Webbläsaren som du använder stöds inte av denna webbplats. Alla versioner av Internet Explorer stöds inte längre, av oss eller Microsoft (läs mer här: * https://www.microsoft.com/en-us/microsoft-365/windows/end-of-ie-support).

Var god och använd en modern webbläsare för att ta del av denna webbplats, som t.ex. nyaste versioner av Edge, Chrome, Firefox eller Safari osv.

Intensification of the biogas process by improved process monitoring and biomass retention

Författare

Summary, in Swedish

Popular Abstract in Swedish

Riksdagen har beslutat att Sveriges energisystem ska ställas om. Målet är ett ekologiskt uthålligt samhälle där staten verkar för en säker, effektiv och miljövänlig tillförsel och användning av energi. Detta görs bland annat genom att stödja forskning om förnybara energikällor. Biogasen är här ett av flera möjliga alternativ och har också utnämnts till det mest miljöanpassade drivmedlet för fordon i konkurrens med t ex el, etanol och rapsmetylester.



Biogas bildas då mikroorganismer bryter ner organiska föreningar anaerobt, dvs utan närvaro av syre. Processen kallas ibland rötning, och den huvudsakliga nedbrytningsprodukten är metan, som också är den molekyl som gör biogasen så energirik. Biogasen, kan användas både som bränsle i kraftvärmeverk och som fordonsbränsle. Det har beräknats att vi genom att samla in och röta avfall skulle kunna utöka biogasanvändningen till 17 TWh/år inom en 10-års period. Detta motsvarar ungefär den årliga energiproduktionen i 4 kärnkraftsreaktorer av Barsebäcks storlek. De avfall som skulle utnyttjas finns till stor del inom jordbruket men innefattar även sorterade hushållssopor och industriavfall. Användningen av energi från biogas i Sverige uppgår idag till 1,4 TWh/år. Av detta används idag 2-3 % som fordonsbränsle vilket gör att vi årligen kan ersätta 3,5 miljoner liter bensin med ett förnybart drivmedel. Att övergången från fossila bränslen måste ske beror dels på att omsättningen av fossilt bränsle leder till frisättning av stora mängder av koldioxid som bidrar till växthuseffekten, dels på att resurserna av fossilt bränsle faktiskt är begränsade. Bensin produceras genom raffinering av olja, och de idag utvinningsbara oljereserverna tar slut om 40 år räknat på dagens oljekonsumtion. Förutom denna aspekt skulle ett utökat användande av biogasprocessen medföra en rad andra fördelar och hjälpa oss uppnå några av de miljömål som satts upp:



· Hållbar avfallshantering: Under 1998 hamnade 4,8 miljoner ton avfall på tippen i Sverige. Ungefär en tredjedel utgjordes av organiskt material som skulle lämpa sig för biogasproduktion. I Sverige har vi beslutat att deponeringen av denna typ av avfall ska upphöra helt till 2005. För att styra utvecklingen därhän har en avfallsskatt införts, vilket innebär en kostnad på 250 kronor per ton om man vill lägga biologiskt nedbrytbart avfall på tippen. I EU-direktivet som berör denna fråga rekommenderas utökad biogasproduktion som en av åtgärderna för att minska avfallsdeponeringen.



· Växthuseffekten: Sverige har förbundit sig att minska sina utsläpp av växthusgaser med 60 % till år 2050. En ökad satsning på biogassystem kommer att leda till att utsläppen av växthusgaser minskar av två anledningar; - När biogas ersätter fossila bränslen minskar nettoutsläppet av koldioxid till atmosfären. Om vi skulle ersätta 17 TWh av bensin- och diselförbrukningen med biogas skulle det innebära minskade koldioxidutsläpp med 5 miljoner ton årligen, motsvarande 10 % av Sveriges utsläpp. - Metan är en växthusgas som har en nästan 30 gånger kraftigare värmehållande effekt än koldioxid, och har beräknats bidra till 18 % av växthuseffekten. I soptippar, och andra syrefria miljöer skapade genom mänsklig aktivitet, bryts organiskt material ned till metan som okontrollerat läcker upp till atmosfären. Genom kontrollerad insamling och rötning av organiska restprodukter kommer metanutsläppen att minska. En årlig biogasproduktion på 17 TWh skulle medföra minskade metanutsläpp motsvarande ytterligare en 10-procentig minskning av Sveriges bidrag till växthuseffekten.



· Kväveläckage: En stor del av restprodukterna inom jordbruket plöjs idag ner i åkern efter avslutad skörd. I den syrefria miljön i fuktig åkermark bryts det organiska materialet ned av markorganismer. Förutom att metan bildas och läcker till atmosfären frigörs även kväve vid nedbrytningen. I Skåne läcker 35 kg kväve per hektar och år ut till vattendragen, vilket ger stora problem med övergödning och syrebrist i sjöar och hav. Sveriges bönder ska på "frivillig" väg minska kväveläckaget med 40 % på 20 år. Att samla in och kontrollerat röta jordbruksavfallen skulle vara ett viktigt led i detta arbete.



Men om det nu finns så mycket som talar för att utöka användningen av biogasprocessen, varför gör vi det inte redan idag? En av orsakerna är att en mikrobiologisk process är svår att tämja. Den mikrobiella nedbrytningen sker i flera delsteg med hjälp av olika grupper av mikroorganismer. De anaeroba bakterierna växer mycket långsamt och är känsliga för störningar. Detta gör att processen kan vara instabil vid höga belastningar, och många biogasanläggningar drivs idag långt under sin maximala kapacitet som skydd mot överbelastning. Detta ger stora anläggningar med höga investeringskostnader. För att vi ska våga integrera biogasprocessen i större utsräckning i vårt energisystem måste processtekniken vara pålitlig och driftsäker. Dessutom, om biogasprocessen ska få ökad genomslagskraft måste tekniken också vara ekonomiskt lönsam. Hur lönsamheten beräknas beror mycket på hur olika miljöfördelar värderas.



Två grundläggande metoder för att göra biogasprocessen effektivare har studerats i detta arbete; att skapa förbättrade förhållanden för långsamväxande och känsliga mikroorganismer och att skydda mikroorganismerna från störningar genom förbättrad processövervakning. I artikel I och II beskrivs hur nedbrytningsprocessen stabiliseras genom att de långsamväxande mikroorganismerna får växa på ett bärarmaterial. Detta gör att processen kan belastas högre, och mikroorganismerna skyddas dessutom från giftiga ämnen. I artikel III och VI mäts signaler för att se om de på ett bra sätt återspeglar tillståndet för de aktiva organismerna i processen. Genom att studera dessa signaler kan man se om processen är för hårt belastad. Artiklarna IV och V beskriver två nya metoder för förbättrad processövervakning. Det viktiga med metoderna är att de kan användas "on-line", dvs de ger en kontinuerlig signal som kan användas för processtyrning. Detta medför att processen skulle kunna belastas närmre gränsen för vad den tål, och biogasanläggningen kan därmed utnyttjas effektivare.

Publiceringsår

2000

Språk

Engelska

Dokumenttyp

Doktorsavhandling

Förlag

Department of Biotechnology, Lund University

Ämne

  • Industrial Biotechnology

Nyckelord

  • BOD
  • hydrogen
  • on-line
  • monitoring
  • biofilm
  • anaerobic digestion
  • biogas
  • Biotechnology
  • Bioteknik

Status

Published

Handledare

  • [unknown] [unknown]

ISBN/ISSN/Övrigt

  • ISBN: 91-7874-075-4
  • ISRN: LUTKDH/TKBT--00/1048--SE

Försvarsdatum

28 april 2000

Försvarstid

13:15

Försvarsplats

Room K:C, Chemical Center

Opponent

  • Bo Svensson (Prof)