Bioenergi — Norges Vel

INNHOLD: Teknologi | Ressursgrunnlaget | Økonomiske faktorer | Rammevilkår | Fordypning

Teknologi

Mye av forbruket av bioenergi i Norge i dag er ved i tradisjonelle vedovner for direkte romoppvarming. Bioenergi kan også brukes til å varme vann, som så fordeles med et vannbårent system. For bruk av bioenergi i litt større skala trengs det mer mekaniserte løsninger. Da er flisfyring og pelletsanlegg aktuelle løsninger. Et flis- eller pelletsanlegg er vanligvis styrt opp mot en termostat, slik at forbrenningen styres automatisk.

En fliskjel har først et flislager, som flisa mates automatisk fra inn i forbrenningskammeret, normalt med en skruemater. For at skruemateren skal fungere er det en fordel at det ikke er lange stikker i flisa. I forbrenningskammeret er det en rist som leder flisa nedover. Det tilføres luft to steder i kammeret, under rista og i kammeret over forbrenningen. Lufta under kammeret er det som holder forbrenningen i gang, mens lufta i kammeret over er det som sørger for fullstendig forbrenning. For å sikre god forbrenning er det viktig å ha brensel med jevn og riktig fuktighet.

Når biomasse brenner omdannes den gjennom en serie reaksjoner til CO2, vanndamp og varme. Hvis forbrenningen ikke er optimal, vil ikke all biomassen gå fullstendig over til CO2 og vanndamp, men istedet gå ut av pipa som andre gasser. Typiske gasser fra ufullstendig forbrenning er CO og kullos. Disse gassene vil føre til lokal forurensing, og dette er grunnen til at “gamle” vedovner skal fases ut og erstattes med nye rentbrennende i tettbygde strøk. Ufullstendig forbrenning hindrer full utnyttelse av energien i brenselet.

For å sikre fullstendig forbrenning i en ovn trengs det nok tilgang på luft (oksygen), høy nok temperatur, god turbulens, og god nok tid ved høy temperatur til at alle gassene rekker å gå helt over til CO2 og vanndamp. Nye rentbrennende ovner er laget med tanke på dette. Det er imidlertid også utfordringer med disse ovnene, som for eksempel under opptenning og ved lav last. Da vil det ofte ikke være høy nok temperatur i kammeret eller nok turbulens til å oppnå fullstendig forbrenning. Når det er ufullstendig forbrenning vil heller ikke all energien i biomassen bli utnyttet, ettersom mye av energien kommer i de siste reaksjonene over til CO2 og vanndamp.

Den enkleste måten å se hvor god forbrenningen er, er å se på røyken fra pipa. Når det er fullstendig forbrenning, skal det nesten ikke komme synlig røyk fra pipa, mens ved ufullstendig forbrenning vil det komme sort røyk. Måter å sikre best mulig forbrenning på er ved å ha kontinuerlige systemer (for å hindre hyppig opptenning), god tilgang på både sekundær og primærluft, og at forbrenningen ikke skjer på for lav last.

En pelletskjel følger de samme grunnprinsippene som en fliskjel, men pellets er et mer komprimert og behandlet brensel, noe som gjør at pellets har mye høyere energitetthet per volum og jevnere brenselsegenskaper enn flis. For steder med liten plass eller hvor det er ønskelig med mindre transport av brensel, kan pellets være et aktuelt alternativ.

Vedlikehold

Flisfyringsanlegg har mange bevegelige deler og krever regelmessig vedlikehold, som for eksempel kan gjøres om sommeren. Et viktig sted å ha fokus på, er området med varmevekslingen. Belegg og sot som legger seg der, vil føre til at varmeovergangen mellom gassen fra forbrenningen og vannet som skal varmes opp blir dårligere, og virkningsgraden til anlegget går ned. Skruene både til innmating og for utmating av aske bør også gås over. I tillegg bør ristene hvor forbrenningen skjer sees over, og det bør sjekkes om steinene inne i ovnen begynner å bli slitt.

Det anbefales at fagpersoner går over anlegget en gang i året.

Når det forbrennes biomasse for å produsere energi er målet at all biomassen skal gå over til CO2, vanndamp og varme. For en fullstendig forbrenningsprosess er CO2 nødvendig og ikke forurensing, den er del av et naturlig kretsløp.
Gassene som kommer med ufullstendig forbrenning, vil derimot kunne være helseskadelige og føre til lokal forurensing.

Produksjon av strøm fra biomasse

Det finnes kommersiell teknologi som produserer strøm fra små flis- eller pelletsanlegg. Ca. 1/3 av energien i brenslet kan utnyttes til å produsere strøm, mens resten blir varme. Mest aktuelt for småskala strømproduksjon fra flisfyring er gassifisering. Slike anlegg stiller generelt høyere krav til god og jevn fliskvalitet enn anlegg som kun produserer varme.

Gassifisering fungerer på den måten at det i brennkammeret tilføres mindre luft enn det som er nødvendig for å oppnå fullstendig forbrenning. Gassen føres til en motor hvor den “forbrennes ferdig”, og motoren produserer strøm.

Strøm kan også produseres fra et bioenergianlegg ved at biomassen forbrennes vanlig, men istedenfor vannbåren varme produserer anlegget damp, som driver en dampturbin og produserer strøm.

Produksjon av biokull

Biokull produseres ved at biomassen varmes opp uten tilførsel, eller med lav tilførsel, av oksygen. En del av biomassen vil da gå over til gasser, mens mye av karbonet og asken blir igjen i ovnen og kan utnyttes til biokull. Tradisjonelt foregikk produksjon av biokull i kullmiler med treverk som råmateriale. I slike kullmiler ble treverket varmet opp ved å brenne noe av treverket nederst med begrenset tilgang på oksygen. Denne produksjonen førte til betydelig lokal luftforurensing.

I produksjon av biokull i dag er det vanlig å også bruke mange andre materialer enn tre, som f.eks. biprodukter fra jordbruket. Det er også utviklet produksjonsmetoder som er betydelig mer effektive enn for tradisjonell trekullproduksjon. Opplandske bioenergi har i dag et industrielt anlegg for produksjon av biokull på Rudshøgda.

Tradisjonelt var grunnen til å produsere trekull at det brenner ved høyere temperatur enn ved, og derfor egnet seg til smiing. En annen fordel er at når biokull brennes innendørs for oppvarming eller matlaging, slipper det ut mindre skadelige gasser enn ved å bruke treverk.

I dag er det stort fokus på om biokull kan egne seg til å binde karbon i landbruket. Biokull inneholder mye karbon som kan være lagringsstabilt og samtidig ha egenskaper som forbedrer jordkvaliteten.

Ressursgrunnlaget

Bioenergi kan fordeles på ressurser fra skog, fra jordbruk og avfallsresurser. I landbruket er resursene fra skog og jordbruk mest interessant.

Trær som egner seg til trelast har høyere verdi innen andre bruksområder, og brukes derfor normalt ikke til bioenergi. Resursene fra skogen til bioenergi er da hovedsakelig biprodukter fra trelast, virke med for lav kvalitet til å brukes til trelast eller massevirke, tynningsvirke, virke fra vei og jordkanter, og grener og topper etter sluttavirkning (GROT).

Totalt avvirkes det omtrent 14 millioner kubikkmeter tømmer årlig til trelast i Norge. Dette tilsvarer halvparten av tilveksten i skogen.

Aktuelle ressurser på gården

Aktuelle ressurser på gården kan være råtevirke, tynningsvirke, fra jordekanter eller halm. Utfordringen vil da ofte være å skaffe brensel med rette egenskaper til den kjelen de velger. Generelt er stammeved det «enkleste og reneste» brenselet å bruke, mens med større andel kvister blir brenslet mer utfordrende. For gårdsvarmeanlegg er de viktigste egenskapene til brenslet fuktighet, partikkelstørrelsefordeling, og askeinnhold.

Fuktighet i flis

Når det gjelder fuktighet i flis, skilles det normalt mellom ovner konstruert for tørr flis (under 35% fuktighet) og rå flis (ca. 50% fuktighet). De aller fleste gårdsvarmeanlegg i Norge er bygd for tørr flis. Ferskt trevirke har en fuktighet på 50%. For å få ønsket fuktighet må derfor virket tørkes før det brukes. Dette kan for eksempel gjøres ved å lagre virket på en luftig plass over sommeren.

Sammensetningen av kjemisk innhold i ferskt trevirke.

Hvis råstoffet ikke lagres på en god måte kan det føre til for høy og ujevn fuktighet. Viktigst er det å unngå å lagre fuktig flis over et lengre tidsrom. Lagring av fuktig flis vil føre til soppdannelse og nedbryting av flisa. Dette kan igjen gjøre at fuktigheten i flisa øker, som i noen tilfeller kan føre til varmegang og brann. Soppen i flisa er helseskadelig.

For å oppnå tørking under lagring, bør virket lagres over sommeren før det flises i mest mulig luftige velter. Over en god tørkesommer vil da normalt fuktigheten bli redusert til under 35% - som er ønskelig. Når dette virket flises, vil det være betydelig mer lagringsstabilt, og det er et godt tiltak for å hindre soppdannelse og nedbrytning.

Brennverdi

De fleste treslag har omtrent samme brennverdi per vekt for tørt treverk. Den ligger på mellom 5 og 5,5 kWh/kg. Når det regnes per vekt vil det som i all hovedsak påvirker brennverdien være fuktighetsinnholdet. Det er imidlertid betydelige forskjeller i densiteten (tettheten) på ulike treslag. Per volum vil det da være ganske store forskjeller i brennverdi. Vanlige tunge treslag er bjørk, eik og rogn, mens gran og osp er vanlige lette treslag. Det er klart vanligst å omsette biobrensler per volum, derfor er både fuktigheten og densiteten viktig.

Regneeksempel

En bonde trenger årlig 100 000 kWh til oppvarming. Hvor mange kubikkmeter flis tilsvarer det?

Går ut ifra at han skal bruke «tørr skogsflis» med en fuktighet på omtrent 35 prosent.
Brennverdi fra figur ovenfor: 3 kWh/kg råvekt.
Omtrent gjennomsnittlig tetthet til norske treslag er på 400 kg/m3.
En kubikkmeter med trevirke med fuktighet på ca. 35 prosent inneholder 1200 kWh/m3 fastkubikk.
Grov omregningsfaktor fra fastkubikkmeter til løskubikkmeter er 2,5.
En kubikkmeter flis inneholder 480 kWh/m3 løskubikk.

For å kunne ha 100 000 kWh med energi trengs det omtrent 210 løskubikkmeter med flis.

Du kan lese mer om trevirke og brennverdier her.

Utfyllende artikkel om trebrensler finner du her.

Partikkelfordelingen

En annen viktig egenskap med flis er partikkelfordelingen. I små gårdsanlegg er det normalt ristforbrenning. Med ristforbrenning vil finstoff (veldig små flis og støv) være et problem - dette kan føre til dannelse av slagg i fyrkjelen. Det vil normalt være mye mer finstoff i flis produsert av f.eks. grener enn fra stammeved. Hvilken flishogger som brukes vil også ha betydning. Dette er ofte årsaken til at det sjelden brukes GROT som brensel i mindre gårdsvarmeanlegg.

Askeinnhold

Aske kan medføre problemer under forbrenning ved at den smelter og danner slaggbelegg i ovnen. Det er betydelig mer aske i bark og bladverk enn i stammeveden. Når det brukes heltrær fra jordekanter, tynningsvirke eller kvister er det også lettere å få med jord og annet som kan øke askeinnholdet. Utfordringene med høyt askeinnhold og lavt askesmeltepunkt forekommer som regel for en del biprodukter fra jordbruket som halm.

Fordeler med pellets

Pellets er et alternativ som er spesielt aktuelt på steder med liten plass til lagring av brensel. Fordelen med pellets til sammenligning med flis, er at den er tørr og komprimert. Dette gjør at pelletsen er lagringsstabil og har omtrent 3 ganger høyere energiinnhold per volum sammenlignet med flis.

Økonomiske faktorer

Bioenergi vil ofte erstatte fossil energi som har blitt brukt til oppvarming (som olje, diesel og gass), men kan også mange steder erstatte bruk av elektrisk energi til oppvarming.

Generelt vil bioenergi kreve betydelig større investeringskostnader enn fossil oppvarming. Dette kommer av at biobrensler har betydelig lavere energitetthet per volum, og kommer i fast form - hvilket er vanskeligere å håndtere. En grov tommelfingerregel er at en tankbil med fyringsolje tilsvarer 12 lastebillass med fersk skogsflis eller 3 lastebillass med pellets. Relativt høye investeringskostnader ved bioenergi er først og fremst en utfordring når det gjelder aktiviteter som har høyt effektbehov over en relativt kort periode, som f.eks. korntørking.

Mange bønder har tilgang på egne ressurser til bruk for bioenergi, noe som ikke gjør det direkte overførbart å se på prisene på flis for å se på lønnsomheten til å gå over til ved- eller flisfyring. Det må vurderes om det er den beste løsningen å ha utstyr for å produsere biobrenslet selv, eller om det er en bedre løsning å leie inn entreprenører. I noen områder kan det være en utfordring med at det er lang avstand til entreprenører. Da kan traktormontert flishugger være et godt alternativ.

Muligheter for varmesalg

En mulighet for biintekt for mange gårdbrukere kan være å gå sammen om å levere varme til f.eks. en lokal skole eller forsamlingshus. Dette kan gjøres både gjennom å ha hele ansvaret med å drifte anlegget og levere varme direkte, eller med å ha avtale om å levere flis til andre som drifter anlegget.

Relevante rammevilkår

Det er mange gårder som har gårdsvarmeanlegg. De fleste er flisfyring, men det er også mange ved- og halmanlegg.

Bioenergi er svært aktuelt for gårdbrukere som har behov for oppvarming over lengre perioder av året. For bruksområder over kortere perioder, som ved korntørking, er bioenergi også et aktuelt alternativ - men kan da bli en relativt stor investering for noe som primært brukes over et kort tidsrom. Alternativt kan det brukes bioolje.

Den viktigste støtteordningen for bioenergianlegg i landbruket er Verdiskapingsprogrammet for fornybar energi og teknologi i landbruket hos Innovasjon Norge.

Ulike løsninger for korntørking

Korntørking krever høy effekt over en relativt kort tidsperiode. Aktuelle løsninger for korntørking med bioenergi er:
**Kombinere to fliskjeler**
Ved å kombinere en stor og en liten fliskjel, kan begge sammen dekke effektbehovet for korntørking. For at en slik løsning skal være aktuell, bør det være et jevnt behov for oppvarming gjennom mesteparten av året. Den store vil brukes til oppvarming gjennom hele året, og den lille vil fyres opp kun ved behov, f.eks. til korntørking.
**Bruk av mobile pelletstørker**
Det har nå kommet leverandører av pelletstørker som produserer varmluft til korntørking. I perioder det ikke tørkes korn, kan tørkene brukes i byggebransjen.
**Bioolje**
Korntørkingen kan gjøres med å bruke bioolje som fyres i en vanlig oljekjel.

Kilder til fordypning

For mer utfyllende litteratur om bioenergi, se f.eks. fagboken til Energigården: «Bioenergi: miljø, teknikk og marked».

13 Bioenergi

I Norge i dag brukes bioenergi hovedsakelig til å produsere varme. Det finnes også teknologi som kan produsere strøm, men det er få anlegg i Norge hvor dette gjøres.