Denna rapport är en del av projekt ”Utvärdering av gårdsbaserad biogasproduktion – Uppföljning av teknik och metanemissionsfrågor i etablerade anläggningar” som drevs av Hushållningssällskapet under 2015. I denna rapport visar vi hur man kan räkna på olika åtgärder som syftar till att minska metan-produktionen vid lagring av rötrest från gårdsbaserade biogasanläggningar. Olika åtgärder hanteras på olika sätt utifrån på vilket sätt de ska minska metanproduktionen och hur de kan beaktas i beräknings-modellerna.Metan bildas när organiskt material bryts ner av specialiserade mikroorganismer i syrefria miljöer, som vid lagring av flytande rötrest. Metanproduktionen i rötrestlager påverkas av flera parametrar. Dels handlar det om rötrestens sammansättning; mängd organiskt material (VS) samt det organiska materialets anaeroba nedbrytbarhet som ofta beskrivs med måttet ”maximal metanproduktions-potential” (B0-värdet). Dels handlar det om lagrets utformning och hur lagringen sker, och då framför allt om temperaturen i lagret samt lagringstiden. Metanproduktionen ökar exponentiellt vid ökad temperatur (gäller normala lagringstemperaturer).
Metanproduktionen i rötrestlager kan beräknas på olika sätt beroende på tillgång på indata och vilka åtgärder som ska belysas. Det finns dynamiska modeller som beräknar metanproduktionen i lagret per tidsenhet utifrån hur temperatur, mängd rötrest och rötrestens sammansättning förändras över tid. Det finns även enklare statiska modeller som beräknar metanproduktionen givet vissa grund-antaganden om lagringstid etc. och genomsnittlig temperatur vid lagringen, och där konstanterna i modellen anpassats till dessa givna förutsättningar.
Tre åtgärdsområden har tagits upp i rapporten nämligen: Minska mängden rötrest i lagret genom att sprida fler gånger under odlingssäsongen, Åtgärder för ökad utrötningsgraden samt Temperatur i lagret. Beskrivningarna och beräkningarna inom varje åtgärdsområde har anpassats utifrån vilka frågeställningar som är aktuella inom respektive åtgärdsområden och hur de kan kvantifieras med tillgängliga beräkningsmodeller.
Fler spridningstillfällen per odlingssäsong: Målet är att minska mängden VS i lagret, speciellt under varma perioder när metanproduktionen är som högst per kg VS. Åtgärden kortar även ner den genomsnittliga lagringstiden, och därmed hinner inte lika stor andel av VS brytas ner till metan i lagret. Metanproduktionen i lagret beräknas vecka per vecka och summeras för ett helt år utifrån temperaturen och mängden VS i lagret per vecka samt rötrestens B0-värde och hur värdet förändras över tid. I grundalternativet antar vi att ett lager fylls på kontinuerligt under ett år och att rötresten sprids runt den 1 april och 1 oktober. Metanproduktionen i lagret blir då högst under sommar-månaderna och tidig höst när temperaturen är hög och/eller mängden rötrest i lagret är stor.
I ett jämförande alternativ med fler spridningstillfällen delas oktobergivan så att hälften sprids med myllningsaggregat vid midsommar och hälften med släpslangspridare runt 1 oktober, allt annat lika. Den stora skillnaden jämfört med grundalternativet är att mängden VS i lagret är mycket lägre efter midsommar tack vare det extra spridningstillfället och att metanproduktionen per vecka därmed blir mycket lägre efter midsommar. Totalt sett beräknas metanproduktionen per år vara en tredjedel lägre tack vare det extra spridningstillfället. Det är en stor minskning med tanke på att man bara ändrat spridningstidpunkten för en dryg femtedel av rötresten som tillförts lagret under året. Notera att effekten av denna åtgärd inte hade gått att beräkna med enklare statiska modeller eftersom de utgår från att rötresten alltid lagras en viss bestämd tid och att temperaturen i lagret är konstant över tid.
Ökat antal spridningstillfällen kan även vara en ekonomiskt intressant åtgärd. Åtgärden kan göras utan investeringskostnader, och de ökade spridningskostnaderna kompenseras av förbättrat kväveutnyttjande.
Ökad utrötningsgrad: Förbättrad utrötningsgrad medför att mängd VS som tillförs i rötrestlagret minskar och att det organiska materialet är mindre benäget att brytas ner till metan (lägre B0-värde). Metanproduktionen i lagret minskar proportionerligt med minskningen av mängden VS samt B0-värde.
Temperatur i lagret: Flera gårdsbiogasanläggningar har i sina miljötillstånd fått villkor angående temperaturen, oftast en maxgräns, på rötresten när den lämnar biogasanläggningen eller efterrötkammaren. Syftet är att det ska hålla nere temperaturen i rötrestlagren. Frågan är dock hur stor effekt ett sådant villkor har på temperaturen i lagret och därmed på metanproduktionen i lagret. Det saknas färdiga modeller i litteraturen som beräknar denna effekt. Här ger vi några förslag på hur man skulle kunna resonera kring frågeställningen och göra teoretiska beräkningar.
Temperaturen i lagret påverkas av flera faktorer som mängden rötrest som tillförs i förhållande till mängden rötrest som redan finns i lagret, temperaturen på tillförd rötrest och omgivningens temperatur samt värmeutbytet mellan lagret och omgivningen.
Temperaturen på tillförd rötrest beräknas ha störst betydelse för temperaturen i lagret när det är stora temperaturskillnader mellan omgivningen och tillförd rötrest och/eller när tillförseln av rötrest är stor i förhållande till mängden rötrest som redan finns i lagret. Rötrest från många gårdsbaserade biogasanläggningar lagras dock i stora brunnar relativt den dagliga rötrestproduktionen, vilket beräknas ge ett svagare samband mellan temperatur på tillförd rötrest och temperatur i lagret. Istället kan andra parametrar så som lagringstid, mängd VS och B0-värde få större betydelse.
Temperaturen i lagret påverkas även av omgivningens temperatur och hur isolerad brunnen är. Temperaturen i en nedgrävd brunn påverkas mer av den tillförda rötrestens temperatur än ett lager som till stor del ligger ovan jord. Det beror på att marken isolerar, vilket minskar värmeförlusterna, och att markens temperatur är mer konstant än lufttemperaturen.
I miljötillståndssammanhang kan det vara lockande att sätta gränsvärden för högsta tillåtna temperatur på rötrest som tillförs ett lager i syfte att minska metanförlusterna från lagret. Villkorets verkliga betydelse för metanförlusterna från lagret är dock svagt och inte entydigt. Räkneexemplen som gjorts i denna rapport visar att temperaturen på tillförd rötrest bara är en av parametrarna som påverkar sluttemperaturen i lagret och att denna påverkan är olika stor beroende på lagret utformning, omgivningens temperatur och rötrestproduktionen.
Andra åtgärder, så som att minimera mängden VS i lagret speciellt under varma perioder eller att förbättra utrötningsgraden, beräknas ha mycket större effekt på metanproduktionen i rötrestlagren, och borde därmed prioriteras. Dessa åtgärder kommer dessutom alltid ha effekt på metanproduktionen i lagret oavsett temperatur eller lagrets utformning och placering.