bioenergi kan støtte bæredygtig landbrugsproduktion · råd programkomite for bæredygtig energi...

General rights Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.

Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research.

You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.

Downloaded from orbit.dtu.dk on: Sep 04, 2020

Bioenergi kan støtte bæredygtig landbrugsproduktion

Hauggaard-Nielsen, Henrik; Østergård, Hanne

Published in:Robust og bæredygtig bioenergi

Publication date:2012

Document VersionOgså kaldet Forlagets PDF

Link back to DTU Orbit

Citation (APA):Hauggaard-Nielsen, H., & Østergård, H. (2012). Bioenergi kan støtte bæredygtig landbrugsproduktion. I T. Skøtt(red.), Robust og bæredygtig bioenergi: Biomasse i fremtidens danske energisystem (s. 18-19). BioPress.

https://orbit.dtu.dk/da/publications/08fb33a9-99fc-404b-a346-f7fcb32bb8a9

Robust og

bioenergibæredygtig

Biomasse i fremtidens danske energisystem

September 2012

2 Robust og bæredygtig bioenergi • september 2012

4 Robust og bæredygtig bioenergi

6 Regulering og tilskud styrerudbredelsen af nye teknologier

8 At høste solen – optimal udnyttelseaf arealerne.

12 Bioenergi kan gøre energisystemetfleksibelt

15 Solens energi kan omdannes mereeffektivt til biomasse

18 Bioenergi kan støtte bæredygtiglandbrugsproduktion

20 Tang som bæredygtig energikilde

22 Miljøvurdering af gylleteknologier

Robust og bæredygtig bioenergi eren samling artikler om nye, spæn-dende teknologier til produktion afbioenergi, der har modtaget støtte fradanske forskningsprogrammer. Publi-kationen er udarbejdet i forbindelsemed et seminar om emnet, der bliverafholdt den 5. december 2012.

Ansvarshavende redaktør:Journalist Torben Skøtt

Layout: BioPress

Tryk: CS Grafisk

Forsidefoto: BioPress

Redaktionen sluttet:Den 14. september 2012

Oplag: 3.500 stk.

Publikationen kan downloades fra:www.biopress.dk

Indhold

4

8

12

Robust og bæredygtig bioenergi • september 2012 3

24 Oparbejdning af næringsstoffer i gylle

26 Optimering af energiudbytte ognæringsstoffer fra gylle

28 Optimering af biogasprocessen

30 Det intelligente energisystem

32 Biomasse til transportsektoren

34 Inbicon: Fra mark til marked

36 REnescience: Fra affald til afkast

38 Pyroneer: Fra besværlig biomassetil grøn gas

40 Fra organisk affald til olie

43 Testanlæg til fremstilling af bioolie

20

28

36

38

Af Sven G. Sommer og

Poul Erik Morthorst

Verden står over for en ny energipoli-tisk tidsalder, fordi de fossile energi-kilder udtømmes, og fordi forbræn-ding af fossile energikilder medførerglobal opvarmning. Svaret på udfor-dringen fra den danske regering oget bredt flertal i Folketinget er en am-bitiøs langsigtet målsætning om atgøre Danmark uafhængigt af fossilebrændsler i 2050.

Anvendelse af bioenergi og kon-ceptet om den biobaserede økonomiindgår i FORSK2020, som er grundla-get for prioriteringen af den strategis-ke forskning i Danmark. Den danskeregering ønsker også, at Danmarkskal bidrage til EU's ambitiøse mål-sætning om at reducere udledningen

af drivhusgasser med 30 procent in-den 2020.

I det 21. århundrede skal behovetfor energi opfyldes med nye grønneteknologier. Det skal være bæredyg-tigt, så kommende generationers mu-ligheder for anvendelse af bioenergiikke begrænses, og der skal være ta-le om robuste løsninger i forhold tilforsyningssikkerhed, omkostninger ogenergiøkonomi.

Målsætningen om at gøre Danmarkuafhængigt af fossile brændsler kanopfyldes ved at reducere forbruget afenergi og ved at omstille energiforsy-ningen til vind, sol og bioenergi. Vindog sol forventes at blive storleveran-dør af energi i midten af århundredet.Biomasse og organisk affald vil bidra-ge med en tredjedel af energiforsy-ningen, og det vil være en vigtig for-

udsætning for at kunne skabe et sta-bilt energisystem, hvor der er balancemellem udbud og efterspørgsel.

BioenergiI Energiforliget fra 2012 har politiker-ne besluttet, at der skal udarbejdesen egentlig biomassestrategi i forholdtil energiog transportformål. En bæ-redygtig og robust biomassestrategiskal omfatte anvendelse af biomassei bred forstand, fordi biomasse er enknap resurse, hvor efterspørgslen for-ventes at stige i fremtiden. På denkorte bane, det vil sige frem til 2020,forventes bioenergien at bidrage medto tredjedele af den grønne energi iEU-landene.

I Danmark og i EU forventes er stordel af den vedvarende energi at kom-me fra biomasse i form af bionedbry-

Robust og bæredygtig bioenergi

Produktion og anvendelse af bioenergi indgår i strategien for det danskeenergisystem frem til 2050. Væk skal fossil energi, og ind skal sol,vind og biomasse. I denne publikation kan du læse mere om,hvordan vi kan anvende biomasse i fremtidens danskeenergisystem på en robust og bæredygtig måde.


Foto

:Cla

as

deligt affald, træ, halm og husdyrgød-ning (se figur 1 og 2). Forsyning aftransportsektoren med vedvarendeenergi er en af de vanskeligste nød-der at knække, og her skal bioenergii form af bioethanol, biodiesel og an-dre flydende biobrændstoffer erstatteti procent af benzin- og dieselforbru-get i 2020.

I nærværende publikation fremgårdet af artiklen “Regulering og tilskudstyrer udbredelsen af nye teknologi-er”, at anvendelse af organiske af-faldsprodukter og husdyrgødning tilenergiproduktion også er styret af mil-jøhensyn. Slutproduktets anvendelig-hed og kategorisering som affald ellerbiomasse er af afgørende betydningfor, om energiproduktionen kan bliveøkonomisk rentabel.

Der er en forventning om, at nyegrønne energiteknologier reducererudledningen af drivhusgasser og ermiljøvenlige. Det kræver, at bio-energien ses i en større sammen-hæng, hvor man ser på den totalefortrængning af drivhusgasser, og ihvor høj grad værdifulde stoffer gen-anvendes.

Majs er for eksempel et udmærketfoder til de metanproducerende bak-terier i et biogasanlæg, men energi-produktionen reducerer ikke udled-ningen af drivhusgasser væsentligt,fordi der sker udslip af metan fra gas-motorer og fra lagre med afgassetbiomasse. Ved biogasanlæg føresnæringsstofferne tilbage til landbrugs-jorden, men ved afbrænding af bio-masse vil næringsstofferne ved visseanlæg gå tabt, mens andre teknologi-

er åbner mulighed for at næringsstof-ferne kan genbruges.

ForskningenForskningen i bioenergi drejer sig isærom at anvende restprodukter som bio-affald, halm, træ og husdyrgødning tilenergiformål, men der forskes også ienergiafgrøder, ligesom der forskes ialger fra havet for på den måde atøge produktionen af biomasse.

Forskning i at omdanne biomassetil energi har fokus på forbrænding ogforgasning, biogasproduktion og pro-duktion af flydende biobrændstoffer.På den måde understøtter Det Strate-giske Forskningsråd og andre offentli-ge programmer den danske energi-og miljøpolitik.

Der er støttet projekter, hvor måleter at udvikle teknologier som kan øgeenergibærerens anvendelighed. Detkan for eksempel være projekter, dersigter mod at omdanne metangas til

metanol, der kan anvendes sombrændstof i forbrændingsmotorer ogbrændselsceller. Udvikling af energi-konvertere og motorer, der effektivtkan anvende bioenergien, er ogsåstøttet, og endelig er der givet pengetil projekter, som sigter mod at integ-rere bioenergi i intelligente energisy-stemer (se figur 3).

Restprodukterne har værdiBioenergi er dyrere end fossil energi,men økonomien kan blandt andet for-bedres ved at udvikle teknologier, hvorrestprodukterne har en værdi som fo-der, gødning og jordforbedring. Entankegang der støttes af The Copen-hagen Declaration for a Bioeconomyin Action, der anbefaler, at værdikæ-derne ved håndtering skal tages i be-tragtning for at sikre en fornuftig øko-nomi i anlæggene.

Det Strategiske Forskningsråd øn-sker at fremme samarbejde medBRIK-landene og andre vækstlande.Siden 2009 har bioenergi været medi fire opslag om dansk-kinesisk forsk-ningssamarbejde på energiområdetfinansieret af kinesiske og danskefondsmidler, og der er indgået samar-bejdsaftaler om energiforskning medBrasilien og Sydkorea.

Sven G. Sommer er professor ved In-

stitut for Kemi-, Bio- og Miljøteknolo-

gi på Syddansk Universitetet.

Poul Erik Morthorst er professor ved

DTU Management Engineering og for-

mand for Det Strategiske Forsknings-

råd programkomite for bæredygtig

energi og miljø.

Fordeling af i alt 1,2 milliarder kroner

fra Det Strategiske Forskningsråds

programkomite for bæredygtig energi

og miljø i perioden 2004 – 2011.

Det Strategiske Forskningsråd øn-sker, at:

• de udviklede teknologier kan bi-drage væsentlig til nye arbejds-pladser i Danmark og til opfyldel-se af regeringens målsætningerpå energiområdet.

• Danmark på udvalgte områder erglobalt førende både med hen-syn til produktion af biobaseretog miljøvenlig energi-teknologi.

• danske forskere fortsat kan mat-che de bedste på verdensplan.

Det Strategiske Forskningsråd

2008 20500

Varmepumpe

Vind

Affald

Biomasse

Naturgas

Kul

Olie

20

40

60

80

100Figur 1 Fordeling af energiproduktion i procent

Klimakommissionens bud på, hvor-

dan energiforsyningen vil ændre sig i

perioden fra 2008 til 2050.

Figur 2 Fordeling af VE i 2010

Varmepumperm.v. 9 %

Vind21 %

Halm17 %

Træ34 %

Bionedbrydeligtaffald 16 %Biogas

3 %

Fordeling af vedvarende energikilder i

2010, hvor cirka 20 procent af det

danske energiforbrug blev dækket af

vedvarende energi.


Figur 3 Fordeling af forskningsmidler fra DSF

Sol5 %

Bølge2 %

Bio og affald25 %

Brint ogbrændselsceller

11 %

Energi-effektivitet

14 %

Smartgrid ogsystemer

20 %

Andet7 %

Vind16 %

Af Bent Ib Hansen, Marieke ten

Hoeve & Sven G. Sommer

Handelsgødning og fossil energi er såbilligt, at det er vanskeligt at skabe etgennembrud for nye teknologer, hvorproduktionen er baseret på husdyr-gødning. Udnyttelse af det enormepotentiale, der ligger i husdyrgødning,er derfor afhængig af tilskudsordnin-ger, og hvordan myndighederne defi-nerer produkterne i henhold til lovgiv-ningen.

Ved afbrænding eller termisk for-gasning af husdyrgødning produceresrestprodukter. Miljømyndigheder, tek-nologiudviklere og landbrugere harhaft en længere diskussion om, hvor-dan man skal definere produkterne iforhold til lovgivningen. Man er enigeom, at miljøproblemer ved håndteringaf husdyrgødning skal løses ved at fåden størst mulige nytte af gødningen.Derfor skal energiteknologier til hus-dyrgødning udvikles, så de ikke for-urener, og så der ikke mistes vigtigeplantenæringsstoffer.

Udfordringen er, at myndighederneved afbrænding kræver dyre onlinemålinger og skrappe emissionskrav afen række miljøskadelige stoffer. Der-for er det for tiden kun muligt at af-brænde husdyrgødning på store cen-trale anlæg, mens landmændenegerne vil kunne brænde husdyrgød-ning decentralt. Således har det storeMåbjergværk ved Holstebro tilladelsetil at brænde fiberfraktionen fra bio-

gasanlæg, mens firmaet Samson Bi-matech ikke fik godkendt deres de-centrale anlæg til forbrænding af fiber.

I modsætning hertil har de irskemyndigheder godkendt et ristefyretforsøgsanlæg, som afbrænder gylle-fiber og hønsemøg. Anlægget erblandt andet solgt i både Korea ogEngland, hvor de enkelte anlæg over-våges fra Irland. Det er dog tvivlsomt,om anlægget kan overholde kravene iEU's affaldsdirektiv.

I Holland verserer den samme dis-kussion som her. Derfor indleder vimed en omtale af, hvordan hollæn-derne håndterer udfordringerne medgødning fra en stor husdyrproduktion.

Hollandske erfaringerI Holland anvendes 50 procent afgødningen på gården med husdyr, 28procent benyttes på andre gårde, 15

procent eksporteres, mens de sidste8 procent viderebehandles.

Viderebehandlingen foregår påcentrale anlæg, hvor 33 procent for-brændes, 23 procent omdannes tilgødningspiller og eksporteres, mens24 procent bliver komposteret og an-vendt som gødning og til dyrkning afsvampe.

Siden 1984 er anvendelse af hus-dyrgødning fra svine- og fjerkræpro-duktionen blevet reguleret, og i 1991blev EU's nitratdirektiv ratificeret meden lovgivning, der revideres hvert fjer-de år. I dag må der på ejendommenanvendes 170 kg kvælstof/hektar ihusdyrgødning og 250 kg kvælstof/hektar, hvis afgrøderne er kvælstof-krævende.

Allerede i dag er der 2,5 procentfor meget fosfor i produktionen, ogderfor eksporteres en del af gødnin-

Regulering og tilskud styrerudbredelsen af nye teknologierMange nye teknologier til håndtering af husdyrgødning er ikke økonomisk bære-dygtige. Udbredelsen afhænger derfor af tilskudsordninger og lovgivningen,men hvis ikke lovene udvikler sig i samme takt som teknologierne, opstårder problemer. Et eksempel er produktion af gyllefibre, der typiskdefineres som affald, og hvor myndigheder stiller så skrappe krav,at der ikke kan skabes økonomi i anlæggene.

Separering af afgasset biomasse på

et fælles biogasanlæg i Fangel syd

for Odense. Den flydende fraktion

køres tilbage til andelshaverne, mens

den faste fraktion bliver afsat til plan-

teavlere i nærområdet.

Foto

:Torb

en

Skøtt/B

ioPre

ss


gen under nøje overvågning. Ved last-ning af gylletankvognene udtages gyl-leprøver til analyse, og tankvogneneer forsynet med GPS, så man kan do-kumentere, at gyllen køres til en slut-bruger. Fosforoverskuddet forventesat stige til otte procent i 2015 somfølge af skærpede krav. Overskudskyldes import af fosfor i foder oghandelsgødning, og det er planen, atgenanvendelse skal løse problemet.

Råfosfat er en begrænset resurse,som plante- og husdyrproduktionener totalt afhængig af. Dertil kommer,at 80-90 procent af de kendte fosfor-resurser findes i Marokko, der er etpolitisk ustabilt land, og det kan giveproblemer med forsyningssikkerhe-den. Det hollandske miljøministeriumstøtter derfor en virksomhedsplat-form, som indsamler, bearbejder ogdistribuerer nye såkaldte sekundærehandelsgødninger, og hvor én af me-toderne er afbrænding med efterføl-gende genanvendelse af fosforen.

EU-lovgivningen er imidlertid enbarriere for udviklingen, for et pro-dukt, der én gang har været husdyr-gødning, vil altid defineres som hus-dyrgødning eller bioaffald. Det bety-der, at de sekundære handelsgødnin-ger ikke kan formidles eller sælges.For tiden agiterer hollænderne i EUfor, at husdyrgødning kan defineressom et råstof, og gødningsprodukterfra husdyrgødning er handelsgødnin-ger. Det vil betyde, at husdyrgødningkan fjernes, anvendes til energipro-duktion og gødningsproduktet tilføresafgrøden som handelsgødning.

Husdyrgødning eller affaldIfølge miljøbeskyttelsesloven § 73 bmå husdyrgødning udbringes somgødning på markerne, når bare de al-mindelige gødskningsregler overhol-des. Ønskes husdyrgødning eller se-pareret gyllefibre brugt til andet for-mål, bliver det straks til affald. Detskyldes, at affald ifølge lovgivningener defineret som: “Ethvert stof og en-

hver genstand, som indehaveren skil-

ler sig af med, agter at skille sig af

med eller er forpligtet til at skille sig

af med.”

På det grundlag vurderer den dan-ske miljøstyrelse, at husdyrgødning,der forbrændes, defineres som affald,da indehaverens primære formål er at

skille sig af med gødningen. Det om-fatter også fraseparerede fiberfraktio-ner, piller, briketter eller tilsvarende,som kan produceres af husdyrgødnin-gen, og som efterfølgende forbrændes.

Krav til anlægNår husdyrgødning er defineret somaffald, skal det anlæg, som forbræn-der disse fraktioner (omfatter ogsåpyrolyse), miljøgodkendes efter For-brændingsbekendtgørelsens regler.Det omfatter blandt andet dyre online-målinger af en række miljøskadeligestoffer.

Dog er det ifølge affaldsdirektivetartikel 6 stk. 1 muligt at oparbejde af-fald i en grad, så det ophører med atvære affald, når det har gennemgåeten nyttiggørelsesoperation. Det kan foreksempel være genanvendelse af fos-for fra husdyrgødning under forudsæt-ning af, at brugen af stoffet ikke hargenerelt negativ indvirkning på miljøeteller menneskers sundhed. Ved en så-dan afklassificering skal miljømyndig-heden også vurdere miljøforholdeneunder forarbejdningsprocessen.

Der foregår for tiden en debat medMiljøstyrelsen om, hvilken dokumen-tation der skal foreligge, for at styrel-sen på et fagligt grundlag vil kunne

afklassificere husdyrgødning somværende omfattet af affaldsdirektivet,så man vil kunne undgå at udføre dedyre onlinemålinger.

Mulige tilskudVed brug af vegetabilsk biomasse tilelproduktion gives der i Danmark ettilskud på 15 øre per kWh i tilskudsamt fritagelse af varmeafgift svaren-de til 16-17 øre per kWh.

Gyllefibre er ifølge bekendtgørelseom biomasseaffald under miljøbe-skyttelsesloven defineret som ikke or-ganisk affald, og er derfor ikke omfat-tet af tilskudsreglerne til brug af vege-tabilsk biomasse. Dog er forbrændingaf frasepareret gyllefiber efter biofor-gasning fritaget for varmeafgiften.

På hjemmesiden Cleanwaste.dk kan

man finde referencer til lovgivning og

artikler refereret i denne artikel

Bent Ib Hansen er chefkonsulent ved

Videncenter for Svineproduktion.

Marieke ten Hoeve er PhD-studeren-

de ved Institut for jordbrug og økologi

på Københavns Universitet.

Sven G. Sommer er professor ved In-

stitut for Kemi-, Bio- og Miljøteknolo-

gi på Syddansk Universitetet.

Måbjergværk ved Holstebro er et af de få anlæg, der har tilladelse til at bræn-

de fiberfraktionen fra biogasanlæg.

Foto

:Torb

en

Skøtt/B

ioPre

ss


Af Claus Felby & Niclas Scott Bentsen

Vi bruger solens energi til at lave fø-devarer, materialer og energi, men forat kunne udnytte solindstrålingen tilplanternes fotosyntese kræves storearealer.

Når et areal skifter anvendelse frafor eksempel fødevarer til energipro-

duktion eller kombinationer heraf, vilder være en række faktorer, som på-virkes. Den tidligere vegetation ogmængde af kulstof i jorden kan bliveomsat og dermed frigive CO2, ellerder kan ske afledte effekter, som på-virker helt andre arealer, og på denmåde bidrager til udslip af klimagas-ser. Omvendt kan der være modsat-

rettede effekter ved øget produktivitetog ændret afgrødevalg, som bidragertil at reducere CO2-udledningen.

Disse påvirkninger går under be-tegnelsen “land use change”, og harværet et af de mest omdiskuteredeemner inden for bioenergi. Der skel-nes mellem “direct land use change”(LUC) og “indirect land use change”

Det er nødvendigt at indføre kriterier for bæredygtighed, hvis vi skal skaffeenergi, foder og fødevarer til ni milliarder mennesker. Bæredygtighed bliverofte vurderet ud fra begreber som LUC og ILUC, men modellerne erutilstrækkelige, og man risikerer at tage beslutninger, som harden modsatte effekt af, hvad man ville opnå.

At høste solen

– optimal udnyttelse af arealerne

Foto

:Cla

as


(ILUC). Sidstnævnte indgår som endel af certificeringen af biobrændstof-fer i Californien, og for øjeblikket for-søger EU at finde ud af, om ILUC og-så skal indgå i deres kriterier for bæ-redygtighed.

Princippet omkring “land use chan-ge” gælder for alle arealanvendelser– det være sig fødevare- og energi-produktion samt byudvikling og vej-byggeri.

Udfordringen består i at måle ogkvantificere effekterne af “land usechange”. Det dækker over sammen-hænge mellem arealanvendelse ogCO2-udledning, planters tilvækst ogomsætning, forbrug, efterspørgsel,prissætning med mere. Det er nogleaf de mest komplicerede og dynamis-ke sammenhænge at forstå og bereg-ne konsekvenserne af.

Denne artikel beskriver nogle af for-holdene bag “land use change”, oghvordan forklaring og forståelse af be-grebet har udviklet sig.

Jordens arealLandarealet på Jorden er en endeligstørrelse på i alt cirka 13 gigahektar.Heraf består knap 12 procent af land-brug, skovene udgør cirka 27 pro-cent, mens savanner og græsstepperlægger beslag på omkring 31 pro-cent. Resten er bjerge, søer, byer, ve-je med videre.

Menneskets teknologiske udviklinghar i høj grad sat sig spor i ændretarealanvendelse. Fra det øjeblik vi be-gyndte at drive landbrug, har vi æn-dret skove og græsstepper til marker.I dag lægger det direkte landbrugmed afgrøder beslag på godt 1,5 giga-hektar. Dertil kommer det areal, deranvendes til afgræsning af husdyr, sådet samlede landbrugsareal når op påover fire gigahektar.

Men vi er også blevet bedre til atudnytte arealet. I slutningen af 1900-tallet fandt man, at landbruget ikkekunne brødføde mere end halvan-den milliarder mennesker. Så komkunstgødningen, den grå Fergusonog den grønne revolution, og i dagbrødføder landbruget syv milliardermennesker.

Men der er selvfølgelig en grænsefor, hvad der er plads til, og i flere til-fælde kan vi se, at landbrugsproduk-tionen nærmer sig denne grænse.

Samtidig stiger vores globale forbrug,og det giver et yderligere pres på klo-dens arealer, så det er nødvendigtmed en bedre forståelse af “land usechange” for at sikre en bæredygtigudvikling.

LUCDen direkte effekt af “land use chan-ge” (LUC) kan umiddelbart måles.Konverteres et areal fra for eksempelskov til marker, eller ændres udnyttel-sen af en skov fra ekstensiv til inten-siv drift, vil der umiddelbart ske et ud-slip af CO2 ved omsætning af orga-nisk materiale. Det fænomen kaldes“carbon debt”, og betyder i praksis,at CO2-udledningen fra anvendelse afbioenergi først reduceres, når “gæl-den” er betalt.

For biobrændstoffer er konverterin-gen af tropiske tørvemoser til oliepal-mer det værste eksempel på “carbondebt”, hvor det kan tage århundrederinden CO2-udslippet er udlignet. Om-vendt vil konverteringen af græsstep-pe til sukkerrør eller omlægning af vå-de jorde fra dyrkning af korn til pil ha-ve en “carbon debt”, som udlignes påmindre end ét år.

Der har været diskussioner af “car-bon debt” ved øget udnyttelse af sko-varealer, hvor skov til produktion afbioenergi holdes op imod et scenarie,

hvor skoven står urørt hen i 50-100år. Der er grund til at være skeptiskover for disse beregninger, da de an-tager, at skoven er helt stabil i enmeget lang periode. Erfaringen visernemlig, at kun meget få skove har ennaturlig stabilitet i det omfang, somforudsættes i beregningerne.

ILUCDe indirekte effekter af “land usechange” (ILUC) er langt sværere atmåle og kvantificere. ILUC er defi-neret som de afledte effekter på an-dre arealer, når udnyttelsen af etareal ændres, og sammenhængeneer både biologiske, økonomiske ogfysiske.

Umiddelbart vil man mene, at nårder bruges én hektar majs til produk-tion af biogas, så skal den mistedefødevareproduktion erstattes af et til-svarende areal andetsteds.

Men sådan er det ikke i praksis.Mindskes udbuddet af majs til mad,stiger prisen, og vores forbrug flyttestypisk over til andre produkter, hvilketreducerer efterspørgslen og dermedprisen. Derudover er der andre fak-torer som stigende udbytter, befolk-ningstilvækst og økonomisk vækst,der på samme tid påvirker størrelsenog arten af det anvendte areal samtpriserne på afgrøder/biomasse.

- 6

- 4

- 2

0

2

4

6

8

10

12

14

Figur 1 Regionale ændringer i landbrugsareal 2005-2010.

Sydam

erika

USA EU

Sydlig

eAfri

ka

Mellem

østen

Oce

anien

Sydlig

eAsie

n

Østlig

eAsie

n

Sydøst

ligeAsie

n

NordligeAfri

ka


�

Udviklingen i landbrugsarealetDe sidste fem år er det globale land-brugsareal steget med cirka 30 mil-lioner hektar (se figur 1). Det er sam-tidig en periode, hvor produktionen af1. generationsbiobrændstoffer er ste-get kraftigt, men det er også en pe-riode med økonomisk vækst og sti-gende befolkningstal.

Kigger man nærmere på tallene(tabel 1) så viser det sig, at land-brugsarealet stiger markant mindreend væksten i befolkningen og øko-nomien. Ydermere er landbrugsarea-let faldet i USA, til trods for en vold-som ekspansion af bioethanol framajs. I samme periode er både pro-duktion og eksport af fødevarer fraUSA steget. Umiddelbart virker det imodstrid med teorien bag ILUC, såhvad kan forklaringen være?

Når værdien af landbrugsproduk-tionen stiger, så øges intensiteten pådet enkelte areal, ligesom forædlingfår udbyttet til at stige med omkringen halv procent om året. Dertil kom-mer, at proteinprodukter fra 1. gene-rationsbioethanol kompenserer for fo-derværdien af den majs, som nu bru-

ges til bioethanol. Der er således flerefaktorer, som giver en positiv effekt iforhold til ILUC.

Der er selvfølgelig en rent biofysiskgrænse for, hvor meget landbrugetkan effektiviseres, men for at kunnetage højde for og eventuelt anvendeILUC i certificeringen af biobrændslerer det nødvendigt at kende og kvanti-ficere de kombinerede effekter.

Modellering af ILUCDen måde, som ILUC kvantificeres påi praksis, er ikke ved hjælp af specifik-ke målinger, men ved hjælp af økono-miske modeller, der inddrager en langrække faktorer som:

– udbud og omkostninger for land-brugsareal

– produktivitet af eksisterende og nytlandbrugsareal

– pris- og efterspørgsel– substitutionseffekter mellem afgrø-

der og biomasse– indirekte effekter og substitution af

fossile brændsler

Især to modeller kaldet GTAP og FAPRIanvendes i analyse af ILUC effekter.

Modellerne virker ikke ens, og foren given ændring i efterspørgslen påbiobrændstoffer kommer de til for-skellige resultater i forskellige områ-der på kloden. Forskellene kan væreop til flere hundrede procent. Holdtop imod den reelle udvikling i land-brugsarealet overvurderer de nuvæ-rende modeller effekterne af ILUC forblandt andet brugen af majs til 1.generationsbioethanol.

De økonomiske modeller er understadig udvikling. GTAP-modellen blevanvendt i en artikel om ILUC fra 1.generationsbioethanol publiceret iScience i 2008 af Searchinger et al,og gav dengang anledning til en vold-som debat. Siden er GTAP-modellenblevet yderligere udviklet. Det har be-

Område Vækst

Landbrugsareal 0,5 procent

Befolkning 1,0 procent

Økonomi 2,3 procent

Tabel 1. Udviklingen i globalt land-

brugsareal, befolkning og økonomi i

perioden 2005-2010.

ILUC-effekterne ved at anvende majs og hvede til bioethanol ser med de nyeste modeller ud til at være væsentligt redu-

ceret, og kan måske helt elimineres med en yderligere udvikling af foderprodukterne.

Foto

:Cla

as

�


tydet, at de estimerede ILUC-effekterer blevet reduceret med omkring enfaktor seks i forhold til Searchinger´soprindelige resultat (se figur 2).

Udviklingen af GTAP-modellen skyl-des blandt andet, at man har indbyg-get markedsøkonomiske effekter ogbefolkningstilvækst. ILUC-effekterneved at anvende majs og hvede til bio-ethanol ser med de nyeste modellerud til at være væsentligt reduceret,og kan måske helt elimineres meden yderligere udvikling af foderpro-dukterne.

2. generationsbioethanol, der an-vender halm eller andre restproduk-ter, vil umiddelbart ikke have nogenILUC-effekter, som medfører et sti-gende areal. Tværtimod kan foderpro-dukter fra processen medføre, at derer et “negativt” arealforbrug, hvor deindirekte effekter frigiver areal. Det erdog et scenarie, som kun er overfla-disk undersøgt.

Der er næppe noget område somer mere komplekst for økonomiskemodeller end netop ILUC. Og de for-skere, som arbejder med modellerneog deres udvikling, er helt bevidsteom, at der forestår et betydeligt ar-bejde med modellerne, før de kan gi-ve et reelt billede af effekterne påarealanvendelser og CO2-udledning.

Men netop derfor er der til stadig-hed grund til at arbejde videre medforståelse af ILUC. Kun derved vil man

være i stand til at vælge og udvikleden kombination af teknologi og land-brug, som giver de bedste effekter iforhold til CO2-udledning og miljø.

ILUC som kriterium?ILUC indgik som element i den cali-forniske “low carbon fuels standard”,men siden da er ILUC-effekten løben-de blevet revideret og nedskrevet.

Udover det vanskelige i at estimereILUC-effekter er der også et principieltspørgsmål om, at den enkelte bondeeller skovejer via ILUC bliver holdt an-svarlig for, hvad en tilsvarende bondeog skovejer foretager sig et helt andetsted på kloden. Grundlæggende pe-ger det snarere på et behov for globalregulering af arealanvendelse, hvadenten det er fødevarer eller bioenergi,frem for at lade markedsmekanismer-ne styre udviklingen.

Den nuværende modellering og for-ståelse af ILUC og “carbon debt” be-grebet ved LUC virker ikke tilstrække-lig udviklet til at være en del af bære-dygtighedskriterer for biobrændstof-fer. Set lidt fra oven skulle man i ste-det sætte nogle direkte krav til deformer for biobrændstoffer, man viltillade – alene ud fra deres produktivi-tet og umiddelbare arealforbrug.

Det ville favorisere de 2. genera-tionsteknologier, som findes. Olieaf-grøder til biodiesel har et grundlæg-gende problem med det lave udbytte

for soja og raps, samtidig med at detrækker den prisbillige biodiesel frapalmeolie ind på markedet. Og netoppalmeolie har de største reelle pro-blemer med LUC, da oliepalmernekonkurrerer direkte med tropisk skov.

Det betyder dog ikke, at biodieselfra olieafgrøder helt skal undgås, menarealerne med olieafgrøder ville må-ske være mere velegnede til andreformer for bioenergi. Endelig skalman være bevidst om, at LUC ellerILUC intet siger om generel bæredyg-tighed, der også indebærer økologisk,social og økonomisk bæredygtighed iden direkte arealanvendelse.

Forståelsen af LUC- og ILUC-effek-ter ved fødevare- og energiproduktionkan være vigtige redskaber til at redu-cere CO2-udslippet fra den primæreproduktion. Men at bruge de nuvæ-rende økonomiske modeller som bag-grund for politiske beslutninger ombæredygtighedskriterier er i bedstefald utilstrækkeligt. I værste fald risi-kerer man at tage beslutninger, somhar den modsatte effekt af, hvad manegentlig ønsker at opnå.

Claus Felby er professor ved Køben-

havns Universitet, Det Natur- og Bio-

Videnskabelige Fakultet.

Niclas Scott Bentsen er fagkonsu-

lent ved Københavns Universitet,

Det Natur- og Bio- Videnskabelige

Fakultet.

2. generationsbioethanol, som anvender halm eller andre

restprodukter, vil umiddelbart ikke have nogen ILUC-effek-

ter, der medfører et stigende arealbehov.

0

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

Figur 2 ILUC-effekter i hektar per 1.000 liter bioethanol

Searchinger2008

Hertel et al.2010

Tyner et al.2010

Udviklingen af de estimerede ILUC-effekter ved GTAP-mo-

dellen. Bemærk at effekterne er blevet reduceret med om-

kring en faktor seks i forhold til det oprindelige resultat.

Foto

:Cla

as


Af Niclas Scott Bentsen & Claus Felby

Flere mennesker på kloden, større for-brug og svindende mængder fossileresurser. Mange stiller i dag spørgs-målstegn ved, om det kan fortsætte,og det har ført til øget fokus på men-neskets forvaltning af naturresurserne.

Bæredygtig udvikling er et hyppigtbrugt mantra, også i debatten ombioenergi, og der afsættes meget tidog mange penge til udvikling og ana-lyse af bæredygtige energisystemer.

Men bæredygtighed er også et afde mest misbrugte ord i debatten omresurseanvendelse. Brundtland defini-tionen på bæredygtig udvikling foku-serer på to adskilte generationer: dennuværende og en fremtidig.

Forestillinger om fremtidige energi-teknologier har i mange tilfælde vistsig at være misvisende, og fremtidigegenerationers behov og efterspørgselfor energi kender vi reelt kun på etoverordnet niveau.

Teknologiske gennembrud som ef-fektiv lagring af el vil på afgørende viskunne ændre forudsætningerne. Somkonsekvens heraf må en bæredygtigtilgang til udvikling af bioenergi foku-sere på fleksibilitet og på at forsynefremtidige generationer med mangehandlemuligheder.

Denne artikel introducerer noglegrundlæggende begreber for forståel-se af sammenhængen mellem bio-massens indhold af energi, og deenergitjenester vi efterspørger. Popu-

lært kan man beskrive fremstillingenaf energi fra biomasse som værendeunderlagt det universelle princip omat “der ikke er nogen gratis frokost”.Dertil kommer, at det ikke er ligegyl-digt, hvilken slags energi der produ-ceres fra biomassen. Der kan nemligvære tale om både “ægte” og “tom-me” kalorier.

Artiklen bruger termodynamikkensto første hovedsætninger til at beskri-ve sammenhængen mellem “ægte”og “tomme” kalorier eller mere kor-rekt mellem energikvantitet og energi-kvalitet.

TermodynamikkenTermodynamikkens 1. hovedsætningsiger, at energi hverken kan skabeseller destrueres – den kan kun skifteform. Som eksempel kan betragtesbiosfæren. Den mængde energi bio-sfæren modtager fra solen er af sam-me størrelsesorden som den mæng-de energi, der stråler tilbage til uni-verset. I store træk er biosfæren såle-des i energimæssig ligevægt.

Men liv kræver energi, så hvordanskabes og opretholdes liv på jorden,når det ikke er forbundet med et over-ordnet forbrug af energi?

Bioenergi kan gøreenergisystemet fleksibeltEn bæredygtig tilgang til udvikling af bioenergi bør fokusere på fleksibilitetog på at give handlemuligheder til fremtidige generationer. I dag brugesbetydelige mængder halm til opvarmning, men set i et lidt længereperspektiv bør anvendelsen af biomasse til varme og til delsogså elektricitet have en lavere prioritet sammenlignetmed brændsler, kemikalier og materialer.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Figur 1 Indeks for energikvalitet

Mek

anisk El

Kemika

lier

Solinds

trålin

g

Varm

e(4

00°C

)

Varm

e(1

00°C

)

Varm

e(5

0°C

)

Jord

strå

ling

Energikvalitetshierakiet angiver forskellige energiformers mulighed for at blive

omdannet til mekanisk arbejde. Indeks 1 angiver den højest mulige kvalitet.


Termodynamikkens 2. hovedsæt-ning kan forklare dette tilsyneladendeparadoks. Den fortæller i store træk,at energi kan omdannes fra én formtil en anden under skabelse af entro-pi, der er en indikator for energienskvalitet. Kun hvis processen er rever-sibel, forbliver entropiniveauet kon-stant, men i den virkelige verden fin-des ingen eller kun meget få proces-ser, som kan foregå i omvendt ordenaf sig selv – altså uden tilførsel afenergi.

Grundlaget for liv på jorden er der-for ikke forbundet med forbrug afenergi, men med dannelse af entropiog forbrug af energikvalitet. Detteprincip gælder også for anvendelsenaf energi til de ydelser, som vi efter-spøger; transport, lys, varme og kom-munikation – energien bevares, menentropien øges.

På baggrund af 2. hovedsætningkan man opstille et hierarki af energi-former i forhold til deres evne til atudføre mekanisk arbejde (figur 1).Energien kan flyttes både op og ned,men før eller siden havner den pånederste trin, og det “koster”, lige-som høje trin “koster” mere end lave.

Halm til energi og materialerHvad er den bedste anvendelse afbiomasseresurser? Det har væretdebatteret intensivt både nationaltog internationalt.

Resultaterne spænder vidt, da derikke er enighed om, hvad “bedst”skal sættes i forhold til, og hvordandet skal måles. Vi analyserer seksscenarier for anvendelse af halm ienergisektoren i henhold til termody-namikkens 1. og 2. hovedsætning.

Analysen efter 2. hovedsætninganvender begrebet exergi som mål forenergikvalitet. Exergi er et mål for enenergiforms potentiale for at bliveomsat til mekanisk arbejde og byggerpå både 1. og 2. hovedsætning.

Tabel 1 viser input og output fra deseks scenarier. Alle scenarier får til-ført ét ton halm. På outputsiden skalproduktionen betragtes som et netto-udbytte efter fradrag af eget forbrugaf el og varme.

Effektiviteten af de forskellige sce-narier er beregnet for både energi ogexergi. I scenarie 1, 2 og 4 er effekti-viteten for energi og exergi sammen-lignelig, mens der er en betydelig af-vigelse for scenarie 3, 5 og 6. Det

skyldes, at der i scenarie 3, 5 og 6indgår produktionen af fjernvarme,som er den energiform med den la-veste kvalitet.

Elektricitet eller materialerBåde elektricitet og materialer (kemiskbundet energi) er højkvalitets- energi-former, men der er en modsætningmellem produktionen af dem. Det ernemlig ikke muligt på samme tid, atproducere større mængder elektricitetog materiale af den samme resurse.

De scenarier, der producerer rela-tivt meget elektricitet er kendetegnetved en lavere exergieffektivitet end descenarier, der producerer relativt me-get materiale. Årsagen til dette skalikke findes i kvalitetsforskellen mel-lem elektricitet og materiale, men idet forhold, at elproduktion typiskomfatter flere trin ned og op ad kvali-tetstrappen (figur 1). Fra kemiskenergi til varmeenergi og videre tilmekanisk energi, der til sidst omdan-nes til elektrisk energi.

Rigtigt eller forkertAnalysen ovenfor fører til vidt forskelli-ge konklusioner afhængig af, om den

Den mængde halm, som i dag bliver anvendt til energiformål, bliver primært brugt til fremstilling af varme og el, men

der kan være mange fordele ved i stedet at satse på fremstilling af biobrændstoffer, kemikalier og materialer.

Foto

:Torb

en

Skøtt/B

ioPre

ss


�

tolkes på baggrund af 1. eller 2. ho-vedsætning; men hvilken tolkning gi-ver mest mening?

I en tid hvor resurser opfattes somuudtømmelige, eller hvor konsekven-sen af et voksende resurseforbrug ik-ke tillægges stor vægt, har analyserbaseret på 1. hovedsætning vist sigtilstrækkelige i forhold til de ydelser,der blev efterspurgt. Det har været til-fældet i en stor del af det tyvende år-hundrede, og derfor har man primærtsatset på at opnå den størst muligemængde energi uden større hensyntil, hvilken kvalitet der var tale om.

I de senere årtier er der kommetlangt mere fokus på, at vi har begræn-sede resurser til rådighed, og denmåde, vi udnytter dem på, kan havestore konsekvenser. Derfor giver ana-lyser af energisystemer, som er base-ret på termodynamikkens 2. hoved-sætning i dag langt mere mening enddem baseret på 1. hovedsætning.

ModsætningerBæredygtighed er ikke et termodyna-misk begreb, og der er en iboendemodsætning mellem bæredygtighedog termodynamikkens 2. hovedsæt-ning. Bæredygtighedsbegrebet, derantager, at noget kan opretholdes forevigt, er i modstrid med 2. hovedsæt-ning, der siger, at intet kan oprethol-des for evigt.

Termodynamikken kan heller ikkeforholde sig til etiske, politiske ellersociale problemstillinger, men ikkedesto mindre kan termodynamikkenvære en stor hjælp til udviklingen af

en mere bæredygtig forsyning afenergi og materialer.

Flere forskere mener, at der er enpositiv sammenhæng mellem exergi-effektivitet og bæredygtighed. Omden påstand holder i alle tilfælde ertvivlsomt, men en modsatrettet rela-tion synes oplagt.

Entropi danner termodynamisk irre-versibilitet, og det giver mangel påfleksibilitet. Hvis bæredygtighed side-stilles med fleksibilitet, vil irreversibili-tet være et mål for, hvor lidt bære-dygtigt resurseforvaltningen er.

De seks scenarier i tabel 1 dannerforskellige niveauer af irreversibilitetog dermed tabt fleksibilitet (tabel 2).Scenarium 5 og 6 repræsenterer deni dag helt almindelige anvendelse afhalm til energiformål. Ved fjernvarme-produktion (scenarium 6) går 84 pro-cent af den oprindelige fleksibilitet ihalmresursen tabt, mens kraftvarme-produktion (scenarium 5) “kun” taber

65 procent eller nogenlunde det sam-me som for 2. generationsbioethanol.Den mest fleksible energiproduktionfås ved at kombinere ethanol, el ogbiogas (scenarium 4).

PerspektivOvenstående analyse kan give detindtryk, at anvendelse af halm til var-meproduktion er mindre godt i forholdtil andre anvendelser, men sådan kanman ikke konkludere.

Hvad der er bedst i en given situa-tion afhænger af efterspørgselen påforskellige energitjenester, tilgænge-ligheden af resurserne og konkurren-cen imellem dem. Samfundet efter-spørger også varme med både højeog lave temperaturer, så det skalenergisystemet også kunne levere.

Men set i et lidt længere tidsper-spektiv og i lyset af begrænsede re-surser bør anvendelsen af biomassetil varme og til dels også elektricitethave en lavere prioritet sammenlignetmed brændsler, kemikalier og mate-rialer. Med fokus på energikvalitetfrem for kvantitet sikres det, at dertages så små trin på energikvalitets-trappen som muligt, hvilket er til gavnfor bæredygtigheden i forvaltningen afresurserne.

Niclas Scott Bentsen er fagkonsulent

ved Københavns Universitet, Det Na-

tur- og Bio- Videnskabelige Fakultet.

Claus Felby er professor ved Køben-

havns Universitet, Det Natur- og Bio-

Videnskabelige Fakultet.

Scenarium Output Effektivitet

Ethanol El Metan Varme Ren CO2 Energi Exergi

1. Fermentering af C6 sukker + el 1.143 kWh 585 kWh 147 kg 0,40 0,36

2. Fermentering af C6 og C5 sukker + el 1.414 kWh 359 kWh 214 kg 0,47 0,43

3. Fermentering af C6 sukker + el + fjernvarme 1.143 kWh 471 kWh 1.547 kWh 147 kg 0,73 0,40

4. Fermentering af C6 sukker + el + biogas 1.143 kWh 120 kWh 1.269 kWh 147 kg 0,59 0,53

5. El + fjernvarme 1.249 kWh 3.149 kWh 1,02 0,35

6. Fjernvarme 4.657 kWh 1,08 0,16

Tabel 1. Masse- og energibalance for seks scenarier, hvor der anvendes ét ton halm til energiproduktion i hvert scenarium.

Scena-rium

Irrever-sibilitet

Tabt flek-sibilitet

1. 11.904 MJ 64 procent

2. 10.625 MJ 57 procent

3. 11.305 MJ 61 procent

4. 8.841 MJ 48 procent

5. 12.063 MJ 65 procent

6. 15.574 MJ 84 procent

Tabel 2. Irreversibilitet og tab af flek-

sibilitet for de seks scenarier, hvor

der anvendes ét ton halm i hvert sce-

narium.


�

Af Uffe Jørgensen, Jørgen E. Olesen,

Poul Erik Lærke, Kirsten Kørup, Kar-

sten Raulund-Rasmussen, Poul Erik

Jensen og Claus Felby.

De afgrøder, vi i dag dyrker i landbru-get, er optimerede til produktion affoder og fødevarer. Afgrøderne er ud-viklede til at kunne lagres og omsæt-tes i den infrastruktur, som vi over år-hundreder har bygget op til fødevare-produktion og -industri.

Hidtil har der primært været fokuspå produktion af frø, kerner og knol-de, og det betyder, at mange af develkendte afgrøder ikke udnytter pro-duktionspotentialet optimalt. Eksem-pelvis udnytter kornafgrøderne ikkesolens energi i et par af vækstsæso-nens bedste måneder, hvor det mod-ner, høstes og sås igen.

I et fremtidigt biobaseret samfund,hvor biomasse kan omsættes til envifte af produkter i bioraffinaderier, er

kvalitetsparametrene nogle andre,end når afgrøderne skal anvendes tildirekte konsum af dyr og mennesker.Det giver mulighed for at udvikle dyrk-ningssystemer, der i langt højere gradudnytter produktionspotentialet idansk jordbrug. Det kan vi gøre vedat dyrke afgrøder, der ikke behøver atsætte blomster og frø for derefter atvisne, men fortsætter væksten sålænge temperatur og lysforhold tilla-der det om efteråret. For rigtigt at ud-

Solens energikan omdannes mereeffektivt til biomasse

De fleste landbrugsafgrøder er optimerede til produktion af foder og føde-varer, og i mange tilfælde vil produktionen af biomasse kunne fordoblesved i stedet at vælge flerårige energiafgrøder. Det vil give mulighed forat levere råvarer til bioraffinaderier og reducere nitratudvaskningenuden, det går ud over produktionen af fødevarer.


Foto

:Torb

en

Skøtt/B

ioPre

ss

�

0

5

10

15

20

25

Figur 1 Fotosyntese i µmol CO /m s2

2

Fotosynteseaktivitet for forskellige typer elefantgræs målt ved lave tempera-

turer i foråret 2012.

Udstyr til måling af fotosyntese på

bladniveau.


Foto

:AU

-Foulu

m

�

Afgrøde Nuværendeklima

2 °C varmereklima

Korn 21,3 tons/hektar 23,8 tons/hektar

Maksimal C3 36,4 tons/hektar 37,8 tons/hektar

Maksimal C4 34,2 tons/hektar 39,9 tons/hektar

Maksimal C4 øget kuldetolerance 39,9 tons/hektar 44,4 tons/hektar

Tabel 1. Resultatet af simple beregninger med typiske værdier for C3 og C4-

afgrøder.

nytte vækstsæsonen vil disse afgrø-der også skulle starte væksten megettidligt i foråret.

Op til 40 tons per hektarMed den solindstråling og temperaturvi har i Danmark, er det teoretiskeproduktionspotentiale i høstbar over-jordisk biomasse på cirka 35 tons tør-stof per hektar, og potentialet nær-mer sig 40 tons per hektar med deforventede temperaturstigninger i det-te århundrede.

Det gennemsnitlige udbytte af vin-terhvede, som er den hyppigst dyrke-de afgrøde i dag, er cirka 9 tons tør-stof per hektar, når halmog kerne-udbytterne lægges sammen. Det ersåledes indlysende, at selvom udbyt-tet i praksis reduceres af en rækkefaktorer som tørke, sygdomme ogskadedyr, er der et meget stort po-tentiale for at øge totaludbyttet fradet nutidige niveau.

Projektet BIORESOURCE har fokuspå dette uudnyttede potentiale, ogprojektets hypotese er, at vi kan for-doble energiudbyttet og CO2-fortræng-

ningen per arealenhed ved at forøgeenergifiksering i fotosyntesen, mini-mere energitabet under biomassepro-duktionen samt forfine omdannelsentil energi, materialer og foder.

Tre afgrøder undersøgesI projektet undersøges produktions-potentiale og stresstolerance for treforskellige biomasseafgrøder medvækst gennem hele sæsonen. Det erto “træagtige” afgrøder, pil og poppel,samt elefantgræs. Sidstnævnte be-nytter sig af C4-fotosyntese, der undervarme forhold omsætter sollyset medcirka 30 procent højere effektivitetend C3-fotosyntese, som pil og pop-pel benytter sig af.

C4-fotosyntese er en klar fordel un-der tropiske forhold, men under vorestempererede forhold kan det, der vin-des på gyngerne, nemt mistes på kar-rusellen, idet afgrøderne ikke udnyttersollyset godt nok ved de lave tempera-turer i det tidlige forår og forsommer.

Vores projektpartner fra EnergyBioscience Institute i USA, har dogtidligere påvist, at den mest alminde-

lige klon af elefantgræs besidder etsærligt biokemisk forsvarsværk, derbeskytter C4-fotosyntesen mod kulde-hæmning. Derfor kan elefantgræs ud-nytte sollyset over en længere vækst-sæson end majs, der er den mest al-mindelige C4-afgrøde på vores bred-degrader. Undersøgelsen i USA vistesåledes cirka 60 procent højere bio-masseproduktion i elefantgræs end imajs over en hel vækstsæson.

ForædlingElefantgræs er stort set uforædlet, ogden undersøgte klon er naturligt fore-kommende. Vi forventer derfor, at dervil være et stort forædlingspotentiale,og i BIORESOURCE-projektet screenervi en samling af genotyper indsamletfra forskellige områder i Japan.

De første målinger af fotosynte-sens kuldetolerance i elefantgræs-samlingen i foråret 2012 har vist enmeget stor variation (se figur 1), somnu vil danne udgangspunkt for nyekrydsninger.

Hvis det ved selektion og forædlingkan lykkes at sænke C4-afgrøders ba-sistemperatur for fotosynteseaktivitetmed cirka 2 °C og fastholde den storeeffektivitet i højsommeren, vil det væ-re muligt at sikre høj produktivitet framaj til oktober.

Tabel 1 viser resultatet af simpleberegninger med typiske værdier forC3 og C4-afgrøder. Under det nuvæ-rende klima er C3-afgrøder samlet setC4 afgrøder overlegne, men ved entemperaturstigning på blot 2 °C vender

Nye typer elefantgræs fra det nordlige Japan (billedet til venstre) var cirka en meter højere end majs den 21. juni 2012

(billedet til højre). Elefantgræs er stort set uforædlet, så forskerne forventer et stort forædlingspotentiale.


Foto

:AU

-Foulu

m

Foto

:AU

-Foulu

m

billedet. Hvis C4-afgrøder kan gøresmere kuldetolerante, vil de endda kun-ne producere dobbelt så meget bio-masse gennem hele vækstsæsonensom de nuværende kornafgrøder.

Mindre udvaskningVed at benytte flerårige afgrøder tilproduktion af biomasse vil der samti-digt ske en reduktion i nitratudvask-ning og en øget lagring af kulstof i jor-den. På den måde kan sammenhæn-gen mellem produktivitet og miljøpå-virkning knækkes.

Det høje udbytte i afgrøder medkontinuert vækst som for eksempel

grønne græsser kan med fordel ud-nyttes i våde konverteringsprocesser.En bioraffineringsproces vil være in-teressant, da der vil kunne udvindesandre værdifulde stoffer som fibre tilmaterialer eller proteiner til foder ogfødevarer. Grønne græsser har nemliget højt proteinindhold, og såvel foder-kvalitet som metoder til ekstraktionbør undersøges nærmere.

Samlet set vil højere udbytte i fler-årige afgrøder kunne levere råvarertil bioraffinaderier og reducere nitra-tudvaskningen markant, uden at detgår ud over produktionen af føde-varer.

Uffe Jørgensen, Jørgen E. Olesen, Poul

Erik Lærke og Kirsten Kørup er alle

ansat ved Institut for Agroøkologi,

Falkultet for Naturvidenskab og

Teknologi, Aarhus Universitet.

Karsten Raulund-Rasmussen og Claus

Felby er ansat ved Skov & Landskab,

Det Natur- og Biovidenskabelige

Fakultet, Københavns Universitet

Poul Erik Jensen er ansat ved Institut

for Plantebiologi og Bioteknologi, Det

Natur- og Biovidenskabelige Fakultet,

Københavns Universitet.

Henrik Hauggaard-Nielsen

og Hanne Østergård

Bæredygtig energiproduktion er enfundamental forudsætning for voreshøjteknologiske samfund, men vi kanikke klare os udelukkende med sol ogvind. Bioenergien giver et meget væ-sentligt bidrag til energiforsyningen, ogden kan skabe balance i et fremtidigtenergisystem, hvor en stor del af elfor-syningen er baseret på sol og vind.

Fremtidens samfund forventes i højgrad at blive biobaseret, og derfor erdet vigtigt at påpege, hvor grundlæg-gende det er for ethvert økosystem,at kulstof og næringsstoffer fra plante-produktionen bringes tilbage i kredslø-bet, efter at afgrøderne er høstet.

I vores industrialiserede samfundbetyder den stigende flytning fra land

Bioenergi kan støtte bæredygtiglandbrugsproduktion

til by desværre, at denne cyklus altfor ofte brydes. Stigende efterspørg-sel af fødevarer, stigende internatio-nal handel og nu også udnyttelsen afbiomasse til energiformål øger denneubalance. Fremtidens fødevaresyste-mer bør derfor tilstræbe øget selvfor-syning af gødning, foder og energi.Og det bør ske uden at reducere jor-dens frugtbarhed og ved at tilstræbeen reduktion af miljøpåvirkninger, her-under udledning af drivhusgasser.

Økologisk jordbrugØkologisk jordbrug tager udgangs-punkt i at arbejde i lukkede kredsløbog benytte lokale resurser.

I denne artikel er eksempler fraøkologisk jordbrug hovedsagelig hen-tet fra BioConcens projektet, der erstøttet af forskningsprogrammet FØJOIII. Projektet benyttes for at diskutere,hvorvidt det er muligt at skifte fraovervejende fossile energikilder til enbæredygtig energiforsyning, baseretpå recirkulering af næringsstoffer ogreduceret udledningen af drivhusgas-ser. Vi har valgt at benytte biogassom eksempel.

Landbrugssystemet består af flereprimære komponenter; markbrug,husdyr, forarbejdningsindustrier ogbioenergiteknologier, som er mere el-ler mindre forbundet (se figur 1). Sy-stemet kan principielt skaleres op fra

decentrale modeller til mere centraleløsninger, der omfatter større ellermindre byer.

Ved at skifte fossile brændsler udmed biogas er den økologiske land-mand med til at reducere udlednin-gen af kuldioxid til atmosfæren. Dan-ske biogasanlæg har traditionelt brugtgylle som den primære råvare. Detskyldes dels den intensive husdyrpro-duktion, dels at gyllen er let at hånd-tere i et biogasanlæg.

Ulempen er, at gylle i sig selv haret lavt gaspotentiale, så det med for-del kan blandes med andre biomas-ser som for eksempel kløvergræs.

Kløvergræs kan også benyttes ale-ne i processen med gode udbytter påop til 370 m3 metan per ton VS (denorganiske, nedbrydelige del af tørstof-fet). Det er næsten dobbelt så megetsom kvæggylle, der har et udbytte påomkring 200 m3 metan per ton VS.

For at sikre en rentabel biogaspro-duktion er det vigtigt at kunne vurdereeffektiviteten, som er afhængig af denorganiske belastning af reaktoren, op-holdstiden, temperaturen og den ke-miske sammensætning af biomassen.

De optimale forhold kan såledesvariere meget. Forsøg i laboratoriumviser, at afgasning af rent gylle giveret udbytte på 15-20 m3 metan/ton,men for at produktionen kan bliverentabel, kræves et udbytte på om-

Bioenergi kommer til at fyldemere og mere i energiforsynin-gen, men det er ikke tilstrække-ligt at se på energiudbyttet frabiomassen. Det er mindst lige såvigtigt at vurdere, hvordan pro-duktionen kan tilrettelægges, såden minimerer udslippet af kli-magasser og tager hensyn til jor-dens behov for kulstof og næ-ringsstoffer.

Foto

:Cla

as


kring 30 m3 metan/ton våd biomasse.Det kan blandt andet opnås ved atanvende en kombination af gylle ogkløvergræs.

Majs kan være problematiskHvis biogasproduktionen skal værebæredygtig, er det imidlertid ikke til-strækkeligt at se på energiudbyttet.Det er mindst lige så vigtigt at vur-dere, hvordan restproduktet kan tilba-geføres til jordbruget som højkvali-tetsgødning med et minimalt tab afnæringsstoffer og drivhusgasser.

Forsøg med majsdyrkning oggødskning med afgasset gylle har vist,hvor vigtigt det er at inkludere alle kli-magasser, når bæredygtigheden skalevalueres. Det gælder ikke mindst forlattergas, der er tre hundrede gangeså kraftig en klimagas som kuldioxid.

Majs er en krævende afgrøde, nårdet drejer sig om næringsstoffer, ogforsøgene viste faktisk, at et øgetmajsudbytte blev modsvaret af etøget tab af lattergas, som foregår pri-mært efter tilførsel af den afgassedegylle. Tager man “klimakasketten” på,er det altså problematisk at brugemajs til produktion af biogas.

Kløvergræs er velegnetProduktion af biomasse til energifor-mål bør afstemmes med behovet forfødevarer og andre biobaserede pro-

dukter, ligesom påvirkningen af kli-maet og jordens frugtbarhed bør ind-drages i beslutningsprocessen. I denforbindelse kan der komme krav omat ændre dyrkningspraksis, hvor ek-sempelvis korn skiftes ud med fler-årige afgrøder.

Stribedyrkning er en praksis, hvorhver afgrøde etableres i striber meden bredde, der sikrer interaktion mel-lem afgrøderne, og som samtidig til-passes lokalt maskinel. Derved fun-gerer de enkelte striber som individu-elle ”marker”, og det afgrødespecifik-ke markarbejde kan foregå uafhæn-gigt af hinanden.

Øget dyrkning af flerårige afgrødersom kløvergræs er ligeledes en for-udsætning for at modvirke det gene-relle fald i jordens kulstofpulje og der-med frugtbarhed. Forsøg med ned-muldning af kløvergræs med forskelligalder har vist, at efter blot to år er deropbygget betydelige mængder kulstofi jorden, og den tendens øges med ti-den. Hidtil har kløvergræs ikke væretsærlig udbredt hos planteavlere, fordiden “skubber” en salgsafgrøde ud,men til energiproduktion er den me-get velegnet.

Vigtigt med selvforsyningBetydningen af kløvergræs som ener-giafgrøde til biogasanlæg er blevetanalyseret i et modelsystem beståen-

de af fem økologiske planteavlsgårde,som deler ét biogasanlæg.

Gårdene producerer energi i formaf raps, der bruges til fremstilling afbiodiesel og kløvergræs, der tilføreset biogasanlæg, som producerer el ogvarme. Derudover produceres der fø-devarer, foder og grøngødning.

Den afgassede biomasse fra bio-gasanlægget benyttes som gødning.Al grøngødning, lidt el og varme samthalvdelen af den producerede bio-diesel, bruges på gårdene, der der-med bliver selvforsynende med energiog gødning.

Land- og skovbrug, som produce-rer råvarer til energiformål, kommer ifremtiden til at spille en betydelig rol-le, hvis det skal lykkes at gennemførede forskellige energipolitiske målsæt-ninger. En måde at sikre landbrugetfremover er at øge graden af selvfor-syning på bedriftsniveau. Det er end-nu bedre, hvis gården er en netto-energiproducent, da energi, der bru-ges til forarbejdning, distribution oghandel med landbrugsprodukter, skalleveres fra landbruget for at øgeforsyningssikkerheden.

Henrik Hauggaard-Nielsen er senior-

forsker ved DTU Kemiteknik.

Hanne Østergård er forskningsspecia-

list ved DTU Kemiteknik.

Figur 1. Produktionen af biomasse til

energiformål består af flere kompo-

nenter, som er mere eller mindre for-

bundne. Råvarerne til energifremstil-

lingen stammer fra både plantepro-

duktionen, husdyrproduktionen og

industrien, og energianlæggene le-

verer ikke blot el og varme til gården

og det øvrige samfund. De sørger og-

så for, at kulstof og næringsstoffer

føres tilbage til landbrugsjorden, lige-

som der i visse tilfælde kan foregå

en produktion af foder til landbruget.

Planteproduktion

Energiproduktion

Slagteri Industri

Husdyrproduktion

Kulstof • Næringsstoffer

Gård

By


Af Annette Bruhn, Sidsel Sode, Mi-

chael Bo Rasmussen, Anne-Belinda

Bjerre og Preben Birr-Pedersen.

Tang har før været i søgelyset som bio-masseresurse til energiproduktion. Un-der energikrisen i 1970'erne blev storeforskningsprogrammer søsat blandtandet i USA for at afklare energipoten-tialet i tang. Dengang blev konklusio-nen, at det ikke kunne betale sig.

Men teknologien inden for energi-konvertering har udviklet sig betyde-ligt siden, energipriserne er igen ste-get, og i vor resurseknappe verdenhar man fået øjnene op for fordeleneved at udnytte hele resursen i et bio-raffinaderi. I dét perspektiv er konklu-sionen “det kan ikke betale sig” til re-vision. Store summer går igen til pro-jekter om tang, og herhjemme haradskillige forskningsprojekter til for-mål at vurdere de energiog miljø-mæssige perspektiver i at bruge bio-masse fra tang. Det er projekter som:

– MacroAlgeBiorefinery (Det Strate-giske Forskningsråd)

– KOMBI (GUDP)– et vandrensningsprojekt hos Frede-

ricia Spildevand (VandsektorensTeknologiudviklingsfond)

– Alger til Biogas (Region Midtjyllandsvækstforum)

– “søsalatprojektet” (ForskEL).

DyrkningBiomasse fra tang er meget anderle-des end den biomasse, vi kender fra

planter – både hvad angår dyrkningog indhold. Dyrkning af tang kræversollys og næringsstoffer ligesom land-planter, men tang fremhæves oftesom mere bæredygtigt end landba-seret biomasse.

Der kræves hverken landbrugsjord,ferskvand, sprøjtemidler eller kunst-gødning til dyrkning af tang, og mankan opnå samme eller større produk-tion per hektar end ved dyrkning aflandbaserede planter. Søsalatprojek-tet har således dokumenteret et ud-bytte på op til 45 tons tørstof/hektar iDanmark. Udbyttet for store brunalgeri Danmark kendes endnu ikke, mendet ligger formentlig på omkring 10-15 tons tørstof/hektar.

Tang eller makroalger, som det og-så kaldes, kan opdeles i tre grupper:brunalger, rødalger og grønalger. Arterfra alle grupper dyrkes til fødevarer,primært i Asien.

Store brunalger som sukkertang ogfingertang podes på liner, der sættesud i havet og høstes, når algerne harnået en vis størrelse. Rødalger sompurpurhinde (sushi-tang) og grønalgersom søsalat dyrkes også på liner ellernet i havet. Både rød- og grønalgerdyrkes dog også i mindre omfang ibassiner på land.

I landbruget har mekanisering, ef-fektivisering og fremavl af de dyrkedesorter stået på i tusinder af år. Denudvikling har tangdyrkningen endnu tilgode, og flere af de danske projekterarbejder med netop det aspekt for atforbedre økonomien i tangdyrkning.

IndholdTang indeholder op til 50-60 procentkulhydrater, og det er dem, man ud-nytter til energiformål. Men hovedpar-ten af kulhydraterne i tang er megetanderledes end de kulhydrater, manfinder i planter, og de er forskelligefra røde til brune og grønne alger.Kulhydraterne i tang er forgrenede oguregelmæssige, og både sukkerenhe-derne og bindingerne mellem dem eranderledes end de regelmæssige kæ-der af sukkerenheder, som findes ifor eksempel cellulose.

Biomasse fra tang indeholder stortset ingen lipider (fedtstof), men bådeindholdet af vand, aske, salt og pro-teiner er relativt højt. Proteinerne itang har en fordelagtig sammensæt-ning af aminosyrer, og der er øget fo-kus på at udnytte proteinerne fra tangi foder til både fisk og husdyr.

Udover kulhydrater, protein og mi-neraler/aske, indeholder makroalgerogså mindre mængder potentiellehøjværdistoffer som farvestoffer ogforskellige bioaktive stoffer, der kanudnyttes i fødevare- og medicinalin-dustrien.

EnergikonverteringMakroalger kan udnyttes til forskelligeformer for bioenergi via både termiskeog biologiske konverteringer. De bio-logiske metoder ser mest lovende ud.Forskningsresultater viser et biogas-udbytte, der er næsten på højde medkvæggylle, græs eller halm, og detendda uden dyre eller resursekræven-

Tang kræver hverken land-brugsjord, ferskvand, sprøjte-midler eller kunstgødning.Miljømæssigt set er der såle-des mange fordele ved at bru-ge tang til energiproduktion,men økonomien er fortsat enudfordring, og der går for-mentlig flere år, før tang er etrealistisk alternativ til landba-seret biomasse.

Tang som bæredygtig energikilde


Foto

:Pete

rB

ondo

Christ

ense

n

de forbehandlinger i form af enzymereller termisk hydrolyse (figur 1).

Bioethanolpotentialet er teoretiskset det samme som for landbaseretbiomasse, og de første indledendesimple gæringsforsøg (hvor kun C6

omsættes) viser et foreløbigt udbyttesvarende til 60-67 procent af delandbaserede biomasser som for eks-empel halm og bagasse (figur 2). Derer således god grund til at forventesig langt større udbytter i fremtidenmed kombineret fermentering medandre mikroorganismer. Udfordringer-ne ligger primært i udvikling af speci-fikke enzymer til nedbrydning af deforskellige kulhydrater og optimeringaf fermentering med mikroorganis-mer, der kan omsætte både C6 og C5

sukker.Inden for termisk konvertering som

forbrænding, forgasning og pyrolysestøder man også på udfordringer:Tang er en våd biomasse og tørring afbiomassen kræver uforholdsmæssigmeget energi. Desuden indeholdertøret tang op til 32 procent aske medet højt indhold af alkaliske mineraler,der giver problemer med korrosion ogslaggedannelse under forbrændingen.

MiljøfordeleEn stor fordel ved alger er, at de kanbruges til at rense havet for noget afdet kvælstof og fosfor, der er så rige-ligt af i vores kystnære farvande, idettang optager kvælstof, fosfor og CO2

under væksten ligesom planter. Detkan blandt andet udnyttes af havbru-gene, der i mange tilfælde kun kanfå tilladelse til at udvide produktio-nen, hvis de kan dokumentere, atden øgede udledning af kvælstof bli-ver “samlet op igen”. Et ton tør tangindeholder 10-40 kg kvælstof, cirka0,5 kg fosfor og 330 kg kulstof sva-rende til omkring 2 tons CO2.

Engelske forskere har i projektetSupergen påvist, at man kan sænkeudslippet af drivhusgasser med 77procent ved at erstatte naturgas medenergi fra brunalger dyrket til havs.

Også på land udnyttes tang til atrense næringsrigt spildevand, især fraakvakultur. Rensning af spildevand fralandbrug, by og industri er også for-søgt med lovende resultater, men herer det er svært at få økonomien til athænge sammen. Store mængderspildevand kræver store arealer til al-gedyrkning, og det er vanskeligt atbruge biomassen til højværdiproduk-ter, når algerne først har været i kon-takt med spildevand.

Makroalger deler vandeneHoldningerne til biomasse fra makro-alger er spredte og spænder fra over-dreven optimisme til stærk skepsis.

Fakta er, at makroalger i dag kanlevere nogenlunde samme biogas- ogethanoludbytte som landbaseret bio-masse. En ny positiv erfaring er, atfremstilling af bioethanol på basis af

tang ikke kræver høj temperatur ogtryksat forbehandling, hvilket reducererbåde anlægs- og driftsudgifterne.

Tre afgørende aspekter vil blive be-lyst over de næste år:

• Kan dyrkningen af makroalger effek-tiviseres tilstrækkeligt i Danmark?

• Kan ethanolproduktionen optimeres,og kan en samproduktion af protei-ner og andre højværdistoffer i etbioraffinaderi forbedre økonomien?

• Kan miljøgevinsterne løfte bæredyg-tigheden af hele produktionskæden?

Svarene vil vise, om biomasse framakroalger kan blive et reelt supple-ment til landbaseret biomasse i frem-tidens produktion af fødevarer, foderog energi.

Annette Bruhn er forsker ved Aarhus

Universitet, Institut for Bioscience og

AlgeCenter Danmark.

Sidsel Sode er cand.scient. i marin

biologi, Orbicon A/S.

Michael Bo Rasmussen er seniorfor-

sker ved Aarhus Universitet, Institut

for Bioscience og AlgeCenter Danmark.

Anne-Belinda Bjerre er seniorkonsu-

lent ved Teknologisk Institut.

Preben Birr-Pedersen er direktør i

BiRR.

0

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

Figur 1 Kubikmeter metan/kg organisk tørstof

Finge

rtang

Sukke

rtang

Kæm

peke

lp

Sarga

ssot

ang

Gra

cilar

iata

ng

Søsalat

Hvede

halm

Græ

sGyll

e

Sammenligning af biogasudbyttet mellem tang og landba-

serede afgrøder. Bemærk at udbytterne er per kg organisk

tørstof.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Figur 2 Liter bioethanol/kg tørvægt

Finge

rtang

Søsalat

Krølhår

stan

g

Hvede

Hvede

halm

Majs

Majsh

alm

Sukke

rrør

Bagas

se

Sammenligning af bioethanoludbytte mellem tang og

landbaserede afgrøder. De lysegule søjler er 1. genera-

tionsteknologi, mens de mørkerøde er 2. generation.


Sander Bruun, Marieke ten Hoeve

og Nick Hutchings

Der kan være mange problemer for-bundet med husdyrgødning. De vigtig-ste er lugtgener og udslip af kvælstof,som forårsager algevækst og iltsvind ide indre farvande. Andre påvirkningerstammer fra udslip af drivhusgasser,og den måde vi håndterer husdyrgød-ning på kan have afgørende indfly-delse på forbruget af vigtige resursersom fosfor.

Der er efterhånden udviklet en delteknologier, som kan reducere miljø-påvirkningerne ved håndteringen afgylle. En af teknologierne er gyllese-parering, hvor man får en fast frak-

tion, der er rig på tørstof og fosfor ogen flydende, hvor hovedparten afkvælstoffet findes.

Den faste fraktion kan relativt lettransporteres til områder, hvor der erunderskud af fosfor, og dermed redu-ceres risikoen for tab af fosfor til vand-miljøet samtidig med, at der anvendesmindre mængder handelsgødning.

Væskefraktionen har et lavere ind-hold af tørstof, og siver dermed hurti-gere ned i jorden, hvorved ammoniak-fordampningen reduceres.

TeknologierDen mest almindelige teknologi til gyl-leseparation er en skruepresse, der erbillig, men ikke så effektiv med hen-

syn til at få tørstof og fosfor over iden faste fraktion. En dekantercentri-fuge er noget dyrere, men væsentligtmere effektiv.

Inden den faste fraktion transpor-teres til områder med underskud affosfor, kan den komposteres, så denbliver mere stabil. For at reducere for-dampningen af ammoniak fra væske-fraktionen yderligere, kan den “strip-pes” for ammonium ved at fange am-moniakken i syre. Det fjernede am-moniak kan herefter anvendes somgødning med en høj udnyttelsesgrad,da det kun er meget begrænsedemængder, der fordamper.

Udover de miljømæssige fordeleder er ved gylleseparering, er der og-

Miljøvurdering afgylleteknologierInden for de senere år er der udviklet forskellige teknologier, som kanreducere miljøpåvirkninger fra håndtering af husdyrgødning. Indenteknologierne implementeres i stor stil, er det dog vigtigt atundersøge, om de rent faktisk er til gavn for miljøet, hvisman kigger på hele husdyrgødningens livscyklus.

Relativ ferskvandseutrofiering i procent af basisscenariet,

hvor gyllen køres direkte ud efter lagring.

- 60

- 40

- 20

-0

20

40

60

80

100

120

Figur 1 Relativ ferskvandseutrofiering i procent

Basiss

cena

rie

Skrue

pres

se

Skrue

pres

se

+ko

mpo

st

Centri

fuge

Centri

fuge

+st

ripni

ng

Dekantercentrifuge på Morsø Biogasanlæg. Indsat billede

nederst til venstre viser den faste fraktion.

Foto

:Torb

en

Skøtt/B

ioPre

ss


så en del ulemper. De fleste teknolo-gier kræver for eksempel et større el-ler mindre forbrug af energi, der bi-drager til den globale opvarmning. In-den man indfører sådanne teknologi-er, er det derfor relevant at undersø-ge, om de er miljømæssigt fordelagti-ge eller om fordelene bliver opvejet afulemperne.

Et godt værktøj til at undersøgemiljøpåvirkningerne ved gyllesepare-ring er de såkaldte livscyklusvurde-ringer. Her opgøres miljøpåvirknin-gerne gennem hele livscyklusen forde forskellige teknologier, som sam-menlignes.

Påvirkning af vandmiljøetI figur 1 ses, hvordan ferskvandsøko-systemer påvirkes ved håndtering afét ton gylle med forskellige teknologi-er beregnet over hele gyllens livs-cyklus fra det forlader dyrene til detkommer ud på markene.

Påvirkning af vandmiljøet kaldesogså eutrofiering, og skyldes i forbin-delse med gyllehåndtering udledningaf for meget fosfor.

Værdierne i figuren er normaliseret,så basisscenariet med direkte udbring-ning af gyllen svarer til 100 procent.Som det ses, reducerer alle de an-vendte teknologier ferskvandseutrofi-eringen. I scenarierne med separationved hjælp af en centrifuge reduceresdet faktisk til under nul procent. Detskyldes, at fosforoverskuddet på area-ler med meget fosfor reduceres, sam-

tidig med at man sparer handelsgød-ning, som også er forbundet med tab.

I figur 2 ses påvirkningen i form afeutrofiering af marine økosystemer,som skyldes udslip af kvælstof i formaf ammoniakfordampning og nitratud-vaskning. Som det fremgår af figuren,reduceres denne form for eutrofieringogså i teknologiscenarierne. Det hæn-ger sammen med et højere plante-optag af kvælstof fra væskefraktionenog et tilsvarende mindre udvasknings-tab. Planteoptaget er endnu højere,når der anvendes ammoniakstrip-ning, da udnyttelsen af handelsgød-ning er endnu højere og tabene der-med mindre.

I figur 3 ses påvirkningen i form afglobal opvarmning. Her reduceres på-virkningen også som følge af teknolo-gierne, hovedsagelig på grund af re-duktioner i emissionerne af lattergasefter udbringning. Kompostering afden faste fraktion giver dog anledningtil øgede udslip af metan og kuldioxid,som produceres i processen.

Hvis vi kigger på forbruget af fos-for, som er en begrænset resurse, såreduceres forbruget kraftigt i alle sce-narierne, fordi fosfor bringes fra area-ler med overskud til områder med un-derskud. Det er især tydeligt, når deranvendes en centrifuge til separationaf gyllen.

Valg af teknologiGenerelt kan man konkludere, at gyl-leteknologier indeholder et stort po-

tentiale for at reducere miljøpåvirknin-gerne ved håndtering af gylle.

Hvilken teknologi, som bør anven-des, afhænger af hvilken miljøpåvirk-ning der er i fokus. Hvis der er et mo-derat overskud af fosfor, kan dethåndteres med en skruepresse. Vedet større overskud er en dekanter-centrifuge dog mere effektiv. Hvis derderimod er problemer med ammoni-akfordampning, kan det være en godide at overveje ammoniakstripning.Kompostering er forbundet med hø-jere udslip af drivhusgasser, men kanhave andre fordele som reduktion aflugt og patogener og lavere trans-portomkostninger.

Sander Bruun er lektor ved Køben-

havns Universitet, Institut for Jordbrug

og Økologi, Plante- og Jordvidenskab.

Marieke ten Hoeve er Ph.d.-stude-

rende ved Københavns Universitet,

Institut for Jordbrug og Økologi,

Plante- og Jordvidenskab.

Nick Hutchings er seniorforsker ved

Aarhus Universitet, Institut for Agro-

økologi.

0

20

40

60

80

100

120

Figur 2 Relativ marin eutrofiering i procent

Basiss

cena

rie

Skrue

pres

se

Skrue

pres

se

+ko

mpo

st

Centri

fuge

Centri

fuge

+strip

ning

Relativ marin eutrofiering i procent af basisscenariet, hvor

gyllen køres direkte ud efter lagring.

0

20

40

60

80

100

120

Figur 3 Relativ global opvarmning i procent

Basiss

cena

rie

Skrue

pres

se

Skrue

pres

se

+ko

mpo

st

Centri

fuge

Centri

fuge

+strip

ning

Relativ global opvarmning i procent af basisscenariet, hvor

gyllen køres direkte ud efter lagring.


Af Maibritt Hjorth, Agata Zarebska,

Ole Thygesen, Christina Østerballe

Pedersen og Birgir Norddahl

I moderne dansk landbrug er husdyr-produktionen koncentreret på forholds-vis små områder. Det betyder, at derflere steder vil være et overskud afnæringsstoffer, som skal flyttes til om-råder med færre husdyr for at undgåskadelige effekter på miljøet.

Mængden af de tre vigtigste næ-ringsstoffer i gylle, kvælstof, fosfor ogkalium, stemmer dog ikke overensmed planternes behov. For eksempeler indholdet af fosfor ofte for højt, ogderfor udnyttes gyllens næringsværdiikke fuldt ud. I stedet ender en del afnæringsstofferne i vandmiljøet, hvil-ket gennem årene har ført til iltsvindog fiskedød i blandt andet MariagerFjord.

Ved at adskille gyllens næringsstof-fer i forskellige fraktioner kan land-mændene lettere gøde udelukkendemed de næringsstoffer, afgrødernehar brug for, og man undgår at bruge

kunstgødning, der lægger beslag påmange resurser.

Næringsstofferne skal adskillesVed separering af husdyrgødning op-nås en flydende fraktion, der indehol-der mineralsk kvælstof og kalium,mens den faste fraktion indeholderfosfor og hovedparten af det organis-ke kvælstof.

I 2010 blev der i Danmark separe-ret omkring 880.000 tons gylle, sva-rende til tre procent af den samledegyllemængde. Den andel har væretforholdsvis stabil de foregående seksår efter en voldsom stigning midt iforrige årti.

Gylleseparering finder især stedpå biogasanlæg og gårde med svine-opdræt, der står for henholdsvis 38og 53 procent af den mængde gylle,som separeres i Danmark. Det for-ventes, at gylleseparering bliver mereudbredt i de kommende år, efter atet bredt flertal af Folketingets partierhar besluttet at øge støtten til bio-gasanlæg.

Partiklerne skal klistre sammenVed gylleseparering gælder det om atfå partiklerne i gyllen overført til denfaste fraktion, samtidig med at van-det bliver i væskefraktionen. Det gø-res ved at forbedre partiklernes evnetil at klistre sammen, så vandet let-tere kan skilles fra.

Partiklernes evne til at klistre styresaf deres elektriske ladninger, der igenstyres af de kemiske grupper på par-tiklernes overflade. De kemiske grup-per ændres med skift i pH og medindholdet af ilt.

Der er danske gylleteknologier,som ændrer gyllens pH, og teknologi-er der ændrer iltindholdet for at mini-mere afgasningen af henholdsviskvælstof og lugtstoffer. Meget tyderpå, at en kombination af disse tekno-logier kan gøre separeringen endnumere effektiv.

Opkoncentrering af ammoniakDen flydende fraktion har et højtvandindhold og en lav koncentrationaf næringsstoffer. Hvis det skal mar-

Oparbejdning af næringsstoffer i gylle

Foto

:Torb

en

Skøtt/B

ioPre

ss

Med gylleseparering bliver det lettere at sikre en korrekt tildeling af nærings-stoffer til planterne, men hvis den faste fraktion skal markedsføres somet værdifuldt gødningsprodukt kræves yderligere opkoncentrering. Enløsning kan være filtrering med såkaldte membrankontakter, menteknologien er endnu ikke klar til at kunne markedsføres.


kedsføres som et værdifuldt gød-ningsprodukt, kræves yderligere op-koncentrering for at reducere væske-mængden og samle kvælstof og ka-lium i ét produkt, der let kan trans-porteres til områder med mangel pånæringsstoffer.

En løsning er filtrering på moleky-leniveau med såkaldte membrankon-takter. Det er mikroporøse vand-afvisende membraner, som brugestil opkoncentrering af ammoniak.Teknologien er endnu ikke udviklettil kommerciel anvendelse, menhar med succes været anvendt til atfjerne ammoniak fra afgasset bio-masse.

Membrankontaktorer konkurrerermed konventionelle teknologier somluftstripning eller dampstripning. For-delen ved membrankontaktorer er, atde er mindre pladskrævende og haret meget lavere energiforbrug. Mem-branen har en stor aktiv overflade, ogdet giver en hurtig adskillelse af am-moniak fra gyllen med et lavt energi-forbrug.

UdfordringerDen største hindring ved membran-kontaktorer er aflejring af primært or-ganiske bestanddele på overfladen ogi porerne. Forsøg har vist, at efter enuges drift vil der være opbygget et lagaf opslæmmede partikler på omkring0,13 mm, og derved går processen istå, med mindre membranerne bliverrenset.

Der er således behov for yderli-gere forbedringer, hvis teknologienskal kunne fungere i praksis. Det kanblandt andet være optimering af mem-branmaterialet samt løbende overvåg-

ning og rensning af membranerne.Derudover vil separering af gyllen, in-den den tilføres biogasanlægget, kun-ne forbedre processen.

På Syddansk Universitet, AarhusUniversitet, Københavns Universitetog Limerick University arbejder for-skere målrettet på at kunne optimereteknologien og reducere prisen på deanlæg , der skal stå ude hos den en-kelte landmand. En attraktiv pris ernemlig en afgørende forudsætning forat kunne implementere teknologien ilandbruget.

Lykkes det, vil landbruget i Dan-mark være kommet et skridt nærme-re på at kunne anvende gyllens næ-ringsstoffer fuldt ud – til gavn for bå-de miljø og landbrug.

Nærbillede af ren membran. Nærbillede af beskidt membran efter syv dages drift.

Maibritt Hjorth er adjunkt ved Aarhus

Universitet, Institut for Ingeniørviden-

skab.

Agata Zarebska er Ph.d.-stipendiat

ved Syddansk Universitet, Institut for

Kemi-, Bio- og Miljøteknologi.

Ole Thygesen er Ph.d.-studerende

ved Syddansk Universitet, Institut for

Kemi-, Bio- og Miljøteknologi.

Christina Østerballe Pedersen er Ph.d.-

studerende ved Aarhus Universitet,

Institut for Ingeniørvidenskab.

Birgir Norddahl er lektor ved Syd-

dansk Universitet, Institut for Kemi-,

Bio- og Miljøteknologi.

Gylleseparation

Flydende fraktion Vand og gødning

Membrankontaktor

Fast fraktion

Figur 1 Flowdiagram af gylleseparering


Af Lars S. Jensen, Wibke Christel,

Kun Zhu, Renata Wnetrzak, Witold

Kwapinski og Anita Rye Ottosen

Den animalske produktion kræver etenormt input af resurser som jord,vand, energi og næringsstoffer. Sam-tidig er effektiviteten lav, og det be-laster miljøet ved udledning af driv-husgasser, ammoniak, lugt, nitrat ogfosfat.

I forskningsprojektet CleanWasteudvikler vi teknologier, der kan erstat-te jordbrugets forbrug af fossile ener-gikilder, øge recirkuleringen af næ-ringsstoffer og bevare jordkvalitetenved at tilbageføre organisk materialetil landbrugsjorden.

Fosfor har i mange år været på denpolitiske dagsorden som ét af land-brugets miljøproblemer, der forurenersøer og vandløb.

Men fosfor er også et uerstatteligtnæringsstof for alle levende organis-mer og afgørende for vores fødevare-produktion. Vores væsentligste kildetil fosfor er minedrift, og verdens stør-ste reserver varer formodentlig kun ételler nogle få århundreder endnu. End-videre ligger de væsentligste forekom-ster i politisk ustabile stater som Ma-rokko, Vest Sahara og Kina med mo-nopollignende producenter.

Der vil til stadighed være behov forat gødske afgrøderne med fosfor, hvisen høj produktion af fødevarer og bio-energi skal opretholdes. Forsyningmed fosfor bliver derfor en af fremti-dens helt store udfordringer på linje

med vand, energi, overbefolkning ogørkendannelse.

Det bliver således mere og mereoplagt at sikre en optimal recirkule-ring af fosfor fra alle de væsentligsteaffaldsstrømme i samfundet. For Dan-marks vedkommende er det i priori-teret rækkefølge gylle, spildevands-slam, kød- og benmel samt hushold-ningsaffald. Det sker allerede i et vistomfang for gylle og spildevandsslam,men bør også gælde for det affald,der i dag forbrændes, og hvor askenoftest ender som fyldstof i beton ogdermed forlader kredsløbet.

Forgasning af den faste fraktionSeparation af husdyrgødning i en væs-kefraktion og en fast fiberfraktion, derer rig på fosfor og organisk materiale,er første nødvendige trin i en bedreudnyttelse af fosfor (se artiklerne påde fire foregående sider). Den fastefraktion kan enten:

– udbringes direkte på jordbrugsarea-ler uden overskud af næringsstoffer

– tilsættes som supplement til rågyllei biogasanlæg, og derefter udbrin-ges på jordbrugsarealer

– forbrændes eller forgasses medhenblik på energiudnyttelse og pro-duktion af aske eller biokul ogsåkaldet biochar

– komposteres og anvendes til produk-tion af vækstmedier eller jordfor-bedringsmidler uden for jordbruget.

De to sidste har potentiale til at ska-be en højere værdi af affaldsproduk-terne og fjerne næringsstoffer fra jord-bruget, men teknologierne er endnuikke udviklet tilstrækkeligt.

Forgasning er ofte at foretrækkefrem for forbrænding, når det drejersig om biomasser med et højt indholdaf alkaliske salte eller aske som fiber-fraktion fra gylle. I forgasningsanlæg,hvor lufttilgangen kontrolleres, kanprocessen foregå ved lavere tempera-turer end forbrændingen, og dervedundgår man, at der dannes slagger ianlægget. Endvidere vil næringsstof-fer, der opkoncentreres i asken, i hø-jere grad forblive på en mere opløse-lig form end ved forbrænding, og der-med bliver de lettere at optage forplanterne.

PyrolyseHvis lufttilgangen under forgasningbegrænses helt, er der tale om pyro-lyse, hvor der både produceres gas,bioolie og biokul, der er en fast frak-

Optimering af energiudbytteog næringsstoffer fra gylleGylleseparering kan være det første skridt til at sikre en bedre udnyttelseaf husdyrgødning, men ved forgasning eller pyrolyse af den faste fraktionopnås en endnu bedre udnyttelse af energiindholdet og nærings-stofferne. Pyrolyse giver blandt andet mulighed for at producerebiokul, der kan være med til at opbygge jordens kulstofpulje.

Biokul eller biochar, som det ogsåkaldes, er forkullet restmaterialefra biomasse. Biokul kan væremed til at lagre kuldioxid i jorden,forbedre jordens evne til at holdepå næringsstoffer og vand, og en-delig ser det ud til at kunne påvirkeudslippet af lattergas. Biokul pro-duceres ved pyrolyse af biomasse,hvor der samtidig produceres gasog bioolie.

Biokul – Biochar


tion, som kan bruges til at opbyggejordens kulstofpulje.

Forholdet mellem gas, olie og kulafhænger af både temperatur, op-varmningsrate og opholdstid. Energi-udbyttet er lavere end ved forgasning,da det normalt kun er gassen ogolien, der udnyttes til energiformål,men biokul har til gengæld potentialesom et meget stabilt jordforbedrings-og gødningsmiddel.

På ovenstående billede ses et ek-sempel på hvor meget biochar og as-ke, der kommer ud af processerne iforhold til den anvendte fiberfraktion.

I CleanWaste-projektet deltager for-skere fra University of Limerick i Irland,og her har man fundet et positiv netto-energiudbytte ved pyrolyse af fiber-fraktionen fra husdyrgødning. Udbyt-tet afhænger dog af temperaturen,opholdstiden og hvor stor en del afproduktet, der ender som biokul.

Hvis biokul anvendes til gødningeller jordforbedring, er der kun et po-sitivt energiudbytte i de tilfælde, hvorder er tale om en forholdsvis høj tem-peratur og kort opholdstid. Energiud-nyttelsen skal derfor afvejes mod vær-dien af biokul som gødnings- og jord-forbedringsmiddel.

PlantetilgængelighedI CleanWaste-projektet har vi under-søgt vandopløselighed og plantetil-gængelighed af fosfor i såvel askesom biokul, der er produceret vedstigende temperaturer fra 300 til1.000 °C. I alle tilfælde er vandoplø-seligheden lavere end i den friske fi-berfraktion. Opløseligheden i aske fal-der til meget lave værdier med for-brændings- eller pyrolysetemperaturerpå over 400 °C, men det ser ud til, atplantetilgængeligheden af fosfor ibiokul opretholdes på et relativt højtniveau ved temperaturer på op til600 °C. Vi forsker for øjeblikket i,hvorvidt biokul kan udnyttes som etfosfor gødningsprodukt, og om detkan beriges yderligere med nærings-stoffer.

Biokul, der tilføres jorden, har end-videre en høj modstandsdygtighedmod biologisk nedbrydning. Dermedkan det dels være med til at lagrekuldioxid i jorden, dels bidrage posi-tivt til at jorden bedre kan holde pånæringsstoffer og vand, og endeligser det ud til at kunne påvirke udslip-pet af den potente drivhusgas latter-gas. I et laboratorieforsøg, hvor friskeller komposteret fiberfraktion blevtilført jordprøver, blev emissionen aflattergas således reduceret med 33-62 procent ved iblanding af biokul. Viundersøger nu, om resultatet holderunder andre forhold og forsøger atafdække mekanismen bag denneeffekt.

ViderebehandlingHvis næringsstofferne i asken har enlav plantetilgængelighed, kan den vi-derebehandles, så resultatet blivet etlettilgængeligt og koncentreret gød-ningsprodukt.

Askerne kan som udgangspunktinddeles i to grupper: De “rene” somindeholder over 10 procent fosfor ogikke er forurenet med tungmetaller,og de “urene” som indeholder mel-lem 5-14 procent fosfor og er forure-net med tungmetaller.

Kommunekemi har i forbindelsemed CleanWaste-projektet udviklet

processer til genanvendelse af fosforfra begge asketyper. Af de “rene”asker kan der produceres en majs-gødning, mens der af de “urene”asker kan produceres monoammo-niumfosfat (MAP) eller trinatriumfos-fat (TSP). MAP kan anvendes somgødning eller i industrien, mens TSPkan anvendes i foder eller i industri-en. Den “urene” askes indhold af fos-for er dog meget afhængig af be-handlingsprisen, og det er i dag kunrentabelt at viderebehandle aske, derindeholder over ti procent fosfor.

Lars S. Jensen er professor ved Kø-

benhavns Universitet, Institut for Jord-

brug og Økologi.

Wibke Christel og Kun Zhu er begge

Ph.d.-studerende ved Københavns

Universitet, Institut for Jordbrug og

Økologi.

Renata Wnetrzak er Ph.d.-studerende

og Witold Kwapinski er lektor ved

University of Limerick, Department of

Chemical and Environmental Science.

Anita Rye Olsen er ingeniør ved Kom-

munekemi A/S.

Forsøgsanlæg på University of Lime-

rick i Irland, der kan bruges til forgas-

ning og pyrolyse .

Eksempel på forskellige produkter fra

separeret gylle. Øverst til venstre ses

den friske fiberfraktion, mens den ved

siden af er komposteret. Nederst til

venstre er det biokul fra pyrolyse og

nederst til højre er det aske fra for-

brænding. I eksemplerne har ud-

gangspunktet været den samme

mængde fiberfraktion.


Af Anders Feilberg, Jeppe Lund Niel-

sen, Freya Mosbæk, Michael Nielsen,

Niels Peter Revsbech og Lars D. M.

Ottosen

Brint er et vigtigt mellemtrin i de kom-plekse biologiske processer, der førertil dannelse af metangas ud fra bio-masse. Brint dannes ved fermente-ring af kortkædede organiske syrer,men der dannes også brint i andretrin af den mikrobielle nedbrydning afbiomasse.

For at opretholde en stabil produk-tion af metan er det nødvendigt, at

brinten løbende omsættes, da en op-hobning af opløst brint i koncentratio-ner over et vist niveau fører til, at ned-brydningen af organiske syrer brem-ses. Ophobning af organiske syrerfører til forsuring, hvilket virker hæm-mende og kan sætte biogasproduk-tionen helt i stå.

For at modvirke det fænomen erde mikroorganismer, der indgår i pro-duktion og nedbrydning af brint, for-bundet i grupper, så brinten hurtigtkan overføres til de organismer, derbruger brinten til at danne metan viaen reduktion af CO2.

HYCON-projektetDer findes undersøgelser, som har visten sammenhæng mellem overbelast-ning og forekomsten af opløst brint ibiogasanlæg, hvor man har observe-ret en hæmning af metanproduktio-nen som følge af forsuring. Det er énaf baggrundene for HYCON-projektet,hvor målet er at opnå en højere gen-nemsnitlig belastning og dermed enhøjere produktivitet i gyllebaseredebiogasanlæg.

I den forbindelse kan brint brugessom en indikator for driftsstabilitet iforhold til for eksempel indfødning og

Optimering af biogasprocessen

Brint er et vigtigt mellemtrin i den biologiske proces i et biogasanlæg, ogmed de rette værktøjer vil brint kunne bruges som en indikator fordriftsstabilitet, og hvor hårdt anlægget kan belastes. Det fænomenbliver nærmere undersøgt i HYCON-projektet, hvor målet erat opnå en højere produktivitet i gyllebaserede biogasanlæg.

Foto

:M

aabje

rB

ioEnerg

y


opblanding. Endvidere undersøgespotentialet ved aktivt at styre mæng-den af brint i systemet, enten ved atsænke eller øge niveauet. Sidst-nævnte har relevans i forhold til øn-sket om at kunne tilsætte eksterntproduceret brint til biogasanlæg. Detvil give mulighed for at bruge over-skydende vindmøllestrøm til fremstil-ling af brint, der efterfølgende kanomdannes til metangas og lagres inaturgasnettet.

En væsentlig del af forskningsakti-viteterne i HYCON er rettet mod atudvikle nye kemiske og biologiskemetoder til at undersøge brints forde-ling, dannelse og omsætning i bio-gasprocessen. Den opnåede videnudnyttes til at udpege nye mulighederfor optimering af produktionen i etbiogasanlæg. Aktiviteterne bestårblandt andet af:

– udvikling af en ny mikrosensor tilmåling af opløst brint

– anvendelse af molekylærbiologiskemetoder til undersøgelse af popula-tionsdynamik

– anvendelse af stabile isotoper tilundersøgelser af forskellige ned-brydningsveje.

Mikrosensor til måling af brintMikrosensorer er en specialiseretteknologi der, som navnet indikerer,omfatter sensorer med en meget finmålespids. Diameteren er typisk på10-50 µm eller mindre end et almin-deligt menneskehår.

Forskning med mikrosensorer gørdet muligt at studere detaljer af mikro-gradienter i mange forskellige miljøer,herunder biofilm fra biogasanlæg, ogkan således bidrage med værdifuldinformation om blandt andet syste-mers dynamik og funktion.

Der er i dag udviklet mikrosensorerfor et stort antal kemiske parametre,inklusive ilt, svovlbrinte, lattergas, pHog brint. I forbindelse med HYCON-projektet har en central målsætningværet at udvikle en mikrosensor tilbrint, som ikke er følsom over forsvovlbrinte, der normalt forekommer istore mængder i biogasanlæg, ogsom interfererer voldsomt med eksi-sterende sensorer.

Ved at anvende en højeffektiv ke-misk sulfidfælde, er det lykkedes for

sensorlaboratoriet på Afdeling for Mi-krobiologi ved Aarhus Universitet atudvikle en helt ny brintsensor, der medstor præcision kan måle selv megetlave forekomster af brint i stærkt sul-fidholdige miljøer.

Isotop-studierMærkning med stabile isotoper af ke-miske forbindelser, der indgår i bio-gasprocessen, kan bruges til at kort-lægge de dominerende nedbrydnings-veje for forskellige biomasser og un-der forskellige betingelser. I proces-sen anvendes særligt fremstilledesubstrater, der indeholder isotoper,som er tungere end normalt. Det kanfor eksempel være kulstof-13 i stedetfor kulstof-12.

Substraterne tilsættes en aktivreaktor, hvilket fører til dannelse afprodukter, der ved hjælp af masse-spektrometri kan spores til de isotop-mærkede substrater. Med den meto-de har man for eksempel kunnet på-vise, at dannelsen af metan ud fraeddikesyre under visse omstændighe-der sker via fuldstændig omdannelsetil CO2, der efterfølgende reagerermed brint. Det er nyt, idet man tidli-gere har antaget, at processen delvistforløber via spaltning af eddikesyre tilmetan og CO2.

I HYCON-projektet anvendes en sær-lig gaskromatograf kaldet GC-IRMS tilat afklare udbredelsen af dette fæno-men ved forskellige procesbetingelserog biomasser. Endvidere undersøgesmuligheden for at bruge online masse-spektrometri (MIMS) til at overvågeisotopmærkede komponenter medhøj tidsopløsning.

Molekylærbiologiske metoderIdentiteten af mikroorganismerne igyllebaserede biogasanlæg er relativtforskellige i forhold til biogasanlæg,der primært er baseret på plantebio-masse, spildevand eller kombinatio-ner heraf. Og selv om sammensæt-ningen af de mikrobielle konsortier erafgørende for anlæggets drift, er der idag kun meget lidt kendskab til deresidentitet og funktion.

I HYCON-projektet har vi fokus påsåvel de delpopulationer, der er tilstede i alle anlæg og dem, der ermindre hyppige. Ved hjælp af en ræk-ke molekylære teknikker kombineretmed isotopteknikker ønsker vi at op-nå en bedre forståelse for disse grup-pers funktion, da de er afgørende forprocesoptimering og øget stabilitet.

Anders Feilberg er lektor ved Aarhus

Universitet, Institut for Ingeniørviden-

skab.

Jeppe Lund Nielsen er lektor ved

Aalborg Universitet, Institut for Kemi

og Bioteknologi.

Freya Mosbæk er Ph.d.-stipendiat

ved Aalborg Universitet, Institut

for Kemi og Bioteknologi.

Michael Nielsen er postdoc ved

Aarhus Universitet, Institut for

Bioscience – Mikrobiologi.

Niels Peter Revsbech er professor

ved Aarhus Universitet, Institut for

Bioscience - Mikrobiologi.

Lars D. M. Ottosen er sektionsleder

ved Teknologisk Institut, Kemi- og

Bioteknik.

HYCON er en forkortelse for Hydro-gen Control for Optimization ofMethane Production from LivestockWaste. Projektet, der blev startet istarten af 2011 og slutter i 2014,skal føre til en større viden ombrints rolle i biogasreaktorer for påden måde at optimere metanpro-duktionen. Følgende partnere del-tager i projektet:

• Teknologisk Institut, Materialerog Produktion samt Life Sciences

• Aalborg Universitet, Institut forKemi og Bioteknologi

• Aarhus Universitet, Institut forIngeniørvidenskab og Institut forBioscience

• Totax A/S• Xergi A/S• Unisense A/S• University of Queensland• Novozymes A/S

HYCON



Af Brian Vad Mathiesen, Henrik Lund,

Frede K. Hvelplund, David Connolly,

Niclas S. Bentsen, Davide Tonini,

Poul Erik Morthorst, Henrik Wenzel,

Thomas Astrup, Niels I. Meyer, Marie

Münster, Poul Alberg Østergaard,

Birgitte Bak-Jensen, Mads Pagh

Nielsen, Erik Schaltz, J.R. Pillai, Lorie

Hamelin, Claus Felby, Kai Heussen,

Peter Karnøe, Jesper Munksgaard,

Lise-Lotte Pade og Frits M. Andersen

Det langsigtede mål for Danmarksenergiforsyning er klart: I 2050 skalDanmark være helt fri af de fossilebrændsler. Det rejser spørgsmåletom, i hvor høj grad vi skal erstatte defossile brændsler med biobrændslerog bioenergi, og/eller i hvor høj gradvi skal satse på besparelser og an-vende andre former for vedvarendeenergi.

Det store fokus på biomasse iDanmark, kombineret med den storetiltro til at anvende biomasse i Euro-pa, bør vække bekymring blandt isærbeslutningstagere, virksomheder ogforsyningsselskaber. På trods af at vihar formået at holde vores primæreenergiforbrug konstant, vil vi fremoverskulle nedbringe energiforbruget forat kunne få biomasseresurserne til atslå til.

Danmark har haft særdeles stortfokus på at effektivisere i konverte-ringssektoren og spare i slutforbruget.Det skal vi fortsat gøre, ligesom vi fort-sat skal have en decentral struktur.Med hensyn til forsyningssikkerhed

går vi dog ind i en ny fase. Spørgsmå-let er, i hvor høj grad vi skal satse påbiomasse, og i hvor høj grad vi skallave besparelser og investeringer i an-dre former for vedvarende energi somvindmøller?

CEESA-projektetI CEESA-projektet, der er støttet afDet Strategiske Forskningsråd, har enstor gruppe forskere igennem flere årarbejdet med scenarier for, hvordanDanmark kan blive 100 procent ba-seret på vedvarende energi i 2050(se figur 1). I arbejdet har der isærværet fokus på spørgsmålet om an-vendelse af biomasse og omlægningaf transportsektoren.

En af de vigtigste konklusioner iprojektet er, at transportsektoren eren nøgleudfordring i forhold til heledenne omstilling. Hertil kommer, atbiomasseresursen er begrænset.Derfor skal der anvendes så megetel som muligt direkte til transport,især fordi arealanvendelsen til el-produktion er væsentlig mindre endproduktion af biomasse til biobrænd-stoffer.

Det intelligente elnet bliver en vig-tig del af fremtidens energisystem. Al-lerede i dag har vi velfungerende mar-keder, der kan sikre lave produktions-priser, samtidig med at vi har et sta-bilt elsystem. I fremtiden bliver udfor-dringerne større, idet vi i 2050 vil ha-ve 50 procent vindenergi. Tidligereforskning har vist, at det ikke er ellag-re som pumpeværker, batterier og lig-

nende, der kan løse de udfordringer,vindmøllerne giver.

Det intelligente energisystemI CEESA har vi arbejdet med koncep-tet Smart Energy Systems eller detintelligente energisystem. Det er defi-neret som et energisystem med enstor sektorintegration, flere forskelligetyper fleksibelt forbrug og lagringsmu-ligheder. Analyserne viser, at når el-sektoren sammentænkes med var-me-, gasog transportsektorerne kanvi finde de bedste og de billigste løs-ninger til integration af vind.

I et vedvarende energisystem erbrændselseffektivitet vigtig. Derforskal der gives prioritet til kraftvarmeog til så lidt elproduktion som muligt,hvor varmen går til spilde.

Når vindandelen øges, er det førstevigtige skridt, at varmesektoren integ-reres. Her er vi langt i Danmark. Vi kanlave kraftvarme, når vinden ikke blæ-ser, og bruge fjernvarme fra billige var-melagre, når det blæser. Alle kraftvar-meværker opererer på et elmarked,der sikrer, at produktion og forbrughænger sammen time for time. Detkan give mulighed for at integrere optil cirka 20 procent vindenergi, udenat det går ud over brændselseffektivi-teten, da kraftvarmefordelen kan be-vares.

Over 40 procent el fra vindI næste fase er den største udfordringat få kraftværkerne til at mindske el-ler helt stoppe deres elproduktion,

I fremtidens VE-samfund er detnødvendigt, at elsektoren sam-mentænkes med varme-, gas- ogtransportsektorerne. Elbiler bli-ver en nøgleteknologi, og brintskal kombineres med kulstof frabiomasse eller atmosfæren, såder kan fremstilles brændstoffertil transportsektoren.

Det intelligente energisystem

Foto

:Torb

en

Skøtt/B

ioPre

ss


når vinden blæser. Derfor er det vig-tigt, at kraftvarmeværkerne har storevarmelagre og varmepumper til rådig-hed, så de kan dække varmebehoveti de perioder, hvor der er rigeligt medvindkraft. Med det koncept kan vind-møllerne dække over 40 procent afelforbruget.

Parallelt med de store varmepum-per i kraftvarmesystemerne bør fjern-varmen fastholdes og udbygges. Hvorfjernvarmen bliver for dyr, bør eksiste-rende olieog gasfyr erstattes medindividuelle varmepumper. Derved spa-res der brændsel, og integrationen afvindkraften bedres en smule som føl-ge af en mindre stigning i elforbruget.

Det er dog næppe hensigtsmæs-sigt at satse stort på at anvende indi-viduelle varmepumper til yderligereintegration af vind. Dertil er investe-ringerne i overkapacitet og individuel-le varmelagre for store.

TransportsektorenSektorintegrationens næste skridt børsåledes være transportsektoren, ogher er elbilerne en nøgleteknologi,der kan gøre det muligt at erstatte in-effektive forbrændingsmotorer medeffektive elmotorer.

Med elbilerne og mere el i den kol-lektive transport kan man komme op

på 50-60 procent vindenergi. Det be-tyder store besparelser i forhold tilanvendelsen af biomasse. Den storeudfordring er de lange, tunge trans-porter og fly. Her er der sandsynligvisbrug for flydende brændsler.

Den åbenlyse løsning er forskelligeformer for biobrændstoffer. I CEESAprojektet har vi arbejdet med forskel-lige teknologier til fremstilling af fly-dende brændsler, og det står klart,at de brændsler, der anvendes, børkunne indeholde energi fra vindmøl-ler. Dette kan nedbringe afhængig-heden af biomasse til et bæredygtigtniveau.

Brint og kulstofI det omfang, der ikke kan anvendesel direkte eller indirekte via batterier,skaber dette det tredje trin i det intel-ligente energisystem. Ved hjælp afvindmøllestrøm kan der produceresbrint, og ved at kombinere brint medkulstof fra biomasse eller atmosfærenkan der fremstilles gasformige og fly-dende brændstoffer til transportsek-toren. På den måde kan vindandelenhæves yderligere til 70-80 procent.

Når vindandelen kommer op pådet niveau skyldes det blandt andet,at elforbruget stiger kraftigt, fordistore mængder fossile brændsler til

den tunge trafik skal erstattes medvedvarende energi.

En sådan systemintegration givergode muligheder for at lagre den ved-varende energi, da gas kan lagresflere måneder i naturgasnettet, og fly-dende brændsler kan lagres i tank-anlæg.

Brian Vad Mathiesen, Henrik Lund,

Frede K. Hvelplund, David Connolly,

Poul Alberg Østergaard, Birgitte

Bak-Jensen, Mads Pagh Nielsen, Erik

Schaltz, J.R. Pillai, og Peter Karnøe er

alle ansat ved Det Teknisk-Naturvi-

denskabelige Fakultet, Aalborg Uni-

versitet.

Niclas S. Bentsen og Claus Felby er

ansat ved Det Natur- og Bioviden-

skabelige Fakultet, Københavns Uni-

versitet.

Poul Erik Morthorst, Thomas Astrup,

Davide Tonini, Niels I. Meyer, Marie

Münster, Lise-Lotte Pade, Kaj Heus-

sen og Fritz M-Andersen er ansat ved

Danmarks Tekniske Universitet.

Henrik Wenzel og Lorie Hamelin er

ansat ved Det Tekniske Fakultet, Syd-

dansk Universitet.

Jesper Munksgaard er i dag ansat

ved Københavns Energi.

Bølgekraft

Solceller

Vindkraft

Biomasse

Biogas

Bioraffinaderi

Geotermi

Solvarme

Industri

Individueltopvarmede

boliger

Gasnet oggaslager

Transport

El (TWh)Varme (TWh)Biomasse (TWh)Forgasset biomasse (TWh)Biogas (TWh)Brint (TWh)Biobrændsler (TWh)Syntiske biobrændsler (TWh)

Elforbrug

12,7

16,6

10,2

2

Varmeforbrug

Sam-elektrolyse

Forgasnings-anlæg

Elektrolyse

Kraftvarme,varmepumper,fjernvarme ogkraftværker

6,3

57,3

0,9

7,9

12,4

13,2

1910,2

52,5 41,7

14,2

38,4

21,1

9,3

26,9

6,5

0,8

1,7 0,7 3,3

3,4

6,5 2,2

4,3

28,1

21,4 8,2

Signaturforklaring

Figur 1 nergistrømme i 2050CEESA-projektets scenarie for e


Af Brian Vad Mathiesen, David

Connolly, Henrik Lund, Mads Pagh

Nielsen, Erik Schaltz, Henrik Wenzel,

Niclas S. Bentsen, Claus Felby, Per

Kaspersen og Kenneth Hansen

I de seneste fire årtier er det lykke-des Danmark at holde det samledeprimære energiforbrug konstant påomkring 800 PJ. Det er sket på trodsaf en stor stigning i energiforbrugettil transport og en lille stigning i el-forbruget. I 1980 brugte vi mindreend 150 PJ til transport, men det ersteget til over 200 PJ, selvom derer sket effektiviseringer inden forområdet.

Særligt to forhold gør det særdelesvanskeligt at omstille transportsekto-ren til 100 procent vedvarende ener-gi: For det første er sektoren historiskset 95 procent afhængig af olie, ogfor det andet har der været en bety-delig vækst i transportbehovet overde sidste årtier.

Det står klart for de fleste, at detikke giver mening at erstatte mereend 200 PJ olie med biobrændstof-fer, da det vil kræve mere biomasse,end der kan produceres i Danmark,medmindre man ligefrem vælger at

inddrage naturarealer og en del af fø-devareproduktionen.

Foruden afhængigheden af olie ogden store vækst er sektoren yderstkompleks. For at kunne lave scenarierfor transportsektoren i fremtiden skalder en dybere forståelse til af trans-portformer, -vaner, -længder og -behov.

Væksten i transportbehovetI CEESA-projektet, der er støttet afDet Strategiske Forskningsråd, ertransportsektoren blevet endevendt.Der er blevet udviklet et reference-forløb, og det eksisterende transport-system er blevet kortlagt for ikkemindre end 26 forskellige transport-typer inden for person- og gods-transport.

I referencescenariet har vi valgt atmedregne al transport, der har tilknyt-ning til Danmark. Det betyder, at hvisalle andre lande benytter den sammeafgrænsning, bliver hele verdens trans-portbehov medregnet.

For at kunne lave en sådan kort-lægning er transportbehovene blevetinddelt i national, transit og interna-tional transport. Det vil sige, at 100procent af national transport er med-regnet samt 100 procent af dansk

transittransport i udlandet. For deninternationale transport er det anta-get, at 50 procent er relateret tilDanmark.

Al transport er således med i descenarier, der er lavet, men det bety-der samtidig, at arbejdet ikke er heltsammenligneligt med andre studier,hvor man ikke medregner den inter-nationale luft- og skibstransport. Foreksempel er transportenergiforbrugeti CEESA's referencescenarie for 2050omkring 75 PJ højere end i Klima-kommissionens rapport.

Hvis vi antager den vækst i trans-porten, som de officielle myndighedernormalt bruger, vil transportbehovetvære dobbelt så stort i 2050 som idag. Med en høj vækst i transportbe-hovet viser scenarierne i CEESA, atselv med de mest optimistiske anta-gelser vedrørende nye teknologier,kan så stort et behov næppe dækkesmed biobrændstoffer baseret på dan-ske resurser.

El har første prioritetHvis vi erstattede dagens forbrug afbenzin, diesel, fly- og skibsbrændstofmed biobrændstoffer, ville det kræveet større areal end Danmarks land-

Biomasse tiltransportsektorenTransportsektoren bliver en afde helt store udfordringer i etfremtidigt energisystem baseretpå 100 procent vedvarende ener-gi. Selv med de mest optimisti-ske antagelser om nye teknologi-er kan behovet næppe dækkesmed biobrændstoffer baseret pådanske resurser. Løsningen be-står i at begrænse stigningstakteni transportbehovet og få så me-get el ind i transportsektorensom muligt.

Foto

:Torb

en

Skøtt/B

ioPre

ss


brugsareal med de afgrøder og denproduktion, vi har lige nu. Hvis manville dække behovet, er det tekniskset muligt, men det vil kræve megetvæsentlige omlægninger fra fødevare-produktion til energiafgrøder.

For mindre mængder biobrænd-stoffer baseret på restprodukter kander imidlertid være et arealforbrug pånul. Det er dog kun tilfældet, hvisrestprodukterne ikke kan anvendes tilandre formål.

I en teknisk sammenligning brugervindmøller et langt mindre areal endbiobrændstoffer, selv når vi sammen-ligninger med 2. generationsteknolo-gier. Hvis vi vælger at prioritere hen-syn til natur og fødevareproduktion el-ler forsyningssikkerhed anderledes,kan billedet ændre sig, men arealfor-bruget vil være større end med vind-møller, og kan ikke være nul, hvishele transportsektorens energibehovskal dækkes.

Det er ikke ensbetydende med, atder ikke skal bruges biobrændstoffer,men det betyder, at der skal anven-des mest mulig el i transportsektoren,da elproduktion fra for eksempel vind-møller kræver langt mindre areal endbiomasse.

Scenarierne er udviklet med fokuspå det primære energiforbrug, areal-forbruget og de samlede omkostnin-ger. Arbejdet indeholder også bereg-ninger af, hvad det vil koste at ændre

på infrastrukturen, for eksempel vedat flytte en del af transporten fra bilertil jernbaner.

Fordobling problematiskResultaterne af CEESA-projektet visertydeligt, at en fordobling af transport-behovet er problematisk, men de vi-ser også, at der er store mulighederfor at øge anvendelsen af el i trans-portsektoren.

For den øvrige transport skal derbruges biobrændstoffer og/eller synte-tiske brændsstoffer. I den forbindelsepeges der i projektet på mulighedenfor at kombinere brint med kulstof frabiomasse eller atmosfæren, også kal-det hydrogenering. Det giver mulighedfor at booste biomassen, så det sam-lede behov for biomasse bliver min-dre, samtidig med at der kan lavesflydende eller gasformige brændsler,der er nemmere og billigere at hånd-tere end brint.

I det lys er der en klar udfordring:Prisen på biomasse og teknologispiller ind på de samlede omkost-ninger. Samlet set er der lavet ettransportscenarie, hvor godstrans-porten vokser som i “business-as-usual”, men hvor persontransporten“kun” vokser knap 50 procent i for-hold til i dag i stedet for knap 100procent. Vi kan altså køre lige såmeget eller mere i bil i fremtidensammenlignet med i dag, og sam-

tidig komme over på vedvarendeenergi.

Noget af væksten i vej- og flytrans-port overføres til jernbaner i scenari-et. Derpå øges andelen af hydridbilerog rene elbiler til at udgøre 85 pro-cent af personbilflåden. Resten skaldækkes af flydende brændsler.

LøsningerSom nævnt er det nødvendigt at findeløsninger, hvor man kombinerer brintmed biomasse eller andre kilder medkulstof, herunder kraftværkernes røg-gas. I CEESA-projektet er der regnetpå fire forskellige teknologier, hvorman kombinerer brint og kulstof, ogher viser resultaterne, at:

• Det primære brændselsforbrug kansænkes til under 150 PJ (se figur 1).

• Det er teknisk muligt at dækketransportbehov og behov for bio-masse i andre dele af energisyste-met med biomasse svarende til detdanske potentiale.

• De samlede omkostninger er min-dre end en situation med en højvækst i persontransportbehovet.

• Omkostninger ved hydrogeneringikke er væsentligt forskellige i for-hold til omkostninger fra scenarierbaseret på biobrændsler, som vikender dem i dag.

• Investeringer i infrastruktur opvejerde besparelser, der er på brændslerog på sparede investeringer i vej-nettet.

Løsningerne findes altså, men detkræver, at man satser på at begræn-se stigningstakten inden for transpor-ten og får så meget el som muligt indi transportsektoren. Biomassen er enbegrænset resurse, som der bliver ri-geligt brug for.

Brian Vad Mathiesen, Henrik Lund,

David Connolly, Mads Pagh Nielsen,

Erik Schaltz og Kenneth Hansen er

alle ansat ved Det Teknisk-Naturvi-

denskabelige Fakultet, Aalborg Uni-

versitet.

Niclas S. Bentsen og Claus Felby er an-

sat ved Det Natur- og Biovidenskabeli-

ge Fakultet, Københavns Universitet.

Henrik Wenzel er ansat ved Det Teknis-

ke Fakultet, Syddansk Universitet.

0

År

50

100

150

200

250

300

Reference CEESA

350 Eltog/Elbus

Elbiler (hybrid)

Elbiler (batterier)

Syntetisk flybrændstof

Syntetisk DME/metanol

Bio-flybrændstof

Bio-DME/metanol

Bio-ethanol

Bio-diesel

Fossilt flybrændstof

Fossil diesel

Fossil benzin

Figur 1 Energiforbrug i referenceforløbet og CEESA-forløbet

2010

2020

2030

2040

2050

2010

2020

2030

2040

2050

Det primære energiforbrug i referenceforløbet med en høj vækst i transportbe-

hovet og det anbefalede scenarie i CEESA-projektet med en moderat vækst i

transportbehovet.


Af Claus Hviid Christensen

og Niels Henriksen

Inbicon er en teknologiplatform, derhar til formål at udvikle et 2. genera-tionsbioraffinaderi (2G).

I sin nuværende udformning gørInbicon-teknologien det muligt at om-sætte biomasse, primært halm, til 2Gbioethanol, lignin og melasse medstor effektivitet. Den producerede bio-ethanol kan umiddelbart udnyttessom transportbrændstof, mens ligninkan anvendes som et fast brændselpå kraftvarmeværker. Melassen udgøret attraktivt dyrefoder, eller det kanbruges til at booste gasproduktionen igyllebaserede biogasanlæg. På denmåde kan samtlige ingredienser irestprodukter fra landbruget udnyttestil fremstilling af nyttige produkter.

Hidtil har der primært været fokuspå hvedehalm som råstof og ethanol,lignin og melasse som slutprodukter,men teknologien kan let udvikles til athåndtere en stort set hvilken somhelst tilgængelig etårig biomassere-surse; ligesom den kan modificeres tilat producere en hel række andre vig-tige slutprodukter. Det er denne flek-sibilitet i såvel valg af råstof som imulige slutprodukter, der er årsagentil, at Inbicon kan kaldes en teknolo-giplatform.

UdfordringerDer eksisterer i dag en meget langrække større og mindre produktions-anlæg, primært i USA og Brasilien,der omdanner stivelsesholdig bio-masse til bioethanol ved fermenteringefterfulgt af en passende destillation.Produktionen af transportbrændstof-fer ud fra råvarer, der kan anvendestil fødevarer, har dog længe væretkontroversiel og medført et ønske omat udvikle teknologier, der i stedetkan anvende restprodukterne fralandbruget.

Sådanne restprodukter vil overve-jende indeholde cellulose og hemicel-lulose frem for stivelse, og det giveren række udfordringer: Cellulosen vilofte være omgivet af ligninstrukturer,der vanskeliggør den enzymatiske hy-

drolyse, som er nødvendig for atfremstille kulhydrater til videre fer-mentering, og biomassen indeholderen række forskellige kulhydrater somC5 sukker, der kan være vanskeligat fermentere. Hydrolyse af stivel-sesholdig biomasse som korn ogmajs giver derimod et relativt rentglukosesubstrat, der er let at fer-mentere ved brug af almindeligt til-gængelig gær.

Det er på denne baggrund, at DONGEnergy har udviklet Inbicon-teknologi-platformen, der oprindelig tog ud-gangspunkt i en række forsøg med atvaske halm ren for alkalisalte for atreducere risikoen for tæringer påkraftvarmeværker.

Høj energieffektivitetInbicon-teknologien, i den form den iøjeblikket demonstreres, er illustreretskematisk i figuren øverst til højre. Iførste omgang bliver halmen neddeltog kogt i 10-20 minutter ved en tem-peratur på 150-200 °C. Herved bliveralkalisalte og visse andre uønskedekomponenter vasket væk.

Forbehandlingen gør biomassensindhold af cellulose tilgængelige forden efterfølgende hydrolyse. Derefterkan den glukoseholdige biomasse fer-menteres til ethanol, der isoleres veden destillation, mens lignin kan sepa-

Inbicon:

Fra mark til markedMed Inbicon-teknologien er det idag muligt at omdanne halm tilbioethanol, foder og brændsel.En unik forbehandlingsteknik re-sulterer i en højere energieffek-tivitet, end det er muligt medkonkurrerende processer, ogdet forventes at de første fuld-skalaanlæg vil blive opført indenfor de næste 1-2 år.

Foto

:D

ON

MG

Energ

y


reres fra fermenteringsblandingen veden simpel filtrering, hvor der ogsåfjernes eventuelle gærrester.

Den unikke og patenterede forbe-handling resulterer i en meget højerekoncentration af sukker i fermente-ringsvæsken end det er muligt medkonkurrerende processer. Det giveren højere energieffektivitet, blandtandet fordi der skal fjernes mindrevand ved destillationen.

Den producerede 2G bioethanolkan umiddelbart bruges som benzin-additiv, mens ligninen er så ren, atden direkte kan benyttes som et fastbændsel på kraftvarmeværker til er-statning af kul. Molassen, der bestårovervejende af C5-sukre, er desudenet attraktivt dyrefoder.

Fuldskalaanlæg om 1-2 årInbicon-teknologien demonstreres ogvidereudvikles i øjeblikket i et demon-strationsanlæg i Kalundborg med enkapacitet på fire tons halm i timen.Det svarer til cirka 30.000 tons halmom året, hvilket er omkring 10-40 pro-cent af et fuldt kommercielt Inbicon-anlæg.

Demonstrationsanlægget blev sat idrift i forbindelse med COP15 i Kø-

benhavn 2009. Ved nominel last pro-ducerer anlægget 5,4 millioner liter2G bioethanol, 11,4 tons ligninpillerog 13,9 tons C5 melasse om året.Anlægsomkostningerne beløber sig tilomkring 400 millioner kroner og fuld-tidsdrift af anlægget beskæftiger cirka30 personer.

På baggrund af den succesfuldedemonstration er det i dag muligt atopføre og drive fuldt kommercielle In-bicon-anlæg og det forventes, at deførste anlæg vil blive opført inden forde næste 1-2 år. Derfor er demon-strationsanlægget i Kalundborg nuovergået til kampagnedrift.

Nye vejeInbicon-teknologiplatformen kan ud-vikles i mange interessante spor. Derbliver løbende arbejdet med optime-ringsstudier, der skal være med til atreducere anlægs- og driftsomkostnin-gerne, men mulighederne for at ud-vikle processen i helt andre retningerhar også høj prioritet.

Det handler blandt andet om atudvikle en mere fleksibel forbehand-lingsproces, der vil gøre det muligt athåndtere helt andre typer biomasser,herunder blandinger, så man får mu-

lighed for at udnytte den til enhver tidmest attraktive og tilgængelige bio-masseresurse. Derudover undersøgesmulighederne for at producere merehøjværdige produkter end bioethanolog lignin.

Selvom både bioethanol og ligniner særdeles ønskværdige i energisek-toren, så er det oplagt, at fremstillin-gen af en lang række industrielle ke-mikalier kan medføre en højere vær-diskabelse, da de ofte kan sælges tilpriser, der er mere end dobbelt såhøje som for biobrændstoffer. Detkræver selvfølgelig udvikling af nyeprocesser, enzymer og katalysatorer,der effektivt kan omdanne sukker el-ler lignin til disse produkter. Netopderfor tales der undertiden om Inbi-con-teknologien som en sukkerplat-form, da man i princippet kan forestil-le sig hele den kemiske industri base-ret på biomasse i stedet for kul, olieog naturgas, som den er i dag.

Claus Hviid Christensen er senior-

manager hos DONG Energy, Group

R&D.

Niels Henriksen er teknologichef hos

DONG Energy, New Bio Solutions.

Biomasse

DestillationFermentering

Forbehandlingog forflydning

Figur 1 Princippet i Inbicon-teknologien

Princippet i Inbicon-teknologien, hvor halm og andre restprodukter fra landbruget omdannes til bioethanol, foder og

brændsel til blandt andet kraftvarmeværker.



og Niels Henriksen

REnescience-teknologien er udvikletfor at sikre en effektiv udnyttelse afhusholdningsaffald og tilsvarende typeraffald fra industrien. Det sker gennemen proces, der inkluderer hele affalds-mængden, og som indledningsvis op-koncentrerer de bionedbrydelige ele-menter i en såkaldt biovæske.

Biovæsken udgør et særdeles vel-egnet råstof til fremstilling af for ek-sempel biogas, der kan anvendes tilproduktion af el og varme eller opgra-deres og sendes ud i naturgasnettet.Den resterende del af affaldet kansepareres i forskellige dele, herundermetal og plast der kan genbruges ogen restfraktion, der kan anvendessom brændsel på kraftvarmeværker.

På trods af at mængden af affaldpå globalt plan har været konstantstigende gennem mange år, og påtrods af at affald efterhånden er bredtanerkendt som en potentiel resurse,findes der i dag kun begrænsede mu-ligheder for at anvende affaldet på enomkostningseffektiv måde.

I Danmark eksisterer der alleredeen lang tradition for effektiv udnyttel-se af affald i form af moderne affalds-forbrændingsanlæg. På de 29 dan-ske forbrændingsanlæg bliver der så-ledes omsat cirka fire millioner tonsaffald om året med en virkningsgradpå 82 procent. Det resulterer i enenergiproduktion på omkring 40 mil-

lioner GJ, hvoraf hovedparten blivertil fjernvarme.

Det er dog en forventning om enendnu bedre udnyttelse af affaldet ifremtiden, hvilket for eksempel kanske gennem mere rationel udnyttelseaf energien i det biologiske affald ogved genanvendelse af de mere værdi-fulde ingredienser som metal og plast.Det er til dette formål, at DONG Energyhar udviklet REnescience-teknologien.

Erfaringer fra InbiconDen patenterede REnescience-tekno-logi er udviklet med udgangspunkt i

DONG Energy's erfaringer fra Inbicon(se artiklen på de to foregående si-der). Her forbehandles biomassen iform af halm og gennemgår en enzy-matisk hydrolyse, hvorved kulhydraterskilles fra lignin.

Figuren til højre illustrerer skema-tisk, hvordan REnescience-processen,der er kontinuert og fuld automatise-ret, er sammensat af en række pro-cestrin.

Affaldet, typisk husholdningsaffald,bliver indledningsvis varmet op til100 °C ved atmosfærisk tryk. Dervedbliver det muligt at nedbryde det bio-logiske affald til en såkaldt biovæskeved enzymatisk hydrolyse, der kræveren særlig enzymblanding. Ved denneproces opsamles cirka 95 procent afdet bionedbrydelige affald.

Efterfølgende separeres den fastefraktion fra biovæsken, der med ettørstofindhold på omkring 20 procenter let at pumpe. Væsken består over-vejende af diverse kulhydrater, derumiddelbart kan udnyttes som et vær-

REnescience:

Fra affald til afkast

Med REnescience-teknologienkan man populært sagt skille hus-holdningsaffald i tre fraktioner:Organisk affald som kan boostegasproduktionen i biogasanlæg,glas og metal som kan genanven-des, og en restfraktion der kanbruges som brændsel på kraft-varmeværker.

Pilotanlæg op Amagerforbrænding, hvor usorteret husholdningsaffald bliver

kogt og tilsat enzymer, så man får mulighed for at opdele affaldet i organisk og

uorganisk materiale.

Pilotanlægget hos Amagerforbræn-

ding har været i stabil drift siden de-

cember 2009. Anlægget har en ka-

pacitet på ét ton affald i timen.

Foto

:D

ON

GEnerg

y

Foto

:Torb

en

Skøtt/B

ioPre

ss


difuldt råstof til produktion af biogas.Fra biovæsken kan der således pro-duceres 90-100 m3 metan per tonusorteret husholdningsaffald.

Det faste affald separeres herefteri to plastfraktioner: 2D (film, poser oglignende) og 3D (flasker og beholdere)samt en fraktion af metal, glas oggrus. Disse fraktioner kan efter pas-sende behandling genanvendes elleralternativt forbrændes. 2D-fraktionen

rengøres til slut i en særligt udvikletvaskemaskine, så det umiddelbartkan oparbejdes, og 3D-fraktionenskylles/håndteres efter behov.

På denne måde gør Renescience-teknologien det muligt at producerefire separate og værdifulde produkterfra affaldet, nemlig biovæsken, 2D og3D materiale samt genanvendeligematerialer. Biovæsken indeholder og-så diverse salte, der efter produktion

Vasketromle

Forflydning

Ballistiskseparation

Vasketromle

Forbehandling

Skruepresse

Skruepresse

Biogas

Biovæske

2D materiale3D materiale

Inertmateriale

Enzymer

Affald

Figur 1 Princippet i REnescience-teknologien

af for eksempel biogas ender i en fastfraktion, der kan bruges som erstat-ning for kunstgødning.

Næste skridtRenescience-teknologien er i øjeblik-ket i drift som et kontinuert pilotan-læg hos Amagerforbrænding. Anlæg-get har en kapacitet på ét ton affald itimen og har været i stabil drift sidenCOP15 i december 2009.

Det næste skridt for REnescience-teknologien er opførsel af et kommer-cielt demonstrationsanlæg med enkapacitet på omkring ti tons/time. Detforventes opført inden for de næstecirka to år, og Renescience-teknologi-en vil således kunne tilbydes på kom-mercielle vilkår i løbet af kort tid ogderved bidrage til en mere rationeludnyttelse af affald, end det er muligti dag.

På længere sigt er det oplagt at sepå, om biovæsken kan udnyttes mereeffektivt til fremstilling af produkter,der er mere værdifulde end biogas.Det kunne være som råstof til pro-duktion af bioethanol ved fermen-tering eller biodiesel ved superkritiskvandbehandling.

Med Renescience-teknologien erdet principielt ikke nødvendigt at kil-desortere affald, men det vil i givetfald kunne føre til en endnu mereeffektiv proces. Det vil på simpel visvære muligt at opnå endnu højereaffaldsbehandlingskapacitet ved op-stilling af parallelle linjer, der hver haren kapacitet på omkring ti tons affaldi timen.



R&D.



Princippet i REnescience-teknologien, hvor usorteret husholdningsaffald bruges

til energiproduktion samtidig med at værdifulde stoffer som metal og plast gen-

anvendes.


Pyroneer:

Fra besværlig biomassetil grøn gas


og Niels Henriksen

Pyroneer-teknologien gør det muligtat omdanne biomasse til grøn gas,som overvejende består af brint, kul-ilte, metan, kuldioxid og kvælstof.

Gassen har mange anvendelses-muligheder. I dag kan den anvendessom brændsel på et kraftvarmeværk,men på længere sigt vil den ogsåkunne bruges som råstof i den kemis-ke industri, herunder til produktion afmetanol, benzin og diesel. Teknolo-gien demonstreres i øjeblikket i storskala, og de første kommercielle an-læg forventes etableret inden for denæste 3-4 år.

En meget stor del af den tilgænge-lige, uudnyttede biomasse kan karak-teriseres som besværlig og er såledesvanskelig at omsætte i veletablerede

processer. Det kan for eksempel væ-re fordi biomassen har et højt indholdaf alkali, der giver anledning til tærin-ger på kraftvarmeværker eller fordibiomassen har en kemisk sammen-sætning, der gør, at den ikke umid-delbart kan anvendes til fremstillingaf for eksempel bioethanol.

Disse besværlige biomasser, så-som energiafgrøder, gyllefibre, halmog diverse restprodukter, kan i stedetnyttiggøres gennem en såkaldt for-gasning, hvor biomassen opvarmestil omkring 650 °C i en atmosfæremed iltunderskud. Herved dannesen grøn gas, som kan opgraderes tilsyntesegas.

Syntesegas er allerede i dag afenorm betydning i den etablerede ke-

miske industri, men her produceresden typisk fra fossile resurser, særligtkul og naturgas, og den bruges sområstof til fremstilling af en lang rækkesyntetiske kemiske produkter. Derforet det selvfølgelig særdeles interes-sant at kortlægge potentialet for frem-stilling af grøn syntesegas og udviklenye konkurrencedygtige teknologier tilformålet.

Gennem en længere årrække erder på globalt plan udviklet en rækkeforskellige biomasseforgassere, hvor-af flere har nået demonstrationssta-diet. Der eksisterer dog endnu ikkekommercielt etablerede biomassefor-gassere på markedet, hvis man serbort fra enkelte træforgassere, der erved at vinde indpas.

Pyroneer-forgasseren, hvor den grønne gas i starten blev brændt af i en fakkel.

I dag bruges gassen til produktion af el og varme på Asnæsværket.

Foto

:D

ON

GEnerg

y

Med Pyroneer-teknologiener det blevet muligt at omdanne besværligbiomasse til grøn gas. I dag anvendes gassen tilel- og varmeproduktion, men på sigt vil gassenkunne bruges som råstof til fremstilling afflydende brændstof.

Brændsel

Koks/gas

Koks/Sand

Aske

Sand

Pyrolysegas

Gas

Luft

Pyrolyse-kammer

Koksreaktor

1. cyklon

2. cyklon

Brændsel

Pyrolyse650 °C�

Forgasning 730 °C�

Pyrolysegas


Fra LT-CFB til PioneerPyroneer-forgasserens virkemåde erillustreret skematisk i nedenståendefigur. Oprindeligt er konceptet bagforgasseren udviklet af Peder Stoholmmed assistance fra Risø/DTU. Tekno-logien blev dengang kaldt for LT-CFB.Det står for lavtemperatur, cirkuleren-de, fluid bed og beskriver således for-gasserens særlige tekniske karakte-ristika.

De indledende forsøg blev gennem-ført på en 500 kW forgasser på DTU-Risø. DONG Energy købte i 2009 allerettigheder til teknologien og forestårnu det forsatte udviklingsarbejde.

I sin nuværende udformning opere-rer Pyroneer-forgasseren ved atmos-færetryk. Temperaturen er valgt tilpashøjt for at sikre, at forgasningen forlø-ber med tilstrækkelig hastighed, mensamtidig så lav at asken ikke smelter.

Det har gennem en lang rækkepraktiske forsøg vist sig, at teknologi-en kan benyttes til forgasning af stortset alle typer biomasse, så længedisse er tørre; men indtil videre harfokus primært været på brugen afhalm som brændsel. I fuldskala Pyro-neer-forgassere vil der kunne opnåsvirkningsgrader på over 95 procent.

I øjeblikket demonstreres teknolo-gien på Asnæsværket i Kalundborg,hvor forgasningen af halm i en 6 MWPyroneer-forgasser blev påbegyndt iforåret 2011. Den nominelle effektopnås ved indfødning af omkring 1,5tons halm i timen.

Syntesegassen afbrændes i Asnæs-værkets kedel. Afbrænding af dengrønne syntesegas er fordelagtig, dadiverse næringsstoffer fra halmen ikkeføres ind i kedlen på værket, men istedet kan udtages fra forgasseren.Det betyder, at riskoen for korrosionog belægningsdannelse reduceresmarkant.

Asken forventes at kunne føres til-bage til landbrugsjorden uden yderli-gere forarbejdning. Faktisk viser indle-dende forsøg, at asken fra forgasse-ren delvist kan erstatte indkøbt kunst-gødning. Alt tyder således på, at de-monstrationen vil være succesfuld,og forgasseren har gennem perioderuden vanskeligheder kørt med op til135 procent nominel last.

Kommercielle anlægPå baggrund af den igangværende de-monstration vil det blive muligt at kon-struere kommercielle Pyroneer-forgas-

Sådan bliver halm til gas i Pyroneer forgasserenI forgasseren cirkulerer sand ved entemperatur på omkring 650 °C. Halmenføres ind i bunden af pyrolysekamme-ret, og så snart halmpartiklerne rammersandet, frigives gassen og føres op til1. cyklon, hvor sand og koks sorteresfra, mens gassen fortsætter til 2. cyklon.

Cirka 20 procent af halmens energiind-hold bliver ikke omsat i første omgang,mens føres til koksreaktoren, hvor dertilsættes luft, og biomassen får lidt læn-gere opholdstid. I koksreaktoren skerder en delvis forbrænding af koksen,hvorved sandet varmes op til 730 °C,og koksgassen føres tilbage til pyroly-sekammeret.

Pyroneer-forgasseren kan omdannecirka 95 procent af halmens energiind-hold til gas, og næringsstofferne – derprimært består af alkali og fosfor – kanføres tilbage til landbrugsjorden viaasken.

sere med en forventet effekt på om-kring 50 MW (termisk). Indledningsvisvil teknologien være analog til den,der nu demonstreres på Asnæsvær-ket. Det vil sige fremstilling af en grønsyntesegas og efterfølgende udnyttel-se af gassen i et kraftvarmeværk tilel- og varmeproduktion.

På længere sigt kan Pyroneer-forgassere med endnu større effektblive interessante. De kan for eks-empel bruges til at producere grønsyntesegas, der efterfølgende kananvendes som råstof til fremstillingaf metanol, syntetisk benzin (meta-nol til benzin) eller diesel (Fischer-Tropsch). Det vil formentlig kræve,at Pyroneer-forgasseren udvikles tilat kunne operere ved højere tryk, ogdet vil desuden kræve, at særligegasrensningssystemer udvikles, daanvendelsen i de petrokemiske pro-cesser forudsætter en meget rensyntesegas.



R&D.




Af Per Runge Christensen, Anders Juul

Mørup, Jacob Becker, Aref Mamakhel,

Lasse Rosendahl, Marianne Glasius,

Bo Brummerstedt Iversen, Rudi P.

Nielsen, Jessica Hoffmann, Saqib

Toor, og Erik G. Søgaard

Der kan være mange fordele ved atomdanne biomasse til flydendebrændstof. Energitætheden er høj,der er mange anvendelsesmulighe-der, og flydende brændstof kan bru-ges i transportsektoren, der er en afde helt store udfordringer, når dethandler om at omstille energisyste-met til bæredygtige løsninger.

Produktion af bioethanol via gæ-ring af biomasse og fremstilling afbioolie ved pyrolyse er nogle af deteknologier, der er kommercielt til-gængelige, men også behæftet medvisse ulemper, som begrænser deresanvendelighed.

Ved produktion af bioethanol ind-går destillation, der er en yderst ener-gikrævende proces, og anvendelse aftraditionelle landbrugsafgrøder sområvarer er problematisk ud fra et etiskog økonomisk synspunkt. Det har førttil udvikling af 2. generationsbioetha-nol, der anvender halm og andre rest-produkter som råvarer, men der mang-ler endnu et kommercielt gennem-brud, da enzymer til nedbrydning afbiomassen er forholdsvis dyre.

Ved produktion af bioolie gennempyrolyse, hvor biomassen nedbrydesved høje temperaturer i en iltfattigatmosfære, skal biomassen have etlavt vandindhold for at minimeredannelsen af aske. De fleste bio-masser har imidlertid et højt vand-

indhold og derfor vil det ofte værenødvendigt med en energikrævendeforbehandling. Derudover har olie-produktet et forholdsvis højt indholdaf ilt, der først skal reduceres, førproduktet kan opnå samme højebrændværdi som konventionel ben-zin og diesel.

Omdannes til olie på minutterHTL, der står for Hydro Thermal Lique-faction, er en alternativ omdannelses-proces, hvor restprodukter fra land-og skovbrug omdannes til rå bioolie iet vandigt miljø ved høje temperatu-rer og tryk – typisk 250-400 °C og100-300 bar.

Under disse forhold er vand i en så-kaldt nærkritisk tilstand og får egen-skaber, der er markant anderledesend ved atmosfærisk tryk og stue-temperatur. Det kan i kombinationmed katalysatorer udnyttes til at om-

danne biomasse til olie inden for enreaktionstid på minutter. Da reaktio-nen foregår i vand, er det efterfølgen-de muligt at foretage en mekaniskseparation af olie, salte, næringsstof-fer og mineraler, hvorved behovet fordestillation forsvinder.

HTL-processen er yderst robust medhensyn til hvilken biomasse, der an-vendes. Det er uden betydning for pro-cessen, om der er potentielt skadeligestoffer i biomassen, og det åbner opfor anvendelse af en lang række orga-niske affaldsstrømme fra industri oglandbrug. Samtidig er processen yderstvelegnet til våde organiske materialer,så der vil ikke være behov for energi tiltørring af biomassen. Af oplagte mulig-heder kan nævnes alger, kloakslam,samt diverse affaldstyper fra kommu-nal renovation, industri og landbrug.HTL-processen kan således bruges tilbåde at producere CO2-neutral bioolie

Når organisk affald kommer under høje tryk og temperaturer, omdannesbiomassen til råolie, der efterfølgende kan raffineres og bruges i transport-sektoren. Processen, der kaldes for HTL, er yderst robust i forhold tilhvilke biomasser, der kan anvendes og fleksibel i forhold til hvilketyper brændstoffer, der kan produceres.

Fra organisk affald til olie

HTL-anlægget på Aarhus Universitet.


og til at minimere mængderne afaffald.

Anlæg på Aarhus UniversitetDe høje tryk og temperaturer, sombenyttes i processen, er ikke almenprocesteknologi, og derfor er der påAarhus Universitet blevet specialfrem-stillet et laboratorieanlæg, som kanbruges til forsøg.

Anlægget er opbygget som en så-kaldt stop-flow reaktor, hvor biomas-se pumpes ind i et tryksat og forvar-met reaktionskammer. Det giver enmeget kontrolleret omdannelse af bio-massen, der typisk har en opholdstidpå 15 minutter i kammeret, hvorefterproduktet pumpes ud.

Produktet består af en oliefase, envandfase, en gasfase og et askepro-dukt. Bioolien udvindes ved mekaniskseparation og eventuelt ekstraktion afvandfasen. Olieudbyttet beregnesherefter ud fra et estimat af koncen-trationen af biomasse i reaktionskam-meret. Askeproduktet består primærtaf mineraler, som for eksempel kanbenyttes til forbedring af landbrugs-jord.

Opvarmes på få sekunderHovedparten af de HTL-studier, der eromtalt i litteraturen, benytter sig afsåkaldte autoklave-reaktorer, som iprincippet er modificerede trykkogere.Her fyldes biomasse i autoklaven,

mens den er kold, hvorefter den op-varmes til den ønskede temperatur.

Trykket i autoklaven dannes underopvarmning, og kan forøges yderligereved brug af højtrykspumper. På grundaf varmekapaciteten af autoklavestå-let er opvarmningen normalt en rela-tivt langsommelig affære, der kan ta-ge adskillige timer.

Ud fra et kemisk synspunkt er detproblematisk, da vejen fra biomassetil bioolie går via mange samtidigereaktioner, som er indbyrdes afhæn-

gige men ikke alle aktive ved de sam-me temperaturer. En langsom op-varmning kan derfor medføre et slut-produkt, der minder mere om tjæreend olie, ligesom en langsom op-varmning kan have en tendens til atgive øget koksdannelse. Rent viden-skabeligt er det største problem dog,at den manglende kontrol over pro-cessen bevirker, at disse forsøg sjæl-dent kan reproduceres.

I HTL-anlægget på Aarhus Universi-tet er det imidlertid muligt at opvarme

0 0

Brændværdi Olieudbytte

15

30

45

60

10

20

30

40

Figur 1 Brændværdi og olieudbytte af DDGS

Brændværdi i MJ/kg Olieudbytte i vægtprocent

300

°C

330

°C

340

°C

350

°C

360

°C

400

°C

Udbytte og brændværdi for HTL-bioolie fremstillet af DDGS

ved forskellige temperaturer.

HTL-anlægget på Aalborg Universitet, hvor biomasse i lø-

bet af cirka 15 minutter kan omdannes til olie.

0

DDGS Majs-ensilage

Alger(Chlorella)

Alger(Spirulina)

Spildevands-slam

Biologiskspildevands-

slam

Svinegylle Svinegylle(slurry)

Kul i vægtprocent

Svovl i vægtprocent

Brint i vægtprocent

Ilt i vægtprocent

Kvælstof i vægtprocent

Øvre brændværdi i MJ/kg

10

20

30

40

50

60

Figur 2 Sammensætning og øvre brændværdi for udvalgte biomasser

�


0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Figur 3 Forholdet mellem henholdsvis brint/kulstof og ilt kulstof

Brint/kulstof

Ilt/kulstof

DDGSMajsensilageAlger (Chlorella)Alger (Spirulina)SpildevandsslamBiologisk spildevandsslamSvinegylleSvinegylle (slurry)HvedehalmTræTørvKulBioolie fra DDGSBioolie fra svinegødningBiodieselTung fuelolieDiesel0

Forholdet mellem henholdsvis brint/ kulstof og ilt/kulstof. Biomasser ses i øvre

højre hjørne, med en vis variation i forholdet mellem ilt og kulstof. HTL-olier er

indrammet i en blå cirkel. Kul, tung fuelolie, biodiesel og diesel er vist som re-

ference.

biomassen i løbet af ganske få sekun-der og foretage flere eksperimenter itræk uden at skulle nedkøle reak-toren mellem eksperimenterne. Her-ved øges reproducerbarheden af for-søgene markant, hvilket gør det mu-ligt at foretage en systematisk under-søgelse af effekten af procesparame-trene.

Sideløbende med HTL-fremstillingaf bioolie foregår også en løbendeudvikling af metoder til karakteriseringaf bioolier, og forskningsgruppen påAarhus Universitet råder over omfat-tende faciliteter til analyse af kemiskarbejde.

Fedt giver et højt olieudbytteFlere forskellige typer biomasse erblevet omdannet til bioolie ved HTL-processen på Aarhus Universitet. Detdrejer sig blandt andet om DDGS, derer et restprodukt fra bioethanolindu-strien, brunkul, kaffeskaller, kaffe-grums og alger. Fælles for disse bio-masser er, at der er tale om restpro-dukter, som ikke konkurrerer medproduktionen af fødevarer.

Olieudbyttet fra de nævnte bio-masser varierer, da den kemiskesammensætning af biomasserne erforskellig (se tabel 1). Da olier nor-malt består af lange kulstofkæder,forventes biomasser med et højt fedt-og proteinindhold at give det størsteolieudbytte. Det forklarer det høje

Biomasse Olieudbytte(vægtprocent)

Alger 38,2 ± 2,0

Kaffegrums 27,7 ± 6,1

DDGS 26,0 ± 0,9

Kaffeskaller 22,8 ± 6,2

Brunkul 21,9 ± 0,4

Tabel 1. Olieudbytter fra omdannelse

af forskellige typer biomasse. Proces-

sen blev udført med 15 minutters re-

aktionstid ved 350 °C og 250 bar, på

nær omdannelsen af brunkul som

foregik ved 400 °C og 300 bar.

�

olieudbytte ved omdannelse af alger,der har et højt indhold af naturligefedtstoffer.

Procestemperaturen har vist sig athave stor effekt på olieudbyttet og kva-liteten af bioolien (se figur 1). Brænd-værdien er beregnet på baggrund afoliens indhold af kulstof, brint, ilt,kvælstof og svovl.

Det er påvist, at højere tempera-turer giver højere udbytte og højerebrændværdi. Bioolie, der er produ-ceret ved HTL-processen, har typisken brændværdi på omkring 35 MJ/kg,hvilket er højere end brændværdienfor bioethanol, der normalt ligger på30 MJ/kg, men mindre end fossil die-sel, der har en brændværdi på 45MJ/kg. Ved at optimere HTL proces-

sen til omdannelsen af en given bio-masse ventes olieudbytterne og kva-liteten af olien at kunne forbedresyderligere.

Robust og fleksibel procesAalborg Universitet har ligeledes un-dersøgt sammensætningen og øvrebrændværdi for en række biomasser,der har gennemgået HTL-processen.Biomasserne består primært af kul-stof og ilt, samt mindre mængderbrint, kvælstof og svovl (se figur 2).

Som det fremgår af figuren er deren vis variation i sammensætning afbiomasserne, men der er ikke denstore forskel på de øvre brændværdi-er. Det samme fremgår af figur 3,hvor den relativt store spredning i bio-massen konverteres til et forholdsvistsnævert spektrum af bioolier, der lig-ger forholdsvis tæt på eksisterendebrændstoffer som diesel og tungfuelolie, der anvendes af skibe.

Ved forskellige grader af opgrade-ring kan der således produceresbrændstof, som kan anvendes i trans-portsektoren herunder skibstrafikken.Det indikerer, at HTL processen bådeer robust i forhold til hvilke biomas-ser, der kan anvendes, og fleksibel iforhold til hvilke typer brændstoffer,der kan leveres. Processen har såle-des potentiale i områder, hvor der ik-ke er tilstrækkelig af en type biomas-se, men hvor man har behov for atkunne variere mellem forskellige typerbiomasse for eksempel på grund afsæsonvariationer.

Per Runge Christensen, Anders Juul

Mørup, Jacob Becker, Aref Mamakhel,

Bo Brummerstedt Iversen og Marian-

ne Glasius er ansat ved Aarhus Uni-

versitet, Institut for Kemi og iNANO.

Lasse Rosendahl og Jessica Hoffmann

og Saqib Toor er ansat ved Aalborg

Universitet, Institut for Energiteknik.

Rudi P. Nielsen og Erik G. Søgaard er

ansat ved Aalborg Universitet Esbjerg,

Institut for Kemi og Bioteknologi.


Af Steen Brummerstedt Iversen,

Tommy Larsen, Hans Rasmussen,

Perry Toms, Bo Brummerstedt

Iversen og Lasse Rosendahl

Firmaet Steeper Energy har udvikletnæste generation af den såkaldteHTL-teknologi Hydrofaction™, der er istand til at omdanne organisk mate-riale som biomasse og affald til syn-tetisk råolie med høj brændværdi.Olien er i en kvalitet, som enten kananvendes direkte i kraftværker ellerkompressionsmotorer til el-produk-tion, eller kan opgraderes og anven-des i transportsektoren.

Omdannelsen sker ved “superkriti-ske” betingelser ved tilstedeværelseaf forskellige katalysatorer. Superkri-tiske betingelser er en tilstand, deropnås, når en væske tryksættes ogopvarmes til en temperatur over detskritiske tryk og temperatur. For vander det 221 bar og 374 °C. Når vandopvarmes til disse betingelser, fårdet nye egenskaber og bliver et ke-misk aggressivt medie som sammenmed katalysatorer fjerner ilt fra bio-massen, og derved forbedrer energi-intensiteten og forholdet mellem brintog kulstof.

Hydrofaction™-teknologien gør detmuligt at omdanne biomasse og af-fald med:

• Høj energieffektivitet. Processenforegår ved tryk, og der skal ikke

fordampes vand, hvilket eliminererenergikrævende processer. Hoved-parten af den tilførte varme genvin-des ved varmeveksling, og egetfor-bruget af el og varme udgør kun5-20 procent af den energi, somtilføres i form af biomasse.

• Høj fleksibilitet ved valg af biomas-se. Der kan tilføres en lang rækkeforskellige typer biomasse og affald,ligesom det er mulig at blande “rå-varerne” i forskellige forhold. Pro-duktion af olie bliver således ikkepåvirket af de sæsonvariationer, derofte er tale om, når landbruget ogindustrien skal levere restprodukterog affald.

• Fleksibel olieproduktion med højenergidensitet og udbytte. Olien fraHydrofaction™ har en øvre brænd-værdi på 35-39 MJ/kg, og olien kandistribueres, anvendes eller raffine-res i den eksisterende infrastruktur.Olieudbyttet på energibasis liggertypisk på 80-90 procent af energi-indholdet i de råvarer, som anlæg-get får tilført.

• Kosteffektiv. Foreløbige økonomiskeestimater indikerer en fremstillings-pris af Hydrofaction™-olien på 50-60 US$/barrel med et anlæg, derkan producere 3.000 barrels omdagen. Det gør teknologien konkur-rencedygtig med olieproduktion fratjæresand, der er verdens næst-største olieresurse. Teknologien harsåledes potentiale til at blive en at-traktiv del af fremtidens energisy-stem og kan bidrage til en bedreforsyningssikkerhed og økonomiskstabilitet.

Testanlæg i AalborgSteeper Energy har indgået en forsk-nings- og udviklingsaftale med Aal-borg Universitet, der blandt andetindebærer, at Steeper Energy etable-rer kontor og forskningsfaciliteter vedInstitut for Energiteknik.

Endvidere etableres et kontinuerttestanlæg, som vil kunne håndtere et

bredt udvalg af forskellige typer bio-masse og affald. Anlægget vil få enkapacitet på op til 15 kg biomasse itimen, svarende til en produktionska-pacitet på op til tre liter olie i timen.Det er designet med stor fleksibilitetog vil gøre det muligt at udføre forsøgmed et bredt udvalg af parametre,herunder tryk på op til 350 bar ogtemperaturer op til 450 °C.

Anlægget vil udgøre et væsentligttrin i Steeper Energy's videre proces-udvikling, dokumentation og kommer-cialisering af Hydrofaction™. Samtidigudgør anlægget et væsentligt aktiv forAalborg Universitets fremadrettedesatsning på forskning inden for HTL-teknologien.

Støtte fra EUDPHTL-teknologien er baseret på en be-tydelig forsknings- og udviklingsind-sats i forskelligt regi over de senesteti år. Dette har blandt andet resul-teret i etablering af en betydelig infra-struktur på universiteterne i Aalborgog Århus.

Steeper Energy har sammen medAalborg og Århus Universitet opnåetmedfinansiering fra EUDP 2012 tiletablering af nøgledata for specifikkeinputstrømme, samt at gennemføreudviklingsarbejde og økonomisk vur-dering af et kommercielt demonstra-tionsanlæg med en daglig produk-tionskapacitet på 300 barrels. Detsvarer til knap 48.000 liter råolie.

I EUDP-projektet vil de eksisteren-de faciliteter på Universiteterne i Aal-borg og Århus blive anvendt og ud-bygget.

Steen Brummerstedt Iversen, Tommy

Larsen, Hans Rasmussen og Perry

Toms er ansat ved Steeper Energy.

Bo Brummerstedt Iversen er ansat ved

Aarhus Universitet, Institut for Kemi.

Lasse Rosendahl er ansat ved Aalborg

Universitet, Institut for Energiteknik.

Firmaet Steeper Energy arbejdermårettet på at skabe et kommer-cielt gennembrud for den såkaldteHTL-teknologi, der gør det muligtat omdanne biomasse og affald tilråolie gennem en “superkritisk”proces. Firmaet har blandt andetfået støtte fra EUDP til at forbere-de etableringen af et demonstra-tionsanlæg, der kan producereknap 48.000 liter olie om dagen.

Testanlæg til fremstilling af bioolie

Produktion og anvendelse af bioenergi indgår i strategien for det danskeenergisystem frem til 2050. Væk skal fossil energi, og ind skal sol, vindog biomasse. Vind og sol forventes at blive storleverandør af energi imidten af århundredet. Biomasse og organisk affald vil bidrage med entredjedel af energiforsyningen, og vil være en vigtig forudsætning for atkunne skabe et stabilt energisystem, hvor der er balance mellem udbudog efterspørgsel.

Robust og bæredygtig bioenergi er en samling artikler om nye, spæn-dende teknologier til produktion af bioenergi, der har modtaget støttefra danske forskningsprogrammer. Publikationen er udarbejdet i forbin-delse med et seminar om emnet, der bliver afholdt den 5. december2012.

De grønne teknologier skal være bæredygtige, så kommende generatio-ners muligheder for anvendelse af bioenergi ikke begrænses, og derskal være tale om robuste løsninger i forhold til forsyningssikkerhed,omkostninger og energiøkonomi.

I den forbindelse spiller forskningen en afgørende rolle. Der forskes isæri at anvende restprodukter som bioaffald, halm, træ og husdyrgødningtil energiformål, men der er også projekter om energiafgrøder, ligesomder forskes i, hvordan alger fra havet kan øge produktionen af biomasse.

bioenergi kan støtte bæredygtig landbrugsproduktion · råd programkomite for bæredygtig energi...

Documents