Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

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 – se eventuelt først her:

https://www.bioweb.dk/moduler/webbaseret-fotosynteseoevelse/      

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:

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 →  H2SO+ 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

https://solrodbiogas.dk/undervisningsmateriale/start-undervisningen/

http://planenergi.dk/wp-content/uploads/2018/05/9-Biogas_net_dk_tilrettet_version.pdf

Aktivitet

Forklar svovlrensningsprocessen, og afstem reaktionsligningerne:

H2S + O2 → S og H2O

S +  O2 +  H2O →  H2SO+ H2O

Aktivitet

Fremstil jeres eget biogasanlæg: https://solrodbiogas.dk/raadnetank/

eller: http://www.okolariet.dk/viden-om/klima/ideer-til-skolen-klima/inspirationsmateriale-niveau-2/co2-i-samfundet/co2-neutrale-braendstoffer#.XfnuGy16M_U

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:

https://preview.okolariet.dk/viden-om/energi/smart-energi-transport/1-og-2-generations-biobraendsel

https://www.experimentarium.dk/klima/biodiesel/

https://ing.dk/artikel/derfor-flydende-biobraendsel-blevet-henvist-liv-skyggen-211331

Aktivitet

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