Brændselskarakteristika for husdyrgødninger

Brændstofvurderinger på husdyrgødninger

Baggrund for projektet

I forbindelse med forsøg med afbrænding af husdyrgødning ønsker Miljøstyrelsen belyst forskellige husdyrgødningstypers brændsels- og forbrændingsegenskaber.

Undersøgelserne i projektet

Der er foretaget laboratorieanalyser af følgende otte forskellige typer af husdyrgødninger:

Hestegødning
Kvæggyllefiber, fra Kemira uden polymer
Svinegyllefiber, fra Samson anlæg uden polymer
Svinegyllefiber, fra Kemira anlæg med polymer
Blandet gyllefiber efter afgasning, uden polymer
Rugeægshønegødning
Slagtekyllingegødning
Gyllepiller

Prøvningerne er foretaget i henhold til metoder beskrevet i de tekniske specifikationer fra CEN/TC 335 ”Solid biofuels” (faste biobrændsler) på FORCE Technologys laboratorium i Brøndby, afdeling Kemisk Analyse.

Vurderinger af brændselskvalitet er foretaget af Susanne Westborg, specialist i afdeling Kemisk Analyse, og vurderinger af de forbrændingstekniske forhold er foretaget af Lars Peter Johansen, projektleder og Birgitte Holm Christensen, afdelingschef, begge fra afdeling Biomasse & Affald i Lyngby.

Anvendelse af husdyrgødninger som brændsel

For de undersøgte prøver af husdyrgødninger er fundet, at

Tre af prøverne indeholder tilstrækkelig energi til, at energiudnyttelse ved forbrænding er mulig. Det er rugeægshønegødningen, slagtekyllingegødningen og gyllepillerne. Prøven af kvæggyllefiber indeholder så meget vand og så lidt energi, at den ikke vil kunne brændes uden anvendelse af et støttebrændsel - og en svinegyllefiber og de blandede gyllefibre ligger på grænsen herfor. For de tre sidstnævnte samt for den anden svinegyllefiber og prøven af hestegødning er vurderet, at indholdet af energi er for lavt eller på grænsen til, at der vil kunne opnås en fuldstændig forbrænding.
Mængden af energi, der er medgået til tørring og pelletering af gyllepillerne, er ikke vurderet i denne undersøgelse.
Indholdet af nitrogen i gødningerne er forholdsvist højt, hvorved der under forbrænding er mulighed for høje nitrogenoxidkoncentrationer i røggassen. Ved en fuldstændig omdannelse af nitrogenindholdet i gødningerne til nitrogenoxid i røggassen vil de højeste nitrogenoxidkoncentrationer forekomme for rugeægshønegødningen, slagtekyllingegødningen og gyllepillerne. Det vil sige de samme tre gødninger, som har det største potentiale for energiudnyttelse ved forbrænding. Hvorvidt der faktisk vil fremkomme højere koncentrationer, end der ses ved fyring med halm, er vanskeligt at vurdere. Både omdannelse af brændslets og af forbrændingsluftens nitrogenindhold til nitrogenoxider afhænger af de specifikke forbrændingsbetingelser som temperatur, luftoverskud og opholdstid.
Omkring slaggedannelse så vil hestegødningen og kvæggyllefibrene ved en forbrænding sandsynligvis opføre sig tilsvarende problematisk som halm – eller værre, da indholdet af aske i gødningerne er højere end for halm. Rugeægshønegødningen har et meget højt indhold af aske, men der vil med stor sandsynlighed ikke ske nogen sammensmeltninger heraf. Det skyldes den høje andel af kalk i asken. Slagtekyllingegødningen vil formentlig heller ikke give anledning til større slaggeproblemer, men for de fire sidste af prøverne vil der være potentiel risiko for slaggedannelse, afhængig af de aktuelle anlægsforhold.

Væsentlige brændselsparametre

Indholdet af vand i de fem af prøverne, hestegødningen og kvæg-, svine- og blandet gyllefiber prøverne, er meget højt (over 60 vægtprocent). Den effektive brændværdi på indleveret form for disse husdyrgødninger er tilsvarende meget lav, under 4 MJ/kg. Gyllepillerne udmærker sig derimod med et vandindhold på 11 vægtprocent og en tilsvarende højere effektiv brændværdi på 15 MJ/kg indleveret prøve. For rugeægshøne- og slagtekyllingegødningerne er indholdet af vand mere moderat (20 – 40 vægtprocent), og de har en tilsvarende moderat effektiv brændværdi på 7 – 10 MJ/kg indleveret prøve.

Indholdet af askedannede stoffer (”aske”) er højt i alle prøverne, 7 – 38 vægtprocent i tørstoffet. Grundstofsammensætningen af askerne er meget varierende, og det har indflydelse på askens smelteforhold. For aske fra rugeægshønegødning, som har et meget højt indhold af calcium og et begrænset indhold af silicium, ses meget høje askesmeltningstemperaturer (over 1480 ^oC). Derimod har askerne for hestegødningen og kvæggyllefibrene et askesmelteforløb, som ligner forløbet for en typisk aske fra halm. Indholdet af silicium og kalium for disse asker svarer da også til indholdet i aske fra halm.

Der er et højt indhold af nitrogen i husdyrgødningerne, fra 0,9 vægtprocent i tørstoffet for hestegødningen til 4 vægtprocent i tørstoffet for slagtekyllingegødningen. Indholdet i halm ligger typisk på 0,5 – 1 vægtprocent i tørstoffet, men nogle biomasser har tilsvarende høje indhold, f.eks. korn og frø med 2 – 4 vægtprocent i tørstoffet. Niveauet er også sammenligneligt med det for MDF- og spånplader, som typisk indeholder omkring 3 - 5 vægtprocent nitrogen. Indholdet af svovl i gødningerne, på 0,1 – 0,7 vægtprocent i tørstoffet, er også højere end det typisk ses for halm. Derimod svarer indholdet af chlor i gødningerne på 0,2 – 0,6 vægtprocent i tørstoffet til det typiske niveau for halm.

Omkring indhold af næringsstofferne kalium og fosfor i asken ved forbrænding af husdyrgødningerne er der et højt indhold af fosfor for alle prøverne på 8 – 30 vægtprocent i asken beregnet som fosforpentaoxid (P₂O₅). Indholdet af kalium i asken fra gødningerne varierer fra 4-5 vægtprocent som kaliumoxid (K₂O) i askerne fra en svinegyllefiber, blandet gyllefiber og gyllepiller til 20 – 30 vægtprocent i askerne fra hestegødning, kvæggyllefiber og slagtekyllingegødningen.

Med hensyn til indhold af tungmetaller i husdyrgødningerne er der fundet et meget højt indhold af zink, på 100 – 150 mg/kg tørstof, og kobber, på 20 – 300 mg/kg tørstof. Også indholdet af nikkel og arsen er højere end det der typisk ses for halm, henholdsvis 2 – 10 mg/kg tørstof for nikkel og 0,2 – 0,6 mg/kg tørstof for arsen. Derimod ligger indholdene af cadmium, chrom, kviksølv, bly og vanadin på nogenlunde samme niveau som for halm. For to af prøverne ses dog et indhold af cadmium fire gange højere end i halm.