Change search
Link to record
Permanent link

Direct link
BETA
Publications (10 of 43) Show all publications
Rodhe, L., Alverbäck, A., Ascue, J., Edström, M., Nordberg, Å., Pizzul, L. & Tersmeden, M. (2018). Åtgärder för att minimera växthusgasutsläpp från lager med rötad och orötad gödsel.
Open this publication in new window or tab >>Åtgärder för att minimera växthusgasutsläpp från lager med rötad och orötad gödsel
Show others...
2018 (Swedish)Report (Other academic)
Alternative title[en]
Measures to minimize greenhouse gas emissions from slurry storage
Abstract [sv]

Kunskap om effektiva, funktionella och ekonomiska åtgärder krävs för att säkerställa små utsläpp av växthusgaser från lager med både orötad och rötad gödsel. I detta treåriga projekt har olika tänkbara åtgärder i flytgödsellager studerats genom mätning av växthusgaserna metan och lustgas under sommarförhållanden. Åtgärder som förlängd utrötningstid och surgörning av gödsel med svavelsyra, har utvärderats i RISE pilotskaleanläggning för lagring av flytgödsel. Åtgärder för att minska lustgasemissioner bildat i svämtäcke på gödselyta i ett fullskalelager har studerats på gårdsnivå. Kompletterande teoretiska beräkningar har utförts för att bedöma effekten av att täcka flytgödsellager samt laboratoriestudier av temperaturens påverkan på metangas-emissionerna.

Grundläggande är att temperaturen har stor betydelse, vilket visades i laboratorieskalan. Vid ökad temperatur ökade metanproduktionen exponentiellt för rötad gödsel medan för orötad gödsel var ökningen betydligt mindre. De teoretiska värmebalansberäkningarna för lager med gödsel visade att beskuggning av gödselytan eller täckning av lager med vitt tak bör kunna reducera denna uppvärmning kraftigt på våren eftersom värmeinstrålningen från solljus till gödsellager kan förklarade största delen av gödselns uppvärmning.

Studierna under första och sista året visade att metanemissionerna var signifikant större från gödseln när den var rötad än om den var orötad. Sammanlagda förlusterna av metan var 2,5 respektive fyra gånger så höga från den rötade gödseln under sommarlagringarna (ca fyra månader). Det betyder att det är speciellt viktigt att sätta in åtgärder vid lagring av rötad gödsel för att begränsa utsläppen av metan och därmed minska klimatpåverkan.

En åtgärd för att få lägre metanemissioner från den rötade gödseln är att förlänga utrötningstiden, dvs. den hydrauliska uppehållstiden i rötkammaren. Studierna år 1 visar att vid en fördubblad uppehållstid, 48 dagar istället för 24 dagar, minskade metanemissionerna från lagret med 30 procent. På gårdar med rötningsanläggningar är ett gastätt tak med uppsamling av biogasen också en bra åtgärd för att effektivisera anläggningen och förhindra utsläpp av klimatgaser från lagret.

Surgörning av flytgödsel med svavelsyra praktiseras främst i Danmark för att minska ammoniakavgången från flytgödsel, i stall, lager och vid spridning. Resultaten visar att det är en mycket effektiv metod för att minimera metangasemissionerna från lager med en reduktion med mer än 90 procent både för orötad och för rötad gödsel. Speciellt för gödselslag där det inte bildas naturligt svämtäcke kan surgörning vara intressant för att minska både ammoniak- och metanemissioner.

Åtgärder som surgörning av svämtäcket för att minska lustgasemissioner visade sig inte behövas eftersom lustgasemissionerna var relativt låga, trots att svämtäcket var bortåt en halv meter tjockt. Den finhackade halmen som användes som strö, bildade ett slätt och tätt svämtäcke på gödselytan vilket troligen hämmande lustgasbildningen, till följd av att luften inte kunde penetrera skiktet. Så finhackningen av halmströ kan eventuellt vara i sig en tänkbar åtgärd, vilket också kan minska ströåtgången.

Metanproduktionen från en rötkammare är ofta svår att mäta, och beräknas därför ofta indirekt utifrån producerad elproduktion. Ett exempel på nyckeltal för att visa klimateffektiviteten hos anläggningen visas där metanemissionerna från lager under sommaren var 10,2 % av producerad mängd metan från rötkammare vid enstegsrötning under 24 dagar respektive 5,5 % vid tvåstegsrötning under 48 dagar. På årsbasis blir procenttalen betydligt lägre eftersom emissionerna är låga under vintern.

Abstract [en]

Ensuring low emissions of greenhouse gases from both undigested and digested animal slurry in storage requires a knowledge of effective, functional and economic measures. This three-year project has studied various potential measures for use in slurry storage. The greenhouse gases methane and nitrous oxide have been measured under summer conditions. Measures such as extended digestion time and acidification of slurry with sulfuric acid have been evaluated in a RISE pilot-scale plant for slurry storage. Measures to reduce nitrous oxide emissions formed in floating crust in a full-scale storage have been studied at farm level. Complementary theoretical calculations have been carried out to assess the effect of covering slurry stores. The impact of temperature on methane emissions has been studied in the laboratory.

The fundamental point demonstrated on the laboratory scale is that the temperature is highly significant. As the temperature rose, methane production increased exponentially for digested slurry. For undigested slurry, the increase was considerably less. Most of the heat gained by the slurry can be attributed to solar radiation. Theoretical thermal balance calculations for slurry in storage indicated that it should be possible to reduce this heating significantly in spring by shading the slurry surface or provide the storage with a white roof.

The studies in years 1 and 3 showed that methane emissions were significantly greater from digested than from undigested slurry. The total loss of methane from digested slurry was 2.5 and four times higher, respectively, during summer storage (approx. four months). It is therefore particularly important to implement measures to limit methane emissions from digested slurry in storage, thereby reducing the impact on the climate.

One way to achieve lower methane emissions from digested slurry is to extend the duration of digestion, i.e. the hydraulic retention time in the digester. The studies in year 1 showed that doubling the retention time from 24 to 48 days reduced methane emissions from storage by 30 percent. At farms with digestion plants, a gas-tight roof with biogas collection is also an effective way to make the plant more efficient and prevent emissions of greenhouse gases from storage.

Acidification of slurry with sulfuric acid is practiced in Denmark, to reduce ammonia emissions from slurry in housing, in storage and during spreading. The results show that it is also a very effective method for minimizing methane emissions from storage, with a reduction of more than 90 percent for both undigested and digested slurry. Acidification may be of interest as a way of reducing emissions of both ammonia and methane, particularly for types of slurry that do not naturally form a floating crust.

Measures such as acidification of the floating crust to reduce nitrous oxide emissions did not prove to have effect because nitrous oxide emissions were relatively low, despite the floating crust being nearly half a metre thick. The chopped straw used for litter formed a smooth and dense floating crust on the surface of the slurry, and probably inhibited nitrous oxide formation because air was unable to penetrate the layer. Chopped straw litter in itself could therefore be a potential measure. This might also reduce straw consumption.

Methane production from a digester is often difficult to measure and is therefore often calculated indirectly from the electricity produced. An example of key indicator for the climatic efficiency of the plant is given. For storage in summer, 10.2% of the methane produced was emitted during one-stage digestion over 24 days, and 5.5% during two-stage digestion over 48 days. The annual percentages are considerably lower because of low emissions in winter.

Publisher
p. 52
Series
RISE Rapport ; 2018:18
Keywords
Liquid manure, slurry storage, greenhouse gases, measures, Flytgödsel, gödsellager, växthusgaser, åtgärder
National Category
Environmental Sciences related to Agriculture and Land-use
Identifiers
urn:nbn:se:ri:diva-33858 (URN)978-91-88695-53-6 (ISBN)
Funder
Swedish Board of Agriculture
Available from: 2018-05-18 Created: 2018-05-18 Last updated: 2018-08-21Bibliographically approved
Andersson, J., Nordberg, Å. & Westin, G. (2017). Askfilter för rening av svavelväte i deponigas.
Open this publication in new window or tab >>Askfilter för rening av svavelväte i deponigas
2017 (Swedish)Report (Other academic)
Abstract [sv]

Deponigas bildas under syrefria förhållanden i deponier genom mikrobiell nedbrytning av organiskt material. Gasens sammansättning kan variera mycket, men från svenska deponier brukar den generellt bestå av 40-60 % metan, 30-40 % koldioxid och 5-20 % kvävgas. Svavelväte (H2S) är en mycket giftig och korrosiv gas som finns i deponigas i varierande omfattning, från 10 till 30 000 ppm (motsvarar 0,001-3,0 %). Det är önskvärt att deponigas används för el och/eller värmeproduktion, men för att detta ska vara möjligt behöver H2S-halten renas till låga nivåer (< 200 ppm). Höga halter H2S ökar slitaget på motor/panna och därmed frekvensen på servicetillfällen. Det leder till dyra underhållskostnader och i slutändan till förkortad livslängd för anläggningen. För att minska korrosionen är det vanligt att rökgastemperaturen justeras upp, men det leder samtidigt till lägre verkningsgrad och därmed till sämre energiutnyttjande av gasen. I en del fall bedöms gasens innehåll av H2S vara för högt för att kunna användas för energiproduktion. Under 2015 facklades 53 GWh deponigas i Sverige, vilket i många fall beror på problem med höga halter H2S.

 

Rening av deponigas från H2S leder således till flera nyttigheter; gasens energiinnehåll används effektivare, underhålls- och servicekostnaderna för förbränningsanläggningarna minskar och utsläpp av försurande svaveldioxid från förbränning av deponigas reduceras. Det finns kommersiell reningsteknik för H2S men den är dyr, både vad gäller kapitalkostnad och driftkostnad. Därmed finns ett behov av att ta fram nya billigare reningstekniker som förbättrar driftekonomin vid deponierna och som möjliggör att även deponigas med höga H2S-halter kan utnyttjas för nyttig energiomvandling.

 

RISE (f.d. JTI - Inst. för jordbruks och miljöteknik) utvecklar tillsammans med SLU nya, potentiellt kostnadseffektiva metoder för att uppgradera biogas till drivmedelskvalité. En av metoderna baseras på att gasen får passera en bädd av fuktig aska (ett s.k. askfilter) varvid koldioxid och H2S fixeras. Hypotesen i det här projektet var att askor med ursprung från förbränning av avfall, RT-flis eller liknande kan användas för att rena bort höga halter H2S från deponigas. Denna typ av askor ska i regel ändå avsättas på deponier och om reningseffekten är god skulle det ge synergieffekter i form av att askan först används för att rena deponigas från svavel innan den avsätts som konstruktionsmaterial på deponier.

 

I det här projektet utfördes två försök i pilotskala vid en svensk deponi med mycket höga halter H2S, ca 15 000 ppm. Olika gasflöden studerades (0,7-7,6 m3/h) medan askvolymen var lika i de båda försöken, 0,37 m3. Halten H2S i den renade gasen var genomgående mycket låg under behandling, < 10 ppm vid låga gasflöden och < 200 ppm vid höga gasflöden. Två asktyper undersöktes och båda visade sig ha mycket god förmåga att fixera H2S, 44-61 g H2S/kg torr aska. Vid jämförelse med litteraturvärden är det bara en studie som visar upptag i samma storleksordning, övriga studier ligger ca en tiopotens lägre i upptag.

 

Utifrån försöksresultaten bestämdes den tekniska och ekonomiska potentialen för askfilter som reningsmetod. Beräkningarna gjordes för olika typanläggningar för att på så sätt täcka in vanligt förekommande deponier. För normalstora deponier med gasflöden på 100-1 000 m3/h och H2S-halter mellan 100 och 1 000 ppm uppgår askbehovet till 10-130 ton torr aska per år. För specialfallet där halten H2S är extremt hög ökar askbehovet och för en anläggning med 15 000 ppm H2S och ett gasflöde på 200 m3/h krävs det ca 800 ton torr aska per år. Överlag är det emellertid beskedliga mängder aska som krävs och skulle t.ex. samtliga svenska deponier använda aska för gasrening skulle askbehovet endast vara 0,2-0,3 % av den årliga svenska askproduktionen.

 

De ekonomiska beräkningarna visar att askfilter är en konkurrenskraftig metod för att rena bort H2S. För specialfallet med extremt höga halter H2S visade det sig att kostnaden för askfilter är drygt 20 % lägre jämfört med den för ändamålet billigaste konventionella reningstekniken på marknaden. Även vid rening av deponigas med mer normala halter H2S står sig askfilter väl. Vid låga flöden kring 100 m3/h är askfilter klart billigare jämfört med litteraturvärden för konventionell reningsteknik. Skalfördelarna tycks dock vara större för de konventionella reningsteknikerna och därför blir skillnaden mellan reningskostnaden för askfilter jämfört med annan teknik mindre vid högre gasflöden.

 

De låga reningskostnaderna för askfilter kan öppna upp möjligheter för deponier som idag inte renar gas från H2S. Under projektet kontaktades 15 svenska deponier och ingen av dessa hade någon form av H2S-rening. Med rening kan deponigas däremot användas effektivare, t.ex. genom minskad fackling, ökad verkningsgrad för el- och värmeproduktion samt minskat slitage på pannor och förbränningsutrustning. Dessutom minskar emissioner av svavel till atmosfären, vilket även minskar potentiella luktproblem kring deponin.

 

För fortsatt utveckling är utformning och design av en prototyp av en askfiltermodul i fullskala en central del. Vidare måste den behandlade askan undersökas vad gäller urlakningsegenskaper, lagringsbarhet och användbarhet som konstruktionsmaterial på deponier tillsammans med en bedömning av de samlade miljökonsekvenserna. Försök i fullskala bör även göras vid fler deponier med olika gasflöden och H2S-halter i deponigasen för att verifiera prestanda från de genomförda pilotförsöken.

Deponigas bildas under syrefria förhållanden i deponier genom mikrobiell nedbrytning av organiskt material. Gasens sammansättning kan variera mycket, men från svenska deponier brukar den generellt bestå av 40-60 % metan, 30-40 % koldioxid och 5-20 % kvävgas. Svavelväte (H2S) är en mycket giftig och korrosiv gas som finns i deponigas i varierande omfattning, från 10 till 30 000 ppm (motsvarar 0,001-3,0 %). Det är önskvärt att deponigas används för el och/eller värmeproduktion, men för att detta ska vara möjligt behöver H2S-halten renas till låga nivåer (< 200 ppm). Höga halter H2S ökar slitaget på motor/panna och därmed frekvensen på servicetillfällen. Det leder till dyra underhållskostnader och i slutändan till förkortad livslängd för anläggningen. För att minska korrosionen är det vanligt att rökgastemperaturen justeras upp, men det leder samtidigt till lägre verkningsgrad och därmed till sämre energiutnyttjande av gasen. I en del fall bedöms gasens innehåll av H2S vara för högt för att kunna användas för energiproduktion. Under 2015 facklades 53 GWh deponigas i Sverige, vilket i många fall beror på problem med höga halter H2S.

 

Rening av deponigas från H2S leder således till flera nyttigheter; gasens energiinnehåll används effektivare, underhålls- och servicekostnaderna för förbränningsanläggningarna minskar och utsläpp av försurande svaveldioxid från förbränning av deponigas reduceras. Det finns kommersiell reningsteknik för H2S men den är dyr, både vad gäller kapitalkostnad och driftkostnad. Därmed finns ett behov av att ta fram nya billigare reningstekniker som förbättrar driftekonomin vid deponierna och som möjliggör att även deponigas med höga H2S-halter kan utnyttjas för nyttig energiomvandling.

 

RISE (f.d. JTI - Inst. för jordbruks och miljöteknik) utvecklar tillsammans med SLU nya, potentiellt kostnadseffektiva metoder för att uppgradera biogas till drivmedelskvalité. En av metoderna baseras på att gasen får passera en bädd av fuktig aska (ett s.k. askfilter) varvid koldioxid och H2S fixeras. Hypotesen i det här projektet var att askor med ursprung från förbränning av avfall, RT-flis eller liknande kan användas för att rena bort höga halter H2S från deponigas. Denna typ av askor ska i regel ändå avsättas på deponier och om reningseffekten är god skulle det ge synergieffekter i form av att askan först används för att rena deponigas från svavel innan den avsätts som konstruktionsmaterial på deponier.

 

I det här projektet utfördes två försök i pilotskala vid en svensk deponi med mycket höga halter H2S, ca 15 000 ppm. Olika gasflöden studerades (0,7-7,6 m3/h) medan askvolymen var lika i de båda försöken, 0,37 m3. Halten H2S i den renade gasen var genomgående mycket låg under behandling, < 10 ppm vid låga gasflöden och < 200 ppm vid höga gasflöden. Två asktyper undersöktes och båda visade sig ha mycket god förmåga att fixera H2S, 44-61 g H2S/kg torr aska. Vid jämförelse med litteraturvärden är det bara en studie som visar upptag i samma storleksordning, övriga studier ligger ca en tiopotens lägre i upptag.

 

Utifrån försöksresultaten bestämdes den tekniska och ekonomiska potentialen för askfilter som reningsmetod. Beräkningarna gjordes för olika typanläggningar för att på så sätt täcka in vanligt förekommande deponier. För normalstora deponier med gasflöden på 100-1 000 m3/h och H2S-halter mellan 100 och 1 000 ppm uppgår askbehovet till 10-130 ton torr aska per år. För specialfallet där halten H2S är extremt hög ökar askbehovet och för en anläggning med 15 000 ppm H2S och ett gasflöde på 200 m3/h krävs det ca 800 ton torr aska per år. Överlag är det emellertid beskedliga mängder aska som krävs och skulle t.ex. samtliga svenska deponier använda aska för gasrening skulle askbehovet endast vara 0,2-0,3 % av den årliga svenska askproduktionen.

 

De ekonomiska beräkningarna visar att askfilter är en konkurrenskraftig metod för att rena bort H2S. För specialfallet med extremt höga halter H2S visade det sig att kostnaden för askfilter är drygt 20 % lägre jämfört med den för ändamålet billigaste konventionella reningstekniken på marknaden. Även vid rening av deponigas med mer normala halter H2S står sig askfilter väl. Vid låga flöden kring 100 m3/h är askfilter klart billigare jämfört med litteraturvärden för konventionell reningsteknik. Skalfördelarna tycks dock vara större för de konventionella reningsteknikerna och därför blir skillnaden mellan reningskostnaden för askfilter jämfört med annan teknik mindre vid högre gasflöden.

 

De låga reningskostnaderna för askfilter kan öppna upp möjligheter för deponier som idag inte renar gas från H2S. Under projektet kontaktades 15 svenska deponier och ingen av dessa hade någon form av H2S-rening. Med rening kan deponigas däremot användas effektivare, t.ex. genom minskad fackling, ökad verkningsgrad för el- och värmeproduktion samt minskat slitage på pannor och förbränningsutrustning. Dessutom minskar emissioner av svavel till atmosfären, vilket även minskar potentiella luktproblem kring deponin.

 

För fortsatt utveckling är utformning och design av en prototyp av en askfiltermodul i fullskala en central del. Vidare måste den behandlade askan undersökas vad gäller urlakningsegenskaper, lagringsbarhet och användbarhet som konstruktionsmaterial på deponier tillsammans med en bedömning av de samlade miljökonsekvenserna. Försök i fullskala bör även göras vid fler deponier med olika gasflöden och H2S-halter i deponigasen för att verifiera prestanda från de genomförda pilotförsöken.

Abstract [en]

Landfill gas is formed under anaerobic conditions in landfills by microbial degradation of organic material. The gas composition can vary, but at Swedish landfills the gas generally consists of 40-60% methane, 30-40% carbon dioxide and 5-20% nitrogen. Hydrogen sulphide (H2S) is a highly toxic and corrosive gas, which occur in landfill gas in varying concentrations, from 10 to 30,000 ppm (equivalent to 0.001 to 3.0%). It is desirable that the landfill gas is used for electricity and/or heat production, but to do that there is a need to clean the gas to reach <200 ppm H2S. High levels of H2S increases wear on the engine/boiler and thus the frequency of servicing. This leads to expensive maintenance costs, and ultimately shortens the economic life of the plant. To reduce corrosion, it is common to adjust the flue gas temperature, but this also leads to a lower efficiency and thus reduces the energy utilization of the gas. In some cases the gas concentration of H2S is judged to be too high to be used for energy production at all. In 2015, approximately 53 GWh of landfill gas was flared in Sweden, which in many cases is due to problems with high levels of H2S.

 

Cleaning of landfill gas from H2S leads to several values; the gas energy is used efficiently, maintenance and service costs of the engines/boiler are reduced, and emissions of acidifying sulphur dioxide from combustion of landfill gas decreases. There are commercial cleaning technologies for H2S but they are expensive, both in terms of capital cost and operating cost. Thus, there is a need to develop new cost efficient cleaning technologies that improve the economic outcome at landfills and that enables landfill gas with high H2S concentrations to be utilized for valuable energy transformation.

 

RISE (formerly JTI – Swedish Institute of Agricultural and Environmental Engineering) together with SLU develops new, potentially cost-efficient methods for upgrading biogas to fuel quality. One of the methods is based on the gas passing through a bed of moist ash (a so-called ash filter), where carbon dioxide and H2S are fixed. The hypothesis of this project was that ashes originating from the incineration of waste, recycled waste wood etc., can be used to clean the high levels of H2S in landfill gas. This type of ashes will usually be disposed of in landfills anyway and if the treatment effect is good, it would generate synergy effects in the form of the ash first being used to clean landfill gas from sulphur before it is used as a construction material at landfills.

 

This project performed two trials in pilot scale at a Swedish landfill with very high concentration of H2S, approximately 15,000 ppm. Different gas flow rates were studied (0.7 to 7.6 m3 / h), while the volume of ash used were similar in the two trials, 0,37 m3. The concentration of H2S in the cleaned gas was consistently very low during treatment, < 10 ppm at low gas flow rates and < 200 ppm at high gas flow rates. Two types of ash were investigated and both proved to have very good capacity to fix H2S, 44-61 g H2S/kg dry ash. In comparison with literature values, there is only one study showing an uptake capacity in the same order. Other studies report an order of magnitude lower uptake capacity.

Based on the experimental results, the technical and economic potential for an ash filter as the cleaning method was assessed. The calculations were made for various typical landfills to cover the different range of landfills. For normal sized landfills with gas flow rates of 100-1 000 m3/h and H2S concentrations between 100 and 1 000 ppm, the amount of ash needed is 10-130 tons of dry ash per year. For the special case where the H2S concentration is extremely high, the amount of ash increases and a plant with 15 000 ppm H2S and a gas flow rate of 200 m3/h requires approximately 800 tons of dry ash per year. However, overall modest amounts of ash is required and considering all Swedish landfills the requirement of ash would be only 0.2-0.3% of the annual production of ash in Sweden.

 

The economic calculations show that the ash filter is a competitive method for removal of H2S. For the special case of extremely high levels of H2S, it turned out that the cost of the ash filter is approximately 20% lower in comparison with the cheapest feasible conventional cleaning technology on the market. Also for the cleaning of landfill gas at more normal levels of H2S, the ash filter is competitive. At low gas flow rates (100 m3/h), the ash filter is clearly competitive compared to literature values for conventional cleaning technologies. The economy of scale seems to be higher for the conventional cleaning technologies, and consequently the difference between the cost of ash filter cleaning and other technologies is less at higher gas flow rates.

 

The low treatment cost of the ash filter reveals opportunities for landfills that currently do not clean the gas from H2S. During the project 15 Swedish landfills was contacted and none of these reported any form of H2S cleaning. When using cleaning, the landfill gas can be used effectively, i.e. reduced flaring, increased efficiency of electricity and heat production with reduced wear on boilers and combustion equipment as well as reduced emissions of sulphur into the atmosphere, which also reduces the potential odour problems around the landfill.

 

For further development, the design of an ash filter module prototype at full-scale is important. Furthermore, the treated ashes should be analysed for leaching characteristics, storability and usability as construction materials or as cover landfills along with an assessment of the overall environmental impact. Further tests at full scale should be made at other landfills with various gas flow rates and H2S concentrations to verify the performance of the conducted pilot tests.

Publisher
p. 32
Keywords
landfill gas, hydrogen sulphide, hydrogen sulfide, ash, ash filter, sulfur removal, gas cleaning, deponigas, svavelväte, aska, askfilter, svavelfixering, gasrening
National Category
Renewable Bioenergy Research
Identifiers
urn:nbn:se:ri:diva-29402 (URN)
Projects
Askfilter för rening av svavelväte i deponigas
Funder
Swedish Energy Agency, 42510-1Swedish Research Council FormasVINNOVA
Available from: 2017-04-26 Created: 2017-04-26 Last updated: 2018-12-19Bibliographically approved
Rodhe, L., Edström, M., Nordberg, Å., Tersmeden, M. & Ascue, J. (2016). Åtgärder för att minimera växthusgasutsläpp från lager med rötad och orötad gödsel (år 1).
Open this publication in new window or tab >>Åtgärder för att minimera växthusgasutsläpp från lager med rötad och orötad gödsel (år 1)
Show others...
2016 (Swedish)Report (Other academic)
Publisher
p. 10
Series
Jordbruksverksprojekt Dnr: 4.1.18-11570/14 Slutrapport år 1
National Category
Agricultural Sciences
Identifiers
urn:nbn:se:ri:diva-27762 (URN)
Available from: 2017-01-04 Created: 2017-01-04 Last updated: 2018-08-21
Grim, J., Malmros, P., Schnürer, A. & Nordberg, Å. (2015). Comparison of pasteurization and integrated thermophilic sanitation at a full-scale biogas plant: Heat demand and biogas production (ed.). Energy, 79, 419-427
Open this publication in new window or tab >>Comparison of pasteurization and integrated thermophilic sanitation at a full-scale biogas plant: Heat demand and biogas production
2015 (English)In: Energy, ISSN 0360-5442, E-ISSN 1873-6785, Vol. 79, p. 419-427Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

Sanitation is required for biogas plants handling slaughterhouse and food waste according to EU legislation. The standard method is pasteurization at 70 °C for 60 min, but integrated thermophilic sanitation (ITS), requiring 52 °C for 10 h in the digester, has been approved by the Swedish Board of Agriculture. This work compares pasteurization and ITS regarding heat demand and biogas production, using a full-scale plant in Uppsala, Sweden, as a case study. The plant currently uses pasteurization and thermophilic (52 °C) digestion. The impact of pasteurization on biogas production and process performance was examined at laboratory-scale. The heat demand for pasteurization was surveyed at the full-scale plant, while for ITS a process design was developed and the heat demand was theoretically calculated. The results showed that pasteurization had no significant effect on process performance or biogas production. The heat demand of pasteurization was measured to be 1.92 ± 0.29 MJ (kg VS)−1 (64.7 kWh t−1), while ITS was calculated to require 1.04 MJ (kg VS)−1 (35.1 kWh t−1). This represented 9% and 5% of biogas energy production, respectively. Changing sanitation method to ITS would hence reduce the heat demand at the plant by 46%, corresponding to annual savings of 4380 GJ (1.22 GWh).

Keywords
Anaerobic digestion, Sanitation, Pasteurization, Heat demand, Biogas production, Process performance
National Category
Agricultural Science, Forestry and Fisheries
Identifiers
urn:nbn:se:ri:diva-2387 (URN)10.1016/j.energy.2014.11.028 (DOI)
Available from: 2016-09-07 Created: 2016-09-07 Last updated: 2019-07-02Bibliographically approved
Moghaddam, E. A., Ahlgren, S., Hulteberg, C. & Nordberg, Å. (2015). Energy balance and global warming potential of biogas-based fuels from a life cycle perspective (ed.). Fuel processing technology, 132, 74-82
Open this publication in new window or tab >>Energy balance and global warming potential of biogas-based fuels from a life cycle perspective
2015 (English)In: Fuel processing technology, ISSN 0378-3820, E-ISSN 1873-7188, Vol. 132, p. 74-82Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

Biogas is a multifunctional energy carrier currently used for co-generation or compressed biomethane as vehicle fuel. Gas-to-liquid (GTL) technology enables conversion of biogas into other energy carriers with higher energy density, facilitating fuel distribution.

The energy efficiency and global warming potential (GWP) for conversion of biogas to compressed biogas (CBG), liquefied biogas (LBG), Fischer–Tropsch diesel (FTD), methanol and dimethyl ether (DME) were studied in a life cycle perspective covering the technical system from raw biogas to use in city buses.

CBG, methanol and DME showed the best specific fuel productivity. However, when fuel distribution distances were longer, DME, LBG and methanol showed the best energy balance. Methanol, FTD and DME emitted half the GWP of LBG and CBG. Choice of electricity mix had a large impact on GWP performance. Overall, taking into account the different impact categories, combustion properties and fuel yield from raw biogas, DME showed the best performance of the fuel conversion scenarios assessed.

Keywords
Biogas, GTL fuels, LCA, Energy performance, Global warming potential
National Category
Agricultural Science, Forestry and Fisheries
Identifiers
urn:nbn:se:ri:diva-2389 (URN)10.1016/j.fuproc.2014.12.014 (DOI)
Available from: 2016-09-07 Created: 2016-09-07 Last updated: 2019-07-03Bibliographically approved
Rodhe, L., Ascue, J., Willén, A., Vegerfors Persson, B. & Nordberg, Å. (2015). Greenhouse gas emissions from storage and field application of anaerobically digested and non-digested cattle slurry (ed.). Agriculture, Ecosystems & Environment, 199, 358-368
Open this publication in new window or tab >>Greenhouse gas emissions from storage and field application of anaerobically digested and non-digested cattle slurry
Show others...
2015 (English)In: Agriculture, Ecosystems & Environment, ISSN 0167-8809, E-ISSN 1873-2305, Vol. 199, p. 358-368Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

Emissions of the greenhouse gases (GHG), methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) from non-digested and digested cattle slurry were measured during storage in a pilot-scale facility and during subsequent field application. In three treatments, non-digested cattle slurry (CS), digested cattle slurry (DCS) and digested cattle slurry covered with a roof (DCS-R), GHG emissions were measured during more than three months of storage in summer and in winter. After each storage season, CS and DCS were applied in the field before sowing, either in late summer or in spring, and compared with an unfertilised control (Control). GHG measurements were conducted using a closed chamber technique on both storage tanks and in the field, and the experiments were organised according to a randomised complete block design with three blocks. In the field, three closed chambers were placed randomly in each small plot. For every experimental unit, 7-9 measurements were made over time. Mean daily CH4 emissions during summer storage were 2.37, 7.79 and 6.78g CH4-Cm-3d-1 slurry for CS, DCS and DCS-R, respectively, and were significantly higher for DCS and DCS-R compared with CS (p<0.001). DCS-R gave significantly (p<0.05) lower CH4 emissions than DCS. The limited number of gas samples analysed during the study period may have resulted in increased uncertainty in the estimates. Mean daily CH4 emissions during winter storage were very low, with no significant differences (p>0.05) between treatments. Non-negligible N2O emissions were only detected from DCS-R in summer (cumulative mean emissions 5.98gN2O-Nm-2), corresponding to an emissions factor for N2O-N (EFN2O) of 0.24%.In the field, cumulative emissions of N2O were very limited for CS and DCS (EFN2O 0.59% and 0.44%, respectively, in autumn and 0.20% and 0.10%, respectively, in spring).A combination of summer storage and autumn spreading of DCS had the largest impact on global warming potential (GWP100) in terms of CO2-equivalents (CO2e) (28.7kg CO2em-3 slurry), with the impact from storage dominating. Presence of a roof reduced CH4 emissions, but also stimulated formation of N2O during summer and therefore had no net effect on GWP100. With winter storage and spring spreading, CS gave the lowest impact (2.51kg CO2em-3 slurry).

Keywords
Greenhouse gas emissions, Cattle slurry, Anaerobic digestion, Storage, Spreading
National Category
Agricultural Science, Forestry and Fisheries
Identifiers
urn:nbn:se:ri:diva-2392 (URN)10.1016/j.agee.2014.10.004 (DOI)2-s2.0-84912049126 (Scopus ID)
Available from: 2016-09-07 Created: 2016-09-07 Last updated: 2019-07-05Bibliographically approved
Kimming, M., Sundberg, C., Nordberg, Å., Baky, A., Bernesson, S. & Hansson, P.-A. (2015). Replacing fossil energy for organic milk production: potential biomass sources and greenhouse gas emission reductions (ed.). Journal of Cleaner Production, 106, 400-407
Open this publication in new window or tab >>Replacing fossil energy for organic milk production: potential biomass sources and greenhouse gas emission reductions
Show others...
2015 (English)In: Journal of Cleaner Production, ISSN 0959-6526, E-ISSN 1879-1786, Vol. 106, p. 400-407Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

There is a growing awareness of the climate impact of agricultural production, not least from cattle farms. Major sources of GHG emissions from milk production are enteric fermentation followed by fossil fuel use and manure/soil management systems. This study analyzes the potential to eliminate fossil fuel use from milk production farms in Sweden, by using residual farm resources of biomass to obtain self-sufficiency in fuel, heat and electricity. The change from a fossil-based energy system to a renewable system based on A) Biogas based on manure and straw and B) Biogas based on manure + RME were analyzed with consequential life cycle assessment (CLCA) methodology. Focus was energy use and GHG emissions and the functional unit was 1 kg of energy-corrected milk (ECM). The results show that organic milk producers can become self-sufficient in energy and reduce total GHG emissions from milk production by 46% in the Biogas system, or 32% in the Biogas + RME system compared to the Fossil system.

Keywords
Organic agriculture, Biomass, Biogas, Biodiesel, Life cycle assessment, Methane
National Category
Agricultural Science, Forestry and Fisheries
Identifiers
urn:nbn:se:ri:diva-2396 (URN)10.1016/j.jclepro.2014.03.044 (DOI)2-s2.0-84897364848 (Scopus ID)
Note

Part of special issue: Bridges for a more sustainable future: Joining Environmental Management for Sustainable Universities (EMSU) and the European Roundtable for Sustainable Consumption and Production (ERSCP) conferences

Available from: 2016-09-07 Created: 2016-09-07 Last updated: 2019-07-09Bibliographically approved
Kimming, M., Sundberg, C., Nordberg, Å. & Hansson, P.-A. (2015). Vertical integration of local fuel producers into rural DH systems: Climate impact and production costs (ed.). Energy Policy, 78, 51-61
Open this publication in new window or tab >>Vertical integration of local fuel producers into rural DH systems: Climate impact and production costs
2015 (English)In: Energy Policy, ISSN 0301-4215, E-ISSN 1873-6777, Vol. 78, p. 51-61Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

Farmers can use their own agricultural biomass residues for heat production in small-scale systems, enabling synergies between the district heating (DH) sector and agriculture. The barriers to entry into the Swedish heat market were extremely high as long as heat distribution were considered natural monopoly, but were recently lowered due to the introduction of a regulated third party access (TPA) system in the DH sector. This study assesses the potential impact on greenhouse gas emissions and cost-based heat price in the DH sector when farmers vertically integrate into the heat supply chain and introduce more local and agricultural crops and residues into the fuel mix. Four scenarios with various degree of farmer integration, were assessed using life cycle assessment (LCA) methodology, and by analysis of the heat production costs. The results show that full integration of local farm and forest owners in the value chain can reduce greenhouse gas emissions and lower production costs/heat price, if there is an incentive to utilise local and agricultural fuels. The results imply that farmer participation in the DH sector should be encouraged by e.g. EU rural development programmes.

Keywords
Crop residues, District heating, Farmers' profitability, Forest residues, Greenhouse gas emissions
National Category
Agricultural Science, Forestry and Fisheries
Identifiers
urn:nbn:se:ri:diva-2388 (URN)10.1016/j.enpol.2014.11.037 (DOI)
Available from: 2016-09-07 Created: 2016-09-07 Last updated: 2019-07-09Bibliographically approved
Ericsson, N., Nordberg, Å., Sundberg, C., Ahlgren, S. & Hansson, P.-A. (2014). Climate impact and energy efficiency from electricity generation through anaerobic digestion of direct combustion of short rotation coppice willow. (ed.). Applied Energy, 132, 86-92
Open this publication in new window or tab >>Climate impact and energy efficiency from electricity generation through anaerobic digestion of direct combustion of short rotation coppice willow.
Show others...
2014 (English)In: Applied Energy, Vol. 132, p. 86-92Article in journal (Refereed) Published
National Category
Agricultural Science, Forestry and Fisheries
Identifiers
urn:nbn:se:ri:diva-2403 (URN)
Available from: 2016-09-07 Created: 2016-09-07 Last updated: 2018-08-17Bibliographically approved
Norberg, I., Nordberg, Å., Larsolle, A. & Andersson, J. (2013). Hydrate for transport and storage of biogas and biomethane: A scenario study (ed.). Paper presented at .
Open this publication in new window or tab >>Hydrate for transport and storage of biogas and biomethane: A scenario study
2013 (English)Report (Refereed)
Series
JTI - Övriga publikationer
National Category
Agricultural Science
Identifiers
urn:nbn:se:ri:diva-2322 (URN)
Available from: 2016-09-07 Created: 2016-09-07 Last updated: 2018-08-17Bibliographically approved
Identifiers
ORCID iD: ORCID iD iconorcid.org/0000-0002-1662-9730

Search in DiVA

Show all publications
v. 2.35.8