Samutråtning av ulike substrater i biogassproduksjon - En LCA studie av klimapåvirkning og biorestkvalitet

Abstract

Biogass regnes som en karbonnøytral gass og bringer med seg en rekke miljøfordeler ved at den kan erstatte fossile energikilder. Biogass kan benyttes til oppvarming, produksjon av elektrisitet eller drivstoff. Samtidig gir også biogassproduksjon et næringsrikt restprodukt; biorest. Biogassproduksjon har et stort potensial for å bidra til å nå klimamålene i Norge. I dag produseres det kun 0,6 TWh biogass i Norge, Lyng og Berntsen (2023) viser til at potensialet, med dagens teknologi, ligger på 5,5 TWh.

Formålet med oppgaven har vært å analysere potensialet for å redusere klimaavtrykket fra biogassproduksjonen ved Fredrikstad vann-, avløp- og renovasjonsforetak (FREVAR KF), og samtidig se på hvilke mulige positive eller negative effekter ulik sammensetning av substrat kan ha å si på næringssammensetningen i bioresten. Biorest er i utgangspunktet et avfallsprodukt fra biogassproduksjonen. Riktig næringsinnhold kan bidra å øke verdien til biorest som produkt. FREVAR produserer biogass som i hovedsak benyttes til drivstoff, og avvannet biorest går til jordforbedring. Dagens produksjon har samråtning med avløpsslam og matavfall. I 2026 skal nytt avløpsrenseanlegg stå klart hos FREVAR. Avløpsrenseanlegget vil produsere biogass sammen med det eksisterende biogassanlegget, men avløpsslammet vil bli behandlet separat fra andre substrater. Dette vil frigjøre kapasitet i det eksisterende anlegget og gi økt mulighet for å utnytte andre typer substrat. Analysene er gjennomført i biogassmodellen Bio Value Chain og viser klimapåvirkningen fra biogassproduksjonen. Det er utført analyser av fem scenarioer, hvor scenario S1 er dagens produksjon, S2 inkluderer produksjon med det nye avløpsrenseanlegget, S2.1 er samråtning av matavfall og husdyrgjødsel fra storfe og svin, S2.2 er samråtning med matavfall og husdyrgjødsel fra storfe, svin og fjørfe, og S2.3 er kun matavfall. I tillegg er det utført beregninger for innhold av nitrogen (N), fosfor (P) og kalium (K) i bioresten fra de fem ulike scenarioene.

Resultatene viser at samråtning med matavfall og husdyrgjødsel gir høyest klimagevinst av de analyserte scenarioene. Scenario S2.1 er det scenarioet som gir høyest netto klimagevinst, sammenlignet med dagens produksjon (S1) og utgjør 2 550 tonn CO2-ekv. årlig. De beregnede N-P-K-verdiene viser at scenario S2 gir mest næringsrikt substrat, dernest scenario S1. Verdiene for N-P-K varierer ut ifra mengde og type substrat. I beregningene kommer det tydelig frem at det er høyest andel av nitrogen i alle scenarioene.

Biogassproduksjonen ved FREVAR har et betydelig potensial for å redusere klimagassutslipp og produsere verdifull biorest. Samråtning med matavfall og husdyrgjødsel kan gi økt klimagevinst og økt kvalitet på biorest. Det nye avløpsrenseanlegget åpner for muligheten til å optimalisere substratsammensetningen og ytterligere øke bærekraften til biogassproduksjonen ved FREVAR.

Biogas is considered a carbon-neutral gas and offers several environmental benefits by replacing fossil fuels. Biogas can be used for heating, electricity generation, or fuel. Biogas production also generates a nutrient-rich digestate. Biogas production has great potential to contribute to achieving Norway's climate goals. Today, only 0,6 TWh of biogas is produced in Norway, while Lyng og Berntsen (2023) show that the potential, with current technology, is 5,5 TWh.

The objective of this project was to analyze the potential to reduce the climate footprint of biogas production at Fredrikstad vann-, avløp- og renovasjonsforetak (FREVAR KF), while also examining the possible positive or negative effects of different substrate compositions on the nutrient composition of digestate. Digestate is primarily a waste product from biogas production. Proper nutrient content can help to increase the value of digestate as a product. FREVAR produces biogas that is mainly used for fuel, and dewatered digestate is used for soil improvement. Current production co-digests sewage sludge and food waste. In 2026, a new wastewater treatment plant will be ready at FREVAR. The wastewater treatment plant will produce biogas together with the existing biogas plant, but the sewage sludge will be treated separately from other substrates. This will free capacity in the existing plant and provide increased opportunities to utilize other types of substrates. The analyses were carried out in the biogas model Bio Value Chain and show the climate impact of biogas production. Analyses were performed for five scenarios, where scenario S1 is current production, S2 includes production with the new wastewater treatment plant, S2.1 is co-digestion of food waste and manure from cattle and swine, S2.2 is co-digestion with food waste and manure from cattle, swine, and poultry, and S2.3 is only food waste. In addition, calculations were performed for the content of N-P-K in the digestate from the five different scenarios. The results show that co-digestion with food waste and manure gives the highest climate gain of the analyzed scenarios. Scenario S2.1 is the scenario that gives the highest net climate gain, compared to current production (S1) and amounts to 2 550 tonnes CO2-eq. annually. The calculated N-P-K values show that scenario S2 gives the most nutrient-rich digestate, followed by scenario S1. The N-P-K values vary depending on the amount and type of substrate. The calculations clearly show that there is highest proportion of nitrogen in all scenarios.

Biogas production at FREVAR has significant potential to reduce greenhouse gas emissions and produce valuable digestate. Co-digestion with food waste and manure can lead to increased climate gain and improved quality in digestate. The new wastewater treatment plant opens a possibility of optimizing substrate composition and further increasing the sustainability of biogas production at FREVAR.