Biogasprojekt

Senast ändrad: 16 mars 2021

Vårt mål är att ta fram ny kunskap som medger en bättre styrning av den mikrobiologiska biogasprocessen. Målet med forskningen är att nå hög effektivitet, stabilitet och biogasproduktion i konstruerade reaktorer, samt produktion av en rötrest med hög kvalitet.

 I naturliga miljöer är målet det omvända, dvs att reducera metanproduktionen. Därför genomför vi forskning både av tillämpad och grundläggande karaktär, ofta i kombination.

Bakteriesamhället är viktigt för biogasproduktion

I biogasreaktorer analyserar vi olika typer av substrat och studerar frågor kring förbehandling, biogaspotential, samrötning, rötrestkvalitet etc. En viktig del av vårt arbete är att generera mer kunskap om de olika organismer som ingår i processen. Denna kunskap hjälper oss att förstå hur metanbildningsprocessen kan styras mot en hög eller låg produktion. Vi isolerar och karaktäriserar nya organismer och studerar deras fysiologi, metabolism och genetik. För att studera organismerna i biogasreaktorer, och  i olika naturliga miljöer, utvecklar och använder vi också olika molekylärbiologiska verktyg.

Internationell forskning i samverkan med industrin

Vår forskning sker i samverkan med nationella och internationella Universitet samt med industri och bransch. Här finns en mer detaljerad beskrivning av olika pågående projekt och samarbetspartners.

Pågående och slutförda biogasprojekt

Mikrobiologisk övervakning av biogasanläggningar

Det mikrobiella samspelet i en biogasprocess är mycket komplext och om detta samspel störs kan processen drabbas av låg gasproduktion och instabilitet, ibland till och med till haveri.

Idag övervakas biogasanläggningar med olika kemiska metoder men trots detta kan det ibland vara svårt att förutse en störning och framför allt att avgöra hur allvarlig störningen är. I detta projekt undersöks möjligheten att övervaka processen med mikrobiologiska indikatorer som ett komplement eller alternativ till de kemiska metoderna. Målet är att ta fram en metod som i ett tidigt skede kan avgöra när en störning sker och också tydligare visa graden av störningen.

Projektet, som pågår 2012-2014, är finansierat genom Uppsala BioX och sker i samarbete med olika biogasanläggningar (Göteborg Energi, Uppsala Vatten AB,  Svensk Biogas,  Biogasanläggningen på Lövsta, SLU och Sötåsens biogasanläggning).

Styrning av mikrobiella populationer mot mer effektiv biogas produktion

Proteinrika material, som slakteriavfall och gödsel ect, har generellt en hög biogaspotential, som vid rötning ger höga ammoniakhalter. Höga ammoniakhalter är positiva för rötresten växtnäringsvärde men orsakar tyvärr ofta instabilitet och låg nedbrytningseffektivitet i biogasprocessen.

Vi har under många år studerat mikrobiella system men hög tolerans mot ammoniak med målet att hitta strategier för effektiv biogasproduktion från proteinrika material. Genom isolering och karaktärisering av nya organismer och studier i biogasreaktorer har vi idag god förståelse för metanbildningsprocessen från proteinrika material.

Emellertid vet vi ännu inte hur vi ska anpassa driftstrategierna för att förbättra tillväxten av ammoniaktoleranta organismerna, och därmed öka effektiviteten vid rötning av kväverika material. Målet med detta projekt är att ta fram sådan kunskap. Genom kontrollerad odling av renkulturer under olika förhållande samt genom studier i reaktorförsök avser vi att ta fram information som ger oss möjlighet att bättre styra biogasprocessen och den mikrobiella populationen mot en stabil och effektiv process.

Projektet är finansierat av Formas och pågår 2013-2014.

Syntrofa acetatoxiderande bakterier

– en ny och lovande kandidat för effektiv vätgasproduktion from avfall

Syntrofa acetatoxiderande bakterier (SAOB) är en nyligen beskriven grupp med lovande potential för vätgasproduktion.

När SAOB växer i renkultur producerar denna grupp av organismer acetat som huvudsakliga produkt från olika typer av organiska föreningar och från vätgas/koldioxid. I samodling med en vätgaskonsumerande partnerorganism kan SAOB ”vända” sin metabolism och istället producera vätgas/koldioxid som enda produkter.  Den vätgasproducerande mekanismen sker bl a i olika biogasprocesser som drivs med olika typer av organiskt avfall. 

Idag har vi djuplodande kunskap om SAOB från isolerade renkulturer, samodlingar och från populationsanalyser. För att styra och använda SAOB för vätgasproduktion behövs dock mer kunskap om de mekanismer som reglerar och kontrollerar vätgas- kontra acetatproduktion. Målet med detta projekt är att ta fram ny och unik kunskap om mikrobiell vätgasproduktion. Mer specifikt kommer vi analysera skillnader i protein- och genutryck under tillväxt av SAOB under acetat- och vätgasproduktion samt studera vätgasproduktion i mikrobiella bränsleceller.

Projektet finansieras av Energimyndigheten under 2013-2016. Projektet drivs i samverkan mellan Institutionen för Mikrobiologi och Husdjursgenetik på SLU och Vatten och Miljöteknik på Chalmers.

Aggregering i syntrofa mikrobiella samhällen

I ett system som producerar biogas finns tusentals olika miroorganimser som samspelar för att omvandla det organiska materialet till metan (biogas). Särskilt har s.k. syntrofa mikrobiella interaktioner ("syntrofi" i Wikipedia) visat sig betydelsefulla för de mest produktiva bioteknologiska systemen, t.ex. vid omvandlingen av proteinrikt avfall till biogas. Detta är ett projekt finansierat av ERC (European Research Commission) och Vetenskapsrådet och kommer att pågå i fem år med start under 2021.

Länk till mer detaljerad projektbeskrivning (endast engelska).

StandUp for Energy

StandUP for Energy är ett samarbete mellan Uppsala universitet, KTH, Sveriges lantbruksuniversitet och Luleå tekniska universitet.

Forskningsprogrammet bildades som resultat av regeringens satsning på högkvalitativ forskning inom områden av strategisk betydelse för samhälle och näringsliv. De övergripande målen för STandUP är att minska kostnaderna för storskalig produktion av förnybar och hållbar el till konsumenterna, samt att utveckla kostnadseffektiva och energisnåla hybrid- och elfordon.

Inom detta program utför vi forskning avseende biogasproduktion från biomassa, för närvarande med fokus på Salix. Vi undersöker förutsättningarna att öka gasproduktionen på gårdsnivå, där biogas ofta konverteras till el. På SLU sker studier i samverkan mellan tre olika Institutioner: Institutionen för mikrobiologi, Institutionen för växtbiologi och skogsgenetik samt Institutionen för energi och teknik.

Läs mer om projektet här.

Biogasproduktion från lignocellulosa material

Växtbaserade material som t ex halm är på grund av sitt höga innehåll av lignocellulosa svåra att bryta ner och ger en låg gasproduktion. Dessa material är ändå av stort intresse eftersom de finns tillgängliga i stora mängder och därmed representerar en stor potential för biogasproduktion, både i Sverige och i resten av världen.

I flera olika projekt undersöker vi strategier för att öka biogasproduktionen från växtbaserade material med olika typer av halm som modellmaterial. Vi undersöker bland annat olika typer av förbehandlingar och studerar betydelsen av reaktorkonfiguration. En annat mål med den här forskningen är att öka förståelsen för mikrobiologins betydelse för en effektiv nedbrytning av denna typ av material. Vi studerar därför specifikt den cellulosanedbrytande populationen i olika typer av biogasreaktorer och försöker förstå sambandet mellan den mikrobiella sammansättningen och effektiviteten på nedbrytningen och gasproduktionen.

Vi isolerar också nya cellulosanedbrytande bakterier och studerar deras fysiologi och genetik med målet att få verktyg för att optimera nedbrytningen i biogasreaktorer.

Forskningen finansieras av Energimyndigheten, MicroDrivE och CSC (China Schlolarship Council). En del av arbetet sker i samarbete med AEPI (Agro-Environmetal  Protection Institute) Tianjin, China. 

Gårdbaserad biogasproduktion

Grödor och rester from lantbruket, som växtrester och gödsel, representerar en stor potential som råvaror för framtida bioenergiproduktion, t.ex biogasproduktion.

Intresset för lantbruksbaserad biogasproduktion är därför stort i många länder både i Europa och i resten av världen och antalet anläggningar ökar stadigt. Emellertid kvarstår många utmaningar för att göra biogasteknologin ekonomiskt lönsam och vitt tillgänglig för lantbrukare, speciellt för småskaliga produktionsanläggningar. För att hitta lösningar för ökad produktion av biogas på gårdsnivå är vi idag aktiva i flera olika projekt:

1. SE-Biomethane

Det övergripande målet med detta projekt är att angripa några flaskhalsar för en fortsatt positiv utveckling av gårdsbiogas och att hitta nya innovativa lösningar för småskalig biogasproduktion, specifikt från cellulosarika material som halm och fastgödsel. Mer specifikt avser vi utveckla:

  1. Energi- och kosteffektiva förbehandlingsmetoder
  2. Samrötningsstrategier och nya reaktorkoncept för ökad biogasproduktion från halm och fastgödsel
  3. En enkel och kostnadseffektivt metod för småskalig uppgradering av biogas genom rening i aska
  4. Metoder för effektivt utyttjande av rötrester, t ex avvattning.

Total deltar åtta olika partners i projektet (UMV, DBFZ, SLU, JTI - Institutet för jordbruks- & miljöteknik, Ultuna Egendom, Triventus, Energy Ltd, Intitytut Energii från tre olika länder, Sverige, Polen och Tyskland). Projektet finansieras av EU ERA-net Bioenergy mellan 2013-2015. Institutionen för Mikrobiologi, SLU är koordinator.

2. Samrötningseffekter i biogasproduktion - gödsel och energigrödor

Målet i detta projekt är att undersöka möjligheten för effektivisering av gödselbaserad rötning genom tillförsel av energigrödor, som jämfört med gödsel som enda substrat medger en högre organiskt belastning och därigenom en ökad biogasproduktion. Specifika frågor som vi avser besvaras är:

  • Vilka fysikaliska och kemiska egenskaper hos substraten bidrar till samrötningseffekten?  När ger kombinationen av substrat mer biogas jämfört med de enskilda materialens sammanlagda bidrag när energigröda och flytgödsel bryts ned i en anaerob process?
  • Hur kan biogasprocesser baserade på flytgödsel ”boostas” och därigenom effektiviseras med hjälp av energigrödor?

Huvudman för projektet är Hushållningssällskapet i Sjuhärad och projektet drivs i samarbete med biogasgruppen på Institutionen för Mikrobiologi samt Institutionen för husdjurens miljö och hälsa vid SLU genom en ”industridoktorand”. Projektets inledande fas utförs i laboratoriet men i förlängningen planeras implementering av resultat på en gårdsanläggning. Projektet finansieras av Hushållningsällskapet Sjuhärad och Energimyndigheten. Projektperiod 2013-2015.  

3. Effektivitet och stabilitet hos gårdsbiogasanläggningar - betydelsen av mikroorganismssamhällets struktur.

Sedan 2009 pågår projektet ”Utvärdering av biogasanläggningar på gårdsnivå” som drivs av Hushållningssällskapets förbund i samverkan med JTI samt ett tiotal teknikleverantörer för biogasanläggningar och med jordbruksverket som huvudsakliga finansiär.

Syftet med projektet är att utvärdera gårdsanläggningar med det övergripande målet att stödja lantbrukare som har en anläggning. Vi vill också ta fram bättre beslutsunderlag för ytterligare lantbrukare som vill satsa på biogas. Driften på anläggningen dokumenteras och substrat, substratblandningar, rötrest och gas analyseras för att ge en bild av anläggningens effektivitet och stabilitet. Totalt har 22 anläggningar analyserats och provtagits, men målet är att få med totalt 40 anläggningar. Resultaten hittills visar stora variationer i effektivitet och stabilitet mellan olika anläggningar, trots att substrat och driftparametrar ibland är mycket lika. 

I detta projekt kommer samma anläggningar analyseras avseende mikrobiologisk sammansättning. Både samhället av bakterier och metanogener kommer analyseras med molekylärbiologiska metoder (454- sekvensering) och erhållen data kommer relateras till data från de kemiska analyserna, med målet att öka förståelsen för mikrobiologins roll för funktionen hos biogasprocessen.

Den mikrobiologiska analysen kommer ske 2014-2015 och finansieras av SLF. Projektet drivs av SLU i samverkan med JTI och Hushållningssällskapet. 

Biogasproduktion från drank

Drank är en restprodukt från etanolproduktion som kan användas för biogasproduktion. Genom ett högt innehåll av proteiner ger drank ett relativt högt utbyte av biogas och den producerade rötresten får ett högt kväveinnehåll, vilket ger ett bra växtnäringsvärde.

Tyvärr kan de höga kvävenivåerna också leda till problem eftersom de kan hämma den mikrobiella nedbrytningsprocessen. Ett annat problem med drank som substrat för biogas är att den bildade gasen innehåller höga halter av svavelväte som försämrar gaskvaliteten och kan binda spårmetaller som är nödvändiga för mikrobiell aktivitet. En del av svalvätet bildas genom aktivitet av sulfatreducerande bakterier (SRB), som använder sulfat, ursprungligen från svavelsyra som används under etanolproduktionen. SRB konkurrerar med metanbildarna om substrat och därmed bildas mindre metan.

I detta projekt undersökte vi olika driftstrategier för att förbättra biogasproduktionen från drank, dvs hämma aktiviteten av SRB och förbättra förutsättningarna för organismer delaktiga i metanbildning vid höga kvävehalter. Med molekylärbiologiska metoder analyserade vi också specifikt halt och sammansättning av bland annat SBR och olika metanogener.

Projektet genomfördes av en industridoktorand från Tekniska Verken AB och finansierades i lika delar av dem och av Formas. Projektet pågick mellan 2011 och 2015.

Rötrestkvalitet – betydelsen av substrat och driftparametrar

När organiskt material bryts ner i en biogasprocess bildas utöver biogas en nedbrytningsrest, en så kallad rötrest. Rötresten, som även kallas biogödsel, innehåller olika växtnäringsämnen och kan därför användas som ett gödningsmedel inom jordbruket.

Kunskapen kring rötrester som gödningsmedel är idag ganska stor men det finns fortfarande en del frågor att besvara för en optimal användning. Vi undersöker olika frågor kring rötrestkvalitet som kopplar till substrat och drift av biogasprocessen. Olika rötrester har olika sammansättning beroende på det ingående substratets komposition och behandling, men också beroende på hur processen drivs.

I detta projekt undersökte vi rötrester från olika kommersiella biogasanläggningar och gör även mer kontrollerade försök med rötester från biogasreaktorer i laboratoriet. Vi undersökte bland annat betydelsen av processtemperatur och av substratets kol/kväve - kvot och gjorde jämförande analyser med andra biogödsel, ko- och svingödsel. Studierna fokuserade på effekter av rötresten på markens mikrobiologiska system, av betydelse för omsättningen av kol och kväve.

Projektet var finansierat av Institutionen för mikrobiologi, SLU och Formas och pågick mellan 2010 och 2015.

Gårdbaserad biogasproduktion - rötning av fastgödsel & biogasreaktorteknologi

Grödor och rester from lantbruket, som växtrester och gödsel, representerar en stor potential som råvaror för framtida bioenergiproduktion, t.ex biogasproduktion.

Intresset för lantbruksbaserad biogasproduktion är därför stort i många länder både i Europa och i resten av världen och antalet anläggningar ökar stadigt. Emellertid kvarstår många utmaningar för att göra biogasteknologin ekonomiskt lönsam och vitt tillgänglig för lantbrukare, speciellt för småskaliga produktionsanläggningar. För att hitta lösningar för ökad produktion av biogas på gårdsnivå är vi idag aktiva i flera olika projekt:

1. Rötning av fastgödsel vid Sötåsens biogasanläggning

Syftet med projektet är att undersöka de tekniska, biologiska och ekonomiska förutsättningarna för en stor inblandning av fastgödsel (halmrik nöt/svin-fastgödsel och kväverik kycklinggödsel) till flytgödsel i våta vattensnåla rötningsprocesser, samt att sprida erfarenheter till intresserade lantbrukare kring detta rötningskoncept.

Fastgödsel står för hälften av den biogas som skulle kunna framställas från gödsel i Sverige. Idag saknas kunskap om hur fastgödsel på ett effektivt sätt kan blandas i vanliga våta rötningsprocesser. Målet är att visa att det kostnadseffektivt går att samröta flyt- och fastgödsel i våta processer där fastgödseln bidrar med 60-80% av gasproduktionen. Undersökningen bedrivs både i produktionsskala, vid Sötåsens gårdsbaserade biogasanläggning och i laboratorieskala vid JTI och SLU. JTI är projektledare och projektet finansieras av SLF, Jordbruksverket, Länsstyrelsen i Västra Götaland. Projekt period 2012-2014.

2. BIONA- Biogasreaktorteknologi för Norskt lantbruk.

Det huvudsakliga målet med detta projekt var att utveckla kostnadseffektiva biogasproduktionsteknologier för Norskt lantbruk. Ekonomin på en anläggning kan förbättras genom ökad biogasproduktion efter samrötning av gödsel och växter med andra mer energirika material som fiskensilage, och med avfall från livsmedelsindustri. Biogasprocessen är emellertid känslig för höga halter av ammoniak som produceras från dessa proteinrika material. Det finns ammoniaktoleranta, biogasproducerande mikroorganismer men dessa växer långsamt och kan lätt tvättas ut ur biogasprocessen. I detta projekt undersökte vi utvecklingen av biofilmer som en möjlig lösning på detta problem. 

Under projektet kommer analyserades olika ammoniaktoleranta mikrobiella system och designen på olika processer utvärderades. Total inkluderades tre olika arbetspaket;

  1. ammoniaktoleranta processer
  2. sensorteknologi och processoptimering
  3. höghastighetsprocesser, som UASB.

Projektet var ett samarbetsprojekt mellan Bioforsk, Universitetet for miljø- og biovitenskap (UMB), Høgskolen i Telemark (TUC), Norges Teknisk Naturvitenskapelige Universitet (NTNU), Sveriges lantbruksuniversitet (SLU), JTI (Institutet för jordbruks- & miljöteknik), Ålborg Universitet,  Bondelaget, Lindum, Bioplan Hardanger and FolloRen. Projektet genomfördes mellan 2011-2014 och finansierades av Norska forskningsrådet


Kontaktinformation

Professor Anna Schnürer

Department of Molecular sciences, SLU

Telephone: 018-673288, 0734231517

E-mail: anna.schnurer@slu.se