Procesvarme i biogasanlæg handler om to ting: at holde reaktoren på en stabil temperatur, og at få alt materiale op på 70 °C i mindst en time, når anlægget modtager animalske biprodukter. Det første er et jævnt behov. Det andet er en spidsbelastning, som ofte afgør, hvor stor varmekilden skal være. Kort sagt: dimensionér efter foderets opvarmning og hygieniseringen, ikke efter reaktorens varmetab alene.
På papiret ser det enkelt ud. Gasmotoren leverer overskudsvarme, og så er der varme nok. Virkeligheden er mere kompleks. Mange nye anlæg opgraderer gassen til biometan og har slet ikke en gasmotor at hente varme fra. Andre kører hygienisering som batch, så varmebehovet kommer i store stød. Her kommer elvarme ind i billedet som supplement eller som den primære varmekilde.
Hvilke temperaturer kræver et biogasanlæg?
Selve processen i reaktoren kører typisk i ét af to temperaturområder. Mesofil drift ligger omkring 37 °C. Termofil drift ligger omkring 50-55 °C og giver kortere opholdstid, men kræver mere energi og mere stabil regulering. Det er almen branchepraksis, og valget afhænger af råvarerne og anlæggets design.
Hygienisering er et særskilt krav. Jordbruksverket skriver for kategori 3-materiale, at alt materiale i enheden skal holde mindst 70 °C i mindst 60 minutter uden afbrydelse, og at partikler højst må være 12 mm før opvarmning. Mælk og mælkeprodukter kan under visse betingelser undtages, men der kan også godkendes andre parametre, hvis det valideres. Kravet er baseret på EU-reglerne for animalske biprodukter, og de nationale myndigheder håndhæver dem. Tjek altid, hvad dit anlæg er godkendt til.
Regneeksempel: hvad koster det i effekt at varme foderet?
Vi tager et tænkt anlæg, der modtager 100 tons substrat i døgnet. Vi antager, at substratet har samme varmefylde som vand, altså 4,18 kJ pr. kg pr. grad (3,6 MJ er 1 kWh). Det er en forsimpling, men tæt nok til et overslag.
Trin 1, opvarmning til mesofil drift. Foderet kommer ind ved 10 °C om vinteren og skal op på 38 °C. Det er 28 grader. Energien er 100.000 kg × 4,18 × 28 = 11,7 GJ pr. døgn, eller cirka 3.250 kWh. Fordelt over 24 timer giver det omkring 135 kW i gennemsnit.
Trin 2, hygienisering. Hvis hele strømmen skal op på 70 °C, er det 60 grader. Energien er 100.000 × 4,18 × 60 = 25,1 GJ pr. døgn, eller cirka 7.000 kWh. Det er knap 290 kW i gennemsnit, og mere i de timer, hvor batchen varmes.
Varmetabet fra selve reaktoren kommer oveni. Det afhænger af tankens størrelse, isolering og vind, og det er som regel den mindste post. Hygieniseringen er ofte den største.
Den kontraintuitive pointe: mange dimensionerer varmekilden efter det jævne behov i reaktoren. Men det er hygieniseringen og vinterfoderet, der sætter spidsen. Varmeveksling mellem det varme og det kolde materiale kan fjerne en stor del af behovet. Hvor stor en del, afhænger af anlægget, så tallet skal regnes for det konkrete design og ikke tages fra et regneark.
Hvor passer elvarme ind i et biogasanlæg?
Gasmotorens varme er gratis, men den findes kun, hvis motoren kører. Elvarme er relevant i tre situationer:
- Anlæg uden gasmotor, fx hvor gassen opgraderes til biometan, og varmen skal komme et andet sted fra.
- Spids- og reservevarme, når hygieniseringen kræver mere effekt, end motorens varme kan levere, eller når motoren står stille.
- Tilbygninger og nye anlægsdele, hvor det er dyrt at trække rør fra et eksisterende varmesystem.
Elvarme har en fordel, der ofte overses: den kan reguleres hurtigt og præcist. En temperaturholdetid på 60 minutter ved 70 °C er et krav, du skal kunne dokumentere. Det er lettere med en effektregulering end med en varmekilde, der svinger.
Tommelfingerregler til projekteringen
- Regn varmebehovet for tre driftspunkter: vinterfoder ved lav indløbstemperatur, hygienisering, og normaldrift med ekstern kold luft.
- Dimensionér efter spidsen i hygieniseringen, og vurdér varmeveksling mellem varmt og koldt materiale.
- Husk fouling. Substrat med fedt og faste stoffer sætter sig på varmeflader. Vælg en lav wattdensitet og et design, der kan renses. Det er samme logik som beskrevet i vores gennemgang af elektrisk tankopvarmning.
- Planlæg temperaturfølere og logning, så du kan vise 70 °C i 60 minutter for hele batchen.
- Afklar tidligt, om anlægget er i zone for eksplosiv atmosfære. Så er det ATEX-krav til både varmelegeme og styring.
Biogas i Norden lige nu
Området er i bevægelse. I København er HOFOR ifølge Biogassbransjen netop indviet et anlæg, der bruger byens spildevand og madaffald som råstof. Hvert nyt anlæg skal have sin egen varmeløsning, og her afgør den tidlige dialog meget. Det gælder også økonomien. Du kan læse mere om, hvordan du regner på den i artiklen om business casen for elektrificering af procesvarme, og i den samlede guide til tekniske løsninger inden for industriel elvarme.
Mesofil eller termofil: hvad betyder det for varmekilden?
Termofil drift giver kortere opholdstid, men kræver højere temperatur og mere stabil regulering. Varmetabet fra reaktoren stiger, fordi temperaturforskellen til omgivelserne er større. Samtidig bliver processen mere følsom over for udsving. Derfor skal reguleringen kunne holde temperaturen inden for få tiendedele grader, ikke bare “cirka”. Mesofil drift er mere tilgivende, men kræver typisk større reaktorvolumen.
For varmekilden betyder det, at du ikke kun skal spørge, hvor mange kilowatt der skal til. Du skal også spørge, hvor hurtigt effekten kan op og ned. Elvarme med trinløs effektregulering (fx tyristorstyring) giver en jævn temperatur uden de store sving.
Hvad regnestykket ikke viser
Regneeksemplet ovenfor er et overslag. Det forudsætter, at substratet har samme varmefylde som vand, og at der ingen varmeveksling er. I virkeligheden har substratet et højt tørstofindhold, og varmefylden afviger. Der er også varmetab i rør, pumper og tanke, og der er ofte tidspunkter, hvor foderet er varmere end 10 °C. Brug derfor tallene til at vurdere størrelsesordenen, og lad en projektering sætte de endelige tal.
Det vigtigste, regnestykket viser, er forholdet mellem de to poster. Hygieniseringen kræver cirka dobbelt så meget energi som mesofil opvarmning, fordi temperaturforskellen er cirka dobbelt så stor (60 mod 28 grader). Det forhold gælder uanset anlæggets størrelse, så længe foderstrømmen er den samme.
Styring og dokumentation: det, der oftest glemmes
Kravet om 70 °C i mindst 60 minutter uden afbrydelse er et dokumentationskrav lige så meget som et varmekrav. Det betyder, at du skal kunne vise, at alt materiale har nået temperaturen og holdt den. Det stiller krav til følerplacering, kalibrering, logning og alarmer ved temperaturfald. Hvis temperaturen falder under grænsen, skal batchen typisk behandles igen, og det koster både tid og energi. Her er en pålidelig effektregulering og en robust føler billig forsikring.
Sørg også for, at følerne sidder, hvor materialet faktisk er koldest, ikke ved varmelegemet. En føler tæt på varmefladen viser for høj temperatur og giver falsk tryghed. Det er en klassisk fejl, uanset om varmekilden er el, damp eller varmt vand.
Ofte stillede spørgsmål
Skal alt materiale i et biogasanlæg hygieniseres?
Nej. Kravet gælder animalske biprodukter af kategori 3 med de undtagelser, myndighederne har fastsat. Se Jordbruksverkets oversigt i linket ovenfor, og tjek, hvad dit anlæg er godkendt til.
Kan elvarme alene dække biogasanlæggets varmebehov?
Det kan det i princippet, men det er sjældent den billigste løsning, hvis anlægget har en gasmotor med overskudsvarme. Elvarme er stærkest som spids- og reservevarme eller på anlæg uden anden varmekilde.
Står du med et biogasprojekt?
Hvis du er i gang med at planlægge opvarmning, hygienisering eller en varmeløsning til et biogasanlæg, er jeg glad for en uforpligtende snak om, hvad processen kræver, og hvad det betyder for den elektriske løsning. Den rigtige løsning holder i længden, når den er tænkt ind fra start.