| 1. |
- Cordova, Stephanie S., 1988-
(författare)
-
Utilizing CO2 from biomethane production : Sustainability and climate performance
- 2023
-
Licentiatavhandling (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Biogas solutions offer many benefits for the environment and society, including organic waste treatment as well as being an enabler for energy and nutrient recovery. The products of anaerobic digestion are a biogas, which contains a share of 30 to 50% carbon dioxide (CO2) and 50 to 70% methane, and a liquid remanent, rich in nutrients. The biogas can be upgraded by removing the CO2 to increase the energy content, producing biomethane. At present, CO2 is considered a waste in biomethane production systems, and hence it is emitted into the atmosphere. Nevertheless, biogas upgrading technologies separate a pure-grade CO2 and, likewise, carbon capture processes, providing a pure CO2 flow that can be stored or utilized. Compared to storage, carbon capture and utilization (CCU) technologies deliver valuable carbon-based products required to sustain human activities. The valorization of green CO2 could aid the transition towards defossilization of the economy. Indeed, several CO2 utilization technologies could be incorporated into biomethane production systems, but there is still a limited understanding of the available alternatives and their potential impacts on biomethane systems.This thesis aims to investigate the integration of CO2 utilization technologies in biomethane production systems by revealing its potential, identifying alternatives, and assessing the impacts of the integration. Using Sweden as an example, scenarios of future biomethane production were employed to estimate the potential CO2 available for utilization. To complement the analysis, a qualitative approach made possible the identification of aspects that could affect CO2 utilization in biomethane production. Moreover, a multi-criteria analysis (MCA) framework was developed to identify relevant indicators for assessment and available alternatives for CO2 utilization. The research also includes a life cycle assessment (LCA) to evaluate the climate performance of relevant CCU alternatives in the biomethane production system.Results show that 160 kt of CO2 could be obtained from biomethane production in Sweden, which could potentially increase threefold from 2020 to 2030. The evaluation of alternatives for CO2 utilization includes environmental, technical, economic, and social criteria with sound indicators within an MCA framework. Indicators to evaluate each criterion provide valuable information to identify feasible and sustainable alternatives that can be integrated into biomethane plants. The identified alternatives with a high readiness level are additional methane through methanation, horticulture, mineral carbonates, fuels, pH control, bulk chemicals, and liquefied CO2 for direct use. The results provide information to decision-makers in relation to considerations to take before implementation, like energy requirements, the existence of regulations and standards, and uncertainty. In terms of the climate performance of biomethane with the inclusion of CCU alternatives, the results show a possible reduction of CO2 emissions that depends on the possibility of substituting fossil-based products. The investigated alternatives all result in lower emissions, but concrete curing and methanation using renewable hydrogen produce the best results.To conclude, the potential future increase of green CO2 from biomethane in Sweden creates opportunities to substitute fossil carbon in current applications and mature conversion pathways. Moreover, the inclusion of CCU in biomethane production contributes to reducing biomethane system emissions and diversifying its products. Possible alternatives of CCU that can be integrated into biomethane production systems in the short term include methanation and concrete curing. Other alternatives could be possible but present lower performance and higher uncertainties at the moment.
|
|
| 2. |
- Cordova, Stephanie, 1988-, et al.
(författare)
-
What should we do with CO₂ from biogas upgrading?
- 2023
-
Ingår i: Journal of CO2 Utilization. - : Elsevier. - 2212-9820 .- 2212-9839. ; 77
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- Carbon capture and utilization has been proposed as an essential climate change mitigation strategy, but only a few implemented cases exist. During biomethane production from anaerobic digestion, CO₂ is commonly separated and emitted into the atmosphere, which can be utilized as raw material for various products. This research aims to identify and assess CO₂ utilization alternatives for possible integration with biogas upgrading from anaerobic digestion by developing a soft multi-criteria analysis (MCA). A literature review complemented with stakeholder participation enabled the identification of relevant alternatives and criteria for assessment. Potential alternatives for CO₂ utilization include methane, mineral carbonates, biomass production, fuels, chemicals, pH control, and liquefied CO₂. Results show that although no alternative performs well in all indicators, there is an opportunity for short-term implementation for methane, biomass production, mineral carbonates, liquefied CO₂, and pH control. Moreover, the uncertainty analysis reveals that even though the technologies have a high technological development, more information on critical aspects is still required. The soft MCA provides information to decision-makers, practitioners, and the academic community on learning opportunities of the alternatives and indicators to step from development into implementation. For instance, the method can be used to assess more specific systems with different locations and scales or to direct efforts to ease the implementation of CCU.
|
|
| 3. |
- Gustafsson, Marcus, 1987-, et al.
(författare)
-
Climate performance of liquefied biomethane with carbon dioxide utilization or storage
- 2024
-
Ingår i: Renewable and sustainable energy reviews. - : Elsevier. - 1364-0321 .- 1879-0690. ; 192
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- In the process of upgrading biogas to biomethane for gas grid injection or use as a vehicle fuel, biogenic carbon dioxide (CO₂) is separated and normally emitted to the atmosphere. Meanwhile, there are a number of ways of utilizing CO₂ to reduce the dependency on fossil carbon sources. This article assesses the climate performance of liquefied biomethane for road transport with different options for utilization or storage of CO₂. The analysis is done from a life cycle perspective, covering the required and avoided processes from biogas production to the end use of biomethane and CO₂. The results show that all of the studied options for CO₂ utilization can improve the climate performance of biomethane, in some cases contributing to negative CO₂ emissions. One of the best options, from a climate impact perspective, is to use the CO₂ internally to produce more methane, although continuous supply of hydrogen from renewable sources can be a challenge. Another option that stands out is concrete curing, where CO₂ can both replace conventional steam curing and be stored for a long time in mineral form. Storing CO₂ in geological formations can also lead to negative CO₂ emissions. However, with such long-term storage solutions, opportunities to recycle biogenic CO₂ are lost, together with the possibility of de-fossilizing processes that require carbon, such as chemical production and horticulture.
|
|
| 4. |
- Gustafsson, Marcus, 1987-, et al.
(författare)
-
Värdeskapande av koldioxid från biogasproduktion
- 2023
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Koldioxid (CO₂) har en negativ påverkan på klimatet, men har även många praktiska användningsområden. Många industriella processer släpper ut CO₂ i höga koncentrationer som skulle kunna fångas in för att begränsa emissioner och samtidigt skapa värdefulla produkter. Ett exempel på en sådan process är biogasuppgradering – en separationsprocess av förnybara gaser, där metan tas till vara för användning som fordonsbränsle eller energibärare inom industri, medan CO₂ släpps ut i atmosfären. Syftet med detta projekt har varit att kartlägga möjligheter och tekniker för att tillvarata grön CO₂ från biogasproduktion, så kallad carbon capture and utilization (CCU), samt att utreda förutsättningar för att tillämpa dessa i en svensk kontext. Arbetet har vägletts av följande frågeställningar:Hur stor är den nuvarande och framtida potentialen för CCU från biogasproduktion?Vilka möjliga användningsområden finns det för CO₂ från biogasproduktion?Vilka faktorer påverkar valet av användningsområde för CO₂ från biogasproduktion?Hur stor är den miljömässiga nyttan av CCU från biogasproduktion?För att besvara dessa frågeställningar genomfördes potentialberäkningar, multikriterieanalys och livscykelanalys, med utgångspunkt i svensk biogasproduktion. En referensgrupp bestående av representanter för stora svenska företag inom biogasproduktion och teknik för biogasuppgradering användes för att möjliggöra samproduktion och nätverkande mellan forskargruppen och branschen.Produktionen av CO₂ från biogas uppskattades till 160 000 ton/år 2020, med potential att öka till 540 000 – 840 000 ton/år på medellång sikt och 790 000 – 1 230 000 ton/år på lång sikt, som en följd av en förmodad ökning av biogasproduktionen i Sverige. En stor del av koldioxiden produceras dock vid relativt små uppgraderingsanläggningar, vilket kan begränsa möjligheten att tillämpa CCU på grund av höga investerings- och driftskostnader. Att tillföra vätgas för att omvandla all CO₂ till metan skulle potentiellt kunna öka metanproduktionen från biogas från 2 till 3 TWh/år på kort sikt och från 11 till 17 TWh/år på lång sikt, förutsatt tillräckligt stor tillgång på vätgas.Andra sätt att använda CO₂ från biogas innefattar bland annat produktion av biomassa eller kemikalier, härdning av betong, pH-reglering av processvatten och användning som köldmedium. Valet av CCU- alternativ kan påverkas av miljömässiga, tekniska, ekonomiska och policyrelaterade aspekter. Ur biogasproducenternas perspektiv är metanisering det som är mest kompatibelt med det befintliga produktionssystemet och affärsmodellen, medan andra lösningar oftast innebär att en annan aktör tar hand om koldioxiden. Vätgas behövs för såväl metanisering som produktion av kemikalier. En annan begränsande faktor är höga renhetskrav på all CO₂ som distribueras och säljs på marknaden. Den geografiska spridningen på anläggningarna kan också vara en utmaning.Många CCU-alternativ kan förbättra biogasens miljöprestanda genom att ersätta fossilbaserade produkter. Klimatpåverkan blir lägst om koldioxiden metaniseras med förnybar vätgas eller mineraliseras i betong, men även andra former av miljöpåverkan kan minskas genom att tillämpa dessa eller andra CCU-alternativ. Som jämförelse kan permanent lagring av CO₂ i geologiska formationer (carbon capture and storage, CCS) endast minska klimatpåverkan, medan det ökar övriga typer av miljöpåverkan. Samtidigt kan permanent lagring av biogen CO₂ göra det svårare att minska användningen av fossil CO₂ och ställa om till ett mer hållbart samhälle. Behovet av kol i många viktiga processer och produkter talar för att biogen CO₂ bör användas och inte lagras.
|
|
