System studies of biogas production: comparisons and performance

Description

Biogas has the potential to be part of the transition towards a more sustainable energy system. Biogas is a renewable energy source and can play an important role in modern waste management systems. Biogas production can also help recirculate nutrients back to farmland. Besides all this, biogas is a locally produced energy source with the potential to increase global resource efficiency, since it can lead to more value and less waste, as well as decreased negative environmental effects. However, biogas production systems are complex, including different substrates, different applications for biogas and digestate, and different technology solutions for digestion, pre-treatment and for upgrading the raw gas. To increase the development of biogas production systems, knowledge sharing is a key factor. To increase this knowledge sharing, comprehensible analysis and comparisons of biogas production systems are necessary. Thus, studies are needed to verify the resource efficiency of biogas production systems from different perspectives. The aim of this thesis is to perform a systems analysis of biogas production systems and to explore how to analyse and compare biogas production systems. An additional aim is to study biogas production systems from a systems perspective, with a focus on environment, energy and economy. Studying biogas production systems from different system levels, as well as from different approaches, is beneficial because it results in deeper knowledge of biogas systems and greater opportunities to identify synergies. Systems studies of biogas are important, since biogas systems are often complex and integrated with other systems. In this thesis, biogas systems analyses are performed at different levels. In the widest system study, classifications of different biogas plants are analysed and classifications in different European countries are compared, with the prospect of paving the way for a new common classification for biogas plants in Europe. Today, classifications vary between countries, and hence comparisons of plants in different countries are difficult. In the narrowest system study, a new methodology for analysing energy demand at different biogas production plants has been developed. The aim was to develop a methodology that is applicable for all kinds of biogas plants with energy inputs. The methodology describes the process of analysing energy demand and allocating energy to sub-processes and unit processes. Further, an approach for assessing the resource efficiency of different treatment options for organic waste was designed. The approach includes environmental, economic and energy perspectives, and was applied to five different regions with several food manufacturing companies. A study of treatment options for organic waste from a single food company was also conducted. The results showed that biogas production is a resource-efficient way to treat waste from the food industry. The approach enables a wider analysis of biogas systems, and the results from the applications show the complexity of assessing resource efficiency. It is also shown that it is important to understand that the resource efficiency of a system is always in relation to the substituted system. In this thesis, three different approaches to analysing biogas production systems are presented: categorization, resource efficiency analysis and energy demand analysis. These approaches all contribute to the understanding of biogas systems and can help, in different ways, to increase knowledge about biogas systems in the world. If knowledge about different biogas systems can be easily disseminated, more of the unused potential of biogas production may be realized, and hence more fossil fuels can be replaced within the energy system. Biogas har potentialen att vara en del av övergången till ett mer hållbart energisystem. Biogas är en förnybar energikälla som kan spela en viktig roll i moderna avfallshanteringssystem. Produktion av biogas kan även hjälpa till att återcirkulera näringsämnen tillbaka till jordbruksmark. Förutom allt detta är biogas en lokalt producerad energikälla med potential att öka resurseffektiviteten i världen, eftersom det kan leda till ökat värde och mindre avfall samt minskade negativa miljöeffekter. Dock är biogasproduktionssystem komplexa, inklusive exempelvis olika substrat, användning för biogasen och rötresterna, olika tekniska lösningar för rötresterna såväl som förbehandling av substrat och uppgradering av rågas. För att öka utvecklingen av biogasproduktionssystem är kunskapsdelning en nyckelfaktor. För att öka kunskapsdelningen är tydliga analyser och jämförelser av biogasproduktionssystem nödvändiga. Därför behövs studier för att verifiera resurseffektiviteten för biogasproduktionssystem från olika perspektiv. Syftet med denna avhandling är att utföra systemanalyser av biogasproduktionssystem och att undersöka hur man analyserar och jämför biogasproduktionssystem. Vidare är syftet också att studera biogasproduktionssystem ur ett systemperspektiv med fokus på miljö, energi och ekonomi. Det är fördelaktigt att studera biogasproduktionssystem på olika systemnivåer och utifrån olika tillvägagångssätt, eftersom kunskapen om biogassystem fördjupas och möjligheterna att hitta synergier ökar. Systemstudier av biogas är viktigt eftersom biogassystem ofta är komplexa och integrerade i andra system. I denna avhandling utförs analyser på olika nivåer av biogassystemen. På den högsta systemnivån analyseras klassificeringar av olika biogasanläggningar. Klassificeringar i olika europeiska länder jämförs, med förhoppningen att bana väg mot en ny, gemensam klassificering för biogasanläggningar i Europa. Idag varierar klassificeringarna mellan länder och därför är jämförelser av anläggningar mellan länder svåra. På den lägsta systemnivån utvecklades en ny metod för analys av energibehov vid olika biogasproduktionsanläggningar. Syftet var att utveckla en metod för alla typer av biogasanläggningar. Metodiken beskriver processen för att analysera energibehov och fördela energin till delprocesser och enhetsprocesser. Vidare utformades en metod för att bedöma resurseffektiviteten hos olika behandlingsalternativ för organiskt avfall. Metoden inkluderar miljö, ekonomi och energi och tillämpades i fem olika regioner med flera livsmedelsindustriföretag. En studie av behandlingsalternativ för organiskt avfall från ett enda livsmedelsföretag genomfördes också. Resultaten visade att biogasproduktion är ett resurseffektivt sätt att behandla avfall från livsmedelsindustrin. Metoden möjliggör en bredare analys av biogassystem och resultaten från tillämpningarna visar komplexiteten i att utvärdera resurseffektiviteten. Det visas också att det är viktigt att förstå att ett systems resurseffektivitet alltid är i förhållande till det substituerade systemet. I denna avhandling presenteras tre olika metoder för analys av biogasproduktionssystem: kategorisering, resurseffektivitetsanalys och energibehovsanalys. Dessa tillvägagångssätt bidrar alla till att förstå biogassystem och kan på olika sätt bidra till att öka kunskapen för biogassystem i världen. Med bra system för att sprida kunskap om olika biogassystem kan mer av den outnyttjade potentialen för biogasproduktion realiseras och därmed kan fler fossila bränslen i energisystemet ersättas, samtidigt som de övriga fördelarna med biogas också kommer samhället till nytta.

Get the book

Amazon.com

Search the book

eBay.com

Search the book

Similar books

• 

  Biogas Technology, Transfer and Diffusion

  By Mahmoud M. El-Halwagi

  Although draft papers were distributed to all participants, it was felt that the results obtained were worthy of organized and refined documentation. And this is precisely what this book intends to do.

• 

  The role of biogas in a more sustainable energy system in Sweden

  By Sofia Dahlgren

  There are numerous problems in the world that need to be dealt with in order to achieve sustainable development.

• 

  Biogas Systems in China

  By Bin Chen, Tasawar Hayat, Ahmed Alsaedi

  This book derives an explicit analytical pattern (or framework) that permits the examination and optimization of biogas production systems.

• 

  Biogas Science and Technology

  By Stefan Weiss, Alexander Bauer, Georg Gübitz

  Michael Lebuhn, Stefan Weiß, Bernhard Munk, Georg M. Guebitz Microbiology and Molecular Biology Tools for Biogas Process Analysis, Diagnosis and Control Veronika Dollhofer, Sabine Marie Podmirseg, Tony Martin Callaghan, Gareth Wyn Griffith ...

• 

  Biogas Production: From Anaerobic Digestion to a Sustainable Bioenergy Industry

  By Nagamani Balagurusamy, Anuj Kumar Chandel

  This book is an up-to-date resource for scientists and students working on improving biogas production. This book focuses on biogas production by anaerobic digestion, which is the most popular bioenergy technology of today.

• 

  Biogas Systems: Policies, Progress and Prospects

  By K. M. Mital

  This Book Is Written With Special Focus On Issues Relating To Policies And Strategies For Planning And Implementation Of Biogas Programme. The Book Provides A Detailed Overview Of Biogas Technology Covering All The Facets.

• 

  Biogas: Fundamentals, Process, and Operation

  By Meisam Tabatabaei, Hossein Ghanavati

  This book presents the state of the art in biogas production using anaerobic digestion technology, with an emphasis on waste utilization/valorization.

• 

  Design and Optimization of Biogas Energy Systems

  By Vikas Khare, Savita Nema, Prashant Baredar

  This is a valuable resource for researchers, practitioners and graduate students interested in developing smart, reliable and sustainable biogas technologies.

• 

  Biogas Production: Pretreatment Methods in Anaerobic Digestion

  By Ackmez Mudhoo

  This groundbreaking new volume: s a comprehensive compilation of anaerobic digestion methods, the treatment processes used for organic wastes and process residues Covers hydrolysis, the rate-limiting step of anaerobic digestion of semi ...

• 

  FUEL GAS PROD FROM BIOMASS VOLUME I

  By Donald Lee Wise

  Overview of potential for fuels from biomass and the U.S.Department of Energy Programs and Plans; Review of methane fermentation fundamentals; Biogas research projects in Central America; Biofuels and their generation...