Inledning
På ett jordbruksföretag är biomassarester, som beskärningsrester, restprodukter från bearbetning och vedartad slåtter, ofta en driftskostnad: de måste samlas in, hanteras, transporteras eller omhändertas utan att ge någon direkt ekonomisk avkastning. Ändå kan samma biomassa, om den tas tillvara på rätt sätt, bli råvara i en värdekedja som producerar elenergi, värme och biokol.
Energi- och jordbruksmässigt tillvaratagande av resterna gör det nämligen möjligt att förvandla ett restmaterial till en resurs för företaget, minska beroendet av externa energileveranser och öka värdet som skapas av den ordinarie hanteringen av biomassan. I detta perspektiv är biomassan inte längre en biprodukt som ska hanteras, utan en sekundär råvara i en produktionscykel som kan generera energi och stabilt kol för marken.
Utöver de energimässiga och jordbruksmässiga fördelarna kan tillvaratagandet av resterna sänka kostnaderna för biomassahantering och ersätta en del av den energi som köps in utifrån, så att en kostnadspost blir en produktiv resurs.
Från rester till gårdens egen pellets
Alla jordbruksbiomassor är inte lika lämpliga för förgasning.
Lignocellulosiska biomassor, som beskärningsrester från vingårdar och fruktodlingar, skogsrester, grenar, träflis och vedartade rester från skötsel av grönytor, är i allmänhet kompatibla med processen. Örtartade biomassor med högt kiselinnehåll, som sädeshalm, rishylsor eller miscanthus, kan däremot ge större driftsproblem och är i många fall bättre lämpade för andra former av tillvaratagande, till exempel kompostering. (se kisel och aska).
För att kunna användas i BioGS-1.0 måste biomassan genomgå en förberedelsefas som omfattar:
- insamling och urval av materialet;
- torkning till en fuktighet på högst 10%;
- malning;
- pelletering.
I praktiken räcker en förtorkning till cirka 14% i allmänhet, eftersom peleteringen bidrar till att slutföra fuktminskningen utan att kräva några ytterligare särskilda steg.
Alla jordbruksrester behöver inte peleteras. Nötskal och kärnor, vars storlek redan är kompatibel med inmatningen till BioGS-1.0, kan blandas direkt i pelletsen i vissa mängder, utan att själva behöva peleteras.
Till skillnad från pellets avsedd för hushållsuppvärmning kräver BioGS-1.0 inte ENplus-certifierad pellets. Det räcker med pellets framställd av lämplig växtbiomassa, även tillverkad direkt på gården i en peleteringsanläggning dimensionerad efter skördeperioden, som vanligtvis är koncentrerad till månaderna maj till september.
I många jordbrukssammanhang kan bränslet framställas direkt av gårdens egna rester, vilket minskar beroendet av inköp av kommersiell pellets.
Termokemisk omvandling av biomassa: energi och biokol i en enda process
Den agripellets som erhålls på så sätt matar BioGS-1.0, med en verklig förbrukning på cirka 2,4 kg/h per enhet.
Inuti systemet genomgår den pelleterade biomassan en termokemisk omvandlingsprocess som kombinerar pyrolys och förgasning. Biomassans flyktiga fraktion omvandlas till syntesgas, som sedan används för att driva den patenterade Stirlingmotorn och samtidigt producera elenergi och värme. För en jämförelse med direkt förbränning, se FAQ varför omvandla rester till agripellets i stället för att elda dem.
Systemets totala energieffektivitet överstiger 94%, tack vare den integrerade återvinningen av den värmeenergi som genereras under processen. Förutom elenergi och värme ger processen som fast restprodukt biokol: cirka 11-12% av massan hos den förbrukade pelletsen, med ett kolinnehåll på nära 96%.
Den producerade energin kan användas direkt för att täcka en del av företagets behov, som:
- bevattningsanläggningar;
- kylrum;
- belysning;
- verkstäder och laboratorier;
- ventilationssystem;
- torkning av biomassa och jordbruksprodukter;
- företagets hjälpsystem.
Gårdens biomassa tas därmed tillvara inte bara som bränsle, utan som energibärare som bidrar till jordbruksföretagets självförsörjning och motståndskraft.
För att fördjupa dig i hur tekniken fungerar hänvisar vi till artiklarna Biomassaförgasning: den termokemiska kärnan i BioGS-1.0 och Stirlingmotor: funktionssätt och fördelar för mikrokraftvärme.
Biokol och carbon farming: jordbruksmässigt tillvaratagande och kollagring
Till skillnad från konventionell förbränning av biomassa, där nästan allt kol oxideras och snabbt återförs till atmosfären som CO₂, behåller den pyrolytiska förgasningen en del av kolet i den fasta kolmatrisen. Biokolet från BioGS-1.0 har ett kolinnehåll på nära 96% och en låg H/C-kvot, egenskaper som i allmänhet förknippas med hög stabilitet i marken.
När det arbetats in i jordbruksmark kan det bidra till att förbättra:
- vattenhållningen;
- katjonbyteskapaciteten;
- jordstrukturen;
- den mikrobiologiska aktiviteten;
- grödornas motståndskraft under perioder av vattenbrist.
Utöver den jordbruksmässiga funktionen utgör biokolet ett kollager som potentiellt är stabilt under årtionden eller sekler, och bidrar till att kol tas bort från den snabba biogena kretsloppet.
Detta resonemang ryms inom de metoder som i allmänhet förknippas med carbon farming, det vill säga den samlade uppsättningen av jordbruksaktiviteter som syftar till att öka och bibehålla kollagren i marken och i biomassan.
För jordbruksföretaget innebär det att resterna inte bara omvandlas till energi, utan också till en jordbruksmässig och miljömässig resurs som ger fördelar på lång sikt.
För att fördjupa dig i dessa aspekter hänvisar vi till artiklarna:
- Jordförbättringsmedel: definition, fördelar och tillämpning;
- Kolsekvestrering i marken: biokols stabilitet och H/C-kvoten.
Värdekedjan biomassa-agripellets-biokol: en modell för lokal cirkulär ekonomi
Alla jordbruksföretag har inte samma mängd tillgänglig biomassa. Vissa producerar för små mängder rester för att täcka hela energibehovet för sin BioGS-1.0; andra har tvärtom betydande överskott av lignocellulosisk biomassa.
Värdekedjan kring BioGS-1.0 gör det möjligt att geografiskt skilja platsen där biomassan produceras från platsen där energiomvandlingen sker, samtidigt som kol- och näringskretsloppet stannar inom samma område.
Jordbruksföretag som har överskott av biomassa kan omvandla den till agripellets genom torkning, malning och pelletering. Det erhållna bränslet kan användas internt eller distribueras till BioGS-användare i området.
Efter energiomvandlingen kan det producerade biokolet återlämnas till biomassaproducenterna för jordbruksmässig användning på gårdens marker.
I denna konfiguration tas biomassan tillvara två gånger:
- som energibärare;
- som bärare av stabilt kol för marken.
Kostnaden för att hantera resterna blir på så sätt en lokal värdekedja som skapar energimässigt, jordbruksmässigt och miljömässigt värde. Fördelarna fördelas längs hela kedjan:
- BioGS-användare får tillgång till ett lokalt bränsle som potentiellt är mer konkurrenskraftigt än kommersiell certifierad pellets;
- jordbruksföretag tar tillvara biomassor som annars skulle vara en kostnad;
- biokolet återförs till markerna och sluter kolkretsloppet;
- området drar nytta av en distribuerad energikedja baserad på lokala restresurser.
Massbalans och energibalans: ett simulerat fall med kalkylatorn
Ett företag i Savignano sul Rubicone med ett lager på 200 m², ett uppvärmt växthus på 200 m² (dubbelt skikt, 15 °C), en elförbrukning på 4 000 kWh/år, solceller på 8 kWp mot söder och 20 t/år grenar med 30% fukthalt. Av 20 t grenar får man:
I det aktuella fallet är växthusets värmebehov den viktigaste dimensionerande faktorn. Den producerade elenergin är nämligen nästan tillräcklig redan med en enda enhet, medan ökningen av antalet system i första hand drivs av värmebehovet.
Så beräknas pelletsen
Pellets = Torr biomassa ÷ 0,90 × 0,95
Pelletsen har en slutlig fukthalt på 10%, så varje ton innehåller 0,90 t torrsubstans: därför delas den torra biomassan med 0,90. Malning och pelletering medför en massförlust på cirka 5%: därför multipliceras det med 0,95.
| Steg | Beräkning | Resultat |
|---|---|---|
| Torr biomassa | 20 t × (1 − 0,30) | 14,0 t |
| Producerad pellets | 14,0 ÷ 0,90 × 0,95 | 14,8 t |
| Förbrukad pellets | 3 enheter × 1 463 h × 2,4 kg/h | 10,5 t |
| Pelletsöverskott | 14,8 − 10,5 | 4,2 t |
| Biokol | 10,5 t × 12% | 1,3 t |
| Kol i biokolet | 1,3 t × 96% | 1,2 t |
| Potentiellt bortförd CO₂e | 1,2 t × 44/12 | 4,5 t |
Avrundade värden. Faktorn 44/12 är förhållandet mellan molmassan för CO₂ och för kol. Det rör sig om en vägledande uppskattning av sekvesteringseffekten och inte om en certifierad kolkredit.
Hur många enheter behövs
Växthusets värmebehov (cirka 27 600 kWh/år) styr dimensioneringen: med färre enheter sjunker värmetäckningen.
| BioGS-1.0-enheter | Värmetäckning | Eltäckning |
|---|---|---|
| 3 | 100% | 99% |
| 2 | 97% | 99% |
| 1 | 76% | 98% |
Uppskattningen är preliminär och har låg tillförlitlighet: den beror på antaganden om lagrets isolering (medel, 12 °C) och typ av växthus, på biomassans fukthalt och på de faktiska drifttimmarna.
Relaterade frågor: hur mycket biomassa som krävs för att värma ett växthus; vad man gör med överskottet av pellets och biokol.
Där modellen är särskilt intressant
Värdekedjan kring BioGS-1.0 är särskilt intressant i sammanhang med ett kontinuerligt flöde av lignocellulosiska rester, bland annat:
- vinföretag;
- olivodlingar;
- fruktodlingar;
- plantskolor;
- skogsföretag;
- företag som sköter grönytor;
- agroturismer med tillgång till vedartad biomassa.
I alla dessa verksamheter utgör resterna redan i dag ett materialflöde som måste hanteras. Möjligheten att omvandla dem till energi och biokol gör att man kan öka värdet som utvinns ur samma resurs utan att ändra den huvudsakliga jordbruksverksamheten.
Vad som krävs för att aktivera värdekedjan på gården
För att införa en värdekedja med biomassa, agripellets och biokol behövs i allmänhet:
- ett område för insamling och lagring av biomassan före bearbetning;
- ett system för malning och pelletering dimensionerat efter de årliga volymerna som finns tillgängliga;
- ett område för naturlig torkning eller assisterad torkning genom återvinning av värmen från BioGS-1.0;
- en yta för lagring av färdig pellets;
- en särskild yta för lagring av biokol;
- periodisk hantering av tömning av biokol, ungefär var 60:e drifttimme.
Slutsatser
Ur energimässig, jordbruksmässig och miljömässig synvinkel gör BioGS-1.0 det möjligt att i en enda värdekedja integrera hanteringen av lignocellulosiska rester, den distribuerade energiproduktionen och framställningen av biokol.
Biomassan betraktas inte längre som ett restmaterial som ska avyttras, utan som en sekundär råvara som ska tas tillvara genom en kedja som samtidigt producerar elenergi, värme och ett kolmaterial med högt jordbruksmässigt värde.
För jordbruksföretag som har beskärningsrester, vedartade rester eller skogsbiprodukter gör kalkylatorn BioGS-1.0 det möjligt att uppskatta den tillgängliga biomassans energipotential, den förväntade produktionen av biokol och den tillhörande vägledande kolbalansen. Data, formler och källor för beräkningen: metodik. Fler svar finns på sidan FAQ.