Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
EN KUNSKAPSSYNTES OM ELEKTROBRÄNSLEN FRÅN BIOLOGISKA PROCESSER
RISE - Research Institutes of Sweden, Built Environment, Energy and Circular Economy. (Hållbara försörjningssystem)ORCID iD: 0000-0002-4012-6789
RISE - Research Institutes of Sweden, Built Environment, Energy and Circular Economy.ORCID iD: 0000-0002-0359-3652
2017 (Swedish)Report (Refereed)
Abstract [sv]

Sverige har som mål att ha 100% förnybar kraftproduktion år 2040. Detta skall uppnås genom attbl.a. kraftigt bygga ut den intermittenta kraftproduktionen med t.ex. vindkraft. En ökad andel vindkraftställer dock krav på en ökad tillgång av energilagring och balans- och/eller reglerkraft. Detfinns också andra svenska högt uppsatta miljö- och klimatmål samt ambitioner såsom fossiloberoendetransportsektor 2030, ett koldioxidneutralt samhälle 2045 och att Sverige skall bli ledande påatt ta hand om och återanvända sitt avfall i en cirkulär ekonomi.Kombinationen power-to-gas och biogasproduktion kan på olika sätt bidra till att nå samtliga ovanbeskrivna mål genom att göra det framtida elsystemet flexiblare samtidigt som tillgänglig biomassa,t.ex. gödsel och biologisk nedbrytbart avfall, utnyttjas mer effektivt för ökad produktion avförnybara drivmedel och/eller kemikalier från samma mängd biogassubstrat. Konceptet bygger påatt omvandla billig förnybar el, via elektrolys, till vätgas (dvs. power-to-gas) som tillåts reagera vidaremed koldioxiden i rå biogas via s.k. elektrobränsleprocesser.Det finns idag både termokemiska och biologiska elektrobränsleprocesser för metanproduktion.Det finns också biologisk gasfermentering för produktion av flytande elektrobränslen, t.ex. bioalkoholer.Bland biogasproducenter finns idag ett växande intresse för de olika elektrobränsleprocessernaeftersom de på sikt skulle kunna ge mer lönsamma, produktflexibla och mindre marknadskänsligabiogasanläggningar. Den allmänna uppfattningen hos den svenska biogasbranschen ärdock att det är svårt att på ett lättillgängligt sätt få grepp om vad den teknoekonomiska prestandanoch mognadsgraden för de olika elektrobränsleprocesserna idag är, särskilt vad gäller de biologiska.Denna kunskapssyntes syftar till att tillgodose detta behov och innefattar elektrobränsleprocessernain-situ och ex-situ metanisering samt biologisk gasfermentering, samt med termokemisk metaniseringsom referensprocess. Möjligheten att kombinera elektrobränsleprocesserna med och/ellerersätta konventionell biogasuppgradering undersöks och diskuteras också. De huvudsakliga slutsatsernai studien summeras nedan.Genom att utnyttja billig el och elektrobränsleprocesser i kombination med koldioxidöverskott frånbiogasproduktion kan metanproduktionen från en och samma mängd substrat öka upp till det dubbla.Samtidigt kan konventionell biogasuppgradering för biometanproduktion slopas under förutsättningatt tillräcklig mängd vätgas finns tillgänglig. Den stora utmaningen för denna process ärdock kostnaden och det finns behov av fortsatt FoU inom området för att elektrobränsleprocessernaskall kunna bli ett kostnadsekonomiskt alternativ för svenska biogasproducenter.Av de undersökta elektroprocesserna är termokemisk metanisering den mest mogna tekniken(Technology Readiness Level, TRL=7-8). Processen bygger på termokatalytisk omvandling och äreffektiv, generar högvärdig värme och kan ersätta konventionell biogasuppgradering förutsatt tillgångpå tillräcklig mängd vätgas. Processen är dessutom snabb och reaktorerna som placeras nedströms(ex-situ) biogasreaktorn är kompakta. En primär utmaning med processen är dock att katalysatorernaär känsliga för vanligt förekommande biogasföroreningar (t.ex. svavel), vilket gör attuppströms gasrening krävs. En annan utmaning är att processen sker vid hög temperatur (300-700°C) och tryck (vanligtvis ≤20 bar) vilket medför att uppstartstiden från kallt tillstånd blir relativtlång (timmar). Processen har slutligen relativt låg tolerans mot svängningar i gaskvalité (H2:CO2)och variationer i temperatur vilket medför att uppströms vätgaslager behövs vid intermittent drift.Vid biologisk metanisering (in-situ och ex-situ) omvandlas koldioxid och vätgas till metan medhjälp av mikroorganismer. Ingen katalysator behövs och mikroorganismerna är självproducerande.Reaktionen sker vanligtvis vid atmosfärstryck och låg temperatur (37-60°C). Tack vare den lågadrifttemperaturen är uppstartstiden från kallt tillstånd snabb (minuter). Processerna har, i motsatstill termokemisk metanisering, också mycket hög tolerans mot gasföroreningar (sulfider) och ingeneller mycket begränsad uppströms gasrening krävs.I likhet med termokemisk metanisering är ex-situ biologisk metanisering effektiv och kan ersättakonventionell biogasuppgradering. Till skillnad mot termokemisk metanisering är processen tolerantmot svängningar i gassammansättning (H2:CO2) och kan köras intermittent utan uppströmsvätgaslager. Processen är däremot långsam och kräver betydligt mer voluminösa reaktorer (10-1000 ggr större än vid termokemisk). Ex-situ biologisk metanisering är mindre mogen än termokemiskmetanisering (TRL=6-7).Vid In-situ metanisering tillförs vätgasen direkt till rötningskammaren och önskvärd metaniseringsker parallellt med biogasprocessen. Detta innebär att inte behöver investera i någon separat kostsammetaniseringsreaktor. Nackdelen är att det finns begränsade möjligheter till att ändra och optimeradriftbetingelserna (T, p, omrörning) mot metaniseringsprocessen utan att störa rötningsprocessen.Omvandlingseffektiviteten blir därför betydligt lägre än för ex-situ metanisering (från 52till 75% metanhalt har som bäst demonstrerats) och processen kan inte ersätta konventionell biogasuppgradering.En annan utmaning är att processen är känslig för vätgasinhibering vilket innebäratt vätgaslager behövs uppströms rötningskammaren vid intermittent drift. Mognadsgraden är lägreän för både termokemisk och ex-situ biologisk metansiering (TRL=4-5).Biologisk gasfermentering ökar flexibiliteten hos en biogasanläggning och kan minska risken avinvesteringen eftersom processen kan anpassas till marknadsdrivkrafter. Flexibiliteten begränsasdock av kostnaden för produktuppgraderingen där etanol t.ex kräver dyrare och en annan typ avuppgradering än vad t.ex långa fettsyror gör. I jämförelse med metanisering är det en fördel medproduktion av flytande bränslen när en anläggning ligger långt från en existerande gasinfrastruktur.Idag produceras främst etanol kommersiellt, men forskning och utveckling för produktion av långafettsyror och butanediol pågår. Dessa produkter har ett högre marknadsvärde och medför en merkostnadseffektiv uppgradering. Teknikutvecklingen och kommersialiseringen har utgått från fermenteringav syngas från förgasning och koldioxid från stålindustrin. Produktionen av koldioxidfrån svenska biogasanläggningar uppskattas vara ca en tiondel för låg för att en kostnadseffektivetanolproduktion skall kunna vara möjlig. Processen bedöms därför vara den minst mogna av deundersökta alternativen (TRL=2-4). I övrigt är gasfermentering en biologisk process som inneharliknande fördelar och utmaningar som beskrivits ovan för biologisk ex-situ metanisering.

Place, publisher, year, edition, pages
2017. , 54 p.
Series
f3 Svenskt kunskapcentrum för förnybara transportbränslen, f32017:03
Keyword [sv]
biogas, elektrobränslen
National Category
Natural Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ri:diva-29210OAI: oai:DiVA.org:ri-29210DiVA: diva2:1086820
Available from: 2017-04-04 Created: 2017-04-04 Last updated: 2017-04-05Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1737 kB)16 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1737 kBChecksum SHA-512
c29b30c231d30dc88253c6bfea1bd77b68f560c094753fe56b16ce47b58ecef31efca00df84707f227302d7b38fc6317665bb2c8d552d24037101e0d7bf9a7af
Type fulltextMimetype application/pdf

Other links

http://www.f3centre.se/sites/default/files/f3_2017-03_jannasch_willqvist_final_170327.pdf

Search in DiVA

By author/editor
Jannasch, Anna-KarinWillquist, Karin
By organisation
Energy and Circular Economy
Natural Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 16 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 59 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
v. 2.28.0