Användningsområden för biprodukterna vid pressning och omförestring av rapsolja

Rapeseed contains 40-50% oil that can be extracted by pressing and possibly subsequent extraction. The residue, rapeseed cake, normally contains 10-25% oil, but rapeseed meal subjected to extraction only contains a few percent oil. Rapeseed cake and rapeseed meal can be used as animal feed, fuel, biogas substrate or fertiliser. If the extracted oil is used as a vehicle fuel it is normally transesterified to rapeseed oil methyl ester (RME) and then glycerol is produced as a by-product. Glycerol can be used for animal feed, fuel, biogas substrate or in the chemical industry as a raw material or additive in several products. The main purpose of this work was to evaluate how rapeseed cake and rapeseed meal, together with glycerol from transesterification of rapeseed oil, could be used in different applications, and to calculate their economic values in these uses. Used as a ruminant feed, current rapeseed cultivars can provide the entire dietary protein requirement. Up to 10% of the feed or concentrate mix for pigs, poultry and horses can comprise rapeseed feed. For piglets and horses, the palatability may limit the amount fed. The amount of rapeseed cake fed is restricted by its oil content. Normally, ruminants can manage 5% fat and horses about 2% fat in concentrate, and pigs 5% and poultry 1-1.5% fat in the overall diet. Glycerol can be an energy component of the feed mix. Cattle, sheep and pigs have been successfully fed a mixture containing 5-10% glycerol, and poultry a mixture containing 5%. Glycerol works well as a binding agent in feed pellet manufacture, with an admixture of 2-3% giving a more solid pellet. Glycerol is hygroscopic and absorbs water from the air if too much is added to the feed mixture. This impairs feed storage qualities. Rapeseed cake and rapeseed meal may be incinerated, but produce an ash with a relatively low melting-point, causes sintering and deposits to form in the furnace. The amount of ash is rather high, about 6%. The high nitrogen content (4-6% of dry matter) gives high nitric oxide emissions, often 2-3.6 times the emissions of fuels deficient in nitrogen. The high oil content in rapeseed cake gives it a comparatively high heat of combustion. Glycerol is difficult to incinerate alone, but can be incinerated when mixed with disintegrated solid biofuels such as sawdust or wood shavings. It would probably act as a binding agent in solid biofuel pellets or briquettes. Rapeseed cake and rapeseed meal can be used as an organic fertiliser, with 4-6% nitrogen, 0.4-2% phosphorus and 0.3-1% potassium. Organically bound nitrogen is released slowly. Glycerol has no value as a fertiliser unless it contains potassium residues from the catalyst (about 0.6%) used for transesterification, and possibly also phosphorus residues (about 0.16%) from the phosphoric acid that may be used to neutralise the catalyst. Rapeseed cake, rapeseed meal and glycerol are very suitable for anaerobic digestion. Rapeseed cake and rapeseed meal are nitrogen-rich media that may cause too high a content of ammonium nitrate in the biogas reactor. The oil in rapeseed cake may cause other substrates such as farmyard manure to give a higher gas yield. There are similar observations of methane gas yield increasing when glycerol is digested together with protein-rich media. Glycerol can be used as a carbon source in biogas processes. The plant nutrients in rapeseed cake and rapeseed meal are more easily available after biodigestion. The economic value of rapeseed cake, rapeseed meal and glycerol has been calculated on the basis of the replacement value of barley and soybean meal for feed, forest wood chips for incineration, nitrogen, phosphorus and potassium for fertiliser, or sales of electricity and district heating from a large farm-scale biogas plant. Rapeseed by-products were most valuable when used as feed, followed by use for combustion and biogas with a high gas yield. They were least valuable when used as fertilisers and for biogas with a low gas yield. The world market values of barley, soybean meal and feed fat (rapeseed oil) had a large influence on the value of the by-products and on the gas yield etc. from the biogas plant. The price of forest wood chips and fertilisers had a smaller influence on the results, since these products had a lower initial value. Domestic animals can by far consume all the rapeseed cake and rapeseed meal that can be produced in Sweden. Dairy cows can consume large quantities. Much larger quantities of glycerol can be consumed by domestic animals than can be produced through transesterification of rapeseed oil of Swedish origin. This means that the glycerol from a considerable proportion of imported rapeseed oil could be used for feeding purposes. There is nothing that limits the amount of rapeseed cake, rapeseed meal and glycerol that can be used for combustion or as fertilisers, other than their economic value in these applications. Glycerol may have added value if it can be used successfully as a binding agent in feed pellets, biofuel pellets or briquettes. It is only possible to digest a limited proportion of the potential production of rapeseed cake and rapeseed meal in domestic biogas plants. However, there is no problem with digesting the possible production of domestic glycerol and more in existing biogas plants. Furthermore, the glycerol may have added value because it can increase the methane gas yield from other substrates during co-digestion. Future studies should examine in detail the properties of glycerol as a binding agent in production of feed pellets, biofuel pellets and briquettes. The properties of glycerol as a carbon source for production of biogas when co-digested with other substrates should also be investigated. There is also a need for plant breeding of the rapeseed to decrease the content of anti-nutritional carbohydrates and proportion of husk in the seed. This would allow larger amounts of rapeseed cake and rapeseed meal to be used in animal feed, mainly for monogastric animals

Kostnader och lönsamhet för odling av energigräs på marginell jordbruksmark

I Sverige finns idag stora arealer jordbruksmark som inte används för produktion av livsmedel eller foder. En stor del av dessa arealer finns på s.k. marginalmarker, dvs. på små oregelbundna fält eller på fält med sämre bördighet. Även vändtegar och kantzoner kan anses vara en typ av marginalmark, bl.a. beroende på att avkastningen ofta är lägre än på övriga delar av fältet. Behovet av förnybara och koldioxid-neutrala bränslen förväntas öka starkt i framtiden. Energigräs, exempelvis rörflen (Phalaris arundinacea L.), kan t.ex. användas som fastbränsle i form av balar eller pellets. Dessutom är energigräs i form av olika vallblandningar lämplig för produktion av biogas. Syftet med projektet var att beräkna kostnaderna och lönsamheten för odling av energigräs på marginell jordbruksmark. Ett av målen var att påvisa vilka typer av marginalfält, skördesystem och regioner som har störst potential för konkurrenskraftig odling av energigräs. Det ekonomiska värdet av minskat växtnäringsläckage vid odling av energigräs, och energibehovet i form av dieselbränsle, har också beräknats. De typer av marginalfält som ingick i studien var vändtegar, kantzoner, små oregelbundna fält samt fält med låg bördighet. Jämförelser gjordes med s.k. "normala" fält, dvs. fält med genomsnittlig avkastning och en areal på 5,0 ha, samt med s.k. "stora" fält på 15,0 ha. För att spegla regionala skillnader i Sverige, har beräkningar gjorts utifrån odlingsförutsättningarna i Svalövs, Ronneby, Vingåkers och Skellefteå kommuner. Lönsamheten för rörflen och vall jämfördes med lönsamheten för vårkorn, höstvete och träda. Känslighetsanalyser har gjorts för varierande produktpriser, halverade maskin- och arbetskostnader, olika maskinstorlekar ("större" och "mindre" maskiner), beaktande av det ekonomiska värdet av minskat växtnäringsläckage, hantering av biogasgrödan som rundbalar eller med hjälp av hackvagn, användning av färskt respektive lagrat (ensilerat) gräs för biogasproduktion, m.m. De viktigaste slutsatserna i projektet var: * Det var inte lönsamt att odla energigräs i form av rörflen (till fastbränsle) eller vall (till biogas) på de studerade marginalmarkerna. Träda hade i samtliga fall en bättre lönsamhet, även jämfört med t.ex. vårkorn. * Produktion av rörflen som fastbränsle hade högre lönsamhet än produktion av vall för framställning av biogas. För biogasvallen förbättrades resultatet betydligt när grödan användes som biogassubstrat direkt utan föregående lagring. * När hänsyn togs till miljönyttan i form av minskat växtnäringsläckage, blev det ett positivt ekonomiskt netto för samtliga alternativ med rörflen. Även för vall till biogas blev lönsamheten betydligt bättre. * Större maskiner gav lägre kostnader än små maskiner för alla undersökta grödor, kommuner och fälttyper, alltså även på små och oregelbundna fält. Detta gällde under förutsättning att maskinernas årliga utnyttjningstid var hög. * Generellt var kostnaderna (uttryckt i kr per MWh energigräs) högst för fälttypen vändtegar, medan lönsamheten (uttryckt i kr per ha) var sämst för små oregelbundna fält. * Skillnaderna i lönsamhet mellan de olika kommunerna var stor, vilket kan förklaras av stor spridning i avkastningsförmåga och geografiska förutsättningar (fältstorlek m.m.). * Dieselbehovet i relation till energiutbytet per hektar var 1-4 % för rörflen och 4-10 % för vall (gällde för Svalöv)

Farm-scale production of RME and ethanol for heavy diesel engines

Renewable fuels such as rape methyl ester (RME) and ethanol for heavy diesel engines can be produced with different systems solutions regarding e.g. scale of production. The main purpose of this thesis was to assess the environmental load during small-scale production of RME and ethanol. This was achieved by carrying out limited LCAs, including air emissions and energy requirements. The influence of using alternative plant sizes and fuel production strategies, as well as systems for making organic farms self-sufficient in farm-produced RME, ethanol and biogas, was also evaluated. For using natural resources as efficiently as possible, it is important that the machines for making the fuels are optimised. Therefore, the influence of some press parameters on capacity and oil extraction efficiency of a small rapeseed oil expeller was studied. It was found that to achieve a high capacity and a high oil extraction efficiency, the press was best operated with a small nozzle and a rather high screw speed. On a systems level, the LCAs showed that the dominating step in the production of RME and ethanol was crop cultivation, in which production of fertilisers, followed by soil emissions and tractive power, made major contributions to the environmental load. The differences in environmental impact and energy requirements between small-, medium- and large-scale plants were small for both fuels. The longer transport distances to a certain degree outweighed the higher oil extraction efficiency, higher energy efficiency and more efficient use of machinery and buildings in the large-scale system. The results were largely dependent on the method used for allocation of the environmental burden between the fuels and the by-products, whereas the influence of uncertainty in input data and of some alternative production strategies was small. For organic farming, the production and use of RME had a favourable energy balance and resulted in valuable by-products, but was less positive in other aspects, while the production of ethanol was very energy consuming. Biogas production had a low relative requirement for arable land and thus lower cultivation and soil emissions. For all fuels studied, the global warming emissions were approximately halved in comparison to conventional farming

Life cycle assessment of rapeseed oil, rape methyl ester and ethanol as fuels

Production of rapeseed oil, rape methyl ester (RME) and ethanol fuel for heavy diesel engines can be carried out with different systems solutions, in which the choice of system is usually related to the scale of the production. The main purpose of this study was to analyse whether the use of a small-scale rapeseed oil, RME and ethanol fuel production system reduced the environmental load in comparison to a medium- and a large-scale system. To fulfil this purpose, a limited LCA, including air-emissions and energy requirements, was carried out for the three fuels and the three plant sizes. Four different methods to allocate the environmental burden between different products were compared: physical allocation according to the lower heat value in the products [MJ/kg], economic allocation according to the product prices [SEK/kg], no allocation and allocation with a system expansion so that rapemeal and distiller’s waste could replace soymeal mixed with soyoil and glycerine could replace glycerine produced from fossil raw material. The functional unit, to which the total environmental load was related, was 1.0 MJ of energy delivered on the engine shaft to the final consumer. Production of raw materials, cultivation, transport, fuel production and use of the fuels produced were included in the systems studied. The results for small-scale plants (physical allocation) are shown in Table I. It was also shown in the study that the differences in environmental impact and energy requirement between small-, medium- and large-scale systems were small or even negligible in most cases for all three fuels, except for the photochemical ozone creation potential (POCP) during ethanol fuel production. The longer transport distances to a certain degree outweighed the higher oil extraction efficiency, the higher energy efficiency and the more efficient use of machinery and buildings in the large-scale system. The dominating production step was the cultivation, in which production of fertilisers, followed by soil emissions and tractive power, made major contributions to the environmental load. [Table 1] The results were, however, largely dependent on the method used for allocation of the environmental burden between the products, i.e.: rapeseed oil and meal, RME; meal and glycerine; and ethanol fuel and distiller’s waste. The results were also dependent on uncertainty in input data, e.g. yield of rapeseed and wheat and use of fertilisers, and on alternative production strategies such as use of catalysts when the fuels produced are consumed, use of an ignition improver of biomass origin during production of ethanol fuel, or use of methanol with biomass origin during production of methanol for transesterification of rapeseed. The costs for production of the fuels in a small-scale plant from raw products grown on a small farm excl. EU area compensation were: rapeseed oil 0.85 SEK/MJengine; RME 1.07 SEK/MJengine; and ethanol fuel 1.29 SEK/MJengine. The corresponding costs for production of the fuels in a large-scale plant from raw products grown on a large farm incl. EU area compensation were: rapeseed oil 0.33 SEK/MJengine; RME 0.35 SEK/MJengine; and ethanol fuel 0.57 SEK/MJengine

Svensk spannmålsbaserad drank

Spannmålsdrank används huvudsakligen till utfodring. Den kan utfodras antingen i blöt form (8,5-28 % ts), eller i torr form (90 % ts). Vanligen utfodras nötkreatur och grisar med drank, men även andra djurslag inom jordbruket kan utfodras. Dranken kan även användas som biogasråvara, bränsle eller som organiskt gödselmedel. Efter jäsningen återstår spannmålens smältbara protein i dranken (primärdrank) i huvudsakligen oförändrad form, medan nästan all stärkelse gått bort. Dranken blir därför ett proteinfoder. Då även fiberpolysackarider (cellulosa och hemicellulosa) återstår i denna drank, och dessa med annan processteknik kan brytas ner till jäsbara sockerarter och jäsas till etanol, och den drank som då återstår, s.k. sekundärdrank, kan användas i liknande tillämpningar som normal (primär) drank, studeras även detta i det här projektet. En nackdel med denna teknik är att en del av aminosyrorna i drankens protein bryts ner. I de ekonomiska beräkningarna och livscykelanalyserna har det antagits att 50 % av lysinet och 20 % av metioninet brutits ner i denna sekundära drank. Arbetets syfte var att utvärdera hur spannmålsdrank kan användas i olika applikationer, samt att beräkna dess ekonomiska värde och produktionskostnader vid dessa användningar. Vidare att ta fram miljöbelastning såsom bl.a. emissioner av växthusgaser och energibehov för de olika användningarna vid produktion av etanol och drank. Dessutom att analysera betydelsen av att dranken behandlas med ytterligare en process, där en del av spannmålens cellulosa och hemicellulosa omvandlas till etanol, och sekundärdrank erhålles. Idisslare, som nötkreatur och får, kan utfodras med en stor del av proteinet i fodret som vetedrank. Protein från andra källor kan behövas för att den totala mängden protein ska bete sig på önskat sätt vid matsmältningen. Till grisar och fjäderfä kan drygt 10 %, respektive ca 10 %, av fodret bestå av vetedrank. Smågrisar är känsliga för fodrets smaklighet, och det är därför inte säkert att de alltid kan äta foder som innehåller vetedrank. Till fjäderfä kan man få begränsa inblandningen av drankprodukter i fodret om gödseln skulle bli blöt och kladdig. Till hästar kan ca 10 %, i bästa fall uppåt 20 %, av kraftfodret bestå av vetedrank om man ej drabbas av smaklighetsproblem. Spannmålsdrank kan eldas antingen blöt eller torkad beroende på eldningsutrustningen. Drank med ursprung i spannmål innehåller höga halter alkalimetaller, som ger en aska med låg smältpunkt, vilket gör att den troligen sintrar lätt. Höga halter av svavel och klor kan ge problem med korrosion. Mängden aska är ganska stor, ca 5 % av torrsubstansen. Det höga innehållet av kväve (ca 5 % av ts) gör att kväveoxidemissionerna sannolikt blir höga, och då i nivå med vad som erhållits vid eldning av rapsexpeller med ungefär samma kvävehalt, 2-3,6 gånger jämfört med kvävefattiga bränslen. Utnyttjas även en del av cellulosan och hemicellulosan för produktion av etanol (i en sekundär process), koncentreras de ämnen som ger problem vid eldningen, vilket ökar sannolikheten för problem. Dessutom blir askhalten högre, medan det totala värmevärdet minskar i takt med att cellulosa och hemicellulosa blir till etanol. Som gödselmedel innehåller drankens torrsubstans ca 5,7 % kväve, 0,8-1,5 % fosfor och 0,9-1,9 % kalium. Beräkningar ger att sekundärdranks torrsubstans bör innehålla ca 7,4 % kväve, 1,0-2,0 % fosfor och 1,2-2,4 % kalium. Det organiskt bundna kvävet mineraliseras (frigörs) troligen långsamt såsom hos t.ex. rapsexpeller. Drank går bra att röta till biogas. Växtnäringen i rötad drank blir sannolikt mer växttillgänglig efter rötningen. Drank är ett kväverikt substrat som kan ge problem med hög halt av ammoniumkväve i biogasreaktorn. Detta gäller i högre utsträckning för sekundärdrank där näringsämnena koncentrerats då en del av cellulosan och hemicellulosan blivit till etanol. Utbytet i processen borde kunna bli 60-70 %, vid goda förhållanden kanske 80 %. Kostnadsberäkningar har gjorts där det ekonomiska värdet hos spannmålsdrank beräknats utifrån de ekonomiska värdena hos korn och sojamjöl (omsättbar energi och råprotein till nötkreatur och hästar eller lysin till grisar och fjäderfä eller metionin till fjäderfä) vid utfodring, skogsflis vid eldning (effektiva värmevärdet), kväve, fosfor och kalium vid användning som gödselmedel, samt försäljning av el och fjärrvärme från en större gårdsanläggning för biogas inklusive värdet av kväve, fosfor och kalium i rötresten vid rötning. Vid rötningen studerades fall med både 60 och 80 %:s utbyte, samt fall exklusive och inklusive rötningskostnaderna. Kostnaderna studerades för åren 2005-2010. Primärdrank fick högst värde vid användning som foder till fjäderfä (metionin) följt av: foder till hästar och nötkreatur, biogas (80 %) exkl. rötningskostnader, biogas (60 %) exkl. rötningskostnader, foder till fjäderfä (lysin) och grisar, gödselmedel, eldning för uppvärmning, biogas (80 %) inkl. rötningskostnader och sämst biogas (60 %) inkl. rötningskostnader. För sekundärdrank ändras ordningsföljden så foder till hästar och nötkreatur får högst värde följt av: foder till fjäderfä (metionin), biogas (80 %) exkl. rötningskostnader, biogas (60 %) exkl. rötningskostnader, gödselmedel, foder till fjäderfä (lysin) och grisar, biogas (80 %) inkl. rötningskostnader, eldning för uppvärmning och sämst biogas (60 %) inkl. rötningskostnader. Värdet för sekundärdrank är högre än för primärdrank vid alla användningar utom vid utfodring av grisar och fjäderfän (baserat på lysin eller metionin). Orsaken till det lägre värdet, som foder till grisar och fjäderfän, är att i sekundärprocessen för att utvinna 13 % mer etanol, bryts 50 % av lysinet och 20 % av metioninet ner. Världsmarknadspriserna på korn och sojamjöl har en stor inverkan på drankens värde, liksom utbyte m.m. från biogasanläggningen. Priserna på skogsflis och gödselmedel hade något mindre inverkan på resultatet då dessa produkter hade ett lägre värde från början. Livscykelanalyser har gjorts av produktionen av etanol med systemutvidgning, där dranken ersätter andra produkter beroende på dess användning. Följande produkter ersätts beroende av drankens användning: sojamjöl och korn vid utfodring (råprotein till nötkreatur och hästar; lysin till grisar och fjäderfä; metionin till fjäderfä); skogsflis vid eldning; konstgödsel NPK vid gödsling; vall till biogas och överskottskonstgödsel vid biogasråvara. För primärdrank blir, för global uppvärmning, ordningsföljden från lägst påverkan: fjäderfä (metionin), hästar och nötkreatur, fjäderfä och grisar (lysin), biogas (80 % och 60 %), gödselmedel och sämst eldning. Ordningsföljderna blir ungefär desamma för försurning och eutrofiering. För energiåtgång blir ordningsföljden från lägsta: biogas (80 % och 60 %), gödselmedel, eldning, fjäderfä (metionin), hästar och nötkreatur och sist fjäderfä (lysin) och grisar. För sekundärdrank blir, för global uppvärmning, ordningsföljden från lägst påverkan: hästar och nötkreatur, fjäderfä (metionin), biogas (80% och 60 %), grisar och fjäderfä (lysin), gödselmedel och sist eldning. För energiåtgång blir ordningsföljden från lägsta: biogas (80% och 60 %), hästar och nötkreatur, fjäderfä (metionin), gödselmedel, eldning, och sist grisar och fjäderfä (lysin). Produktionen av etanol och sekundärdrank ger lägst miljöbelastning då sekundärdranken blir foder till nötkreatur och hästar, samt används som biogasråvara. Vid de andra användningsområdena för dranken, ger produktionen av etanol och primärdrank lägst miljöbelastning. Energiåtgången för produktion av etanol och sekundärdrank blir, för samtliga användningsområden för dranken, högre än vid produktion av etanol och primärdrank. Orsaken till detta är att en energikrävande extra process tillkommer vid produktionen av etanol och sekundärdrank. Låter man istället biogasen, i det ovan beskrivna systemet, ersätta bensin direkt i lätta fordon, blir miljövinsten vad gäller växthusgaser större än i alla andra fall beroende på att ett fossilt bränsle ersätts direkt. Till skillnad från de andra studerade användningsområdena för dranken, blir primärdrank bättre än sekundärdrank då den har mer cellulosa och hemicellulosa kvar som kan bli till biogas. Även energivinsten visar upp ett liknande resultat som växthusgaserna. Energibalanser, som kan beskrivas som kvoten mellan utgående energi hos etanol och drank som effektivt värmevärde, och energiåtgången i alla steg för hela produktionskedjan, beräknades. Dessa innehåller alla steg från odlingen av höstvetet tills dess att det färdiga etanolbränslet är färdigt att tanka och dranken är transporterad till gården och då är färdig att utfodra. Dess värden har beräknats till 1,96 för etanol och primärdrank från en ordinär etanolprocess och 1,75 för etanol och sekundärdrank från en process som ger 13 % mer etanol från även en del av spannmålens cellulosa och hemicellulosa. Om dranken inte torkas förbättras dessa energibalanser till 2,84 respektive 2,22. Om halva arealen av vete, korn och rågvete (knappt 400 000 ha) används till etanol skulle knappt 600 000 ton primärdrank erhållas. Nuvarande djurbestånd kan konsumera ungefär två tredjedelar av denna, varav mjölkkorna en tredjedel och slaktsvinen knappt en sjättedel. Om även en del av spannmålens cellulosa och hemicellulosa används för etanolproduktion erhålls ca 470 000 ton sekundärdrank, av vilken nuvarande djurbestånd kan konsumera ca tre fjärdedelar, varav mjölkkorna knappt två femtedelar och slaktsvinen knappt en femtedel. Det finns inget som direkt begränsar hur mycket spannmålsdrank som kan användas till förbränning eller som gödselmedel mer än dess ekonomiska värde vid dessa applikationer. Till förbränning är en avgörande faktor att värmeverken kan acceptera ett bränsle som sintrar (ger slagg och beläggningar i pannorna). Potentialerna från maximal mängd enligt ovan är 2,9 TWh för primärdrank och 2,5 TWh för sekundärdrank. Om drankerna enligt ovan rötas med 80 % utvinningsgrad blir potentialerna 2,4 respektive 2,1 TWh (mätt som det effektiva värmevärdet hos producerad metangas). Detta är betydligt mer än vad som kan rötas i potentiella biogasanläggningar för andra substrat, särskilt då drankprodukterna har ett högt kväveinnehåll. Slutsatser och råd till näringen blir att dranken bör i första hand användas till utfodring. Sekundärdrank bör i första hand utfodras till idisslare. Rötningskostnaderna kan bli höga om en biogasanläggning byggs enbart för rötning av drank. Rötning av dranken är på grund av ekonomin i första hand aktuellt i rötprocesser där dranken har ett mervärde, och ej behöver bekosta själva biogasanläggningen. I annat fall kan drankrötningen bli dyr. Förbränning av dranken bör undvikas. Utifrån områden där det finns ont om data kan förslag på vad som bör undersökas i kommande forskningsprojekt bli: Egenskaperna hos sekundärdrank studeras mer ingående vid utfodring; Dranks potential som livsmedelsråvara; Dranks potential som biogasråvara studeras mer ingående vid samrötning med andra substrat; Dranks egenskaper vid eldning ensamt och tillsammans med andra bränslen studeras i praktiska försök; Sirapsfraktionens egenskaper som bindemedel vid tillverkning av foderpellets, bränslepellets och briketter utreds mer ingående; Livscykelanalyser görs där biogas från drank ersätter olika drivmedel i olika fordonsflottor; Med livscykelanalyser och ekonomiska kalkyler jämförs olika potentiella etanolgrödors ekonomi och miljöpåverkan vid antingen produktion av etanol eller produktion av biogas

Pelletering och brikettering av jordbruksråvaror

Use of processed biofuels (pellets, briquettes) has greatly increased in Sweden in recent decades, mainly to replace fossil fuels in large boilers, e.g. in coal powder boilers. More recently, the demand from private households and residential heating systems has also increased, mainly due to conversion from fossil heating oil. This increased interest in pellets and briquettes for heating is beginning to cause a shortage of the traditional raw materials, sawdust and wood shavings, and therefore attention is turning to using a variety of agricultural products as raw material. Such raw materials include cultivated energy crops and wastes and by-products from agriculture. This study describes the typical systems currently used for production of pellets and briquettes and investigates the possibility of using energy crops (Salix, reed canary-grass and hemp) and various wastes and by-products from processing of farm products (straw, cereal screenings, rape-seed meal and distiller’s waste) as raw materials. Previous experiences of pelleting and briquetting of these raw materials are reviewed in order to comprehensively identify possible combustion problems that may occur. On the basis of the results obtained, scenarios for possible production systems in a five-year perspective are presented and the costs and energy demands for these systems calculated. These future scenarios include largescale plants and micro-scale plants, as well as static and mobile equipment. The five main conclusions from the study are: - The farm raw materials of greatest interest for large-scale production are pelleted Salix and reed canary-grass. They have competitive prices and acceptable fuel properties and could be mixed with sawdust in existing large-scale pelleting factories in Sweden. - Straw has low production costs but can cause serious ash-related problems. Hemp has too high production costs to be of commercial interest, while distiller’s waste and rape-seed meal currently have a higher alternative value when used as protein feed. Cereal screenings can be a suitable raw material provided that they only make up a minor proportion in mixtures with other more problem-free raw materials. - The scale of production has a great influence on production costs. In large-scale plants, the machinery and equipment, etc. are used much more efficiently than in smaller plants, which results in lower costs. - Small-scale pelleting, both static and mobile, requires cheap raw materials and a high through-put to be profitable. In most cases, briquetting would be more commercially viable. - The energy consumption in manufacturing pellets from dry farm by-products is generally no higher than when moist sawdust is used as the raw material. More energy is admittedly required for cultivation and transport of farm by-products, but since there is no need for drying the total energy consumption is often lower. However, wet raw materials such as fresh Salix and distiller’s waste can increase the total energy consumption

Halm som bränsle

Among the solid biofuels that can be produced in agriculture, straw is often considered to have the greatest potential. However, there is some uncertainty regarding the quantities available, e.g. due to decreasing straw length as a result of modern plant breeding. This study had four main objectives: a) to investigate the cultivation areas and yields of different straw crops in the counties of Sweden, b) to present straw:grain-ratios that can be used to estimate the quantities of straw available with respect to the varieties used today, c) to estimate the quantities of straw available in each county for fuel purposes after deducting the quantities used in animal husbandry, and d) to investigate the time of crop harvest. As expected, the largest areas of straw crop cultivation were located in the plain counties (Skåne, Västra Götaland, Östergötland, Uppsala and Södermanland). During the period 1989-2008, the cultivation of winter wheat and spring wheat increased in most counties, while the cultivation of winter rye decreased markedly. The cultivation areas of barley and particularly of oats also decreased. The area of oilseed crops decreased considerably during the same period, although it has increased again in recent years. Yields per hectare increased somewhat for most crops, e.g. that of winter wheat increased by 0.5% per year in the county of Skåne. The quantities of straw available for harvest are usually estimated by means of the straw:grain ratio. In comparison to earlier studies, this study showed that straw:grain ratio has declined considerably during recent decades. The composition of a total of 147 samples taken during the harvest seasons 2007-08 in the counties of Skåne, Blekinge, Halland, Västra Götaland and Uppsala in terms of quantity of straw in relation to quantity of grain was as shown in the table below. The figures are weighted with respect to the cultivation areas of different varieties, and they are valid for a stubble height of 20 cm (40 cm for the oilseed crops). It was concluded that the ratios varied greatly depending on variety, conventional/organic cultivation, weather conditions, etc. The straw:grain ratios obtained were used to estimate the quantities of fuel straw in all Swedish counties. The physical quantities were reduced by multiplying them by a harvest coefficient that accounted for restrictions regarding rain during harvest, low soil organic matter contents, etc. The quantities used for fodder and bedding were then deducted. Surplus straw was found in the counties of Skåne, Östergötland, Västra Götaland, Uppsala, Västmanland, Södermanland, Örebro and Stockholm. The total annual surplus was nearly one million tonne, corresponding to 3-4 TWh. The median dates for harvest of winter wheat, winter rye, spring wheat, spring barley and oats were estimated using data from the Swedish objective crop yield surveys for the period 1980-92 and data on yellow ripeness times for the varieties used at that time and today. A deeper analysis was also carried out regarding the starting date and duration of winter wheat harvest in the counties of Malmöhus, Skaraborg and Uppsala. The results showed that on average, the harvest period in e.g. Malmöhus had started on 13 August (the most common date was 3 August), that half the area was combined by 21 August, and that harvesting lasted for about 13 days suitable for combining (these figures were valid for the county as a whole; locally the harvest period, for example, may be considerably shorter)

Halm som energikälla

In Sweden, there are large quantities of straw that could be used for heating purposes. The amount of straw available for use as fuel has been estimated at 1 million tonnes or approx. 4 TWh. Today, only a fraction of this quantity is used. This can be compared to the approx. 1.5 million tonnes of straw that are used for fuel purposes in Denmark. The main purpose of this project was to present an overview of the existing techniques for harvesting, transport and combustion of straw in small- and large-scale systems, and to suggest research and development projects to increase the future use of straw for fuel purposes in Sweden. In the study, systems for harvesting, transport and storage of big bales (round bales and big square bales), and chaffing, gathering, transport and storage of loose chaffed straw are presented. Alternative systems with field-wafering and whole crop harvesting are also described. In addition, a study tour was made of fuel straw practitioners in southern Sweden and Denmark in order to review practical experiences. Costs were calculated for different systems including harvesting, transport to storage, storage, transport to heating plant and handling at heating plant for: big square bales, medium-sized square bales, round bales, chaffed loose straw and field-wafered straw. Both outdoor and indoor storage of the straw were studied. Systems with big square bales were cheapest, followed by systems with medium-sized square bales and field-wafered straw. Indoor storage had a considerable influence on the costs. Field-wafered straw had cost benefits in long transport and indoor storage due to its high bulk weight, which resulted in a high utilization of both transport vehicles and storage. When straw is burnt, several quality parameters are important, e.g. moisture content, bulk weight, ash content, ash melting point and lower heat value. Too high a moisture content results in operational disruption to the straw feeding equipment and might result in uneven combustion in the furnace. Ash with a low melting point may melt in the furnace and form clinker, which causes operational disruption. Straw should have a low content of alkali metals and chlorine to avoid the formation of clinkers. The content of these elements declines if the straw is left in the field, and, if possible, exposed to precipitation before harvesting. To obtain fuels with more well-defined properties that can be burnt in existing furnaces, the straw might be further processed into briquettes, pellets or powder. Techniques for handling and burning of straw are described on scales suitable for farms and district heating plants. New technology such as gasification, flash-pyrolysis, stirling engines, steam engines and use of straw as a raw material for the production of ethanol, methanol and Fischer-Tropsch diesel are reviewed. It is recommended in the study that future research and development projects should focus on the following fields: information and demonstration, handling costs and harvesting reliability, fuel quality, up-grading and ash handling. The techniques used today for handling and combustion of fuel straw work satisfactorily and at a competitive cost. Therefore, to quickly increase the use of fuel straw, there is a need for a variety of information work as well as demonstration plants that will serve as good practical examples. To increase the use of straw in regions with inferior harvesting conditions, there is a need for investigations about the variation in handling costs and harvesting security between different years. Furthermore, there is a need for studies of how various factors (rain, dew, soil type etc.) influence fuel quality, and for development of reliable and quick methods for measurement of various fuel properties. As straw is a comparatively cheap raw material, the possibilities to process it further and/or use it in new technical applications should be studied further. Finally, alternative ways to handle the ash, e.g. mixing it with various organic fertilizers, should be further investigated