Om teknologi

Der findes en række forskellige teknologier til omdannelse af biomasse til energi og andre produkter. I vurderingen af teknologierne er der to centrale spørgsmål:

  • Hvad er den optimale udnyttelse af biomassen?
  • Hvordan kan energi og produkter af høj værdi produceres i en integreret proces?

Energi på basis af biomasse har – økonomisk set – vanskeligt ved at konkurrere med fossil energi. Der er store variationer i udfordringerne for de forskellige teknologier, men i industriel skala er det vanskeligt at fremstille bioenergien til en pris og kvalitet, som kan matche fossile brændstoffer.

For flere af teknologierne er det endvidere et problem, at den energiform, som kommer ud af processen, ikke umiddelbart kan anvendes og skal transformeres yderligere.

Ideen med bioraffinering er derfor, at produktionen af energi kombineres med produktion en af række andre produkter. Jo højere værdi disse produkter har, jo større mulighed er der for at optimere den samlede økonomi. De mest perspektivrige produkter er pt. dyrefoder, cellulose, gødning og polymerer til plastindustrien. På længere sigt er der store perspektiver inden for produktion af in vitro-kød og andre fødevarer.

Figur 2. Skitse over mulige omsætninger af celluloserig biomasse ved forskellige teknologier.

 

I de senere år er der både i Danmark og på internationalt plan gennemført et enormt forskningsarbejde på at udvikle de forskellige teknikker, primært med henblik på energiproduktion. I det følgende omtales teknologier, som der primært arbejdes med i Danmark, ganske kort. For hver teknologi omtales mulighederne for integreret produktion af højværdiprodukter.


Bioethanol

Bioethanol (sprit) dannes ved fermentering af biomasse. 1. generations bioetanol fremstilles af sukker- og stivelsesholdige planter (sukkerroer, sukkerrør, korn og majs), mens 2. generations bioetanol produceres på basis af restprodukter; f.eks. halm, træspåner eller majsstængler. 1. generations bioetanol er blevet stærkt kritiseret for at øge priserne på fødevarer, ligesom en intensiveret dyrkning af korn m.fl. er miljømæssigt problematisk.

I Danmark er der iværksat et intensivt forskningsarbejde med henblik på at udvikle teknologien. DONG Energy har således opført pilotanlægget INBICON ved Kalundborg, hvor der primært produceres bioethanol på basis af halm. Der er imidlertid en række udfordringer knyttet til produktionen af bioethanol. Først og fremmest er det en betydelig udfordring at skabe økonomi i produktionen. Ethanol kan tilsættes benzin, men er ofte et mellemprodukt, som skal forarbejdes før anvendelse, hvilket er med til at svække konkurrencedygtigheden. Det menes, at en fortsat udvikling vil kræve store investeringer i forskning og anlæg.

Der arbejdes endvidere på at udvikle teknikker til fraktionering af halmen, således at det bliver muligt at udtage særlige dele til videre forarbejdning før og efter fermentering. Et af biprodukterne ved fermentering er C5-melasse, der har en vis værdi som foder.


Biogas

Biogas består fortrinsvis af methan (CH4), som dannes af metanbakterier under iltfrie forhold. I princippet kan de fleste ”letomsættelige” organiske materialer anvendes til biogasproduktion. I en række lande, herunder Tyskland, er der en omfattende dyrkning af afgrøder (især majs) til brug i biogasanlæg, hvilket kan være problematisk i forhold til miljøforhold og det samlede energiregnskab. Teknikken er kendt og velafprøvet, og der er i Danmarks ca. 22 fælles anlæg og 60 gårdanlæg. Ifølge biogasbranchen er det dog et stort problem for produktionen, at den politisk fastsatte pris på biogassen er for lav.

I Danmark foregår produktionen primært på basis af husdyrgødning og organisk affald suppleret med dyrkede afgrøder. Miljø- og klimamæssigt giver dette mening, idet behandlingen af husdyrgødning i biogasanlægget reducerer tab af drivhusgasser og reducerer lugtproblemer m.m. Danske politikere har derfor tidligere luftet planer om, at al dansk husdyrgødning (ca. 30 mio. ton årligt) skal forarbejdes til grøn energi.

Biogasprocessen giver ikke umiddelbart særlige muligheder for raffinering af højværdiprodukter. Restproduktet fra biogasproduktionen er dog særdeles velegnet som gødning.


Forgasning

En anden mulighed er forgasning. Gassen dannes ved en proces, hvor biomasse antændes, men tilføres så lidt ilt, at der ikke kan ske en egentlig forbrænding. I stedet fordamper først vand og dernæst en række flygtige forbindelser. Gassen afhænger af biomassen, men består typisk af brint og lettere kulbrinter som metan, kulilte og kuldioxid. Derudover kan gassen indeholde andre kulbrinte-forbindelser, som det kan være nødvendigt at fjerne, inden gassen kan bruges som motorbrændstof eller til fremstilling af syntetiske brændsler.

En mulighed er at omforme gassen til metanol (træsprit) i en katalytisk proces. Metanol er et meget fleksibelt brændstof – en kemisk “byggesten”, der kan bruges til en lang række forskellige formål. I transportsektoren kan det blandt andet erstatte benzin og bruges til brændselsceller. På basis af metanol kan der fremstilles DME (DiMethylEther), som er et meget rent dieselbrændstof. Der er gennem længere tid blevet arbejdet intensivt med metoden, men der er endnu ikke velfungerende kommercielle anlæg i større skala.

Forgasningsprocessen giver ikke umiddelbart særlige muligheder for raffinering af højværdiprodukter. Der er dog interesse for at komme det afgassede materiale tilbage i jorden med henblik på jordbedring og CO2-opbevaring. P.t. findes kun enkelte mindre anlæg i Danmark.


Hydrothermal omdannelse af biomasse

Når organisk materiale udsættes for højt tryk og høj temperatur, kan det omdannes til bioolie eller biodiesel. Metoden, som kaldes liquefraction eller hydrothermal omdannelse, har været kendt siden 1930’erne, men har endnu ikke slået an i større skala. I de senere år er der bl.a. ved Institut for Kemi blevet arbejdet på at udvikle processen.

I forhold til de øvrige teknologier giver hydrothermal omsætning den største energiudnyttelse af biomassen. Omkring 85 procent af energiindholdet kan udnyttes. Det er forholdsvis enkelt at omdanne bioolien til dieselolie, som kan anvendes direkte i transportsektoren og til mange andre formål.

Det er interessant, at kvælstof er et ”spildprodukt” i en hydrothermal proces. Det vil sige, at kvælstof i biomasse kan ekstraheres fra biomassen, uden at det forringer energikonverteringen.

Forskere ved Aarhus Universitet har opskaleret et HTL-anlæg, der er i stand til at omdanne biomasse til råolie. Læs mere her.


Andre teknologier

Den mest simple og mest benyttede metode til omdannelse af biomasse til energi er forbrænding i f.eks. et kraftvarmeværk. Metoden giver god mening i forhold til anvendelse af træ, men er problematisk i forhold til omsætning af halm og landbrugsafgrøder. Forbrænding kan dog være en udmærket mulighed for at udnytte restprodukter fra andre bioraffineringsteknologier.

Det er muligt at fremstille bioolie/biodiesel via presning og ekstraktion af olieholdige planter. Endvidere benyttes metoden i forbindelse med forskellige former for affaldsbehandling. Metoden omtales ikke yderligere, da den ikke umiddelbart er interessant i forhold til celluloserige biomasser.