Biomasse i energiproduktion

For at nå regeringens mål om 70 % reduktion i CO₂-udledningen bliver udnyttelsen af biomasse fx til biogas en væsentlig faktor i fremtidens energiforsyning.

Biomasse er alt biologisk materiale. Meget affald er derfor også biomasse. Hvor vi i gamle dage brændte affaldet på lossepladser for at komme af med det, kan affald i dag blive brændt på et kraftværk og dermed indgå som ressource i energiproduktion. Biomasse har mange fordele som energikilde. Når vi anvender biomasse fra affald bliver det betragtet som ”grønt brændstof” – en vedvarende og CO₂-neutral energikilde.

Alt biomasse er oprindeligt dannet ved planternes fotosyntese:

• 6 CO₂ + 6 H₂O + lysenergi à C₂H₁₂O₆  +  6 O₂

Aktivitet
Lav dit eget fotosynteseforsøg – læs eventuelt først om fotosyntese her.

Biogas:

Biogas dannes når biomasse rådner. På biogasanlæg sker denne forrådnelse i store tanke. Her bruger man rester og affald fra fødevareindustri, restauranter eller supermarkeder. Landbruget leverer store mængder gylle og andet husdyraffald.

Når biomassen kommer til et biogasanlæg bliver den findelt og opblandet med vand, så den kan løbe gennem rør til selve rådnetanken:

Illustration: Projekt Hovedet i Havet

I rådnetanken tager det omkring en måned før bakterier har omdannet dele af biomassen til biogas. Det sker i tre processer, der alle foregår uden ilt - anaerobt:

1. Hydrolyse:

   Hydrolysen foregår i det øverste lag - der hvor biomassen kommer ind. Her sørger bakterier for at nedbryde det kulhydrat, protein og fedt, der er i biomassen til mindre molekyler.

   Bakterierne udskiller enzymer, der fx kan nedbryde de store kulhydratmolekyler (cellulose og hemicellulose) til mindre sukkerstoffer.

2. Gæring og syredannelse

   I det midterste lag i rådnetanken omdannes de mindre organiske molekyler fra det øverste lag til svage syrer.

   Omkring 80% af de organiske molekyler omdannes til svage syrer - primært eddikesyre (CH₃COOH), mens de sidste 20 % omdannes til CO₂ og H₂.

3. Metandannelse

   I det nederste lag sker omdannelsen til biogas. Her er to forskellige bakteriegrupper. Den ene bakteriegruppe omdanner de svage syrer fra det mellemste lag til metan (CH₄). Den anden bakteriegruppe omdanner det dannede CO₂ og H₂ til CH₄.

   Omdannelse af eddikesyre: CH₃COOH → CH₄ og CO₂

   Omdannelsen af brint: CO₂ og 4 H₂ → CH₄ og 2 H₂O

   Både metan og CO₂ bobler op gennem lagene i rådnetanken, og biogassen kan tappes foroven i rådnetanken.

Biogødning

Den resterende biomasse, der nu er afgasset tappes ud forneden på rådnetanken. Denne biomasse er nu velegnet til gødning, og sendes ud til landmændene, så de kan sprede biogødningen på markerne.

Biogas → naturgas

Når biogassen kommer fra rådnetanken er den sammensat af flere forskellige gasarter:

• Metan (CH₄): 55 - 70 %
• Kuldioxid (CO₂) 30 - 45 %
• Svovlbrinte (H₂S), Hydrogen (H₂) og Ammoniak (NH₃) 1 - 2 %
• Spor af kulilte (CO), kvælstof (N₂) og ilt (O₂).

Svovlforbindelser danner syreregn, hvis det kommer ud i luften og CO₂ er med til at øge drivhuseffekten. Derfor skal svovlforbindelser og CO₂ fjernes fra biogassen, før den kan bruges. Det sker i et gasrensningsanlæg.

• Svovlrensning

  Her sørger bakterier for at disse processer foregår:

  Først bliver svovlbrinte omdannet:  

  H₂S + O₂ → S og H₂O

  Derefter bliver der dannet svovlsyre:

  S +  O₂ +  H₂O →  H₂SO₄ + H₂O

  På denne måde bliver der dannet svovlsyre (H₂SO₄), som kan sælges.

  De to reaktionsligninger viser hvilke stoffer, der indgår i reaktionerne, men de er ikke afstemt.

• Rensning for CO₂:

  CO₂ fjernes ved trykvandsvask, hvor man udnytter at vand under tryk kan optage mere CO₂. Under tryk ledes biogas gennem vand. Vandet  optager en del CO₂. Derefter ledes vandet med CO₂ til en tank hvor vandet afgiver CO₂, der kan tappes. Vandet returnerer til tryktanken for at samle mere CO₂ op.

I den rensede gas er der højst 3,5 % CO₂. Det vil sige at der næsten kun er metan tilbage. Ren metan er det samme som naturgas, så det kan bruges til forbrænding og elproduktion.

Lær mere
Læs og find illustrationer på Solrød Biogas.

Aktivitet
Forklar svovlrensningsprocessen, og afstem reaktionsligningerne: H2S + O2 → S og H2O S +  O2 +  H2O →  H2SO4 + H2O

Aktivitet
Fremstil jeres eget biogasanlæg. Find en vejledning her hos Solrød Biogas.

Aktivitet
Forklar produktionskæden fra biomasse til stikkontakt.

Biobrændstof / biodiesel

Man kan også producere brændstof af biomasse. Brændstof produceret af biomasse opdeles i:

• 1. generations biodiesel, der er produceret af biomasse, der kunne have været brugt som fødevarer - eller dyrefoder.
• 2. generations biodiesel, der er produceret af affald fra landbruget eller slagterier, altså biomasse man ikke kan bruge til mad.

I Danmark producerer man ofte biobrændstoffet fra rapsolie, men det er et etisk problem at producere biobrændstof af fødevarer, når der er mennesker i Verden, der sulter.

Man kan lave biodiesel af metanol og olie fra rapsplanten:

Metanol + Rapsolie ⇒ Glycerol + Biodiesel 

Lær mere
Læs mere om biobrændstof her: Experimentarium: Oversigt over biobrændsler Experimentarium: Biodiesel Ingeniøren: Derfor er flydende biobrændsel blevet henvist til et liv i skyggen

Aktivitet
Læs om biobrændstof på de ovenstående link, og formuler tre fordele og tre ulemper ved at omdanne biomasse til biobrændstof.