IVL Swedish Environmental Research Institute

Vid förbehandlings- och samrötningsanläggningar förekommer mikroorganismer i det avfall som hanteras och rötning innebär att mikroorganismer bryter ner avfallet. Mikroorganismerna kan innebära hälsorisker för de anställda, då bioaerosoler, dvs. damm och vätskeaerosoler som innehåller mikroorganismer och deras metaboliter, kan uppstå vid hanteringen av avfallet. Forskningsprojektet om mikroorganismer i arbetsmiljön vid förbehandlings- och samrötningsanläggningar har undersökt när och var det finns risk för exponering för damm och aerosoler, och därmed för mikroorganismer.

Den metodik som valts, och bedömts ge mest tillförlitligt underlag för en diskussion om åtgärder, är mätning av partiklar (uppdelat på olika storleksfraktioner) med direktvisande optiskt instrument. Mätinstrumentet har främst placerats stationärt för att följa hur dammhalten på utvalda platser varierar över tid, men har även burits runt i anläggningen av personalen för att studera dammhalterna i olika delar och vid olika arbetsmoment, exempelvis underhållsarbete och rondering. Studiebesök med mätningar och intervjuer har utförts vid tre förbehandlingsanläggningar, eftersom exponeringen bedöms vara högst i den typen av anläggningar.

Mätningarna visar att förhöjda halter av partiklar förekommer vid platser och arbetsmoment där avfall hanteras öppet och där ventilationen är otillräcklig, och förhöjs ytterligare om materialet är i rörelse, om det är ostädat så att torkat avfall ”dammar” och/eller när man spolar vatten med högt tryck.

Intervjuerna visade att de anställda generellt var överens om var riskmoment fanns och pekade ofta ut samma platser på anläggningarna. Detta visar att även om mätinstrument inte finns att tillgå kan en anläggning komma långt med att tillsammans med personalen kartlägga ”kritiska” platser/arbetsmoment.

Där inga andra åtgärder fungerar eller är möjliga rekommenderas att personal använder andningsskydd i större utsträckning än vad som görs idag. Detta trots att personal inte, eller i mycket liten grad, upplevt problem. När det gäller luftvägsexponering kan man klara sig utan akuta besvär, men vid arbete under många år kan symptom/problem komma senare i livet.

In this study, we demonstrate that in certain cases, it can be advantageous to produce hydrogen from biogas and to use it in heavy-duty vehicles such as buses. In Luleå, it may be feasible to use hydrogen from biogas in city buses because there is a need for heating where waste heat from the fuel cell can be utilized. However, it is uncertain whether the waste heat is sufficient or if a separate auxiliary heater driven by diesel or HVO is needed. If such a heater is required, the conclusion is that hydrogen from biogas is suitable for other segments of heavy transportation, where battery electrification is not as suitable. Overall, our study shows that hydrogen from biogas may be interesting as a transitional fuel to increase the availability of environmentally friendly hydrogen until electrolyzer capacity is sufficiently expanded.

At the same time, our mapping of the policy landscape concerning hydrogen and zero-emission buses shows that biohydrogen is disadvantaged in the EU's regulations on renewable hydrogen. This means that member states are restricted from providing support for investments to produce and distribute hydrogen from biogas and other biogenic feedstocks. The reason is that renewable hydrogen, according to EU terminology, is defined in the so-called delegated act on renewable fuels of non-biological origin (RFNBO). It is established that renewable hydrogen should be based on non-biological feedstocks (i.e., from electrolysis) and must meet a number of criteria.

The results are interesting in the context of urban bus traffic rapidly moving towards zero-emission operation. In Sweden and many other countries, battery buses have become a common and obvious feature on city streets. But just like for other segments of heavy-duty vehicles, another technology to achieve zero-emission operation has also received increased attention, namely hydrogen and fuel cell buses. In Sweden, only a few fuel cell buses have been used - and moreover, only on a trial basis - but in several European cities, they have already begun to be used on a significant scale. An advantage of fuel cell operation with hydrogen from biogas is that it allows for the continued utilization of the biogas already produced and purchased for existing city bus traffic.

System study consisting of two parts

We arrived at the result by investigating the suitability of both producing hydrogen from biogas at the existing sewage treatment plant in Luleå and the feasibility for LLT to use fuel cell buses in its city bus traffic. The study has considered both costs associated with each part and climate impact from a life cycle perspective for fuel production and bus operation.

As per today (2021), in total some 500 TWh bunker fuel is consumed within the shipping sector annually within EU waters and approximately 25 TWh of this (5%) is LNG (Liquefied natural gas). The fleet of LNG fuelled vessels has grown steadily since the first vessels were introduced around year 2000. Predictions and scenarios indicate that in a couple of years, it is likely that around 15 % of all bunker fuels consumed in shipping will be LNG.Through detailed analyses of present and planned production capacity combined with scenarios built for future potential bio- and electro-methane production, a possibility to replace large amounts of LNG in shipping can be seen from a Swedish perspective.

In total, the analysis shows a maximum scenario for LBM production (Liquefied Bio Methane) in Sweden year 2045 of nearly 30 TWh annually. This potential includes electro-methane production based on carbon dioxide that is naturally formed during the biogas digestion production process. All production, of methane being assessed as potential, is assessed to be based on sustainable sub¬strates and sustainably produced.This report shows that it could be possible to replace fossil LNG as a fuel in shipping with renewa¬ble LBM at a large scale from a Swedish perspective. The total bunkering of ships in Sweden are around 25 TWh per year, varies over time, and is dependant not only on which ships that calls Swe¬dish ports but also with the market competition with bunker suppliers in other countries. Should 15% of that fuel be LNG, it would be some 4 TWh LNG that could be interesting to switch towards renewable LBM.

The potential shift in shipping in Sweden from LNG to LBM at a level of 4-6 TWh is assessed to be a realistic potential, but the shift will not happen unless the society gives the industry incentives that supports that shift and clearly shows the involved stakeholders that there is a long-term strat¬egy to enhance renewable methane production and consumption. It is especially important that pol¬icy instrument in the shipping sector is introduced that connects greenhouse gas emissions with a cost that can be avoided if fuels with low or zero emissions being used.Today, only a small proportion of bio-methane is liquefied to LBM in Sweden, while most of the planned production facilities for biogas will be for LBM, thanks to subsidies in the form of invest¬ment support and the decreased demand of CBG that benefits LBM.This report has chosen to use the expression Liquid Bio-Methane (LBM) due to the fact that the ex¬pression often used Liquid Bio Gas (LBG) does not cover the important part of the methane pro¬duced as an electrofuel based on carbon dioxide from the digestion process and also not really in¬cludes the methanation of syngas from gasification plants.A Swedish production support in combination with the introduction of shipping within the EU emission trading scheme (ETS) seems too possibly even out the cost difference between LNG and LBG as a marine fuel or at least give a significantly smaller barrier to overcome.To establish the environmental rationale of this product, life cycle assessments of the production of LBM and the use in the shipping sector were performed. No previous scientific studies have been identified which look into the performance of using electrofuel pathways of LBM in the shipping sector. The results are presented in the report together with an analysis of potential future issues to observe.

ED biogas utvecklat en reaktor för torrötning av avloppsslam och andra liknande substrat. Inom projektet GrönBostad så har IVL fått uppdraget att bistå dem att förutse potentiella driftsproblem och andra anläggningsrelaterade risker. Detta har genomförts med hjälp av besök på tre svenska referensanläggningar. Förutsättningarna är ganska skilda men erfarenheterna kan förhoppnings kunna ge ED biogas ledsagning i deras produktutveckling.

Transportsektorns efterfrågan på biodrivmedel ökar när klimatomställningen ska omsättas i praktik. Sverige har goda förutsättningar att producera dessa drivmedel och det finns flertalet orter runt om i landet där förutsättningarna för biodrivmedelsproduktion är goda. Gullspångs kommun har under de senaste tio åren fört en dialog med Västra Götalandsregionen om möjligheten att etablera en bioenergikombinatanläggning i Otterbäcken för att nyttja de goda förutsättningar som finns med tillgång på råvara samt goda logistiska förutsättningar med bland annat djuphamnen. I detta projekt har en utredning gjorts för att ta fram kommersiellt relevanta investeringskoncept för en bioenergikombinatanläggning i Otterbäcken, och resultaten pekar på intressanta förutsättningar för en anläggning för produktion av flytande biometan (Liquified biogas, LBG).

Projektet har utgått från en äldre förstudie där förutsättningarna för en bioenergikombinat-anläggning som producerar torrefierad biomassa undersöktes. Kunskaperna från denna tidigare studie har kompletterats med nya kartläggningar av relevanta tekniker och lokala råvaror som kan ingå i ett investeringskoncept för en anläggning som producerar biodrivmedel som kan användas i befintliga tunga lastbilar. Kartläggningen omfattade sju olika tekniker som utifrån de uppdaterade kartläggningarna kondenserades ned till två investeringskoncept för djupare undersökning av investeringskoncept. Det ena konceptet var en anläggning för produktion av pyrolysolja från skogsrester och det andra konceptet var en anläggning för produktion av LBG, men på grund av en högre teknologisk mognadsgrad samt större intresse från referensgruppen för det senare konceptet (LBG) så fick detta ett större fokus i projektet.

De två fördjupade investeringskoncepten inkluderade teknikbeskrivning, skiss på affärsmodell med hjälp av referensgruppen, ekonomisk bedömning av lönsamheten i investeringen samt en beräkning av klimatpåverkan för drivmedlet (endast för LBG-konceptet).

Resultaten visar att det ser ut att finnas både råvaror för, teknik till och förutsättningar för en god ekonomi i en anläggning för produktion av LBG. Råvarusituationen behöver bekräftas genom kontakter med råvaruleverantörer, tekniken kan behöva viss utvärdering för att hitta etablerade teknikleverantörer med pålitlig teknik och de ekonomiska förutsättningarna är beroende av investerings- och produktionsstöd för att kunna vara kommersiellt intressanta. Trots dessa osäkerheter är den samlade bedömningen att det kan vara aktuellt för en aktör eller grupp av aktörer med intresse av att äga och driva en biogasanläggning att ta vid där projektet slutar för att på sikt gå vidare med en investering i en anläggning.

Process data, substrate and digestate samples from four dry AD plants were collected and analyzed. All plants used SSO as their main substrate but were operated at different temperatures (38–39, 42 and 54 °C). The microbial community analysis demonstrated that each process in the present study had different microbial profiles and that operating temperature strongly influenced the community structure. All processes operated at an ammonia level that is known to inhibit methanogens that directly use acetate for methane formation. The microbial community supported this and showed that a hydrogen-utilizing methanogen (Methanoculleus bourgensis) had an important role for efficient methane production in all processes.

The hygenisation analysis indicated that a temperature >42 and <48 °C can be sufficient to reach pathogen reduction according to the ABP regulation. This means that at high ammonia level it might be possible to reach sufficient sanitation even at a high mesophilic/low thermophilic temperature. Being able to lower the process temperature slightly from 52–55 °C can give significant process advantages. However, to confirm this results more studies are needed. The theoretical calculations of heat demand for different process temperatures showed that if no pasteurization step was needed to achieve hygienic standards according to the ABP regulations for high mesophilic temperature (42 °C), 16-25 % less heat demand compared to mesophilic (39 °C) or thermophilic (52 °C) AD was achieved.

VA-kluster Mälardalen är en del av Svenskt Vatten Utvecklings satsning på projektprogram inom VA-forskning för högskolor och universitet. Syftet med högskolesatsningen är att samla en kritisk massa av forskare från akademi och institut ämnesmässigt och geografiskt för att säkerställa VA-organisationernas kompetens och kunskapsbehov på kort och lång sikt.

Svenskt Vatten Utveckling beviljade i slutet av 2018 VA-kluster Mälardalen medel för en fjärde programperiod (2019 – 2021). 2019 har präglats av uppstart av nya projekt och mål för den nya perioden. Forskningsprojekt har bedrivits och startats upp inom de tre prioriterade forskningsområdena för denna period: A) System och reningstekniker med närings- och resursåterföring; B) Metodik, teknik och kunskap för uppströmsarbete och hållbara kretslopp; och C) Digitala tekniker för resurseffektiva avloppssystem.

Ett av målen i Verksamhetsplanen var att öka den gemensamma projektutvecklingen mellan klustrets medlemmar och skicka in fler ansökningar i samverkan. En riktad aktivitet för detta genomfördes på internatet på Lidingö och kommer att följas upp i början på 2020. Projektutveckling ses som ett stort värde med klustersamverkan och att öka detta har varit efterfrågat av klustrets medlemmar.

Under året har klustermedlemmarna deltagit i flera konferenser och seminarier och presenterat resultat från FoU. De viktigaste eventen var avloppskonferenserna NAM i Sundsvall i februari och NordIWA i Helsingfors i september samt modellerings-konferensen Watermatex i Köpenhamn i september.