Ökad användning av restströmmar från spannmålsodling för en svensk biobaserad ekonomi

• Det finns ett stort intresse att använda halm i bioraffinaderiprocesser för att producera förnybara material, kemikalier och drivmedel, men mängden halm är begränsad och aktuella processer är ofta storskaliga. Målet med detta projekt var att bidra till ökad användning av tillgängliga restströmmar från spannmålsproduktion och därmed bidra till ökad andel inhemsk råvara till den svenska biobaserade industrin. Projektet undersökte tre restströmmar från spannmålsproduktionen: halm, rensverksfraktion (från tröskans rensverk som normalt sprids ut på fältet och inte samlas in) samt avrens från rensmaskiner och aspiratörer på spannmålsmottagningar. Arbetet innefattade att karakterisera olika sorters halm, utvärdera tekniker för att öka insamlingsgraden vid skörd, lagringsförsök samt modellering av leveranssäkerhet och skördestrategier. Ett speciellt fokus var att utvärdera materialet med avseende på biogasproduktion. Den grundläggande karakteriseringen som gjordes av halm och rensverksfraktion från höstvete, korn, havre, höstråg och höstraps visade vissa skillnader i innehåll av cellulosa, hemicellulosa, lignin, oorganiska ämnen samt extraktivämnen, men inga som kunde förklara skillnaderna i metanproduktionen mellan proverna. Råghalm hade den högsta metanproduktionen, medan halm från höstraps hade signifikant lägre metanproduktion än de andra halmsorterna. Metanproduktionen från rensverksfraktionerna visade samma tendens som för halmen. För att försöka hitta förklaringar till den lägre metanproduktionen för halm och rensverksfraktion från höstraps gjordes kompletterande analyser av biomassans struktur och sammansättning. Inga tydliga skillnader i cellullosakristallinitet kunde ses som skulle kunna förklara den lägre biogasproduktionen. De fördjupade analyserna kunde visa att det finns skillnader i ligninstruktur, det skulle dock behöva undersökas vidare om dessa bidrar till skillnaderna i metanproduktionen. En hypotes som inte kunde bekräftas är att höstrapshalmen innehåller glukosinulater som när de bryts ner kan verka hämmande på bakterierna i jäsningsprocessen. Detta behöver utredas vidare i kommande studier. I projektet utvärderades två olika tekniker för att förutom halm även samla in rensverksfraktion och därigenom öka mängden bärgat material. Vid skörd av spannmål samlas kärnan i en tank, medan halmen och övriga överjordiska delar av spannmålsplantan som återstår matas ut efter skördetröskan. Utvärderingen visade att total insamlad mängd biomassa ökade när även rensverksfraktionen samlades in. Även halmbalarnas densitet ökade vid inblandning av rensverksfraktionen i halmen, vilket är fördelaktigt för transporteffektiviteten. Ökningen av insamlad mängd och baldensitet var dock signifikant i endast ett av de två försöken. Mellan 36 % och 41 % av den teoretiskt bärgningsbara mängden biomassa samlades inte in och kan betraktas som förluster i systemet. Vissa av förlusterna går att åtgärda med val av maskiner som är väl anpassade till varandra medan andra kräver ett helt annat skördesystem. Potentialen för utveckling av nya och förbättrade tekniska system som möjliggör att en större andel biomassa kan tillvaratas är därför stor. Tillgången på halm för användning i bioraffinaderier kan även ökas genom att använda halm av olika kvalitet, tex fuktig halm. I tre olika lagringsförsök undersöktes under vilka förutsättningar det finns risk för förluster under aeroba förhållanden. Försöken utvärderades med avseende på effekten på förluster och kvalitet samt metanproduktion. Respirometerförsök genomfördes på halm och rensverksfraktion från höstvete och korn vid två olika vattenaktiviteter (vattenhalter) under ca 2 månader. Resultaten visade att förlusterna hos höstvetehalm troligen kan hållas låga om den lagras vid en vattenhalt under 20-23 %. Kornhalm verkar vara något känsligare och kan behöva vara några procentenheter torrare, medan rensverksfraktionen verkar vara något mer motståndskraftig mot mikrobiell tillväxt. I vetehalm ökade metanpotentialen under lagringen, medan den minskade för halm och rensverksfraktion från korn. Den stora minskningen i metanpotential för kornproverna kan ha orsakats av de högre kvävehalterna och lägre C/N kvot som gynnar mikrobiell aktivitet. Resultaten tyder på att fuktig aerob lagring av vetehalm kan fungera som ett förbehandlingssteg där cellulosanedbrytande mögelsvampar bryter ned cellulosan och därmed gör kolet mer tillgänglig för de metangasproducerande mikroorganismerna. Studien tyder på att denna process går snabbare med kornhalm. Dessa resultat behöver följas upp och fördjupas. Genom att utnyttja lagringstiden till biologisk förbehandling inför användning i bioraffinaderiet kan vi på ett positivt sätt utnyttja faktorer som normalt har negativ inverkan på kvalitet, såsom hög fukthalt och temperatur samt långa lagringstider. I fullskaliga försök som upprepades under två år vid Gasum AB biogasanläggning i Jordberga utvärderades avrenslagring under praktiska förhållande i stora plansilor utan täckning. Lagringsförsöket genomfördes med avrensat material (avrens) från i spannmålshandelns mottagningsanläggningar. Lagringsprocessen övervakades på olika djup genom mätningar av gassammansättning och temperatur och lagringsförlusterna bestämdes. Förlusterna av torrsubstans under lagringen varierade mellan 1,5 och 3 %, dock med undantag från ytprovet år två där förlusterna uppgick till 63 %. De höga förlusterna i ytprovet beror sannolikt på en längre lagringstid i kombination med direkt exponering mot atmosfäriska förhållanden och därmed nederbörd. Detta resulterade i en omfattande tillväxt av mögelsvampar. Metanpotentialen i proverna från ytan var båda åren signifikant lägre (8 % respektive 62 %) än i proverna från inläggningen. Mellan djupare liggande prover fanns ingen signifikant skillnad i metanpotential sinsemellan eller jämfört med inläggningsprovet. Låg vattenhalt, syrefattiga förhållanden och höga temperaturer hämmade mikrobiell tillväxt i djupare liggande prover. Den modelleringsstudie baserad på väderdata som genomfördes med syftet att under-söka hur leveranssäkerheten av halm påverkas av väderleken visade att mängden torr halm som kan bärgas varierar stort mellan år. Andelen av den tillgängliga mängden halm som i genomsnitt över flera år är möjlig att bala (pressningskoefficient) beräknades till 84, 86, 82 och 80 % för Västmanland, Östergötland, Västra Götaland respektive Skåne vid maximalt 18% vattenhalt vid pressning. Den varierade även över skördesäsongen. Den tillgängliga pressningstiden minskade från över 50 % i den andra halvan av juli till under 30 % i de första veckorna i oktober beroende på område. De genomsnittliga andelarna pressad halm varierade för de enskilda grödorna: den var högst för höstvete, ca 90 % för gårdarna belägna i Västmanland, Östergötland och Västra Götaland, och 80 % i Skåne. Andelarna för vårvete var lägst, 67–75 % beroende på område.

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Annan teknik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Other Engineering and Technologies (hsv//eng)

Nyckelord

Halm

renverksfraktion

avrens

skörd

lagring

biogas

pressningskoefficient

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

rap (ämneskategori)