English

Om bioenergi

Bioenergi er energi dannet ved omforming av plante- og dyrematerialer til energi.

De vanligste bioenergikildene er:

  • Ved, flis, bark, lignin (avlut) og alkoholer fra skogbruk og skogindustri.
  • Halm, husdyrgjødsel, energiskog, gras, planteolje, alkoholer og biogass fra jordbruk og agroindustri.
  • Organisk avfall fra næringsmiddelbransjen, husholdninger og biomassebasert industri.
  • Globalt sett er det et betydelig overskudd av biomasse som kan benyttes til energiformål. Dette biomasseuttaket vil ikke komme i konflikt med behovet for råvarer til mat og industriproduksjon når uttaket gjøres fra ovenfor nevnte energikilder.

 

 

De vanligste bruksområdene er:

  • Ved og pellets i mindre ildsteder
  • Flis, bark, halm, briketter og fast avfall i større varmesentraler
  • Foredlet biobrensel i små og store kjeleanlegg
  • Biogass av gjødsel og avfall til kraft/varmeproduksjon
  • Biodiesel og bioetanol til transport

 

 

 

Bioenergi gir betydelige miljøfordeler:

  • Fornybar energikilde
  • Ingen utslipp av drivhusgasser
  • Minimale utslipp av SO2
  • Reduserte utslipp av NOx
  • Ved moderne forbrenningsteknikk: lave partikkel- og sotutslipp
  • Ressursbesparende utnyttelse av biologisk avfall

Bioenergiressurser:

  • Norges årlige tilvekst av biomasse er ca. 425 TWh. Av dette utnyttes ca. 15 TWh til energiformål.
  • Biobrensler fra skogen utgjør ca. 14 TWh og dekker ca. 6 % av Norges energibehov. Potensialet for bioenergi i Norge er estimert til 31 TWh.
  • Bioenergi og vannbåren varme bidrar til økt fleksibilitet i energiforsyningen.

 

 

 

Bioenergi gir arbeidsplasser og næringsutvikling:

  • Bioenergi er en lokal energiressurs
  • Økt forbruk av bioenergi vil stimulere næringsvirksomheter og sysselsetting i distriktene  - og gi arbeidsplasser også utover anleggsfasen.

Brensler, produksjon og salg

Hvilket biobrensel er aktuelt i ditt lokalmarked? Nedenfor er aktuelle tilgjengelige biobrenselressurser listet opp. Elementer som bør vurderes ved valg av biobrensel er produksjonskostnad, logistikk (transport, lagring, håndtering) samt ressurstilgang og ressursbehov i forhold til aktuell varmeleveranse. For øvrig er det spesielt viktig at brenselkvaliteten er tilpasset varmesentralen.

Briketter

Briketter er biobrensel (f. eks sagflis, bark og kutterspon) som er komprimert eller presset til stavformede ”kubber” (sylindriske eller rektangulære) med en diameter større enn 20 mm. Vanligvis ligger diameteren for briketter i området 50-75 mm. Lengden på brikettene varierer fra noen få centimeter og opp til 20 cm, avhengig av råstoffets beskaffenhet og produksjonsprosessen. Tettheten varierer også betydelig. Fuktighetsinnholdet er som regel i området 8-12 %, og askeinnholdet er ofte under 1 %. Avfallsbriketter er produsert av organisk avfall, f. eks. papir, og har følgelig et høyere askeinnhold. Briketter blir som regel brukt i større fyringsanlegg, men kan også brukes i vedovner. Bruk av briketter i vedovn krever aktsomhet; man må forsikre seg om at ildstedet tåler den temperaturen som brenning av aktuell brikett medfører. Svært tørt brensel med høy tetthet gir høye temperaturer. Det finnes eksempler på ildsteder som har sprukket som følge av brenning av briketter.

Det kan leveres brikettpresser i størrelser med kapasitet fra 30 til 6000 kg/time. En brikettpresse er bygd opp som en kraftig sylinderpresse, hvor råstoffet blir presset mot et munnstykke med diameter lik de ferdige brikettene. Ved brikettproduksjon er det som regel ikke nødvendig å finmale råstoffet før pressing.

Pellets

Pellets er foredlet biobrensel og består vanligvis av tørre avfallsfraksjoner fra trebearbeidende industri. Dette kan være kutterspon og tørr sagflis, komprimert eller presset til små, sylindriske enheter. Pellets er ikke tilsatt noe bindemiddel. Standarddiametere er 6,8 eller 12 mm. Det er utarbeidet brenselsstandarder for pellets med henblikk på størrelse (f.eks. diameter og lengde), askeinnhold (typisk 0,5 %) og fuktighet, slik at pellets er et godt definert brensel. To produksjonsteknikker benyttes; vanligst er oppmaling og pressing av tørt råstoff, mens Cambis metode er en termokjemisk prosess som gir brun pellets med svært høy tetthet og følgelig høyt energiinnhold per volumenhet.

Produksjonsanleggene er oftest store (kapasitet på flere titalls tusen tonn/år), men småskala anlegg leveres også. Anleggene er avhengig av billig og tørt råstoff for å gi god økonomi. På grunn av små dimensjoner og homogene egenskaper får pellets tilnærmet samme håndteringsegenskaper som fyringsolje. Brenselpellets kan fraktes med ”kraftfórbiler” og blåses over i lukkede lagercontainere eller lagertanker gjennom rør.

Bruk av pellets egner seg både til punktoppvarming (pelletskamin), sentralvarmeanlegg eller større nær- og fjernvarmeanlegg. Pelletskaminer kan termostatstyres. Oljefyrte kjelanlegg kan i mange tilfeller ved forholdsvis enkel ombygging konverteres til pelletsfyring. En slik ombygging krever vurdering av personell med spesiell kompetanse.

Torv

Torv er mer eller mindre nedbrutt organisk materiale og dannes i syrefattig miljø. I Sverige anses torv som en mellomting mellom fornybart og fossilt brensel, et såkalt semifossilt materiale. Torv fornyes selv om det tar et par tusen år. Torvbransjen regner torv som fornybart så lenge uttaket ikke er større enn tilveksten. I EU er torv et fornybart brensel mens det i Finland klassifiseres som langsomt fornybart. Som brensel, produserer forskjellige typer torv mellom 3,5-5 kWh energi per kilo.

Et dekar myr med 1 meter tykt torvlag binder 275 tonn CO2, mer enn ti ganger så mye som mineraljord. På bakgrunn av dette er det derfor viktig å huske at myr har en viktig funksjon som lager av karbon og at dyrking, drenering og uttak av torv fører til tap av CO2.[1]

Skogflis

Skogflis blir produsert direkte av skogsvirke. Dette kan være virke fra tynninger, lauvbestand, eller biprodukt/ avfall fra slutthogster. Fuktighetsinnholdet i flisa kan variere fra 55 % (helt rått virke) og ned til 15 %. Jo tørrere flis desto høyere effektiv brennverdi.

Brennverdi

Brennverdien for alle treslag er den samme i forhold til vekt og fuktighetsinnhold, se Figur 1.

Ved beregning av brennverdi i forhold til fast mål (fm3 eller fastkubikkmeter) er basisdensiteten en avgjørende størrelse. Basisdensiteten er forholdet mellom den absolutt tørre massen og volumet av rått, ukrympet virke. Jo større basisdensitet, desto høyere brennverdi per volum som er det målet virket vanligvis prises etter. Basisdensiteten varierer betydelig mellom ulike treslag og innenfor treslag, og av virkets kvalitet (råte). Basisdensiteten er avhengig av jordsmonn og klimatiske forhold.

Brennverdi pr råvekt

Basisdensitet for gran og furu kan variere fra 320 til 490 kg/fm3. Det er vanlig å bruke basisdensitet på 440 kg/fm3 for furu. Dersom virket er i ferd med å brytes ned, vil basisdensiteten være lavere. Se Figur 2 for variasjon av brennverdi for fast volum som funksjon av ulike basisdensiteter ved gitt fuktighetsinnhold (30 %).

Ved beregning av brennverdi i forhold til løst volum (lm3) må en ta hensyn til fastmasseandelen (FM), som er forholdet mellom volumet av en gitt masse fast trevirke og volumet av den samme masse trevirke etter oppflising. Ved overgang fra vekt til volum må parameterne basisdensitet og fastmasseandel anslås, noe som innebærer en ikke ubetydelig usikkerhet. Ved kjøp og salg av biobrensler (etter brennverdi) er derfor den sikreste måten å beregne brennverdi ved avregning etter vekt og fuktighetsinnhold. Ett tonn trevirke har en brennverdi på 4 100 kWh per tonn ved 20 % fuktighet og 3 500 kWh per tonn ved 30 % fuktighet.

brennverdi fast volum

Produksjon av skogflis

Produksjon av skogflis kan deles inn 6 arbeidsoperasjoner

  1. Felling
  2. Transport
  3. Flishogging
  4. Lagring
  5. Tørking
  6. Logistikk

Rekkefølgen av disse prosessene kan variere avhengig av mekaniseringslinjene. Under norske forhold er det vanlig å transportere trær og hogstavfall ut av skogen til en mobil flishogger som plasseres strategisk i forhold til høstingsarbeidet eller flissiloen.

Lagring og tørking

Viktige momenter knyttet til lagring av biobrensel er:

  • Mest mulig ufliset hogstavfall og rundvirke bør lagres utendørs, fortrinnsvis tildekket.
  • Utendørs sesonglagre av flis bør ha en fuktighet på under 40 %, for å redusere substans og energitap.
  • Grunnet brannfare bør flishauger komprimeres (maks. 7 meter i høyden) for å redusere oksygentilgangen.
  • Innendørs lagring fordrer tørr flis (under 22 %) for å unngå helseskadelige soppsporer og varmgang/ substanstap.
  • Sesonglagre bør etableres ved energisentralen for å redusere transport- og håndteringskostnadene.

Rått trevirke holder ca 55 % fuktighet. Dersom virket legges opp på et luftig sted og dekkes over med for eksempel impregnert papp, tørker det i løpet av sommeren til under 30 % på Østlandet. Rundt virke med 30 % fuktighet er lagerstabilt, mens flis ved 30 % fuktighet ikke bør lagres mer enn noen uker. Flisa kan eventuelt tørkes ytterligere f eks i ei plantørke. Tørking fra 30 % til 20 % fuktighet gir en gevinst på ca. 600 kWh per tonn og gjør flisa lagerstabil. Dette må veies opp mot tørkekostnader og kostnader til ekstra håndtering av flisa. Utnyttelse av naturlige fortørking er god økonomi; jo tørrere brensel desto mer lagerstabilt og høyere brennverdi.

Ulemper med lagring av flis er risiko for substanstap og følgelig energitap, risiko for soppdannelse og risiko for selvantennelse. Det er derfor viktig å beholde mest mulig av volumet "ufliset" til det skal brennes. Skogflis som skal sesonglagres må ha en fuktighet på under 40 % for å minimere substanstap og flis må ikke lagres ukomprimert flis i hauger høyere enn 7 meter.

naturlig tørking

Flising av skogsvirke

Jevn fliskvalitet tilpasset det aktuelle fyringsanlegget er av avgjørende betydning for å unngå driftsstans. Flisa bør ha en homogen størrelsesfordeling som er tilpasset innmatningssystemet i det aktuelle flisforbrenningsanlegget. Skive- eller trommelhoggere er mest vanlig for produksjon av skogflis. Skruehogger og hammermølle er andre prinsipper. Store flishoggere for skogsbrensel er som regel trommelhoggere, mens mindre, traktormonterte hoggere er gjerne skivehoggere. Trommelhoggeren har stor kapasitet, men fliskvaliteten blir noe mer ujevn ved hogging av stammevirke. Ved bruk av sold blir fliskvaliteten jevnere. Prinsippskisser for de to ulike teknologiene er vist i figuren under. Skogflis kan leveres ved lokalt varmeverk til 15-20 øre/kWh (2006).

trommel - og skivehogger

 

Halm

Halm er den delen av avlingen som blir igjen når kornet er tresket fra. Halm består nesten bare av ren cellulose og næringsverdien er liten. I dag brukes halm til strø for dyr i tillegg til fôr og brensel.

Brutto energiinnhold for halm vil variere med fuktighet. Halm med fuktighet på maks 17 % er lagerfast og har et energiinnhold på rundt 4 200 kWh/tonn.

Mengde halm produsert per daa per år er vanskelig å forutsi pga svingninger i temperatur, nedbørsmengder, stråforkorting, kornsort, mv. Høstbar andel halm ligger normalt på 60-70 % av kornavlingen. For bygg og havre kan derfor en konservativ betraktning være å benytte 220-260 kg halm per daa som utgangspunkt for å beregne årlig ressurstilgang på halm. For hvete og rug vil dette kanskje være rundt 300-350 kg halm per daa.

Halmsyklus

Halm består av mye alkalimetaller og halmasken (ca 3-5 % av halmen blir aske) har derfor lavt smeltepunkt (700-800 ºC), noe som resulterer i slagging. En måte å redusere slaggingen er å ”vaske” halmen. Vasking av halmen vil si at en lar halmen ligge ute til det har vært et regnskyll for så å presse etter at halmen har tørket opp igjen. Regnet som renner gjennom halmen og ned i jorda tar med seg alkalimetaller og således reduserer slaggingen. Skulle regnet utebli vil nattedoggen i løpet av en uke gjøre den samme nytten. Under Norske forhold kan slik halmbehandling være en utfordring mtp kortere høstesesong, klimatiske variasjoner og mye sesongarbeid som må gjøres unna på relativt få uker. Halm som har blitt vasket kalles også grå halm. Erfaringer viser at vasket halm gir bedre fyringsegenskaper.

Tradisjonelt har det blitt anbefalt av agronomiske hensyn at halmen ikke bør fjernes fra jordet mer enn hvert 3-4 år. Effekten på mengde organisk materiale i jorda man får ved bruk av halm som biobrensel er vanskelig å anslå. Hvilken dyrkningspraksis man velger får konsekvenser for mengde organisk materiale i jorda, og dermed også på jordstruktur og på sikt kanskje også på avling. Det er ikke lett å gi en enkel anbefaling om hvor stor del av halmen man kan fjerne fra et jorde. Til det er det alt for mange faktorer som spiller inn, noe Bioforsk Øst Apelsvoll forsker nærmere på i et pågående forskningsprosjekt. Dersom en ved bruk av halmen i et fyringsanlegg sprer asken tilbake på åkeren vil en redusere tapet av næringsstoffer i jorda.

Kvalitetskrav til halm i manuelle halmfyringsanlegg

Kvalitetskravet til halm som skal forbrennes i manuelle anlegg er forholdsvis enkelt – det må være tørt nok, dvs. ikke fuktigere enn 18-20 %. I tillegg kan man velge å vaske halmen, noe som vil gi bedre forbrenning, mindre aske og mindre slagg men dette er ikke et krav. Asken kan for øvrig spres på jordet. Man kan fyre med både rund- og firkantballer.

Kvalitetskrav til halm i automatiske halmfyringsanlegg

Til automatiske halmfyringsanlegg er det viktig at halmen består av hvete eller rug. Dette fordi denne halmen har sprøere aks enn hva er tilfellet for bygg og havre. I tillegg bør halmen vaskes, i hvert fall ligge ute 5-6 dager, før den snittes og presses i firkantballer.

Lagring av halm

Lagring av firkantballer bør skje under tak, ellers vil vann samle seg på toppen av ballen uten at det renner unna og på sikt trekke inn i halmen. Rundballer kan lagres både ute og inne. Mange velger etter hvert å bygge et eget stolpehus kombinert som halmlager og redskapskjul. Skal halmen lagres utendørs kan det skje under presenning, pølsepakking eller enkeltvis. Man bør her ta hensyn til vind og utforming i terrenget. Det er en fordel om halmen lagres på en bakketopp slik at regn og smeltevann renner unna uten at det samler seg rundt ballene.

Egenskaper

Brutto energiinnhold for halm vil variere med fuktighet. Halm med fuktighet på maks 17 % er lagerfast og har et energiinnhold på rundt 4 200 kWh/tonn.

Mengde halm produsert per daa per år er vanskelig å forutsi pga svingninger i temperatur, nedbørsmengder, stråforkorting, kornsort, mv. Høstbar andel halm ligger normalt på 60-70 % av kornavlingen. For bygg og havre kan derfor en konservativ betraktning være å benytte 220-260 kg halm per daa som utgangspunkt for å beregne årlig ressurstilgang på halm. For hvete og rug vil dette kanskje være rundt 300-350 kg halm per daa.

Bioenergi i verden

Bioenergi er den viktigste av de fornybare energikildene med en andel på ca. 14 % av brutto total energibruk globalt. Dette representerer en andel av den fornybare energibruken på over 75 % . Mye av denne bioenergien er forbrenning av biobrensler til oppvarming og matlaging, og spesielt i utviklingsland og fattige områder er det store potensialer for mer effektiv forbrenning med tilhørende lavere uttak av biomasse. Erstattes et åpent ildsted med en virkningsgrad på 10 % med en  vedovn med en virkningsgrad på 40 % til matlaging vil behovet for brensel reduseres med fire ganger og i tillegg til at uttaket fra skogene blir mindre, vil arbeidet med vedsanking og antallet røykgassrelaterte dødsfall reduseres. På verdensbasis er det over 3 milliarder mennesker som er avhengig av ineffektiv forbrenning av ved og kull for oppvarming- og matlaging og det er 1,2 milliarder mennesker som fortsatt mangler tilgang til elektrisitet. Energigårdens konsept og modeller for lokal, fornybar energiproduksjon av både varme og elektrisitet er en løsning på problemet for mange mennesker i rurale strøk uten tilgang til strømnett og moderne teknologier for fornybar energiproduksjon.

IPPC's femte rapportserie poengterer at det for å nå togradersmålet er store muligheter for en dobling av den globale bioenergibruken og i løpet av århundret kan en andel på opp mot 60 % nås.

 

 

På europeisk basis er andelen bioenergi av brutto total energibruk lavere enn globalt, men likevel den største av de fornybare energikildene. Skog- og treavfall står for 20 % av det totale forbruket av fornybar energi mens annen biomasse og biprodukter, f.eks. fra jordbruket står for 48 %. Tilsammen utgjør disse en andel på 68 %. Solenergi og vindkraft får står for henholdsvis 3 % og 9 % av EU-forbruket, men det forventes her en kraftig økning i tråd med Energiwende i Tyskland, nyetablerte offshore havvindparker og stadig lavere kostander for solenergi.

Når det kommer til fordeling i den globale energibruken mellom elektrisitet, varme og transport kan det ses at det globale varmemarkedet står for den største andelen av brutto energibruk. I  Norge brukes i stor grad elektrisitet til oppvarmingsformål. Dette skyldes forholdsvis lave strømpriser og gjør at forbruket for å dekke varmebehovet skyves over fra varme til elektrisitet.

Viktige begreper

Biobrenselverdien bestemmes av en rekke egenskaper ved brenselet. Nedenfor er det listet opp en rekke begreper som benyttes i biobrenselmarkedet og som gir ulikt brensel ulik økonomisk verdi.

  • Fuktighet
  • Brennverdi
  • Fastmasseprosent eller fastmasseandel
  • Basisdensitet

Fuktighet

Ferskt tre består av omtrent 50 % vann i forhold til totalvekten. Når alt fritt vann er fordampet ligger fuktigheten på 20 % eller litt lavere. Tørrere virke eller brensel kan bare oppnås ved kunstig tørking. Fuktigheten i biomassen kan angis på flere måter:

  • fuktighetsinnhold i forhold til totalvekt (Fr)
  • fuktighetsinnhold i forhold til tørrvekt (F0)
  • tørrstoffinnhold i forhold til totalvekta (Ft)

Brennverdi

Brennverdien varierer avhengig av brensel og fuktighet. Uansett brenselets fuktighet bli det dannet vanndamp under forbrenning. Brenneverdien blir uttrykt som kWh/kg, kWh/fm3 eller kWh/lm3. Avhengig av hvordan denne vanndampen trekkes inn i beregningen, skiller en mellom tre typer brennverdier:

Øvre brennverdi (Hø). Ved forbrenning av absolutt tørt brensel blir det dannet vanndamp. Vanndampen forsvinner ukondensert og fordampningsvarmen går derfor tapt. Øvre brennverdi angir brennverdien for den absolutt tørre bestanddelen i brenselet. En tar ikke hensyn til den vanndampen som blir dannet under forbrenningen.

Nedre brennverdi (Hn) angir brennverdien for det absolutt tørre brenselet når det tas hensyn til fordampningsvarmen.

Effektiv brennverdi (He) er nedre brennverdi redusert med fordamningsvarmen for det vannet som brenselet inneholder. For trebrensler kan den effektive brennverdien uttrykkes slik:

He = 5,32 - 6,02 * Fr/100 (kWh/kg)

Fastmasseprosent eller fastmasseandel

I praksis angis brennverdien oftere i forhold til volum enn til vekt. Det er flere størrelser som beskriver volumet på brenselet. Vi skiller mellom fast kubikkmeter (fm3) og løs kubikkmeter (lm3). Når volumet oppgis i løs kubikkmeter tas det hensyn til den lufta som f.eks. finnes i en flishaug. Komprimeres flisa slik at det ikke lenger er luft i haugen, som nå har blitt mindre, angis dette volumet for fast kubikkmeter.

Fastmasseandelen beskriver hvor stor andel av volumet som er fast ved, og indirekte hvor stor andel av volumet som er luft. I den komprimerte haugen er fastmasseandelen 1 eller fastmasseprosenten(FM) 100 %.

FM * lm3 = 100 * fm3

Fastmasseprosent (fm) for ulike trebrensel Tabell

Basisdensitet

Forholdet mellom den absolutt tørre massen og rått, ukrympet volum kalles basisdensitet (M). Jo høyere basisdensitet er, desto høyere er brennverdien. Variasjonene for basisdensitet kan være betydelig både mellom treslag og innenfor et treslag. Densiteten er blant annet avhengig av jordsmonn og klimatiske forhold.

Basisdensitet og effektiv brennverdi Tabell