Biogas från Skånsk betblast - potential, teknik och ekonomi

Sammanfattning I Skåne odlas 34 500 ha sockerbetor för sockerutvinning och i Sverige 36 000 ha (Jordbruksstatistik årsbok 2014). Vid insamling och rötning av blasten från betorna i Skåne skulle drygt 200 GWh biogas kunna produceras per år och driva minst 19 000 bilar eller 1000 bussar. Men idag lämnas den i fält. Tidigare studier har visat att betblast från sockerproduktion är på gränsen till lönsamt att skörda och använda för biogasproduktion (Lantz, 2013b). I det här projektet har flera forskare, en biogasproducent och en representant för betodlarna gemensamt tagit fram och undersökt ett par förslag för hur skörd, lagring och rötning av betblast kan genomföras och hur olika tillvägagångssätt påverkar kostnader och klimatpåverkan. Dessa innefattar en jämförelse av två olika skördekedjor och undersökning av effekterna av att fraktionera betblast före lagring och rötning på; biogasproduktion, ekonomi och klimatpåverkan. För dessa beräkningar antogs att endast betblast rötades i en biogasanläggning med en årlig produktion om 172 TJ (48 GWh) metan. Effekterna av att introducera icke fraktionerad och fraktionerad betblast i en samrötningsanläggning analyserades också. Dessutom arrangerades en skördedemonstration i oktober 2013 i samarbete med Skånska Biobränslebolaget (länk till video). Analysen av skördeteknik har begränsats till skörd av blast från betor odlade för sockerproduktion, vilket är det som görs i Sverige idag. Om sockerbetor odlas endast för biogasproduktion kan andra skördetekniker för betor och blast vara aktuella. Studien har visat att när biogas från betblast ersatte fossil energi som drivmedel så sänktes utsläppen av klimatgaser kraftigt, med 80 %. Därmed uppfylldes EUs hållbarhetskriterier för biodrivmedel, både enligt dagens direktiv (35 % reduktion) och föreslagna framtida (60 % reduktion). Viktigt i detta sammanhang är att blasten är en restprodukt och den konkurrerar inte om åkermark för livsmedelsproduktion. I Skåne skulle ca 200 GWh biogas kunna produceras från betblast vid dagens sockerbetsproduktion. Men, även för den andel av blasten som skördas under september (motsvarande ca 40 GWh), då det är mer gynnsamt än vid senare skörd, är det svårt att hitta ekonomisk hållbarhet. Studien tyder på att kostnader och klimatpåverkan är de samma om betblast fraktioneras eller ej. I fallstudien framkom att fraktionering av betblasten gav praktisk möjlighet att ta emot mer material i den studerade samrötningsanläggningen. Vätskefraktionen kunde då ersätta vatten i förbehandlingen och mera torrsubstans (TS) kunde tas emot med den fasta fraktionen innan uppehållstiden begränsade mängden i rötningsprocessen. Att ersätta vatten i förbehandlingsanläggningen ger mindre kapitalkostnader per producerad MWh jämfört med om man skulle röta denna fraktion i en dedikerad anläggning. Men, inte heller i fallstudien medförde fraktionering lägre kostnader per producerad mängd metan. Blastskörden visade sig vara högre i september, 3,6 ton torrsubstans per hektar (t TS/ha), än i oktober, 3,2 t TS/ha, vilket gör det fördelaktigare att samla in blast i september än oktober. Av de skörde- och transportkedjor som teoretiskt utvärderades i projektet var det ekonomiskt mest fördelaktigt med en skördekedja där en mindre mängd blast samlades in (55 % av tillgänglig mängd) för att minimera maskinernas väntetider. Alternativet har dock nackdelen att en större andel kvarlämnad blast gör att en större andel av fältets ytafår ojämn förfruktseffekt i efterföljande gröda jämfört med ett scenario då större andel av blasten samlas in. Priset för skörd (i september) och lagring beräknades till 1,7–2,1 kr/kg TS både med och utan fraktionering. Detta är högre än det pris som tidigare beräknats (Gissén et al. 2014), vilket bedöms som underskattat. Tester av fraktionering av betblast gjordes i liten skala med en äppeljuicepress. Metanpotentialtester gjordes på de olika fraktionerna. Pressning av strimlad blast (13 % TS) gav en vätskefraktion (7 % TS) motsvarande en fjärdedel av våtvikten och 3 fjärdedelar återstod som fast fraktion (15 % TS). Den fasta fraktionen gav dubbelt så högt metanutbyte per kg våtvikt som vätskefraktionen, men ingen signifikant skillnad i metanutbyte per kg organiskt material. Ingen inverkan av sortval på betblastskörden eller metanutbyte per kg organiskt material kunde hittas vid test av fem sockerbetssorter som förädlats fram för sockerproduktion. När fraktionerad blast används kan möjlighet finnas att dubbelanvända lager för den våta fraktionen och rötrest. Det gäller även för andra flytande substrat som behöver lagras. Studien visar att dubbelanvändning kan påverka investeringskostnaderna för rötrestlagret signifikant och en närmare undersökning av om det är praktiskt möjligt vore intressant. När flera positiva faktorer samspelar kan det finnas möjlighet att med dagens förhållanden producera biogas som biodrivmedel från betblast på ett ekonomiskt hållbart sätt. Exempel på identifierade positiva faktorer är: högt blastutbyte, användning av underutnyttjade jordbruksredskap, rötning i befintliga anläggningar för att fylla ut substratluckor, korta transportsträckor och direktanvändning av färsk betblast utan lagring. Det är troligtvis endast för en liten del av den totala mängden blast som tillräckligt många positiva faktorer samspelar för att den idag ska kunna vara ekonomiskt intressant att använda för biogasproduktion

Research solution for automatic hole quality analysis when drilling fiber-reinforced composites

Fiber-reinforced polymers are highly demanding composites in aerospace and automotive areas because of their excellent mechanical properties such as stiffness and strength-to-weight ratio. The drilling remains the major machining operation applied to composites to provide high-quality holes for joints between parts. Due to composites plied structure, the drilling is accompanied with unusual form metal cutting defects such as delamination and uncut fibers around the drilled hole. Considering that the tool life of some drills reaches over thousands of holes, the research of composites machinability becomes difficult due to demanded labor intensity in manual inspection of the hole quality. Therefore, this paper develops the research solution for automatic analysis of the hole quality in drilled fiber-reinforced materials. The paper proposes a complex of solutions aimed to speed up the analysis of the hole quality when composites drilling. The solution consists of the developed vacuum table, robot arm with high-speed camera, developed top and bottom lightning systems, and Image Processing algorithms for defect detection from captured images. The paper results show how the developed solution can be used for high routine research activities. The output data, including tested 72 cutting data parameters and full-size tool life test, allowed identifying the operational window for high-speed steel drills and the range of tool life, where drill ensures a certain hole quality. The paper shows the efficiency of the developed research solution can reach 5 s per hole including drilling and full cycle of measurements having measurement error of 1–3%

EFFECTS OF COOLING RATE AND SILICON CONTENT ON AL/SICp MMC

This paper reports the results of the study ofthe microstructural and mechanical properties ofmetal matrix composites (MMC) based on Al-Si matrix alloyandsilicon carbideparticulates. The scope of the studyis to investigate the effects of cooling rate and silicon content on the microstructure and the mechanical propertiesof MMC.Samples were cast in mouldsof different temperature in order to identifythe effects of the cooling rate while silicon content was varied from 7 to 12.5 %in the matrix material.The conclusion is that the cooling rate has little effect on the properties unless it is taken to the extreme and the effects of the silicon content is no more pronounced than for non-reinforced aluminium