Navigation

Biogas

 
Produktion av biogas sker i en serie avancerade processteg med målet att skapa metan från avfall. Traditionella biogasanläggningar kan utnyttja olika typer av avfall som råmaterial, varav biomassa är ett av de vanligaste. Dessa anläggningar producerar grön energi då råmaterialet är förnybart vilket bidrar till en cirkulär ekonomi. Enligt World Bioenergy Association är produktion av biogas en av de snabbast växande av alla biobränslen. Biogasproduktionen ökade 11,2 % under föregående år, med en totalproduktion på 58,7 Nm3. Av detta var nästan hälften producerat i Europa, där det finns över 17 000 biogasanläggningar. Tyskland har flest biogasanläggningar i världen, med 11 000 anläggningar, därefter kommer Italien 1 600 och Frankrike 800.
 
Ozon kan vara användbart och fördelaktigt i flera steg i biogasproduktionsprocessen. Vi har identifierat tre huvudsakliga applikationsområden för ozon i biogasanläggningar: 
  • Ozonbehandling av råmaterial
  • Reducering av H2S för uppgradering av metan
  • Luktreducering

En översikt av möjliga applikationer för ozon i biogasproduktionsprocessen.

 

 

Applikation

Fördel

Resultat

Ozonbehandling av råmaterial

Större polymerer bryts ner till monomerer genom oxidation

Upp till 150 % ökning av substratets omvandling till biogas

Reducering av H2S för uppgradering av metan

En generell minskning av H2S i rötningsprocessen

Lägre halt H2S flödar in i metanuppgraderingen

Luktreducering

Borttagning av illaluktande och frätande föroreningar

Minskad mängd lukt och H2S

 

Svavel – ett vanligt problem

Svavelföreningar och joner förekommer vanligtvis i varje steg när biogas produceras. Dessa föreningar skapar många problem som påverkar processens effektivitet. Till exempel bidrar höga halter svaveljoner till att aktiviteten av svavelreducerande bakterier (SRB) ökas, som i sin tur inhiberar aktiviteten av de metanproducerande arkéerna. Detta medför att produktionen av metan minskas, medan produktionen av reducerade svavelföreningar, som H2S, ökar. Då höga koncentrationer av H2S genereras i rötningskammaren kan processen lida av lukt- och korrosionsproblem. Framförallt är luktproblem vanligt i biogasanläggningar och eftersom H2S har en av de lägsta luktgränserna i världen, innebär det att vi känner en mycket kraftig lukt, även vid spårkoncentrationer.

 

Förbehandling av råmaterial

Innan det anaerobiska rötningssteget har man ofta ett förbehandlingssteg. Syftet med detta steg är att minska belastningen och göra substratet mer lättåtkomligt för de hydrolytiska mikroorganismerna genom att öka substratets nedbrytbarhet. Detta inkluderar att ändra fysiska egenskaper som ytarea, lösa upp komplexa material, minska kristalliniteten hos polymerer som cellulosa etc. Några vanliga typer av förbehandlingar presenteras i tabellen nedan. 

Vanliga förbehandlingar av råmaterialet innan rötkammaren

FYSISKA FÖRBEHANDLINGAR

Mekaniska

Malning för att reducera partikelstorleken och därmed öka nedbrytbarheten.  Ökar processens komplexitet och kostnad.

Termiska

Upphettning (200oC) bryter ner vätebindningar, men ökar energibehovet.

KEMISKA FÖRBEHANDLINGAR

Alkali

Behandling av en bas under ett flertal veckor, vilket underlättar nedbrytningen av ligno-cellulosakomponenter och ökar metanproduktionen. Kräver dock stora mängder kemikalier, hantering av dessa och mycket tid samt tankvolym.

Ozonbehandling

Inline ozonbehandling vilket ökar nedbrytbarheten signifikant och visar på möjligheter att öka biogasproduktionen trefaldigt.

BIOLOGISK FÖRBEHANDLING

Mikrobiologisk

Kompostering; en aerobisk förbehandling som leder till ökad mängd hydrolytiska enzymer, vilket underlättar hydrolysen. 

Fungal

Renodlade kulturer av aerobisk svamp har visat på en 40 %-ig ökning av biogasprodukition efter fyra dagars inkubation.

 

Fördelar med att ozonbehandla råmaterialet

Ozon är främst känt för att vara ett starkt oxidationsmedel, och har visat sig kunna bryta ner stora delar av det komplexa organiska material som utgör inflödet till rötkammaren. Till exempel har ozon applicerats på aktiverat slam, med goda resultat. Då ozon matas på ett korrekt sätt kan man kraftigt öka substratets omvandling till biogas, som visat i figuren nedan.

Ozons inverkan på substratets nedbrytbarhet i aktiverat slam. TS = Total Solids.

 

I många fall, såsom vid biogasproduktion från aktiverat slam, uppvisar ozonbehandling positiva resultat. Detta är på grund av den höga halten aerobiska bakterier och icke-nedbrutet organiskt material i denna typ av råmaterial. I dessa förhållanden oxiderar ozon snabbt icke-mättade bindningar och skapar radikaler, som i sin tur fortsätter att oxidera annat organiskt material. Reaktionen leder till en högre biologisk nedbrytbarhet av råmaterialet vilket motsvarar en ökad produktion av biogas. Såsom visat i studien ovan av Bougrier et. vid ”Laboratoire de Biotechnologie de l’Environnement”, en ozonbehandling av råmaterialet förbättrar biogasproduktionen, med en optimal nivå på 0,15 g O3 per g ”Total Solids” som medför en ökning på ca 150 % av biogasproduktionen, jämfört med obehandlat råmaterial. 

 

Rötningsprocessen

Efter förbehandlingssteget matas råmaterialet in i rötningssteget för biokemisk nedbrytning. I detta steg används flera olika typer av mikroorganismer som reagerar med råmaterialet i flera steg. Alla dessa steg är anaerobiska, alltså fri från syre. Dessa är sammanfattade i tabellen nedan.

Huvudsakliga steg i rötningsprocessen.

Steg

Beskrivning

Hydrolys

Större polymerer bryts ner till monomerer, såsom cellulosa till glukos.

Fermentation

Flyktiga fettsyror och ättiksyra bildas.

Ättiksyrabildning

Ättiksyra, väte och koldioxid bildas.

Metanbildning

Metan och koldioxid bildas som slutprodukter

 

Produktionen av metan genom anaerobisk rötning kan antingen ske i ett enkelt steg eller i två steg. I det första fallet sker alla reaktioner i samma reaktor. Substratet omvandlas till metan med en koncentration på 50-55 % i biogasen, beroende på råmaterial. I tvåstegs-processen sker hydrolysen och fermentationen i den första rötningskammaren. Metanproduktionen sker därmed i det andra steget, som vanligtvis kallas metanuppgraderingssteget. Genom att dela upp processen kan man öka metankoncentrationen i biogasen till 70 %. Detta medför att systemet blir mer effektivt och att kostnaderna av den följande reningen av biogasen minskar.

 

Fördelar med reducering av H2S genom ozonbehandling i rötningsprocessen

När biogas produceras enligt tvåstegs-principen är det möjligt att reducera halten H2S innan metanuppgraderingen genom att injicera ozon in i själva rötningskammaren. På detta sätt kan man minska mängden H2S redan innan metanproduktionen som medför ett mer effektivt system och lägre kostnader för den slutgiltiga biogas-reningen. Eftersom själva rötningen sker i en reducerande miljö, måste ozoninjektionen kontrolleras ordentligt för att inte påverka processens driftförhållanden. Vanligtvis kan man injicera ozonet i luftfickan ovanför bio-bädden i rötningsenheten. Alternativt kan man injicera ozon i en mellanliggande tank placerad mellan rötningsprocessen och metanuppgraderingen.

Läs mer på sidan H2S reduction for methane upgrading.

 

Efterbehandling av biogas

Biogasen efter metanuppgraderingen innehåller ofta höga koncentrationer av H2S som kan orsaka problem för de efterkommande processtegen. Ett vanligt problem är korrosion, då höga nivåer av H2S kan bilda rost och korrosion i rör och processutrustning, vilket kan kosta flera tiotusen kronor per år. Lukter är också ett av de huvudsakliga problemen i biogasen vid metanuppgradering.  Detta är på grund av människans känslighet till vätesulfid (H2S) då luktreceptorerna kan känna igen denna vid koncentrationer i storleksordningen av parts-per-billion (miljarddel; ppb). Detta innebär att den minsta läcka i processrören eller utrustning kan leda till stora luktproblem eftersom gasen måste spädas ut åtminstone 200 000 gånger sin volym innan lukten förhindras.

 

Fördelar med luktreducering med ozonbaserade lösningar

Genom att börja med traditionella lösningar som grund har Ozonetech utvecklat innovativa ozonbaserade lösningar för luktutsläpp vilka kan bidra till en förhöjd kostnadseffektivitet av processen samtidigt som en hög standard för luktreduceringen kan fastställas. En sammanställning av driftskostnader av en traditionell lösning jämfört med en av Ozonetechs ozonbaserade lösningar visas i figuren nedan.

 

Driftkostnader för ett luktreduceringssystem: jämförelse mellan en traditionell lösning (vänster) och ett utbud av Ozonetechs lösningar (höger).

 

Som tydligt syns i figuren ovan, driftkostnaderna av en Ozonetech-lösning är upp till fyra gånger billigare jämfört med den traditionella lösningen, även om man då räknar in suboptimala inställningar. De lägre driftkostnaderna bidrar med stora ekonomiska besparingar årligen, med ett värde upp mot en miljon SEK/år. Figuren ovan visar dessutom flexibiliteten av våra lösningar. Eftersom varje biogasprocess är annorlunda och har olika krav blir det extra viktigt att kunna anpassa våra system beroende på kundens önskemål. Varje lösning är därmed grundligt utvecklad och skräddarsydd för att maximera fördelarna, såsom de låga driftkostnaderna i fallet ovan. Utöver kostnadsbesparingarna säkerställer en lösning från Ozonetech en hög effektivitet och prestanda genom hela sin livstid vilket resulterar i en effektiv luktreducering över en väldigt lång period.

En vanlig luktreducerings-lösning från Ozonetech består av flera olika steg, inkluderat RENA Pro-ozonmaskiner och det katalytiska filtret Nodora.

För mer information, läs mer på sidorna Luktreducering och Nodora luktrening.

Återanvändning av slam

Vätskefraktionen (eller slammet) som finns kvar efter produktionen av biogas innehåller höga halter kväveföreningar, vilka i sin tur kan bidra med värde i t.ex. jordbruk som ett billigt och effektivt gödningsmedel. Däremot måste slammet behandlas innan det kan återanvändas. Lukterna måste tas bort och de obehagliga färgerna bör renas.

Ozon kan användas för att lösa båda dessa problem. Genom att injicera ozonet direkt i slammet börjar fördelarna redan vid källan, lukterna tas bort innan de förflyktigas i känsliga miljöer. Dessutom minskar COD-halten markant vilket medför en färgförändring och slammet blir redo att återanvändas som gödningsmedel.

Läs mer om Luktreducering och RENA Pro-ozonsystemen, för luktbehandling.

Läs mer om COD Reduktion och RENA Vivo-ozonsystemen, för COD behandling.

Ozone tech