Biogas är en fantastisk energikälla, då det handlar om att skapa en användbar energibärare ifrån jordbrukets och samhällets biologiska avfall, t ex avlopp och gödsel. Som sådant är det vettigt att använda energin i avfallet, men det kan aldrig ens försörja hela vår matproduktion och säkra den moderna människans matförsörjning.
Man kan se detta inlägg som en praktiskt genomgång av termodynamikens effekter.
Livsmedelsindustrin från jord till bord drar upp till 11x så mycket energi som tillförs till maten via solen. 1 kWh1. solenergi binds upp som kalorier i maten genom att växter via fotosyntes tar upp CO2 ur luften och tillsammans med vatten bildar socker2. plus syre. Alla minns förstås formeln.
6 H2O + 6 CO2 + solenergi → C6H12O6 + 6 O2
Detta är hela tillförseln av förnyelsebar solenergi till skapandet av mat, energi uppbunden i en lättförbränd3. sockerart.
All annan tillförsel av energi, t ex via diesel till traktorer, konstgödsel, transporter, torkning etc, förbrukas och hamnar inte i själva maten.
Till slut sitter du iaf med 1 kWh mat i form av lagrad solenergi. 11 kWh annan energi, mestadels fossila bränslen, har gått åt för att du ska få maten på ditt bord, undantaget matlagningen.
Du äter upp denna mat. Även om biologiska varelser är väldigt effektiva i att ta upp införd energi, så går, beroende på exakt vad du äter, en del av energin rakt igenom. Jag har inte hittat siffror för människans effektivitet i matsmältningen, men låt oss säga att hela 20% av energin passerar genom kroppen och går ut som avträde. Övriga 80% tas upp genom mag-blodbarriären och förbränns sedan i kroppen och blir till arbete eller värme. Ca 20% av upptagen energi förbränns av hjärnan, resten används av bland annat musklerna, som i sig bara konverterar ca 20 – 40% av energin till arbete, resten blir spillvärme. Förbrända sockerarter blir åter vatten5. och CO2, där koldioxiden går ut genom din utandningsluft. Intressant notis här är att din utandningsluft alltså i princip väger mer än din fasta avföring, om nu 80% effektivitet i matsmältningen är korrekt.
Nu gick iaf 0.2 kWh ut via din toalett. Är matsmältningen bara 50% effektiv så blev det 0.5 kWh som gick ut. Poängen är iaf att all energi du stoppar i dig går inte iväg som avlopp.
0.2 kWh bundet i biomassa hamnar i reningsverket, där man gör biogas genom rötning. Verkningsgraden är här mycket hög, upp till 85% blir biogas. Resterande 15% blir spillvärme.
Man får alltså ut 0.17 kWh biogas från avloppet, oräknat energin som går åt att bygga, driva och underhålla våra avloppssystem.
Nu skickar vi tillbaka dessa 0.17 kWh biogas till jordbruket och livsmedelsindustrin.
Eftersom det gick åt 11 kWh energi för att producera 1 kWh mat, så räcker dessa 0.17 kWh bara till att producera 0.015 kWh. Utan tillförsel av extern energi kan vi alltså inte sluta energikretsloppet.
Mänskligheten kan inte driva livsmedelssystemet på biogas från våra avlopp. Livsmedelskedjan gör i exemplet av med 64x (11/0.17=64.71) så mycket energi som man kan få ut av biogasen.
Om nu någon trodde det. Och nej, det spelar ingen roll om mänsklig matsmältning är 10%, 50%, 80% eller 95% effektiv. Problemet kvarstår ändå. Samtidigt är det förstås vettigt att återvinna 0.17 kWh av de 11 kWh vi förbrukat i livsmedelskedjan från jord till bord.
1. Använder här kWh som etablerad enhet på större mängder energi istället för kJ, kcal eller annat som ofta används för mat. En vuxen människokropp förbrukar i runda slängar 2 – 3 kWh energi under ett dygn, beroende på aktivitetsnivå.
2. Druvsocker, dextros, i det här fallet.
3. Kul övning för den intresserade är att tända eld på socker. Men gör det inte4..
4. Avsäger mig allt ansvar för allt som innefattar eld.
5. Vattnet från förbränningen försvinner förstås ut med utandningsluft, svett eller urin. En viktig princip är att utandningsluften väger mer än inandningsluften, då det tillförts både CO2 och vatten (H2O), även om syret bundits i koldioxiden och vattnet. Tillförseln är alltså kolatomer och väteatomer, men även en del syreatomer från sockerarterna.
29 kommentarer
Tekniknaivisterna får sig ett rejält njurslag.
Härligt inlägg! 🙂
Precis. Dock återvinner vi dock energin. Som i sin tur avlastar. Biogas är bara en del av hur vi måste ställa om samhället.
Det som är bra med biogas är att du kan röta det mesta.
Biogas från avlopp har väl den stora fördelen att det är direkt användbart som fordonsbränsle och kan direkt ersätta fossila bränslen, om de nu tar slut eller bli peak-dyra. Skulle man börja skicka mer biologiskt avfall, t.ex. från avfallskvarnar, via avloppsnätet istället för att kompostera, så borde effekten bli att biobränsle görs till ersättning för fossilt bränsle.
Eftersom elektrifieringen av fordonsparken kommer att ta tid, så kanske detta är en teknik som kan hjälpa till med överbryggningen och på sikt framförallt driva den tunga trafiken.
Pelpet, tror du missade poängen. Förtydligade den i inlägget. Livsmedelskedjan gör av med 64x så mycket energi som man kan få ut som biogas i exemplet. Vi kan inte ens driva 1/64:e del av enbart jordbruket och livsmedelsindustrin via energi från biogas.
Jordbruket står för ca 4% av Sveriges dieselkonsumtion…
Komplext..
Men om man tar hänsyn till hela alla möjligheter att få ut biogas ur livsmedelsproductionen kanske kalkylen blir något bättre?
Jag tänker ex.vis på svingödsel och rester från spannmålsproduktion.
Nej, biogas från avloppet är sk rågas som måste uppgraderas innan den blir fordonsgas. Dessutom går det åt en betydande del av rågasen för att värma avloppsslammet till vanligen 37 C för att rötningsprocessen ska fungera. Och så går det åt massor med el för att driva ett avloppsreningsverk. Elen kan produceras av rågasen inom reningverket, men om man gör det så blir det inte speciellt mycket rågas kvar till externt fordonsbränsle.
Alternativt kan reningsverket köpa både el och värme externt för att maximera produktionen av fordonsgas men man hamnar då mitt i kommunalpolitiska överväganden.
Om man tror att biogas från avlopp ska kunna ersätta bensin/diesel för privat bruk så tror man fel. Vid en allvarlig fossilbränslebrist kommer förstås tillgänglig biogas att användas för samhällsviktig verksamhet, ex.vis mattransporter.
Så om man tror att inköp av gasbil är en försäkring mot effekterna av PeakOil så bör man tänka om.
Men som beräkningen visar så räcker inte biogasen från avloppet ens till för att generera avloppet ens. Däremot ifall man som sagt har en massa annan råvara för att producera biogas från så blir beräkningen annorlunda, men frågan är om man har det – fotosyntesen är ju inte känd för att vara den effektivaste sättet att ta tillvara på solenergin.
Självklart skall kommunala avloppsverk köpa lågvärdig värme från fjärrvärmenätet och el för att kunna sälja mera högvärdigt fordonsbränsle. Vid stora anläggningar som ligger nära lämpliga kulvertar skulle man t.o.m. kunna värma slammet med returflödet och då sänka temperaturen för bättre elutbyte om fjärrvärmenätet värms med kraftvärme.
Kjell Aleklett sa visst en gång: "Att en liter mjölk var det samma som en liter olja."
Kanske det stämmer…
Åtminstone med priset.. 2 kronor litern till bonden och 16 kronor för en liter diesel…
nej, inte riktigt…
Jag kanske var otydlig. Jag menade inte att biogas kunde driva all tung trafik utan en del av den, och därmed minska efterfrågan av diesel. Den tunga vägtrafiken är ju betydligt svårare att konvertera till eldrift än persontrafiken.
Man skulle kunna se reningsverk som avloppsraffinaderier med avloppsvatten, värme och el som insatsvaror och fordonsbränsle som produkt.
Att klara jordbruket (matförsörjningen) kräver nygamla alternativ. Många fler betesdjur, många fler småskaliga höns och grisuppfödare, mycket mindre arealer spannmål, mycket mer småskalig grönsakodling och många fler människor engagerade i matproduktion. Allt från egen trädgårdsodling med lite höns till små jordbruk med sidoinkomster samt försäljning lokalt utan stora mellanhänder. Vi behöver äta mer mat lagad från råvaror och mindre industrimat. Detta ger inte bara betydligt lägre fossil energitillförsel till jordbruket utan även en friskare befolkning.
/Jonas
Du menar mindre energieffektiv produktion. Och att slita i sitt anletes svett, tillbaka till artonhundratalet, etc…
Jag menar så klart en betydligt mer energieffektiv matproduktion där vi får ut mer energi än vi stoppar in. Men jag menar också att vi måste börja anstränga oss betydligt mer för att producera mat av bra kvalitet. Det kanske medför att ett antal gym mm måste stänga pga av minskat behov…
Tillbaka till 1800-talet handlar det dock inte om då kunskapen idag om hur man odlar ekologiskt på ett effektivt sätt är så mycket större än då. Dessutom har vi ofta betydlig bättre redskap.
Producerar du själv din mat?
Har tittat lite närmare på mycket av matproduktionen och hos själva bonden är det ofta energieffektivt. Man får ut mer energi än man stoppar in. Problemet blir all förädling och transporter. Om alla till fots eller på cykel köpte okrossat helvete (hel-vete, inte hin hålles hem) av bonden och malde själva hemma så skulle det inte vara några problem, ens med biodiesel och biogas. Men så ser inte världen ut i väst längre.
När Sovjet föll hade t.ex. flyplanskonstruktörerna ingen lön ty företaget funkade inte…
man levde på sin lilla odling av potatis och kål.
Man var självhushållande bönder med flygplansmontering som hobby!
Nu är bilden som tidigare… det går att sälja flygplan igen…
Problemet är att alla inte kan vara bönder utan många samlas i gigantiska städer, och därmed finns en marknad som kräver förädling och transporter. Och den trenden gäller fortfarande, sedan tusentals år tillbaka. Man kan ju fundera på vad det skulle innebära om alla själv skulle behöva odla en betydande del av sin egen mat., och vad som skulle hända med den utbredda specialisering som vi har i samhället. Specialiseringen började förmodligen redan på stenåldern med tillverkare av stenyxor. Fast det kanske är dit vi är på väg igen. Men förmodligen hinner jag dock leva färdigt innan dess.
För några år sedan räknade jag ut att jordbrukets bränslebehov för traktorer och maskiner skulle kunna fyllas med biogas och RME som tändbränsle i dieselmotorerna och för specialmaskiner med kort drifttid med mindre åtgång av areal än när jordbruket drevs med hästar och oxar. Då jag inte har uträkningen tillhands är det ett ännu sämre överslag än ditt.
Djuruppfödning i stallar använder mycket el, kvävegödningen kan ordnas med el, långväga transporter kan gå med eldriven järnväg eller bränsleeffektiv båt. Livsmedelsindustrin och matlagningen och kylförvaring drivs mest med el. Som vanligt är det bra för samhället att det fortsätter finnas gott om hyfsat billig el.
Det som återstår är bränsle för logistiken mellan gårdar, storskalig livsmedelsförädling, butiker och hem från butikerna. Här tror jag att marknaden gradvis kan ordna en helt annan optimering med mindre butiker närmare bostäderna med mindre sortiment och mera lokal förädling. Så länge som det finns gödning, bränsle till odlingen och el till kyl, frys och spis kan resten fixas vartefter. Det viktigaste är att livsmedelspriset minst fördubblas så mer manuell hantering lönar sig eller om man så vill tvingas fram, en ren välståndsminskning men folk behöver inte svälta så länge som pension och försörjningsstöd hänger med.
Sedan skulle jag tro att det blir så att biogasen förbrukas nära produktionen, på stora gårdar för traktorer och avsalu till passerade lastbilar och i städer för distributionslastbilar, sopbilar, bussar och taxi. Troligtvis blir det bäst ekonomi att köra det mesta av jordbrukets maskiner på syntetdiesel från skogsråvara på samma sätt som skördare, skotare och timmerlastbilar men det kan även bli andelar metanol eller DME. Under en övergångsperiod skulle det även kunna bli mycket mer gastrafik driven med importerad LNG.
Bönder blir glidare med sina leriga och repiga biogas eller diesel SUV:ar som drar släp med mat till bondens egen marknad.
På marginalen skulle jag gissa att en hel del hobbyhästägare håller sin hobby vid liv genom att vartefter skaffa arbetshästar och köra i skogen för mycket ringa timpenning men det är på kort sikt ett mysigt avrundningsfel.
Pål Börjesson på Lunds tekniska högskola räknade för några år sedan fram att vi i Sverige kan få ut ca 4-5 TWh biogas per år från olika avfallsprodukter.
http://www.ecoprofile.se/thread-1754-Etanol-storre-miljobov-an-bensin.html#14866
Förmodligen är även kossor och grisars bajs inräknat dessa siffror. Men även där behövs en totalanalys, som sannolikt visar att även den delen av kretsloppet går med ett stort minus.
Kostallar behöver mycket el till ventilationsfläktar, belysning och kyltank och maskinell utrustning som mjölkmaskiner, utgödsling, spannmålskross, höfläktar osv och givetvis även el för ev biogastillverkning.
Det är ganska lustigt..
Svensk djurhållning (nöt) behöver knappt inget av dessa moderna påfund.
Kor har egna ben att transportera sig till olika foderplatser (gräset).
De har en effektiv skördare i ena ändan (munnen) och en utomordentlig processmaskin på mitten (magen) och dessutom en utomordentlig förädlad produkt (mjölken) som lagras i en skyddad depå mellan bakre benen (juvret)…
Det enda spm behövs är en koppling (två händer) mellan kon och människans behållare (hinken)
Inget av dessa insatser kräver någon extraenergi utöver solen…
Vintertid kan man använda sig av principen – hur många djur kan man svälta igenom vintern?
Allt annat är bara drömmar från en bortskämt urban befolkning som inte fattat att det bara är knappt en generation sedan alla medborgare i detta land förstod vad jag beskriver.
För att inte nämna handlingskraftiga invandrare som inser att svenskan kommer att sitta på en stubbe och svälta ihjäl när krisen kommer, ty de fattar inte bättre….
Cornus räkneövningar är intressanta men det är synd om du lyckas vilseleda läsare att tro att biogasen potential är begränsad till avloppslammet. Uppskattningarna för biogas från rötning varierar mellan 1 och 10 TWh/årligen utifrån avfallet från hela livsmedelskedjan (dvs bajset, gödsel och även spillet från hem, livsmedelsindustrier och jordbruk). Ett inte oväsentligt bidrag till t ex kollektivtrafiken som kämpar med samma dieselutmaning som jordbruket.
Till detta tillkommer värdet av återvunnen näring genom biogödsl som ersätter konstgödsel, också en utmaning.
Utöver detta tillkommer potentialen från förgasning av skogsavfall, som GoBiGas-projektet i Göteborg hoppas påvisa. Här talar man om 60 GWh/år men detta kan förstås också diskuteras. Värt att jämföra med transportsektorns behov av ca 90 TWh/år. Eller jordbrukets ca 3 TWh/år.
Biogasen är absolut inte svaret på allt, men heller inte en klimatsmart, kretsloppsbaserad möjlighet att förspilla.
Två nya filmer på YouTube informerar om aktuell och kommande utveckling inom biogas:
Om flytande biogas: http://www.youtube.com/watch?v=FHqCcH2iEwY&feature=g-all-u
Om GoBiGas: http://www.youtube.com/watch?v=ZYsI-PHgpX4&feature=g-all-u
Om svensken stoppar i sig 0,1 kW och 15 procent kommer ut baktill och används med 50 verkningsgrad så fås 0,1 kW x 0,15 x 0,50 x 24 timmar x 365 dagar x 9,5 milj = 624 000 000 kWh, vilket motsvarar 62 400 kubikmeter dieselolja, eller 1/3 av jordbrukets förbrukning. I praktiken går det inte komma närheten av detta. Kostnaderna blir för stora. För mycket andra naturresurser åtgår.
Biogasbilen är en myt på liknande sätt som elbilen. Detta är leksaker och bygger på ett konstant flöde av ändliga naturresurser. Möjligen är det inte ekonomiskt att utnyttja biogasen på något sätt. Men kanske i extrema fall. Marknaden har satts ut spel med subventioner och andra politiska påhitt så det är svårt att säga.
Man kanske skulle samla upp all metan i stallar istället för att ventilera ut det som idag? I ett stort grisstall lär metanhalten vara hyfsat hög? Eller samla upp kofisar, men det blir nog djurplågeri..
Man måste nog även återföra alla näringsämnen i stället för att lägga dessa på deponi som idag, i värsta fall om man inte kan lösa problemet med diverse gifter och annat så får man "offra" en del åkermark och använda slammet till att odla bioenergi..
SLU har tagit fram en metod för att utvinna näringsämnena och få bort gifterna genom att använda sig av slamförbränning. Dock är jag osäker på om den metoden enbart fokuserar sig på fosfor eller om man även kan utvinna fler näringsämnen.
Om du förbränner slammet så blir det bara fosforn (och kalium) som blir kvar (dvs N försvinner från NPK:t) vidare försvinner inte tungmetaller bara giftiga organiska föreningar.
Biogas från reningsverk har inte som syfte att driva varken jordbruksmaskiner eller livsmedelsindustrin utan är främst riktat till det som finns i reningsverkens närhet (tex kollektivtrafik och vissa personbilar). Den biogas man planerar att driva jordbruksmaskiner med är den som man kan utvinna från gödsel och rester från grödor.
Sen finns det stora potential (drygt 60 TWh) i skogen.
Dock ligger marginalkostnaden på runt 25kr per liter om vi bara når runt 10 TWh, vilket innebär att det är runt fyra gånger så dyrt som bensin.
"0.2 kWh bundet i biomassa hamnar i reningsverket, där man gör biogas genom rötning. Verkningsgraden är här mycket hög, upp till 85% blir biogas. Resterande 15% blir spillvärme"
Vad är källan till detta Cornu? Mig veterligen finns inget reningsverk som kan köra processen mer än till ca 50% för bakterierna då dör av sina egna föroreningar (metan)? Du menar kanske att man kör avfallet i processen en gång till osv till man har inget näringsvärde kvar men förlorar man inte i effektivitet då?