SkyClean

Energi I et SkyClean-anlæg pyrolyseres landbrugsaffald til biokoks, olie og gas. Ved at omdanne bioolien og gassen til højværdiprodukter som jetbrændstof forbedres driftsøkonomien så meget, at konceptet er økonomisk fordelagtigt i forhold til de fleste andre mulige klimatiltag i landbruget.

Stiesdal3201

Et særligt formål med SkyClean er at producere brændstof til fly. Ved at omdanne bioolien og gassen til højværdiprodukter som jetbrændstof forbedres driftsøkonomien så meget, at konceptet er økonomisk fordelagtigt i forhold til langt de fleste andre mulige klimatiltag i landbruget.

© Colourbox
Momentum+

Landbrugssektoren i Danmark udleder ca. 11 mio. ton CO2-ækvivalenter pr. år, svarende til 22 pct. af Danmarks samlede indenlandske drivhusgasudledning.

Der er fremlagt en række forslag til, hvordan denne meget store andel af Danmarks udledninger kan begrænses. Fælles for disse forslag er desværre, at de ikke, selv når man kombinerer en bred vifte af forskellige tiltag, giver den nødvendige reduktion.

Ovenikøbet vil der ofte være betydelige omkostninger og i mange tilfælde også krav om reduktion af landbrugsproduktionen forbundet med disse tiltag. 

SkyClean-teknologien har potentiale til at ændre dette billede fundamentalt.

I SkyClean-teknologien omdannes affaldsprodukter fra landbruget til biokoks (engelsk: biochar) ved en pyrolyseproces. Ved pyrolyse opvarmer man biomasse til 500-600°C i en iltfri atmosfære.

Det medfører en termisk nedbrydning af den organiske struktur i materialet, og der frigives bioolie og pyrolysegas, som er en blanding af bl.a. H2, CO, CO2 og CH4. Den del af materialet, der ikke bortgår som olie og gas, bliver til biokoks, som består af fikseret kulstof og aske.

Vi har alle stiftet bekendtskab med biokoks i form af trækul, som kan bruges i en grill. Rent teknisk er trækullet biokoks fremstillet ved pyrolyse af træ.

Fjerner kulstof fra atmosfæren

Pyrolyse er en velkendt teknologi, som har været brugt i århundreder til kommerciel fremstilling af trækul. Det er ikke kun træ, der kan pyrolyseres, det kan alle typer biomasse, herunder bl.a. halm, dybstrøelse, fiberfraktionen fra biogas, slam, tang, mv.

Pyrolyseteknologien er fleksibel og kan skaleres fra små anlæg helt op til store, industrielle systemer med indfyring af hundreder af megawatt biomasse.

Andelen af de forskellige produkter (olie, gas og biokoks) fra pyrolyseprocessen kan justeres indenfor et vist spænd ved tilpasning af temperatur og standtid i processen. Med høj temperatur og under tryk kan man få langt det meste af biomassen omdannet til olie og gas, mens der er grænser for, hvor langt man kan gå i den anden retning.

Man kan altså ikke få hele mængden af indfyret biomasse omdannet til biokoks. Ved en temperatur på 500-600°C vil man ofte få rundt regnet halvdelen af biomassens kulstofindhold ud som biokoks, mens resten af kulstofindholdet kommer ud som olie og gas.

Med SkyClean kan vi ændre landbrugets stilling fra at være klimasynder til at blive klimaduks.

Biokoks nedbrydes kun meget langsomt i naturen, og den del af kulstofindholdet i biomassen, som bliver til biokoks, vil i praksis være fjernet fra atmosfæren over en periode på mindst 500 år.

Denne egenskab ved biokoks, altså at kulstofindholdet bliver fjernet fra atmosfæren, er den helt afgørende forskel mellem pyrolyseteknologien og andre teknologier til klimareduktioner i landbruget.

Når CO2 optages og nedbrydes

Planter består af en lang række organiske materialer, primært lignin, cellulose og stivelse og derudover hundredvis af andre organiske forbindelser. Alt det kulstof, der indgår i disse organiske materialer, er ved fotosyntese optaget fra luften i form af CO2. Når de organiske materialer på et tidspunkt forbrændes, frigives kulstofindholdet igen i form af CO2.

Forbrændingen kan ske ved egentlig afbrænding, fx ved halmfyring, eller den kan ske ved stofskiftet i levende organismer som mennesker, husdyr og bakterier. Hele den mængde CO2, som planterne optager fra atmosfæren, når de opbygger deres strukturer i form af rødder, stængler, blade og frugter, havner altså igen som CO2 i atmosfæren, når plantematerialet nedbrydes.

Virkningen af planternes optag af CO2 kan tydeligt ses i atmosfærens indhold af CO2. Før den industrielle revolution tog fat omkring 1800 var koncentrationen af CO2 i atmosfærens ca. 280 ppm. I 1950 var koncentrationen steget til ca. 300 ppm, og derefter blev stigningen meget kraftigere, fordi afbrændingen af fossile brændsler for alvor tog fart. Nu ligger vi på ca. 415 ppm.

Værdien på 415 ppm CO2 i atmosfæren er årsmiddelværdien. Den er overlejret af en sæsonvariation på +/- 3 ppm. Koncentrationen er højest om foråret, lige før vækstperioden, og den er lavest om efteråret, når væksten ophører.

Forskellen på 6 ppm afspejler, at den mængde CO2, som planterne optager ved fotosyntese, overstiger den mængde CO2, som frigives ved forbrænding. Om vinteren, hvor fotosyntesen er på et minimum, dominerer forbrændingen.

Hvis man rent teoretisk kunne sætte en kæp i dette kredsløb, opsamle al tilvæksten i biomassen og på en eller anden måde fjerne størsteparten, som ikke skal bruges til fødevarer, foder mv., ville vi i princippet i løbet af kun 25-30 år komme tilbage på den førindustrielle koncentration af CO2 i atmosfæren.

Det kan vi jo af gode grunde ikke, for det meste af biomassen er i skove og i havet, men vi kan komme et skridt i den rigtige retning ved at fjerne så meget som muligt fra den del, vi rent faktisk har adgang til, nemlig affaldet fra landbrug og skovbrug. Og her fjerner vi kulstoffet fra kredsløbet ved at få det lavet til biokoks.

Det er her, SkyClean-teknologien kommer på banen.

Fra landbrugsaffald til biokoks, olie og gas

I et SkyClean-anlæg pyrolyseres landbrugsaffald til biokoks, olie og gas. Råvarerne kan være halm, dybstrøelse, gylle, fiberfraktionen fra biogas og groft sagt enhver anden type organisk affald fra landbruget. Vandholdige råvarer skal tørres, og af praktiske grunde også pelletiseres, dvs. omdannes til piller på størrelse med almindelige piller fra medicinalindustrien.

Stiesdal.Fig.3201.Web

En skitse af SkyClean-processen. Landbrugssektoren i Danmark udleder ca. 22 pct. af Danmarks samlede drivhusgasudledning. SkyClean-teknologien har potentiale til at ændre dette billede fundamentalt.

Biokoksen indeholder størsteparten af næringsstofferne fra råvarerne og kan tilbageføres til landbruget. Biokoksen bevarer den pilleform, som råvarerne havde, og kan let spredes ud på markerne med en almindelig gødningsspreder. Olien og gassen kan bruges til fremstilling af brændstof til transportsektoren.

Et særligt formål med SkyClean er at producere brændstof til fly, som er den eneste transportform, hvor vi ikke kan løse problemet med udledning af klimagasser ved at elektrificere eller ved at bruge ikke-kulstofholdige brændstoffer som ammoniak.

For at begrænse den indgående transport af råvarer til SkyClean-anlæg og den udgående transport af biokoks tilbage til landbruget vil det være hensigtsmæssigt at operere med et større antal ens anlæg, der kan opstilles rundt om i landet, gerne i tilknytning til lokale varmeværker, hvor den uundgåelige spildvarme fra processen kan gøre nytte. Måske af størrelsesordenen 100 anlæg i Danmark, hver med 10-40 MW indfyring.

SkyClean reducerer udledningerne

Det er muligt at lave et overslag på virkningen på landbrugets udledninger ved en fuld implementering af SkyClean i Danmark.

I disse år anvendes der ca. 3,8 mio. ton halm i energiproduktion. Halmen har et kulstofindhold på ca. 1,8 mio. ton. Mængden af dybstrøelse, gylle og biogas-restfibre udgør i disse år ca. 3,7 mio. ton tørstof, som indeholder ca. 1,4 mio. ton kulstof.

Ved at omdanne halvdelen af disse råvarer til biokoks, vil vi altså fjerne ca. 1,6 mio. ton kulstof fra kredsløbet. Denne mængde kulstof svarer til en reduktion af udledningerne på ca. 5,8 mio. ton CO2.

Ud over at fjerne kulstof fra kredsløbet fører pyrolyse af dybstrøelse, gylle og biogas-restfibre til en reduktion af udledningerne af metan og lattergas fra disse råvarer. Der vil stadig være betydelige udledninger af metan og lattergas under håndtering og opbevaring, men det er sandsynligt, at mindst 20 pct. af udledningerne kan fjernes ved pyrolyse. Disse 20 pct. svarer til ca. 2,2 mio. ton CO2-ækvivalenter.

Ved at bruge bioolien og gassen fra pyrolyse af ovenstående mængder af råvarer, og ved at tilføre brint produceret med elektricitet fra vedvarende energi som vind og sol, vil der kunne produceres jetbrændstof svarende til 130 pct. af den brændstofmængde, der før Coronakrisen hvert år blev påfyldt i danske lufthavne. Dette vil give en reduktion i udledningerne fra luftfarten på mindst 4 mio. ton CO2 om året.

Sammenlagt vil en fuld implementering af SkyClean i landbruget i Danmark give følgende bidrag til reduktion af landbrugets udledninger:

Bidrag

CO2-ækvivalent

Biokoks

5,8

mio. ton

Undgået udledning af metan og lattergas

2,2

mio. ton

Jetbrændstof

4,0

mio. ton

I alt

12,0

mio. ton

12 mio. ton CO2-ækvivalenter svarer til ca. 110 pct. af landbrugets udledninger.

SkyClean-teknologien har flere gunstige virkninger

Ud over de direkte klimavirkninger har pyrolyse med SkyClean-teknologien en række yderligere, gunstige virkninger.

Ved pyrolyse af gylle reduceres ammoniakudslippet og lugtgenerne fjernes. Det samme gælder for biogasrestfibre.

Samtidig fjernes eller reduceres indholdet af en lang række uønskede organismer (patogener, parasitter og predatorer) og miljøfremmede stoffer (medicinrester, hormoner, mikroplastik og tungmetaller). Mht. tungmetaller kan pyrolysen gennemføres, så tungmetaller fjernes i gasform.

De fleste næringsstoffer (fx fosfor og kalium) i råvarerne tilbageføres til jorden sammen med biokokset. Dette er yderst gunstigt, idet bl.a. fosfor er en begrænset ressource. Kvælstoffet tilbageføres dog ikke og skal tilføres aktivt, men kvælstofudvaskningen fra både organisk gødning og handelsgødning vil mindskes, da kvælstof kun vil kunne tilføres mere målrettet til planteproduktionen.

SkyClean har også stort potentiale i forhold til beskæftigelse og økonomisk effekt. Med en lang række lokale anlæg kan vi opnå en langsigtet beskæftigelsesvirkning i landområderne, og ved at omdanne bioolien og gassen til højværdiprodukter (jetbrændstof og andre typer brændstoffer, plastmaterialer mv.) forbedres driftsøkonomien så meget, at konceptet er økonomisk fordelagtigt i forhold til langt de fleste andre mulige klimatiltag i landbruget.

Tilførsel af biokoks til landbrugsjord kan også føre til indirekte reduktioner af udledningerne via reduceret kalkningsbehov (biokoks har høj pH) og lettere jordbearbejdning. I sandet jord vil tilførsel af biokoks øge jordens evne til at holde på vandet og derved reducere behovet for kunstvanding i tørre perioder.

Endelig kan tilførsel af biokoks til landbrugsjord reducere de specifikke udledninger pr. produceret afgrøde ved at øge jordkvaliteten og jordens produktivitet og robusthed. Dette kan bl.a. ske som en afledt effekt af jordens vandholdningsevne og evne til at fastholde næringsstoffer. Samtidig skabes bedre vilkår i jorden for de jordlevende organismer, hvilket kan øge jordens og dermed dyrkningssystemets biodiversitet og robusthed.

For godt til at være sandt?

Det lyder jo næsten for godt til at være sandt – at vi kan eliminere en væsentlig del af landbrugets udledninger af klimagasser og kompensere for det, vi ikke eliminerer. At vi samtidig kan producere brændstof af høj værdi. At vi kan slippe af med pesticid- og medicinrester undervejs i processen, og at vi kan skabe vækst og beskæftigelse i landområderne.

Men det er ikke for godt til at være sandt. Naturligvis vil der komme udfordringer ved den praktiske implementering af SkyClean i landbrugssektoren, og der vil også være behov for et bidrag fra den kulstofskat, vi må regne med kommer, for at sikre, at økonomien bliver robust.

Men grundprincipperne holder. Og vha. dem kan vi med SkyClean ændre landbrugets stilling fra at være klimasynder til at blive klimaduks.

SkyClean-projektet er udtænkt af Stiesdal Fuel Technologies A/S. DTU har udviklet de helt afgørende processer i pyrolysen og efterbehandlingen, og Aarhus Universitet har leveret indsigt og vurdering af virkningerne på jordens mikroorganismer og plantevæksten. Forskere fra RUC og KU har bidraget med økologiske vurderinger og systemanalyser.

Langt størstedelen af et SkyClean-anlæg kan fremstilles i Danmark, og projektet er således et godt eksempel på det, vi er gode til herhjemme – innovation og konstruktivt samarbejde mellem industri og forskning.

Projektet er endnu ikke udviklet til et egentligt, kommercielt produkt, men alle relevante processer er verificeret ved forsøg på et modelanlæg opstillet i DTU’s laboratorier på Risø. Initiativtagerne håber at have et først fuldskalaanlæg opstillet indenfor et par år.