The biogas market is facing changes, with gas driven vehicles gradually shifting to electrical drivelines, while new markets are emerging in the areas of industry, heavy road transports and shipping. Those new markets may require huge amounts of biomethane in both compressed and liquid form in the future. Liquid biomethane, even called LBM, bio-LNG or LBG (Liquefied BioGas), can directly replace today's LNG (Liquefied Natural Gas) applications.

Today's facilities for the production of LBG use large-scale conventional technology for the liquefaction, with a capacity of over 10 tpd and high capital costs. A significant part of the high costs is due to the requirement of an extra polishing step after biogas upgrading to remove residual carbon dioxide prior to liquefaction. A new technique using an absorption bed of wood ashes seems to be promising for the polishing of smaller volumes and thus enabling small-scale LBG production (Isaksson, et al., 2018). The technology is called ash filter and is developed at RISE in collaboration with SLU. In a previous study (Isaksson, et al., 2018), small systems with 1−2 GWh/a where ash filters are used for upgrading and polishing, as well as large systems of 30 GWh/a where ash filters are used for polishing only have been evaluated.

The present study focuses on producing LBG from a partial flow of upgraded biogas on larger Swedish biogas plants, where the starting point is that the plant's full capacity cannot be utilized for the production of compressed gas alone. It is thus assumed that there is unused capacity for the production of upgraded biogas that can be further processed to LBG. Processing is done using an ash filter and subsequent drying of the gas, and then liquefying the gas in StirLNG-4 machines. Systems with a liquefaction capacity of 5, 15 and 25 GWh/a, respectively, have been reviewed. The production cost for polishing and liquefaction is just over 4 SEK/kg for the 5 GWh/a system, and about 3 SEK/kg for the larger systems.

The analyzed system also included the LBG distribution. Based on the previous study (Isaksson, et al., 2018), a distribution system has been chosen based on insulated ISO containers permanently mounted on semi-trailers. The calculations show that this system has lower total costs than today's systems with stationary LNG storage and road tankers. In the studied system, ISO containers of different sizes are used for both local storage and transport to customers. Transport distances between 50 and 250 km have been assessed. At short distances, a large part of the distribution costs is due to the customer’s local LBG storage. At larger distances, the actual transport costs become dominant, and it gets increasingly interesting to use large containers.

In total, the cost of production (polishing and liquefaction) and distribution is between 3.5 and 5.5 SEK/kg, depending on the production capacity, distance and container size, which can be compared to the current price of vehicle gas of about 16 SEK/kg (CircleK, 2019). The total cost of raw gas production, upgrading and refueling is about 12.5 SEK/kg (Vestman, Liljemark, & Svensson, 2014). The marginal cost of using unused capacity should therefore be lower than that. Depending on the actual marginal costs, this means that small-scale LBG production from a partial flow of upgraded biogas may be profitable.

Biogasmarknaden står inför förändringar, där traditionella marknadssegment med fordonsgas tappas till elektriskt drivna fordon, medan nya marknader utvecklas med industri, tung trafik och sjöfart som framöver kan komma att efterfråga stora mängder biometan i både komprimerad och flytande form. Flytande biometan kallas i Sverige ofta för LBG (Liquefied BioGas) i anknytning till LNG (Liquefied Natural Gas) och kan direkt ersätta dagens tillämpningar av LNG. Även begreppet bio-LNG används.

Dagens anläggningar för produktion av LBG använder storskalig konventionell teknik för förvätskningen, med en kapacitet på över 10 tpd och höga kapitalkostnader. En del av den höga kostnaden utgörs av att det krävs ett extra poleringssteg efter uppgraderingen av biogasen för att ta bort resterande koldioxid, vilket krävs för att kunna förvätska flödet. En ny teknik som använder sig av en absorptionsbädd av träaska ser ut att vara lovande för polering av mindre flöden och på så vis bädda för småskalig LBG-produktion (Isaksson, et al., 2018). Tekniken benämns askfilter och utvecklas på RISE i samarbete med SLU. Små system med 1–2 GWh/a där askfilter används för uppgradering och polering, samt stora system på 30 GWh/a där askfilter används bara för polering har undersökts i en tidigare studie (Isaksson, et al., 2018).

Den föreliggande studien fokuserar på möjligheten att producera LBG av ett delflöde på större svenska biogasanläggningar, där utgångspunkten är att anläggningens fulla kapacitet inte kan utnyttjas vid produktion av enbart komprimerad gas. Det förutsätts alltså att det finns ledig kapacitet för produktion av fordonsgas som kan vidareförädlas till flytande gas. Förädlingen görs med hjälp av ett askfilter och efterföljande torkning av gasen, för att sedan förvätska gasen i StirLNG-4-maskiner. System med en förvätskningskapacitet på 5, 15 respektive 25 GWh/a har granskats. Produktionskostnaden för polering och förvätskning ligger på drygt 4 kr/kg för 5 GWh/a-systemet, och omkring 3 kr/kg för de större systemen.

Även distributionen ingår i systemet som analyserats. Baserat på den tidigare studien (Isaksson, et al., 2018) har ett distributionssystem valts som bygger på isolerade ISO-containrar som permanent monteras på semitrailer. Beräkningarna visar att detta system har lägre totalkostnader än dagens system med stationära lager och tankbilar. I det studerade systemet används ISO-containrar av olika storlek både som lokalt lager och för transporten till kunderna. Transportavstånd mellan 50 och 250 km har analyserats. Vid korta avstånd utgörs en stor del av kostnaderna av den lokala LBG-lagringen hos kunden. Vid större avstånd blir själva transportkostnaden dominerande, och det blir alltmer intressant att använda stora containrar.

Totalt hamnar kostnaden för produktion (polering och förvätskning) och distribution på mellan 3,5 och 5,5 kr/kg, beroende på produktionskapacitet, avstånd och val av containerstorlek, som kan ställas i relation till dagens pris på fordonsgas på ca 16 kr/kg (CircleK, 2019). Den totala kostnaden för rågasproduktion, uppgradering och tankning är ca 12,5 kr/kg (Vestman, Liljemark, & Svensson, 2014); marginalkostnaden vid användning av ledig kapacitet bör därför vara lägre än så. Beroende på bedömningen av marginalkostnaderna innebär det att det bör finnas affärsmöjligheter för småskalig LBG-produktion genom delströmsförvätskning.