En forskargrupp från Biogas Research Center (BRC) – där forskare från Linköpings universitet, Sveriges Lantbruksuniversitet, det regionala avfalls – och energibolaget Tekniska verken i Linköping AB och andra aktörer inom biogassektorn har analyserat hur biogasanläggningar kan maximera nedbrytningen av organiska avfall, för att på så sätt få ut så mycket biogas som möjligt. Nu är artikeln publicerad i Journal of Biotechnology for Biofuels and Bioproducts.
Arbetet har skett sedan 2016, med en ursprunglig plan att publicera två eller tre artiklar som tog grund i det insamlade materialet, men istället publiceras nu vad författarna kallar en “monsterartikel” där allt insamlat material presenteras under samma studie.
- Allting hänger ihop och beror på varandra i ett sådant system. Vi har tittat på nio stora anläggningar för att täcka in nedbrytning av jordbruksrester, matavfall och slam och utrett varenda aspekt vi har kunnat komma på som kan påverka rötresten, säger Eva-Maria Ekstrand, tidigare postdoktor på Linköpings universitet och nu processkonsult på AFRY.
Gruppen har samlat in data på vad som går in, vad som finns i, och vad som kommer ut från biogasreaktorn. Därefter har datan analyserats för att få fram vilka faktorer som kan påverka hur de olika delarna av det organiska avfallet bryts ner och vad som finns i det som blir kvar, den så kallade rötresten. Därigenom kan de komma närmare att förstå varför vissa delar av det organiska avfallet inte bryts ner och vad som kan göras för att få ut mer gas.
- Det var enorma mängder data vi hanterade, fyller Jan Moestedt, forsknings- och utvecklingsingenjör på FoU-avdelningen på Tekniska verken i Linköping, i och fortsätter. Vi har tittat på “gegget” som kommer ut. Är det organiskt material kvar där har det uppenbarligen inte blivit gas och då finns det förbättringspotential. Vi tittade alltså på hur kan vi klämma ut det sista från disktrasan – och då korrelera det mot övriga parametrar, varför är det kvar – ja, det kanske beror på de här sakerna?
Resultaten visade att det fanns två huvudsakliga anledningar till att rötkammaren inte kunde bryta upp allt organiskt och skapa gas. En anledning var att biogasanläggningen hade en instabil process, eller att en för liten mängd spårämnen tillsattes. Spårämnen behövs för att mikroorganismerna ska fungera optimalt, annars orkar de inte bryta ner biomassan till metan.
Det visade sig också att protein ofta fanns kvar, oberoende på vilken anläggning som undersöktes. Det beror bland annat på svårigheter att bryta ner vissa proteiner, som exempelvis keratin. Det beror också på att mikroorganismer inne i rötkammaren växer och blir fler i takt med att de bryter ner det organiska avfallet, och då skapas en ny slags biomassa som i sig innehåller protein som inte har brutits ner. Ett problem idag, men också en viktig upptäckt som kan bidra till ett förbättrat biogassystem.
- Proteiner innehåller aminosyror som består av bland annat ammonium. Skulle vi få en bättre nedbrytning av vårt protein, då kommer det också bli en högre ammoniumhalt i vår gödsel. Och vad vill bönderna ha? Jo det är ammonium, näringsämnet i gödseln till plantorna. Så det går hand i hand, får vi en effektivare nedbrytning, vilket innebär mindre protein ut och mer gas ut från material, får vi också en bättre biogödselkvalité, säger Jan.
- Anledningen till att det är dåligt att ha massa organiskt material kvar i rötresten är att när det sprids på åkern kan det bildas metan. Likadant för de som lagrar sin rötrest i en oövertäckt gödselbrunn, då kan det bli en massa metan där om man har dålig nedbrytningsgrad i reaktorn, säger Eva Maria.
Lösningen menar forskarna ligger i att efterbehandla rötresten, t.ex. med så kallad efterrötning alternativt termiskt behandling mellan reaktorsteg. Metoder som ännu inte är etablerade internationellt men som nyligen publicerad forskning från Biogas Research Center stöder.
- Vilken konferens man än åker på så pratas det mycket om förbehandling för att få ut mer metan, medan vi tänker att det är mer effektivt att låta reaktorn bryta ner allting som redan är lätt att bryta ner, och sen lägga energi och kostnaderna på det som är svårt, på det som blir kvar. Det är då vi kan komma åt den där mikrobiella biomassan som har bildats i rötkammare. Det är något BRC fortsätter att undersöka, säger Eva-Maria.
Arbetet har skett sedan 2016, med en ursprunglig plan att publicera två eller tre artiklar som tog grund i det insamlade materialet, men istället publiceras nu vad författarna kallar en “monsterartikel” där allt insamlat material presenteras under samma studie.
- Allting hänger ihop och beror på varandra i ett sådant system. Vi har tittat på nio stora anläggningar för att täcka in nedbrytning av jordbruksrester, matavfall och slam och utrett varenda aspekt vi har kunnat komma på som kan påverka rötresten, säger Eva-Maria Ekstrand, tidigare postdoktor på Linköpings universitet och nu processkonsult på AFRY.
Gruppen har samlat in data på vad som går in, vad som finns i, och vad som kommer ut från biogasreaktorn. Därefter har datan analyserats för att få fram vilka faktorer som kan påverka hur de olika delarna av det organiska avfallet bryts ner och vad som finns i det som blir kvar, den så kallade rötresten. Därigenom kan de komma närmare att förstå varför vissa delar av det organiska avfallet inte bryts ner och vad som kan göras för att få ut mer gas.
- Det var enorma mängder data vi hanterade, fyller Jan Moestedt, forsknings- och utvecklingsingenjör på FoU-avdelningen på Tekniska verken i Linköping, i och fortsätter. Vi har tittat på “gegget” som kommer ut. Är det organiskt material kvar där har det uppenbarligen inte blivit gas och då finns det förbättringspotential. Vi tittade alltså på hur kan vi klämma ut det sista från disktrasan – och då korrelera det mot övriga parametrar, varför är det kvar – ja, det kanske beror på de här sakerna?
Resultaten visade att det fanns två huvudsakliga anledningar till att rötkammaren inte kunde bryta upp allt organiskt och skapa gas. En anledning var att biogasanläggningen hade en instabil process, eller att en för liten mängd spårämnen tillsattes. Spårämnen behövs för att mikroorganismerna ska fungera optimalt, annars orkar de inte bryta ner biomassan till metan.
Det visade sig också att protein ofta fanns kvar, oberoende på vilken anläggning som undersöktes. Det beror bland annat på svårigheter att bryta ner vissa proteiner, som exempelvis keratin. Det beror också på att mikroorganismer inne i rötkammaren växer och blir fler i takt med att de bryter ner det organiska avfallet, och då skapas en ny slags biomassa som i sig innehåller protein som inte har brutits ner. Ett problem idag, men också en viktig upptäckt som kan bidra till ett förbättrat biogassystem.
- Proteiner innehåller aminosyror som består av bland annat ammonium. Skulle vi få en bättre nedbrytning av vårt protein, då kommer det också bli en högre ammoniumhalt i vår gödsel. Och vad vill bönderna ha? Jo det är ammonium, näringsämnet i gödseln till plantorna. Så det går hand i hand, får vi en effektivare nedbrytning, vilket innebär mindre protein ut och mer gas ut från material, får vi också en bättre biogödselkvalité, säger Jan.
- Anledningen till att det är dåligt att ha massa organiskt material kvar i rötresten är att när det sprids på åkern kan det bildas metan. Likadant för de som lagrar sin rötrest i en oövertäckt gödselbrunn, då kan det bli en massa metan där om man har dålig nedbrytningsgrad i reaktorn, säger Eva Maria.
Lösningen menar forskarna ligger i att efterbehandla rötresten, t.ex. med så kallad efterrötning alternativt termiskt behandling mellan reaktorsteg. Metoder som ännu inte är etablerade internationellt men som nyligen publicerad forskning från Biogas Research Center stöder.
- Vilken konferens man än åker på så pratas det mycket om förbehandling för att få ut mer metan, medan vi tänker att det är mer effektivt att låta reaktorn bryta ner allting som redan är lätt att bryta ner, och sen lägga energi och kostnaderna på det som är svårt, på det som blir kvar. Det är då vi kan komma åt den där mikrobiella biomassan som har bildats i rötkammare. Det är något BRC fortsätter att undersöka, säger Eva-Maria.
