Bioenergi

Bioenergi er energi som har sitt opphav i materiale som er dannet ved pågående biologiske prosesser – til forskjell fra fossil energi, som fås fra biologisk materiale dannet på et mye tidligere stadium i jordas historie.

Bioenergi er menneskets første energikilde. Så lenge vi har kunnet lage ild har mennesket brukt biomasse til å lage bål for å skaffe seg lys, varme, og holde farlige dyr på avstand. Dessuten har vi utnyttet dyrenes krefter til å trekke vogner, ploger og møller.

Kilder til bioenergi

Bioenergi omfatter ved, trepellets, skogsflis, hogstavfall, halm, torv og avfall fra treforedlingsindustri og treindustri, men man kan for eksempel også utvinne biodrivstoff fra avfall og dyrefett. Metangass fra biologisk materiale i søppelfyllinger og husdyrgjødsel kan samles opp, renses og brukes til energiformål (biogass).

Hurtigvoksende skog eller grasvekster som er plantet og høstet for energiformål, kalles energivekster (energiskog og energigras). Oljerike jordbruksvekster som raps eller rybs, soya og solsikke kan brukes som råstoff for framstilling av biodrivstoff (metanol eller biodiesel). Sukker- og stivelserike vekster som sukkerrør og mais blir brukt som råstoff i bioetanolproduksjon. Celluloserike vekster og plantedeler blir sett på som råstoff for framtidig bioetanol og biodiesel.

Miljøaspekter

Bioenergi blir lansert som CO₂-nøytral, og enkelte hevder at den vil erstatte fossilt brensel helt eller delvis en gang i framtida. Med at den er CO₂-nøytral forstår en at den slipper ut like mye CO₂ som plantene gjennom veksten har tatt opp. Inn i regnestykket har en ikke tatt med andre innsatsfaktorer som er nødvendige for å få biomasse på en form som gjør den mulig å utnytte. Dette inkluderer alt fra gjødsel, transport og konvertering til brensel. Ved vurdering av biobrensel må en også vurdere konverteringsteknologien for omforming av biobrensel til energi. Ofte er det en eller annen form for forbrenningsteknologi som nyttes. Om brenslet er fossilt eller har ny biomasse som opphav betyr ofte svært lite med tanke på utslipp av NO_X, partikler, aldehyder, dioksin, PAH, osv. Det viktige i denne sammenheng er valg av forbrenningsteknologi og prosessparametre ved bruk. Slike fullstendige analyser blir kalt livssyklusanalyser.

Bioenergi blir oppfattet som en uendelig ressurs. Men vi vet av erfaring ved avskoging av Rørosvidda og rundt norske sæterbruk at det ikke er det. Nedhogging av eikeskogen på Sørlandet på 1600- og 1700-tallet er et annet eksempel. Tilsvarende press er det i dag på regnskogen i landene rundt ekvator.

Den totale årlige tilveksten av biomasse i Norge er på rundt 425 TWh. Det årlige uttaket av bioenergi i Norge ligger på ca. 16-17 TWh, noe som er ca. 6% av det årlige energibehovet i Norge. Beregninger viser at det nyttbare potensialet – dvs. den mengden som det er teknisk, økonomisk og økologisk forsvarlig å ta ut – kan dobles til 30-35 TWh per år.

Teknologier for bioenergi

Direkte forbrenning for varme eller elektrisk kraftproduksjon

Den kjemiske energien i biomasse kan frigjøres til varme direkte ved forbrenning. Det dannes gasser som karbondioksid og vann, men også uforbrente partikler, nitrogen, svovel og andre urenheter. Forbrenningen vil avhenge av varmeinnhold, fuktighetsinnhold, luftmengde og varmetap i forbrenningsanlegget. Varmeenergien kan brukes til en rekke formål som romoppvarming, tørkeprosesser og elektrisk kraftproduksjon, samt dampproduksjon for prosessvarme til industri.

Biodrivstoff

En sukkerrørplantasje i Brasil for produksjon av etanol.

Foto: José Reynaldo da Fonseca

Fabrikk for produksjon av sukker, biodrivstoff (etanol) og andre alkoholer av sukkerrør i Brasil.

Biomasse kan brukes som fast brensel, men har ulemper som lavt energiinnhold og høyt fuktighetsnivå. En løsning på dette er torrefaksjon, der materialet varmes opp til rundt 250 °C i minst 30 minutter uten at det tilføres oksygen. Gassen fra prosessen kan brukes til forbrenning for å holde prosessen i gang. Det vil skje kjemiske endringer der materialet blant annet blir mørkt og sprøtt. Fordelen med prosessen er at brenslet etter behandlingen får høyere energiinnhold, kan lagres over lang tid uten å ta til seg fuktighet og uten at mikroorganismer gjør skade. Andre behandlinger for faste brensler er pyrolyse og karbonifisering, der temperatur og behandlingstid økes.

Flytende brensel har store fordeler fremfor faste og gassformige. Årsaken er lettvint lagring, transport og omlastning, i praksis har de også større energitetthet. Typisk har utviklingen gått mot å finne alternativer til diesel og bensin, som ikke bidrar til global oppvarming. Viktige råstoffer er alkoholer, prosesserte vegetabilske eller animalske oljer, pyrolyseoljer og forskjellige syntetiske stoffer fra gassifisert biomasse.

Alkoholer som benyttes som biodrivstoff er etanol og metanol som fremstilles gjennom gjæring av sukkerarter. Det benyttes planter som sukkerrør, sukkerroer, poteter, mais, hvete og alle typer frukt. Det største volumet (2007) kommer fra gjæring av biprodukter fra sukkerproduksjon. Særlig Brasil har vært ledende på fremstilling av biodrivstoff i form av alkohol siden 1970-årene. I mange land, inkludert USA og EU, benyttes biodrivstoff blandet inn i bensin. Biodiesel er basert på vegetabilske eller animalske oljer som gjennomgår en kjemisk prosess med esterifisering, dermed fås fettsyremetylestere med ensartede egenskaper. Fett fra avfall som frityrolje og slakteriavfall kan benyttes. Pyrolyseoljer produseres fra biomasse som tre og halm, ved rask oppvarming til en temperatur på 700–900 °C. Ut fra denne prosessen fås trekull, aske, oljer, flere organiske væsker og gasser. Med riktig behandling kan væskemengden utgjøre 70 %. Slike pyrolyseoljer kan brennes i oljekjeler. Syntetiske brensler fra gassifisering av biomasse kan via kjemiske prosesser bli til flytende drivstoff, for eksempel Fischer-Tropsch-prosessen der sluttproduktet blir syntetisk diesel.

Forskning gjøres også på alge-drivstoff fordi alger ikke er en matressurs, og at produksjonen kan være fem til ti ganger større enn i andre typer landbasert produksjon som for eksempel mais og soya. Etter innhøsting kan alger gjæres og brukes til å produsere biodrivstoff som etanol, butanol og metan, samt biodiesel og hydrogen. Bruken av biomasse til elektrisitetsproduksjon varierer fra region til region. Avfallsprodukter fra skogbruk, som for eksempel trevirke, er vanlig å bruke i USA. Landbruksavfall er vanlig i Mauritius (rester fra sukkerrør) og Sørøst-Asia (skall fra ris). Avfall fra husdyrhold som fjærfe brukes i Storbritannia.

Biogass

Ved anaerob gjæring av fuktige organiske materialer i en reaktor kan det utvikles gass, ved at mikroorganismer bryter ned materialet i fravær av oksygen. Gassen en da får, er kjent som biogass og kan brukes som drivstoff. Den består av metan (55–75 %), karbondioksid og noen andre gasser i små mengder. På søppelfyllinger skjer denne prosessen av seg selv, og gassen som siver opp kalles deponigass. Fordelen med å kontrollere prosessen i en reaktor er blant annet høy temperatur, slik at farlige mikroorganismer drepes, dessuten at nedbrytningsprosessen kan optimaliseres. Biogass kan benyttes for motorer i kjøretøyer.

Energigjenvinning fra avfall

Moderne teknologi for forbrenning av avfall for energiproduksjon ble utviklet i Europa i 1960- og 1970-årene. Metodene har senere blitt forbedret betraktelig og slik anlegg har ikke lengre problemer med luftforurensning. Slike anlegg er senere introdusert i USA og kan i praksis sees på som en fornybar energikilde, for eksempel for elektrisk kraftproduksjon. Et estimat for USA har vist at kommunalt avfall, selv etter at 30 % av det er resirkulert, kan produsere like mye energi som åtte store kjernekraftverk eller dekke 1–2 % av det elektriske energibehovet.

Litteratur

• Goswami, D. Yogi og Kreith, Frank, m.fl. (2016). Energy efficiency and renewable energy – Handbook (2. utg.). Taylor & Francis Group, LLC. ISBN 978-1-4665-8509-6. CS1-vedlikehold: Flere navn: forfatterliste (link)

Eksterne lenker

• Regjeringens bioenergistrategi (PDF)