Biogas - Det Smartaste Valet

Biogasprocessen

I dagens samhälle tillverkas stora mängder organiskt avfall som behöver behandlas på något sätt innan det återförs i naturens kretslopp. I biogasprocessen utnyttjar man mikroorganismernas naturliga förmåga att bryta ned organiskt material till en näringsrik slutprodukt. Organismerna följer ursprungligen med råmaterialet in i rötkammaren där en komplicerad process sker. Biogas består huvudsakligen av metangas och koldioxid. Det är metanet som är den värdefulla komponenten man vill ta vara på. Det går att tillverka biogas på flera olika sätt. I ett av dem totalomblandar man substratet oavbrutet i reaktorn och rötningen tar då cirka 20 dagar. Ungefär två tredjedelar av den organiska substansen tillgodogörs i metanbildningen. Kvarvarande material är svårt att bryta ned inom rimlig tid och kostnad.

Biogas är något som bildas när man försluter ett organiskt substrat, exempelvis grödor, gödsel eller matavfall i en anaerob (syrefri) miljö som oftast kallas rötkammare eller reaktor. Metanbildande mikroorganismer, främst bakterier, bryter här ner materialet i olika steg. Första steget kallas hydrolys och här sönderdelas de stora molekylerna (exempelvis proteiner, fetter och kolhydrater) till mindre med hjälp av enzymer som hydrolytiska bakterier utsöndrat. Andra steget kallas jäsning och då jäser det som nyss bildats till fettsyror. Exempel är ättiksyra, valeriansyra, kapronsyra och smörsyra. Annat som bildas är vätgas, koldioxid och små mängder av olika alkoholer. Av de produkter som bildats vid syrabildningen är det endast ättiksyra eller koldioxid och vätgas som omedelbart kan omvandlas till metan. För de syror som inte omvandlats ännu tillkommer ytterligare ett steg, nämligen ättiksyrabildningen, som även kallas för anaerob oxidation. I detta tredje steg bryts fettsyrorna ner till vätgas och ättiksyra av bakterierna. I sista steget sker själva metanbildningen där antingen ättiksyra eller koldioxid och vätgas blir till slutprodukterna metan och koldioxid.

Slutprodukten som bildats efter biogasprocessen brukar kallas rötrest eller biogödsel. Den är rik på växtnäring och har ett högt innehåll av organiskt material, vilket gör den till ett väldigt bra jordförbättringsmedel. Rötresten som bildats kan ersätta konstgödsel, något som är särskilt viktigt då detta inte får användas vid ekologisk odling.

Beroende på vilket område biogasen ska användas inom, kan man höja dess energiinnehåll genom att uppgradera den, och det gör man på så sätt att koldioxiden avskiljs. Därmed ökar man exempelvis körsträckan vid fordonsdrift för en specifik volym gas. När man uppgraderar biogasen avlägsnar man även övriga skadliga komponenter som kan finnas i gas från en rötkammare då dessa kan orsaka mekaniskt slitage och korrosion i uppgraderingsanläggningen. Biogas som uppgraderats måste enligt myndighetskrav få ett luktämne tillsatt för att den ska kunna upptäckas vid läckage.

Användningsområden

Värmeproduktion

Värme är det vanligaste och i särklass också det enklaste användningsområdet för biogas. Normalt är den enda nödvändiga förbehandlingen att avskilja vattnet från gasen. På de flesta biogasanläggningarna i Sverige finns värmepannor där biogasen oftast används för uppvärmning av närbelägna bostäder och lokaler. Det bästa alternativet ekonomiskt är om lagringsbehovet och transportsträckan kan begränsas samtidigt som olja ersätts vid förbränningen. I huvudsak används biogas som lokalt bränsle där det produceras, men överskottsvärme kan föras ut till andra lokaler antingen indirekt via fjärrvärmenät eller direkt via gasledning. Det finns goda förutsättningar att använda gasen som en del av den totala värmeleveransen året om i ett större fjärrvärmenät. Under sommartiden i mindre anläggningar är det emellertid vanligt att en viss del av biogasen får facklas då värmebehovet är begränsat.

Kraftvärmeproduktion

I en kraftvärmeanläggning tar man på ett effektivt sätt vara på biogasens energi, och omvandlar till både värme och elektricitet. Precis som i värmeproduktionen separerar man bort vattnet från gasen innan användning. Dessutom måste stoft och eventuellt svavelväte och klorerade kolväten renas bort då de är korrosiva komponenter. Det är i gasmotordrivna motorer som man vid många av Sveriges biogasanläggningar producerar el. Det är Ottomotorer som fungerar på det sätt att gasen komprimeras med hjälp av cylinderkolvar för att sedan antändas med tändstift. Fördelningen mellan bildad värme och elektricitet skiljer sig anläggningar emellan, men normalvärdet är cirka 65 % värme och 35 % el.

Biogas i industrin

Många industrier, som till exempel pappersbruk, mejerier, brännerier och sockerbruk, genererar i vissa förlopp exempelvis spillvatten och andra organiska avfall som man på plats kan röta i en biogasreaktor. Detta är en fördel eftersom kravet på bland annat lokalisering annars begränsar möjligheten att använda biogas mer allmänt inom industrin. Områden som den egentillverkade gasen används till är bland annat vid lokaluppvärmning, kraftvärmeproduktion, ång- och hetvattenproduktion samt uppvärmning av ugnar. Biogasen kan användas för torkning av papper i massa- och pappersindustrin, antingen direkt genom infravärme eller indirekt via produktion av ånga.

Fordonsbränsle

Biogas kan användas som bränsle till bland annat personbilar, lastbilar och bussar. Innan det går att nyttja gasen som bränsle måste den uppgraderas på samma sätt som nämnts tidigare, det vill säga att koldioxid, svavelväte och vatten avskiljs. Detta görs för att dessa ämnen kan vara korrosiva eller miljö- och hälsoskadliga. Biogasen måste slutligen komprimeras, det vill säga trycksättas, för att ta mindre utrymme. Trycket är vanligen på cirka 200 bar.

När biogas brinner, görs det med en ren och klar låga. Tack vare det smutsas inte vare sig utrustning eller fordon ned. Mindre slitage och längre livslängd leder detta till, vilket i sin tur innebär lägre kostnader för drift och underhåll av fordonet. Utsläppen av bland annat kolväten och partiklar från ett biogasdrivet fordon är försumbart. Föroreningar som toluen eller bensen är inget som förekommer i avgaserna. Detta bidrar positivt på hälsoeffekten eftersom mindre allergi- och cancerframkallande ämnen sprids ut i luften jämfört med andra bränslen som bensin eller diesel. Förbränningen ger inget tillskott av växthusgaser till atmosfären, vilket är en klar fördel. En mer fullständig förbränning uppnås när biogas används eftersom det från början befinner sig i gasform. Därför kan man vid förbränningen blanda in luft med högre precision än vid användning utav flytande bränslen. Gasen innehåller väldigt lite svavel och därmed tillåts en låg avgastemperatur vilket ger hög verkningsgrad. När man förbränner mer svavelrika bränslen krävs en högre avgastemperatur för att undvika att svavel fälls ut som svavelsyra, något som orsakar skador på avgaskanalen. Onödig energi går då förlorad på grund av den höga temperaturen.

Eftersom metan, som är största beståndsdelen i biogas, inte är giftig och är lättare än luft, leder detta till ett säkrare bränsle än till exempel diesel och bensin. Vid eventuellt en olycka skulle gasen stiga upp i luften snabbt och därmed är risken för antändning av bränslet väldigt låg. En gastanks konstruktion är också väldigt robust och tål betydligt mer påfrestningar än en konventionell bensintank. En gasmotor är tystare och vibrerar mindre än exempelvis en dieselmotor, och även avgaserna luktar mindre. Det finns personbilar som kan köras på både biogas och även till exempel även bensin. Dessa kallas tvåbränslebilar eller bi-fuel och är då utrustade med två separata tankar för respektive bränsle. Eftersom antalet tankställen med biogas ännu är begränsade är detta en fördel då man kan köra längre. För lastbilar och bussar som vanligen är utrustade med gas som enda drivmedel ligger körsträckan på mellan 25 - 40 mil per gastank, och därför är tyngre fordon bäst lämpade för kortare körsträckor. Idag tillverkas flera biogasbilar i ett flertal modeller och priset är normalt 10 - 20 % högre än motsvarande standardfordon. Att tanka en sådan bil går lika snabbt som en tankning med till exempel etanol eller diesel. Gasen distribueras till tankstationen antingen via en ledning från en biogasanläggning, eller genom ett containersystem där trycksatt gas fylls på i flak som byts ut när det är slut.

Övrigt om biogas

Att producera biogas på gårdsnivå innebär flera miljövinster. I gödselbrunnar bildas metan naturligt och läcker ut i atmosfären. Denna växthusgas har 20 gånger högre växthuspåverkan än koldioxid och därför är det mycket viktigt att minska metanutsläppen genom att röta gödsel. Kväve i gödsel övergår till ammoniumkväve under biogasprocessen då det bryts ned. Näringsvärdet på gödseln ökar, medan behovet av konstgödsel minskar. Det är en energikrävande process att utvinna konstgödsel och värdet på rötresterna ökar samtidigt som energikostnaderna stiger.

Biogasprocessen utgör en viktig länk mellan produktion och konsumtion då näring och energi ska tas tillvara på ett hållbart och långsiktigt sätt i samhället. I ett resurssnålt och uthålligt samhälle ingår avfallshanteringen i ett kretslopp, där man till produktiv mark tillför organiskt material och näringsämnen som kalium, fosfor och kväve hela tiden. Den viktiga biprodukten som samtidigt bildas är biogas som i sin tur kan användas till en mängd olika områden.

Egna ord om biogas

Om man bara skulle börja använda biogas mer storskaligt runt om i både landet och världen skulle det lösa flera problem. Ett exempel är biogasproduktion på gårdsnivå. Substratet som används här är vanligen gödsel. Bara genom att flytta gödseln från att ligga ute i det fria till en reaktor där det sedan rötas, minskar metanutsläppen oerhört mycket. Efter denna process är metanet som bildats helt ofarligt och kan sedan användas till el- och värmeproduktion eller, efter uppgradering, som bränsle för fordon. En annan fördel med biogas är att det inte påverkar växthuseffekten på något sätt eftersom det är förnybar energi man nyttjar. Med andra ord ökas inte koldioxidutsläppen och man stör inte naturens kretslopp då man tagit tillvara på energin som fanns i substratet man rötade. Det kan jämföras med bensin och andra ämnen som härstammar från ett fossilt bränsle. Här släpps det ut mycket koldioxid och andra gifter som ökar växthuseffekten och stör naturens g&ar...