Halm til energi - status, teknologier og innovation i Danmark 2011

HALM TIL ENERGIStatus, teknologier og innovation i Danmark 2011

Agro Business Park A/S, Niels Pedersens Allé 2, 8830 Tjele, www.agropark.dk

Flemming Nielsen, Story2Media ApS

Torben Skøtt, BioPress

Henning Lyngsø Foged, Agro Business Park A/S

Flemming Nielsen, Story2Media, og Mette Toft Christensen, Agro Business Park A/S

August 2011

Halm til energi Status, teknologier og innovation i Danmark 2011

Udgivet af

Omslag

Forfatter

Redaktør

Layout

Dato

“Halm til energi – status, teknologier og innovation i Danmark 2011” er udarbejdet i regi af projekt “Netværk for biomasse til energi”, der medfi nansieres af EUs Regionale Udviklingsfond samt Forsknings- og Innovationsstyrelsen, og har deltagelse af Agro Business Park (projektle-delse), Det Biovidenskabelige Fakultet ved Københavns Universitet (KU Life), Institut for Jord-brugs- og FødevareInnovation (AgroTech), Det Jordbrugsvidenskabelige Fakultet ved Aarhus Universitet (DJF) samt Nationallaboratoriet for Bæredygtig Energi ved Danmarks Tekniske Uni-versitet (Risø DTU).

Rapporten er også støttet af projektet Enercoast med midler fra Interreg North Sea Region-programmet og Region Midtjylland. Yderligere bidrager Innovationsnetværket for Biomasse (INBIOM), som er medfi nansieret af Forsknings- og Innovationsstyrelsen.

4 Halm til energi - status, teknologier og innovation i Danmark 2011

Indhold

Dansk energipolitik............................................................................................................. 6

Halm som energiresurse................................................................................................. 8

Halmhåndtering................................................................................................................... 12

Halm til gården og naboerne............................................................................................. 16

Halm til fj ernvarme.............................................................................................................. 20

Halm til kraftvarme.............................................................................................................. 24

Emissioner og restprodukter............................................................................................. 28

Halm til bioethanol............................................................................................................. 30

Halm til forgasning.............................................................................................................. 32

Virksomheder med kompetencer inden for anvendelse af halm til energi.............. 34

5Halm til energi - status, teknologier og innovation i Danmark 2011


I 1976 fi k Danmark sin første energiplan “Dansk Energipolitik 1976”, og siden da har Danmark været kendt som et land med en aktiv energipolitik med vægt på eff ektiv energianvendelse, energibesparelser og vedvarende energi. I dag er det regerin-gens langsigtede vision, at Danmark skal være uafhængig af fossile brændsler. Danmark skal være blandt de tre lande i ver-den, der løfter sin andel af vedvarende energi mest frem mod 2020, hvor målet er, at 30% af energiforsyningen skal være baseret på vedvarende energi.

Den danske energipolitik i dag er blandt andet baseret på et energiforlig, der blev indgået mellem et stort fl ertal af Folket-ingets partier den 21. februar 2008. Ifølge aftalen skal ener-giforbruget i 2011 være reduceret med 2% i forhold til 2006, og andelen af vedvarende energi skal i 2011 være på 20%. Forliget udløber den 1. januar 2012, så et nyt forlig skal være på plads i løbet af efteråret 2011.

OMSTILLING AF ENERGISYSTEMETDet danske energisystem, der i 1970’erne næsten udeluk-kende var baseret på importeret olie og kul, er i dag karak-teriseret ved en stor spredning på forskellige energikilder. Der er sket en løbende udbygning med vedvarende en-ergi, herunder især vindkraft, bioaff ald, biogas og halm. De foranstaltninger, der har fremmet denne udvikling, er blandt andet pristillæg, politiske aftaler om etablering af bestemte former for vedvarende energi samt afgiftsfrit-agelse på biomasse. Sidstnævnte har blandt andet betydet, at et stort antal husstande, landejendomme og fj ern-

varmeværker op gennem 1980’erne valgte at skifte olien ud med biomasse.

I 1993 indgik et stort fl ertal af Folketingets partier en biomas-seaftale, der pålagde de centrale kraftværker at aftage 1,4 millioner tons biomasse om året, heraf mindst 1 million tons halm. Oprindeligt skulle målet have været nået i år 2000, men aftalen blev revideret fl ere gange undervejs, og først i 2009 faldt de sidste brikker på plads. Det skete, da Fynsværket ind-viede en ny kraftværksblok til 170.000 tons halm om året.

Siden 1980’erne er der sket en decentralisering af den dan-ske energiproduktion, således at produktionen af el og varme fi nder sted mange steder i landet, hvor det tidligere var el-produktionen på nogle få centrale værker, der dominerede billedet. Kraftvarme og fj ernvarme baseret på overskuds-varme har vundet en betydelig udbredelse, og det har bidra-get til, at Danmark i dag er et af de mest energieff ektive lande i verden. Det er lykkedes at holde energiforbruget stort set konstant, mens der har været en økonomisk vækst på om-kring 80% siden 1980.

I 1990 vedtog det danske Folketing den såkaldte Varmefor-syningslov, som gav energiministeren vidtrækkende beføjel-ser til at regulere brændselsvalget i fj ernvarmeværker og de-centrale kraftvarmeværker. På baggrund af den lov er en lang række kul- og naturgasfyrede fj ernvarmeværker omstillet til naturgasfyrede kraftvarmeværker, ligesom en række mindre fj ernvarmeværker er omstillet til biobrændsler.

Dansk energipolitik

Δ

I 1993 fi k de centrale kraftværker et pålæg om at aftage 1,4 millioner tons biomasse om året, heraf mindst 1 million tons halm.

Foto

: Tor

ben

Skøt

t/Bi

oPre

ss

Siden 1980’erne er der sket en decentralisering af den danske energiproduktion, således at produktionen af el og varme i dag fi nder sted på mange mindre anlæg.

Foto

: Tor

ben

Skøt

t/Bi

oPre

ss

Siden 1976 har Danmark haft en aktiv energipolitik med en betydelig vægt på vedvarende

energi. Det langsigtede mål er at blive uafhængig af fossile brændsler, og frem mod 2020 skal

Danmark være blandt de tre lande i verden, der løfter sin andel af vedvarende energi mest.


KYOTO-PROTOKOLLENDet er ikke mange årtier siden, at energipolitikken primært blev betragtet som et nationalt anliggende, men i dag er det i høj grad internationale forhold, der sætter rammerne for den danske politik på området. Udviklingen på de globale ener-gimarkeder, liberaliseringen af energisektoren og vores klima-forpligtigelser i henhold til Kyoto-protokollen er i stigende grad kommet til at præge den danske energisektor.

Målsætningen i Kyoto-protokollen er, at de industrialiserede lande som et gennemsnit over perioden 2008-2012 skal re-ducere deres udslip af drivhusgasser med mindst 5% i forhold til niveauet i 1990. EU skal samlet set reducere sit udslip med 8%, men der er forskel på, hvor store forpligtigelser de enkelte medlemslande har påtaget sig. Danmark og Tyskland skal således reducere deres udslip med hele 21%, mens andre lande som for eksempel Portugal, Spanien og Grækenland får lov til at øge deres udslip af drivhusgasser.

Danmark har som et af de få lande tilsluttet sig artikel 3.4 i Kyo-to-protokollen, og dermed skal ændringer i jordens kulstofi nd-hold indregnes i klimaregnskabet. Det kan få betydning for an-vendelsen af biomasse, idet for eksempel udnyttelsen af halm reducerer jordens kulstofpulje, mens fl erårige energiafgrøder som pil øger mængden af kulstof i jorden. Den manglende kulstofl agring ved at fj erne halm fra landbrugsjorden kan dog kompenseres ved dyrkning af efterafgrøder, og CO2-gevinsten ved at bruge halm til energiformål er væsentligt større end den eff ekt, som den manglende kulstofl agring medfører.

På trods af vanskeligheder med at fi nde international konsensus om en opfølgning på Kyoto-protokollen efter 2012, vil der fort-sat ske en indsats for at reducere udledningen af drivhusgasser.

KLIMAKOMMISSIONENI september 2010 udgav Klimakommissionen en rapport, der

viser, at Danmark kan blive uafhængig af fossile brændsler i 2050, og det kan vel at mærke ske, uden at det belaster sam-fundsøkonomien. Klimakommissionens analyser viser, at det vil koste omkring 0,5% af bruttonationalproduktet at lave en fuldstændig omstilling til et grønt energisystem eller nogen-lunde det samme, som det vil koste, hvis vi fortsætter med at bruge kul, olie og gas. Det skyldes, at vores nuværende energisystem vil blive dyrere på grund af stigende priser på fossile brændsler og CO2-kvoter, og det vil stort set opveje de investeringer i ny energiteknologi, der skal gøre det muligt at blive selvforsynende med vedvarende energi.

Ifølge Klimakommissionen vil de centrale elementer i et grønt energisystem være:

• Energibesparelser.• Havvindmøller, der kan levere en stor del af den elek-

tricitet, som bliver rygraden i et fremtidigt energisystem.• Biomasse, der kommer til at spille en vigtig rolle, dels

som brændstof i transportsektoren og dels til produk-tion af el og varme, når vindmøllerne ikke kan dække behovet.

• Fjernvarme og varmepumper til opvarmning af boliger.• El og biobrændsler til transportsektoren.• Intelligent anvendelse af el, hvor forbruget i højere grad

end i dag er i stand til at følge produktionen.

Danmark er, så vidt Klimakommissionen har kunnet konsta-tere, det første land i verden, der nu kommer med konkrete bud på at løse klimaproblematikken og energiforsyningen sammen.

På baggrund af Klimakommissionens rapport vil den danske regering i 2011 komme med et oplæg på, hvordan visionen om et fossilfrit energisystem kan realiseres.

0

Vind

Biogas

Halm

Bioaffald

Træ

Varmepumper mv.

20

40

60

80

100

120

140

‘80 ‘85 ‘90 ‘95 ‘00 ‘05 ‘09

Produktion af vedvarende energi i PJ

Figur 1. Produktion af vedvarende energi i perioden 1980–2009. Kilde: Energistyrelsen.


Halm som energiresurse

Det er ikke mange årtier siden, halm blev betragtet som et besværligt spildprodukt, som blot skulle skaff es af vejen hur-tigst muligt. Den del af halmen, der ikke kunne anvendes til foder og strøelse, blev typisk brændt af på markerne, men i 1991 blev den form for afbrænding forbudt, og siden da er der kommet mere fokus på at bruge halm til energiformål.

Den største fordel ved at bruge halm i energisektoren er, at det er et CO2-neutralt brændsel, der ikke bidrager til at forøge atmosfærens indhold af drivhusgasser. I dag bliver halm primært brugt som brændsel i individuelle gårdanlæg, på fj ernvarmeværker og i store kraftværker, men i fremtiden vil man formentlig også bruge halm til fremstilling af gas og bioethanol. DONG Energy har således brugt betydelige beløb på at udvikle nye teknologier til energiproduktion fra halm, og man har blandt andet etableret et pilotanlæg til fremstilling af bioethanol og er i færd med at etablere et an-læg til termisk forgasning af halm. Fordelen ved at omdanne halm til gas er, at det giver bedre muligheder for at udnytte brændslet på eksisterende kulfyrede værker.

HALM SOM BRÆNDSELHalm indeholder normalt 14-20% vand, der fordamper un-der forbrænding. Det tørstof, der er tilbage, består af knap 50% kulstof, 6% brint, 42% ilt samt små mængder kvælstof, svovl, silicium og andre mineraler som alkali og klorid.

Når halm skal bruges som brændsel, må vandindholdet ikke overstige 20%. Ved højere vandindhold er der risiko for, at halmballerne bliver for hårde og kompakte, ligesom et højt vandindhold øger risikoen for kondensdannelse og tæringer.

Tilstedeværelsen af klor og alkali i røggassen kan være et problem ved forbrænding, da stoff erne bliver til natriumk-lorid og kaliumklorid, der er stærkt aggressive og forårsager tæringer i kedler og rør – særligt ved høje temperaturer i kraftværker. Det gælder altså om at bruge halm med et lavt indhold af skadelige stoff er, og her spiller vejret en væsentlig rolle. Halm, som efter modning og især efter høst har fået meget regn og er blevet gråt, er langt mindre aggressivt end gul halm, som kun har fået begrænsede mængder regn.

Askeindholdet kan variere mellem 2 og 10%, men i gennem-snit er det på omkring 4%. Halm fra afgrøder dyrket på sand-jord har normalt det laveste askeindhold, derefter kommer halm fra muldjord, efterfulgt af halm fra lavbundsjord, der har det største askeindhold. Brændværdien er højest ved det laveste askeindhold, så det kan være en fordel at bruge halm fra sandjord til fyringsformål.

Asken fra halmfyring kan blive klæbrig allerede ved 600 °C, og det har betydning for kraftværkerne, hvor man ønsker en høj damptemperatur for at opnå en høj elvirkningsgrad. Nye kedeltyper og bedre stållegeringer har dog med tiden reduceret problemet, men kraftværkerne betragter fortsat halm som et mere problematisk brændsel end træ.

RESURSER Opgørelser over de tilgængelige halmresurser har ofte givet anledning til en del debat, og det kan være svært at komme med et entydigt svar på, hvor store resurser der vil være tilgængelige i årene fremover. Landbruget skal jo ikke bare levere råvarer til energisektoren. Der skal også produceres foder og fødevarer, tages hensyn til naturbeskyttelse og ud-vaskning af næringsstoff er, ligesom der bør tages højde for jordens kulstofpulje. Hvis landmanden vælger at nedmulde halmen, vil det øge jordens indhold af kulstof, og det har be-tydning for klimaregnskabet som omtalt på foregående side.

Der er i årenes løb blevet udarbejdet en lang række analyser af de tilgængelige halmresurser i såvel Danmark som i udlan-det, og selvom der kan være stor forskel på de enkelte under-søgelser, er det generelle resultat, at resurserne er langt større end det aktuelle forbrug.

Men håndtering og transport af halm kan være meget om-kostningskrævende, så selv om resurserne er til stede, er det ikke det samme, som at der er økonomi i at udnytte halmen. Mens energitræ i dag er blevet en international handelsvare, så er halm fortsat noget, der primært handles inden for de enkelte regioner. I princippet er der dog intet til hinder for, at halmpiller vil kunne handles over landegrænserne, men det er bare ikke sket endnu.

Halm er en betydelig energiresurse, men det er også et besværligt brændsel, som kan forår-

sage tæringer i blandt andet kraftværkskedler. Anvendelsen af halm til energiproduktion er

øget markant siden 1980’erne, men der er fortsat over to millioner tons halm i overskud, og med

det rigtige sortvalg kan overskuddet blive endnu større.

Δ

Foto: Torben Skøtt/BioPress


DANSKE RESURSER Et godt pejlemærke for størrelsen af halmresurserne i Dan-mark kan fi ndes i Danmarks Statistik, der hvert år opgør den samlede årlige produktion af halm samt anvendelsen til for-skellige formål (se fi gur 2). Heraf fremgår det, at der i perioden 2004–2008 i gennemsnit har været en samlet halmproduk-tion på 5,5 millioner tons om året, hvoraf de 3,4 millioner tons er blevet anvendt i landbruget og til energiformål. Der er således et årligt halmoverskud på omkring 2,1 millioner tons, som ikke bliver bjærget.

Spørgsmålet er imidlertid, hvor sikkert halmoverskuddet er estimeret, og hvor meget overskuddet kan variere fra år til år. Jo større andel af halmen der ønskes anvendt, desto vigtigere bliver det, at forudsigelserne holder stik – ikke mindst af hen-syn til forsyningssikkerheden.

Forbruget af halm til foder og strøelse kan variere en del mel-lem de enkelte år, men set over en længere periode er der ikke tale om de store udsving. En øget interesse for, at halmen skal blive på jorden, kan reducere udbuddet af halm til ener-giformål – især hvis der fra politisk side bliver taget initiativer til at fremme nedmuldning af halm.

Arealet med kornproducerende afgrøder har vist sig at være relativt konstant, men der kan være markante variationer på udbyttet fra år til år. Årsvariationer udgør derfor en af de største kilder til usikkerhed i halmmængden.

UDBYTTET AFHÆNGER AF SORTENMarkforsøg med vinterhvede i høståret 2008 har doku-menteret, at forholdet mellem halm og kerne i høj grad af-hænger af sorten. Blandt 10 forskellige sorter vinterhvede blev der således målt fra 35-53 kg halm pr. 100 kg kerne, så valg af kornsort kan være en af mulighederne for bevidst at tilstræbe et større halmudbytte. Gødningsforsøg har des-uden vist, at andelen af halm i vinterhvede reduceres med stigende gødningsmængde, men da gødningsmængden er bestemt ud fra gældende normer, vil det formentlig ikke få nogen større betydning i praksis.

I fi gur 3 er vist den samlede halmproduktion for forskellige afgrøder, baseret på tal fra Danmarks statistik. Der skal dog ikke ændres meget på forholdet mellem kerne og halm for at give et betydeligt udsving i produktionen af halm. Hver gang mængden af hvedehalm ændres med 1 kg pr. 100 kg kerne,

Gul halm Grå halm Træfl is Kul

Vandindhold 10-20% 10-20% 40-50% 12%

Aske 4% 3% 1% 12%

Kulstof 42% 43% 50% 59%

Brint 5% 5% 6% 4%

Ilt 37% 38% 38% 7%

Klorid 0,75% 0,20% 0,02% 0,08%

Kvælstof 0,35% 0,41% 0,30% 1,00%

Svovl 0,16% 0,13% 0,05% 0,80%

Brændværdi 14,4 MJ/kg 15,0 MJ/kg 10,4 MJ/kg 25,0 MJ/kg

Vigtige parametre for brændstofværdien af halm, træfl is og kul. Gul halm er bjærget umiddelbart efter høst, mens grå halm har fået lidt regn, inden det bliver presset og bjærget.

0

1

2

3

4

5

6

7

Halmproduktion i millioner tons

Ikke bjærget

Til strøelse

Til foder

Til energiformål

19971998

19992000

20012002

20032004

20052006

20072008

Figur 2. Årlig halmproduktion og anvendelse af halm til forskel-lige formål i Danmark. Kilde: Danmarks Statistik.

19971998

19992000

20012002

20032004

20052006

20072008

0

1

2

3

4

5

6

7

Halmproduktion i millioner tons

Øvrige

Vinterbyg

Vårbyg

Vinterhvede

Figur 3. Årlig halmproduktion fordelt på afgrøder. Øvrige afgrøder er blandt andet raps og forskellige kornsorter. Kilde: Danmarks Statistik.


vil det således ændre den samlede produktion af hvedehalm i Danmark med ikke mindre end 47.000 tons.

Da halmudbyttet fra vinterhvede som nævnt kan variere mellem 35 og 53 kg halm pr. 100 kg kerne, vil det teoretisk set være muligt at ændre den samlede halmmængde med 800.000 tons om året. I praksis bliver der selvfølgelig dyrket mange forskellige kornsorter, men tallene illustrerer poten-tialet for at øge den samlede halmmængde ved at vælge sorter med meget halm.

UDENLANDSKE RESURSERPå EU-plan udarbejder Eurostat statistikker for anvendelsen af bioenergi i de enkelte medlemslande, men det er desværre ikke muligt at underopdele bioenergien i for eksempel træ, halm og husdyrgødning.

Det europæiske miljøagentur har udgivet et par rapporter, hvor man har beregnet de potentielle biomasseressourcer i EU. Under hensyntagen til at der også skal sikres en fortsat fødevareproduktion og beskyttelse af naturarealer og miljø, er det miljøagenturets vurdering, at det fremtidige bioenergi-potentiale vil være på op imod 300 millioner tons olieækviva-lenter eller godt tre gange så meget som det samlede forbrug i 2008.

I Holland har professor André Faaij fra Utrecht University be-regnet, at det teoretisk set vil være muligt at dække hele ver-dens energiforbrug med biomasse i 2050. Forudsætningen er et langt mere eff ektivt landbrug end det, vi har i dag. De helt store muligheder for at optimere produktionen af bioenergi fi ndes i blandt andet Østeuropa, Afrika og Sydamerika, men der er også gode muligheder for, at produktionen kan optim-eres i de vestlige lande.

Forholdet mellem halm og kerne afhænger i høj grad af sorten. Hvis man vælger de mest halmrige sorter inden for vinterhvede, vil det teoretisk set være muligt at øge den samlede halmmængde med 800.000 tons om året.

Foto

: Tor

ben

Skøt

t/Bi

oPre

ss


Halmhåndtering

Håndtering af halm har udviklet sig til en selvstændig disciplin inden for landbruget med en maskinpark, som primært større landbrug og maskinstationer investerer i. Siden 1980’erne, hvor storballepressere kom på markedet, har landbruget in-vesteret betydelige beløb i halmpressere, ladvogne og lager-haller for at kunne levere halm til energisektoren.

Efter høst ligger halmen i lange baner på jorden, parat til at blive presset i baller. De fl este landmænd vil gerne have hal-men fj ernet hurtigst muligt, så de kan komme i gang med at etablere næste års afgrøde, men det kan faktisk være en god idé at lade halmen ligge et par dage eller uger. Hvis halmen får en regnbyge eller to (grå halm) og vel at mærke når at blive tør igen inden presning, får man et bedre brændsel, fordi fl ere af de problematiske stoff er som klor og alkali bliver udvasket. I praksis er det dog de færreste landmænd eller maskinsta-tioner, der benytter den metode, da det ikke har nogen ind-fl ydelse på afregningen til varmeværker og kraftværker. Her er det udelukkende vægt og vandindhold, der tæller.

Halmudbyttet ligger typisk på omkring tre tons per hektar, men det afhænger naturligvis af sorten, jordens frugtbarhed og vejrliget.

BALLETYPERI dag anvender kraftværker og fj ernvarmeværker næsten ude-lukkende storballer eller Hesstonballer, som de også kaldes. Småballer, rundballer og ministorballer bliver primært brugt til gårdanlæg og til de landbrug, som anvender halm til foder og strøelse.

Storballer måler cirka 125 × 240 cm, og vægten ligger typisk på lidt over et halvt ton. Længden på ballerne kan dog reg-uleres fra 110 til 275 cm, men af hensyn til landevejstransport er en længde på 240 cm mest passende.

Der har i en kort årrække været udført forsøg med at bruge snittet halm, opmagasineret i store markstakke for på den måde at reducere omkostningerne til håndtering af hal-men. De første undersøgelser pegede på, at man på den måde kunne halvere prisen for halm til energisektoren, men de praktiske problemer var betydelige, og konceptet blev opgivet midt i 1990’erne.

Storballer har på mange måder vist sig at være et velfunger-ende system til håndtering af halm, men det giver desværre en dårlig udnyttelse af lastbilernes kapacitet. Der kan nemlig kun være 24 storballer på et lastvognstræk, svarende til cirka

Δ

Halm til energisektoren bliver næsten udelukkende leveret som storballer eller Hesstonballer,

som de også kaldes. Et enkelt sted har man dog valgt at lave halmballerne om til piller, inden

de leveres ind til kraftværket. Det er en fordyrende proces, men til gengæld letter det håndterin-

gen på værket, ligesom lagrene kan reduceres væsentligt.

Foto

: Tor

ben

Skøt

t/Bi

oPre

ss


12 tons halm, og det er under halvdelen af, hvad lastvognen må læsse. Den dårlige udnyttelse af kapaciteten giver ikke kun højere transportomkostninger. Det giver også ekstra udgifter til håndtering af halmballerne og dårlig udnyttelse af lagerkapaciteten.

Der har i årenes løb været gjort mange forsøg på at øge stor-ballernes vægt, men det er aldrig rigtig kommet til at fungere i praksis. Nye kraner bliver dog dimensioneret til at kunne klare en ballevægt på omkring et ton, så det er formentlig kun et spørgsmål om tid, før storballer med en vægt på op imod et ton bliver et almindeligt syn på landets halmværker.

En anden løsning er de såkaldte mediballer, som Nexø Halm-varmeværk og Præstegårdens Maskinstation har udviklet. Her har man ”skåret” 30 centimeter af højden på storballerne, så der kan være 36 baller med en samlet vægt på 15 tons på hvert lastvognstræk. Systemet kræver blot mindre justeringer af kraner og halmpressere, så normalt vil der ikke være behov for nyinvesteringer.

HÅNDTERINGVed læsning af halm anvendes frontlæsser, rendegraver, gum-miged, teleskoplæsser eller minilæsser. Der er i princippet ikke den store forskel på de tre første typer, der alle er baseret på en frontmonteret læsser.

Teleskoplæssere har derimod en større løfteevne, og de ræk-ker længere, så halmballerne kan stables højt, hvilket reducer-er lageromkostningerne. Teleskoplæssere bliver derfor mere og mere udbredte. Minilæsseren er knap så udbredt, men den er meget handy og kan komme ind, hvor andre må give op.Som det fremgår af fi gur 4 er arbejdsbehovet størst ved læs-ning med frontlæsser og mindst ved gummiged og telesko-plæsser, der altid er i stand til at læsse to baller ad gangen.

Omregnet til tons viser det sig, at der er en forskel på 2,5 minutter pr. ton fra læsning med gummiged til læsning med frontlæsser. Det lyder måske ikke af meget, men ved læsning af den ene million ton, som elværkerne aftager om året, kan det medføre en ekstra arbejdsindsats på godt 41.000 timer.

På de større værker foretages afl æsningen normalt med en løbekran, der griber fat om et lag på både forvogn og an-hænger samtidig. Det vil sige, at kranen læsser 12 baller ad gangen svarende til to løft for at afl æsse et lastvognstræk. Når ballerne hænger i kranen, vejes de og analyseres for vandind-hold. Derefter afsættes ballerne på lageret, så de senere med samme kran kan placeres på transportbåndet, der fører til for-brændingsanlægget.

På de mindre varmeværker anvendes hovedsageligt truck, der afl æsser en-to baller ad gangen. I forbindelse med afl æsnin-gen vejes hele læsset, og der udtages prøver for at bestemme vandindholdet i halmen.

Som det fremgår af fi gur 4, tager det næsten lige så lang tid at læsse af med en kran som med en truck, men for truckens

Med teleskoplæsser kan halmballerne stables væsentligt højere end med gaff eltruck og frontlæsser.

Foto

: Tor

ben

Skøt

t/Bi

oPre

ss

Storballer føres frem til halmsnitteren på Køge Biopillefabrik.

Foto

: Tor

ben

Skøt

t/Bi

oPre

ss


0

Vejning og analyse

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Halmhåndtering i minutter pr. balle

LøbekranTruck

Gummiged

Rendegraver

Figur 4. Arbejdsbehov ved læsning og afl æsning af halm. Ved afl æsning med truck skal der bruges ekstra tid på vejning og analyse af vandindholdet i halmen. Derudover skal der bruges tid på at fl ytte ballerne, hvis lageret skal fyldes helt op. Kilde: Videncenter for Halm- og Flisfyring.

vedkommende skal der tillægges tid til vejning og analyse af vandindhold, så det samlede tidsforbrug bliver knap 50% højere. Hertil kommer, at der skal bruges ekstra tid på at fl ytte ballerne, hvis lageret skal fyldes helt op.

HALMPILLER En anden mulighed er at presse halmen i baller, som derefter laves til piller, inden de leveres ind til værket. Produktionen af piller er en fordyrende proces, men til gengæld kan transpor-tomkostningerne minimeres – især hvis halmen skal trans-porteres over lange afstande. Håndteringen på værkerne kan også simplifi ceres, ligesom lagrene kan reduceres væsentligt. De store halmlagre, kraner, transportanlæg og halmsnittere kan erstattes af høje siloer med påfyldning i toppen ved hjælp af blæsere og automatisk tømning fra bunden. Det vil med-føre besparelser, samtidig med at generne med støv og halm-rester helt eller delvist kan elimineres.

Amagerværket i København, der er ejet af Vattenfall, har siden 2003 fyret med halmpiller, som bliver fremstillet på Køge Bio-pillefabrik cirka 50 kilometer syd for København. Transporten

af halmpiller foregår via søvejen for at undgå tung lastbil-transport gennem København.

Pillefabrikken i Køge har en kapacitet på 130.000 tons halmpiller om året, men i de senere år er der kun blevet pro-duceret 60-70.000 tons piller om året. Halmen leveres som storballer af landmænd på Sjælland og Lolland-Falster, og håndteringen på værket er identisk med de systemer, der fi ndes på et almindeligt kraftværk.

Presning af pillerne foregår ved hjælp af damp fra et nær-liggende kraftvarmeværk, og energiforbruget til processen udgør kun nogle få procent af pillernes brændværdi.

Losning af halmpiller ved Amagerværket.Foto: Torben Skøtt/BioPress


Efter den første energikrise i 1973 begyndte mange at se sig om efter en billigere og mere sikker varmekilde end olie, og for landmændene var det naturligt at vende blikket mod de store halmmængder, som hvert år blev brændt af på mark-erne. Op gennem 1970’erne begyndte fl ere maskinfabrikker derfor at fremstille små simple halmfyr, der var beregnet til småballer. Senere kom også halmfyr til rundballer og stor-baller, ligesom der blev udviklet automatiske fyringsanlæg, der krævede minimal pasning.

Overordnet set fi ndes der to typer halmkedler: Manuelt fyrede anlæg eller portionsanlæg, som de også kaldes, og au-tomatisk fyrede anlæg.

Portionsfyret er den mest simple anlægstype (se fi gur 5), hvor hele halmballer fyres ind i kedlen manuelt. Er der tale om an-læg til småballer, foregår det ved håndkraft, mens der typisk bruges en frontlæsser, hvis der er tale om anlæg til rundballer eller storballer.

Halm til gården og naboerne

Δ

Lagertank

Pumpe

Blæser

Forbrug

Ekspansionsbeholder

Røgrør

Forbrændingsluft

Ildfast murværk

Vandfyldtlåge

Figur 5. Portionsfyret halmfyr med lagertank.

Individuelle halmfyr har gennemgået en rivende udvikling, siden de første anlæg kom på

markedet sidst i 1970’erne. Virkningsgraden er blevet fordoblet, samtidig med at udslip-

pet af skadelige stoff er er reduceret markant. Flere landmænd vælger i dag at investere i de lidt

større fyr, så naboerne også kan få billig og miljøvenlig varme gennem et fj ernvarmenet.


En portionsfyret kedel er relativt billig, driftsomkostningerne er minimale, men der skal bruges en del tid på at fj erne aske og tilføre nyt brændsel.

De automatisk fyrede anlæg består af en halmkedel og et doseringsanlæg, som igen består af et transportbånd – en såkaldt halmbane samt en opriver, der fi ndeler halmen, inden den føres ind i kedlen ved hjælp af en snegl eller en blæser. Anlæggene er generelt noget dyrere end de manuelt fyre-de anlæg, ligesom driftsomkostningerne er højere, men til gengæld er behovet for pasning minimalt.

VIRKNINGSGRADER OG MILJØFORHOLDVirkningsgraderne for de første halmfyr var kun på 30-40%, og det var ikke altid rart at være nabo, når landmanden fyrede op under halmen. I 1976 begyndte Danmarks Jordbrugsforskning imidlertid at teste halmfyrene og hjælpe fabrikanterne med produktudvikling, og for at sætte yderligere skub i udviklingen indførte Energistyrelsen i 1995 en tilskudsordning, hvor tilskud-dets størrelse afhang af, hvor eff ektiv kedlen var. Det førte til markante forbedringer af halmfyrene, idet virkningsgraderne steg fra de oprindelige 30-40% til over 80% (se fi gur 6).

Samtidig med at fyrene blev mere eff ektive, faldt udslippet af kulilte markant (se fi gur 7). Kulilte er ikke i sig selv skadeligt for omgivelserne i små koncentrationer, men det er et udtryk for, hvor meget fyrene forurener. Er der meget kulilte i røgen, vil der også være en række andre skadelige stoff er i røgen. Det drejer sig blandt andet om sod og tjærestoff er, hvoraf sidstnævnte består af diverse organiske syrer og de såkaldte PAHer, der kan være kræftfremkaldende.

Tilstedeværelsen af disse stoff er er udtryk for en ufuldstændig forbrænding, og den mest fornuftige måde at fj erne dem på er ved at forbedre forbrændingen, så stoff erne afbrændes, samti-dig med at varmen udnyttes.

Det sker ved at sikre en høj temperatur i brændkammeret. Halm og andre former for biomasse udvikler nemlig gasarter, som først antændes ved en temperatur på 800-900 oC. Bliver temperaturen for lav, ryger gasserne uforbrændt op gennem

skorstenen, og det giver en dårlig fyringsøkonomi og et dår-ligt miljø.

Ældre halmkedler består typisk af et vandkølet kammer, hvor skorstenen er koblet på i den ene ende, mens forbrændingsluf-ten tilføres i den modsatte ende. Med en sådan udformning vil der være en tendens til, at gasserne ryger uforbrændt op gennem skorstenen, men det kan heldigvis gøres bedre. Mange nyere kedler er udformet, så gasserne tvinges forbi luftdyserne, og det giver en langt større sandsynlighed for, at gasserne bliver antændt og omsat til varme i stedet for at forurene omgivelserne.

Figur 7 viser indholdet af kulilte i røgen fra manuelle og automa-tisk fyrede halmfyr i perioden 1980–1998. Som det fremgår af fi g-uren, er der stor forskel på udslippet fra de enkelte fyr, men ten-densen er ikke til at tage fejl af: Halmfyrene er blevet væsentligt mere miljøvenlige med årene, og de automatisk fyrede anlæg er generelt bedre end manuelt fyrede anlæg.

KEDLEN SKAL VÆRE FOR LILLEMange fristes til at købe et halmfyr, der er rigeligt stort – bare for en sikkerheds skyld, men det er ikke nogen god idé. Det giv-er ofte et dårligt miljø og en dårlig økonomi. Det rigtige valg er en kedel, der er for lille til at dække varmebehovet på den kold-este dag. En halmkedel er nemlig mest eff ektiv ved fuld last, så jo større kedlen er, jo større er risikoen for, at den kommer til at arbejde ved dellast en stor del af året.

Den optimale kedelstørrelse vil typisk være på 75% af behovet på den koldeste dag. I de få perioder om året, hvor halmkedlen ikke kan dække forbruget, må oliefyret startes op, eller man kan vælge at lade en elpatron klare opgaven.

Manuelt fyrede anlæg bør altid være udstyret med en lager-tank, så varmen ikke nødvendigvis skal aftages i samme tempo, som den produceres. Især i sommerhalvåret, hvor varmeforbru-get er lavt, kan en lagertank være med til at sikre en fornuftig forbrænding. Lagertanken er ofte en særskilt tank, som placeres oven på kedlen, men der kan også være tale om en færdig unit med kedel og lagertank. Tanken bør normalt kunne rumme 60-80 liter vand for hver kg halm, som fyrrummet kan indeholde.

Portionsanlæg til storballer.

Foto

: Tor

ben

Skøt

t/Bi

oPre

ss

Automatisk fyret anlæg til snittet halm.

Foto

: Tor

ben

Skøt

t/Bi

oPre

ss


30

Manuelle halmfyrAutomatiske halmfyr

40

50

60

70

80

90

Virkningsgrader for halmfyr i procent

19801982

19841986

19881990

19921994

19961998

Figur 6. Virkningsgrader for manuelle og automatisk fyrede halmkedler i perioden 1980-1998, hvor der regelmæssigt blev udført test af kedler på Forskningscenter Bygholm. Kilde: Danmarks Jordbrugsforskning.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

CO-emission i procent

19851987

19891991

19931995

19971999

Manuelle halmfyrAutomatiske halmfyr

Figur 7. Udslippet af kulilte for manuelle og automatisk fyrede halmkedler i perioden 1980–1998, hvor der regelmæssigt blev udført test af kedler på Forskningscenter Bygholm. Er der meget kulilte i røgen, vil der også være andre skadelige stoff er, som kan genere beboerne og de nærmeste naboer.


Mange af de automatiske anlæg vil også opnå en bedre for-brænding, hvis de bliver tilsluttet en lagertank. Derved kan et helt døgns varmebehov bliver produceret i løbet af måske seks-otte timer, og man undgår mange opstarter og nedlukninger, som typisk er det, der generer naboerne.

NABOVARME60% af alle danske husstande bliver i dag forsynet med fj ern-varme, men markedet for traditionelle fj ernvarmeværker er efterhånden ved at være mættet. Det kan være vanskeligt at få økonomi i et fj ernvarmeværk til de helt små byer, og derfor er der opstået et nyt begreb kaldet “nabovarme”. I princip-pet kan det være en hvilken som helst husstand, der forsyner naboerne med varme, men i praksis er det ofte driftige land-mænd, som vælger at investere i en større halmkedel end nødvendigt for at kunne levere varme til de omkringboende.Ligesom ved gårdanlæg bør halmkedlen dimensioneres, så den kan levere 70-80% af behovet på den koldeste dag. Der-ved opnås den bedst mulige fyringsøkonomi både i vinter-perioden og om sommeren, hvor forbruget er minimalt. I den kolde vinterperiode suppleres med en oliefyret kedel, der er dimensioneret, så den kan klare hele forbruget, hvis halmkedlen får et driftsstop.

For at nabovarme skal være en succes, er der nogle grundlæggende forudsætninger, man skal være opmærksom på:

• Ejendommene skal normalt ligge lige så tæt som i al-mindelig bymæssig bebyggelse for at undgå for store ledningstab.

• Storforbrugere som skoler, plejehjem og virksomheder kan være afgørende for projektets økonomi.

• Forbrugerne skal kunne opnå en besparelse ved at skifte oliefyret ud med nabovarme.

• Forbrugerne skal være sikret stabile og billige varme-priser i minimum 10 år.

De nabovarmeanlæg, der er etableret i Danmark, varierer fra nogle få op til 70-80 husstande. Langt hovedparten er eta-bleret af landmænd, der selv har betydelige mængder halm til rådighed, og som derfor er i stand til at levere billig varme til de omkringboende.

Erfaringerne med nabovarme er generelt meget positive. For landmanden vil det typisk være en økonomisk gevinst, for-brugerne er glade for at kunne få billig varme, og når der er billig varme, er lugten fra det nærliggende landbrug måske ikke så slem endda.

Portionsanlæg bliver ofte installeret i en særskilt bygning for at undgå, at en eventuel brand breder sig til gårdens bygninger.

Foto

: Mas

kinf

abrik

ken

Faus

t


Halmfyrede fj ernvarmeværker har været opført i Danmark siden 1980, og i dag er der cirka 55 værker i drift. Flere af værk-erne er opført i et tæt samarbejde med lokale landmænd, og enkelte steder har det været landmændene, der har stået for såvel etablering som drift af anlægget. Værkernes eff ekt vari-erer fra cirka 500 kW op til 12 MW, og den tekniske udform-ning spænder vidt, selvom der naturligvis er systemer, som bliver brugt på stort set alle anlæg.

Når et varmeværk skal investere i et nyt anlæg til biobrænd-sler, står de over for et grundlæggende valg: Skal det være et anlæg til tørt brændsel som halm eller til vådt brændsel som skovfl is? Teknisk set kan det nemlig ikke lade sig gøre at bruge den samme kedel til både våde og tørre brændsler, men deru-dover er der ret vide rammer for, hvilke brændsler kedlen kan håndtere. Det drejer sig primært om at have de rigtige syste-mer til håndtering og indfødning af brændslet.

På et tidspunkt var der 61 halmfyrede varmeværker i Dan-mark, men omkring år 2000 valgte fl ere værker at skifte hal-manlæggene ud med nye anlæg til fl is. Det hang sammen med, at fl isprisen faldt på grund af en betydelig import af træ fra Baltikum, og fl ere anlæg havde dårlige erfaringer med de kontrakter, der i sin tid var blevet indgået med halmlev-

erandørerne. Mange af de første halmværker havde nemlig valgt at indgå langvarige, indeksregulerede kontrakter med landmændene, og det havde været en dyr fornøjelse for fl ere af værkerne. I dag bliver halmen primært handlet på det frie marked via licitationer, og det har gjort halmen mere konkurrencedygtig med det resultat, at der igen er begyndt at komme gang i udbygningen af halmfyrede varmeværker.

Spørgsmålet, om et halm- eller fl isanlæg er mest fordelagtigt, handler især om lokale forhold. Halm handles primært i lokalområdet, hvorimod fl is er blevet en international han-delsvare. Bliver værket placeret i et område med stort hal-moverskud, kan det give lave varmepriser og en kærkommen indtægt til de lokale landmænd. Halm er generelt et billigere brændsel end fl is (se fi gur 8), men til gengæld er værket lidt dyrere, ligesom driftsudgifterne er større end ved et fl isfyret anlæg.

På samme måde som ved gårdanlæg er det god latin at di-mensionere anlægget, så halmkedlen kun kan dække cirka 70% af den maksimale belastning (se fi gur 9). Med den stør-relse vil kedlen skulle præstere cirka 25% af den maksimale eff ekt i sommerhalvåret, og det giver mulighed for at opre-tholde en fornuftig virkningsgrad. Bliver halmkedlen for stor,

Halm til fjernvarmeFo

to: T

orbe

n Sk

øtt/

BioP

ress

Δ

Halmfyrede fj ernvarmeværker kan være et billigt og miljøvenligt alternativ til andre opvarm-

ningsformer – især hvis anlægget er placeret i et område med stort halmoverskud. For år

tilbage var der en tendens til, at fj ernvarmeværkerne foretrak fl is som brændsel, men i dag er der

ikke den store forskel på økonomien i halm- og fl isfyrede varmeværker.


kommer anlægget til at køre på dellast i en stor del af året, og det betyder lavere virkningsgrad og større miljøbelastning. En varmeakkumuleringstank kan være med til at udjævne belastningen hen over året, og i de få perioder om vinteren, hvor halmfyret ikke kan dække behovet, må varmeforsynin-gen suppleres med et oliefyr.

HALMHÅNDTERING PÅ VÆRKETAlle halmfyrede fj ernvarmeværker anvender i dag enten stor-baller eller mediballer, der er cirka 30 cm lavere end storballer. Det er normalt landmanden eller en maskinstation, der sørger for leverancerne af halm til varmeværket, men enkelte steder er det varmeværket, der har ansvaret for transport og opma-gasinering af de mange tons halm. Transporten foregår med traktortræk, hvis leverandøren bor tæt på varmeværket og med lastbil ved de lidt større afstande.

Afl æsning på værket sker typisk med teleskoplæsser eller med truck, der normalt kan tage to baller ad gangen. Flere nyere trucks er endvidere udstyret med specielle ”fangarme”, der kan få fat på de baller, som står længst væk på ladet. På den måde kan et helt lastbiltræk tømmes fra kun den ene side af vognen.

Halmen afregnes efter vægt og vandindhold. Vejning af halmlæsset foregår enten på en brovægt eller en såkaldt platformsvægt. Brovægten er langt den hurtigste at arbe-jde med, da der kun skal foretages to vejninger, mens plat-formsvægten kræver, at trucken kører op på vægten med hvert læs. En brovægt er til gengæld to-tre gange dyrere end en platformsvægt, så det er en afvejning mellem tidsforbrug og investering, der skal afgøre, hvilken løsning der er mest velegnet til det enkelte værk.

Inden afl æsning bliver vandindholdet bestemt med et målein-strument, der er forsynet med et spyd, som stikkes ind i de en-kelte halmballer. Et vandindhold på 14-15% er optimalt. Ved et vandindhold på 18-20% vælger nogle værker at reducere prisen, og kommer vandindholdet op på omkring 25%, vælger de fl este værker at kassere halmen. Grønne og våde klumper i halmen vil normalt også føre til, at halmen bliver afvist.

Et halmlager er pladskrævende, så de fl este værker har kun la-ger til omkring en uges forbrug ved fuldlast. Der bliver typisk stablet fi re baller i højden i afmærkede felter, så kranen autom-atisk kan placere ballerne på et transportbånd – en såkaldt halmbane, hvorfra ballerne køres hen til opriveren eller direkte ind i fyret. Enkelte af de helt små værker har ikke nogen kran, så her skal ballerne placeres manuelt på halmbanen.

KEDLENS UDFORMNINGEn halmkedel er naturligvis designet til halm, men langt de fl este anlæg vil også kunne håndtere andre former for biomasse, blot der er tale om tørt brændsel. Flere anlæg har således gode erfaringer med at supplere med kornafrens, kirsebærskaller, tørt og rent træaff ald etc.

Halmkedler kan have forskellige udformninger, men stort set alle anlæg er udstyret med en vibrationsrist i bunden, hvor forbrændingen foregår. Risten er inddelt i fl ere forbrænd-ingszoner, og den kan bevæges frem og tilbage, så den brændende halm transporteres hen mod askeudtaget. For-brændingen kan styres i hver zone ved tildeling af større eller mindre mængder primærluft.

Hovedparten af halmens energiindhold består af fl ygtige gas-ser, der afbrændes i fyrrummet over risten. Udformning af fyrrummet og styring af lufttilførslen er afgørende for at sikre

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 20100

100

200

300

400

500

600

700

800 Gasolie

Fuelolie

Naturgas

Naturgas (markedspris)

Træpiller

Flis

Halm

Brændselspriser i kroner/MWh

Figur 8. Udviklingen i brændselspriser til fj ernvarmeværker i perioden 1997 til andet halvår af 2010. Kilde Dansk Fjern-varme.


en korrekt forbrænding af de forskellige gasarter, hvoraf fl ere først antændes ved en temperatur på 800-900 ºC. Bliver gas-serne ikke brændt af, ryger de op gennem skorstenen, hvilket betyder dårlig virkningsgrad og forurening af omgivelserne.Efter fyrrummet ledes røggasserne gennem konvektionsde-len, hvor varmen overføres til kedelvandet. Det sker typisk via en række lodrette, vandfyldte rør. De fl este anlæg er end-videre udstyret med en såkaldt economizer – en slags var-meveksler, som er i stand til at trække den sidste varme ud af røgen, inden den ledes op gennem skorstenen.

HELBALLER ELLER SNITTET HALMLangt hovedparten af de halmfyrede varmeværker anvender snittet halm, men der fi ndes også anlæg med skiveskåret halm, ligesom der er enkelte anlæg, hvor halmballerne fyres direkte ind i kedlen – også kaldet cigarfyring. Sidstnævnte havde især deres storhedstid op gennem 1980’erne, men anlæggene er hastigt på retur, da de har meget svært ved at leve op til nutidens miljøkrav.

Systemet med skiveskåret halm består af en indfødning-skasse, som vipper halmballen op på højkant. Når der er be-hov for nyt brændsel, skærer en hydraulisk kniv en skive af halmballen, der efterfølgende skubbes ind i kedlen. Det er et forholdsvist enkelt princip og kan betragtes som en mellem-ting mellem cigarfyring og fyring med snittet halm.

Ved snittet halm er der placeret en opriver mellem halm-banen og kedlen. Opriverne kan have forskellige udform-ninger, men i princippet går det ud på at bringe halmen tilbage til samme tilstand, som før den blev presset. Der har i tidens løb været udført mange forsøg med at undgå halm-pressere og oprivere og i stedet føre den snittede halm di-rekte fra marken ind til varmeværket. Umiddelbart virker det som en oplagt løsning, men de praktiske problemer med at opbevare og håndtere løst halm har været så store, at sys-temet nu er helt opgivet.

Kedler med snittet halm har generelt høje virkningsgrader og lave emissioner. Når halmen først er snittet, er det nem-mere at styre tilførsel af brændsel og luft, end hvis halmen fyres ind som hele baller. Til gengæld er både anlægs- og driftsomkostninger lidt højere end for helballefyr, men det opvejes normalt af en højere virkningsgrad. Anlæg med snittet halm skal altid være udstyret med en sikkerhedssluse mellem opriveren og kedlen for at undgå, at der går ild i hal-men uden for kedlen.

MILJØFORHOLDMiljøbelastningen fra halmfyrede varmeværker har stor bevågenhed fra myndighedernes side, ligesom lokalbe-folkningen naturligvis har en klar interesse i, at anlægget ikke generer naboerne. Alle halmfyrede fj ernvarmeværker i Danmark er således udstyret med posefi ltre, der nedsætter mængden af fl yveaske, så der ikke spredes partikler ud over nærområdet.

Indholdet af CO (kulilte) i røgen er et mål for, hvor eff ektiv forbrændingen forløber. Et højt indhold af CO giver en lav virkningsgrad, røgen lugter, og den vil formentlig indeholde PAHer, som kan være kræftfremkaldende. Det er forholdsvis enkelt at måle indholdet af kulilte, og myndighederne stiller strenge krav til, hvor meget kulilte der må være i røgen.

Kvælstofoxider (NOx) i røgen kan transporteres over lange afstande og blive omdannet til for eksempel salpetersyre, der kan medføre skader på skove, søer og bygninger. Deru-dover kan kvælstoff orbindelser fra luften medføre overgød-skning af næringsfattige naturområder som højmoser og heder. Kvælstofoxider kan endvidere nedsætte lungefunk-tionen hos personer med astma og bronkitis, men her er det især NO2 og ikke så meget NO, der er problemet. NOx kan fj ernes fra røgen, men anlæggene er kostbare, så de bliver praktisk taget aldrig installeret på fj ernvarmeværker.

Halmballerne placeres på lageret med en gaff eltruck. Ballerne skal stilles inden for de gule afmærkninger, så kranen automa-tisk kan hente ballerne på lageret.

Vandindholdet i halmen bliver kontrolleret inden afl æsning. Er vandindholdet på over 25% bliver det normalt afvist.

Foto

: Tor

ben

Skøt

t/Bi

oPre

ss

Foto

: Tor

ben

Skøt

t/Bi

oPre

ss


Det er også muligt at rense røgen for svovldioxid (SO2), men ligesom for NOx er anlæggene for dyre til, at de halmfyrede fj ernvarmeværker vil investere i teknologien. Ved at rense røgen for svovldioxid vil man ellers kunne undgå at betale svovlafgift til staten, men det vil kræve investeringer i både afsvovlingsanlæg og måleudstyr, der skal dokumentere, at grænseværdierne overholdes.

Flere anlæg har i perioder udført forsøg med at installere an-læg til røggaskondensering for at opnå en bedre virknings-

grad, men de fl este steder er anlæggene blevet opgivet efter få års drift. I Høng nord for Slagelse har man imidlertid installeret et helt nyt anlæg til røggaskondensering, som både kan forbedre virkningsgraden med omkring 10% og samtidig fj erne indholdet af svovl. Hvis det bliver en succes, kan det meget vel blive standard på såvel nye som ældre anlæg – især hvis det bliver muligt at fritage anlæggene for svovlafgift, uden at der installeres dyrt og kompliceret måleudstyr.

0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Effektbehov i MW

01.000

2.0003.000

4.0005.000

6.0007.000

8.0009.000

Driftstimer (8.760 timer på et år)

Spidslast

OliefyringHalmfyring

Eftersyn

Figur 9. Halmkedlen bør dimensioneres, så den kan dække cirka 70% af den maksimale belastning. Ved spidslast og eftersyn dækkes varmebehovet af et oliefyr. Kurven viser fordelingen af halm og olie for et 3 MW fj ernvarmeværk med en 2 MW halmkedel. Kilde: Videncenter for Halm- og Flisfyring.

Halmlager på Terndrup Fjernvarmeværk. Transporten fra lageret til fyret foregår med en automatisk styret kran. Lageret kan rumme halm til cirka en uges drift i vinterhalvåret.

Foto

: Tor

ben

Skøt

t/Bi

oPre

ss

Afl æsning af halm på Thisted Fjernvarmeværk. Bemærk, at gaf-feltrucken er i stand til at at hente de halmballer, der står længst væk på ladet. Med en almindelig gaff eltruck skal afl æsningen ske fra begge sider af vognen.

Foto

: Tor

ben

Skøt

t/Bi

oPre

ss


Et kraftværk består i grove træk af en kedel, et dampkredsløb, en turbine og en elgenerator. I kedlen omsættes brændslet til varme, og energien herfra overføres til et dampkredsløb og videre til turbinen, der er koblet til en elgenerator. Når dampen har passeret turbinen, bliver den kondenseret til vand ved hjælp af kølevand fra havet, inden den igen retur-neres til kedlen.

På et traditionelt kraftværk er det kun 40-45% af brændslet, der omsættes til elektricitet. Resten af energien forsvinder op gennem skorstenen og med kølevandet ud i havet.

Et kraftvarmeværk producerer elektricitet på samme måde som et kraftværk, men i stedet for at køle dampen fra turbin-en med havvand bruges returvand fra et fj ernvarmenet, som dermed bliver opvarmet. Ved både at producere el og varme bliver 85-90% af brændslet udnyttet til energiformål, og da

der ikke kræves havvand, kan anlæggene placeres i alle byer, hvor der er et tilstrækkeligt stort varmebehov.

I Danmark har kombineret el- og varmeproduktion høj prioritet, også når det gælder kraftværker, der er placeret tæt ved havet. Tidligere var der primært tale om meget store anlæg, placeret tæt på store byer som København, Århus og Odense, men i 1996 indgik Folketinget en energipolitisk aftale, der blandt andet in-debar, at der skulle bygges nye decentrale kraftvarmeværker til biomasse, aff ald og naturgas. Det førte blandt andet til op-førelsen af verdens første halmfyrede kraftvarmeanlæg i Haslev i 1989. Siden da er der opført yderligere 10 halmfyrede værker, og i Studstrup ved Århus er et kulfyret kraftværk ombygget, så det kan fyre med en blanding af kul og halm.

Udviklingen tog for alvor fart efter 1993, hvor Folketinget vedtog den såkaldte Biomasseplan, der pålagde de centrale

Halm til kraftvarmeFo

to: T

orbe

n Sk

øtt/

BioP

ress

Kraftvarmeanlæg baseret på halm er en dansk specialitet. Siden 1980’erne er der brugt be-

tydelige forskningsmidler på at udvikle en teknologi, der gør det muligt at bruge halm på

kulfyrede værker og etablere rene halmfyrede kraftvarmeanlæg.

Δ


kraftværker at aftage 1,4 millioner tons biomasse om året, heraf mindst 1 million tons halm. Erfaringerne fra udlandet var på det tidspunkt meget begrænsede og omfattede udelukkende anvendelse af træ som brændsel. Halm til energiproduktion var stort set et ukendt begreb inden for kraftvarmesektoren, så det var nødvendigt at igangsætte et ambitiøst udviklings- og demonstrationsprogram. Programmet har medført, at en række af de børnesygdomme, som prægede de første anlæg op gennem 1990’erne, er historie, og i dag er Danmark et af de førende lande, når det gælder eff ektiv anvendelse af halm til elproduktion.

Forsknings- og udviklingsindsatsen inden for kraftvarmeanlæg til halm har især været koncentreret om ristefyring, støvfyring, cirkulerende fl uid bed anlæg og tilsatsfyring, hvor halm og kul afbrændes i den samme kedel.

HALMHÅNDTERING PÅ VÆRKETKraftvarmeværkerne håndterer langt større mængder halm end fj ernvarmeværkerne. Et anlæg som Fynsværket aftager eksempelvis 150–170.000 tons halm om året, svarende til over 300.000 bigballer.

Til at håndtere de store mængder halm er langt de fl este værker udstyret med automatiske kraner, der kan løfte 12 baller ad gangen. Der skal således kun to løft til at tømme en lastbil med anhænger, og da kranen samtidig registrerer både vægt og vandindhold, opstår der sjældent kø ved indgangen til halmlageret. Registrering af vandindholdet foregår ved hjælp af mikrobølger, og en vejecelle på kranen registrerer vægten af hvert løft.

Fra halmlageret føres ballerne med kran hen på transport-bånd, der sørger for den videre transport hen til opriverne. Antallet af transportbånd kan variere fra værk til værk, men de fl este værker har fi re parallelle bånd for at kunne håndtere de store mængder halm.

RISTEFYRINGRistefyring er den mest udbredte teknologi til udnyttelse af halm på de danske kraftvarmeanlæg (se fi gur 10). Som navnet antyder, foregår forbrændingen på en rist i bunden af fyrrummet. I de fl este tilfælde er der tale om en skrå, vandkølet rist, der vibrerer med jævne mellemrum, hvorved halmen bevæges hen mod askeudtaget. En mindre del af asken (fl yveasken) føres igennem kedelanlægget og bliver opsamlet i et posefi lter, inden røgen ledes op gennem skor-stenen.

På hovedparten af de ristefyrede anlæg føres halmballerne fra lageret igennem en opriver, hvorefter halmstråene føres ind på risten ved hjælp af transportsnegle. På enkelte af de ældre anlæg fødes ballerne dog direkte ind i kedlen efter det såkaldte “cigarbrænderprincip”. Her foregår der ikke nogen neddeling af halmen, idet ballerne blot brænder fra

den ene ende til den anden. En del af halmstråene brænder i rummet over risten, mens andre falder ned på risten, hvor de udbrænder.

STØVFYRINGStøvfyrede kraftværksblokke kan ombygges til at fyre med halmpiller i stedet for kul. Det kræver andre lagerfaciliteter, og møllerne skal være i stand til at knuse halmpiller i stedet for kul, men indblæsning af brændslet i kedlen foregår i princip-pet på samme måde, uanset om der er tale om kulstøv eller halmstøv. Forbrændingen af halm kan give de samme proble-mer med tilstopning og korrosion af kedlens overhederrør, så det kan være nødvendigt at sænke damptemperaturen for at forlænge kedlens levetid.

CIRKULERENDE FLUID BED I en såkaldt cirkulerende fl uid bed (CFB) kedel er det muligt at afbrænde halm sammen med kul. Her foregår forbrændingen i et leje af fl ydende sandpartikler, og det giver mulighed for at anvende en lavere forbrændingstemperatur end ved tilsats-fyring og ristefyring. Derved reduceres dannelsen af NOx, og det er muligt af fj erne svovl fra røggassen ved at tilføre kalk til kedlen.

Fluid bed kedler er fl eksible med hensyn til brændselsvalg, men er følsomme overfor aske med lavt smeltepunkt som for eksempel halmaske. Årsagen er, at smeltet aske får sandpar-tiklerne til at klæbe sammen, så partiklerne ikke længere kan holdes svævende. Derfor kan halmandelen maksimalt udgøre 50%.

Ligesom på de ristefyrede forbrændingsanlæg har der været

Et kik ind i Amagerværkets lagerhal til halmpiller. Halmpillerne bliver knust, inden de blæses ind i kedlen som støv efter samme princip som ved kulfyring.

Foto

: Tor

ben

Skøt

t/Bi

oPre

ss


mange udfordringer med hensyn til belægningsdannelse og korrosion. Derudover har der også været problemer med mekanisk slid på kedelrørene, men diverse udskiftninger og ombygninger har løst de største problemer.

Ved fl uid bed forbrænding af kul og halm fremkommer et restprodukt, der ikke kan genanvendes, og det er en meget væsentlig årsag til, at teknologien kun bliver brugt på et en-kelt anlæg i Danmark.

TILSATSFYRINGVed tilsatsfyring forbrændes halm sammen med kul i en støvfyret kraftværkskedel. Ved denne løsning skal der ikke etableres et nyt kedel- og turbineanlæg, og anlægsomko-stningerne er derfor meget begrænsede i forhold til et ris-tefyret anlæg. Samtidig er udslippet af skadelige stoff er til atmosfæren begrænsede, da de kulfyrede kraftværker i for-vejen er udstyret med eff ektive anlæg til rensning af røgen.

Tilsatsfyring blev udviklet i begyndelsen af 1990’erne og blev første gang demonstreret i fuld skala på Studstrupvær-ket uden for Århus. Her blev det dokumenteret, at tilsats-fyring giver en meget eff ektiv forbrænding, og indholdet af kulstofrester i asken er generelt lavere end ved forbrænd-ing af kul alene. I de første år var der problemer med at af-sætte fl yveasken, men det problem er nu løst, og i dag er det muligt at bruge asken til fremstilling af både cement og beton. Af hensyn til nyttiggørelse af asken begrænses an-delen af halm til 20% af den indfyrede mængde brændsel, svarende til 13% af den indfyrede energi.

Under udvikling af teknologien med tilsatsfyring var der stor opmærksomhed på risikoen for forøget korrosion i kedlen, som det er kendt fra de ristefyrede anlæg. Det har dog vist sig, at kulasken har en meget gunstig indvirkning på de kor-rosive bestanddele i halmen. Såfremt halmandelen ikke er for høj, dannes der ikke kloridholdige belægninger i kedlen, og korrosionsrisikoen er derfor begrænset.

Halm-kedel

Damp-turbine

El- generator

Posefilter

Fødevands-beholder

Snittethalm Vibrations-

rist Bund-aske

Figur 10. Principskitse af ristefyret kraftværksblok på Fynsværket.

Illus

trat

ion

fra ra

ppor

ten

“Bio

ener

gi ti

l el o

g va

rme”

. DO

NG

Ene

rgy

og V

atte

nfal

l 200

7.

Halmlager på Enstedværket ved Aabenraa. Bemærk kranen, der er i stand til at løfte 12 baller ad gangen.

Foto

: Tor

ben

Skøt

t/Bi

oPre

ss

Halmballerne føres frem til opriverne via transportbånd – også kaldet halmbaner.

Foto

: Tor

ben

Skøt

t/Bi

oPre

ss


Kombinationen af halm og kul har også en gavnlig eff ekt på de katalysatorer, der skal reducere mængden af NOx i røggassen. På ristefyrede anlæg bliver katalysatorerne ofte ødelagt af kaliumforbindelser, men ved tilsatsfyring ind-bindes kalium i kulasken og bliver dermed mindre skadelig.

UDFORDRINGEREn af de største udfordringer ved halmfyrede kraft-varmeværker har været design af de såkaldte overhederrør i kedlen. For at sikre en høj elvirkningsgrad er det nødven-digt, at dampen har tilstrækkelig høj temperatur og tryk, men da halmaske har et lavt smeltepunkt, er der stor risiko for, at der opstår tæringer og belægninger på rørene.

På de første anlæg var det ofte nødvendigt at stoppe kedlen med jævne mellemrum for at rense rørene, men på nyere halmanlæg er afstanden mellem overhederrørene så stor, at der er plads til opbygning af en tyk belægning af hal-maske. I kombination med sodblæsere er det på den måde lykkedes at forbedre driftstiden for halmfyrede kraftværker.

Belægninger ved halmfyring kan være meget aggressive, og problemet stiger med temperaturen, så der er grænser

for, hvor højt man kan nå op, hvis man vil sikre en fornuftig levetid for anlæggene. På de første anlæg var damptem-peraturen på omkring 450 °C, men i dag er man nået op på 540 °C. Det har givet en mærkbar forøgelse af elvirknings-graden, men man er dog ikke helt på højde med de nyeste kulfyrede værker, der har damptemperaturer på 580-600 °C.

Der er forsket meget i belægningsdannelse og korro-sion ved ristefyring af halm. Det er blandt andet kortlagt, hvordan kaliumklorid fra halm fordamper under for-brændingen og afsættes på overhederrørene. Tilsvarende er korrosionsmekanismerne blevet nøje undersøgt. Over-hederrør indeholder jern, krom og nikkel, og det har vist sig, at kloriderne ved høje temperaturer selektivt fj erner krom fra stålet og dermed svækker den mekaniske styrke af rørene. Et indhold af krom på 12-18% har vist sig at give den bedste beskyttelse af rørene. Endelig har der været udført forsøg med at tilføre forskellige additiver til forbrændingen for at reducere korrosionsangrebene. Den teknologi har vist sig at fungere fi nt ved fyring med træ, men ved halm-fyring er askemængderne så store, at forbruget af additiver bliver for højt til, at det er økonomisk rentabelt.

Studstrupværket ved Århus, hvor man fyrer med en blanding af halm og kul. Erfaringerne har vist, at kulasken har en meget gunstig indvirkning på de korrosive bestanddele i halmen. Såfremt halmandelen ikke er for høj, dannes der ikke kloridholdige belægninger i kedlen, og korrosionsrisikoen er derfor begrænset.

Foto

: Tor

ben

Skøt

t/Bi

oPre

ss


Ved alle former for energiproduktion gælder det om at udnytte restprodukterne bedst muligt for på den måde at reducere miljøbelastningen. Ved traditionel kulfyring anvendes asken til produktion af cement og beton, mens gips fra afsvovlin-gen anvendes til produktion af gipsplader. Ved forbrænding af biomasse afhænger mulighederne for at nyttiggøre asken af den anvendte fyringsteknologi.

Ved ristefyring af halm udtages asken som henholdsvis bundaske fra risten og som fl yveaske fra røggassen. Begge typer aske indeholder gødningsstoff er, primært kalium, som afgrøderne har optaget fra jorden. Tilbageføring af asken til land- og skovbruget kan sikre, at en del af gødningsstoff erne bliver i kredsløbet, og at der kan spares på importen af kunst-gødning.

Udspredning af halmaske reguleres efter ”Bekendtgørelse om anvendelse af aske fra forgasning og forbrænding af bio-masse og biomasseaff ald til jordbrugsformål” – i daglig tale kaldet “bioaskebekendtgørelsen”. Her er der fastsat regler for, hvor store mængder aske der må udspredes pr. hektar, og hvilke krav asken skal opfylde. I dag udspredes bundasken fra de halmfyrede værker på landbrugsjorden, og dermed bliver hovedparten af asken nyttiggjort.

Flyveasken udgør cirka 20% af den samlede mængde hal-maske, men den indeholder store mængder værdifuld gød-ning i form af kaliumklorid og kaliumsulfat. Kaliumsaltene frigøres under forbrændingen til røggassen og opkoncen-treres derfor i fl yveasken. Det samme er dog også tilfældet for tungmetallet cadmium, hvilket medfører, at fl yveasken ikke kan opfylde kravene i bioaskebekendtgørelsen. Hos Kom-munekemi i Nyborg har man imidlertid udviklet en proces, der gør det muligt at udvinde fl ydende kaliumgødning fra fl yveasken stort set uden indhold af tungmetaller. Gødning-sproduktet kan leveres enten til en gødningsproducent eller direkte til landmanden.

Ved tilsatsfyring af halm udgør halmasken kun en mindre del af askemængden – hovedparten er fortsat kulaske. Indsatsen har derfor været koncentreret om at sikre, at den traditionelle nyttiggørelse af asken til beton- og cementproduktion kan bibeholdes, selvom der tilføres store mængder kalium med halmen. I et samarbejde med aftagerne af fl yveaske i indus-trien er det lykkedes at demonstrere, at fl yveaske fra tilsats-fyring kan anvendes på lige fod med den kendte kulaske un-der forudsætning af, at halmandelen ikke er for høj, og/eller der anvendes kul med et lavt indhold af alkali.

Emissioner og restprodukter

En stor del af halmasken indeholder gødningsstoff er, der kan føres tilbage til landbrugs-

jorden, men der er også tungmetaller, som skal behandles med stor forsigtighed.

Δ

Foto: Torben Skøtt/BioPress


Anvendelse af halm som brændsel i kedler er i dag den mest gennemtestede teknologi, når det drejer sig om at bruge halm til energiformål. Det er samtidig en af de mest eff ektive metoder til at opnå en høj virkningsgrad – især hvis der er tale om kedler i forbindelse med kraftvarmeanlæg.

Der fi ndes dog andre teknologier, som på sigt kan vise sig at blive lige så interessante som simpel afbrænding. Bioethanol fremstillet ud fra halm kan erstatte benzin og på den måde være med til at reducere transportsektorens udledning af drivhusgasser. Transporten står globalt set for 25% af CO2-udledningerne, andelen er stigende, og det har vist sig over-ordentlig vanskeligt at knække den kurve. Her kan bioethanol være en løsning, især på kort sigt, da det er muligt at blande op til 10% bioethanol i benzinen, uden at det kræver æn-dringer af motorerne.

Fremstilling af bioethanol på basis af korn, majs eller sukker-rør er kendt teknologi. En lang række af disse 1. generation-sanlæg er etableret i blandt andet USA og Brasilien, hvor de leverer store mængder bioethanol til erstatning for benzin.

Anvendelse af landbrugsprodukter til produktion af bioetha-nol har imidlertid været udsat for en betydelig kritik gennem de senere år. Mange frygter, at en massiv anvendelse af bioethanol vil medføre drastiske prisstigninger på fødevarer og forværre sultproblemerne i de fattige lande. Det har ført til en betydelig udviklingsindsats inden for de såkaldte 2. gen-erationsteknologier, hvor produktionen af bioethanol sker på basis af restprodukter fra landbruget og skovbruget.

2. GENERATIONS BIOBRÆNDSTOFFERHalm og andre restprodukter kan nemlig godt bruges som råvarer, da de indeholder sukkerstoff er i form af cellulose og hemicellulose. Det er blot mere besværligt, fordi sukkerstof-ferne er svært tilgængelige. Det kræver en kompliceret forbe-handling, hvor halmen varmes op under tryk, ligesom der skal tilsættes enzymer for at nedbryde biomassen.

Processen kan sammenlignes med det, der sker, når vi selv in-dtager føde. Spiser vi for eksempel en kartoff el, er vi ved hjælp af vores spyt i stand til at nedbryde kartofl en til sukkermole-kyler, som kroppen efterfølgende kan omdanne til energi. Forsøger vi derimod at spise et halmstrå, kan vi ikke få fat på energiindholdet, på samme måde som man heller ikke kan få fat på sukkerindholdet ved hjælp af gær og de enzymer, der anvendes på 1. generations ethanolanlæg.

Tidligere har der ikke været pålidelige teknologier til forbe-handling af biomassen, og enzymomkostningerne har været alt for høje. På begge områder er der imidlertid sket en be-tydelig udvikling, og danske virksomheder er nu tæt på at kunne levere kommercielle anlæg til produktion af 2. genera-tions bioethanol. Det skyldes ikke mindst DONG Energys dat-terselskab Inbicon, der har et stort pilotanlæg i drift, samt No-vozymes og Genencor, der på verdensplan er førende inden for udvikling og fremstilling af enzymer, som kan omdanne cellulose og hemicellulose til sukker.

Generelt kræver produktion af bioethanol en del energi, og derfor vil det ofte være en fordel at integrere processen med andre energianlæg eller industrivirksomheder. Det kan for eksempel være et kraftværk, der i perioder har et stort ener-gioverskud.

Halm til bioethanol

Δ

Produktion af bioethanol ud fra halm kan blive et spændende alternativ til anvendelse af

halm i kedelanlæg. Teknologien er dog endnu ikke kommercielt tilgængelig, men Danmark

har et af de største pilotanlæg i verden, og der vil formentligt ikke gå mange år, før de første

fuldskalaanlæg er i drift.

Forsøg med fremstilling af bioethanol på Skærbækværket ved Fredericia. Resultaterne herfra er blevet brugt til at etablere et stort pilotanlæg ved Kalundborg.

Foto

: Tor

ben

Skøt

t/Bi

oPre

ss


Produktion af bioethanol medfører en række biprodukter, der kan anvendes til blandt andet foder og brændsel. Hvis anlæg-get er opført i tilknytning til et kraftværk kan biprodukterne anvendes som brændsel på kraftværket i stedet for kul. Andre restprodukter kan omdannes til biogas, brint, metanol kemi-kalier eller plastic.

INBICONS ANLÆG I KALUNDBORGI november 2009 kunne DONG Energys datterselskab Inbi-con indvie et anlæg ved Kalundborg, der på årsbasis kan omdanne 30.000 tons halm til bioethanol, foder og brænd-selspiller. Ifølge Inbicon er der tale om et af verdens største anlæg til produktion af 2. generations biobrændstoff er, men der er dog ikke tale om et produktionsanlæg i traditionel for-stand. Skal der være økonomi i den type anlæg, skal man op på en kapacitet på omkring 500.000 tons halm om året, så det primære formål er at kunne videreudvikle teknologien og sælge licenser til andre projekter rundt om i verden.

En af de helt store udfordringer har været udviklingen af en teknologi, der gør det muligt at foretage en kontinuerlig ind-fødning af halmen i en reaktor, hvor der er et tryk på 15 bar og en temperatur på omkring 185 grader. Her bliver halmen forbehandlet, hvorefter den nedbrydes til sukkerstoff er ved hjælp af enzymer. Resten af processen minder om et tradi-tionelt 1. generationsanlæg, hvor det centrale i processen er gærceller, der omdanner sukker til bioethanol (se fi gur 11).

DONG Energy har forsket i bioethanol siden 1990’erne. I 2003

opførte selskabet det første pilotanlæg, og siden da er teknol-ogien blevet udviklet, så man i dag mestrer hele produk-tionsforløbet fra råmateriale til den færdige bioethanol. Ud-viklingsindsatsen har dog især haft fokus på forbehandling af biomassen, hvor selskabet i dag er blandt de førende i ver-den. Arbejdet er foregået i samarbejde med iværksætteren Børge Holm Christensen og danske vidensinstitutioner som Risø DTU samt Københavns Universitet.

BIOGASOLDet danske udviklingsselskab BIOGASOL har udviklet et an-det dansk koncept til produktion af bioethanol, hvor biprod-ukterne foruden fast biobrændsel også omfatter gasformige brændsler i form af metan og brint. Princippet i processen er vist i fi gur 12.

Først gennemføres en termisk forbehandling af halmen un-der tilførsel af ilt, hvorefter biomassen nedbrydes ved hjælp af enzymer. Den efterfølgende fermentering udføres i to trin, hvor det første trin omsætter cellulose, og det andet trin om-sætter hemicellulose til bioethanol. I processens afsluttende trin føres procesvand og rester af biomasse til en reaktor, hvor der produceres metan og brint.

Et pilotanlæg med betegnelsen Maxi-Fuel blev indviet i sep-tember 2006 på Danmarks Tekniske Universitet, og der er planer om at etablere et større pilotanlæg til 200 millioner kroner på Bornholm i 2011.

C5 melasse

Destillation

Ethanol Fermentering

Flydende fibre

Gær

El og varme

Enzymer

Vand

For-behandling

Halm

Fibre

Damp

Kraftvarmeværk

Bio-brændsel

Separation

Forflydning

SFF

Figur 11. Principskitse af Inbicons ethanolproduktion.

Et af de centrale elementer er forbehandling af halmen, der foregår ved et tryk på 15 bar og en temperatur på omkring 185 grader. Anlægget er opført i tilknytning til et kraftværk, så overskudsvarmen kan bruges til fremstilling af ethanol, og kraftværket kan udnytte en del af biomassen fra ethanolanlæg-get som brændsel.

Illus

trat

ion:

Inbi

con

Helsæd Vådoxidering

Enzymer

Fermentering

Fermentering

Biogas-reaktor

Figur 12. Principskitse af Biogasols ethanolproduktion.

Ved Biogasols forbehandling “åbnes” biomassen ved trykkogn-ing i en svag syre- eller baseopløsning. Derved bliver suk-kerkæderne tilgængelige for den videre behandling med enzymer og/eller fermentering. BioGasol har endvidere udviklet en genmodifi ceret termofi l mikroorganisme, der er i stand at omsætte C5 sukker til ethanol, hvilket øger ethanoludbyttet fra halm med 30-40%.

Illus

trat

ion:

Dan

mar

ks Te

knis

ke U

nive

rsite

t


I en cirkulerende fl uid bed forgasser (CFB) omsættes biomas-sen til gas, hvorefter gassen kan afbrændes i en kraftværk-skedel. På den måde kan asken holdes ude af fyrrummet, og det giver mulighed for at udnytte en lang række forskel-lige biobrændsler, uden at der opstår kraftige og korrosive belægninger i kedlen. Systemet kan for eksempel benyttes til samfyring af halm og aff ald i eksisterende kulkedler, da de forskellige typer aske holdes adskilt og dermed kan genbru-ges hver for sig.

Traditionelle CFB forgassere forudsætter dog typisk tempera-turer på 850-900 °C, og derved er der stor risiko for, at asken smelter, når der anvendes biomasse fra landbruget, ligesom

høje koncentrationer af fordampede askekomponenter kan give problemer, når gassen afkøles og renses. I Danmark har Danish Fluid Bed Technology derfor udviklet en særlig ud-gave af anlægget med det ikke særlig mundrette navn Lav Temperatur Cirkulerende Fluid Bed (LT- CFB). Her omsættes biomasse til gas ved en temperatur, der ligger lige under askens smeltepunkt, og det gør anlægget velegnet til blandt andet afgasning af halm.

Ligesom i en traditionel CFB-forgasser føres biomassen ind i et reaktionskammer, hvor det hurtigt varmes op ved hjælp af sand- og askepartikler, der cirkulerer rundt i anlægget (se fi gur 13). I LT-CFB forgasseren er det primære reaktionskam-mer mindre, og temperaturen er sænket, da hensigten er at opnå en hurtig pyrolyse og ikke den mere tidskrævende for-gasning af koks.

Da der ikke er ilt til stede, bryder biomassen ikke i brand, men omdannes til cirka 80% pyrolysegas og 20% koks. Kokspar-tiklerne bliver forgasset ved tilførsel af luft og eventuel vand-damp i en særskilt koksreaktor.

Konceptet blev første gang testet i et lille forsøgsanlæg på Danmarks Tekniske Universitet i år 2000. Tre år senere blev der etableret et 500 kW anlæg, der kan forgasse op til fi re tons brændsel i døgnet, og for nylig har DONG Energy startet et seks MW demonstrationsanlæg op i Kalundborg, hvor gas-sen skal udnyttes på et nærliggende kraftværk.

Fra halm til gas

Δ

I Kalundborg har DONG Energy opført et stort forgasningsanlæg, hvor halmen først om-

dannes til gas, inden den brændes af på et eksisterende kraftværk. Hvis det bliver en suc-

ces, kan det ende med at blive fremtidens teknologi til udnyttelse af de mere problematiske

biobrændsler som halm og gyllefi bre. En anden mulighed er at bruge halm i biogasanlæg, men

erfaringerne på det område er forholdsvis begrænsede.

Luft

Gas

Pyrolyse- reaktor

Koks-reaktor

Sekundær cyklon

Primær cyklon

Pyrolyse-gas

Koksrest

Aske

Halm730 °C

650

°C

Figur 13. Sådan omdannes halm til gas i en LT-CFB forgasser.

I LT-CFB forgasseren tilføres halmen i bunden af pyrolysekam-meret, hvor det opvarmes til cirka 650 °C. Da der ikke er ilt til stede, bryder halmen ikke i brand, men omdannes i stedet til 80% pyrolysegas og 20% koks. En strøm af cirkulerende sand-partikler river kokspartiklerne med sig, hvorefter de udskilles af en primærcyklon og recirkuleres til bunden af pyrolysekam-meret via en reaktor, der omdanner koksen til gas.

Ved forgasning af koksdelen i et separat kammer er det muligt at holde procestemperaturerne lave, så asken ikke smelter. Der-ved kan asken inklusive alkalisalte og fosfor skilles fra, så man får en gas, der ikke forårsager belægninger og korrosion. Den næringsrige aske kan efterfølgende genbruges som gødning.


BILLIG OG FLEKSIBEL LØSNINGLT-CFB forgasseren er forholdsvis enkel i sin opbygning, og derfor er anlægsomkostningerne væsentlig mindre end for andre typer forgasningsanlæg. Samtidig har anlægget vist sig at være utrolig fl eksibel, hvad angår valg af brændsel. I tidens løb har der således været gennemført vellykkede forsøg med:

• Træ, men kun kortvarigt, da træbrændsler også kan ind-fyres direkte i kedelanlæg.

• Flere slags halm, herunder halm med et betydeligt ind-hold af aske-, kalium og klor.

• Flere slags gyllefi bre fra biogasanlæg.• Flere slags tørret gødning fra høns og svin.• Tørrede restfi bre fra produktion af fortykkelsesmidler fra

citrusskaller og tang.

Kunsten består i at kunne styre temperaturen i forgasseren, så man aldrig kommer op på det niveau, hvor asken begynder at smelte – det er lykkedes i alle forsøgene.

Under de seneste forsøg på Danmarks Tekniske Universitet har det vist sig muligt at rense gassen i en cyklon, afkøle den til 300 °C og derefter foretage en yderligere rensning i et posefi lter. Her er det vigtigt, at aske og tunge tjærestoff er ikke kondenseres i hverken køler eller fi lter.

Posefi ltrering af den meget tjæreholdige gas åbner mulighed for at anvende gassen i naturgasfyrede anlæg og i kedler, der udelukkende er beregnet til forgasningsgas. Uden pose-fi ltrering vil gassen primært kunne anvendes på kulfyrede kraftværker. Et kort forsøg med tjærekrakning af den fi ltrere-

de gas viser dog, at forgasseren med tiden også vil kunne an-vendes til processer, der kræver en tjærefattig gas.

FRA GAS TIL FLYDENDE BRÆNDSTOFEn af de helt store udfordringer i et fremtidigt energisystem baseret på vedvarende energi er at få indpasset elproduk-tionen fra solceller og ikke mindst de mange vindmøller, der kommer til at stå for halvdelen af elproduktionen i 2050. Det kræver superfl eksible kraftværker, og det er her, forgasning-sanlæggene har sin helt store styrke. De fl este forgasning-sanlæg kan hurtigt skrue op og ned for eff ekten, og gassen kan omdannes til fl ydende brændstof i form af methanol, der blandt andet kan bruges som brændstof i bilerne. I perioder med megen vindkraft kan man således lade forgasningsan-læggene producere lagerstabile brændstoff er til transport-sektoren, og omvendt kan man i perioder med meget lidt sol og vind bruge en større mængde biomasse til elproduktion.

I dag bruges methanol især som frostvæske, opløsningsmid-del og i den kemiske industri, men det kan også bruges i for-brændingsmotorer, ligesom det kan anvendes til brændsels-celler.

HALM I BIOGASANLÆGMange biogasanlæg bruger i dag energiafgrøder til produk-tion af gas, og fl ere anlæg er blevet opmærksomme på, at halm måske kan blive en fremtidig råvare til produktion af biogas. Energiudbyttet ligger ganske vist kun på cirka 60% af det udbytte, man kan opnå ved afbrænding, men gassen har langt fl ere anvendelsesmuligheder, og næringsstoff erne bliver ført tilbage til landbrugsjorden sammen med det kul-stof, som ikke blev omsat i anlægget.

Problemet har hidtil været, at det kan være besværligt at få blandet halmen op med gylle, men der bliver løbende ud-viklet nye indfødningssystemer, som letter håndteringen, ligesom der også fi ndes forskellige forbehandlingsteknologi-er, der kan øge gasudbyttet med omkring 50%. En af de mere kendte teknologier er trykkogning, som også bliver brugt til produktion af 2. generations bioethanol, men der bliver også forsket i mekaniske processer, hvor halmen komprimeres så hårdt, at der nærmest sker en eksplosion. Fordelen ved det system er, at det er langt mindre energikrævende end tryg-kogning.

Foto

: Tor

ben

Skøt

t/Bi

oPre

ss

Forgasningsanlægget i Kalundborg, hvor halmen omsættes til gas, inden den brændes af på det nærliggende kraftværk.


Virksomheder med kompetencer inden for anvendelse af halm til energiformål

Logo Kontaktdetaljer Beskrivelse

Pro

du

kti

on

Lo

gis

tik

Fo

rbe

ha

nd

lin

g

Ko

nv

ert

eri

ng

En

erg

iud

ny

tte

lse

Fo

rsk

nin

g,

råd

giv

nin

g,

bra

nc

he

org

. e

tc.

Videncentret for Landbrug

Agro Food Park 158200 Århus NTlf.: 8740 5000www.vfl .dk

Holder lokale landbrugscentres konsulenter ajour med den nyeste faglige viden om markdrif-ten, samt udvikler værktøjer til styring af plant-eproduktionen. Ny viden produceres gennem Landsforsøgene®, FarmTest og i samspil med forskningen, og formidles fortrinsvis gennem landbrugsInfo.dk og landmand.dk.

• •

Fasterholt Maskinfabrik A/S

Ejstrupvej 227330 BrandeTlf.: 9718 8066www.fasterholt.dk

Hovedprodukter er: • Vandingsmaskiner til det professionelle

markbrug• Halmballesamlevogne til efterspænding på

presseren til både fi rkantede og rundballer

• •

FarmerTronic Industries A/S Nyskovvej 136580 VamdrupTlf.: 7692 0200www.farmertronic.com

Udvikler og producerer fugtighedsmålere til landbrug og industri. Til professionelle brugere tilbydes en kalibreringsprocedure der sikrer at In-strumenterne lever op til de strengeste krav, som er refl ekteret i kraftvarmeværkers kvalitetssty-ringssystemer.

•

Guldhammer Engineering Aps

Gl. Silkeborgvej 33, Ø. Velling8920 Randers NVTlf.: 8646 1462www.guldhammer.net

Produktion af halmvogne til professionel trans-port af alle typer storballer. •

Johs. Randløvs Maskinfabrik A/S

Vroldvej 498660 SkanderborgTlf.: 8652 1022www.randloev-maskin.dk

Produktion af halmvogne til professionel trans-port af bigballer. •

Parkland Maskinfabrik A/S

Vejlemosevej 144160 HerlufmagleTlf.: 5764 2105www.parkland.dk

Produktion af ballesamlevogne, til at efter-spænde storballepresser, således man får en hurtig og eff ektiv indsamling af storballer ved den efterfølgende fragt fra marken. Vognene kan også udstyres med vægt for vejning af ballerne.

•

POMI Industri ApSwww.pomi.dk e-mail: [email protected] CVR. nr.: 25263383

POMI Industri ApS

Abildvadvej 5, Thorup9610 NøragerTlf.: 9855 2000www.pomi.dk

Produktion af ballesamlevogne, til at efter-spænde storballepresser, således man får en hurtig og eff ektiv indsamling af storballer ved den efterfølgende fragt fra marken. Vognen kan samle alle typer fi rkant-baller.

•

A g r o l i n e

Supertech Agroline Hestehaven 55400 Bogense Tlf.: 6481 2000www.supertech.dk

Producerer udstyr til måling af fugtighed og temperatur i hø, halm, ensilage og træfl is, med måleområde fra 8,5% til 60% vand.

•

C. F. Nielsen A/S Solbjergvej 199574 BælumTlf.: 9833 7400www.cfnielsen.com

Mekaniske og hydrauliske presseanlæg til frem-stilling af briketter. Træ- og agroprodukter som strå forvandles til værdifulde biomassebriketter.Komplette produktionslinjer til fremstilling af briketter af alle former for træ, agroprodukter herunder strå, miscanthus, risskaller m.fl .

•



Pro

du

kti

on

Lo

gis

tik

Fo

rbe

ha

nd

lin

g

Ko

nv

ert

eri

ng

En

erg

iud

ny

tte

lse

Fo

rsk

nin

g,

råd

giv

nin

g,

bra

nc

he

org

. e

tc.

Lin-Ka Maskinfabrik A/S

Nylandsvej 386940 Lem St.Tlf.: 9734 1655www.linka.dk

Producerer og udvikler biomasseanlæg til produktion af varme eller damp. Disse anlæg er komplette anlæg indeholdende kedel, halmopriver samt halmbane.

• • •

Passat Energi A/S

Vestergade 36, Ørum8830 TjeleTlf.: 8665 2100www.passat.dk

Producerer fuldautomatiske biobrænd-selsanlæg fra 140-1000 kW til bl.a. halm. Har teknologi og knowhow til at håndtere halm i stor-skala industriløsninger til blandt andet 2. generations bioethanolanlæg, både vedrørende kedler og logistik.

• • •

Skelhøje Maskinfabrik A/S

Møllegårdsvej 528600 SilkeborgTlf.: 8695 1590www.skelhoje.dk

Producent af halmkedler for opvarmning til landbrug og industri. •

Alcon A/S

Frichsvej 118464 GaltenTlf.: 8666 2044www.alcon.nu

Fremstilling af manuelle fyringsanlæg til alle typer biobrændsler, stålskorstene, akku-muleringstanke samt mindre kedler til fyring med halmballer og anden fast brændsel med underforbrænding og modstrøms forbrænd-ing. Forhandler også stokeranlæg til de fl este brændselstyper.

• •

Faust

Vester Fjordvej 29280 StorvordeTlf.: 9831 1055www.faust.dk

Faust arbejder især med udvikling og produk-tion af fl is og halm kedler, både manuelle og automatiske, med fokus på høj energiudnyttelse af brændslerne og med kedelydelser på 150 kW til 1,5 MW.

• •

Kaas Staalbyg A/S - KF Halmfyr

Hjulmagervej 12-169490 PandrupTlf.: 9618 3232www.kaasstaalbyg.dk

Udvikler og producent af større halmfyring-sanlæg med manuel indføring. Alle typer har høj virkningsgrad og er DTI godkendte mht. overholdelse af gældende normer for CO2. Disse danskproducerede anlæg kan alle håndtere et stort vandindhold, hvilket sikrer en stabil fyring.

• •

Overdahl Kedler ApS Hjallerupvej 219320 HjallerupTlf.: 9828 1606www.overdahl.dk

Arbejder især med at producere stoker og kedler, herunder stoker til forbrænding af aff aldskorn, træpiller, fl is etc., evt. kombineret med fast brændsel i form af træstykker og/eller halm.

• •

REKA

Vestvej 79600 AarsTlf.: 9862 4011www.reka.com

Fremstiller både manuelle kedler og fuldau-tomatiske fyringsanlæg til udnyttelse af de fl este former for faste brændsler (biobrændsel), bl.a. automatiske anlæg fra 10-6.500 kW for halm, træfl is, spåner, savsmuld, piller, kul samt korn og afrens.

• •

Scanboiler Varmeteknik A/S

Vangvedvænget 18600 SilkeborgTlf.: 8682 6355www.scanboiler.dk

Speciale inden for salg og dimensionering af bio-brændelsesanlæg, hvad enten det drejer sig om træpiller, fl is, fastbrændsel eller halm, med kedler fra 10,5 kW til 600 kW. Scanboiler kan ligeledes være behjælpelige med sol- og jordvarmeanlæg.

• •



Pro

du

kti

on

Lo

gis

tik

Fo

rbe

ha

nd

lin

g

Ko

nv

ert

eri

ng

En

erg

iud

ny

tte

lse

Fo

rsk

nin

g,

råd

giv

nin

g,

bra

nc

he

org

. e

tc.

Aarhus Universitet

Institut for BiosystemteknologiBlichers Allé 208830 TjeleTlf.: 8999 1900www.agrsci.au.dk

Forskning i maskinteknologier og metoder til bjærgning, høst og håndtering af halm og energiaf-grøder. Gennemfører test af halmfyringsanlæg, der omfatter bestemmelse af nyttevirkningsgrad samt måling af røgens indhold af ilt, kulilte, støv mm.

•

AgroTech A/S

Agro Food Park 158200 Århus N Tlf.: 8743 8400www.agrotech.dk

Viden om: • Halmudbytter i forskellige afgrøder og

halmressourcer i et geografi sk område samt halmkvalitet til forbrændingsformål.

• Teknik til bjærgning og transport af halm fra mark til aftager.

•

Con Terra

Niels Pedersens Allé 28830 TjeleTlf.: 8999 2540www.conterra.dk

Målrettede, geografi sk baserede oversigter og statistikker, fx til dokumentering af markedsana-lyser og forundersøgelser, på basis af opdaterede off entlige registre, fx over halmproduktionen på basis af data om afgrødevalg på markniveau.

•

Dansk Fjernvarme Merkurvej 76000 KoldingTlf.: 7630 8000www.danskfj ernvarme.dk

Interesseorganisation for de danske fj ern-varmeværker. 62% (svarende til 1,6 mio.) af de danske husstande opvarmes med varme fra Dansk Fjernvarmes medlemsværker. Medlem-merne tæller både små, lokale fj ernvarmeværker, og de helt store fi rmaer som DONG (www.dong-energy.dk) og Vattenfall (www.vattenfall.dk).

•

Danske

Halmleverandører

Danske Halmleverandører Axeltorv 31609 København V. Tlf.: 3339 4990www.danskhalm.dk

Privat leverandørforening, der har til formål at tjene medlemmernes interesser. Der følges tæt med i de politiske rammer for anvendelsen af halmen, holdes tæt kontakt med aftagerne af halmen, samt følges med i udviklingen af nye teknologier til udnyttelse af halmen.

•

Landbrug og Fødevarer

Axeltorv 3 1609 København V.Tlf.: 3339 4000www.lf.dk

Erhvervsorganisation, hvis formål er at varetage fælles opgaver og erhvervsmæssige interesser for landmænd og fødevarevirksomheder, inklu-sive alt fra produktion af biomasse til bioenergi, energibesparelser og energiafgifter.

•

KU-life - Skov & Landskab

Købehavns UniversitetRolighedsvej 231958 Frederiksberg CTlf.: 3533 1500 www.sl.life.ku.dk

Grundforskning vedrørende anvendelse af halm til energi, omfattende emner som genetisk varia-tion og udvælgelse, halmens struktur og kemiske sammensætning, enzymatiske interaktioner, bæredygtighedsproblematikker, samt bioraffi -nering.

•

PlanEnergi

Jyllandsgade 19520 SkørpingTlf.: 9682 0400www.planenergi.dk

Planenergi tilbyder rådgivning i alle faser af anlægsetableringen, herunder forstudier, plan-lægning, design, ansøgninger, udbudsmateriale samt tilsynsopgaver.

•

Risø DTU

Nationallaboratoriet for Bæredygtig Energi Danmarks Tekniske UniversitetFrederiksborgvej 3994000 RoskildeTlf.: 4677 4677www.risoe.dtu.dk

Beskæftiger sig med forskningsprojekter og andre aktiviteter vedrørende analyser og analysemetoder, forbehandlings- og konverter-ingsteknologier som fx enzymatisk hydrolyse og forgæring, samt massebalancer.

•

Teknologisk Institut

Kongsvang Alle 278000 Aarhus CTlf.: 7220 2000www.teknologisk.dk

Instituttets kompetencer omfatter ressour-ceopgørelser, logistik og håndtering, organiser-ing af leverancer, etablering af halmfyrede anlæg fra gård- til kraftværksstørrelse, forbrændingste-knologi og anden konvertering samt håndtering af restprodukter.

•

Foto: Flemming Nielsen/Story2Media


Noter

Δ

________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________


_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Som resultat af en målrettet og visionær politik om innovative teknologier til konvertering af halm til energi, der blev sat i gang som en reaktion på oliekrisen i 1973, indtager Danmark i dag en førende, international position på markedet.

I dag anvendes halm i vid udstrækning som biobrændstof i centrale og decentrale kraftvarmeværk-er, mens halm i de første år primært blev brugt til egen produktion af varme på gårde. Samtidig tilbyder nye teknologier, såsom pyrolyse og produktion af 2. generations biobrændstoff er, nye per-spektiver i at give halm en mere fl eksibel rolle i fremtidens energiforsyning, kombineret med andre vedvarende energikilder, og i at opfylde kravet om klimavenlige brændstoff er i transportsektoren.

Denne pjece gør status over brugen af halm til energiformål i Danmark og giver en gennemgang af teknologier, politikker og innovative løsninger. Den indeholder også en liste over virksomheder og organisationer med særlige kompetencer og teknologier i forsyningskæden for halm til energi, lige fra produktion, logistik og indledende behandling til konvertering og udnyttelse, under hen-syntagen til forskellige discipliner såsom produktion af udstyr, rådgivning, forskning og innova-tion.

Documents

Halm til energi - status, teknologier og innovation i Danmark 2011