Til erstatning af de fossile brændstoffer er der megen fokus på biomasse i bred forstand. Allerede i dag er størstedelen af den såkaldt vedvarende energi baseret på biomasse, hvoraf træ og træflis udgør den største del. Et alternativ til træ er biogassen, der har den fordel, at den kan fremstilles på basis af affaldsstoffer: Gylle, husdyrgødning og strøelse fra landbruget, affald fra fødevareindustrien, planterester fra landbrug og parker m.v., samt slam fra spildevandsrensning. Det er, set udefra, en meget positiv historie. Affald omdannes til ren og CO2-neutral energi. Biogassen kan bruges som erstatning for naturgas, eller som basiskemikalie for mere udviklede flydende brændstoffer, bl.a. til transportsektoren.
Desværre er situationen ikke helt så enkel og fordelagtig, som det lyder.
Biogas
Biogas er grundlæggende en blanding af knap 70% metan, CH4, og 30% CO2. Hertil kommer mindre mængder af vanddamp og andre gasser. Biogas fremstilles ud fra organisk affald, dvs. husdyrgødning, planterester, affald fra industriel fødevareproduktion, husholdningsaffald osv. Hertil kommer, at man i nogle tilfælde tilsætter de såkaldte energiafgrøder, f.eks. majs, der specielt er dyrket med det formål at fremstille brændstof. Fig. 1 viser fordelingen af kilder til biogasfremstilling i Danmark (i 2018):
Biogas fremstilles ved at lade det organiske affald rådne i lukkede tanke uden ilt. Små bakterier vil da nedbryde materialet i flere trin og derved omdanne en del af det til metan og CO2. Processen kan tage fra 10-25 dage. Det foregår i praksis i en stor tank, hvor man hele tiden tilfører lidt nyt materiale og løbende udtager biogas og det udrådnede restprodukt (2). Processen kræver i langt de fleste anlæg, at materialet er rørt op i vand. Netop gylle fra husdyr er karakteriseret ved at indeholde store mængder af vand, og det er et fint basismateriale til biogasproduktionen. Andre materialer bliver findelt og rørt op i vandet. Det store vandindhold giver den fordel, at biomassen er nem at pumpe og røre om, før, under og efter biogasprocessen.
Restproduktet indeholder store mængder af næringsstoffer, bl.a. fosfor og nitrat, og kan derfor bruges som gødning på markerne. Det spredes ud som gylle, men giver slet ikke de samme lugtgener, så det er til fordel for alle parter.
Biogasproduktionen i Danmark har været i stærk udvikling i de sidste 30 år. Der er p.t. ca. 180 anlæg, se fig. 2. De har meget varieret størrelse og kapacitet. De mindste er typisk opført som private anlæg på gårde, eller tilknyttet spildevandsrensningsanlæg eller lossepladser. Større anlæg er de såkaldte ”fællesanlæg” hvor man på en egn er gået sammen om biogasproduktion. Endeligt er der også nogle få industrivirksomheder, der har opført egne biogasanlæg.
Biogasproduktionen i Danmark har som nævnt været i vækst siden 1990, se fig. 3, hvor den årlige produktion målt i petajoule (PJ) er vist. Bemærk den stejle stigning efter 2012, hvor nye meget gunstige tilskudsregler blev indført, se senere.
Sammenlignet med de øvrige vedvarende energikilder er biogassen dog kun en lille faktor, tallene for de seneste år fremgår mere detaljeret af fig. 4.
Biogassen kan anvendes direkte i lokale kraftvarmeanlæg, hvor den afbrændes i en gasmotor, tilknyttet en generator. Spildvarmen går til fjernvarme. Da biogassen ligesom naturgas består af metan, kan den i princippet også sendes til det landsdækkende naturgasnet og dermed erstatte noget fossil naturgas. Hertil kræves dog en oprensning af biogassen. CO2-indholdet skal fjernes, og derefter skal trykket på biogassen sættes op til 7-25 bar, så det svarer til trykket i naturgasledningerne. Endeligt kan biogassen også indgå som råvare til kemisk industri, dette foregår dog p.t. kun i meget beskeden skala.
Energiforhold
Udbyttet af biogas afhænger meget at valget af biomasse. Tabel 1 giver nogle få eksempler. Her er vist udbyttet af biogas målt i kubikmeter (”normalkubikmeter” – Nm3) og i energiindhold (megajoule – MJ) pr. ton biomasse.
Gylle, der er langt det mest udbredte materiale til biogas-fremstilling, er kendetegnet ved sit høje vandindhold og deraf følgende lave udbytte pr. ton. Til gengæld er vandet nødvendigt ved selve biogasprocessen, så de andre materialer skal røres op i vand, før de kan omdannes til biogas. I praksis foregår det ofte ved, at de iblandes gyllen i passende mængder. Frasorteret korn giver et meget højt udbytte og er at sammenligne med deciderede energiafgrøder, som f.eks. majs.
Af stor interesse for fremtiden er halm. Den giver et forholdsvis højt udbytte og er til rådighed i meget store mængder fra korndyrkning, mængder, der kun delvist udnyttes i dag.
At fremstille biogas kræver energi, dels til selve anlægget, dels til lastbiltransport. Anlægget kræver både strøm til pumper, omrørere osv., og varme til at opnå og vedligeholde driftstemperaturerne i anlæggets tanke. Der er en betydelig mængde lastbiltransport involveret, idet biomassen skal transporteres fra kildestedet til biogasanlægget, og hvis det er et såkaldt fællesanlæg, kan afstanden godt være lang. Den afgassede biomasse skal ligeledes køres ud til de landmænd, der kan bruge den til gødning.
Hvis gassen efterfølgende skal renses for CO2, kræver det et trin mere, hvor der igen er et forbrug af strøm, samt et vist tab af metan til omgivelserne.
Tabel 2 opsummerer energien, der kræves til fremstillingen. I den højre kolonne er givet tal for energimængden, der bruges, sammenholdt med energiindholdet i den fremstillede biogas. Det er en måde, hvorpå man kan anskueliggøre energitabet i processen. Man ser, at ved fremstilling af normal biogas er der et tab omkring 13 % og dette stiger til 19 % ved konverteringen til naturgas-kvalitet.
Brug af biomasse af bedre kvalitet vil sænke energiforbruget noget. Udbyttet i reaktoren bliver bedre og transportbehovet bliver mindre med højere tørstofindhold. Halm er igen her af interesse, potentielt kan det levere en stor mængde biogas, og det indeholder ikke vand af betydning, hvilket gør transporten billigere pr. energienhed. Halm har imidlertid nogle andre ulemper. Det er svært nedbrydeligt for bakterierne, og derfor skal det findeles, f.eks. ved knusning, før det kan sendes ind i reaktoren. Det kan koste op til 135 kWh/t halm, svarende til 5 % af den færdige biogas’ energiindhold (10). Indsamling og håndtering af halm ude på marken koster også erfaringsmæssigt mange penge, et beløb på 450 kr./t er nævnt (11).
Økonomi
De mange biogasanlæg i Danmark opererer under meget forskellige betingelser. Anlæggenes teknologi varierer, og de fødes med forskellige blandinger af biomasse. Der findes derfor ikke ét sæt tal, der er repræsentativt for branchen. Fig. 5 viser således de totale udgifter for et udvalg af biogasanlæg.
Man ser, at der er meget store variationer i omkostningerne fra anlæg til anlæg. Det skyldes primært forskelle i kvaliteten af tilført biomasse og transportbehovet. Lynggård, der således har meget lave udgifter, er et anlæg tilknyttet en enkelt gård, hvorved der ikke er transportudgifter, og der kan uden omkostninger tilføres biomasse af god kvalitet fra gårdens overskud. En post på regnskabet på mange anlæg er køb af biomasse, hvor der er frygt for øget konkurrence om de gode kvaliteter.
Mest repræsentative er nok de første to anlæg på fig. 5, Ribe og Linkogas. De er begge fællesanlæg og får biomassen kørt ind fra omkringliggende gårde. De har en omkostning til biogassen på 120 kr./GJ. Opgradering til ren (bio-)metan indebærer et tab (jfr. tabel 2) på ca. 6 %, det kan så omregnes til en pris på biometan på knap 130 kr./GJ.
Naturgas kostede til sammenligning i første halvår af 2020 i gennemsnit 19 kr./GJ. Det er nok ikke en helt retfærdig sammenligning, fordi prisen i øjeblikket er usædvanligt lav. Tager man i stedet perioden 2010-2018 fås en gennemsnitspris på ca. 53 kr./GJ, med månedspriser på mellem 30 og 80 kr./GJ (12).
Der er langt op til at få dækket omkostningerne ved biogasfremstillingen og derfor er der da også givet massiv statsstøtte til biogassen. I 2012 blev der oprettet en ny ordning, der var meget favorabel for biogasproducenterne.
Ordningen betød, at udgiften til biogas-statsstøtte steg kraftigt, se fig. 6.
Beregningen af støtten pr. GJ er meget kompliceret, og forskellig alt efter om biogassen bruges til at producere elektricitet eller opgraderes til naturgasnettet (13). Men en simpel udregning ud fra fig. 3 og fig. 6 viser at der i 2018 blev produceret biogas med et energiindhold på 13,4 PJ svarende til 13,4 millioner GJ. Det udløste en statslig udgift på 1,55 milliarder kr., svarende til 115 kr./GJ. Med ovenstående prisforskel på ca. 80 kr. mellem naturgas og biogas bliver biogasproduktion inkl. statsstøtten en god forretning for ejerne af anlæggene.
I 2018 blev lovgivningen ændret, således at tilskudsordningerne blev langt mindre favorable. Det har udløst store protester fra biogas-branchen, da det reelt betyder at investeringer i nye biogasanlæg bliver helt urentable (14).
Fremtiden
Der er store visioner for biogassens fremtid, den ses som en mulig afløser for Danmarks naturgasforbrug i sin helhed, se fig. 7. Fremskrivningen er fra 2015, og det ses, at den allerede i 2018 overvurderer produktionen lidt, da den i virkeligheden lå på de 13,4 PJ. Men over de næste 30 år skal produktionen stige til ca. 70 PJ/år, svarende til en femdobling af det nutidige niveau. Umiddelbart ville det så kræve en statsstøtte på 7,5 milliarder kr., med mindre investeringerne og driften bliver meget billigere pr. GJ. Det gør de nok til en vis grad, men hele konceptet med bakterier til fremstillingen, vil nok gøre effektiviseringer vanskelige.
Et område, man kan tage fat i, er kvaliteten af biomassen. Biogassens rentabilitet ville helt klart forbedres, hvis der blev brugt biomasse med et højere energiindhold pr. ton. Oplagt er her energiafgrøderne, dvs. majs, korn eller roer specielt dyrket til biogasfremstilling. Imidlertid vil sådanne afgrøder lægge beslag på landbrugsarealer, der ellers kunne bruges til dyrkning af fødevarer. Politikerne har indset det uholdbare i denne arealanvendelse, og derfor blev der lagt en bestemmelse ind, hvorefter der kun gives støtte hvis energiafgrøder udgør mindre end 12 % af biomassen til biogasanlæggene. P.t. er andelen langt lavere, bl.a. fordi energiafgrøderne også har en høj pris pr. ton.
Biogassen er derfor henvist til affaldsprodukter i bredeste forstand. Gylle, industriaffald, slam fra spildevandsanlæg, husholdningsskrald og overskydende plantedele fra marker, parker og grøftekanter. Allerede på nuværende tidspunkt bliver det meste af industriaffaldet brugt. Der er stadigvæk store mængder af gylle, der ikke går til biogasfremstilling, i alt ca. 30 millioner tons (16).
Heraf kan der, tab medregnet, produceres ca. 10 PJ. Som vi har set, er gyllen dog dyr at håndtere, pga. transporten af alt vandet + det lave udbytte i biogasanlægget.
Det er blevet påpeget, at den mest nærliggende råvare til biogasfremstilling er halm. Hvis hele den årlige produktion bliver anvendt til biogas, kan man få et udbytte svarende til 45 PJ/år (11). Der regnes her med en udnyttelse af 60 % af halmens energiindhold. Det er langt højere, end hvad der realiseres i biogasanlæggene i dag, jfr. tabel 1.
Tabel 3 viser en oversigt over halmproduktionen i Danmark og hvad den anvendes til. En del bruges til fyring, hvorved energien allerede udnyttes. En anden del bruges til foder. Hvis halmen nu skulle bruges til biogas, måtte man finde et alternativ til foderet. Strøelsen, derimod, bliver allerede i dag i mindre mængder sendt til biogasanlæggene efter endt anvendelse i staldene. Den ”ikke-bjergede” fraktion bliver for en stor dels vedkommende pløjet ned på markerne og bidrager med næringsstoffer til næste års høst.
Hvis halmen omdannes til biogas med en omsætning på 60 % af energien skal man have energitabet ved biogasprocessen med i billedet. Den udgør ca. 20 % af brændværdien, og med 20 % trukket fra de 60 % havner vi på omtrent 50 % udnyttelse af halmens energi. Hvis biogassen nu bruges til kraft-varmeproduktion har vi altså mistet 50 % af energien sammenlignet med direkte fyring med halmen. Kraftproduktionen er i høj grad tænkt som backup til vindmøllestrømmen og her er det åbenlyst en bedre idé at fyre med halmen direkte.
Det er nok derfor, at man taler meget om, at biogassen i stedet skal bruges til fremstilling af enten gas eller flydende brændstoffer til transportsektoren. Men her rækker biogassen ikke så langt, f.eks. er det regnet ud, at hele den nuværende produktion ikke kan dække mere end Danmarks forbrug af flybrændstof (17).
Konklusion
Biogasproduktionen er steget kraftigt gennem de sidste 30 år og teknologien må betragtes som relativt moden. Økonomien i anlæggene er stærkt afhængig af sammensætningen af den indgående biomasse, og her er højkvalitetsprodukter som energiafgrøder en stor fordel. Energiafgrøder er dog ikke ønskelige i større omfang, da de udnytter landbrugsjord, der ellers kunne bruges til fødevareproduktion. Selvom jorden ikke skal det, er det et åbent spørgsmål, om ikke man ville få mere ud af de arealer ved f.eks. at plante hurtigtvoksende skov på dem.
Biogas har indtil videre slet ikke været markedsmæssigt konkurrencedygtig. Fremstillingsprisen har ligget på 2-3 gange markedsprisen på naturgas. Produktionen er kun holdt i gang ved hjælp af massive statslige tilskud, der i 2018 oversteg 1,5 milliarder kr. Der er ikke noget, der tyder på, at omkostningerne ved biogasfremstilling vil falde drastisk i de kommende år.
Biogas tegner sig p.t. for kun 1,7 % af Danmarks energiforbrug, eller knap 8 % af den vedvarende del af forsyningen (4). Selv med en femdobling af biogaskapaciteten vil den kun dække godt 8 % af den samlede energiforsyning og det til meget høje omkostninger. Ikke blot er biogas dyr at fremstille, sammenlignet med fossil naturgas, men en voldsom udbygning af biogassen vil kannibalisere andre anvendelser for biomassen, f.eks. direkte forbrænding af halm. Anvendelsen af disse ressourcer til biogas formindsker udbyttet af energi og fordyrer den voldsomt.
Der er således noget, der taler for, at biogas skal bevares som en nicheproduktion, primært til bortskaffelse af husdyrgødning, affald fra industri og slam fra spildevandsrensning. Husholdningsaffald kan komme med i billedet, men det er ikke store mængder og vil kræve en meget omhyggelig sortering.
Referencer
(2): https://planenergi.dk/wp-content/uploads/2018/05/9-Biogas_net_dk_tilrettet_version.pdf
(3): https://ens.dk/sites/ens.dk/files/Bioenergi/biogas_2020_06.pdf
(4): https://ens.dk/service/statistik-data-noegletal-og-kort/maanedlig-og-aarlig-energistatistik
(5): https://ens.dk/sites/ens.dk/files/EnergiKlimapolitik/samlede_effekter_energiaftalen_030412.pdf
(6): https://ens.dk/sites/ens.dk/files/Bioenergi/biomasser_til_biogasanlaeg.pdf
(7): https://www.landbrugsinfo.dk/public/7/0/6/halm_kloevergraes_til_oeko_biogasprod
(8): https://ens.dk/sites/ens.dk/files/Bioenergi/oekonomirapport_udvikling_og_effektivisering_final.pdf
(9): https://www.dgc.dk/sites/default/files/filer/publikationer/A0913_opgradering_biogas.pdf
(10): https://ens.dk/sites/ens.dk/files/Bioenergi/02.02.2016_slutrapport_taskforce_faglig_del.pdf
(11): https://ens.dk/sites/ens.dk/files/Bioenergi/energiafgroedeanalysen_med_bilag.pdf
(12): https://ens.dk/service/statistik-data-noegletal-og-kort/energipriser-og-afgifter
(13): https://www.retsinformation.dk/eli/lta/2015/122
(14): https://finans.dk/erhverv/ECE11772489/politikere-sender-dansk-biogasindustri-i-frit-fald/?ctxref=ext
(16): https://www.ft.dk/samling/20181/almdel/sau/spm/319/svar/1572651/2042458/index.htm
Danish
Undskyld at jeg vil være realistisk.
Glem alt om biogas og alle de små juleeventyr.
Atomkraft er den eneste farbare vej til ægte klimarealisme.
Hvis du siget “Hvad med – – – ” så kig på http://wp.me/p1RKWc-p2
Også tak herfra for særdeles grundig gennemgang! 🙂
For mig var det ganske overraskende, at gassen indeholder 30% CO2: Det vil jo indebære, at forbrændingsudledningen CO2-mæssigt er markant større, end hvad der modsvarer den ved selve forbrændingsprocessen (energiomsætningen) dannede mængde af CO2!!
Tak Søren for dit gode skriv, for jeg synes det er fint med en grundig og udførlige tekst med tilhørende tabeller, således at man for dybden med. TAK!
Det var meget tekst om biogas, som jeg ikke har energi til at læse. Men jeg er meget enig i det du skriver i konklusionen, som burde havde været stået tydeligere, og du havde ikke behøvet at skrive mere.
”Biogas tegner sig p.t. for kun 1,7 % af Danmarks energiforbrug, eller knap 8 % af den vedvarende del af forsyningen. Fremstillingsprisen har ligget på 2-3 gange markedsprisen på naturgas. Der er ikke noget, der tyder på, at omkostningerne ved biogasfremstilling vil falde drastisk i de kommende år.”
– Så jeg kunne have tilføjet ” glem alt om biogas”!