Ohne zuverlässige Chemo- und Biosensoren wären beispielsweise die Überwachung von Prozessparametern in der chemischen und biotechnologischen Industrie, die Detektion von geringsten Analytkonzentrationen in der biomedizinischen Analytik oder die Spurenanalyse von Schadstoffen undenkbar. Neue Sensormaterialien wie stimuliresponsive Hydrogele spielen bei der Entwicklung neuer chemischer und biochemischer Sensoren eine immer größere Rolle. Hydrogele sind „intelligente“ hydrophile Polymernetzwerke, die in Abhängigkeit von spezifischen Stimuli quellen und entquellen können. In Kombination mit piezoresistiven Drucksensoren wird dann der resultierende Quelldruck in eine messbare Ausgangsspannung umgewandelt. In dieser Arbeit werden sowohl neuartige stimuliresponsive Hydrogele für die Detektion von Ethanol in alkoholischen Getränken als auch zum Nachweis von gelöstem Ammoniak und Harnstoff für biotechnologische Prozesse vorgestellt. Nach der gezielten Synthese und Funktionalisierung der Gele werden zunächst die Quelleigenschaften in freier Quellung untersucht. Im Mittelpunkt der Charakterisierung stehen dabei sensorisch relevante Eigenschaften wie beispielsweise das Quellverhalten in Abhängigkeit vom jeweiligen Stimulus. Im nächsten Schritt werden piezoresistive Hydrogelsensoren aufgebaut und vermessen. Dabei werden wichtige Sensoreigenschaften wie der sensitive Messbereich, Nachweisgrenzen oder Querempfindlichkeiten detailliert untersucht und die Sensorkonzepte hinsichtlich ihres Anwendungspotenzials bewertet.

As the world population keeps increasing, ammonia-based fertilizers like urea are essential to provide food security. However, the current fertilizer industry is based on fossil fuel feedstock (mainly natural gas), making the production process CO2 emission-intensive. More specifically, besides the CO2 emitted during the process, the CO2 captured in urea is also released into the atmosphere after the fertilizer is applied to agricultural soils. Thus, positioning the fertilizer industry among the top four industrial emitters globally. Hence, in order to meet the target of limiting global warming to 1.5 ºC and achieve net-zero emissions by 2050, it is necessary to strengthen the carbon mitigation efforts in the current fertilizer industry. This can be achieved in different ways, such as using renewable biofuels and implementing technologies that can lead to zero/negative CO2 emissions. For that reason, the present study presents pathways to achieve a more environmentally friendly fertilizer production process. An overall analysis is performed if negative emissions can be achieved by replacing different fractions of natural gas (used as both feedstock and fuel) with biogas and biomethane and by capturing and storing the CO2 emitted from the process using chemical solvents as activated MDEA and MEA. The results obtained from the study revealed that negative emissions in fertilizer plant can be achieved by retrofitting an existing ammonia plant with a MEA based CO2 capture system (with a carbon capture rate of 90%) for the SMR burner flue gas, and by introducing 50% of biogas in the feedstock (alongside Natural gas), and 75% of biogas in the SMR burner fuel (alongside Natural gas). This initial approach would result in net negative emissions from urea's production and application and require approximately 0.5 kg of biogas per kg of urea produced in this case. Furthermore, the equivalent energy intensity for the negative emission urea plant would be 0.32% and 3.37% lower compared to the fossil fuel-based case without/with CCS, respectively. Ultimately, it is even possible to produce approximately 6% more urea product by replacing a particular fraction of natural gas with biogas. The reason for this increased production is due to the surplus of carbon dioxide by the introduction of biogas. It can be used along with the ammonia product going to storage in the fossil fuel-based case, where there was not enough CO2 to keep the feedstock molar ratio at the urea plant's inlet.

The transition to renewable energy sources is vital to mitigate global warming and achieve the climate targets set by the EU. The availability of natural gas in Europe is challenged due to the Russian invasion of Ukraine, leading to a shift towards fossil-free alternatives. In collaboration with Siemens Energy, this thesis investigates the availability of green fuels for gas turbines in Europe, specifically in Germany, Poland, and the UK. The methodology includes analysing literature, internal and official documents, and conducting a customer survey.  The fuel availability outlook indicates an upcoming expansion of hydrogen infrastructure, with Germany and the UK expected to have operational hydrogen infrastructure within the next 5-10 years. While green ammonia and e-methanol may have limited roles in the energy transition, ammonia's capacity to transport hydrogen makes it a potential energy carrier, and the existing distribution network could facilitate the early adoption of large-scale ammonia transportation. Biofuel availability varies across regions, feedstocks, and production methods, with biogas, biomethane and HVO showing significant potential. Natural gas remains the most cost-effective fuel until 2040, with blue hydrogen and ammonia, along with carbon capture, utilisation, and storage (CCUS), identified as the best alternative green fuels. After 2035, green hydrogen will emerge as the most cost-effective green option. The customer survey highlights the preference for hydrogen and ammonia, driven by governmental requirements and environmental responsibility. This study emphasises the promising transition fuels and the need to explore CCUS technologies' impact on fossil-based fuel prices.

This thesis project aims to develop an innovative technique for the production of high-purity uranium nitride (UN) through the ammonolysis of fluorides. The desired objective is to perform a controlled gas/gas reaction between uranium hexafluoride (UF6) and ammonia (NH3) at 800°C. The intermediate product thereby obtained (uranium dinitride, UN2) is subjected to further heating up to 1100°C under argon atmosphere, to ultimately produce UN. An inherent challenge faced in previous experiments was related to the dissociation of ammonia, which is alimiting factor for upscaling. Therefore, in this project a new setup is invented to address this challenge and it is proved experimentally: the idea is to achieve a coaxial laminar flow of UF6 and a carrier gas, where a central stream of the former is shielded by the latter so that the tworeacting gasses mix only in the hot point of the furnace, where the desired reaction can happen. To implement this approach, the ammonia dissociation has been studied, an apparatus for the controlled evaporation of UF6 has been designed and built, and two different injection nozzleshave been tested in different setup configurations. Eventually, the complete prototype has been tested altogether in a synthesis experiment at 800°C, and the products thus obtained have been converted into UN at 1100°C. Numerous auxiliary experiments have been performed using UF4as a reactant, as it is easier to handle and the results thus obtained can be largely extended to UF6. Lastly, a UF4 synthesis experiment has been performed, as educationally helpful to further dig into some chemistry features of this material, and a UN pellet has been sintered with Spark Plasma Sintering (SPS). / Detta examensarbete syftar till att utveckla en innovativ teknik för framställning av urannitrid (UN) med hög renhet genom ammonolys av fluorider. Målsättningen med arbetet är att utföra en kontrollerad gas/gasreaktion mellan uranhexafluorid (UF6) och ammoniak (NH3) vid 800°C. Den därigenom erhållna mellanprodukten (urandinitrid, UN2) värms därefter upp till 1100°C i en argonatmosfär, för att slutligen producera UN. En utmaning i tidigare experiment var relaterat till dissociationen av ammoniak, vilket är en begränsande faktor för uppskalning av processen. För att möta denna utmaning utvecklas därför en ny process i detta projekt och den bevisas experimentellt. Tanken är att skapa ett koaxiellt laminärt flöde bestående av UF6 och en bärgas, där en central ström av den första är avskärmad av det senare så att de två reagerande gaserna enbart blandas i ugnens heta zon, där den önskade reaktionen sker. För att implementera denna metod så har ammoniakdissociationen studerats, en apparat för kontrollerad avdunstning av UF6 har designats och byggts, och två olika insprutningsmunstycken har testats i olika konfigurationer. Den kompletta prototypen har testats i sin helhet med ett syntesexperiment vid 800°C, och produkterna som erhållits har konverterats till UN vid 1100°C. Ett flertal hjälpexperiment har utförts med UF4 som reaktant, eftersom den är enklare att hantera, och de erhållna resultaten kan till stor del utvidgas till UF6. Slutligen har ett UF4-syntesexperiment genomförts för att som ett pedagogiskt hjälpmedel ytterligare studera vissa kemiska egenskaper hos detta material. En UN-pellet har sintrats med starkströmsassisterad varmpressning (eng. Spark Plasma Sintering, SPS).

To support the large­scale integration of renewables in electricity grids, power­to­X­to­power (P2X2P) systems have been proposed. These systems serve to increase the flexibility of thermal power plants while potentially providing both economic and environmental benefits by allowing power from the plant to be redirected into an electrolyzer and converted to a gaseous energy carrier. In this study, the feasibility of a P2X2P system consisting of a combined cycle gas turbine (CCGT) power plant coupled with a PEM electrolyzer in the Italian power sector has been investigated. A dynamic technoeconomic model has been developed for both hydrogen and ammonia­based systems together with a profit maximizing dispatch strategy for operation in both day­-ahead and balancing electricity markets. As a part of this, a PEM electrolyzer model was also developed and validated against experimental data. Notable technical improvements were observed as a consequence of the implementation of a P2X2P system in the form of avoided shutdowns and a more even power output. However, any economic and environmental benefits of such improvements were not observed as the addition of the P2X2P system led to a reduction in net present value as well as higher specific emissions of carbon dioxide. When the gaseous energy carrier was utilized as fuel in the CCGT, similar technical performances were achieved by the hydrogen­based and ammonia­based systems. Due to the increased investment cost demanded by the ammonia production process the hydrogen­based system thus seems most suitable for this setup. / För att möjliggöra en storskalig utbyggnad av förnyelsebar energi har power­to­X­to­power­system (P2X2P) föreslagits som en potentiell lösning. Genom att omdirigera electricitet från kraftverket till en elektrolysator och därmed omvandla denna till vätgas kan dessa system förbättra den tekniska flexibiliten hos värmekraftverk samtidigt som de har potential att medföra både ekonomiska och miljömässiga fördelar. Detta examensarbete har undersökt den tekno­ekonomiska potentialen hos ett P2X2P­system bestående av ett gaskombikraftverk i anslutning till en elektrolysator i det italienska kraftnätet. En dynamisk, tekno­ekonomisk modell av både vätgas­ och ammoniakbaserade P2X2P­system samt en vinstmaximerande kontrollstrategi har utvecklats. En modell över en PEMelektrolysator har även utvecklats och validerats gentemot experimentella data. Införandet av ett P2X2P­system till kraftverket påvisade en teknisk förbättringspotential genom ett minskat antal uppstarter samt en mer jämn uteffekt. Huruvida denna tekniska förbättring också medför ekonomisk and miljömässig förbättring eller ej kvarstår att påvisa. Detta då nuvärdet minskade samtidigt som koldioxidutsläppen per producerad kilowatttimme ökade vid införandet av P2X2P­systemet. Då den producerade energibäraren, i form av vätgas eller ammoniak, enbart användes för att ersätta fossilgas som bränsle i kraftverket påvisades marginell skillnad i presetanda mellan de två systemen. De större kostnaderna som medförs av ett ammoniak­baserat system pekar därför på att ett vätgas­baserat system vore att föredra under sådana förutsättningar.

Both ammonia and phosphine are widely used in industrial processes, and yet they are noxious and exhibit detrimental effects on human health. Despite the remarkable progress on sensors development, there are still some limitations, for instance, the requirement of high operating temperatures, and that most sensors are solely dedicated to individual gas monitoring. Herein, an ultrasensitive, highly discriminative platform is demonstrated for the detection and identification of ammonia and phosphine at room temperature using a graphene nanosensor. Graphene is exfoliated and successfully functionalized by copper phthalocyanine derivate. In combination with highly efficient machine learning techniques, the developed graphene nanosensor demonstrates an excellent gas identification performance even at ultralow concentrations: 100 ppb NH3 (accuracy—100.0%, sensitivity—100.0%, specificity—100.0%) and 100 ppb PH3 (accuracy—77.8%, sensitivity—75.0%, and specificity—78.6%). Molecular dynamics simulation results reveal that the copper phthalocyanine derivate molecules attached to the graphene surface facilitate the adsorption of ammonia molecules owing to hydrogen bonding interactions. The developed smart gas sensing platform paves a path to design a highly selective, highly sensitive, miniaturized, low-power consumption, nondedicated, smart gas sensing system toward a wide spectrum of gases.

<p>Biogas är benämningen för metangas (CH₄) som är producerad via anaerob (syrefri) rötning av biologiskt material. I Linköping finns en av Sveriges största biogasanläggningar. Anläggningen drivs av Svensk Biogas AB som ägs av Tekniska Verken i Linköping AB (publ.). I anläggningen rötas stora mängder proteinrikt substrat vilket leder till höga halter av ammoniak (NH₃) och ammonium (NH₄⁺) i rötkammaren. Ammoniak (NH₃) är toxiskt för de metanbildare som i en välmående process står för den största delen av metangasproduktionen. Höga halter av ammoniak (NH₃) och ammonium (NH₄⁺) kan inhibera dessa metanbildare vilket leder till minskad gasproduktion.</p><p>Detta examensarbete syftar främst till att genom ett kontinuerligt rötkammarexperiment utreda om zeoliter är ett lämpligt hjälpmedel för att reducera ammonium (NH₄⁺) i en anaerob process. Vid sänkta halter ammonium (NH₄⁺) är hypotesen att de mikroorganismer som är aktiva i den mest effektiva metanbildningsvägen återetableras. Arbetet syftar även till att experimentellt utreda vilka effekter zeoliter i sin helhet har på den anaeroba processen. Zeoliters effekt vid låga zeolitkoncentrationer utreds i en serie utrötningsexperiment i batch. Dessutom har en materialstudie kring zeoliternas kapacitet i olika miljöer genomförts.</p><p>Materialstudien visade att den valda zeoliten som studerades, clinoptilolite, hade en maximal katjonbytarkapacitet på ≈ 19 mg NH₄⁺/g zeolit. Vidare konstaterades att zeoliter med mindre diameter än 1 mm har avsevärt bättre kapacitet än zeoliter med större diameter. I det kontinuerliga rötkammarexperimentet konstaterades att clinoptilolite kan användas i en rötkammare för att reducera ammoniumhalten (NH₄⁺). Detta utan att några allvarliga processtörningar uppstår. Cirka 175 g zeolit/l krävdes för att reducera ammoniumhalten (NH₄⁺) från 5300 mg NH₄⁺/l till 3200 mg NH₄⁺/l. Det är inte realistisktatt använda så stora mängder zeoliter i en fullskalig anläggning. Mikrobiologiskt sett observerades ingen förändring av de metanbildarna som dominerar den effektivaste metanbildningsvägen.</p><p>Resultaten från utrötningsförsöket i batch visade att zeolittillsatser av 5 g/l respektive 10 g/l hade en klart positiv effekt på metanbildningen jämfört utan zeolittillsats. I de batcher med 1-10 g zeolit/l startade metangasproduktionen ≈ 14 dagar tidigare än batcherna med 0 g zeolit/l. 16 dagar efter att experimentet startade hade batcherna med 5-10 g zeolit/l producerat ≈ 500 ml metangas (CH₄) jämfört med serien utan zeoliter som vid samma tidpunkt producerat ≈ 75 ml metangas (CH₄). Utrötningsgraden ökade i samtliga serier med zeolittillsats jämfört med serien utan zeoliter. Tillsatsen av 5 g zeolit/l ökade den specifika metangasproduktionen med ≈ 19 % jämfört med utan zeolittillsatser. Slutsatsen är att clinoptilolite i små koncentrationer, mellan 5-10 g/l, påverkar så väl kinetiken som utrötningsgraden för den anaeroba processen på ett positivt sett. Den optimala koncentrationen av clinoptilolite i en mesofil anaerob process bör ligga mellan 5-10 g zeolit/l.</p> / <p>Methane (CH₄) is formed by anaerobic (oxygen-free) digestion of biological materials. One of Sweden's largest biogas plants is placed in Linköping. The plant is operated by Svensk Biogas AB, which is owned by Tekniska Verken i Linköping AB (publ.). In their biogas plant a large amount of protein rich material is handled. High amounts of protein leads to high levels of ammonia (NH₃) and ammonium (NH₄⁺) in the digestion chamber. High levels of ammonia (NH₃) are toxic to the most dominant methane forming microorganism. High concentrations of ammonia (NH₃) and ammonium (NH₄⁺) can inhibit these methane forming microorganisms which may lead to a reduction in gas production.</p><p>This aim with this master thesis was to reduce high ammonium levels by adding zeolites to a lab scale continuous digestion chamber. The hypothesis is that at reduced levels of ammonium (NH₄⁺) the most effective methane forming microorganism will reestablish. This thesis also aims to experimentally investigate all types of effects that zeolites may have in an anaerobic digestion process. Which effect zeolites at low concentration have in a digestion chamber will be investigated by using lab scale batch digestion chambers. In addition, a material study on the capacity of the zeolites in different environments will be investigated.</p><p>The material study showed that the selected zeolite, clinoptilolite, had a cat ion exchange capacity around 19 mg NH₄⁺/g zeolite. It was also found that the zeolites with a diameter less than 1 mm had significantly better capacity than zeolites with larger diameter. In the continuous digestion experiment it was found that clinoptilolite can be used in a digestion chamber to reduce high levels of ammonium (NH₄⁺). This without any serious disorder on the process. Around 175 g zeolite/l was needed to reduce ammonium levels (NH₄⁺) from 5300 mg NH₄⁺/l to 3200 mg NH₄⁺/l. However, it is not realistic to use such large amounts of zeolites in a full-scale digestion chamber. No changes in the culture of methane forming microorganisms were found.</p><p>The results of the batch experiment showed that concentrations of 5 g zeolite/l and 10 g zeolite/l had a positive effect on the methanogenesis compared to batches without additives. In the batches with 1-10 g zeolite/l the forming of methane began about 14 days earlier than in the batches without any zeolites. After 16 days, batches with 5-10 g zeolite/l had produced about 500 ml of methane (CH₄), compared with series without additives, which at the same time had produced about 75 ml of methane (CH₄). The methane yield increased in all series which included zeolites compared to the batches without zeolites. Addition of 5 g zeolite/l increased the specific methane production by approximately 19 % compared to no additives. The conclusion is that clinoptilolite in small concentrations; 5-10 g/l have a positive effect on as well the kinetics as on the methane yield for the anaerobic process. The best concentration of zeolites in a mesophile anaerobic digestion chamber appears to be between 5-10 g zeolite/l.</p>

<p>Detta är ett examensarbete som genomförts hos Göteborg Energi AB och syftar till att utreda omkryogen uppgradering av biogas med fördel kan ske genom att producera nödvändig kyla medvärmedriven absorptionskylmaskin. Göteborg Energi är en av tre parter som tillsammans ska bygga enbiogasanläggning i Lidköping som ska vara i drift 2010. Anläggningen ska producera 30 GWhflytande biogas per år.</p><p>Arbetet utreder om det är fördelaktigt ur ekonomiskt, energimässigt och miljömässigt perspektiv attuppgradera biogas med kryogen teknik med värmeproducerad kyla. En jämförelse görs först medkryogen teknik där kylan är producerad med el och sen med andra uppgraderingstekniker. Som stödhar två olika processimuleringsprogram används, Hysys och DESIGN II.</p><p>Resultatet visar att energianvändningen ökar då värmedriven kyla används i jämförelse med kylaproducerad med el. 0,47 kW/Nm3 rågas för kryo med absorptionskyla och 0,29 kW/Nm3 rågas medel. Om det finns avsättning för spillvärmen kan energianvändningen i uppgraderingen minska till 0,29kW/Nm3 rågas och 0,15 kW/Nm3 rågas för systemet med värmedriven respektive eldriven kyla. Ijämförelse med andra uppgraderingstekniker ligger 0,47 kW/Nm3 bland de teknikerna med högstenergianvändning medans 0,29 kW/Nm3 placerar sig bland de teknikerna med lägstenergianvändning.</p><p>Resultat visar att klimatpåverkan från uppgraderingen, som kommer av metanslip och elanvändningen,minskar marginellt om kylan produceras med värme istället för el. Resultatet varierar mycket beroendepå hur koldioxidutsläppen från marginalelen beräknas. I jämförelse med andra uppgraderingsteknikerligger kryo lägre än de flesta andra. Undantaget är COOAB-tekniken som är överlägset bäst tack varalågt metanslip och liten elanvändning.</p><p>Ekonomisk jämförelse med andra uppgraderingstekniker visar att kostnaden för energianvändningenligger i samma nivå som övriga uppgraderingstekniker i jämförelsen, ca 0,03 kr/kWh uppgraderad gas.Om det finns avsättning för spillvärmen sjunker kostnaden till 0,024 och 0,02 kr/kWh uppgraderad gasför kryoteknik med kyla ifrån värme respektive el.</p><p>Min slutsats är att utnyttjande av spillvärmen är av stor vikt för att få god ekonomi och lågenergianvändning med kryogen uppgradering. En marginellt förbättrad miljöprestanda kan erhållas omnödvändig kyla produceras med värme istället för el då kryogen uppgradering används. Annars är detalltid mer fördelaktigt att använda el för att producera nödvändig kyla.</p> / <p>This is a master thesis that has been carried out at Göteborg Energi AB. It refers to investigate ifcryogenic upgrading of biogas with advantage can be done by producing necessary cold with a heatdriven absorption cooling machine. Göteborg Energi is one of three actors that together will build abiogas plant in Lidköping that will be up and running in 2010. The plant will produce 30 GWhliquefied biogas annually.</p><p>This thesis investigastes whether it is advantageous, to upgrade biogas with heat driven cooling, in aperspective of economy, energy use and environment. It compares cryogenic upgrading with coldproduced by electricity, but also by other techniques. Two different process simulation softwares havebeen used as support to this thesis; Hysys and DESIGN II.</p><p>The result shows that energy usage increases when the necessary cold is produced with heat instead ofelectricity; 0,47 kW/Nm3 rawgas for cryo upgrade with absorptions cooling and 0,29 kW/Nm3 rawgaswith cold produced by electricity. If it’s possible to use the waste heat to warm the digester, the energyconsumption for the upgrading can be reduced to 0,29 kW/Nm3 for the system with heat-driven cold,and 0,15 kW/Nm3 rawgas for cold produced by electricity. In comparison with other techniques forupgrading, 0,47 kW/Nm3 rawgas is a high value while 0,29 kW/Nm3 rawgas is among the lowestvalues for energy use.</p><p>The impact on the climate emerges from the use of electricity and when methane slips out from theupgrading plant. The result shows that the impact on the climate is slightly decreased for cryogenicupgrading when the cold is produced with a heat driven absorption machine instead of electricity. Theresult varies a lot due to how one calculate the emission of carbon dioxide from the electricity on themargin. In comparison with other upgrading techniques, the climate impact from cryogenic upgradingis less, other than the COOAB-technique that is superior because of its low methane slip and lowdemand of electricity.</p><p>An economical comparison shows that the cost for energy usage is about the same for cryogenic as forother techniques; approximately 0,03 SEK/kWh upgraded gas. If one can utilize the waste heat, thecost would be decreased to 0,024 and 0,02 SEK/kWh upgraded gas for the system with cryogenicupgrading with cooling from absorption machine respectively cooling produced with electricity.</p><p>My conclusion is that the utilization of the waste heat is essential if one wishes to get good economyand low energy use for the upgrading of biogas with cryogenic methods. A slightly increasedenvironmental improvement can be received if one change the cold production from electricity to heat,otherwise it is always more advantageous to use electricity for cryogenic methods.</p>

Biogas är benämningen för metangas (CH4) som är producerad via anaerob (syrefri) rötning av biologiskt material. I Linköping finns en av Sveriges största biogasanläggningar. Anläggningen drivs av Svensk Biogas AB som ägs av Tekniska Verken i Linköping AB (publ.). I anläggningen rötas stora mängder proteinrikt substrat vilket leder till höga halter av ammoniak (NH3) och ammonium (NH4+) i rötkammaren. Ammoniak (NH3) är toxiskt för de metanbildare som i en välmående process står för den största delen av metangasproduktionen. Höga halter av ammoniak (NH3) och ammonium (NH4+) kan inhibera dessa metanbildare vilket leder till minskad gasproduktion. Detta examensarbete syftar främst till att genom ett kontinuerligt rötkammarexperiment utreda om zeoliter är ett lämpligt hjälpmedel för att reducera ammonium (NH4+) i en anaerob process. Vid sänkta halter ammonium (NH4+) är hypotesen att de mikroorganismer som är aktiva i den mest effektiva metanbildningsvägen återetableras. Arbetet syftar även till att experimentellt utreda vilka effekter zeoliter i sin helhet har på den anaeroba processen. Zeoliters effekt vid låga zeolitkoncentrationer utreds i en serie utrötningsexperiment i batch. Dessutom har en materialstudie kring zeoliternas kapacitet i olika miljöer genomförts. Materialstudien visade att den valda zeoliten som studerades, clinoptilolite, hade en maximal katjonbytarkapacitet på ≈ 19 mg NH4+/g zeolit. Vidare konstaterades att zeoliter med mindre diameter än 1 mm har avsevärt bättre kapacitet än zeoliter med större diameter. I det kontinuerliga rötkammarexperimentet konstaterades att clinoptilolite kan användas i en rötkammare för att reducera ammoniumhalten (NH4+). Detta utan att några allvarliga processtörningar uppstår. Cirka 175 g zeolit/l krävdes för att reducera ammoniumhalten (NH4+) från 5300 mg NH4+/l till 3200 mg NH4+/l. Det är inte realistisktatt använda så stora mängder zeoliter i en fullskalig anläggning. Mikrobiologiskt sett observerades ingen förändring av de metanbildarna som dominerar den effektivaste metanbildningsvägen. Resultaten från utrötningsförsöket i batch visade att zeolittillsatser av 5 g/l respektive 10 g/l hade en klart positiv effekt på metanbildningen jämfört utan zeolittillsats. I de batcher med 1-10 g zeolit/l startade metangasproduktionen ≈ 14 dagar tidigare än batcherna med 0 g zeolit/l. 16 dagar efter att experimentet startade hade batcherna med 5-10 g zeolit/l producerat ≈ 500 ml metangas (CH4) jämfört med serien utan zeoliter som vid samma tidpunkt producerat ≈ 75 ml metangas (CH4). Utrötningsgraden ökade i samtliga serier med zeolittillsats jämfört med serien utan zeoliter. Tillsatsen av 5 g zeolit/l ökade den specifika metangasproduktionen med ≈ 19 % jämfört med utan zeolittillsatser. Slutsatsen är att clinoptilolite i små koncentrationer, mellan 5-10 g/l, påverkar så väl kinetiken som utrötningsgraden för den anaeroba processen på ett positivt sett. Den optimala koncentrationen av clinoptilolite i en mesofil anaerob process bör ligga mellan 5-10 g zeolit/l. / Methane (CH4) is formed by anaerobic (oxygen-free) digestion of biological materials. One of Sweden's largest biogas plants is placed in Linköping. The plant is operated by Svensk Biogas AB, which is owned by Tekniska Verken i Linköping AB (publ.). In their biogas plant a large amount of protein rich material is handled. High amounts of protein leads to high levels of ammonia (NH3) and ammonium (NH4+) in the digestion chamber. High levels of ammonia (NH3) are toxic to the most dominant methane forming microorganism. High concentrations of ammonia (NH3) and ammonium (NH4+) can inhibit these methane forming microorganisms which may lead to a reduction in gas production. This aim with this master thesis was to reduce high ammonium levels by adding zeolites to a lab scale continuous digestion chamber. The hypothesis is that at reduced levels of ammonium (NH4+) the most effective methane forming microorganism will reestablish. This thesis also aims to experimentally investigate all types of effects that zeolites may have in an anaerobic digestion process. Which effect zeolites at low concentration have in a digestion chamber will be investigated by using lab scale batch digestion chambers. In addition, a material study on the capacity of the zeolites in different environments will be investigated. The material study showed that the selected zeolite, clinoptilolite, had a cat ion exchange capacity around 19 mg NH4+/g zeolite. It was also found that the zeolites with a diameter less than 1 mm had significantly better capacity than zeolites with larger diameter. In the continuous digestion experiment it was found that clinoptilolite can be used in a digestion chamber to reduce high levels of ammonium (NH4+). This without any serious disorder on the process. Around 175 g zeolite/l was needed to reduce ammonium levels (NH4+) from 5300 mg NH4+/l to 3200 mg NH4+/l. However, it is not realistic to use such large amounts of zeolites in a full-scale digestion chamber. No changes in the culture of methane forming microorganisms were found. The results of the batch experiment showed that concentrations of 5 g zeolite/l and 10 g zeolite/l had a positive effect on the methanogenesis compared to batches without additives. In the batches with 1-10 g zeolite/l the forming of methane began about 14 days earlier than in the batches without any zeolites. After 16 days, batches with 5-10 g zeolite/l had produced about 500 ml of methane (CH4), compared with series without additives, which at the same time had produced about 75 ml of methane (CH4). The methane yield increased in all series which included zeolites compared to the batches without zeolites. Addition of 5 g zeolite/l increased the specific methane production by approximately 19 % compared to no additives. The conclusion is that clinoptilolite in small concentrations; 5-10 g/l have a positive effect on as well the kinetics as on the methane yield for the anaerobic process. The best concentration of zeolites in a mesophile anaerobic digestion chamber appears to be between 5-10 g zeolite/l.

Detta är ett examensarbete som genomförts hos Göteborg Energi AB och syftar till att utreda omkryogen uppgradering av biogas med fördel kan ske genom att producera nödvändig kyla medvärmedriven absorptionskylmaskin. Göteborg Energi är en av tre parter som tillsammans ska bygga enbiogasanläggning i Lidköping som ska vara i drift 2010. Anläggningen ska producera 30 GWhflytande biogas per år. Arbetet utreder om det är fördelaktigt ur ekonomiskt, energimässigt och miljömässigt perspektiv attuppgradera biogas med kryogen teknik med värmeproducerad kyla. En jämförelse görs först medkryogen teknik där kylan är producerad med el och sen med andra uppgraderingstekniker. Som stödhar två olika processimuleringsprogram används, Hysys och DESIGN II. Resultatet visar att energianvändningen ökar då värmedriven kyla används i jämförelse med kylaproducerad med el. 0,47 kW/Nm3 rågas för kryo med absorptionskyla och 0,29 kW/Nm3 rågas medel. Om det finns avsättning för spillvärmen kan energianvändningen i uppgraderingen minska till 0,29kW/Nm3 rågas och 0,15 kW/Nm3 rågas för systemet med värmedriven respektive eldriven kyla. Ijämförelse med andra uppgraderingstekniker ligger 0,47 kW/Nm3 bland de teknikerna med högstenergianvändning medans 0,29 kW/Nm3 placerar sig bland de teknikerna med lägstenergianvändning. Resultat visar att klimatpåverkan från uppgraderingen, som kommer av metanslip och elanvändningen,minskar marginellt om kylan produceras med värme istället för el. Resultatet varierar mycket beroendepå hur koldioxidutsläppen från marginalelen beräknas. I jämförelse med andra uppgraderingsteknikerligger kryo lägre än de flesta andra. Undantaget är COOAB-tekniken som är överlägset bäst tack varalågt metanslip och liten elanvändning. Ekonomisk jämförelse med andra uppgraderingstekniker visar att kostnaden för energianvändningenligger i samma nivå som övriga uppgraderingstekniker i jämförelsen, ca 0,03 kr/kWh uppgraderad gas.Om det finns avsättning för spillvärmen sjunker kostnaden till 0,024 och 0,02 kr/kWh uppgraderad gasför kryoteknik med kyla ifrån värme respektive el. Min slutsats är att utnyttjande av spillvärmen är av stor vikt för att få god ekonomi och lågenergianvändning med kryogen uppgradering. En marginellt förbättrad miljöprestanda kan erhållas omnödvändig kyla produceras med värme istället för el då kryogen uppgradering används. Annars är detalltid mer fördelaktigt att använda el för att producera nödvändig kyla. / This is a master thesis that has been carried out at Göteborg Energi AB. It refers to investigate ifcryogenic upgrading of biogas with advantage can be done by producing necessary cold with a heatdriven absorption cooling machine. Göteborg Energi is one of three actors that together will build abiogas plant in Lidköping that will be up and running in 2010. The plant will produce 30 GWhliquefied biogas annually. This thesis investigastes whether it is advantageous, to upgrade biogas with heat driven cooling, in aperspective of economy, energy use and environment. It compares cryogenic upgrading with coldproduced by electricity, but also by other techniques. Two different process simulation softwares havebeen used as support to this thesis; Hysys and DESIGN II. The result shows that energy usage increases when the necessary cold is produced with heat instead ofelectricity; 0,47 kW/Nm3 rawgas for cryo upgrade with absorptions cooling and 0,29 kW/Nm3 rawgaswith cold produced by electricity. If it’s possible to use the waste heat to warm the digester, the energyconsumption for the upgrading can be reduced to 0,29 kW/Nm3 for the system with heat-driven cold,and 0,15 kW/Nm3 rawgas for cold produced by electricity. In comparison with other techniques forupgrading, 0,47 kW/Nm3 rawgas is a high value while 0,29 kW/Nm3 rawgas is among the lowestvalues for energy use. The impact on the climate emerges from the use of electricity and when methane slips out from theupgrading plant. The result shows that the impact on the climate is slightly decreased for cryogenicupgrading when the cold is produced with a heat driven absorption machine instead of electricity. Theresult varies a lot due to how one calculate the emission of carbon dioxide from the electricity on themargin. In comparison with other upgrading techniques, the climate impact from cryogenic upgradingis less, other than the COOAB-technique that is superior because of its low methane slip and lowdemand of electricity. An economical comparison shows that the cost for energy usage is about the same for cryogenic as forother techniques; approximately 0,03 SEK/kWh upgraded gas. If one can utilize the waste heat, thecost would be decreased to 0,024 and 0,02 SEK/kWh upgraded gas for the system with cryogenicupgrading with cooling from absorption machine respectively cooling produced with electricity. My conclusion is that the utilization of the waste heat is essential if one wishes to get good economyand low energy use for the upgrading of biogas with cryogenic methods. A slightly increasedenvironmental improvement can be received if one change the cold production from electricity to heat,otherwise it is always more advantageous to use electricity for cryogenic methods.