| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Udvikling af metoder til udnyttelse af animalsk affald i biogas og udvinding af fosfor fra kød- og benmelsforbrænding

4 Biologisk behandling

• 4.1 Egnede råvarer og håndtering
  • 4.1.1 Situation i dag
• 4.2 Biogaspotentiale
• 4.3 Hygiejnisering
• 4.4 Procesmæssige problemer
  • 4.4.1 Hæmning
• 4.5 Udenlandske erfaringer
• 4.6 "Katalog" over mulige behandlingsmetoder
  • 4.6.1 Renere produkter - ændret håndtering
  • 4.6.2 Procestekniske metoder
• 4.7 Forsøgsresultater
  • 4.7.1 Tidligere udførte forsøg
  • 4.7.2 Nye forsøg
• 4.8 Anvendelse af slutprodukt

4.1 Egnede råvarer og håndtering

4.1.1 Situation i dag

Kort beskrivelse vedrørende de væsentligste problemstillinger ved behandling af forskellige typer animalsk affald i biogasanlæg, herunder nuværende hygiejniseringspraksis og modtagekrav på biogasanlæg.

Godt 4% af den danske husdyrgødning eller ca. 1,5 mio. tons hovedsageligt som gylle tilføres i dag til biogasfællesanlæg, resten udbringes direkte på mark. I Energi 21 er det målet, at andelen, der behandles i biogasanlæg, skal stige til 25% i år 2030. Desuden behandles ca. 300.000 tons organisk affald fra industrier, rensningsanlæg og husholdninger i biogasfællesanlæggene.

Alle biogasanlæg modtager i dag affaldsstoffer for at øge gasproduktionen. Det er nødvendigt for at gøre anlæggene rentable.

Den største enkeltoperatør er EnergiGruppen Jylland A/S, som ejer og driver 3 biogasanlæg, der i størrelse variere fra 880 til 6.000 m³ reaktorvolumen. Til anlæggene tilføres dagligt en mængde organisk affald, der opblandes med husdyrgødning inden tilførsel til reaktorerne, hvor udrådningen finder sted under termofile procesbetingelser.

Ringkøbing Amt er tilsynsmyndighed for disse biogasanlæg, og der stilles herfra krav om forudgående godkendelse af materialer, der tilføres og udbringes fra anlægget, ligesom der i anlæggenes miljøgodkendelse er en række krav til håndtering af materialer, emissionsparametre og beredskabsplaner i tilfælde af hændelser, der kan resultere i forurening af det omliggende miljø.

Som et eksempel på miljøgodkendelsen krav kan nævnes, at af- og pålæsning af materialer skal ske i lukkede systemer, således at risikoen for lugtgener minimeres.

I forbindelse med materialeflowet i anlægget gennemløbes et procestrin, i hvilket materialerne er sikret en opholdstid på 4 timer ved 52°C. I den nuværende situation er opretholdelsen af denne garanterede opholdstid tilstrækkelig til at efterleve de veterinære krav, der stilles til anlæggene. På en række andre biogasfællesanlæg er der etableret en forhygiejniseringsbeholder, der sikrer en batchvis hygiejnisering ved 70°C i 1 time.

Med "EU forordning 1774 om sundhedsbestemmelser for animalske biprodukter, som ikke er bestemt for konsum", åbnes der mulighed for at tilføre nogle typer affald, der tidligere er blevet udnyttet til foder eller nyttiggjort ved forbrænding. Såfremt denne mulighed ønskes benyttet, stilles imidlertid en række skærpede krav til behandlingsprocessen og til administrative procedurer. Af disse kan nævnes:

• Indførelse af et egenkontrolsystem, der sikrer sporbarhed af materialer og procesparametre.
• Krav om foregående tryksterilisering (Kat. 2 materiale) eller hygiejnisering (Kat. 3 materiale) af behandlede affaldsmængder.
• Inddeling af biogasanlægget i en ren henholdsvis uren zone, hvis tryksterilisering og hygiejnisering sker på biogasanlægget.
• Dyrkningsrestriktioner

EU's formålet med at stille krav om disse tiltag er at sikre en tilfredsstillende og høj forbrugerbeskyttelse gennem god fødevarekvalitet kombineret med i ressourcemæssig henseende mere fordelagtige behandlingsmetoder f.x. biogas kombineret med næringsstofudnyttelse og energiudnyttelse fra forbrænding enten af biogassen eller fra direkte forbrænding af affaldet.

Ved vådt affald er tilførsel til biogasanlæg overlegen i forhold til forbrænding, men der er snævre grænser for hvilket materiale og hvor store mængder, der kan tilføres. For affald med højt TS er biogasvejen i stærk konkurrence med direkte forbrænding med kraftvarmeproduktion.

De skærpede myndighedskrav vil medføre en ændring i de daglige praktiske og administrative rutiner forbundet med driften af biogasanlæggene, samt et indledende arbejde af større eller mindre omfang med henblik på implementering af egenkontrolsystemet og de hermed tilknyttede procedurer. Desuden vil det kunne blive aktuelt, at der skal investeres i ombygning af anlæggene for opfyldelse af krav til procesparametre.

Hos EnergiGruppen Jylland A/S er det konkret vurderet, at en eventuel behandling af animalsk affald udelukkende skal finde sted på ét af de tre biogasanlæg, idet omkostningerne forbundet med anlægstilpasninger og opgaverne vedrørende indførelse og drift af egenkontrolsystemet herved minimeres.

4.2 Biogaspotentiale

Det organiske materiale bestående af kulhydrater, fedtstoffer og proteiner kan omsættes til biogas. Biogas består af omkring 65% metan og inerte gasser hovedsageligt kuldioxid. Det forventede gasudbytte for forskellige råvarer er (i praksis opnået værdi):

Tabel 4.1 Biogaspotentiale for diverse produkter.

*) Brændværdi af affaldsstrøm. Til sammenligning har fuelolie en brændværdi på ca. 40 MJ/kg.
**) Opnået i praksis på Studsgaard biogasanlæg i forhold til indkørt vare. Den høje værdi i parentes er en laboratorieværdi, som er opnået ved samudrådning af fedt fra fedtudskillere med spildevandsslam i en lavt belastet rådnereaktor, hvor der kun er lille vandbyrde med [33].
***) Teoretisk potentiale. I praksis realiseres ofte kun omkring halvdelen

Procestemperatur og opholdstid er typisk 35°C og 21 dage for mesofile anlæg eller 52°C og 14 dage for termofile anlæg. Normalt opnås kun en omsætningsgrad på ca. 90% af det teoretiske udbytte. Transport og procesenergiforbruget udgør typisk ca. 16% af energiindholdet i biogassen heraf ca. 3% til transport.

For at få den maksimale biogasproduktion er det vigtigt at materialet neddeles og blandes godt med andet materiale på biogasanlægget. Mesofile anlæg er mere processtabile end termofile biogasanlæg.

Til forbedring af gasproduktionen i biogasanlæg kan der bl.a. produceres svinepulp (Kat. 2 og Kat. 3 materiale fra svin) og madpulp (tryksteriliseret madaffald fra storkøkkener).

Ved omsætning af svinepulp var det forventede gaspotentiale ved fuld omsætning ca. 300 Nm³ biogas pr. ton TS i råvare [44]. Heraf udgør metan ca. 65%. Ved forgasning af madpulp produceres til sammenligning ca. 180 Nm³ biogas pr. ton TS, hvor indholdet af metan ligeledes udgør ca. 65%. En del svinepulp afsættes på nuværende tidspunkt i flydende, tryksteriliseret form til pelsdyrfoderfabrikker.

Dakas biogaspulp (særlig behandlet og deklereret svinepulp) består af friskt slagteriaffald udelukkende fra svin, der hakkes/pulpes og tryksteriliseres, hvorefter produktet inddampes til op til 65% TS og en organisk tørstofprocent på >50% VS. Inden levering stabiliseres den fremstillede pulp med eddikesyre. Pulpen er pumpbar i varm tilstand og skal derfor opbevares i en "termotank". Denne pulp forventes fremover at blive produceret af Kat. 2 materiale på fabrikkerne i Randers og Ortved.

Biogaspulpen vil med fordel kunne anvendes i biogasanlæg pga. det høje organiske tørstofindhold (50% VS), hvoraf en stor del er animalsk fedt (36% af total tørstofindhold eller 23,3% af total vægt). Dette animalske fedt er kendt for at give en øget gasproduktion, idet fedtet giver en stor mængde gas pr. ton råvare grundet de langkædede fedtsyrer. Fedt omsættes dog bedst i lavt belastede anlæg.

4.3 Hygiejnisering

I modsætning til biogasgårdanlæg har de fleste biogasfællesanlæg i dag ofte en forhygiejnisering ved 70°C i en time, hvilket ifølge EU forordningen er tilstrækkeligt til, at der kan tilføres Kat. 3 materiale. Denne forhygiejnisering er imidlertid ikke tilstrækkelig for tilførsel af Kat. 2 materiale, som udgør den største potentielle mængde, der kan tilføres biogasanlæg, da meget Kat. 3 materiale kan finde anden anvendelse.

Proceskravene ved anvendelse i biogasanlæg i henhold til EU-forordning (1774/2002) er i hovedtræk som følger:

Tabel 4.2 Krav til de forskellige kategorier.

Der henvises til de nye veterinære regler fra Fødevaredirektoratet bl.a. om opdeling af rene og urene zoner på biogasanlæg, når disse tilføres animalsk affald.

Da det i praksis bliver vanskeligt at opretholde disse kommende krav på biogasanlæggene, betyder det reelt, at det animalske materiale fra centralt hold skal være hygiejniseret/tryksteriliseret, før det tilføres biogasanlægget.

På gårdbiogasanlæg er der forbud mod at tilføre tryksteriliseret Kat. 2 materiale på husdyrbedrifter uden en klar adskillelse mellem biogasanlæg og bedrift.

Endelig er der forbud mod at udbringe afgasset gylle med animalske biprodukter på græsningsarealer. De danske myndigheder argumenterer i EU kraftigt for også at tillade udbringning på græsningsarealer, der afgræsses efter en karantæneperiode på 3 uger. Forholdet vil bl.a. blive taget op i EU's videnskabelige komité [45].

4.4 Procesmæssige problemer

4.4.1 Hæmning

Hovedproblemet ved anvendelse af pulp i biogasanlæg er, at disse har en begrænset kapacitet, og at de animalske biprodukter har et højt indhold af kvælstof, hvilket reducerer de gasproducerende bakteriers levedygtighed (ammonium hæmning).

Biogas kan ikke produceres på animalske biprodukter alene, da kvælstofindholdet er for højt. Ved total-N omkring 5,5 g N/l går biogasprocessen ofte helt i stå. Dette kan undgås ved at fortynde de animalske biprodukter med andet materiale, typisk gylle.

Nedenstående tabel viser en typisk sammensætning af gylle før iblanding af affald.

Tabel 4.3 Karakteristika for gylle før og efter afgasning.

Det er vigtigt at bemærke, at:

• Tørstofindholdet reduceres til ca. halvdelen i biogasanlægget
• Indholdet af plantetilgængelig ammonium (NH₄-N) og pH stiger.

Ved tilsætning af proteinholdigt animalsk affald til biogasanlæg øges kvælstofindholdet væsentligt. Men det høje indhold af kvælstof har som tidligere nævnt den ulempe at være inhiberende for biogasbakterierne i koncentrationer over 4 g/l. Processerne kan tilvendes et højere niveau, men vil så også være mere følsomme i omsætningen. Niveauet i kødbenmel er alt for højt til at kunne tilføres direkte, der skal nødvendigvis fjernes kvælstof fra processen. Husdyrgødning specielt fra svin har i sig selv et indhold af kvælstof i nærheden af niveauet for inhibering, og der kan derfor ikke blandes så meget animalsk affald i biogasanlæggene, før det vil have en effekt på processen og produktionen af biogas.

Effekten af ammoniumhæmning fremgår af nedenstående figur [37], hvoraf det ses, at inihibering ved pH 8,5 er markant ved over 4 g/l NH₄⁺ eller 0,5 g/l NH₃. Ved lavere pH sker hæmningen tidligere.

Figur 4.4 Influens af NH₄⁺ og NH₃ på metan produktionsrate ved varierende pH [37].

Til belysning af mulig anvendelse af deklareret, steriliseret svinepulp fra Daka i danske biogasanlæg er der udført en undersøgelse af muligheden for at afsætte svinepulpen til de danske biogasanlæg [44]. For at kortlægge, i hvor stort omfang der kan afsættes svinepulp i de eksisterende biogasanlæg, er der indsamlet oplysninger om den afgassede gylle.

Fra biogasanlæggene er der indsamlet oplysninger om følgende parametre.

• Typisk indhold af total N.
• Typisk indhold af NH₄-N/NH₃.
• Typisk indhold af fosfor.

Desuden er antallet af prøver samt det anvendte analyselaboratorium oplyst. Oplysningerne er angivet i de nedenstående tabeller. Tabellerne indeholder data for de 16 største anlæg, der er medlem af Foreningen for Dansk Biogas, som består af 20 anlæg.

Tabel 4.5 Typiske data for indhold total N, NH₄-N/NH₃ og P i afgasset gylle fra 14 anlæg i Foreningen for Dansk Biogas.

Desuden er de adspurgte anlæg blevet bedt om at angive dato for prøveudtagning, antallet af prøver, som ligger til grund for analyseresultatet, dato for analyse og det analyselaboratorium, som har analyseret prøverne.

Tabel 4.6 Data med hensyn til prøveudtagnings- og analysedato samt antal prøver og anvendt analyselaboratorium for 14 anlæg i Foreningen for Dansk Biogas.

Noter til tabellen:
1. Gennemsnit af 5 prøver udtaget i 5 forskellige tanke.
2. Gennemsnit af 10 prøver udtaget i 10 forskellige tanke.
3. Gennemsnit af 52 analyser baseret på gennemsnit af 60 prøver.
4. Gennemsnit af 2 prøver udtaget i 2 forskellige tanke.
5. Prøverne udtaget en gang i foråret.

Der er indsamlet næringsstofværdier for 14 af de i alt 20 anlæg, der er medlem af Foreningen for Dansk Biogas. Der er stor variation i proceduren og hyppigheden af prøvetagning og analyse til bestemmelse af næringsstofværdier for de enkelte anlæg. Nogle anlæg udtager prøver hver uge, mens andre udtager med måneders mellemrum.

Ved indsamlingen af resultaterne er der bedt om resultater for den afgassede gylle. Det antages derfor, at anlæggene har indsendt disse data, men flere anlæg har angivet flere data, og disse er medtaget i rapporten. Der kan både være tale om prøver, som er udtaget i lagertanke inden afgasning, prøver udtaget i selve biogasanlægget og prøver som er udtaget af den afgassede gylle. Ved de anlæg hvor det vides, hvor prøven er udtaget, er dette angivet. Værdierne svarer til et omtrentligt slutniveau i reaktoren.

Den laveste værdi for total N på 2,6 kg/ton ses i denne opgørelse for anlægget i Sinding-Ørre, mens højeste værdi på 6,3 kg/ton er fra Vester Hjermitslev. For NH₄-N/NH₃ er den laveste værdi 2,2 kg/ton og den højeste 5,1 kg/ton for henholdsvis Sinding-Ørre og Vester Hjermitslev. Værdierne for fosfor ligger i intervallet 0,56 kg/ton til 1,3 kg/ton, hvor den laveste værdi er for anlægget i Vester Hjermitslev, mens den højeste værdi ses ved anlæggene i Snertinge og Lintrup.

Gennemsnittene for total N, NH₄-N/NH₃ og P ligger på henholdsvis 4,74 kg/ton, 3,5 kg/ton og 0,98 kg/ton. Gennemsnittene er beregnet på grundlag af alle værdier i tabel 4.5.

En tidligere undersøgelse udført på DTU viser følgende typiske koncentrationer af ammonium i gylle fra udvalgte anlæg i Danmark. Det ses, at NH₃/NH₄-N niveauet er lidt lavere i reaktoren end efter endt udrådning.

Tabel 4.7 Typisk koncentration af ammonium i gylle.

Kilde: Restgaspotentialet i afgasset gylle - DTU [26].

Heraf ses et lidt lavere niveau af ammonium-N i biogasfællesanlæggene. Det ses også, at rådnetanke på Grindsted renseanlæg har et væsentligt lavere indhold af NH₃/NH₄⁺-N.

Antages det, at der er plads til at øge ammoniumkoncentrationen 1 g/l ved gradvis tilvænning af bakteriekulturen, hvilket er realistisk, vil biogasanlæggene kunne modtage yderligere ca. 2000 tons ekstra kvælstof målt som NH₃/NH₄-N. Hvilket svarer til tilførsel af ca. 50.000 tons Daka bio-svinepulp pr. år med 65% TS (50% VS). Dette er 77% af den potentielle ressource af biogaspulp til biogasanlæg på 65.000 tons pr. år med 65% TS. De potentielt resterende 15.000 tons vil indeholde ca. 600 tons kvælstof, som ikke er udnyttet, og som må finde andre veje f.eks. til rådnetanke på renseanlæg eller eventuelt transport til Sverige, alternativt omdannes til kødbenmel og forbrændes. Endelig vil en øget etablering af biogasanlæg svarende til en øget modtagekapacitet på 20-25% i forhold til 2003-niveauet løse problemet.

Øges svineproduktionen i Danmark, øges behovet yderligere, herunder behov for udbygning med separationsanlæg og anden håndtering af næringsstofferne.

4.5 Udenlandske erfaringer

I Sverige, bl.a. i Linköping, drives biogasanlæg med tilsætning af tryksteriliseret (133°C, 20 min, 3 bar, 5 mm) animalsk affald (sigteaffald fra slagteri) blandet med gylle og spildevandsslam. De sterile animalske biprodukter tilføres uden beregning til biogasanlægget ved hjælp af en rørledning direkte fra slagteriet (røde linie). Biogassens methanindhold svarer energimæssigt til brændværdien i materialet. Biogas renses, komprimeres og benyttes som brændsel til bybusser. Restproduktet indeholder 3-4% TS med højt ammoniumindhold. Slutproduktet vil kunne benyttes på landbrugsjord som jordforbedring.

Tabel 4.8 Svenske anlæg der modtager slagteriaffald.

Data for april 1998. Kilde: Jes la Cour Jansen. Lunds Tekniska Högskola

4.6 "Katalog" over mulige behandlingsmetoder

Der er en række tekniske muligheder for at løse de procesmæssige problemer på de enkelte anlæg, som vil blive belyst efterfølgende. Det virker dog omsonst at behandle symptomer i en hæmmet/overbelastet proces, hvis det er muligt at udelukke årsagen hertil ved en mere hensigtsmæssig fraktionering af de animalske biprodukter, således at der kan produceres en deklareret biogaspulp, som er velegnet og attraktiv at tilføre biogasanlæg, og som samtidig kan aftage en væsentlig del af de animalske biprodukter, der ellers ville udgøre et bortskaffelsesproblem for slagteribranchen og kødbenmelsfabrikker.

4.6.1 Renere produkter - ændret håndtering

Der er en række kvalitetskrav, der bør tages hensyn til i opskriften på en egnet "biogaspulp", der kan produceres fra centralt hold af Daka for anvendelse på biogasanlæg. Følgende punkter kan fremhæves.

1. Kun svinemateriale for at undgå BSE smitterisiko.
2. Frasortering af ben for at nedbringe fosforindholdet og undgå vanskeligheder med tilstopning i procesanlæg.
3. Minimering af blod for at reducere ammoniumhæmning.
4. Lavt indhold af protein for at reducere risiko for skumning.
5. Findeling og blanding med fedtholdigt materiale af hensyn til biogasudbytte.
6. Tryksterilisering og deklarering af materiale.
7. Evt. stabiliseret med eddikesyre eller lignende.
8. Transport i lukkede beholdere af hensyn til lugt.

4.6.1.1 Direkte opblanding
En sådan biogaspulp vil i et vist omfang kunne tilsættes direkte til biogasanlæg uden yderligere behandling. På basis af de udførte forsøg (se anneks A) er det vurderet, at der kan tilsættes omkring 2% (20 kg pr. ton tilført gylle) Daka biogaspulp (65% TS 36% råfedt af TS) til de eksisterende biogasanlæg, hvilket svarer til ca. 55% af den maksimalt forventede mængde af materiale egnet til biogaspulp. Denne mængde forudsætter, som tidligere nævnt, optimal håndtering på slagterier og kødbenmelsproducenter, og det er sandsynligt, at der i hvert fald på kortere sigt måske kun er den halve mængde til rådighed, hvorved der tilsyneladende kan opnås balance mellem affaldsressourcen og behandlingskapaciteten ved direkte opblanding i eksisterende biogasanlæg også uden en ensartet fordeling til alle biogasanlæg. Da biogasanlæggene gradvist kan tilvendes en større dosering er det muligt at der med tiden kan tilsættes op til 3% biogaspulp. På længere sigt vil der dog blive behov for flere biogasanlæg til behandling af affaldsressourcen eller væsentlige ombygninger på eksisterende anlæg, så de kan modtage en større mængde pulp.

Da rådnetanke på spildevandsrenseanlæg har en væsentligt lavere belastning og ammoniumbyrde i forhold til biogasfælles anlæg, vil disse rådnetanke relativt kunne modtage en større andel biogaspulp (antagelig omkring 60 kg Daka svinepulp (65% TS heraf 36 % råfedt) pr. ton totalt tilført materiale).

Hvor slutdisponeringen af slammet stadig er på landbrugsjord uden afvanding, vil biogaspulp derfor med fordel kunne tilføres her.

Ved tilførsel af større mængder biogaspulp vil der blive behov for procestekniske ændringer på biogasanlæggene for at reducere ammoniumkoncentrationen.

Nedenstående procesflowdiagram illustrerer masseflow og behandlingsmetoden:

Figur 4.9 Behandlingsmetoder til biogas.

Klik her for at se figuren.

4.6.2 Procestekniske metoder

4.6.2.1 Ammoniumreduktion
Ammoniumreduktion kan foretages ved stripning for ammoniak og fortynding ved recirkulation.

Behandling af pulp eller andet fast materiale fra slagteaffald, døde dyr og lignende i et biogasanlæg vil medføre behov for justering af tørstofindholdet for at sikre pumpbarhed. Materialets indhold af ammoniak vil kunne medføre risiko for ammoniumforgiftning af biogasprocessen.

Enten skal materialet tilføres i forholdsvis små mængder, eller også skal det forbehandles, så ammonium-indholdet er tilpasset biogasanlæggets proceskrav.

I det følgende tages udgangspunkt i behandling af en kødpulp med 40% TS og et meget højt N-indhold. Kødpulpen tryksteriliseres og ønskes herefter omsat i et biogasanlæg. Materialet konditioneres således, at det umiddelbart kan tilføres biogasanlægget op til de 25%, der er grænsen for husdyrbekendtgørelsen.

Pulpen er ikke umiddelbart pump- eller omrørbar og må forudsættes opspædet til en blanding med TS på 12-13% før indpumpning i biogasreaktor.

Ved tilførsel af 10.000 tons materiale kræves en vandtilførsel på ca. 27.000 tons pr. år, og det er derfor oplagt, om denne væskemængde kan tilvejebringes ved separering af den afgassede biomasse. Den afgassede biomasse vil indeholde store mængder NH₄⁺-N, og risikoen for ammonium-forgiftning af processen er dermed betydelig.

Stripning af NH₃ gas fra en NH₄⁺ holdig vandig opløsning er teknisk velkendt; men har ikke inden for spildevandsrensning haft noget stort gennembrud i sin anvendelse. Teknikken er ligeledes afprøvet helt tilbage fra gylleproblematikkens/biogasteknologiens egentlige politiske erkendelse omkring midten af 1980^erne og er ofte bragt i forslag uden nogen gennemslagskraft. I den aktuelt fornyede interesse for gylleseparering er ammoniakstripning af flere firmaer igen bragt på banen [46]:

Ammoniakstripning fordrer tekniske installationer, der har såvel kapital- som driftsomkostninger. Da NH₃ gassen videre skal bindes, går op mod ¾ af driftsomkostningerne til indkøb af kemikalier f.eks. i størrelsesordenen 3 kg svovlsyre eller 5 kg gips pr. kg ammoniak. Denne støkiometriske nødvendighed er en væsentlig økonomiske ulempe. Stripningens effektivitet er meget temperatur- og pH-afhængig.

I nedenstående beregning er massebalancen for en separation med efterfølgende stripning skitseret ud fra erfaringstal fra Krügers rapport: "Opkoncentrering af næringsstoffer i afgasset biomasse" [46].

Da tilsætning af affald udgør over 25% af TS kan udbringning ikke ske iht. husdyrbekendtgørelsen, men skal opfylde slambekendtgørelsen.

Tabel 4.10 Processkema for ammoniumreduktion.

Rapportens sigte var at frembringe et højværdigt gødningsprodukt ud fra afgasset gylle, men den skitserede teknologi er den samme ved nedbringelse af N-indholdet i den recirkulerede væskefraktion.

Den strippede fraktion, der anvendes til recirkulation, har et indhold af næringsstoffer svarende til rågylle, men uden dennes gaspotentiale. Det kan således bedre svare sig at tilspæde rågylle.

Endvidere fremgår det, at det resulterende indhold af total N vil ligge på 7,74 kg/ton tilført materiale til biogasreaktoren, hvilket er højt i forhold til en stabil proces.

I stripper/skrubber trinnet uddrives ammoniakken fra vandfasen i et strippertårn og omsættes efterfølgende med svovlsyre i skrubberen til ammoniumsulfat.

Strippereffektiviteten er som tidligere nævnt stærkt pH⁺ og temperaturafhængig op til kogepunktet, hvor al ammoniak uddrives. I et kontinuert procesforløb vil tilførsel af overskudsvarme være en fordel. Der skla endvidere arbejdes med et ikke ubetydeligt overskud af svovlsyre. Det resulterende ammoniumsulfat er letopløseligt i vand (koldt vand 75 g/ml) og ikke umiddelbart anvendeligt som gødningsprodukt – dog eventuelt ved en simpel blanding med den faste fraktion, hvormed en del af syreoverskuddet kan udnyttes.

For ammoniakstripning er tekniske løsninger på markedet i afprøvet form.

Forudsættes en indgående ammoniumkoncentration svarende til 5 kg/ton og byggende på, at ¾ af totalkvælstof er på ammoniumform, må det antages, at ammoniumkoncentrationen i afgasset materiale herefter vil andrage omkring 6 kg/ton (6000 ppm).

Såfremt afgasset materiale behandles i et inddampningsanlæg, hvor destillatet ønskes som "vand med lav ammoniumkoncentration" til recirkulering som procesvand for at gøre tilført materiale med 40% tørstof pumpbart til biogasomsætning, vil faststoffraktionen være fri for ammoniumkvælstof, men indeholde det organisk bundne restkvælstof og formentlig have et tørstofindhold på 85-90%.

Produktet vil indeholde 5-7 kg organisk bundet kvælstof per ton (0,5-0,7 %). Det vil ikke besidde nogen egentlig gødningsværdi til landbrugsformål og vil formodentlig blive belastet med udbringnings- og modtagegebyrer som f.eks. spildevandsslam.

Destillatet vil blive en 0,7 til 1,0% ammoniakopløsning – mætningspunkt for ammoniaks vandopløselighed ~ 30-35%. Selv med et behov for spædevand på 120 kg/ton afgasset vil procesvandet relativt hurtigt blive mættet, hvilket vil være proceshæmmende og medføre løbende ammoniakafkast fra et inddampningsanlæg.

Ved et inddampningsanlæg kan ammoniakken i gasform opfanges. Den kan herefter lades reagere med svovlsyre (2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄ + varme). Det støkiometriske forbrug af 100% syre andrager 2,9 kg/kg NH₃. En fuldstændig ammoniakfjernelse fra 1 ton afgasset materiale kræver således ca. 18 kg 100% svovlsyre. Med en svovlsyrepris på 1,5 kr./kg andrager de rene marginale omkostninger til syrekøb således 27 kr./ton afgasset materiale. Denne velkendte svovlsyreproces er ikke bundet af nogen form for patenter. Ammoniumsulfat er et højværdigt gødningsprodukt med 21% kvælstof. Reaktionsopløsningen kan f.eks. blandes med den faste fraktion fra inddampningsanlægget og som resultant give et produkt med egentlig gødningsværdi. Det vil være rent gætteri at begynde med prisforudsætninger for et sådant produkt, der fortsat vil henhøre under affaldsbekendtgørelsen og ikke loven om gødningsstoffer – henholdsvis Miljøministeriet og Fødevareministeriet – selv om der kemisk set måtte være tale om identiske stoffer.

Det økonomiske holdepunkt i den forbindelse må være, at en gennemsnitsgødskning med 90 N og 13 P/ha i foråret 2003 kostede landmanden 900 kr. – uden eget arbejde, altså udbragt på jorden, men inklusive noget K. Der er ca. 2 millioner ha i Danmark, der får en sådan gennemsnitsgødskning årligt, så markedsøkonomisk er det af stor volumen.

Der vil kunne anvendes en ret uren svovlsyre fra f.eks. svovlfjernelse på kraftværker (Haldor Topsøe processen) – også et affaldsprodukt uden for almindelig prisdannelsesteori - men efterhånden har gipsprocesserne fået overvægt på kraftværkerne. Ammoniumsulfat fra svovlsyre er en ret ubehagelig og kraftig exoterm proces, og det kunne være nemmere at bruge gips. Det kan eventuelt være muligt at komme til en pumpbar opslemning af ammoniumsulfat og calciumcarbonat ud fra gips under samtidig fjernelse af kuldioxid fra biogassen:

CaSO₄,2H₂O + 2NH₃ + CO₂ → 2NH₄⁺ + SO₄^{- -} + CaCO₃ + H₂O

Finmalet gips kan behandles med (slemmes op i) ammoniakvand og biogas sendes igennem opslemningen. CH₄ er uopløselig og samles op igen. Ved normal syntese vil man frafiltrere CaCO₃ og inddampe filtratet til krystallisation. Imidlertid har både ammoniumsulfat og calciumcarbonat landbrugsrelevans og opslemningen med calciumcarbonat må kunne udbringes direkte som kvælstofgødning med indbygget reaktionstalkompensation – ammoniumsulfat er en meget sur gødning, der sænker jordens reaktionstal eller pH. En sidegevinst her kan være reduktion af biogassens kuldioxidindhold. Det støkiometriske gipsforbrug vil være 5 kg/kg NH₃ , der samtidig binder 1,3 kg CO₂. Processen kan i bestemte sammenhænge være patentdækket, men er ellers velkendt.

Ammoniak i gasform fra et inddampningsanlæg kan med sigte på gødningsformål bindes på anden måde. En proces, der med sikkerhed vides dækket af international patentret, er oparbejdning til hexamethylentetramin (C₆H₁₂N₄) i en vakuumsyntese. Hexamethylentetramin er et hvidt vandopløseligt stof, der ligner handelsgødning og indeholder 40% kvælstof. Gødningsmæssigt kan det udbringes overfladisk med høj virkningsgrad selvom der med reference til urea (CO(NH₂)₂) er tale om kvælstof på amidform. Problemet med ikke juridisk set at være et gødningsstof til fri markedsføring er dog stadig ikke løst, men dispensation vil måske lettere kunne fås her end for syre/gips produkterne. Processen må antages alene at kunne hænge økonomisk sammen, hvis hexamethylentetramin kan sælges til fuld markedspris – altså blive løftet ud af affaldsbekendtgørelsen – men selv da vil den blive dyr og man kan betvivle efterspørgslen i konkurrence med mere gængs handelsgødningskvælstof.

En niche kunne tænkes, hvis dette højværdige produkt blev fritaget for en eventuel kommende kvælstofafgift, men dette vil jo så også blive tilfældet for syre-/gipsprodukterne, og distancen skal alene stås på koncentrationen. I Tyskland er fra affaldsstoffer genvundne plantenæringsstoffer efter de af firmaet Seaborne EPM AG udviklede og patentdækkede processer blevet anerkendt som handelsgødning – herunder også C₆H₁₂N₄.

Ved katalytiske fremskridt er ammoniaksyntesen over årene blevet meget effektiv, men stadig meget energikrævende. Der er ingen uoverstigelige tekniske problemer ved genvinding af ammoniak fra organiske affaldsprodukter, men alene politisk betingede omkostningsspørgsmål, og det vil stedse forblive meget billigere at producere nyt ammoniakkvælstof til gødningsformål eller andet end at genvinde samme mængde fra affaldsprodukter. Vedrørende "politisk betingede omkostningsspørgsmål" bør udfaldet for det hollandske kæmpeanlæg i Helmond haves i erindring – teknisk perfekt, men lukket da den hollandske stat af EU konkurrencehensyn ikke måtte subsidiere behandlingsprisen for gylle ned til, hvad svineproducenterne ville/kunne betale.

Uden et inddampningsanlæg kunne f.eks. tænkes i en proces som følger:

• Centrifugering af afgasset materiale
• Flydende fraktion til NH₃ stripperkolonne og svovlsyrebinding af NH₃
• Fast fraktion blandes med ammoniumsulfatopløsning i svovlsyreoverskud

Resultanter:

1. Procesvand med ca. 30% reduceret ammoniakindhold
2. Faststoffraktion med ca. 35% tørstof og en teoretisk gødningsværdi på omkring 100 kr./tons

Der er forsøgsmæssigt belæg for – uden hensyntagen til ovennævnte teoretiske gødningsværdi - i fuldskala (biogasanlæg 500 m³ gylle daglig) at estimere omkostningerne til ca. 15 kr./m³ afgasset materiale - 12 kr. til drift og 3 kr. til kapital, af driften udgør udgift til køb af kemikalier syre og brændt kalk 70%. Faststoffraktionens teoretiske gødningsværdi er så høj, at den mindst burde være omkostningsneutral selv ved betydelig transportafstand.

Et regneeksempel for et anlæg på 500 tons/dag er vist nedenstående.

Tabel 4.11 Udgifter ved ammoniumreduktion.

*) svarer til en behandlingsudgift på 16,3 kr. pr. ton afgasset materiale.
Anlægsudgifterne er eksklusive bygninger og udstyr til håndtering af den tørre fraktion.

Der er regnet med følgende forudsætninger:

Vedrørende faststoffraktionen skal der yderligere tilføres lidt calciumcarbonat, da syreoverskuddet i ammoniumsulfatopløsningen er større end, hvad der svarer til ammoniakindholdet i dens vandfase.

Blandingen af faststoffraktion og ammoniumsulfatopløsning vil være lagerstabil, men skal opbevares under tag, da ammoniumsulfat er vandopløseligt. Det bør kunne opbevares i overdækkede markstakke, da tørstofkravet er opfyldt, jfr. både husdyrgødnings- og affaldsbekendtgørelser.

For at mindske ammoniumlasten i en indgående masse (bedre C/N forhold) kunne der tænkes en blanding med affaldsfraktioner med lavt/lavere kvælstofindhold som f.eks. organiske husholdningsaffald. En anden mulighed er affald fra landbrug som råddent halm og sen afpudsning fra brakmarker. Sådant affald kan eventuelt blot køres sammen i dynger og bruges over året med det regnvand, det måtte have opsuget.

Konklusioner
Ammoniakstripning er velkendt teknologi, der især økonomisk hæmmes af krav om forholdsvis store mængder tilsætningskemikalier, uden at der opnås en fuldstændig ammoniakfjernelse.

Inddampningsanlæg rummer nogle procesmuligheder for en fuldstændig ammoniakfjernelse.

Det må dog anses for urealistisk at komme under procesomkostninger svarende til 25 kr./ton afgasset, og prisen kan meget vel blive op til 4 gange højere, afhængig af opgraderingsgraden for genvunden NH₃. Fungi oplyser behandlingsomkostninger på omkring 100 kr./ton afgasset. Med udgangspunkt i en omkostning på 25 kr./ton afgasset og omregnet til tilført mængde pulp, kommer procesomkostningen let op på 200-300 kr./ton pulp tilført, hvilket er mere end værdien af gasproduktionen fra den tilførte pulp. Der bliver således tale om at beregne en behandlingsomkostning for at modtage svinepulpen på biogasanlæggene, hvis mængden skal overstige, hvad anlægget umiddelbart kan modtage jf. afsnit 6.2.2.1.

Behandlingsomkostningen ved 'overdosering' vil markedsmæssigt skulle konkurrere med produktion af kødbenmel og efterfølgende forbrænding.

Forslag til videre arbejde
Førnævnte gennemgang og konklusioner leder til følgende forslag til større forsøg, der vil kunne belyse de enkelte behandlingsmetoders effektivitet i større skala.

De basale procesparametre er velkendte, og større selvstændige forsøg vil være både kostbare og usikre uden involvering af specifikke procesleverandørinteresser med henblik på efterfølgende garantistillelse.

Skal man videre ad den vej, bør der gennemføres en prækvalifikation og for et konkret anlæg udarbejdes et specifikt funktionsudbud via uafhængige rådgivere.

Mulige procesleverandører vil i mange tilfælde selv være i stand til at gennemføre større forsøg på aktuelt substrat, hvor referenceanalyser og massebalancer igen må vurderes.

Figur 4.12 Proces til afprøvning i forsøg

En mindre anlægsændring på biogasanlæg, som kan have en vis effekt, kunne være at forsyne en mindre lagertank med overdækning og belufte den afgassede gylle, hvilket vil give en vis ammonium uddrivning, hvorefter den afgassede gylle kan recirkuleres og fortynde koncentrationen i biogasreaktoren til et mere acceptabelt niveau.

Den uddrevne ammoniak vil, som ovenfor beskrevet, kunne fanges i et vasketrin og genanvendes til gødskning.

Nedenfor er vist et af de nye anlægskoncepter, der er demonstreret i fuldskala og for tiden søges markedsført. I konceptet, i dette tilfælde fra Green Farm Energy, indgår en højtemperatur hydrolyse og damp-ammoniak stripning samt opdeling af materialet i flere næringsstoffraktioner som væsentlige elementer. Slutprodukterne er en 25% NH₄-N opløsning, en P-holdig fiberfraktion og eventuelt en K-fraktion, samt vand, der er så rent, at det kan benyttes til skyllevand i stalde eller markvanding.

Resultater og tal for driftsøkonomi fra langtidsdrift vurderet af uafhængig instans er endnu ikke tilgængelige, men konceptet ser lovende ud for fremtidige anlæg, når markedet for udbringning af gylle går i mætning, og næringsstoffraktionerne kan transporteres over længere afstand og doseres efter og hvor der er behov herfor.

Figur 4.13 Forenklet procesdiagram for GFE-processen

4.6.2.2 Reduktion af skumning
Erfaringer fra tidligere forsøg udført af EnergiGruppen Jylland med tilførsel af svinepulp og kødbenmel har vist, at en tilførsel af proteinholdigt materiale kan medføre øgede problemer med skumning, som kan give procesmæssige problemer og sætte en øvre grænse for, hvor meget animalsk affald der kan tilføres. Skumdannelse kan give driftsstop i biogasanlæggets gasside.

Det er dog konstateret, at hæmning forekommer forud for skumning, således at skumning ved tilførsel af deklareret svinepulp ikke skulle give problemer. Udrådningsforsøg udført hos gårdejer Kent Skaaning i Sdr. Vium ved Ølgod med tilsætning af 5% biogaspulp, i alt 200 tons, i gårdbiogasanlæg bekræfter dette. Det er endvidere erfaret, at tilsætning af CaOH kan benyttes til at dæmpe eventuelle lejlighedsvis opståede skumproblemer.

I dag tilføres visse steder en mindre mængde kemisk inaktivt silikoneolie som skumdæmpende middel i biogasreaktorer (typisk 0,5 l pr. dag pr. 100 m³ reaktorvolumen under normal drift eller 5 l pr. 100 m³ reaktorvolumen, hvis skum skal slås ned). Metoden blev udviklet tilbage i 1994 med forsøg på Lintrup og Sinding biogasanlæg.

Skumdannelse skyldes, at overfladeaktive stoffer, herunder fedtsyrer C₁₀-C₂₀ og rester fra proteinnedbrydning, vokser under nedbrydningen af lange molekyler. Disse stoffer ophobes ved overfladen i skumfasen, hvor de ikke er tilgængelige for bakterierne. Silikoneolien spreder sig over skumlamellerne og fortrænger de overfladeaktive molekyler, som opretholder skummets stabilitet, hvorved skummet kollapser, og en stabil gasproduktion retableres.

En anden mulighed for skumreduktion kunne være at vaske (bruse) overfladen med en bakteriekulturholdigt slam fra reaktoren, så bakterierne får bedre kontakt med skummet og kan nedbryde det.

4.6.2.3 Sigtning og neddeling
Det er vigtigt, at tilført materiale til biogasanlæg findeles til en homogen masse, da dette medfører et øget gasudbytte.

For at fedt og floationsslam, skal der - jf. EU forordningen - på slagteriet fortages en sigtning til mindre end 6 mm forud for udskilning af fedt og flotationsslam. En sådan sigtning bør også foretages for biogaspulp, idet ben og bruskdele kan give problemer med tilstopninger i biogasanlægget og vil bundfælde i fortanke og biogasreaktor.

For at forbedre neddelingen og opblandingen på biogasanlægget kan der etableres en maceratorpumpe på biogasanlægges fortank, der modtager animalsk affald.

4.6.2.4 Fosforreduktion
Da fosforindholdet i fremtiden (del af vmpIII forhandling) kan blive begrænsende for, hvor meget gylle der kan udbringes på landbrugsjord, og det er derfor ønskeligt, at tilførsel af animalsk affald ikke bidrager væsentligt til fosforindholdet i den udrådnede gylle.

Reduktion af fosforindholdet kan opnås på 2 principielle måder:

1. Reduktion af fosforindholdet ved kilden på slagteriet / kødbenmelsfabrikken, eller ved
2. Fældning af fosfor og separation fra den udrådnede gylle.

Ad. a) Da fosforen hovedsageligt findes i knoglemateriale, foretages fosforreduktion lettest ved, at skæreben fra slagtede svin frasorteres på slagteriet, og på Daka ved at pulp fra hele dyr hakkes i to trin med mellemliggende sigtning, således at størstedelen af ben og bruskrester tilbageholdes.

Ad. b) Da fosforen for en stor del findes i fiberfraktionen i det udrådnede materiale, kan fosforindholdet i udrådnet gylle til landbrugsjord nedbringes i en dekantercentrifuge, som vil kunne frasortere en væsentlig del af fibrene. Det er således muligt at frasortere omkring 80% af fosforen og udbringe den adskilt fra den vandige fraktion. Kvælstof og kalium for langt størstedelen i den vandige fraktion, således bliver tabet ved udtag af fiberfraktionen begrænset. Prisniveauet for en dekantercentrifuge starter i omegnen af 300.000 kr. og driftsomkostningerne er ikke unbetydelige. Det er derfor vigtigt at have gennemtænkt afsætningsmulighederne før man investerer i et separeringsanlæg.

Fiberfraktionen kan, hvis fosforen ikke kan afsættes, f.eks. blandes med snittet halm og presses til kiks med over 60% tørstof, hvorefter den teknisk set kunne benyttes som brændsel på biobrændselsanlæg. Asken herfra vil indeholde de gødningsstoffer, der var bundet i fiberfraktionen. Det er ikke tilladt at afbrænde fiberfraktionen som biomasseaffald - fiberfraktionen fra et gylle separeringsanlæg er stadig husdyrgødning og skal genanvendes. Hvis det brændes er det affald og skal brændes i et affaldsforbrændingsanlæg...

Økonomi i biogasanlæg
Tilførsel af organisk affald på biogasanlæg er ofte behæftet med et modtagegebyr på 25-50 kr. pr. ton leveret på biogasanlægget.

Den vægtede pris for produceret biogas, gældende for kombineret el- og fjernvarmeproduktion, er typisk på 2,5 kr./Nm³, forudsat at biogasanlæggene og gasmotorer har den fornødne kapacitet, og der er afsætning for den producerede varme.

En typisk omkostningsstruktur i pr. m³ total behandlet biomasse for et biogasanlæg er:

*) Affald udgør kun en mindre del af den totale behandlede biomasse.

Da biogasanlæggene ikke giver overskud, men hviler økonomisk i sig selv, bør tilførsel af eksempelvis svinepulp som minimum være økonomisk neutralt for biogasanlæggene, før denne behandlingsvej vil kunne finde sted. Et naturligt prisleje for markedets parter kunne være midtvejs mellem omkostningen ved tilførsel til biogasanlæg og en alternativbortskaffelse ved forbrænding. Prisen bør afspejle omkostninger ved eventuelt behov for fosforseparation.

4.7 Forsøgsresultater

4.7.1 Tidligere udførte forsøg

EnergiGruppen Jylland har tidligere udført forsøg med udrådning af svinepulp og kødbenmelsfraktioner fra Daka. Der blev tilsat 1,4% svinepulp med lavt fedtindhold, som var fortyndet 1/5 med vand. Der blev opnået en biogasproduktion på 300 l/kg VS eller 60-70% af det beregnede potentiale på grund af en kraftig hæmning (ca. 50%) af den samlede biogasproduktion.

Ved tilsætning af halvt så meget kødbenmel blev forholdene ikke bedre. Dertil kom kraftig skumdannelse og bundfald fra kødbenmelet.

Resultaterne var nedslående og viste, at enten måtte der kun tilføres meget små mængder, eller også skulle pulpens sammensættes, så den blev egnet for behandling i biogasanlæg, herunder have et højt fedtindhold.

Direkte tilsætning af kødbenmel blev vurderet som urealistisk at arbejde videre med, samtidig med at en forædling til tørt kødbenmel synes i modstrid med, at der i biogasanlæg arbejdes med våde materialer, eneste plus var at kødbenmelet var lagerstabilt.

4.7.2 Nye forsøg

Der er i under nærværende projekt gjort mange tanker om at få isoleret velegnede materialefraktioner, jf. tidligere kapitler, og få defineret opskriften på en biogaspulp, som er velegnet til at tilføre biogasanlæg generelt.

Der er herefter på basis heraf udført en række batch udrådningsforsøg med Daka biogaspulp som tilsætningssubstrat. Forsøgene er udført i laboratorium på Studsgård biogasanlæg ved Herning.

Forsøgene er udført som termofile batch-forsøg i omrørt reaktor med en konstant temperatur på 50°C med 1000 ml afgasset blandingsprodukt fra biogasreaktor som podemateriale og med en forinkubering på 1 døgn forud for substrattilsætning.

Fra Daka pulpen og nedfrossen podemateriale er udtaget materiale til laboratorieanalyser ved DLG's centrallaboratorier, AUC Esbjerg ved biogasgruppen, Eurofins og EGJ Biogas.

Daka pulpen er leveret fra Daka's fabrik i Løsning og er produceret af hakket svin neddelt og formodentlig blendet til en meget homogen blanding. Materialet er tryksteriliseret og delvist inddampet. Pulpen er en af de varianter, der forventes at blive udbudt til som standardvare fra virksomheden, og har følgende specifikationer:

Figur 4.14 Foto af den tilførte Daka biogaspulp, materialet fremstår som en meget findelt homogen brungrå masse med konsistens som fedtet grød.

Det benyttede podemateriale (udrådnet blandingsbiomasse fra Studsgård biogasanlæg) havde følgende data:

Omregnes til indgående materiale til biogasanlæg, har C/N-indholdet været omkring 8,5-9 altså svarende til C/N-forholdet i Daka pulpen.

Forsøgene er udført som 3 tidsmæssigt adskilte forsøgsrækker i serier af 3 dobbelt bestemmelse pr. parametervariation og i alt 7 batches pr. forsøg - dvs. 2 serier og 1 kontroludrådning af podematerialet.

Figur 4.15 Foto af forsøgsopstilling i biogaslaboratoriet.

Der er udført følgende forsøg:

pH er ved de udførte forsøg holdt på omkring 7,8.

Rapsolien har et C-indhold på 74%.

Resultat af forsøg 1:

Figur 4.16 Specifikt gasudbytte for forsøg 1.

Substrat: Daka pulp høj belastning, samlet TS i reaktor var 7,3%. Forsøget varede 29 dage.

Det ses af figur 4.16, at biogasudbyttet pr. ton Daka substrat ligger mellem 210 og 240 l/kg substrat efter 29 dage. Omsættes til en standardværdi efter 16 dage, opnås i begge serier en gennemsnitsværdi for biogasproduktionen på 181 Nm³/ton substrat. Af figur 4.17 ses, at der er tegn på hæmning i starten af forløbet efter ca. 3 dage. Ved analyse af ammoniumindholdet efter afsluttet forsøg kunne det konstateres at slut ammoniumindholdet er steget fra 3,05 til ca. 4-4,3 g/l NH₄-N, hvilket er lige i overkanten for at processen kan køre stabilt. Total N er målt til ca. (6,7 g/l) som slutværdi.

Det lave gasudbytte af referencematerialet skyldes, at det allerede er udrådnet før det er brugt som podemateriale.

Det kan konkluderes, at den tilsatte mængde substrat ligger på grænsen af, hvad der kan tilføres på et veldrevet biogasanlæg.

Resultat af forsøg 2:

Figur 4.18 Specifikt gasudbytte for forsøg 2.

Substrat: 2/3 Daka pulp + 1/3 rapsolie, samlet TS i reaktor var 6,1 - 6,7%.

Det ses, at biogasudbyttet for de 2 serier efter 16 dage udgør henholdsvis 140 og 115 Nm³/ton substrat.

Figur 4.19 Gasproduktion ved forsøg 2 over 15 dage.

Det ses, at der er en kraftig hæmning, hvilket skyldes for høj belastning, som bakterierne dog måske kan vendes til over tid. Ved en normal opholdstid på 16 dage vil en pæn del uomsat materiale således passere anlægget.

VFA (Volatile Fatty Acids) blev målt ved forsøgets slutning og viste et niveau på stigende fra 500 mg/l 1700 mg/l, syretallet er altså ikke kritisk, da 2000 ppm normalt ikke giver problemer - syretallet kan dog ikke stå alene som vurderingsparameter, og det kan have været væsentlig større i starten af forsøget.

Forsøgene peger ikke på, at et bedre C/N forhold (i dette tilfælde omkring C/N=20), vil kompensere for ammoniumhæmning, hvis denne overhovedet optræder. Resultatet peger snarer på, at kraftig øget C-dosering virker modsat på grund af for høj belastning. Det tyder på, at fedt fortrinsvis bør tilføres lavt belastede biogasanlæg.

Resultat af forsøg 3:

Figur 4.20 Specifikt gasudbytte ved forsøg 3.

Substrat: Daka pulp ved lav belastning, samlet TS i reaktor var 5-5,2%. Opholdstiden var 18 dage.

Det ses, at biogasudbyttet pr. ton Daka substrat ligger ret konstant. Biogasudbyttet efter 16 dage er henholdsvis 243 og 223 l/kg substrat (hvis der ses bort fra batch 2). CH4 indholdet var >65%. Der er ingen tegn på hæmning og slut ammonium indholdet ligger på ca. 3,5 g/l NH₄-N. Total N er ca. 8,8 g/l.

Syretallet (VFA) lå ved forsøgets slutning på ca. 200 ppm svarende til gode driftsbetingelser.

Gasudviklingskurven er flot og uforstyrret:

Figur 4.21 Gasproduktion ved forsøg 3 over 18 dage.

4.8 Anvendelse af slutprodukt

Afgasset gylle er velegnet til gødskning, da gyllen er mere tyndtflydende og mindre lugtende og har et højere indhold af plantetilgængeligt kvælstof på ammoniumform. Da kvælstof på ammoniumform let fordamper, er det vigtigt, at gyllen nedfældes umiddelbart i forbindelse udbringningen. I øvrigt er P- og K-indholdet uændret efter afgasningen og tilnærmelsesvis også total-N. Mængden af smittekim og spiredygtige ukrudtsfrø er ved afgasningen reduceret til nær nul.

Forholdet mellem fosfor og kalium er typisk 1:3, hvilket passer med et sædskifte med f.eks. korn og raps, hvor behovet ofte er 20 kg fosfor og 60 kg kalium pr. ha. Hvor sædskiftet er domineret af grovfoder, er der behov for ekstra kalium f.eks. fra tilsætning af halmaske.

Efter omsætningen i biogasanlæggene vil kvælstoffet i det animalske affald fra at være bundet i proteiner og andre organiske forbindelser som tidligere nævnt frigøres som ammonium. Omkring 75% vil frigøres til ammoniumformen. Ammonium er vandopløselig, meget mobil og let tilgængelig for planterne. Efter behandling på et biogasanlæg kan man derfor opnå en meget høj udnyttelse af kvælstoffet i marken, omkring 60 til 75% afhængig af tidspunktet for spredningen og metoden til udbringning, samt af hvilken afgrøde gødningen tildeles. Efter lovgivningen skal det kun indregnes med en udnyttelsesprocent på 30 i gødningsregnskaberne.

Fosfor er meget stærkt bundet i forskellige kemiske strukturer og er ikke særligt tilgængelig for planterne. Men det er generelt for fosfor, hvorfor det i mange jorder naturligt er en begrænsende faktor for udbyttet, dog ikke i Danmark, fordi de gennem mange år er opgødsket med fosfor, så der i dag faktisk er overskud af fosfor.

Fosfor tilføres med foder, hvor fosforen ved hjælp af enzymer gøres opløselig og optagelig. En del passerer dog direkte gennem tarmene og ender i gødningen. Almindeligvis har foder et (for) højt indhold af fosfor for at sikre, at dyrene optager nok til at dække behovet. Derfor har husdyrgødning et højt fosforindhold.

Der er to puljer af fosfor i jorden, en organisk pulje med fosfor bundet i humus, planterester og mikrobielt, samt en uorganisk pulje af primært uopløselige calcium og jern forbindelser. I almindelige jorder er der 40-60% i hver pulje. 1-2% findes i den mikrobielle del og 0,1 promille som direkte plantetilgængeligt. Fra hver pulje sker frigørelsen til en for planterne tilgængelig fosforform meget langsomt.

Selv ved tildeling af mineralsk gødning er fosforen ofte utilgængeligt for planterne, eller den bliver det i jorden. Fosfor reagerer med mange mineraler og er tungtopløselig. Ofte sker det sammen med calcium, der findes i rigelige mængder i jorden. De ikke-tilgængelige fosforforbindelser kan være i form af apatit (calciumfosfat) bundet med calciumflurid, calciumcarbonat eller calciumhydroxid. Andre former kan være monocalcium eller dicalciumfosfat.

Biogasanlæg er normalt beliggende i husdyrtætte områder, hvor landmændene på grund af restriktioner i gødskningen (harmonikravene) kan have vanskeligt ved at udbringe en ekstra mængde tilført fosfor på et givent jordtilliggende.

Det fremgår af den tidligere råvareopgørelse over de animalske biprodukter, at den mængde, der fremover forventes at kunne gå til biogas, udgøres af fiske- og mejeriaffald (69.000 tons), mave- og tarmindhold (144.000 tons), fedt og flotationsslam (70.000 tons) og tryksteriliseret Kat. 2 materiale (141.000 tons).

Nedenstående tabel redegør for indholdet af kvælstof og fosfor i disse strømme.

Tabel 4.22 Fordeling af N & P i animalske affald.

1) Der er kun fundet oplysninger for fiskeaffald, og det antages forenklet, at mejeriaffaldet har samme tørstofindhold samt N- og P-indhold. Tørstofindholdet i fiskeaffald er i gennemsnit på 12%. Antagelsen om mejeriaffaldet er ikke signifikant i den større sammenhæng.
2) Indholdet af N og P antages at være henholdsvis 24 kg N/ton råvare og 13 kg P/ton råvare, hvilket svarer til indholdet af N og P i hakket svinepulp, jf. oplysninger fra Daka.
3) Der er kun oplyst om indholdet af N og P i fedtfraktion fra Daka. Det antages konservativt, at indholdet af N og P i fraktionen "fedt og flotationsslam" svarer til indholdet i fedtfraktionen, dvs. henholdsvis 1,2 kg N/ton råvare og 1,5 kg P/ton råvare.

De gældende regler for udbringningsareal med hensyn til kvælstof og fosfor er ifølge Slambekendtgørelsen [56] maks. 170 kg N/ha og maks. 30 kg P/ha. N- og P-strømmene i de ovenfor skitserede animalske biprodukter kræver derfor minimum et udbringningsareal på 38.038 ha, for at kravet for N er overholdt, og minimum 107.167 ha for at kravet for P er overholdt. Det ses, at de animalske produkters indhold af fosfor er det mest kritiske med hensyn til udbringningsareal og frasortering af den fosforholdige benfraktion har derfor en væsentlig betydning i forhold til bestemmelse af det nødvendige areal.

Det opdyrkede areal i Danmark udgør ca. 2,6 mio. ha. På ca. halvdelen af arealet spredes husdyrgødning, og 0,5 mio. ha bruges til at sprede forskellige affaldsstoffer og aske fra halmforbrænding. Det overskydende markareal, der f.eks. kan bruges til udbringning af Kat. 2 og Kat. 3 materiale, udgjorde i 2002: 852.947 ha, og forventes i 2010 skønsmæssigt at udgøre 462.577 ha (Kilde [27]: Afsætning af bioforgasset organisk affald, Hedeselskabet 2003). Arealerne ligger primært i det østlige Jylland og på Sjælland. Det skal på denne baggrund vurderes, at der – både nu og fremover – vil være tilstrækkeligt med udbringningsarealer til at afsætte de ekstra mængder restprodukter, der vil opstå, ved at tilføre Kat. 2 og Kat. 3 materiale til biogasanlæggene i de anførte mængder, dvs. efter frasortering af svinebensfraktionen.

Anvendelse af mindre fosfor i foder synes at være en oplagt vej til at opnå bedre balance mellem jordtilliggende og dyrehold, forudsat at de nuværende regler om husdyrenheder erstattes af reelt målte værdier på fosfor.

Det påpeges dog, at der i beregningerne af det overskydende markareal ikke tages hensyn til, om de pågældende landmænd, der ejer jorden, ønsker at modtage disse restprodukter fra biogasanlæggene. Ligeledes kan der være arealer, hvor der er specielle krav til de affaldsprodukter, der afsættes på arealet, eller som ikke er velegnet eller udlagt til udbringning af restprodukterne. Samlet set vil det reelle overskydende udbringningsareal altså være mindre end det teoretiske; men der synes at være god margin ned til det nødvendige areal for udbringning set for Danmark som helhed. Lokalt kan der selvfølgelig opstå knaphed på udbringningsjord specielt i Jylland (Viborg, Ringkøbing, Ribe og Sønderjyllands amter). Specielt hvis den udrådnede biomasse ikke må udbringes på arealer anvendt til græsning efter en karantæneperiode. Det forventes dog, at EU vil dispensere herfra, når sagen er endeligt behandlet.

Benmel er ikke brugt som gødningsstof i Danmark, da det tidligere var en dyr form for gødning. Det er også tungt opløseligt og langsomt tilgængeligt i jorden for planterne. Myndighederne ønsker ikke at give tilladelse til denne anvendelse af frygt for at en del af benmelet vil finde vej til foderbrug, som ikke er tilladt.

I varmebehandlet benmel opvarmet til høj temperatur findes fosfor som tricalciumfosfat, hvor 25-30% er tilgængeligt fosfat. Tricalciumfosfat er uopløseligt og skal behandles med svovlsyre for at blive vandopløseligt som CaHPO₄. Forbrænding er nødvendig som forbehandling for at sikre fjernelse af organisk stof. Det kan herefter igen behandles med ammoniak, hvorved der dannes ammoniumfosfat. Alternativt kan anvendes salpetersyre, hvorved der dannes nitrofosfat.

De samme former for behandling anvendes af gødningsindustrien for at gøre stenfosforen, som man graver op af jorden, tilgængelig for planterne. Efter behandlingen kan fosforen indgå i mineralgødninger, som de kendes til gødskning af markerne, f.eks. som superfosfat. Metoderne forbundet hermed er beskrevet i efterfølgende kapitler.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 Juni 2004, © Miljøstyrelsen.