Developments in Feedstock Analysis and Process Control for Biogas Production

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Med snabbare och pålitligare analysresultat finns stora möjligheter till ett ökat utnyttjande av avfallsresurser för produktion av förnybar energi. Resultat från min forskning gör det möjligt att analysera råvaror för biogasproduktion med större säkerhet och med möjligheten att få upp till nio gånger snabbare resultat. Produktion av biogas har under den senaste tiden ökat kraftigt i världen. Eftersom biogasen produceras från organiskt material är det en förnybar energikälla som ger stora miljövinster då den kan ersätta fossila bränslen. En annan fördel är att den kan framställas från avfall och därmed också tjäna som avfallshantering. Det är kombinationen av avfallshantering och energiproduktion som gör biogas till en intressant teknik för morgondagens energiförsörjning. Alltjämt återstår dock många utmaningar för att göra processen mer lönsam. Exempelvis har dagens biogasproducenter en ganska dålig kontroll på vad de för in i processen. Råvaran som biogas produceras av kallas substrat och är oftast en form av avfallsprodukt som kan variera kraftigt i kvalitet till följd av expempelvis klimat, samhällsstruktur eller årstid. Dessutom finns det stora mängder outforskade råvaror som skulle kunna användas som substrat. För att kunna utnyttja dessa råvaror effektivare behövs bättre analysinstrument och metoder. I min forskning jag fokuserat på vidareutvecklingen av en sådan metod. Metoden heter BMP (Biochemical Methane Potential) test och går ut på att blanda det substratet man vill undersöka med en ymp bestående av en aktiv blandning mikroorganismer. Mikroorganismerna får sedan bryta ner substratet under kontrollerade förhållanden samtidigt som gasproduktionen mäts. Svaren som ges är hur snabbt materialet bryts ned och hur mycket gas man kan förväntas få, vilka är centrala parametrar i driften och designen av en biogasanläggning. En nackdel med BMP test är att de är långsamma, ofta krävs 30-60 dagar. Med snabbare resultat kan mer försök utföras med nya råvaror och jag har i min forskning kommit fram till en metod som gör det möjligt att korta ned analystiden till bara sex dagar. Ett annat problem med BMP test är att resultaten från dem kan variera mycket. Huvudanledningen till denna osäkerhet är att testet är av biologisk karaktär, med en komplex blandning av olika mikroorganismer som bryter ned substratet i flera steg. Följaktligen är det viktigt att identifiera de parametrar som har starkast påverkan och införa tydliga riktlinjer kring dessa. Jag har genom ett antal studier undersökt flera av dessa parametrar och kommit fram till ett antal slutsatser som bör leda till mer standardiserade tester. Dessa innefattar bland annat att substratkoncentrationen bör hållas högre än normalt rekommenderat och att förhållandet mellan mängden ymp (mikroorganismer) och substrat bör anpassas efter typ av ymp. Jag har också påvisat att gasvolymer underskattas med den mätutrustning som används i många laboratorier och utvecklat en metod som korrigerar detta samt även undersökt och föreslaget ett tillvägagångsätt för mer standardiserade utvärderingar om hur snabbt ett substrat bryts ned. BMP test är användbara för att analysera råvaran till biogasproduktion, dock ger de begränsad information om hur processen ska styras. Eftersom råvaran kan variera kraftigt är det fördelaktigt att ha ett kontrollsystem som kan säkerställa en stabil process och samtidigt maximera gasproduktionen eller upprätthåller en viss nedbrytningsgrad. Det finns ett flertal förslag på sådana system, men de är svåra att jämföra med varandra och ganska oprövade i storskaleproduktion. Konsekvensen blir en hög tröskel som måste överträdas innan installationer kan bli verklighet. Jag har utvärderat en metod som gör det möjligt att minska denna tröskel genom att göra det lättare att jämföra kontrollsystem. Metoden bygger på datorsimuleringar av en biogasanläggning där mängder av olika scenarier kan undersökas. Resultaten i min avhandling kan bidra till en effektivare biogasproduktion samt en mer dynamisk råvarumarknad. Något som i längden bör göra biogasframställning till en mer lönsam och attraktiv lösning för att uppnå ett mer hållbart samhälle.

  KLICKA HÄR FÖR ATT SE AVHANDLINGEN I FULLTEXT. (PDF-format)