Ny teknik kan bredda utbudet av biobränslen

Biogas är en attraktiv förnybar energikälla som kan ersätta fossil naturgas och ge en rad energitjänster (t.ex. värme, el och fordonsbränsle) men också högkvalitativa kemikalier. Dessvärre finns ett antal hinder mot en ökad användning av biogas i samhället. Det finns till exempel begränsad tillgång på lämpliga råvaror till de anläggningar som producerar metan genom rötning av biomassa. Dessutom finns det problem med lagring och distribution av biogasen, dels för att gasnäten är dåligt utbyggda i vissa regioner, dels för att biogas har lägre energitäthet än flytande bränslen.

Samtidigt finns det idag ett flertal lovande exempel på ny teknik med koppling till biogas, såväl när det gäller produktion, distribution och omvandling till energitätare bränslen. Elham Moghaddam har i sitt doktorsarbete använt livscykelanalyser för att utvärdera ett antal sådana tekniker när det gäller energiprestanda och klimatpåverkan. Syftet har varit att ta fram ett beslutsstöd för alla som arbetar med utveckling av framtidens biogassystem.

Omvandling till flytande bränsle ger effektivare distribution

Biogas består framför allt av metan och koldioxid, men koldioxiden kan avlägsnas för att öka energiinnehållet och ge en gas bestående av nästan enbart biometan. I Sverige uppgraderas mer än 65 procent av den producerade biogasen till biometan, som främst används som fordonsbränsle.

En del av avhandlingen handlar om teknik för att omvandla biometan från ett gasformigt biobränsle till ett flytande (t.ex. diesel, etrar och alkoholer). På detta sätt omvandlas biogasen till en energibärare med mycket högre energitäthet. Elham Moghaddams resultat visar att konvertering av biometan till dimetyleter (DME) – som kan användas i dieselmotorer – är bättre än användning av komprimerad eller flytande biometan när det gäller både energi- och klimatprestanda.

Komprimerad biometan är ett lämpligt alternativ för distribution i närheten av lokala biogasanläggningar, men den begränsade gasinfrastrukturen i Sverige gör att komprimerad biometan också transporteras över längre sträckor. Detta är inte effektivt, på grund av den relativt låga energitätheten jämfört med flytande bränslen.

Flytande biometan har högre energitäthet och är mer lämplig för längre distributionsavstånd. Vid produktionen måste gasen dock kylas till -161° C, en process som därför är begränsad till storskaliga anläggningar.

Klimatvinster och breddat råvaruutbud med torrdestillering

Idag produceras biogas huvudsakligen genom rötning, där mikroorganismer under syrefria förhållanden omsätter organiskt material i form av t.ex. gödsel, avfall, avloppsvatten, slakteriavfall eller växtmaterial. Ett sätt att bredda utbudet av råvaror är att producera biogas genom pyrolys (torrdestillering), då även träbaserad biomassa kan användas.

Pyrolys innebär termisk omvandling av biomassa till biometan och biprodukter såsom biokol i frånvaro av syre och vid relativt låga temperaturer (400–800 °C). Biokolen kan användas inom jordbruket som jordförbättring eller i industrier som energikälla.

I avhandlingen har Elham Moghaddam utvärderat pyrolys av salix i jämförelse med rötning av majs. Här visade det sig att en biometanproduktion baserad på pyrolys av salix har bättre energi- och miljöprestanda (lägre klimatpåverkan) än en produktion baserad på rötning av majs. De främsta skälen är att salixodlingen leder till att ett växande förråd av organiskt kol lagras in i marken och att biokolet kan användas till jordförbättring eller ersätta fossilt kol i industrin. I ett systemperspektiv resulterade salixalternativet till och med till en betydande kylning av klimatet.

Gashydrater kräver för mycket energi

En annan teknik som har övervägts för distribution av biometan i fast form är användning av gashydrater. Detta innebär att gasen fångas upp i is-strukturer, något som förekommer i djupa havssediment. I dagsläget har denna teknik dock för dåliga energi- och klimatprestanda för att kunna rekommenderas, då den är alltför energikrävande och leder till gasförluster.

Behov av kostnadsbedömningar

Sammanfattningsvis visar avhandlingen att biometan som har framställts genom torrdestillering av salix eller som har omvandlats till flytande drivmedel – men också biometan som produceras och används med dagens teknik – har lägre klimatpåverkan än sina fossila motsvarigheter. För att ge bättre beslutsstöd inför framtida teknikutveckling och implementering behövs dock även livscykelkostnadsbedömningar (LCCA).

En mer utförlig populärt skriven sammanfattning på svenska finns på s 82–84 i avhandlingen.

--------------------------------------

MSC Tech. Elham A. Moghaddam, institutionen för energi och teknik, försvarar sin doktorsavhandling Life cycle assessment of novel biomethane systems – Energy performance and climate impact vid SLU i Uppsala.

Tid: torsdagen den 4 april 2019, kl 09:00
Plats: Lennart Kennes sal, Biocentrum, SLU, Ultuna, Uppsala
Opponent: professor Jerry Murphy, University College Cork, Irland

Mer information

Elham A. Moghaddam
Institutionen för energi och teknik
Sveriges lantbruksuniversitet, Uppsala
018-67 18 28, 070-468 13 05, elham.ahmadi.moghaddam@slu.se

Elham svarar gärna på frågor på engelska.

https://www.slu.se/cv/elham-ahmadi-moghaddam/   https://www.slu.se/institutioner/energi-teknik/projekt-avslutade/hur-anvands-biogas-bast/ 

Länk till avhandlingen (pdf)
https://pub.epsilon.slu.se/16012/

Pressbilder

(Får publiceras fritt i anslutning till artiklar om detta pressmeddelande. Fotograf ska anges.)

SLU har en egen biogasanläggning vid Lövsta forskningscentrum ca 8 kilometer utanför Uppsala. Foto: Åke Nordberg, SLU

Salixplantering på Ultuna. Foto: Viktor Wrange