Grundlæggende viden

Biogas er
en brændbar blanding af gasser. Biogassen består hovedsagligt af methan (CH₄) og kuldioxid (CO₂) og dannes af organiske stoffer under nedbrydning. Organiske stoffer er populært sagt alt, der kan rådne.

Data på biogas fra Lemvig Biogas
Biogasdata:	Enhed	Typisk biogas	Lav CH₄ biogas	Høj CH₄ biogas	CH₄	65% CH₄ (Std. biogas)	CO₂
Methan	CH₄ vol.%	59,50	52,00	70,00	100,00	65,00	0,00
Kuldioxid	CO₂ vol.%	40,50	48,00	30,00	0,00	35,00	100,00
Densitet	kg/Nm³	1,23	1,32	1,09	0,72	1,16	1,98
Relativ densitet	-	0,95	1,02	0,85	0,55	0,89	1,53
Varmefylde ved 0°C, (Cp)	KJ/(kg*K)	1,63	1,53	1,77	2,18	1,70	0,82
Phi	W	0,56	0,56	0,54	0,43	0,55	0,45
Kompressibilitetsfaktor	u.b.	0,9961
Methantal	u.b.	140			100
Øvre brændværdi [H_ø]	MJ/Nm³	23,69	20,70	27,87	39,82	25,88	0,00
Nedre brændværdi [H_n]	MJ/Nm³	21,35	18,66	25,12	35,88	23,32	0,00
Øvre brændværdi [H_ø]	kWh/Nm³	6,58	5,75	7,74	11,06	7,19	0,00
Nedre brændværdi [H_n]	kWh/Nm³	5,93	5,18	6,98	9,97	6,48	0,00
Wobbe indeks	MJ/Nm³	24,34	20,49	30,31	53,51	27,37	-
H₂S (urenset)	ppm (vol.)	ca. 2000	ca. 2000	ca. 2000	0	ca. 2000	-
H₂S (renset)	ppm (vol.)	<2	<2	<2	0	<2	-
Antændelsestemperatur	°C				650
Nedre eksplosion grænse*	Vol. % biogas i luft	7,7	9,0	6,3	4,2	7,2	-
Øvre eksplosion grænse*	Vol. % biogas i luft	21,3	23,1	19,7	16,5	20,5	-

CH₄ = Methan
CO₂ = kuldioxid, tidligere kaldet kultveilte, også kaldet carbondioxid.
N = normaltilstand, som betyder, at gassens normaltilstand er henregnet til temperaturen 0 grader celsius og trykket 1013,25 millibar. Det vil sige 1 Nm³ = 1 kubikmeter ved 0 grader celsius og 1013,25 millibar.
Densiteten varierer mellem minimum gas, der er på 1,32 kg/Nm³, og maksimal gas, der er på 1,09 kg/Nm³. Densiteten er angivet for en tør gas.
Biogassen altid er 100 procent dampmættet, når den kommer ud af reaktorerne.
Biogas uden angivelse af CH₄-indholdet er normalt i faglitteraturen sat til 65 procent. Her benævner vi dog altid biogassens CH₄ indhold for at undgå "elastikenheder".
Den rå biogas som endnu ikke er renset for svovl (H₂S) har typisk et indhold af svovl i niveauet 2000 ppm (parts per million). Al biogas ved Lemvig Biogas renses for indhold af svovl. Efter rensningen er indholdet af svovl i biogassen mindre end 2 ppm.
Antændelsestemperaturen er den temperatur, som gassen skal opvarmeopvarmes til, for i blanding med luft at kunne antændes uden yder tændkilder.
*Øvre eksplosiongrænse UEL, (Upper Explosion Limit) er den højeste koncentration af gas/luft blandingluftblanding hvor biogas kan brænde eller eksplodere. LEL, (Lower Explosion Limit) er den laveste koncentration hvor biogas kan brænde eller eksplodere. Læs mere her om LEL og UEL for biogas.

Typiske energiindhold for ét tons biomasse af forskellige typer:

	Methan/tons biomasse	Energi	El-prod. andel	Varme-prod. andel
	Nm³ methan	Kwh	Kwh	Kwh
Svinegylle	11,3	113	49	57
Kvæggylle	17,5	175	75	88
Fjerkræmøg	62	620	267	310
Mave-tarm slagteriaffald	32	320	138	160
Slagteriaffald (fedt)	260	2.600	1.118	1.300

1 liter fyringsolie/dieselolie ≈ 10 kWh
1 Nm³ methan ≈ 10 kWh
1 Nm³ biogas (med 65% CH₄) ≈ 6,5 kWh

Hvordan virker biogasprocessen?

Biogasprocessen kræver følgende for at virke:

• Anaerobt miljø
• Methanbakterier, (Methanogener)
• Fast temperatur
• Løbende tilførsel af ny gylle

I praksis (og noget simpliceret forklaret):

• Anaerobt miljø:
Du bygger en tank med låg for at skabe et anaerobt, det vil sige iltfrit, miljø.
Det er denne tank, som i daglig tale kaldes reaktortank, rådnetank eller digester tank. De mindste reaktortanke har vi på laboratoriet, og de er på kun 1 liter volumen. Den største reaktortank, vi har, er på 7.200.000 liter volumen.

• Methanbakterier:
Du hælder ganske enkelt nogle methanbakterier i tanken, i praksis ved at tage en smule gylle fra et andet biogasanlæg og hælde det i reaktortanken. Alternativt kan du tage indholdet i tarmene fra en slagtet ko, hvorved du har rigeligt med methanbakterier til at kunne starte dit biogasanlæg. Kontakt os eventuelt inden du går i gang. Så skal vi give dig nogle råd til, hvorledes du starter op med nogle gode bakterier stammer som ikke danner skum.
Methanbakterierne lever obligat anaerobt. Det betyder, at bakterien ikke skal bruge ilt til stofskiftet. Faktisk er ilt ekstremt giftigt for methanbakterier. I praksis skal du dog ikke bekymre dig om dette, for ilten bruges meget hurtigt. Allerede en time efter, at du har lukket til din reaktortank, er ilten sluppet op.

• Fast temperatur:
Du skal vælge et af nedenstående temperaturområder, som dine methanbakterier skal arbejde i:

• Det psykrofile niveau, 0 – 20°C
• Det mesofile niveau, 15 – 45°C
• Det termofile niveau, 40 – 65°C

Se skemaet ”Hvilken temperatur skal jeg vælge til mit biogasanlæg?”
Den hyppigst anvendte temperatur er 37°C eller 52°C. På Lemvig Biogasanlæg holder vi biomassen på 52°C.

• Løbende tilførsel af ny gylle:
For at holde processen i gang og sikre en løbende produktiona af biogas, skal der konstant tilføres nyt materiale, som kan rådne. Jo mere nyt materiale der tilføres, jo mere biogas produceres der. Den mest anvendte biomassetype er gylle fra landmændenes dyr.

Sådan – så har du lavet dit eget biogasanlæg. Mere skal der ikke til – var det ikke nemt?!

Hvilken temperatur skal jeg vælge til mit biogasanlæg?
Temperaturområde:	Fordele :-)	Ulemper :-(	Bemærkninger!
Psykrofil, 0 – 20°C	Ingen.	Biogasdannelsen foregår meget, meget langsomt.	Anvendes ikke kommercielt.
Mesofil, 15 – 45°C	Biogasdannelsen foregår forholdsvis hurtigt. Velegnet til meget protein- og ammonium-N (NH₄⁺) indholdsrige biogasser såsom mink og svinegylle. Typisk dimensioneret tid for udrådningsprocessen er 32 dage. Absolut minimumskrav til udrådningsprocessen er i praksis 22,5 dage. Biogasprocessen er meget robust. Tåler kraftige ændringer i den tilførte biomasse og er ikke så temperaturfølsom. Biogasprocessen tåler op til 9,5 kg ammonium-N (NH₄⁺) per ton biomasse. De fleste ukrudtsfrø kan ikke spire efter biogasprocessen.	Temperaturen er ikke høj nok til at kunne slå alle smitsomme bakterier og vira ihjel.	Biomassen kræver en efterbehandling for at slå smitsomme bakterier og vira ihjel. Denne efterbehandling er typisk 70°C opvarmning i en time, hvilket er forholdsvis besværligt og dyrt. Anvendes til meget protein- og ammonium-N (NH₄⁺) indholdsrige biogasser såsom mink og svinegylle. Anvendes af de fleste biogasanlæg i Danmark og kører normalt ved 37°C.
Termofil, 40 – 65°C	Biogasdannelsen foregår meget hurtigt, og biogasanlægget kan nøjes med en reaktorstørrelse på ca. det halve af, hvad en mesofil proces kræver. Typisk dimensioneret tid for udrådningsprocessen er 16 dage. Temperaturen (>52°C) medfører en pasteurisering, hvorved smitsomme bakterier og vira slås ihjel. Ingen plantefrø kan spire efter biogasprocessen. Derved sikres, at ingen spiredygtige ukrudtsfrø i biomassen (gyllen) bringes ud på landbrugsjord. Den termofile udrådning medfører større reduktioner af de miljøfremmede stoffer flouranthen, nonylphenol og nonylphenoldiethoxylat end ved den mesofile udrådning. Ref. Nedbrydning af miljøfremmede stoffer i biogasreaktorer.	Biogasprocessen er meget ammonium-N (NH₄⁺) følsom. Biogasprocessen tåler maksimal 3,3 kg ammonium-N (NH₄⁺) per tons biomasse.	Anvendes til mindre proteinindholdsrige biogasser såsom kvæggylle. Medfører en meget tynd og kraftigt udrådnet biomasse, som er særdeles velegnet til gødskning af blandt andet græsmarker. Anvendes af nogle få biogasanlæg i Danmark, som kører ved 52-55°C.

Skemaet viser tommelfingerregler for de forskellige biogasprocestemperaturområder.

Varmeforbrug
Bemærk, biogasprocessen i sig selv ikke udvikler varme, eftersom der ikke forefindes ilt i reaktortanken. Det vil sige, at du skal tilføre al varmen selv. Lemvig Biogasanlæg bruger 15 kWh-varme per ton tilført biomasse (2011-tal). I dette varmeforbrugstal er alt varmeforbrug indregnet, ikke blot til processen, men også hvad der anvendes af varmt vand til vask af lastbiler samt varmeforbruget i administrationsbygningen med mere.

For ingeniørtypen
Såfremt du er af ingeniørtypen og straks regner efter, om det nu også kan passe, så vil du opdage følgende:

Mulig temperaturstigning i °C kan udregnes til

15 kWh/(1,16*1 tons) = 12,9°C pr. tons biomasse.

Du vil måske nu anfægte, at gylle med en temperatur på typisk kun 16,8°C kan opvarmes til 52°C med en så lille en varmemængde, som vi netop har udregnet til kun at kunne hæve temperaturen 12,9°C pr. ton biomasse. 16,8°C + 12,9°C giver jo kun 29,7°C, hvilket er langt fra de 52°C. I dette regnestykke har vi endog set bort fra varmeforbruget til andet såsom administrationsbygningen med mere.

Forklaringen er brugen af varmeveksler
Den varme biomasse på 52°C, som pumpes ud af reaktortankene efter endt udrådning, pumpes gennem en varmeveksler, hvor den opvarmer den 16,8°C kolde biomasse, som samtidig pumpes ind i reaktortankene. På denne måde genbruger vi ca. 2/3 af varmen. Derfor skal vi kun spæde 1/3 af varmebehovet til, hvilket vi gør med brug af spildvarme fra gasmotoren, som producerer el.

Driftsdata for varmeveksler ved Lemvig Biogas

Skitsen ovenfor viser, hvorledes den kolde rågylle opvarmes ”gratis” i varmeveksler ved hjælp af den varme biomasse på 52°C, som pumpes ud af reaktortankene efter endt udrådning.

Derefter er det alene nødvendigt at anvende centralvarmevand til opvarmningen fra de 39,7°C og op til 52°C. Målet er at genvende så meget af varmen i den afgassede gylle (biomassen) som muligt for derved at spare på forbruget af centralvarmevand.

Lemvig Biogas / Lars Albæk Kristensen

Til den meget interesserede læser kan vi varmt anbefale nedenstående læsning om biogasprocessen:

Biogas – grøn energi. Proces, anlæg, energiforsyning, miljø
Peter Jacob Jørgensen, PlanEnergi. 2,2 MB pdf

Biogas Handbook (engelsk)
Teodorita Al Seadi, Dominik Rutz, Heinz Prassl, Michael Köttner, Tobias Finsterwalder, Silke Volk, Rainer Janssen. 5 MB pdf

lemvigbiogas.com

Grundlæggende viden

Hvordan virker biogasprocessen?