Towards a prototype of a modular biogas system

• Main Authors: Emilsson, Arvid, Buhrgard, Andreas
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM) 2019
• Subjects: Engineering and Technology; Teknik och teknologier
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-259579

As of today, large unused potential for biogas production exist within the Swedish agriculturesector. The biogas production within this sector is, however, associated with several problems such as poor energy efficiency and non-profitable systems. This is to some degree due to lack of standardized technical solutions. International Micro BioGas AB (IMB AB) has been aided by KTH since 2014. This project investigates several innovations from IMB AB in regards to biogas production: - A mixing device- A building capturing waste heat from the digesters (building concept)- Insulation of the digester (cover concept)- Small-scale and modular package systems The innovations listed above are evaluated from energy, economic and environmental perspectives by doing a case study on the dairy farm Ogestad close to Gamleby, Sweden. Two cases are considered. In Case 1, the raw biogas is burned in a combined heat and power-unit (CHP) in order to produce electricity. In Case 2, raw biogas is upgraded in a small-scale upgrading unit to vehicle gas standards which is sold to the market. The results show that the mixing device is promising in terms of energy use. It is therefore recommended to move on with testing of the equipment. The cover concept and the building concept show similar performance from energy and environmental standpoints. The building concept is concluded not to be economically viable. The cost reduction by applying a modular concept where one product can be used on different sized farms is significant. However, the needed investment from the company is large. The goal of achieving a modular system is therefore concluded desirable. The subsidy from the Swedish board of agriculture covering 40 % of the investment cost, has a major impact on the profitability of the systems. Without this subsidy, the systems are not viable in terms of economy. In Sweden, the small-scale vehicle gasproduction (Case 2) was concluded the most profitable as well as the best-performing from energy and environmental standpoints. === Inom den svenska jordbrukssektorn finns stor potential för utvidgning av biogasproduktionen. Det finns dock många problem med småskalig biogasproduktion, exempelvis olönsamma och energimässigt ineffektiva system. International Micro BioGas AB (IMB AB) har identifierat att detta till viss del kan bero på bristfälliga tekniska lösningar. Detta då det inte finns någon standardisering av teknik på området. IMB AB har, i samarbete med KTH, sedan 2014 arbetat med olika aspekter av småskalig biogasproduktion. Detta arbete undersöker ett antal innovationer och koncept från IMB AB rörande biogassystem: - En ny metod för omrörning- En byggnad som återvinner värmen från rötkamrarna (byggnadskonceptet)- Ett nytt sätt att isolera rötkamrarna (huvkonceptet)- Småskaliga och modulära paketlösningar Innovationerna och koncepten ovan utvärderas från ett energitekniskt, ekonomiskt och miljömässigt perspektiv genom en fallstudie på mjölkgården Ogestad nära Gamleby i Sverige. Två användningsområden för biogasen analyseras. I Fall 1 (Case 1) bränns rågasen i en kraftvärmeanläggning för att producera elektricitet och värme. I Fall 2 (Case 2) uppgraderas rågasen till fordonsgaskvalitet som sedan säljs till marknaden. Resultaten visar att den nya omrörningsmetoden är lovande ur ett energiperspektiv och enrekommendation är att gå vidare med tekniken och göra experimentella studier. Byggnadskonceptet och huvkonceptet visade likvärdiga resultat ur energitekniskt och miljömässigt perspektiv. Byggnadskonceptet konstaterades vara ineffektivt ur ett ekonomiskt perspektiv. Kostnadsreduceringen som uppnås genom att systemet är modulärt och därmed kan produceras i stor skala till olika gårdsstorlekar, är signifikant. Det krävs dock en stor investering från företagets sida. För samtliga fall är systemens lönsamhet starkt beroende av Jordbruksverkets subvention på 40 % av investeringskostnaden och utan den ökar företagetsinvesteringsbehov drastiskt. Med svenska förutsättningar är småskalig produktion av fordonsgas det mest lönsamma samt mest fördelaktiga ur ett miljö- och energiperspektiv.