Landbrugsrester til energi og biokul: fra bedriftens biomasse til energiuafhængighed

Introduktion

På en landbrugsbedrift udgør biomasserester, såsom beskæringsrester, restprodukter fra forarbejdning og træagtigt afklip, ofte en driftsomkostning: de skal indsamles, håndteres, transporteres eller bortskaffes uden at give et direkte økonomisk afkast. Alligevel kan den samme biomasse, hvis den udnyttes korrekt, blive råmaterialet i en værdikæde, der producerer elektrisk energi, varme og biokul.

Den energimæssige og agronomiske udnyttelse af restprodukterne gør det nemlig muligt at omdanne et restmateriale til en ressource for bedriften, hvilket reducerer afhængigheden af eksterne energileverancer og øger den værdi, der skabes ved den almindelige håndtering af biomassen. I dette perspektiv er biomassen ikke længere et biprodukt, der skal håndteres, men et sekundært råmateriale, der indgår i en produktionscyklus, som kan skabe energi og stabilt kulstof til jorden.

Ud over de energimæssige og agronomiske fordele kan udnyttelsen af restprodukterne reducere omkostningerne ved håndtering af biomassen og erstatte en del af den energi, der købes udefra, så en omkostningspost bliver til en produktiv ressource.

Fra restprodukter til bedriftens egne pellets

Ikke alle landbrugsbiomasser er lige velegnede til forgasning.

Lignocellulosisk biomasse, såsom beskæringsrester fra vinmarker og frugtplantager, skovrester, grene, flis og træagtige rester fra vedligeholdelse af grønne områder, er generelt forenelig med processen. Derimod kan urteagtig biomasse med højt indhold af silicium, såsom kornhalm, risskaller eller elefantgræs (miscanthus), give større driftsmæssige udfordringer og er i mange tilfælde mere egnet til andre former for udnyttelse, såsom kompostering (se silica og aske).

For at kunne anvendes i BioGS-1.0 skal biomassen gennemgå en forberedelsesfase, som omfatter:

• indsamling og udvælgelse af materialet;
• tørring til et maksimalt fugtindhold på 10%;
• formaling;
• pelletering.

I praksis er en forudgående tørring til cirka 14% generelt tilstrækkelig, da pelleteringsfasen bidrager til at fuldføre fugtreduktionen uden behov for yderligere dedikerede trin.

Ikke alle landbrugsrester kræver pelletering. Nøddeskaller og kerner, hvis størrelse allerede er forenelig med fødningen af BioGS-1.0, kan i bestemte mængder tilsættes direkte i blandingen med pellets uden selv at skulle pelleteres.

I modsætning til pellets til husholdningsopvarmning kræver BioGS-1.0 ikke ENplus-certificerede pellets. Det er derimod tilstrækkeligt med pellets fremstillet af egnet plantebiomasse, også produceret direkte på bedriften i et pelleteringsanlæg dimensioneret efter høstsæsonen, som generelt er koncentreret mellem maj og september.

I mange landbrugssammenhænge kan brændslet produceres direkte af bedriftens egne rester, hvilket reducerer afhængigheden af køb af kommercielle pellets.

Termokemisk omdannelse af biomasse: energi og biokul fra én proces

De således fremstillede agripellets fødes ind i BioGS-1.0 med et reelt forbrug på cirka 2,4 kg/t pr. enhed.

Inde i systemet gennemgår den pelleterede biomasse en termokemisk omdannelsesproces, som kombinerer pyrolyse og forgasning. Biomassens flygtige fraktion omdannes til syntesgas, som efterfølgende bruges til at drive den patenterede Stirlingmotor og samtidig producere elektrisk energi og varme. For en sammenligning med direkte forbrænding, se FAQ hvorfor omdanne restprodukter til agripellets i stedet for at brænde dem.

Systemets samlede energieffektivitet overstiger 94%, takket være den integrerede genvinding af den termiske energi, der genereres under processen. Ud over elektrisk energi og varme producerer processen biokul som fast restprodukt: cirka 11-12% af massen af de forbrugte pellets, med et kulstofindhold tæt på 96%.

Den producerede energi kan bruges direkte til at dække en del af bedriftens behov, såsom:

• vandingsanlæg;
• kølerum;
• belysning;
• værksteder og laboratorier;
• ventilationssystemer;
• tørring af biomasse og landbrugsprodukter;
• hjælpefunktioner på bedriften.

Bedriftens biomasse udnyttes således ikke blot som brændsel, men som en energibærer, der kan bidrage til landbrugsbedriftens autonomi og modstandsdygtighed.

For at få mere at vide om teknologiens funktion henvises til de dedikerede artikler om Biomasseforgasning: den termokemiske kerne i BioGS-1.0 og om Stirlingmotor: virkemåde og fordele for mikrokraftvarme.

Biokul og carbon farming: agronomisk udnyttelse og lagring af kulstof

I modsætning til konventionel forbrænding af biomasse, hvor næsten alt kulstof oxideres og hurtigt føres tilbage til atmosfæren som CO₂, tilbageholder pyrolytisk forgasning en del af kulstoffet i den faste kulstofmatrix. Biokullet fra BioGS-1.0 har et kulstofindhold tæt på 96% og et lavt H/C-forhold, egenskaber der generelt forbindes med høj stabilitet i jorden.

Når det er indarbejdet i landbrugsjord, kan det bidrage til at forbedre:

• vandtilbageholdelsen;
• kationbytningskapaciteten;
• jordstrukturen;
• den mikrobiologiske aktivitet;
• afgrødernes modstandsdygtighed i perioder med vandstress.

Ud over den agronomiske funktion udgør biokullet en potentielt stabil kulstofbeholdning over flere årtier eller århundreder, hvilket bidrager til at fjerne kulstof fra det hurtige biogene kredsløb.

Denne logik falder ind under de praksisser, der generelt forbindes med carbon farming, dvs. det sæt af landbrugsaktiviteter, der har til formål at øge og bevare kulstofbeholdningerne i jord og biomasse.

For landbrugsbedriften betyder det, at restprodukterne ikke blot omdannes til energi, men også til en agronomisk og miljømæssig ressource, der kan skabe fordele på lang sigt.

For at få mere at vide om disse aspekter henvises til artiklerne:

• Jordforbedring: definition, fordele og anvendelse;
• Kulstofbinding i jord: biokuls stabilitet og H/C-forholdet.

Værdikæden biomasse-agripellets-biokul: en model for territorial cirkulær økonomi

Ikke alle landbrugsbedrifter har den samme mængde biomasse til rådighed. Nogle producerer for små mængder rester til at dække hele energibehovet i deres BioGS-1.0; andre har tværtimod betydelige overskud af lignocellulosisk biomasse.

BioGS-1.0-værdikæden gør det muligt geografisk at adskille stedet, hvor biomassen produceres, fra stedet, hvor energiomdannelsen sker, men samtidig holde kulstof- og næringsstofkredsløbet inden for samme område.

Landbrugsbedrifter med overskud af biomasse kan omdanne det til agripellets gennem tørring, formaling og pelletering. Det fremstillede brændsel kan anvendes internt eller distribueres til BioGS-brugere i området.

Efter energiomdannelsen kan det producerede biokul returneres til biomasseproducenterne til agronomisk anvendelse på bedriftens jorde.

I denne konfiguration udnyttes biomassen to gange:

1. som energibærer;
2. som bærer af stabilt kulstof til jorden.

Omkostningen ved håndtering af restproduktet bliver dermed til en lokal værdikæde, der kan skabe energimæssig, agronomisk og miljømæssig værdi. Fordelene fordeles langs hele kæden:

• BioGS-brugere får adgang til et lokalt brændsel, der potentielt er mere konkurrencedygtigt end kommercielle certificerede pellets;
• landbrugsbedrifter udnytter biomasse, som ellers ville udgøre en omkostning;
• biokullet vender tilbage til jorden og lukker kulstofkredsløbet;
• området drager fordel af en decentral energiværdikæde baseret på lokale restressourcer.

Masse- og energibalance: et simuleret eksempel med beregneren

Bedrift i Savignano sul Rubicone med et lager på 200 m², et opvarmet drivhus på 200 m² (dobbeltlag, 15 °C), et elforbrug på 4.000 kWh/år, solceller på 8 kWp mod syd og 20 t/år grene med 30% fugtindhold. Af 20 t grene fås:

I det betragtede tilfælde er drivhusets varmebehov den vigtigste dimensioneringsfaktor. Den producerede elektriske energi er nemlig næsten tilstrækkelig allerede med én enkelt enhed, mens stigningen i antallet af systemer primært er drevet af varmebehovet.

Sådan beregnes pellets

Pellets = Tør biomasse ÷ 0,90 × 0,95

Pellets har et slutfugtindhold på 10%, så hvert ton indeholder 0,90 t tørstof: derfor divideres den tørre biomasse med 0,90. Formaling og pelletering medfører et massetab på cirka 5%: derfor ganges der med 0,95.

Afrundede værdier. Faktoren 44/12 er forholdet mellem molmassen af CO₂ og kulstofs molmasse. Der er tale om et vejledende skøn over bindingseffekten og ikke om en certificeret kulstofkredit.

Hvor mange enheder skal der bruges

Drivhusets varmebehov (cirka 27.600 kWh/år) styrer dimensioneringen: med færre enheder falder varmedækningen.

Skønnet er foreløbigt og har lav pålidelighed: det afhænger af antagelserne om lagerets isolering (middel, 12 °C) og drivhustype, biomassens fugtindhold og de faktiske driftstimer.

Relaterede spørgsmål: hvor meget biomasse skal der til for at opvarme et drivhus; hvad gør man med overskuddet af pellets og biokul.

Hvor modellen er særligt interessant

BioGS-1.0-værdikæden er særligt interessant i sammenhænge med kontinuerlig forekomst af lignocellulosiske rester, herunder:

• vinbedrifter;
• olivenlunde;
• frugtplantager;
• planteskoler;
• skovbrugsbedrifter;
• virksomheder, der vedligeholder grønne områder;
• agroturismer med adgang til træbiomasse.

I alle disse virksomheder udgør restprodukterne allerede i dag en materialestrøm, der skal håndteres. Muligheden for at omdanne dem til energi og biokul gør det muligt at øge den værdi, der udvindes af den samme ressource, uden at ændre den primære landbrugsaktivitet.

Hvad der skal til for at igangsætte værdikæden på bedriften

For at gennemføre en værdikæde for biomasse-agripellets-biokul er der generelt behov for:

1. et område til indsamling og lagring af biomassen før bearbejdning;
2. et formalings- og pelleteringssystem dimensioneret efter de årligt tilgængelige mængder;
3. et område til naturlig tørring eller tørring assisteret af genvinding af den varme, som BioGS-1.0 producerer;
4. et lagerområde til de færdige pellets;
5. et dedikeret område til lagring af biokul;
6. periodisk tømning af biokul, vejledende hver 60. driftstime.

Konklusioner

Fra et energimæssigt, agronomisk og miljømæssigt synspunkt gør BioGS-1.0 det muligt i én samlet værdikæde at integrere håndteringen af lignocellulosiske restprodukter, decentral energiproduktion og produktion af biokul.

Biomassen betragtes ikke længere som et restprodukt, der skal bortskaffes, men som et sekundært råmateriale, der skal udnyttes gennem en kæde, som samtidig producerer elektrisk energi, varme og et kulstofholdigt materiale med høj agronomisk værdi.

For landbrugsbedrifter med beskæringsrester, træagtige rester eller skovbiprodukter gør BioGS-1.0-beregneren det muligt at estimere det energimæssige potentiale i den tilgængelige biomasse, den forventede produktion af biokul og den tilhørende vejledende kulstofbalance. Data, formler og kilder til beregningen: metodologi. Flere svar finder du på siden FAQ.