Biogassproduksjon i landbruket

Ved nedbryting av organisk materiale uten tilgang på oksygen (anaerobe forhold) dannes biogass. Det dannes derfor en del biogass ved nedbryting av bunnsedimenter i innsjøer, i våtmarksområder (f.eks. i myrområder), og ved nedbryting av fòr i vomma til husdyr. Biogass består stort sett av metan, CH_4,karbondioksid, CO₂ , hydrogensulfid, H₂S og er mettet med vanndamp (50-60% metan, og 40-50% karbondioksid, ~1 vol % H₂S). Når disse gassene spres ut i atmosfæren bidrar de til å forsterke drivhuseffekten. Omregnet til CO2-ekvivalenter har metan 25 ganger sterkere effekt som drivhusgass enn karbondioksid.

I et biogassanlegg brytes organisk avfall ned og det dannes biogass. Mye av biogassen består av metan, som kan brukes til energiformål. I landbruket er husdyrgjødsel det viktigste substratet som tas inn i et biogassanlegg. I tillegg kan det tas inn andre substrater som f.eks. matavfall og fiskeavfall. Dette gir større gassutbytte enn ved bruk av husdyrgjødsel alene. Resten som blir igjen etter biogassprosessen kalles biorest, og brukes som gjødsel.

Et biogassanlegg består i sin enkleste form av et forlager, der husdyrgjødsel tas inn og eventuelt blandes med andre substrater, før det pumpes inn i biogassreaktoren. I reaktoren foregår bryter mikroorganismer ned det organiske materialet. Mikroorganismene som bryter ned det organiske materialet er avhengig av en viss temperatur for å kunne eksistere. Substratet må derfor varmes opp før biogassprosessen kommer i gang for fullt. Biogassen som produseres i reaktoren tas ut og ledes til et gasslager. Metan er en brennbar gass, og kan brukes til oppvarming av hus, til produksjon av strøm, og som drivstoff for kjøretøy.

Substrat pumpes inn med jevne mellomrom gjennom hele døgnet, og biorest tas også jevnlig ut og pumpes til sluttlageret. Oppholdstida for substratet i biogassreaktoren varierer fra anlegg til anlegg. Jo lengre oppholdstid jo mer biogass blir produsert. Oppholdstida kan variere fra 7-21 dager, og noen anlegg opererer med oppholdstid opptil 40 dager. Det er viktig at substratet er i stadig omrøring/bevegelse for å unngå bunnfall og for å få ut mest mulig gass. Noe gass blir produsert etter at substratet kommer til sluttlageret dersom det ikke kjøles ned. Et alternativ er å fange opp og lede gass i et “etterlager” til gasslageret.

Bioresten som dannes gjennom biogassprosessen blir tyntflytende, og næringsstoffene, særlig nitrogen, blir lettere plantetilgjengelig. Næringsstoffer kan også komme til via andre substrater som blandes med husdyrgjødsel. Dette gjør biorest til en verdifull organisk gjødsel.

Klimanytte

Biogass fra husdyrgjødsel er ett av de tiltakene som virkelig kan bety mye om landbruket skal redusere sitt klimaavtrykk. Største effekten er at metantap fra lagring av gjødsel, som ellers ville slippes ut til atmosfæren, tas vare på og på en eller annen måte brennes (i fyrkjel, generator eller som drivstoff). Under forbrenningen vil det slippes ut CO2, men vi regner effekten av dette til null, ettersom dette har et biologisk opphav og bindes opp igjen i neste sesong det dyrkes for til dyra. Metan regnes for å ha 25 ganger så stor klimapåvirkning som CO2. I klimaspillet har vi satt at spart CO2 avtrykk i forhold til tap fra gjødsellager er på 55% med biogass i forhold til tradisjonell drift.

I tillegg vil bruken av biogassen til varme, drivstoff og strømproduksjon kunne erstatte fossil energi. I klimaspillet har vi beregnet totalt mulig metanproduksjon og regnet om til kWh, Da har vi brukt 25% av dette som elektrisitet produsert og 16% som netto varme produsert. Resten er tap i anlegget, tap i eksos og varme som går med til å starte prosessen.

Noen vurderer gjødselvirkningen av biorest til å være større enn å bruke husdyrgjødsla direkte. Dermed kan en også kalkulere inn spart handelsgjødsel i klimaregnskapet.

Effektiviteten av biogassanlegget og klimaeffekten avhenger av faktorer som oppholdstid i reaktor, lekkasjer, kjøling eller annen behandling av biorest.

Som for annen type fyringsanlegg må vi regne et avtrykk for å produsere utstyret som skal til.

Aktuelle råstoff, energiinnhold og egenskaper

landbruket er husdyrgjødsel det mest vanlige substratet. Fòret som gis til husdyra blir betydelig nedbrutt i fordøyelsen. Energien i et råstoff til biogass kommer fra tørrstoffet. De fleste typer husdyrgjødsel har et høyt fuktighetsinnhold, og har derfor et lavt energiinnhold pr volum.

Eksempel på energipotensiale i husdyrgjødsel:

Storfe, 8,5 % TS ca. 130 kWh pr tonn

Gris, 8 % TS ca. 150 kWh pr. tonn

Kylling, 70 % TS ca. 1000 kWh pr. tonn

(Maks 20 % kyllinggjødsel)

Energiinnholdet i gassen måles i kilowattimer, kWh.

Biogassproduksjonen øker betraktelig dersom man har tilgang på andre substrater i tillegg til husdyrgjødsel. Matavfall, fiskeslam og slakteavfall er substrater som har et mye høyere energiinnhold enn husdyrgjødsel.

Eksempel på mulig energipotensiale i andre substrater:

Sortert matavfall fra storhusholdning, 13 % TS ca. 750 kWh pr. tonn

Slakteavfall, mykdeler, 30% TS ca. 1950 kWh pr. tonn

Fiskeslam, 20% TS ca. 1000 kWh pr. tonn

Slike substrater må hygieniseres før de tas inn på gården, for å unngå fare for spredning av sykdommer. Det finnes egne regelverk for behandling av substrater som tas inn til anlegget og for bruk av biorest fra disse.

Bruksområder for biogass

Varmeproduksjon

Biogassen som produseres i et biogassanlegg kan brennes i en gassbrenner, og nyttes til å varme opp vatn som skal inn i et vannbårent varmesystem. Varmen kan brukes til å varme opp bolighus, verksted og husdyrbygninger på gården.

Produksjon av elektrisk strøm

Biogassen klan også brukes til å drive en forbrenningsmotor som kan kobles til en strømgenerator. En slik enhet i et biogassanlegg kalles CHP, «combined heat and power». Strømmen som lages kan benyttes på gården, og det er samtidig viktig å samle opp varmen fra motoren og bruke den til oppvarming av tilgrensende bygninger.

Oppgradere biogassen til drivstoff

Biogassen kan brukes til motordrivstoff, og på den måten erstatte fossilt drivstoff. Biogassen må renses før den kan brukes som drivstoff. Metaninnholdet i gassen må minst være 98 % før den kan brukes som drivstoff. Vanligvis renses gassen i større renseanlegg knytta til store felles biogassanlegg. Det er per i dag ikke lønnsomt å bygge renseanlegg knytta til biogassanlegg på gårdsbruk.

Hva er biorest, og hvordan kan denne best utnyttes i landbruket?

Biogass er restproduktet fra biogassproduksjonen i et biogassanlegg, og kan være basert på husdyrgjødsel, og andre substrater som f.eks. matavfall og slakteavfall. Biorest er homogen og tyntflytende, og kan brukes som organisk gjødsel til overflatespredning og nedmolding. Ved spredning på overflata infiltreres bioresten raskere i jorda enn vanlig bløtgjødsel. Biorest er høgverdig organisk gjødsel, og inneholder de viktigste næringsstoffene som plantene trenger. Biorest kan inneholde opptil 4,5 kg N, 0,5 kg P og 2 kg K pr. m3 gjødsel. Næringsinnholdet vil variere etter hvilke substrater som brukes i anlegget. Det meste av nitrogenet er på ammoniumform, NH₄+, som i jorda omdannes raskt til nitrat, NO₃-. Dette tas raskt opp i plantene. Biorest lukter mindre etter spredning enn vanlig blautgjødsel.