Sammenfatning og konklusioner

Life Cycle Assessment of Biogas from Separated slurry

Baggrund og formål
Undersøgelsen
Hovedkonklusioner
Projektresultater

De miljømæssige aspekter af biogasproduktion baseret på forbehandlet gylle fra slagtesvin og malkekvæg er undersøgt. Forbehandlingen består i opkoncentrering af gyllen ved hjælp af separationsteknologi. De miljømæssige aspekter er undersøgt ved anvendelse af livscyklusvurdering (LCA) som den grundlæggende metode. Der kan opnås betydelige miljømæssige fordele for både gylle fra slagtesvin og gylle fra malkekvæg sammenlignet med den ”konventionelle håndtering af gylle”, særligt med hensyn til at reducere bidragene til global opvarmning, men resultaterne afhænger i høj grad af effektiviteten af separationsteknologien før biogasanlægget. Separation efter biogasanlægget kan tilføjes, og dette kan bidrage til en mere effektiv udnyttelse af fosfor, hvilket er inkluderet i undersøgelsen.

Baggrund og formål

Formålet med undersøgelsen ”Livscyklusvurdering af biogas baseret på separeret gylle” er at fremme det igangværende arbejde med at etablere et fundament, der muliggør gennemførelsen af livscyklusvurderinger (LCA) af gyllebehandlingsteknologier i Danmark. Dette er nu blevet udbygget med biogasscenarier.

Resultaterne af undersøgelsen er:

En database, der indeholder livscyklusdata for 4 biogasscenarier.
En rapport, der indeholder resultaterne af livscyklusvurderingerne for de fire biogasscenarier.
Fire detaljerede annekser, der beskriver de anvendte data, beregninger og massebalancer (i rapporten).

Formålet med undersøgelsen har været at give et svar på spørgsmålet:

”Hvad er de miljømæssige fordele og ulemper ved at bruge gylle fra slagtesvin eller malkekvæg til biogasproduktion, i stedet for at bruge den rå gylle som gødning ved at udbringe den til marker uden forudgående behandling?”

I undersøgelsen vurderes fire forskellige biogasscenarier med gylle som eneste input til processen (dvs. uden supplerende tilsætning af let nedbrydelige kulstofforbindelser). Selv om biogas fremstillet udelukkende med gylle som input endnu ikke er den mest udbredte praksis i Danmark, er det sandsynligt, at dette bliver et vigtigt alternativ i Danmark fremover, både på grund af regeringens mål om at halvdelen af al husdyrgødning i 2020 skal bruges til grøn energi (jf. ”Grøn Vækst”), men også fordi der er begrænset adgang til andre kulstofkilder (f.eks. organisk affald) som omsættes sammen med gyllen.

Undersøgelsen er en fortsættelse af projektet ”Livscyklusvurdering af gyllehåndteringsteknologier”, som blev startet af ”Partnerskab for Industriel Bioteknologi”. Begge projekter er udført for Miljøstyrelsen.

Undersøgelsen

Undersøgelsen inkluderer fire biogasscenarier:

Scenarie F: Biogasproduktion baseret på en blanding af rå svinegylle og fiberfraktionen fra kemisk-mekanisk separation (dekanter centrifuge kombineret med tilsætning af kationisk polyacrylamid polymer for at øge effektiviteten af separationen). Biogassen anvendes til produktion af el og varme. Efter biogasanlægget bliver den afgassede biomasse separeret for at kunne fordele gyllens indhold af fosfor mere hensigtsmæssigt (dvs. til områder med fosfor-mangel).
Scenarie G: Som ovenfor, men med gylle fra malkekvæg.
Scenarie H: Biogasproduktion baseret på en blanding af rå svinegylle og fiberfraktionen fra mekanisk separation (skruepresse). Biogassen anvendes til produktion af el og varme. Der er ingen separation efter biogasanlægget.
Scenarie I: Som ovenfor, men biogasproduktion er baseret på rå gylle og fiber piller (baseret på svinegylle).

Hovedkonklusioner

Baseret på resultaterne af undersøgelsen kan det konkluderes at:

De miljømæssige fordele ved biogas fra separeret gylle er meget afhængige af effektiviteten af separationen (for kulstof, kvælstof og fosfor). Dette gælder især for kulstof, da effektiviteten af separationen afgør, i hvilket omfang de let-nedbrydelige kulstof forbindelser i gyllen bliver overført til biogasanlægget. Effektiv separation kan opnås ved tilsætning af polymer, men også ved brug af en velegnet separationsteknologi. Det kan nævnes, at den anvendte dekanter centrifugeringsteknologi har en forholdsvis høj effektivitet med hensyn til at overføre kulstofforbindelser til fiberfraktionen også uden brug af polymer.
Produktion af biogas baseret på separeret gylle kan føre til betydelige reduktioner af gylles bidrag til den globale opvarmning, forudsat at den ”bedst tilgængelige teknologi”, der er beskrevet i rapporten, er anvendt. Det omfatter bl.a.:
- at fiberfraktionen opbevares overdækket, og at der kun er kort tids lagring af fiberfraktionen, før den transporteres til biogasanlægget,
- at biogasproduktionen foregår i 2 trin, og at den sekundære reaktor er overdækket med et lufttæt lag (således at emissionerne af metan minimeres),
- at fiberfraktionen fra den separerede afgassede gylle opbevares overdækket.

De miljømæssige fordele er endvidere meget afhængige af hvilken energikilde den producerede kraftvarme fra biogassen substituerer.

På grundlag af dokumentation baseret på flere forskellige referencer vil den kationiske polyacrylamidpolymer, der tilsættes under separationen før biogasanlægget, sandsynligvis ikke nedbrydes i biogasanlægget, men spredes til jord via de afgassede biomassefraktioner. De fundne referencer tyder også på, at denne polymer er forholdsvis modstandsdygtig overfor nedbrydning, i det mindste under de betingelser, der findes i landbrugsjorden. Det er på den baggrund sandsynligt, at polymeren ophobes i miljøet. Flere undersøgelser er nødvendige for at kunne udtale sig om en eventuel potentiel toksicitet af dette aspekt.

Projektresultater

De miljømæssige fordele er opgjort per ton gylle ab dyr for at sikre et fælles grundlag for sammenligningerne mellem teknologierne.

Miljøvurderingerne af biogasproduktion baseret på en blanding af rå og separeret gylle er blevet udført ved at sammenligne de udvalgte biogasscenarier med et referencescenarie. Referencescenarie er fastlagt som den ”konventionelle” måde at håndtere gylle på, dvs. at gyllen lagres indtil den kan spredes på marken, hvorved gyllens gødningsværdi udnyttes. Livscyklusmetodikken danner grundlag for sammenligningen.

For de biogasscenarier, der inkluderer en effektiv separationsteknologi inden biogasanlægget, er der fundet en række interessante resultater:

De samlede bidrag til global opvarmning reduceres betydeligt, når gyllen anvendes til biogasproduktion frem for på den konventionelle måde. Reduktionen skyldes især to faktorer:
- Reduktion of emissionerne af metan fra lagring af gyllefraktionerne. Reduktionerne skyldes:
  - Separationen før biogasanlægget medfører en overførsel af let-nedbrydelige kulstofforbindelser til fiberfraktionen, hvilket bevirker at metanemissionerne fra den flydende fraktion reduceres betydeligt under den efterfølgende lagring.
  - Omdannelsen af let nedbrydelige kulstofforbindelser i biogasanlægget resulterer i et lavere potentiale for metan-emissioner i den efterfølgende lagring af den afgassede biomasse (og fraktionerne heraf).
- Den producerede biogas anvendes til produktion af el og varme, og dette erstatter el og varme baseret på fossile brændstoffer, som derfor trækkes fra systemet.
Bidraget til miljøeffekten ”forsuring” er ikke væsentligt lavere for biogasscenarierne end for referencescenariet.
For miljøeffekten ”eutrofiering med kvælstof” (også kendt som udvaskning af kvælstof til vandmiljøet) er der ikke signifikante forskelle mellem biogasscenarierne og referencescenariet.
For miljøeffekten ”fotokemisk ozondannelse” (eller ”smog”) er der ikke er nogen signifikant forskel mellem biogasscenariet og den konventionelle gyllehåndtering i referencescenariet. I biogasscenarierne er emissionerne af metan fra lagring af gyllefraktionerne markant lavere end fra lagring af gyllen i referencescenariet, men dette opvejes af bidragene fra emissioner af NO_X fra forbrænding af biogas under kraftvarmeproduktionen.
I de to biogasscenarier, der indbefatter separering efter biogasanlægget, er der et reduceret forbrug af fosforressourcer. Dette reducerer endvidere fosfor-eutrofiering af vandmiljøet, da udvinding af fosfor-ressourcer og produktion af fosfor-gødning bidrager til dette. Disse fordele afhænger dog af følgende forudsætning:
- Den indvundne fosfor fra separationen skal anvendes i områder med fosfor-mangel (dvs. ikke anvendes i områder med fosfor-overskud).
For miljøeffekten “uorganiske stoffer der påvirker åndedrættet” (emissioner af små partikler, ofte kendt fra dieselbiler) opnås ingen væsentlige miljømæssige fordele. Dette er hovedsageligt på grund af emission af nitrogenoxider, der genereres ved forbrændingen af biogas i biogasmotoren ved kraftvarmeproduktionen, men også på grund af de højere emissioner af NH₃, der opstår under lagring af den afgassede fiberfraktionen.
Forbrug af ”ikke-vedvarende energi” skyldes især transport og forbrug af elektricitet. Biogasscenarierne indebærer lidt mere transport, men dette opvejes af de fossile brændstoffer, der erstattes af den producerede kraft varme. Samlet set giver biogasscenarierne en betydelig reduktion af forbruget af ikke-vedvarende energi.
Undersøgelsen har inkluderet opgørelser og massestrømsbalancer for biogent kulstof. Ud fra resultaterne kan der drages følgende konklusioner:
- Emissionerne af biogent CO₂ fra gylle udgør omkring 50 % af de positive bidrag til global opvarmning for biogasscenarierne. Andelen er en anelse lavere for referencescenariet.
- I biogasscenarierne er emissionerne af biogent CO₂ fra marken reduceret i forhold til i referencescenariet, men dette skyldes hovedsageligt, at de let omsættelige kulstofforbindelser omsættes i biogasanlægget, således at omsætningen blot sker i biogasanlægget i stedet for på marken – og det biogene CO₂ blot udledes når biogassen forbrændes ved kraftvarmeproduktionen i stedet for på marken.
- Mængden af kulstof, der bindes i jorden og som derfor ikke udledes i atmosfæren som CO₂, kan bestemmes som forskellen mellem den mængde kulstof, der tilføres jorden via gyllen og mængden af biogene CO₂-emissioner fra marken. Der bindes mindre kulstof i jorden i biogasscenarierne, da der er mindre kulstof til rådighed i afgasset gylle i forhold til rå gylle. Dog skal det understreges, at forskellene er temmelig små.

For det biogasscenarie, der er baseret på separeringsteknologi med lav effektivitet, og for det biogasscenarie, der er baseret på tilførsel af fiberpiller, er der ikke fundet væsentlige miljømæssige fordele. Kun for global opvarmning og for forbrug af ikke-vedvarende energi er der reduktioner, men disse er imidlertid meget mindre i forhold til de biogasscenarier, der er baseret på separationsteknologi med høj separationseffektivitet. Det skyldes meget simpelt, at hvis separationseffektiviteten er lav, overføres de let-omsættelige kulstofforbindelser ikke til fiberfraktionen (som transporteres videre til biogasanlægget) men bliver i den tynde fraktion, der bliver lagret og spredt på marken hos landmanden parallelt med den ubehandlede gylle i referencescenariet.

For alle biogasscenarier – både dem med høj separationseffektivitet og for dem med lav separationseffektivitet – gælder det, at de resulterer i gylle med højere kvælstoftilgængelighed og der opstår dermed et potentiale for udbyttestigning. Denne udbyttestigning er inkluderet og omsat til produktion af dansk hvede, (hvorved det ekstra udbytte erstatter hvede, der ellers skulle have været produceret, hvorfor dette trækkes fra systemerne). Det skal dog bemærkes, at det ekstra udbytte er forholdsvis lille, og at de miljømæssige konsekvenser af dette ikke bidrager væsentligt til at reducere den samlede netto-virkningen af de forskellige miljøpåvirkninger. En yderligere undersøgelse af hvilke afgrøder, der undgås, er ikke inkluderet.

For alle scenarier er der to store ”hot spots”, der bidrager til flere af miljøeffekterne: Opbevaring af gylle i stalden (hovedsageligt pga. emissioner af NH₃ og CH₄) og processerne efter gyllen er spredt på marken. Disse repræsenterer muligheder for forbedringer af de samlede miljøbelastninger fra gylle, og dermed også for biogasscenarierne.

Opbevaring af fiberfraktionen før og efter biogasanlægget er afgørende for det samlede bidrag til især global opvarmning og forsuring. Afdækning af fiberfraktionen under lagring kan reducere den globale opvarmning.

Disse resultater gælder for danske forhold, og kan ikke umiddelbart overføres til lande med andet klima, anden lovgivning vedr. næringsstofregulering eller andre produktionssystemer.