i jordmonnet. Der er derimot større fare for nitrogentap ved utråtnet gylle, noe som krever tapsreduserende tiltak som dekking av tank etc (Ohr et al 2002). Å skyte gjødsla ned i jorda er en gjødselspredningsmetode som begrenser nitrogentap fra jorda (pers. kom. BioTech 15.08.2008). Felleskjøpet selger mange typer gjødsel. Næringsinnholdet varierer. Tabell 4 viser spennet i næringsinnhold av fullgjødsel som felleskjøpet tilbyr. Nitrogen Forsfor kalium Innhold % fra til 6 25 % 2 5 % 6 20 % Gjennomsnitt 17.6 % 3.6 % 3.7 % Tabell 4: Tall hentet fra Felleskjøpets prisliste fra 1. juli 2008 til 30. september 2008. Pris på fullgjødsel varierer fra 425 til 595 pr 100 kilo.. Termintillegget nå i september er 6 øre. Prisene for N-gjødsel er justert pr 1.sept. 23

4.1.2 Slaktavfall Slakteriavfall egner seg godt til utråtning, og gir et sluttprodukt som er konsentrert på nitrogen og fosfor enn når for eksempel matavfall utråtnes alene. Regelverket for bruk som gjødsel får fram av biproduktsforordningen. 4.1.3 Avfallsslam Når avløpsslam er en av råvarene i biogassprosessen, blir sluttproduktet preget av fellingskjemikaliene i avløpsslammet og produktet får de samme egenskaper og bruksbegrensninger som avløpsslam. 24

5 Logistikk Gode logistikkløsninger rundt biogassproduksjon er avgjørende for å få til optimal drift av anlegg. I dette kapitelet vil vi gå igjennom noen logistikkløsninger som kan være aktuelle for Meldal og Orkdal. Det finnes utallige måter å gjøre dette på. Input, størrelse på anlegg, nærhet til marked for både biogass men også biorest, bruk av biorest, transportkostnader er alle faktorer som bør spille inn på valg av logistikkløsninger. 5.1 Logistikk ved biogassproduksjon i landbruket Mulighetene for logistikk er mange og optimal løsning vil variere fra sted til sted, dels avhengig av avstander, topografi og eksisterende infrastruktur. Vi beskriver her noen mulige løsninger. 5.1.1 Gårdsanlegg med gassproduksjon til eget forbruk. Denne type løsning krever at den enkelte gårdbruker selv investerer i biogassanlegg. Her kan for eksempel anlegg fra Biowas være aktuelt. I dag finnes det noen slike anlegg i Norge, og flere er under utarbeidelse. I Sverige er dette veldig utbredt. Bønder bruker gassen til å dekke eget energibehov, og selger overskuddsenergien til andre. Bioresten blir også benyttet som gjødsel på eget spredeareal, eller selges. 5.1.2 Distribuert biogassproduksjon med sentral oppgradering Biogassproduksjonene skjer i flere reaktorer på eller med nærhet til gårdene og rågassen transporteres, fortrinnsvis i rør, inn til en større sluttbruker eller et sentralt oppgraderingsanlegg. Rågasstransport på bil medfører behov for komprimering noe som øker kostnadene betraktelig. Eksempel 1: Brålanda i Sverige I Brålanda i Sverige har flere småskala produsenter av biogass har gått sammen i en bedrift, hvor målet er at hver enkelt bonde produserer biogass på egen gård. Et samvirke eller lignende investerer i rørledninger og infrastruktur til gasstransport til et oppgraderingsanlegg. Dette gir mulighet til å dra nytte av stordriftsfordeler, mens en samtidig beholder fleksibiliteten småskaladrift har. I Sverige er markedet for biogass som drivstoff mye større enn i Norge, 5.1.3 Sentral biogassproduksjon Gjødsel transporteres til bioreaktorer plassert i et sentralt anlegg. Gjødsel kan transporteres med bil eller i noen tilfeller i rør. Biorest må da transporteres ut. 5.1.4 Kombinasjonsløsninger Mht sentrale biogassanlegg tilknyttet flere gårder er det mulig at kombinasjonsløsninger kan være aktuelle. Noe gjødsel transporteres inn med bil, noe med rør til sentral eller distribuert biogassreaktor, samt at noe rågass transporteres i rør inn til sentralen. 25

5.1.5 Logistikk for biorest Vi har i beregningene antatt at uttransporten av biorest ikke er en merkostnad i verdikjeden for gjødsel. Det er opplagt at denne antagelsens anvendelse begrenses av avstander til spredearelet og kapasitet for biorestlager ved anlegget. Det er gjort økonomiberegninger for avstander inntil 10 km fra anlegget. Det er ikke vurdert hvorvidt det er praktisk mulig å ha en just-in-time leveranse av biorest til omkringliggende gårdsbruk ved denne avstanden. Imidlertid viser analysene at de laveste produksjonskostnadene oppnås ved å bygge et anlegg som utnytter rundt 30 % av potensialet i området. Hovedsakelig inkluderes gårdsbruk med dyreslag som gir høyt gassutbytte. Det vil være flere storfébesetninger innen kort avstand fra anlegget. Det er mulig å se for seg at en inkluderer de brukene som har tilstrekkelig kort veg til anlegget slik at just in time leveranse av gjødsel muliggjøres. Hvilke avstander og forhold som avgjør dette vil dels være lokalt betinget og det bør utredes i et forprosjekt. Dersom det er behov for ekstra lager ved de omkringliggende gårdsbruk, samt at det tilkommer ekstra omlastningskostnader for biorest vil kostnadene øke sammenlignet med det som er forutsatt i beregningene. Samtidig kan det eksistere betalingsvilje for økt lagerkapasitet for gjødsel. 26

6 Økonomi modell for produksjonskostnad 6.1 Optimal anleggsstørrelse Det er gjort en grov analyse av kostnadene ved ulike anleggsstørrelser. Formålet har vært å avdekke hva som vil være optimal anleggsstørrelse med henblikk på å minimere produksjonskostnadene per enhet rå og oppgradert biogass. I disse beregningene antas det at husdyrgjødsel er den eneste formen for substrat som mates inn i reaktoren. 6.1.1 Forutsetninger for kostnadsberegningene Det er gjort forutsetninger om økonomiske forhold basert på informasjon fra ulike studier. Informasjon om kostnader ligger i vedlegg 1. På bakgrunn av forutsetningene har vi utviklet kostnadsfunksjoner for transport, drift og investeringer. Det er benyttet en kalkulasjonsrente på 6 % som antas tilsvare reell rente og en levetid på anlegg på 20 år. 6.1.2 Kostnader knyttet til logistikk og lager Mht transport er tatt utgangspunkt i at det kan benyttes en kostnadsfunksjon bestående av et fast og et variabelt ledd. For de avstandene som her er aktuelle (>10 km) vil fastleddet være dominerende. Det er opplagt at det er usikkerhet rundt en slik funksjon i og med at mange forhold spiller inn når det gjelder transportkostnadene. Dersom fastleddet i funksjonen øker i forhold til det avstandsavhengige leddet vil det redusere betydningen av transportavstander. Ved forprosjektering bør transportkostnader undersøkes nøyere. Vi har ikke tatt stilling til hvilken type kjøretøy som benyttes i transporten. Dette vil naturligvis også påvirke kostnadsbildet. Transportkostnadene er omregnet på bakgrunn av biogasspotensialet for de ulike fraksjonene, slik at transportkostnader er lavest for fraksjoner med høyt potensial for gassproduksjon. Enkelte fraksjoner kan derfor forsvare lengre transportavstander enn andre. Gårdene er således sortert på bakgrunn av transportkostnad per biogasspotensial. Det er i denne analysen antatt at energiinnholdet i rå biogass er 6 kwh/nm 3. Transportkostnadene fra de ulike gårdene varierer fra rundt 2 øre/kwh gass til 50 øre/kwh gass. Den store variasjonen skyldes ulikt gasspotensial for ulike gjødselslag. Transportkostnad per m 3 er ligger i området 40-60 kr avhengig av avstand langs veg fra gårdsbruk til biogassanlegg. Høydeforskjeller og vegtype er ikke vurdert. Transportkostnadene er basert på at det betales for transport en vei. Transport av ferdig behandlet gjødsel finansieres derfor av gårdbrukeren som henter gjødsel. Det antas at dette i liten grad medfører ekstra kostnader ettersom gjødsel i alle tilfeller skulle vært lastet opp og spredd. Det er mulig å se for seg at en gårdbruker kan hente gjødsel etter behov, og at det eventuelt betales noe for den økte kvaliteten på gjødsla. Overskudd selges og gårdbrukere som henter mindre enn de leverer får betalt for differansen og omvendt. En slik organisering vil ha begrensninger. Det er sannsynlig at det er viktig med kort avstand mellom spredeareal og lager for biorest. Det er mulig at det vil være behov for lokale lager for biorest ved de enkelte gårdsbrukene. Dette vil gi et nytt ledd i transportkjeden og øke transportkostnadene sammenlignet med det som er forutsatt her. Imidlertid er for lav kapasitet i eksisterende gjødsellager og mangel på spredeareal et problem i en del områder. Det kan derfor være 27

behov for økt lagerkapasitet uavhengig av et biogassanlegg. Det bør utredes hvorvidt dette behovet kan bidra til økonomien i en verdikjede for biogass. Når det gjelder lager er det forutsatt at nødvendig lager for biorest er inkludert i investeringskostnadene for biogassanlegget. Eventuell ombygging av eksisterende gjødslekjellere eller distribuerte lager for biorest er ikke vurdert. Det er heller ikke vurdert hvordan det eksisterende behovet for økt lagerkapasitet på gjødsel kan utnyttes i forbindelse med et biogassanlegg. Det er imidlertid sannsynlig at det sistnevnte kan tilføre en positiv verdi. 6.1.3 Investeringskostnader For den delen av anlegget som skal produsere rågass er det antatt en kostnadsfunksjon basert på data fra svenske studier av tyske anlegg (Svensk Gastekniskt Center 2006, og sammenholdt med kostnadsberegninger for norske forhold (Sørby et al. 2007, BioTech 2008, BioWaz 2008). Det er i dag ikke vanlig å anta at oppgradering er aktuelt for de volumene vi her snakker om, men at det kan være aktuelt noe fram i tid. For oppgraderingsanlegg er det beregnet en kostnadsfunksjon for både investering og drift på bakgrunn av svenske studier (Person 2003 og E. ON Gas Sverige AB). Det er forutsatt at det kan benyttes en lineær funksjon for dette formålet da vi opererer i et begrenset intervall. 6.1.4 Driftskostnader Det antas at årlige kostnader til drift av selve anlegget beløper seg til kr 100 000,- uavhengig av anleggets størrelse i de intervallene vi opererer. Dette er basert på betraktning av kostnadsberegninger gjort av Sørby et al (2007) for drift av biogassanlegg der bl.a. daglig tilsyn antas være 0,5 t per dag. Driftskostnader for oppgraderingsanlegg ligger inne i kostnadsfunksjonen beskrevet under kapittelet om investeringskostnader. 6.1.5 Virkningsgrad For produksjon av rågass antas det at 5 % at av energien blir benyttet til oppvarming i anlegget. Hva angår oppgradering forutsettes det at energikostnader inngår i kostnadsfunksjonen. 6.2 Inntekter Mulige inntekter fra biogassanlegget er knyttet til energisalg, gjødselsalg, offentlig støtte og inntekter knyttet til reduksjon av klimagassutslipp, for eksempel kvotesalg. Hensikten med forstudien har vært å synliggjøre kostnadene for biogassproduksjon i et sentralt anlegg. Dersom denne kostnaden er kjent vil det være relativt enkelt å vurdere hvorvidt det kan være økonomisk å ta gassen i bruk. For å kjenne produksjonskostnaden for biogass må det gjøres forutsetninger om inntekter i de andre verdikjedene. 28

6.2.1 Marked for biogass Det er ikke tatt sikte på å gjøre noen vurdering av markedet for gassen. Dette markedet vil være avhengig av om det er infrastruktur i nærområdet som kan nyttiggjøre seg enten rå eller oppgradert biogass. Brukere som per i dag kan nyttiggjøre seg naturgass kan også benytte oppgradert biogass (biometan) og i noen tilfeller rå biogass. Hensikten med forstudien er å avdekke kostnadene for å produsere rå biogass og biometan for å gi innblikk i hvorvidt biogass kan være konkurransedyktig for brukere i dag eller i framtiden. Mulige bruksområder er transport, varme og el-produksjon. Forventet betalingsvilje eks mva. i de ulike sektorer kan anslås grovt: Transportsektoren: 0,85 kr/kwh før forbrenning Oppvarming av næringsbygg: 0,70 kr/kwh etter forbrenning Elektrisk kraft markedspris: 0,45 kr/kwh levert nett Elektrisk kraft levert direkte til større sluttbruker i husholdning/landbruk eller tjenesteytende sektor: 0,75-0,95 kr/kwh Energi til større sluttbruker i industrisektoren: 0,60 kr/kwh etter forbrenning Ved salg av energi vil det være behov for infrastruktur/utstyr for omforming, det vil si oppgradering, el-produksjon og/eller varmeproduksjon og distribusjon. Kostnader for dette vil komme i tillegg til produksjonskostnad for rå biogass. Det er også vesentlig å sikre avsetning på mest mulig av gassen. Dersom anlegget produserer mer energi enn det som kan selges vil det oppstå et tap som øker produksjonskostnadene for nyttiggjort energi. 6.2.2 Biorest Verdikjeden for husdyrgjødsla må inngå i regnskapet for biogassanlegget. Eventuell verdiskaping i denne verdikjeden kan ha stor betydning for kostnaden mht produksjon av biogass. Verdiøkning kan oppnås som følge av høyere tilgjengelighet på nitrogen, lavere innhold av ugressfrø, høyere eller mer balansert innhold av fosfor og kalium som følge av at det benyttes gjødsel fra ulike husdyrslag. Det kan også være marked for et ytterligere foredlet produkt basert på bioresten. Et forprosjekt må gi mer nøyaktig kunnskap om markedet og biorestens kvalitet. Det finnes ulike anslag på verdiøkningen ved behandling av gjødsel i biogassanlegg, alt i fra rundt 0 til 500 %. I beregningene som er gjort her er det forutsatt verdiøkning på henholdsvis 0 og 10 kr per tonn. 6.2.3 Metaninnfanging og klimakvoter Det handles i dag med klimakvoter, men med dagens system kan et anlegg som det som her er skissert ikke selge kvoter. En kan imidlertid se for seg et framtidig system der dette er mulig, eller der det finnes støtteordninger som fanger opp klimagevinsten ved denne typen anlegg. I beregningene som er gjort her er det benyttet inntekter fra klimakvoter tilsvarende 0 og 300 per tonn CO 2 - ekvivalenter. 29

6.3 Optimalisering For det aktuelle området i Meldal kommune er det tatt sikte på å finne den anleggsstørrelsen som gir de laveste produksjonskostnadene for biogass. For produksjon av rågass er minste produksjonskostnad 0,52 kr/kwh ved en brutto anleggstørrelse tilsvarende ca. 1,8 GWh. Dette betyr at de 10 gårdene med laveste transportkostnader inkluderes. Laveste produksjonskostnad for oppgradert biogass er 1,07 kr/kwh ved anleggsstørrelse på 3 GWh. Dersom 35 % investeringsstøtte fra innovasjon Norge inkluderes vil produksjonskostnaden for rågass reduseres til 0,37 kr/kwh. Dette påvirker ikke optimal anleggsstørrelse. Dersom det skjer en verdiskaping i form av økt verdi på gjødsel tilsvarende 10 kr/tonn gjødsel inn i anlegget øker optimal anleggsstørrelse til ca. 2 GWh. Produksjonskostnaden for rågass reduseres da til 0,35 kr/kwh. Dersom verdien av metaninnfanging også tilføres anlegget reduseres produksjonskostnaden til 0,26 kr/kwh. Laveste kostnad for oppgradert biogass dersom inntekter fra gjødsel og CO2 regnes inn vil være 0,67 kr/kwh ved en anleggsstørrelse på 2,8 GWh. Investeringskostnadene for et anlegg for rågassproduksjon tilsvarende 2 GWh er rundt NOK 6 mill. Investeringskostnadene for et anlegg på 3 GWh som også inkluderer oppgradering er anslagsvis NOK 16 millioner. Laveste kostnad for rågass uten inntekter fra andre verdikjeder i Orkdal er rundt 0,68 kr/kwh. Inkludert inntekt fra andre verdikjeder reduseres kostnaden til 0,40 kr/kwh for rågass. For oppgradert biogass vil kostnaden være 0,72 kr/kwh. 1 0,9 0,8 0,7 kr/kwh 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,5 1,2 1,5 1,8 1,9 2,0 2,3 2,5 2,7 2,8 2,9 3,2 3,3 3,4 3,5 3,7 3,8 3,9 4,0 4,3 4,5 4,8 4,9 5,0 5,1 5,3 GWh Gjennomsnittlig spesifikk transportkostnad Spesifikk kapitalkostnad Spesifikk driftskostnad Spesifikk produksjonskostnad Fig 6: spesifikke kostnader for produksjon av rågass ved sentral i Meldal når investeringsstøtte inntekter i andre verdikjeder ikke er medregnet. 30