Assessment of Operation of Biogas Production Plants in regards to Yield Factor, Energy Efficiency and Environmental Benefit

Abstract

Ei kontinuerleg aukande energietterspurnad og eit auka fokus på miljøvenlege energikjelder krev stadig utvikling og bruk av alternative energikjelder. Avfallsproduksjon er ein naturleg konsekvens av ein moderne livsstil. Ved å utnytte avfallet til biogassproduksjon genererast grøn energi, samstundes som avfallet handterast på ei forsvarleg måte. Biproduktet frå biogassproduksjon er rikt på næringsstoff og vert dermed sett på som ein verdifull ressurs i landbruket.

Denne masteroppgåva omhandlar produksjon av biogass frå organisk avfall. Fleire biogassproduksjonsanlegg vart analysert i eit forsøk på å evaluere produksjonsutbyttet og energieffektiviteten til anlegga. Modellar vart utvikla basert på prinsipp frå materialstrømanalyse for å representere verdikjeda for biogassproduksjon. Miljøfordelen ved biogassbruk vart vurdert for kvart anlegg ved å berekne mengda unngått CO2-utslipp.

Utbyttefaktorar berekna basert på innkomande mengde VS var høgare enn utbyttefaktorar berekna basert på innkomande mengde DM og våtvekt. Den berekna energieffektiviteten varierte frå om lag 26% til rundt 80%. Energieffektiviteten var høgare for anlegg som produserer oppgradert biogass, truleg grunna det auka energiinnhaldet i den oppgraderte gassen. Den berekna miljøfordelen ved biogassbruk var positiv for alle dei studerte anlegga, uavhengig av korleis biogassen vart nytta.

Ei sensitivitetsanalyse vart gjennomført for å evaluere påverknadskrafta til bestemte parametrar på energieffektivitet og miljøfordel. Parametrar knytt til transportavstandar og DM mengde av innkomande avfall vart analysert grunna høg grad av usikkerhet. Transportavstand for matavfall og DM mengde av matavfall viste seg å ha betydeleg innverknad energieffektiviteten og miljøfordelen for alle dei evaluerte anlegga.

Dei berekna verdiane vart samanlikna med relevant litteratur for å vurdere gyldigheita av resultata. Resultata samsvarte i hovudsak godt med tall henta frå litteratur. Avvik kan skuldast ulike systemgrenser, urimeleg anteke verdiar og eit utilstrekkeleg datagrunnlag.

Meir detaljert informasjon med omsyn til drifta ved dei evaluerte biogassanlegga er naudsynt for å forbetre validiteten av dei berekna verdiane. Fleire feilkjelder er til stades og resultata kan derfor ikkje sjåast på som representative for den faktiske drifta ved dei evaluerte biogassanlegga. Like fullt kan dei gje indikasjonar på moglege fokusområde for forbetra drift.

A constantly growing energy demand and an increased focus on environmental friendly energy sources calls for development and utilization of alternative energy solutions. Waste generation is a natural consequence of a modern lifestyle, and utilizing waste for biogas production offers a green energy source, as well as an efficient way to manage waste. The by-product from biogas production is rich in nutrients and can be used as a valuable resource in agriculture.

This project has studied the biogas production from organic waste. Several biogas production plants were analyzed in order to evaluate the production yield and energy efficiency of the facilities. Models representing the biogas value chain were developed based on principles from material flow analysis. The environmental benefit of each biogas plant was evaluated by calculating the avoided CO2-emission due to biogas utilization.

Yield factors calculated based on incoming VS exceeded yield factors calculated based on incoming DM and incoming wet weight. The calculated energy efficiency ranged from 26% to 80%. Biogas plants producing upgraded biogas were found to have the highest energy efficiency, likely due to upgraded biogas having a higher energy content. The calculated environmental benefit was positive for each evaluated biogas plant, regardless of how the biogas was utilized.

A sensitivity analysis was performed in order to evaluate the impact of specific parameters on energy efficiency and environmental benefit. Parameters related to transport distances and DM share of incoming waste were analyzed due to a high degree of uncertainty. Transport distance of food waste and DM share of food waste proved to have a considerable impact on the energy efficiency and environmental benefit for every evaluated biogas facility.

The calculated values were compared with relevant literature in order to assess the validity. The results generally corresponded well with values obtained from literature. Discrepancies may be due to differing system boundaries utilized, inaccurate assumptions made and inadequate data provided.

Detailed information regarding the operation of the evaluated biogas plants is needed in order to improve the validity of the calculated results. Due to several sources of error, none of the values obtained in this study are believed to hold for actual operations. Nonetheless, they might provide indications regarding possible focus areas for improved operation.