1. No category

Demonstration af anlæg til separering
af svinegylle på Mors 15. december 2010
Demonstration af anlæg
til separering af
svinegylle på Mors
15. december 2010
Af Anne Mette Graumann, Martin N. Hansen og Thorkild Q. Frandsen, AgroTech
Juni 2011
INDHOLD
Forord ............................................................................................................ 3
Sammendrag ................................................................................................... 4
1.
Baggrund og formål .................................................................................... 5
2.
De deltagende gyllesepareringsanlæg............................................................ 6
3.
Gennemførelse af demonstrationen ............................................................. 10
4.
Resultater - separationseffektivitet ............................................................. 12
5.
Brændværdi af fiberfraktioner .................................................................... 15
6.
Metanpotentiale af fiberfraktioner ............................................................... 18
Litteratur ....................................................................................................... 22
Annex A - Analyseresultater ............................................................................. 23
Annex B – Kapacitet af anlæggene under demonstrationen ................................... 24 Side 2 af 24
FORORD
Denne rapport præsenterer resultater fra demonstrationen af gyllesepareringsanlæg
på Mors den 15. december 2010.
Demonstrationen var planlagt og gennemført af AgroTech A/S i samarbejde med anlægsleverandørerne og DLBR Specialrådgivning om Biogas og Gylleseparering. Demonstrationen var støttet af Ministeriet for Videnskab, Teknologi og Udvikling.
Demonstrationen blev gennemført hos svineproducent Jørgen Mark, Gl. Møllevej 19,
7970 Redsted. En stor tak skal lyde til Jørgen Mark, som stillede ejendom, gylle og
traktor til rådighed for demonstrationen og venligt hjalp med den praktiske gennemførsel. Ligeledes takkes Torben Ravn Pedersen fra Landbo Limfjord og DLBR Specialrådgivning om Gylleseparering og Biogas for al hjælp i forbindelse med planlægning og
gennemførsel af demonstrationen.
Slutteligt skal der også lyde en tak til anlægsleverandørerne for deres interesse og for
samarbejdet i forbindelse med planlægning af afvikling af dagen.
Side 3 af 24
SAMMENDRAG
Demonstrationen blev gennemført med gylle fra samme gyllebeholder for at kunne
sammenligne separeringsanlæggene under samme betingelser. Der var tale om svinegylle med en gennemsnitlig alder på ca. 3 måneder og et tørstofindhold på ca. 2 %,
hvilket er relativt lavt. En sådan gylle giver et vanskeligt udgangspunkt for en effektiv
separering, men betingelserne var ens for de deltagende anlæg.
Resultaterne fra demonstrationen viser stor variation i separationseffektiviteten mellem de forskellige anlæg. De 8 forskellige forsøgsopstillinger kan inddeles i tre grupper
ud fra den opnåede effektivitet.
Anlæg med polymertilsætning, båndfilter og skruepresse
Demonstrationens bedste effektivitet blev opnået med AL-2s båndfilteranlæg, som
svarer til det anlæg, Kemira Miljø tidligere har solgt. Ved brug af dette anlæg blev 25
% af rågyllens kvælstof og 67 % af rågyllens fosfor genfundet i fiberfraktionen. Fiberfraktionen havde et tørstofindhold på 25 %, og vægten af fiberfraktionen udgjorde 7
% af rågyllens vægt.
Dekantercentrifuger
Demonstrationen omfattede fire prøvekørsler med GEA Westfalia dekantercentrifuger,
hvoraf to blev gennemført uden brug af polymer og to blev gennemført med polymertilsætning. Resultaterne viste, at fiberfraktionen for alle fire prøvekørsler indeholdt 1618 % af rågyllens kvælstof og 76-79 % af rågyllens fosfor. Effekten af polymertilsætning var lille, og det skyldes sandsynligvis, at der blev anvendt en meget lav dosering.
Fiberfraktionen havde et tørstofhold på 28-33 %, og vægten af fiberfraktionen udgjorde 4-5 % af rågyllens vægt.
Skruepresser
De skruepresser, der blev demonstreret fungerer uden brug af polymer eller andre
tilsætningsstoffer. Resultaterne viste, at fiberfraktionen indeholdt 4-6 % af rågyllens
kvælstof og 10-15 % af rågyllens fosfor. Hvis målet er en høj separationseffektivitet
mht. kvælstof og fosfor, så er skruepresser ikke ret velegnede, når der er tale om
meget tynd gylle. Fiberfraktionen fra disse anlæg havde et tørstofindhold på 22-28 %,
og vægten af fiberfraktionen udgjorde 2-3 % af rågyllens vægt.
Brændværdi af fiberfraktioner
Brændværdien af fiberfraktionerne varierede mellem 15,0 og 18,5 MJ/kg tørstof, og i
gennemsnit lå den på 16,6 MJ/kg tørret prøve. I praksis er brændværdien langt lavere,
bl.a. pga. tab af energi til fordampning af fiberens vandindhold. I gennemsnit blev der
målt et potentielt energiindhold i de våde prøver på 2,5 MJ/kg fiber (våd prøve).
Side 4 af 24
1. BAGGRUND OG FORMÅL
I Danmark produceres der årligt mere end 30 mio. tons husdyrgødning, hvoraf hovedparten håndteres som gylle. I dag separeres ca. 5 % af den producerede gyllemængde, men der er forventning om, at denne andel vil stige i fremtiden. Ved separeringen
opdeles gyllen normalt i en eller flere væskefraktioner, der indeholder hovedparten af
gyllens indhold af plantetilgængeligt kvælstof og kalium, og en tørstoffraktion (fiberfraktion), der indeholder en stor del af gyllens tørstof, fosfor og organiske kvælstof.
Separering af gylle kan være et relevant redskab til omfordeling af kvælstof og fosfor
fra områder med overskud til områder med behov for disse næringsstoffer. Desuden
kan gylleseparering fremme produktionen af energi baseret på gylle ved brug af fiberfraktionen i biogasanlæg eller ved forbrænding af fiberfraktionen.
Der er de sidste 10 år udviklet en række forskellige anlæg til separering af gylle, og pr.
2010 er der godt 50 anlæg i drift på husdyrbrug og biogasanlæg i Danmark. Der er
stor variation i anlæggenes opbygning og funktion, og der er ligeledes stor variation i,
hvor effektive anlæggene kan separere gylle.
Formålet med demonstrationen af gyllesepareringsanlæg på Mors var:

At samle nogle af de mest udbredte anlægstyper på markedet og vise dem i funktion over for potentielle købere og andre med interesse i gylleseparering.

At vurdere separationseffektiviteten af de forskellige anlæg ved at gennemføre
nogle kontrollerede testkørsler i løbet af dagen.

At bestemme brændværdi og biogaspotentialer af fiberfraktionen fra de forskellige
anlæg.
Denne rapport præsenterer resultaterne vedrørende separationseffektiviteten og
brændværdi af fiberfraktionerne. Det understreges, at der ikke var tale om en egentlig
test, idet anlæggene i så fald skulle have kørt over længere tid, og flere prøver skulle
udtages til analyse.
Resultaterne fra biogasudbyttebestemmelsen følger i løbet af sommeren 2011. Det lå
uden for demonstrationen at lave en vurdering og sammenligning af omkostningerne
ved separering med de forskellige anlæg.
Der var omtrent 150 besøgende under demonstrationen. De besøgende var en blanding af husdyrproducenter, teknologiudviklere og -leverandører, landbrugsrådgivere,
ejere og driftsledere fra biogasanlæg og andre interesserede.
Side 5 af 24
2. DE DELTAGENDE GYLLESEPARERINGSANLÆG
Demonstrationen omfattede gyllesepareringsanlæg fra fire forskellige leverandører:




AL-2 Agro A/S
GEA Westfalia Separator DK A/S
Brørup Traktor- og Maskincenter
Staring Maskinfabrik A/S
AL-2 Agro demonstrerede to typer anlæg, hvoraf det ene var en skruepresse, som
fungerer rent mekanisk uden brug af tilsætningsmidler. Det andet anlæg fra AL-2 Agro
var et båndfilteranlæg, hvor der blev anvendt polymer til at fremme separationen.
Figur 1. Skruepressen demonstreret af AL-2 Agro er udviklet af SB Engineering
og forhandles i dag også af Agrometer. Foto: Peter Hansen.
Figur 2. Båndfilteranlægget demonstreret af AL-2 Agro svarer til det anlæg, som tidligere
blev solgt af Kemira Miljø. Foto: Peter Hansen.
Side 6 af 24
Videncentret for Landbrug har tidligere gennemført en FarmTest af et separationsanlæg svarende til det anlæg, der blev demonstreret af AL-2 Agro. Se Pedersen (2005).
Figur 3. GEA Westfalia Separators dekantercentrifuge model GEAP 25.
Foto: Peter Hansen.
GEA Westfalia demonstrerede to modeller af dekantercentrifuger, og hver af disse blev
prøvekørt både med og uden tilsætning af polymer under separationsprocessen. GEA
Westfalia anbefaler generelt at separere gyllen uden brug af polymer, idet det er muligt at opnå høj separationseffektivitet for både næringsstoffer og tørstof. I specielle
tilfælde kan der være behov for meget høj separation af næringsstof og/eller tørstof.
Her kan en tilpasset polymerdosering være aktuel.
Ifølge anlægsleverandøren er elforbruget til drift af GEAP 25 inkl. dekanter, pumper,
snegle og lys 1,5 kWh pr. m3 separeret rågylle. En serviceaftale for GEAP 25 til separering af svinegylle koster 2 kr./m3, alt inklusiv.
Videncentret for Landbrug har tidligere gennemført en FarmTest af en dekantercentrifuge fra GEA Westfalia til separering af svinegylle uden brug af polymer (Frandsen,
2009).
Figur 4. GEA Westfalia Separators dekantercentrifuge model GEAP 100.
Foto: Peter Hansen.
Side 7 af 24
Figur 5. FAN-skruepressen demonstreret af Brørup Traktor og Maskinhandel.
Foto: Peter Hansen.
Brørup Traktor- og Maskinhandel demonstrerede en skruepresse af mærket FAN, som
importeres fra udlandet. Der anvendes ingen tilsætningsstoffer i processen. FANseparatoren er i drift mange steder i udlandet og anvendes både til separering af svine- og kvæggylle samt afgasset biomasse på biogasanlæg. I nogle lande anvendes
fiberfraktionen fra separering af kvæggylle som strøelsesmateriale til sengebåse i kostalde. Dette er ikke ret udbredt i Danmark endnu, men der opleves en stigende interesse for dette blandt danske mælkeproducenter.
Side 8 af 24
Figur 6. Staring Maskinfabriks separationsanlæg med skruepresse og rystesi.
Foto: Peter Hansen.
Staring Maskinfabrik demonstrerede et anlæg, som er opbygget med en skruepresse
og en rystesi. Under demonstrationen blev anvendt en særlig demonstrationsmodel
med en lavere kapacitet end deres normale fuldskalamodel.
Videncentret for Landbrug har tidligere gennemført en FarmTest af et separationsanlæg svarende til det anlæg, der blev demonstreret af Staring Maskinfabrik. Se Hinge
(2007).
Side 9 af 24
3. GENNEMFØRELSE AF DEMONSTRATIONEN
Rågylle
Alle separeringsanlæggene fik under demonstrationen tilført gylle fra samme gyllebeholder for at kunne sammenligne anlæggene under ens betingelser. Der var tale om en
relativ tynd gylle med et tørstofindhold på knap 2 % (se analyseresultater i Annex A).
Gyllebeholderen blev rørt op dagen før, og omrøringen fortsatte uden stop under selve
demonstrationen. Der er tale om blandet svinegylle fra søer, smågrise og slagtesvin.
Gyllebeholderen var blevet tømt i forbindelse med udbringning i sommeren 2010 og
derefter løbende tilført gylle fra staldene frem til demonstrationsdagen den 15. december. Dvs. den ældste del af gyllen var omkring seks måneder gammel, og gyllens
gennemsnitlige lagringstid var ca. tre måneder.
Normalt opnås den bedste separering, når der er tale om en frisk rågylle med et relativt højt tørstofindhold. Man kan derfor sige, at gyllesepareringsanlæggene blev demonstreret under vanskelige, men ikke ualmindelige forhold.
Forsøgsopstillinger
Der blev gennemført testkørsler for otte forskellige forsøgsopstillinger med anlæggene
fra de fire leverandører. En oversigt over forsøgsopstillingerne kan ses i tabellen herunder.
T a b e l 1. O v e r s i g t o v e r d e o t t e f o r s ø g s o p s t i l l i n g e r .
Nr.
Leverandør
Anlæg
Anvendelse af polymer?
1
AL-2 Agro
Skruepresse
Uden brug af polymer
2
AL-2 Agro
Flokkulering, båndfilter og
skruepresse
Polymer anvendes
3
GEA Westfalia Separator
GEAP 25
Uden brug af polymer
4
GEA Westfalia Separator
GEAP 25
Polymer anvendes
5
GEA Westfalia Separator
GEAP 100
Uden brug af polymer
6
GEA Westfalia Separator
GEAP 100
Polymer anvendes
7
Brørup Traktor- og Maskincenter
FAN Skruepresse
Uden brug af polymer
8
Staring Maskinfabrik
Staring Agrounit
Uden brug af polymer
For hver af de otte forsøgsopstillinger blev gennemført en testkørsel med en varighed
på ca. to timer. Jævnt fordelt over testperioden blev der udtaget ca. fire delprøver af
den tilførte rågylle og af de respektive output-fraktioner. Efter testkørslen blev delprøverne fra hver input- og output-strøm samlet og blandet og herudfra blev udtaget to
prøver til analyse (dobbeltbestemmelse af næringsstofindhold, tørstof og aske i hver
strøm).
Prøverne blev efter udtagning holdt nedkølede og umiddelbart efter demonstrationen
transporteret til Eurofins Steins Laboratorium. Her blev prøverne analyseret for indhold
af næringsstoffer, total tørstof og aske.
Side 10 af 24
For hver forsøgsopstilling blev fiberfraktionen opsamlet i container og vejet. Desuden
blev mængden af rågylle eller mængden af produceret væskefraktion bestemt ved
hjælp af flowmålere i de fleste af forsøgsopstillingerne. Ud fra disse tal er for hver forsøgsopstilling lavet en massebalance, der viser, hvor stor andel de forskellige outputfraktioner udgør af rågyllen (vægt-procent). Det er her antaget, at 1 m3 vejer et ton.
Side 11 af 24
4. RESULTATER - SEPARATIONSEFFEKTIVITET
Separationseffektiviteten anvendes her som et udtryk for, hvor stor andel af rågyllens
næringsstoffer og tørstof, der findes i fiberfraktionen efter separationen. Typisk ønskes
en stor andel af rågyllens næringsstoffer samlet i en fiberfraktion, hvis vægt kun udgør
en lille del af rågyllens vægt – altså en stor opkoncentrering af næringsstoffer.
Et uddrag af analyseresultaterne for rågylle, væskefraktion og fiberfraktion kan ses i
tabel 2. I Annex A er alle analyseresultaterne præsenteret.
T a b e l 2. I n d h o l d a f t o t a l - N , o r g a n i s k N , f o s f o r o g t o t a l t ø r s t o f i r å g y l l e , v æ s k e o g f i b e r .
Forsøgsopstilling
Fraktion
AL-2 Skruepresse
uden polymer
AL-2 Båndfilteranlæg med polymer
Total-N
(kg/ton)
Organisk N
(kg/ton)1
Fosfor
(kg/ton)
Tørstof
(%)
Rågylle
2,60
0,52
0,55
1,90
Væske
2,56
0,54
0,50
1,69
Fiber
5,27
2,96
2,65
22,01
Rågylle
2,62
0,59
0,57
1,94
Væske
2,14
0,30
0,25
0,98
10,37
6,28
7,30
25,24
Rågylle
2,56
0,51
0,60
1,89
Væske
2,35
0,38
0,14
1,13
10,05
4,81
11,00
28,99
Rågylle
2,64
0,59
0,53
1,87
Væske
2,33
0,44
0,16
1,12
10,08
4,81
11,00
27,91
2,94
0,69
0,54
2,27
2,41
0,44
0,17
1,21
10,08
4,73
12,00
31,86
2,47
0,47
0,37
1,48
2,32
0,37
0,12
1,09
10,78
4,84
11,00
32,58
Rågylle
2,62
0,52
0,56
1,76
Væske
2,48
0,56
0,42
1,60
Fiber
6,24
4,00
3,00
28,05
Rågylle
2,60
0,56
0,52
1,83
Væske
2,62
0,58
0,50
1,70
Fiber
5,44
3,57
2,85
26,23
Slam
4,53
1,39
5,25
10,39
Fiber
GEAP 25 dekanter
uden polymer
Fiber
GEAP 25 dekanter
med polymer
Fiber
GEAP 100 dekanter Rågylle
uden polymer
Væske
Fiber
GEAP 100 dekanter Rågylle
med polymer
Væske
Fiber
FAN skruepresse
uden polymer
Staring Agrounit
uden polymer
1
Indholdet af organisk N er beregnet som differencen mellem total-N og ammonium-N.
Det ses i tabel 2, at tørstofindholdet i rågyllen ligger på nogenlunde samme niveau
omkring 1,90 %. Ud fra disse analyseresultater er separationseffektiviteten for de otte
forsøgsopstillinger er beregnet og præsenteret i tabel 3 herunder.
Side 12 af 24
Tabel 3. Separationseffektivitet for anlæggene i de 8 forskellige forsøgsopstillinger.
Nr.
1
Andel i fiberfraktion1
Forsøgsopstilling
Tørstofindhold
Total-N
Fosfor
Vægt
Rågylle
Fiber
6%
15 %
3%
1,9 %
22,0 %
1
AL-2 Skruepresse uden
polymer
2
AL-2 Båndfilteranlæg
med polymer
25 %
67 %
7%
1,9 %
25,2 %
3
GEAP 25 dekanter uden
polymer
17 %
78 %
5%
1,9 %
29,0 %
4
GEAP 25 dekanter med
polymer
18 %
78 %
5%
1,9 %
27,9 %
5
GEAP 100 dekanter
uden polymer
16 %
76 %
4%
2,3 %
31,9 %
6
GEAP 100 dekanter
med polymer
16 %
79 %
4%
1,5 %
32,6 %
7
FAN skruepresse uden
polymer
4%
10 %
2%
1,8 %
28,1 %
8
Staring Agrounit uden
polymer
N.a.2
N.a.2
N.a.2
1,8 %
26,2 %
Tallene er korrigeret for at nå 100 % massebalancer.
separationseffektivitet for Staring Agrounit.
2
Data utilstrækkelige til beregning af
Som nævnt i afsnit 3 ovenfor er der under demonstrationen anvendt en meget tynd
rågylle. Det betyder, at alle separationsanlæg generelt præsterer lavere separationseffektivitet end ved normal gylle med et tørstofindhold på f.eks. 4 % eller højere.
Der er to af opstillingerne, som skiller sig ud med hensyn til tørstofindhold i rågyllen.
Opstilling nr. 5 er kørt med en tykkere gylle end gennemsnittet i løbet af demonstrationen. En mulig forklaring kan være, at der i denne opstilling er suget rågylle fra bunden af tanken, hvor der måske er tendens til sedimentering trods den konstante omrøring. Opstilling nr. 6 er gennemført med en gylle, der er tyndere end gennemsnittet.
Måske fordi denne opstilling er kørt sidst på dagen, hvor al det tykke gylle er blevet
suget op tidligere på dagen.
Den højeste separationseffektivitet mht. total-N ses for AL-2 båndfilteranlægget, hvor
der blev anvendt polymer. Det ses i tabel 3, at 25 % af total-N findes i fiberfraktionen
for denne forsøgsopstilling. Denne relativt høje separationseffektivitet skyldes polymertilsætningen, som gør, at små partikler samles og bindes sammen i større klumper, som efterfølgende er nemmere at separere fra. Der er anvendt en dosering på
omkring 0,25 liter polymer pr. ton separeret rågylle.
Forsøgsopstilling 3 og 4 vedrører GEAP 25, hvoraf den første er uden brug af polymer,
og den anden er gennemført med brug af polymer. Det ses, at separationseffektiviteten er en anelse højere i opstilling 4, hvor polymer er anvendt. At effekten af polymertilsætning ikke er højere skyldes sandsynligvis, at doseringen har været relativ lav.
Under demonstrationen er der anvendt ca. 0,05 liter polymer pr. ton rågylle separeret.
Forsøgsopstilling 5 og 6 giver resultater på nogenlunde samme niveau. Disse to forsøgsopstillinger vedrører GEAP100 dekantercentrifugen, hvoraf den første er uden
polymer, og den anden er med polymer. Det var forventet, at anvendelsen af polymer
ville vise sig i form af en højere separationseffektivitet. At dette ikke var tilfældet skyldes sandsynligvis, at for opstillingen med brug af polymer var tørstofindholdet noget
lavere end i opstillingen med samme separator uden polymer. Man kan sige, at effekSide 13 af 24
ten af polymertilsætningen blev neutraliseret, fordi gyllen er tyndere. En del af forklaringen er nok også, at der blev anvendt en relativ lille polymerdosering, og at fiberfraktionen ved opstilling 6 med polymertilsætning er en anelse mere tør end ved
samme separator uden polymer.
Forsøgsopstilling 1 og 7 vedrører to skruepresser uden polymertilsætning, som blev
demonstreret af henholdsvis AL-2 og Brørup Traktor og Maskincenter. For AL-2 er andelen af total-N i fiberfraktionen 6 % og for FAN separatoren er den 4 %. Også andelen af fosfor i fiberfraktionen er relativ lav for de to skruepresser. For AL-2 er 15 % af
rågyllens fosfor i fiberfraktionen, og for FAN er det 10 % af rågyllens fosfor, der findes
i fiberfraktionen. Skruepresser er relativt billige i investering og i drift, og samtidig
robuste anlæg. Men når der er tale om en tynd gylle, er skruepresser ikke ret effektive
til at opkoncentrere næringsstoffer og tørstof i fiberfraktionen.
Tørstofindholdet i de producerede fiberfraktioner varierer fra 22 % for AL-2s anlæg
med polymertilsætning til knap 33 % for GEA Westfalias GEAP 100 med polymertilsætning.
Side 14 af 24
5. BRÆNDVÆRDI AF FIBERFRAKTIONER
Hovedparten af fiberfraktionen fra gylleseparering udnyttes i dag enten som en jordforbedrende og fosforholdig gødning i planteproduktionen eller tilføres biogasanlæg for
at øge biogasproduktionen. I områder med høj husdyrtæthed og lang afstand til biogasanlæg, kan der imidlertid være problemer med at udnytte fiberfraktionen. I disse
områder kan forbrænding af fiberfraktionen være et attraktivt alternativ. Forbrændingen kan dels begrænse omkostningerne ved transport af fiberens fosforindhold og kan
samtidig føre til fortrængning af fossilt brændsel med CO2-neutral energi.
Energipotentialet af fiberfraktionen afhænger bl.a. af fiberens tørstof- og askeindhold
og disse forhold er bl.a. bestemt af hvilken separationsteknologi, der er benyttet, idet
de nuværende separationsteknologier afviger markant mht. teknologi og separationsmetode. Der er derfor en forventning om at energipotentialet i fiberen vil afhænge af
den benyttede teknologi. Som en del af demonstrationen af gyllesepareringsanlæg er
brændværdien af de forskellige fiberfraktioner bestemt.
Formål
Formålet med undersøgelsen var at fastlægge energipotentialet af et biobrændsel bestående af den faste fraktion af gylle, som dannes i forbindelse med separering af gylle, samt at undersøge hvordan energipotentialet påvirkedes af den benyttede separationsteknologi.
Metode
I forbindelse med separering af svinegylle med syv forskellige separationsteknologier
blev der udtaget homogeniserede prøver af de dannede fiberfraktioner. De udtagne
prøver blev frosset ned, inden de blev sendt til analyse for brændværdiparametre hos
Teknologisk Institut. Brændværdien af prøverne blev bestemt henholdsvis af våde
prøver ved adiabatisk kalorimeterbestemmelse og af tørre prøver.
Resultater og diskussion
De opnåede brændværdier er vist i tabel 4. Brændværdien af tørrede prøver udgør i
gennemsnit 16,6 MJ/kg tørret prøve. I praksis er brændværdien langt lavere, bl.a.
pga. tab af energi til fordampning af fiberens vandindhold. I gennemsnit blev der målt
et potentielt energiindhold i de våde prøver på 2,5 MJ/kg fiber.
Side 15 af 24
Tabel 4. Brændværdi og indhold af tørstof og aske i de undersøgte biomasseprøver.
Brændværdien er opgjort henholdsvist per kg tørstof (TS) i brændslet (MJ kg TS-1) og per kg
vådt brændsel (MJ kg-1).
Biomasse
Tørstof
%
Aske,
% af vådvægt
AL-2 uden polymer
24,6
AL-2 med polymer
Brændværdi
MJ kg TS-1
MJ kg-1 a)
2,6
18,13
2,61
23,5
5,8
16,84
2,08
GEAP 25 uden polymer
28,5
8,3
15,03
2,53
GEAP 25 med polymer
27,3
7,9
14,77
2,26
GEAP 100 med polymer
29,5
8,8
14,95
2,69
FAN uden polymer
27,9
2,7
18,50
3,39
STARING uden polymer
22,8
2,7
18,10
2,24
Gennemsnit
26,3
5,5
16,61
2,54
a)
Effektiv (nedre) brændværdi i våd prøve.
Energipotentialet af fiberfraktionen afhang kun i mindre grad af det benyttede separeringsanlæg. Den højeste brandværdi blev opnået i fiberfraktionen fra FAN skruepressen, mens den laveste brændværdi blev fundet i fiberen separeret i AL separatoren
ved tilsætning af polymer. Separering med dekantercentrifuger (GEA Westfalia) producerede fiberfraktioner med en brændværdi tæt på gennemsnittet. Tilsætning af polymer før separeringen førte for både AL-2 og GEAP separatorteknologien til en lidt lavere gennemsnitlig brændværdi af fiberen end ingen tilsætning.
Der kan ikke forventes en 100 % udnyttelse af energipotentialet i biomasser. En række faktorer betyder, at kun en andel af den potentielle energi kan udnyttes. Bl.a. kan
man ikke forvente en fuld udnyttelse af den energi, der tilføres et biomassefyr. Biomassefyr vil afhængig af type, indføringssystem og biomassetype normalt kun kunne
udnytte omkring 80 % af det potentielle energiinput (virkningsgrad).
Derudover betyder det høje vand- og askeindhold i fiberfraktionen, at man ikke kan
forvente den samme virkningsgrad af fiberfraktioner, som af eksempelvis halm og flis.
En tidligere undersøgelse har således fundet, at man ved samfyring af halm og gyllefibre i et decentralt anlæg opnåede en virkningsgrad på mellem 76 og 80 % (Hansen
et al., 2009 & Kristensen et al., 2009). Virkningsgraden ved afbrænding af fiber uden
samfyring med halm kendes ikke, men den vil formentligt være væsentligt lavere end
80 %.
Side 16 af 24
Figur 7. Energioverskuddet ved biogas produktion af rågylle,
afbrænding af fiberfraktionen og afgasning af gylle efterfulgt af
separation og afbrænding af fiberfraktionen (Sommer & Møller).
Vandindholdet og dermed tørstofindholdet af fiberfraktionen har stor indflydelse på det
energioverskud, der kan opnås ved afbrændingen. Figur 7 viser bl.a., hvor stort et
energioverskud, der kan forventes ved afbrænding af fiberfraktioner med varierende
tørstofindhold. Figuren viser, at der stort set ikke kan forventes et netto energioverskud, hvis fiberfraktioner har et tørstofindhold på under ca. 20 %.
Side 17 af 24
6. METANPOTENTIALE AF FIBERFRAKTIONER
Der blev i 2010 separeret ca. 900.000 t gylle og over 80 % af den producerede fiberfraktionen blev anvendt til biogasproduktion. En kommende udbygning af biogasproduktionen i Danmark vil sandsynligvis i langt højere grad blive baseret på anvendelse
af gyllefibre. Hvis et separationsanlæg benyttes til fremstilling af fiber til biogasproduktion, er det vigtigt at anlægget kan:
1.
2.
Opkoncentrere mest muligt organiske tørstof i fiberfraktionen.
Fremstille en fiberfraktion med et højt biogaspotentiale.
Første punkt er belyst på side 12-14, mens andet punkt er behandlet nedenfor.
Metode
I løbet af demonstrationsperioden den 15. december 2010 blev der udtaget prøver af
fiberfraktionerne fra de forskellige separationsanlæg. Prøverne blev nedfrosset og biogaspotentialet blev efterfølgende bestemt i batchforsøg, som blev udført efter Agrotechs protokol for analyse af metanpotentiale (modificeret efter Angelidaki et al.
2009). For hver prøve har Eurofins Steins Laboratorium gennemført dobbeltbestemmelse af tørstof og askeindhold. Der blev anvendt podemateriale fra Bånlev Biogas og
flaskerne blev inkuberet ved 48 °C. Prøverne blev udrådnet med tre gentagelser og
den samlede udrådningsperiode var 92 døgn.
Resultater
Der blev, under demonstrationen den 15. december 2010, produceret otte forskellige
fiberfraktioner og en slamfraktion. Metanpotentialet for de ni forskellige fraktioner,
ligger i intervallet 229-309 Nm3/t VS efter 92 døgns udrådning (tabel 5).
Side 18 af 24
T a b e l 5 . F i b e r f r a k t i o n e r m e d a n g i v e l s e a f t ø r st o f - o g a s k e a n d e l , s a m t m e t a n u d b y t t e a n g i v e t
efter 36 og 92 døgns udrådning med standardafvigelse for resultater efter 92 døgns
udrådning.
TS [%]
Aske
[% af vådvægt]
Metanudbytte efter 36
døgn [Nm3/t
VS]
Metanudbytte efter 92
døgn [Nm3/t
VS]
S.D. ved
resultater
efter 92
døgn
AL-2 båndfilter med polymer
25,2
7,3
205,0
273,0
2,7
AL-2 skruepresse uden
polymer
22,0
3,6
218,3
309,4
2,0
FAN skruepresse uden
polymer
28,1
3,4
187,2
263,6
13,6
GEAP 100
med polymer
32,6
9,9
161,0
229,1
1,5
GEAP 100
uden polymer
31,9
10,0
163,6
230,6
17,9
GEAP 25 med
polymer
27,9
8,5
180,8
251,3
10,9
GEAP 25
uden polymer
29,0
9,3
185,4
253,1
19,1
Staring
Agrounit,
fiberfraktion
26,2
6,0
195,6
270,4
19,6
Staring
Agrounit,
slamfraktion
10,4
4,3
179,3
257,2
13,4
Det højeste metanudbytte fås fra fiberfraktionen efter separering med AL-2s skruepresseanlæg uden tilsætning af polymer. Det skal dog nævnes, at der er uoverensstemmelse mellem tørstofanalyserne af denne fiberfraktion, og denne usikkerhed kan
have medført et falsk forhøjet metanudbytte på op til 5 %.
Tages dette forbehold i betragtning ligger resultaterne i et ret snævert interval med et
gennemsnit på ca. 255 Nm3/t VS (figur 8).
Der ses ingen sikker forskel på metanudbyttet pr. ton organisk stof fra fiberfraktioner
med og uden polymertilsætning, uanset om gylle er separeret med GEAP 100, GEAP
25 eller AL-2. Som nævnt i afsnit 4 ovenfor blev der dog anvendt en relativ lav polymerdosering for GEAP 100 og for GEAP 25.
Side 19 af 24
Figur 8. Metanudbytte fra udrådning af forskellige fiberfraktioner
fra gylleseparering. Alle fiberfraktioner er produceret ved
d e m o n s t r a t i o n a f g y l l e s e p a r e r i n g s a n l æ g d e n 15. d e c e m b e r 20 1 0 p å
samme rågylle.
Efter 36 døgns udrådning er der i gennemsnit produceret 72 % af metanudbyttet, som
fås efter 92 døgns udrådning. Forskellen i denne andel er minimal mellem de enkelte
fiberfraktioner.
Det skal nævnes, at der er forskel mellem resultaterne af aske- og tørstofanalyserne i
dette afsnit og i afsnittet om brændværdi af fiberfraktioner (side 15). Det skyldes, at
analyserne er udført på to forskellige laboratorier, henholdsvis Eurofins Steins Laboratorium og Teknologisk Institut.
I tabel 6 er metanudbytterne af gyllefibrene omregnet, så de er vist på basis af frisk
vægt. Desuden viser tabel 6 metanudbyttet i fiberfraktionen opgjort per ton separeret
gylle. Dette er et udtryk for, hvor effektive anlæggene er til at opkoncentrere rågyllens
metanpotentiale i fiberfraktionen, når der både tages hensyn til, hvor stor andel af
rågyllens organiske stof, der ender i fiberfraktionen og metanudbyttet per ton organisk
stof i de enkelte fiberfraktioner.
Side 20 af 24
Tabel 6. Metanudbytter af fiberfraktioner efter 36 og 92 døgns udrådning opgjort på basis af
frisk vægt samt metanudbytter udtrykt per ton separeret gylle.
1
VS
[% af
vådvægt]
Metanudbytte
efter 36 døgn
[Nm3/t fiber
frisk vægt]
Metanudbytte
efter 36 døgn
[Nm3/t separeret rågylle]
Metanudbytte
efter 92 døgn
[Nm3/t fiber
frisk vægt]
Metanudbytte
efter 92 døgn
[Nm3/t separeret rågylle]
AL-2 båndfilter med polymer
17,9
36,8
2,4
48,9
3,2
AL-2 skruepresse uden
polymer
18,4
40,2
1,2
56,9
1,8
FAN skruepresse uden
polymer
24,7
46,2
0,7
65,1
1,0
GEAP 100
med polymer
22,7
36,5
1,5
52,0
2,1
GEAP 100
uden polymer
21,9
35,8
1,6
50,5
2,2
GEAP 25 med
polymer
19,4
35,1
1,7
48,8
2,4
GEAP 25
uden polymer
19,7
36,5
1,7
49,9
2,3
Staring
Agrounit,
fiberfraktion
20,2
39,5
N.a.1
54,6
N.a.1
Staring
Agrounit,
slamfraktion
6,1
10,9
N.a.1
15,7
N.a.1
Data utilstrækkelige for Staring Agrounit fiberfraktion og slamfraktion.
Af tabel 6 ses bl.a. at AL-2 båndfilteranlægget er det mest effektive, når det handler
om at opkoncentrere metanpotentiale i fiberfraktionen.
Når AL-2 båndfilteranlægget anvendes til separation af et ton rågylle opnås et metanudbytte af fiberfraktionen på 2,4 Nm3 og 3,2 Nm3 efter henholdsvis 36 og 92 døgns
udrådning.
Side 21 af 24
LITTERATUR
Angelidaki, I., Alves, M., Bolzonella, D., Borzacconi, L., Campos, J. L., Guwy, A. J.,
Kalyuzhnyi, S., Jenicek P. and van Lier, J. B. Defining the biomethane potential
(BMP) of solid organic wastes and energy crops: a proposed protocol for batch
assays. Water Sci. Technol. 59 (5), 927-934.
Frandsen, T.Q. (2009). Separering af svinegylle med GEA Westfalia UCD 305. FarmTest Bygninger Nr. 41. Dansk Landbrugsrådgivning, Landscentret.
Hansen M.N., Kristensen J.K., Kristensen E.F. (2009). Forbrænding af fiberfraktionen
fra separeret husdyrgødning - Bestemmelse af fiberens brændværdi og miljøpåvirkning ved samfyring med halm. LandbrugsInfo.
Hinge, J. (2007). Gylleseparering med PCK separationsanlæg. FarmTest Bygninger Nr.
43. Dansk Landbrugsrådgivning, Landscentret.
Kristensen E.F.; Kristensen J.K.; Sørensen P.; Hansen M.N. 2009. Forbrænding af separeret husdyrgødning i mindre fyringsanlæg – effekt af samfyring af gyllefibre
og halm på energiudnyttelse og miljøpåvirkning. Grøn Viden, DJF husdyrbrug Nr.
50. Juli 2009.
Pedersen, T.R. (2005). Gylleseparering. Kemira Miljø A/S. FarmTest Bygninger Nr. 20.
Dansk Landbrugsrådgivning, Landscentret.
Sommer S.G., Møller H.B. (udateret) Gylle til energi og gødning. Afdeling for Jordbrugsteknik, Danmarks JordbrugsForskning. Artikel på www.manure.dk
Side 22 af 24
ANNEX A - ANALYSERESULTATER
Tabel A-1. Indhold af næringsstoffer, tørstof og aske i rågylle og de resulterende fraktioner. Gennemsnit af to
udtagne prøver fra hver fraktion.
Forsøgsopstilling Fraktion
Total-N
(kg/ton)
Ammonium-N
(kg/ton)
Organisk N
(kg/ton)1
Fosfor
(kg/ton)
Kalium
(kg/ton)
TS
(%)
Aske
(%)
VS
(%)2
AL-2 Skruepres- Rågylle
se uden polymer
Rejekt
2,595
2,080
0,515
0,550
1,600
1,895
0,64
1,255
2,555
2,020
0,535
0,495
1,600
1,685
0,60
1,085
Fiber
5,270
2,310
2,960
2,650
1,500
22,005
3,60
18,405
Rågylle
2,615
2,025
0,590
0,565
1,600
1,940
0,655
1,285
Rejekt
2,135
1,835
0,300
0,245
1,500
0,980
0,435
0,545
10,370
4,095
6,275
7,300
1,550
25,240
7,300
17,940
Rågylle
2,560
2,050
0,510
0,595
1,600
1,890
0,685
1,205
Rejekt
2,350
1,970
0,380
0,140
1,600
1,125
0,490
0,650
10,045
5,240
4,805
11,000
1,600
28,990
9,300
19,690
2,635
2,045
0,590
0,530
1,600
1,865
0,640
1,225
2,330
1,890
0,440
0,155
1,550
1,120
0,480
0,640
Fiber
10,08
5,26
4,81
11,00
1,600
27,91
8,50
19,41
Rågylle
2,935
2,250
0,685
0,540
1,700
2,265
0,745
1,520
Rejekt
2,405
1,970
0,435
0,170
1,600
1,210
0,485
0,725
10,080
5,350
4,730
12,000
1,550
31,855
Rågylle
2,470
2,000
0,470
0,365
1,400
1,480
0,805
0,675
Rejekt
2,320
1,950
0,370
0,120
1,450
1,085
0,490
0,595
10,775
5,935
4,840
11,000
1,600
32,580
9,900
22,680
2,620
2,105
0,515
0,555
1,600
1,760
0,605
1,155
2,480
1,920
0,560
0,415
1,600
1,600
0,675
0,925
Fiber
6,235
2,235
4,000
3,000
1,450
28,050
3,350
24,700
Rågylle
2,600
2,045
0,555
0,515
1,600
1,825
0,615
1,210
Rejekt
2,615
2,035
0,580
0,500
1,600
1,695
0,530
1,165
Fiber
5,440
1,875
3,565
2,850
1,500
26,225
6,000
20,970
Slam
4,530
3,145
1,385
5,250
1,700
10,390
4,300
6,090
AL-2 Båndfilteranlæg med
polymer
Fiber
GEAP 25 dekanter uden polymer
Fiber
GEAP 25 dekan- Rågylle
ter med polymer
Rejekt
GEAP 100 dekanter uden
polymer
Fiber
GEAP 100 dekanter med
polymer
Fiber
FAN skruepresse Rågylle
uden polymer
Rejekt
Staring Agrounit
uden polymer
1
Indholdet af organisk N er beregnet som differencen mellem total-N og ammonium-N.
tørstof) er beregnet som differencen mellem TS (total tørstof) og aske.
2
10,000 21,855
VS (organisk
Side 23 af 24
ANNEX B – KAPACITET AF ANLÆGGENE UNDER DEMONSTRATIONEN
Tabel A-2. Mængde af rågylle behandlet og realiseret kapacitet under prøvekørsel.
Forsøgsopstilling
Mængde rågylle
behandlet (tons)
Mængde af fiber
produceret (tons)
Varighed af prøvekørsel (min.)
Kapacitet
(tons/time)
AL-2 Skruepresse uden
polymer
25,80
0,800
72
21,50
AL-2 Båndfilteranlæg
med polymer
15,90
1,040
113
8,44
GEAP 25 dekanter uden
polymer
33,00
1,500
114
17,37
GEAP 25 dekanter med
polymer
70,00
3,480
187
22,46
GEAP 100 dekanter
uden polymer
65,00
2,820
58
67,24
GEAP 100 dekanter
med polymer
61,00
2,440
50
73,20
FAN skruepresse uden
polymer
53,301
0,840
123
26,00
Staring Agrounit uden
polymer
100,611
0,5722
106
56,95
1
Mængde af rågylle behandlet er beregnet ud fra tørstofindhold i rågylle og output-fraktioner, da der
hverken var flowmåler på rågylle eller rejekt. 2 Vægten af fiberfraktionen fra Staring anlægget er inklusiv
vægten af den producerede slamfraktion (92 kg).
Side 24 af 24