Utvikling av BioValueChain-modellene
Prosjektets hovedmål har vært å videreutvikle en miljømodell og en økonomimodell for hele verdikjeden for produksjon av biogass og behandling av biorest. Resultatene skal bidra til bedre beslutningsgrunnlag ved planlegging av nye biogassanlegg i Norge.
I fase I av prosjektet ble det utviklet både en miljømodell og en økonomimodell for biogassproduksjon som omfattet hele verdikjeden. Begge modellene ble videreutviklet i fase II av prosjektet, og forsuring ble da inkludert som en ny miljøindikator. I fase III ble datagrunnlaget ytterlige oppdatert, enda en miljøindikator ble tatt med (primærenergibruk) og fjørfegjødsel ble lagt til som en ekstra modul. Effekten av lekkasjetiltak ble også analysert og dokumentert med nye diagrammer i et eget kapittel.
I fase IV har vi fortsatt arbeidet med å forbedre datagrunnlaget og lage massebalanser. I denne fasen dokumenteres økonomiske resultater og miljøresultater hver for seg i to separate rapporter. Denne rapporten tar for seg miljømodellen, mens økonomimodellen er dokumentert i Bjerkestrand et al. (2016).
Dette er de viktigste endringene i miljømodellen i fase IV:
• Alle bakgrunnsdata er oppdatert (oppdatering av Ecoinvent-databasen til v3.1, recycled content). Enkelte karakteriseringsfaktorer er også endret.
• Det er nå mulig å vise fornybar energibruk som en del av indikatoren CED (cumulative energy demand), istedenfor kun ikke-fornybar energi.
• Noen verdier er korrigert (transport) og småfeil er rettet opp (sikterest).
• Det er laget massebalanser for total masse, vann, TS og gass for matavfall.
• Det er laget flere og mer detaljerte resultatfigurer, både for basisresultatene (scenario D) og for analysene av effektene knyttet til ulike tiltak.
• Miljømodellen er anvendt på to case, og resultatene presenteres i denne rapporten.
Innhold i og resultater fra miljømodellen BioValueChain
Miljømodellen beregner både utslipp og gevinster (i form av reduserte utslipp) ved biogassproduksjon som alternativ til konvensjonell behandling av avfall og gjødsel. Utslipp kan være fra bl.a. transport, lagring, spredning og oppgradering, mens gevinster er knyttet til at produsert biogass erstatter produksjon av andre energibærere og at biorest erstatter mineralgjødsel eller jordforbedringsmiddel (torv). Økonomimodellen (dokumentert i Bjerkestrand et al., 2016) kan benyttes som beslutningsstøtte for bønder, investorer i biogassanlegg og myndigheter.
Miljømodellen omfatter fire substrater med ulike egenskaper og basisverdier:
• Matavfall
• Storfegjødsel
• Grisegjødsel
• Fjørfegjødsel
For hvert substrat er det laget scenarier basert på forskjellige alternativer for hvilken energibærer biogassen erstatter og hvordan bioresten brukes. Scenariene sammenlignes med et referansescenario som er mest mulig lik dagens løsning, hvor matavfall forbrennes og husdyrgjødsel spres direkte på jordene som gjødsel.
Analysene av biogassproduksjon gir følgende hovedkonklusjoner i et verdikjedeperspektiv:
Klimagassutslipp:
• For matavfall gir samtlige scenarier klimareduksjon sammenliknet med referansescenariet.
• For gjødsel gir samtlige scenarier klimareduksjon sammenliknet med referansescenariet unntatt scenariene med avvanning.
• Biogassproduksjon med oppgradering til drivstoffkvalitet og bruk av flytende biorest (scenario D) er den beste klimamessige løsningen for både matavfall og gjødsel, men erstatning av oljeforbrenning kan være nesten like bra som å erstatte drivstoff.
• Metantap ved oppgradering kan være avgjørende for hvilket biogassalternativ som er best. Konklusjonene i denne rapporten er basert på 1,5% metantap ved oppgradering.
• Modellen baserer seg på bruk av tett lagertank for biorest. Dette ser vi er et viktig tiltak for å begrense klimautslippene i verdikjeden. Bruk av åpne lagertanker for biorest fører til betydelige klimabelastninger (metan), og spesielt gjelder dette for matavfall.
Forsuring:
• For gjødsel vil noen scenarioer gi redusert forsuring sammenliknet med referansescenariet, men ikke alle. Avvanning av biorest der vannfasen brukes som gjødsel gir høyest utslipp.
• For matavfall vil biogassproduksjon gi redusert forsuring sammenliknet med referansescenariet dersom spredningen av bioresten skjer gjennom bruk av BAT (best available technology).
• Den beste klimamessige løsningen (scenario D) vil gi redusert forsuringspotensial for gjødsel, mens forsuringsutslippene blir litt høyere enn referansescenariet for matavfall (gitt at standard spredeteknologi blir brukt).
• Modellen baserer seg på bruk av tett lagertank for biorest. Dette er et viktig tiltak også for å begrense forsuringsutslippene i verdikjeden. Bruk av åpne lagertanker for biorest fører til utslipp av ammoniakk, der utslippene blir spesielt store for grisegjødsel.
Primærenergibruk:
• For matavfall og fjørfegjødsel vil alle biogass-scenariene føre til redusert bruk av primærenergi. For storfe- og grisegjødsel er resultatene ikke entydige, men biogassproduksjon med erstatning av drivstoff (scenario D) er også best for disse substratene.
Fosfor:
• Biogassproduksjon av husdyrgjødsel der bioresten tilbakeføres til gårdene substratet stammer fra vil ikke bidra til til økte utslipp av fosfor. En omfordeling av biorest til regioner med gjødslingsbehov kan føre til reduksjon i en miljøindikator mens en annen kan øke. Ingen scenarier i undersøkelsen til Hanserud et al. (2016) viste seg å være bedre enn de andre for alle miljøkategorier. Å bruke region-spesifikke parametre i LCA vil dermed kunne gi mer relevante resultat for beslutningstakere.
I miljømodellen er det forutsatt at det brukes tett lagertank ved lagring av biorest og standard teknologi ved spredning av biorest. Det er gjort beregninger av effekten av å bruke tett tank til lagring av biorest, noe som vil redusere utslippet av metan til null. Hvis det ikke brukes tett tank vil klimagassutslippene for hele verdikjeden for scenario D øke med 10% for grisegjødsel, 18% for storfegjødsel og 75% for matavfall (scenario D = drivstoffproduksjon og flytende biorest). Forsuringen vil også øke mellom 10% og 100% for scenario D på grunn av ammoniakkutslipp ved åpen tank.
Ved spredning av biorest med standard teknologi vil det forekomme utslipp av lystgass. For storfegjødsel er det beregnet at ved å innføre Best Available Technology (BAT) for spredning av biorest, kan det oppnås en klimareduksjon på 7 % for hele verdikjeden i scenario D. Klimaeffekten er kun analysert for storfegjødsel, da det ikke finns tilgjengelige data for reduserte lystgassutslipp ved bruk av BAT for spredning av grisegjødsel og matavfall. Innføring av BAT for spredning vil også redusere forsuringspotensialet betraktelig over verdikjeden ettersom ammoniakkutslippene reduseres (45% reduksjon for storfe- og grisegjødsel og 88% reduksjon for matavfall i scenario D).
Oppsummering av tiltak:
• Resultatene viser at tett tank for lagring av biorest reduserer både klimagassutslippene og forsurende utslipp betydelig over verdikjeden.
• Det er mulig å redusere klimautslippene ytterligere ved å bruke BAT for spredning av biorest. BAT for spredning vil også redusere forsuringsutslippene kraftig.
• Begge tiltak vil til sammen gi store klima- og forsuringsgevinster, og bør derfor innføres.
Modellen er delvis basert på litteraturdata og delvis på anslag. Modellarbeidet har vist hvor det er behov for forbedrede data for å redusere usikkerheten i konklusjonene. En sensitivitetsanalyse (dokumentert i Lyng et al., 2015) har også vist at det er spesielt viktig med spesifikke data for transportavstander, effektivitet i biogassanlegget, utslipp fra lagring av gjødsel og biorest, og utslipp ved spredning av gjødsel og biorest.
Resultater for økonomi er dokumentert i Bjerkestrand et al. (2016).
Videre arbeid:
For å sikre at modellen opprettholder og forbedrer nytteverdien er det viktig at den både anvendes, videreutvikles og at det skjer en jevnlig/årlig oppdatering av datagrunnlaget som inngår. Dette er spesielt viktig fordi den norske biogass-sektoren ennå er relativt ny, og det er naturlig å forvente en fortsatt utvikling på området fremover. En slik utvikling vil kunne gi tilgang til verdifulle nye data for hvordan biogassanlegg i praksis fungerer under ulike betingelser, noe som vil være viktig for å oppdatere modellen.
Det ble startet et arbeid for å dokumentere ulike anlegg i form av case-studier til denne rapporten i 2016. Å bruke disse resultatene for å vurdere eventuelle endringer i basisverdiene i BioValueChain-modellen vil være en viktig aktivitet for framtidig utvikling av modellen. I tillegg har Østfoldforskning identifisert noen konkrete punker som kan gjennomføres for å raffinere modellene ytterlige. Videreutvikling av masse- og energibalansene er et spesielt viktig punkt her. Det samme er oppdatering av data for kompostering av tørr fase etter avvanning av biorest. Helt nye resultater antyder at kompostering av biorest kan gi opphav til betydelig høyere metanutslipp enn det som ligger inne i modellen i dag.
Modellen kan anvendes både av potensielle utbyggere av biogassanlegg for å sikre optimale løsninger og av myndighetene som grunnlag for vurdering av nye virkemidler for biogassutbygging.
