Biogassreaktor tilpasset norske forhold – Utforming, drift og energieffektivisering

Abstract

Det ligger et stort uutnyttet biogasspotensial i husdyrgjødsel og avfallsprodukter fra landbruksnæringa i Norge. Gårdsbasert småskala biogassproduksjon er en av mulighetene som finnes for å utnytte potensialet. Foreløpig er ikke gårdsbasert biogassproduksjon særlig utbredt i Norge. Klima, bruksstørrelser, investeringskostnader og kraftpriser setter begrensninger. Gjennom økte tilskudd og biogassanlegg med høyere netto energiproduksjon kan dette trolig endres. Denne bacheloroppgaven tar for seg hvordan små gårdsbaserte biogassreaktorer kan få økt netto energiproduksjon. Det ses hovedsakelig på hvordan anleggets interne energiforbruk kan senkes og hvordan metanproduksjonen kan økes. Gjennom litteratursøk og beregninger er det kommet fram anbefalinger om hvordan driften av biogassanlegget og energieffektiviserende tiltak kan øke netto energiproduksjon. Litteratursøket viser at god drift av reaktoren og samråtning av ulike substrater, kan øke metanproduksjonen vesentlig. Det er gjort ulike beregninger på en 150 kubikkmeter (m3) stor biogassreaktor. God isolering kan forminske transmisjonsvarmetapet gjennom reaktorens overflate. I beregningene gjort for den aktuelle biogassreaktoren, kommer det fram at en isolasjonstykkelse på 10-15 centimeter (cm) var kostnadsoptimalt ved mesofil driftstemperatur. Ved termofil driftstemperatur var en isolasjonstykkelse på rundt 15-20 cm kostnadsoptimalt. Det var ikke lønnsomt å installere varmeveksleren som ble sett på i denne oppgaven til en reaktor på 150 m3. Mange tiltak kan gjøres for å øke netto energiproduksjon, men det er forskjell på om de er lønnsomme eller ikke.

The agricultural sector in Norway has a large unutilized energy potential. Livestock manure and agricultural residues can be converted to biogas through anaerobic digestion. The biogas potential can be utilized using farm biogas-plants. At this time, there are few agricultural biogas digesters in Norway. The agricultural sector is facing some challenges in achieving a larger scope of biogas production: the cold climate, small sizes of Norwegian livestock farms, investment costs and energy prices. To achieve better economy for small-scale agricultural biogas production, the solution might be a combination of increased subsidies and more energy efficient biogas plants. This bachelor thesis investigates how small biogas digesters can achieve increased net energy production. The thesis investigates two themes: how the biogas plants internal energy loss can be decreased and how the methane production can be increased. To be able to recommend how net energy production could be increased, calculations and a literature study was done. The literature study shows that the methane production can be increased significantly through co-digestion of various organic substances. It can also be increased through efficient operations. It has been made calculations for a fictional reactor of 150 cubic meters. These calculations were made to determine surface heat loss, insulation needs, energy loss from heating substrate and profitability by making energy conservation measures. Calculations showed that insulating the reactor with 10-15 centimetres was advantageous when the reactor operated at a mesophilic temperature. When operating at a thermophilic temperature, the cost optimal insulation thickness was 15-20 centimetres. The calculations also showed that installation of a tube heat exchanger would give negative profitability. A lot can be done to increase net energy production of small scale farm biogas digesters, but whether these measures raise or lower the profitability differs.