Nyheter

Ökad metanproduktion och processtabilitet i biogasreaktorer

Baserat på tidigare forskning finns en god plattform för att samtidigt utveckla både den mikrobiella kapaciteten i biogasreaktorer och stärka processtabiliteten. Viktiga komponenter i detta arbete utgörs av att förstå och styra betydelsen av spårämnestillsatser samt reologin/viskositeten i förhållande till substratsammansättning och processparametrar.

Avsikten med detta projekt är att vidarutveckla kunskaperna om spårämnenas roll i effektiviseringen av biogasproduktionen som sådan och deras roll för mikroorganismernas produktion av organiska ämnen, som i sin tur påverkar reaktorvätskans reologi.

För att åstadkomma detta kommer projektet att driva en serie labbskalereaktorer med för branschen aktuella substrat och optimera processförhållanden avseende förändringar i substratmixer, organisk belastning, spårämnestillsatser, omrörningskapacitet etc. Dessa reaktorkörningar kommer att genomföras i tätt samarbete med projektpartners och med hjälp av sedanliga analyser som biogas- och metanbildning per tillförd mängd organiskt material, fermentationseffektivitet, pH, alkalinitet, utrötningsgrad etc. Reologisk karaktärisering, bestämning av spårämnestillgänglighet, molekylärbiologisk karaktärisering av mikrobiologisamhället bestäms i samband med förändringar i substratmixer, belastnings- och omrörningsvariationer, tillsats av spårelement etc.

Resultaten kommer att ge underlag där vi integrerar möjligheterna till ökad belastning och utbyte i testade processer samt riktlinjer för vidare forskningsstudier inom området inför nästa BRC etapp. Det innebär att de praktiska villkoren för till exempel dosering av spårämnen, dimensionering av omrörning, pumpning och avvattning på sikt ges ett säkrare underlag med mindre risk för överraskningar i form av processtörningar.

Deltagare: Projektledare universitetslektor Annika Björn och professor Bo Svensson, doktorand Sepehr Shakeri Yekta samt forskningsassistent Pascal Ojong, från avdelningen Tema Vatten i natur och samhälle, Institutionen för Tema. Forskare från avdelningen Industriell miljöteknik, Institutionen för ekonomisk och industriell utveckling, IEI, och avdelningen Molekylär bioteknik, Institutionen för fysik, kemi och biologi, IFM. Medverkande från och Kemira OYJ, NSR AB, Scandinavian Biogas Fuels AB och Tekniska Verken i Linköping AB.

Kommuner som systembyggare i energisystemen

För att förstå framväxt och utveckling av tekniska system måste sådana system analyseras som sociotekniska, dvs utifrån ett antagande där tekniken och dess samhälleliga, ekonomiska, politiska omgivning samverkar och påverkar varandra ömsesidigt. Teknisk utveckling sker i ett socialt sammanhang av nätverk där aktörer gemensamt formar dessa sociotekniska system. I detta projekt ska vi särskilt fokusera på kommunernas drivande roll som systembyggare i energisystemen, i synnerhet gällande biogasproduktion. I ett flertal svenska kommuner pågår framställning av biogas i kommunal regi, exempelvis genom kommunala energi- och/eller avfallsbolag och ibland i samverkan med privata aktörer.

Detta projekt syftar till att analysera och förklara kommuners roll som systembyggare för att på så vis öka kunskapen om hinder, drivkrafter och lärdomar gällande kommunernas roll i omställningen av energisystemen.

  • Hur och varför initieras sociotekniska energisystemlösningar för biogas på den kommunala nivån?
  • Hur agerar kommunen som systembyggare alternativt för att vara stöd och pådrivare för teknikutveckling och kommersialisering på biogasområdet?
  • Vilka hinder och möjligheter möter de?

Detta är några av frågorna som är av intresse för projektet. Förutom litteratur- och dokumentstudier kommer intervjuer och fokusgrupper att genomföras med företrädare för bland annat kommuner, akademi, intresseorganisationer, företag och medborgare.

Deltagare: Projektledare biträdande universitetslektor Magdalena Fallde och professor Jenny Palm, professor Kajsa Ellegård och doktorand Linnea Hjalmarsson från avdelningen Tema teknik och social förändring, Institutionen för Tema. Professor Mats Eklund från avdelningen Industriell miljöteknik, Institutionen för ekonomisk och industriell utveckling, IEI. Professor Bo Svensson från avdelningen Tema Vatten i natur och samhälle, Institutionen för Tema. Helena Kock-Åström från Linköpings kommun samt Mattias Philipsson och Stellan Jacobsson från Svensk Biogas i Linköping AB / Tekniska verken i Linköping AB.

Samverkan för förbättrad ekonomisk och miljömässig prestanda

Många av dagens biogasanläggningar lider av låg lönsamhet. Detta är en av de faktorer som påverkar att få nya anläggningar byggs. En av de viktigaste delarna för ett bra fungerande produktionssystem vilket kan leda till ökad lönsamhet, minskad risk och förbättrad miljöprestanda, är att utveckla en effektiv organisation kring material och energihanteringen. Miljöprestanda är en av de viktigaste drivkrafterna för framtida utbyggnad, inte bara för att främja hållbara lösningar utan också för att klara lagkrav som styr bidrag. Genom att utnyttja material och energi mer effektivt kan också kostnadsbesparingar göras.

Genom att applicera konceptet industriell symbios analyseras hur olika vägar för samverkan kring material och energi, via till exempel användande av avfalls- och biprodukter eller delande av produktionsanläggningar mellan olika företag, ger möjligheter till ökad ekonomisk och miljömässig prestanda. Genom att använda sig av resultaten kan sedan möjligheter till förbättrad organisering av biogassystemen tillhandahållas. Förutom detta kommer ett verktyg för att analysera biogassystems ekonomiska och miljömässiga prestanda att utvecklas. Olika scenarier kommer att tas fram för att öka kunskapen kring hur viktiga parametrar som, skala, stadsnära eller jordbruksnära lokalisering, olika energisystem samt närhet till biogödsel marknader påverkar ekonomi och miljö.

Deltagare: Projektledare universitetslektor Niclas Svensson, Michael Martin, professor Mats Eklund samt doktoranderna Carolina Erson och Roozbeh Feiz, från avdelningen Industriell miljöteknik, Institutionen för ekonomisk och industriell utveckling, IEI. Medverkande från Kemira Oy, Lantbrukarnas Riksförbund LRF, Linköpings kommun, Scandinavian Biogas Fuels AB och Svensk Biogas i Linköping AB.

Biogas i nya branscher

Ett sätt att öka framställningen av biogas är att utnyttja materialflöden som inte används idag, vilket samtidigt kan lösa andra miljö- och energirelaterade problem. Inom flera industrisektorer finns många energi- och materialströmmar, varav några skulle kunna användas för biogasframställning. Potentiella flöden kan också ligga dolda i industrins produktionsstrukturer. Detta projekt fokuserar på innovation, integration och implementering av biogaslösningar ur ett systemperspektiv.

Genom översiktliga analyser av ett antal industribranscher identifieras potentiella möjligheter. Studier av några branscher och företag genomförs för att finna processtekniska utmaningar, genomföra övergripande energisystemanalyser samt studera miljöprestanda och affärsmöjligheter. Möjliga produktionsprocessförändringar tas fram i diskussioner med företag och branscher. Verktyg för att analysera energisystem på flera olika systemnivåer används: industriella system, kommunala system och regionala system.

Arbetet är tänkt att inledas med en omvärlds-och statusbeskrivning baserad på litteratur och andra källor. Avsikten är att som ett andra steg göra en lägesbeskrivning på branschnivå och information inhämtas från bl.a. från branschorganisationer, forskningsinstitut och samarbetspartners. Därefter är tanken att olika koncept studeras i dessa nya branscher för att fastställa den processmässiga utförbarheten för koncepten. Nästa steg är planerat att analysera hur koncepten påverkar omgivande energisystem och miljön, innan koncepten även analyseras utifrån andra aspekter i samhället. Koncepten är vidare planerade att testas i någon eller några fallstudier.

Målet är att hitta någon eller några nya branscher där biogasproduktion är ett resurseffektivt sätt att ta vara på sådana materialflöden som inte används idag.

Deltagare: Projektledare docent Magnus Karlsson, docent Mats Söderström och doktorand Emma Lindkvist, från avdelningen Energisystem, Institutionen för ekonomisk och industriell utveckling, IEI. Deltar gör även forskare från avdelningen Industriell miljöteknik, IEI, samt avdelningarna Tema Teknik och social förändring och Tema Vatten i natur och samhälle, Institutionen för Tema. Medverkande från Lantbrukarnas Riksförbund LRF, Lantmännen, Scandinavian Biogas Fuels AB och Tekniska verken i Linköping AB.

Förbättrade biogasprocesser

Rötning av organiskt material till biogas (metan och koldioxid) har utvecklats från att ha i huvudsak varit en del kommunal avloppsvattenrening till en process för produktion av metan för användning inom energisektorn. Detta har inneburit en omfokusering av de ekonomiska incitamenten för etablering av biogasprocesser med målet at uppnå en lönsamhet i att producera och sälja metan. Detta har i sin tur inneburit ett ökat intresse av att få ut så mycket gas som möjligt ur de substrat som utnyttjas.

Projektet fokuserar därför på olika produktionsenheters möjligheter att öka metanproduktionen inom givna ramar och att identifiera och skapa protokoll för framtida biogasanläggningar med hög utnyttjandegrad av givna substrat och reaktorkonfigurationer. Ett starkt incitament för detta är den studie av 21 biogasanläggningar, som gjorts vid Tema V. Denna visade att merparten av anläggningarna utnyttjades suboptimalt. En utvärdering med basen i mikroorganismernas fysiologiska kapacitet (t ex näringsämneskrav), bioteknologiska parametrar (temperatur, reaktor design etc.), förbehandling och hygienisering för att optimera substratutnyttjandet genomförs därför inom detta projekt genom att utnyttja den gemensamma kunskapen hos BRCs olika intressenter ifråga om processoptimering dvs inom akademin och hos företagen.

Genom arbete vid två workshops, där även internationell expertis inviteras identifieras och syntetiseras kunskapsläget inom området med avsikt att skapa en bas för en fortsatt och innovativ forskning och utveckling för maximering av biogasproduktion. Avsikten är att få en bas för formulering och implementering av nyckelprojekt att drivas inom BRC I tät samverkan mellan akademi och industri. Genomförandet av projektet kommer att vara tätt kopplat till flera av de andra projekten i BRCs uppbyggnadsfas men främst EP2 (Substrat-inventering med ”bottom-up modellering” baserad på tekniköversikt), EP3 (Biogas i nya branscher); EP4 (Samverkan för förbättrad ekonomisk och miljömässig prestanda); DP6 (Ökad metanproduktion och processtabilitet i biogasreaktorer) och DP7 (Högre utnyttjandegrad av substrat – Enzymatisk ökning av slams rötbarhet).

Deltagare: Projektledare professor Bo Svensson och universitetslektor Annika Björn samt doktorand Sepehr Shakeri Yekta från avdelningen Tema Vatten i natur och samhälle, Institutionen för Tema. Förste bibliotekarie Christina Brage. Forskare från avdelningen Industriell miljöteknik och avdelningen Energisystem, Institutionen för ekonomisk och industriell utveckling, IEI, samt avdelningen Molekylär bioteknik, Institutionen för fysik, kemi och biologi, IFM. Medverkande från NSR AB, Scandinavian Biogas Fuels AB och Tekniska verken i Linköping AB.

Biogas i pappers- och massaindustrin

Att producera biogas från pappers och massaindustrins processavloppsvatten är tekniskt sett en lovande möjlighet att öka produktionen av biogas, och ett potentiellt nytt affärsområde för företag i branschen. Att integrera biogasproduktion i en del i en befintlig industriell process innebär dock, utöver de tekniska aspekterna, även affärsmässiga och organisatoriska utmaningar.

Detta projekt syftar till att analysera hinder och drivkrafter för biogasproduktion i pappers- och massaindustrin genom fallstudier av industrin och potentiella partners. Frågor som ska besvaras är vilka resurser som krävs och hur affärsmodeller och strategier kan utvecklas för att möjliggöra biogasproduktion.

Biogas i den hållbara regionen – användare och framtidsvisioner

För att nå en ökad förståelse för biogasens roll för en framtida hållbar utveckling krävs ett systemperspektiv i vilket såväl tillförsel som användare studeras. Medan utmaningar kring produktion och tillförsel haft stort fokus i sådana systemanalyser, har perspektiv på användare och användares roll för biogasens utveckling saknats. Det här projektet syftar till att undersöka biogasutveckling ur ett användarperspektiv i en regional kontext. Hinder och drivkrafter studeras, liksom hur biogaslösningar påverkas av sin specifika socio-ekonomiska och politiska kontext och av institutionella villkor.

Kvantitativa systemanalyser för förbättrad resurseffektivitet av olika biogaslösningar – kritiska faktorer och osäkerhetshantering

Biogas ses av många som en av de bättre klimatstrategierna i arbetet för fossilfria energisystem. Dessutom har biogasproduktion många länkar till en ökad resurseffektivitet i samhället: kretslopp av näringsämnen, minskad användning av handelsgödsel och resursanvändning i lokala och regionala energisystem. Trots detta så kämpar många anläggningar med sin ekonomiska lönsamhet och nämner bristen på långsiktiga politiska spelregler som en stor riskfaktor.

Kvantifieringar av prestanda för olika typer av biogaslösningar kan i detta hänseende hjälpa till att effektivisera enskilda anläggningar genom att visa på kritiska faktorer. Dessutom kan dessa studier belysa biogasens roll i samhället och skicka viktiga signaler till beslutsfattare. Syftet med detta projekt är att genomföra kvantitativa studier på resurseffektiviteten för olika biogaslösningar, och att kvantifiera de samhälleliga effekter som implementering av dessa lösningar kan generera. Projektet studerar resurseffektivitet utifrån fyra fokusområden: miljö, ekonomi, energi och näringsämnen.

Strategisk multikriterieanalys av biogaslösningar – från utvärdering av substrat till andra perspektiv

Från ett teoretiskt biomassaperspektiv finns det stora möjligheter att öka biogas- och biogödselproduktionen avsevärt i Sverige. Men biomassan kan användas för många olika ändamål, som är mer eller mindre prioriterade, och det är bara en viss andel/typ som är lämplig för biogasproducenter att utnyttja. Det här projektet handlar just om olika typer av substrats lämplighet för biogas- och biogödselproduktion, där lämpligheten granskas utifrån producenternas perspektiv samt från ett bredare samhälleligt resursperspektiv.

Eftersom det finns många olika aspekter på lämplighet, t ex mikrobiologiskt, tekniskt, företagsekonomisk samt miljömässigt, utvecklades en metod för utvärdering som är vanlig i den här typen av sammanhang under BRC:s etapp 1. Metoden bygger på multikriterieanalys (eng., Multi-Criteria Analysis, MCA), där olika alternativ studeras utifrån olika områden/kriterier och sedan jämförs med varandra. Huvudfokus för projektet är att tillämpa metoden och utvärdera substrat både genom litteraturstudier och att involvera experter. På så sätt struktureras existerande information av relevans, vilket syftar till ökad kunskap om enskilda substrat och förenklar strategisk översikt och beslutsfattande.

Förbättrad hydrolys för ökad nedbrytbarhet av organiskt material

Hydrolysen har i många fall visat sig vara det hastighetsbestämmande steget vid anaerob nedbrytning av komplexa polymerer och tidigare studier har påvisat att komplexa, mindre tillgängliga organiska strukturer oftast enbart bryts ner delvis. För att uppnå en effektivare anaerob nedbrytning av komplexa substrat behöver hydrolysen optimeras.

Detta projekt syftar inledningsvis till att fördjupa kunskaper om hydrolytiska reaktioner och definiera underutnyttjade substratfraktioner vid anaerob nedbrytning genom att karaktärisera komplexa organiska strukturer som återstår i olika rötrester. Resultaten från den kemiska karaktäriseringen kommer därefter att nyttjas för laborativa studier med syfte att optimera hydrolysen och nedbrytbarheten av definierade svårnedbrytbara organiska strukturer ur ett mikrobiellt perspektiv för olika processer.