Anaerobiteknik på frammarsch

av Reinhold Enqvist Forum 1980-18, sida 14-15, 19.11.1980

€ Biogas är den gas som uppstår då anaeroba bakterier utan lufttillförsel omvandlar organiskt material till metan och koldioxid. Metanbakterier återfinns I de flesta djurs matsmältningssystem samt tex i kärr. Bakterierna är verksammast i dets k mesofila temperaturområdet vid ca 359 C samt det wermofila vid ca 55? C. De är mycket känsliga för snabba temperaturvariationer samt för giftiga ämnen såsom antibiotika. tvättmedel, olja och luftens syre.

Metanhalten i biogas är vanligen ä5— 75 procent, medan resten utgörs främst av koldioxid. Biogasen kan betraktas som en naturgas av dålig kvalitet med eti värmevärde mellan 20 och 27 MJ, m?. Gasen är färglös, lättare än luft och brinner med en blåaktig låga. Den kan komprimeras till flera hundra bar, men kondenserar till ”flytgas” (rätta termen är ”gasol”) först vi &3v C och 46 bars tryck.

Vad duger som råvara?

I princip duger alla organiska material, men de bör vara I någorlunda finfördelad form samt uppslammade eller lösta i vatten, för all vara tillgängliga för bakterierna. Celulosa och framför allt lignin sönderdelas emellertid så långsamt, att de i praktiken inte kan utnyttjas för biogasproduktion. De för ullfället aktuellaste råvarorna är avfall från livsmedelsindustrin, lantbruket, samt slam från biologiska reningsverk.

Inom livsmedelsindustrin runt om i världen har försök utförts med avfall eller vatten från mejerier. bryggerier, stärkelse- och potatisindustrin, slakterier etc. Inom lantbruket är svämgödsel från svingårdar, ladugårdar och hönshus et mycket lämpligt material. Växtavfall kan i viss mån förgasas separat eller tillsammans med gödsel. Exempel från kommunaltekniken är de 4 rötgasanläggningar som i Helsingfors utrötar och stabiliserar reningsverkens slam. De är inte optimerade för energiproduktion och kallas inte biogasanläggningar, trots att de egentligen är det.

I fall man använder sig av bakteriefri rävara. måste processen startas med uillhjälp av en ymp från en välfungerande reaktor. I allmänhet tar det flera månader förrän processen kommer igång ordentligt och stabiliserar sig.

Hur produceras gas?

Redan på 1800-talet producerade man biogas ur kloakvatten i England, varvid gasen användes till belysningsändamäl. De moderna rötkamrarna i reningsverken är ofta flere tusen kubikmeter, byggda i betong, och försedda med omblandning och uppvärmning. Omblandningen sker antingen så att i reaktorn finns nedsänkt en propelle 14

Anaerobiteknik på frammarsch

Juniorhandelskammarens och Kauppalehtis pris ”Tuottava Idea” för år 1980 har tilldelat bla Karjakone Oy och MABI-gruppen för deras nya biogasreaktor. MABI-gruppen består av

DI Reinhold Enqvist, AFD Johan Korkman och

FM likka Viitasalo, som sedan 1974 på si fritid forskat i biogasframställning. Utvecklingsarbetet, som har stötts av bl a Maj och Tor Nesslings Fond samt SITRA, har lett till en patentsökt uppfinning, som nu kommersialiseras av Karjakone Oy i Lauttakylä. I vidståend artikel ger DI Reinhold Enqvist en översikt av biogastekniken idag och dess framtidsmöjligheter.

eller turbinomblandare, slam upptas från bottnen, och pumpas tillbaka i reaktorns övre del, eller så utt en del av den producerade gasen kombineras och leds in i reaktorns botten. Trycket i en reaktor är endast några tiotal mbar övertryck. Den av bakterierna frigjorda gasen bubblar upp i reaktorns övre det och tillvaratas genom cen särskild gasledning. .

De biogasreaktorer som började byggas inom lantbruket i och med energiprisslegringarna grundar sig i allmänhet på konventionell teknik. Nackdelen härvid är att omblandningen blir energikrävande och framför allt ofullständig. Mänga reaktorer har hel enkelt slutat fungera efter en tid av denna orsak. En annan följd av dålig omblandning är lång uppehållstid vilket leder till stora dyra reaktorer.

Nya lösningar

Intresset all anaerobl behandla mindre koncentrerat avfallsvatten har lett till att ett flertal nya processer och reaktorer har utvecklats. I kontaktprocessen återförs en del av det bildade slammet som ymp till den inkommande strömmen. Det anaeroba filtret är eu torn fyllt med sten-, plast- eller glasbitar, på vilka bakterierna fäster sig och tillgodogör sig näringen 1 den förbipasserande strömmen. En fluidiserad bädd är ett torn där bakterierna hålls svävande i den uppåtgående strömmen genom att strömningshastigheten anpassas på rätt sätt I tvåfasprocessen låter man syrabildande bakterier ta överhand i en liten reakto som förser själva meunreaktorn med ättsmält föda.

Alla dess nyutvecklingar strävar till att förkorta vattnets eller slammets hydrauliska uppehållstid genom at kvarhålla bakterierna i reaktorn och på så sätt förlänga den biologiska uppehällstiden. Traditionellt är uppehållstiden inom kommunaltekniken 30—60 dagar. En del nya reaktorer inom antbruket har kommit ner till 15 20 dagar. medan man med utspätt avfallsvatten i fuidiserade bäddar har kommit ner till några timmars uppehållstid i laboratorieskala.

Gasens användning

Biogasen brinner bra utan att sota, och kan med hjälp av lämplig brännare utnyttjas i de festa pannor. Den kan även användas som bränsle i förbränningsmotorer efter nödig justering av tändningen. Dieselmotorer kräver lile stödbränsle för att tända.

Förbränningsmotorn kan kopplas till en generator. varvid endast en tredjedel av gasens värmeflöde fås ut som elenergi. En avsevärt högre verkningsgrad kan erhållas om motorns kylvatten och avgaser dessutom utnyttjas för uppvärmning.

Förutom stationära motorer kan även lex traktorer och lastbilar drivas med biogas, men detta kräver komprimering tll några hundra bar, samt stälflaskor likt svetsflaskor. Detta praktiserades under kriget även i Helsingfors.

Gasen är svår att lagra, eftersom stora gasklockor är dyra. Ofta är det

FORUM 18/8 dock nödvändigt att bygga en liten gasklocka för 1j2—1 dags gasproduktion för at utjämna variationer I energibehovet. Under senare tid har man börjat experimentera med stora säckar av plast eller gummi i stället för konventionella gasklockor.

Såhär fungerar MABI-reaktorn

MABl-reaktorn är en liggande, cylindrisk värmeisolerad cistern. I reak torn finns en enda rörlig del som består av en axel: cylinderns längdrikining, på vilken mellanväggar. omblandaren och ett rör är fästa. Reaktorn är indelad i flera avdelningar för at förhindra att obehandlat material går igenom. Ett återföringsrör returnerar en del av de aktiva bakterierna från utloppsändan till inloppsändan. På detta sätt uppstår i reaktorn en biologisk bädd med lång biologisk uppehållstid. Omblandaren, som drivs av en liten elmotor, roterar ett varv på en minut och fär rotera en eller två gånger per timme.

inmatningen sker dagligen. varvid en lika stor volym av sig själv rinner ul genom utloppet. Uppehållstiden i reaktorn är omkring 10 dag Reaktortypen är speciellt lämpad slam oc som innehåller fast material. säsom sågspån, halm eller andra växtdelar.

I augusti 1979 igångkördes en prototyp ansluten till en svingård i Punkalaidun. Reaktorn är på 22 m? innehållande ca 19.5 m? svämgödsel. Processen startade normalt och reaktorn har under en lång tid producerat 55—60 m" gas per dag. Detta är över 2.5 m? pas för varje m? reaktorvolym per dag. Normal prestanda för konventionella reaktorer är O.1—1 mi gas per m? reaktorvolym och dag.

Trots all den dagliga inmatningsmängden varierar. och det ifrågavarande svämgödslet innehåller stora mängder kutterspån och trä reaktorn uppvisat stor driftsäkerhet. Dessutom kan tilläggas att cnergiåtgången för omblandning och återföring är minimal.

Hur mycket energi Över hälften av det tillförda organiska materialet omvandlas till gas. Beroende på utgängsmaterialets ursprung och en del reaktortekniska omständigheter kan man förvänta sig 0,3—0.8 m? gas per kg organiskt material som förs in i reaktorn.

I tabellen återges vära vanligaste husdjurs teoretiska energiproduktion. I praktiken bör hänsyn tas till au 5: —20 procent (ibland to m mera) av energin ålgår ull att värma upp inkommande slam och reaktorn. Dessutom måste förbrukningsutrustningens verkningsgrad beaktas.

I m? gas motsvarar 0,55—0,75 I lät brännolja. Av et ton organiskt material kan man således producera gas vars energiinnehäll idag är värt 250—600 mark. Detta bör jämföras med de kostnader industrin har idag för att göra sig av med sitt avfall.

Är biogasen ekonomisk?

Det är vanskligt att ge generella lönsamhetsuppgifter. emedan lokala omständigheter avgör slutresultatet. De viktigaste faktorerna som påverkar lönsamheten är 9 ju högre koncentration, dess mindr nonproduktivt vatten behöver uppvärmas till 359 C

HUSDJURENS TEORETISKA BIOGAS OCH ENERGIPRODUKTION

Ett djur producerar: Nöt Biogas, mi/dag 1,2—2,0 Energi, MJ/dag 26—43 Teoretisk effekt, W 300—500 Lätt brännolja liter/år 260—400

Gödsvin Höna 0,15—40,3 0,02—0,03 3,8—7,5 0,5—0,7 45—90 6—59

Sugga 0,4—0,7 10—18 120—200 42—7 100—230 5,6—8,4

FORUM 18/8 e avfallels art avgör: tex fell ger mycket ga e hög temperatur på avfallet betyder litet uppvärmningsbeho e eventuellt behov av nya byggnader och annan kringutrustning höjer priset.

På basen av erfarenheterna från försöksanläggningen 1 Punkalaidun kan man beräkna att återbetalningstiden för en 50 m? reaktor blir omkring fem år. Större reaktorer återbetalar sig på ännu kortare tid pga skalfördelarna. Detta betyder att för stora reaktorer blir den producerade energin billigare än för lätt brännolja. En förutsättning för god lönsamhet är givetvis alt den producerade energin kontinuerligt kan användas.

En fördel jämfört med aerob behandling (”vanlig” biologisk rening) är den ringa energikonsumtionen samt al anaerob behandling producerar mycket mindre slam, vilket slam dessutom är lätt att avvaltna. Rötningen medför alt alla illaluktande substanser och de flesta sjukdomsalstrande organismer försvinner, Ur jordbrukssynpunkt är det värt att konstatera atl alla växtnäringsämnen blir kvar i stlammet. liksom även humusämnena. I Mellaneuropa anses allmänt att vid behandling av gödsel de miljövårdande effekterna är minst lika viktiga som energiproduktionen.

Framtidsvisioner

Biogastekniken befinner sig i skär ningspunkten mellan två mycket aktuella tillväxtområden. biotekniken och biomassans utnyttjande. Det är knappast orcalistiskt att tänka sig alt anaeroba metoder blir vanliga vid slamoch avfallshantering i industrin, kommunaltekniken och lantbruket. Nya effektiva reaktortyper gör metoden direkt lönsam i relativt små enheter. Idag säljer redan några biogasverk i USA sin gas till det lokala naturgasnälet.

Efter ett års provkörning har Karjakone Oy i Lauttakylä börjat planera och offerera MABI-reaktorer till intresserade lantbrukare. Två principbeslut om köp har redan fattats. Den första leveransen till industrir bäst till Börje Norrgårds pota Iingsfabrik I Kristinestad. Intresset för MA Bl-reaktorn är stort även utanför Finland.

Ute i världen byggs som bäst ett stort antal försöksanläggningar för behandling av industriers och samhällens mindre koncentrerade avfallsvatten. Många bedömare tror att anaerobitekniken inom tio år kommer att undantränga den nu vanligare aerobitekniken pga den senares stora utrymmes- och energibehov.

Reinhold Enqvis 15