Biogas is an environmentally friendly energy source with great importance for sustainable development. The purpose of this study is to determine the feasibility of setting up a biogas plant at the student housing area planned at Albano in Stockholm. The possibility of attaining self-sustainability in Albano is also investigated. After compiling the processes for converting household waste into biogas through a literature study, a quantitative feasibility study of setting up a biogas plant is carried out. The usable amount of household waste is determined through an empirical study. Investment costs of comparable biogas production facilities are obtained from companies working in the biogas field. The producible biogas amount and rates of conversion from biogas to heat/electricity are derived from existing data in similar studies. The energy demand is calculated based on existing data from housing companies and authorities. Four possible scenarios are created to study all the possible outcomes of establishing a biogas plant. The maximum producible biogas is determined to be 12.199 m3/year. The total energy demand in Albano is determined to be 2.931MWh/year, of which 2,4 TWh/year is heat and 531 MWh/year is electricity. This amount is not sufficient to meet the specific requirements. Recommendations for Albano were made accordingly. / Biogas betraktas som ett en miljövänlig energikälla med stor betydelse för det kommande arbetet mot en mer hållbar utveckling. Denna rapport avser behandla möjligheten till ett upprättande av en biogasanläggning vid ett planerat studentboende vid Albano, Stockholm. Vidare kommer även möjligheterna till ett mer självständigt hållbart arbete i området behandlas. Som en del i rapporten kommer en analys av omvandlingen från hushållsavfall till biogas utföras i form av en kvantitativ studie med fokus på en förstudie för upprättande av biogasanläggning. Mängden hushållsavfall fås genom en empirisk studie av författaren. Den andel energi som beräknas kunna produceras fås genom befintlig data från utförda studier på Albano. Utifrån detta fastställs energibehovet utifrån givna rekommendationer och uppskattningar utförda av företag och myndigheter. Fyra möjliga utfall är definierade i syfte att kartlägga de möjliga utfallen för biogasanläggningen. Den maximala andel producerad biogas uppgår till 12.199 m3/år. Den totala energibehov i Albano bestämdes till 2.931 MWh/år, varav värmebehovet är 2,4 TWh/år och elbehovet är 531 MWh/år. Den maximala andel producerad biogas kan användas för att tillverka 48,8 MWh/år värme och 24,4 MWh/år elektricitet. Denna mängd är inte tillräcklig för att tillgodose de bestämda kraven. Utifrån detta har olika förslag utformats.

The primary water sources of twenty million people in Bangladesh are contaminated with arsenic; almost sixty percent of population does not have access to electricity, and close to ninety percent of the population cooks with solid fuels. These statistics have severe health and development implications for Bangladesh. Polygeneration technology is being developed that can address all of these issues with a single system, by utilizing the exhaust heat from a biogas electricity generator to remove arsenic from water via membrane distillation and using excess biogas as a cooking fuel. History is full of stories of investment in developing countries gone horribly wrong. Thorough market research and analysis can help prevent that in the future. This thesis demonstrates the process of determining beneficial components of business models for the deployment of polygeneration technology in Bangladesh. This involves understanding the existing business models used for providing rural services in Bangladesh and assessing which of these models would be more sustainable for biogas based polygeneration systems within the socio-economic and institutional context of rural Bangladesh. This is achieved through the development of a set of sustainability indicators and an interview questionnaire for providers of rural services in Bangladesh, which was applied during a field study in early 2013. The sustainability indicator scores were calculated and analyzed in the context of strategic management tools, such as the Business Model Canvas. The combination of the quantitative and qualitative aspects of these case studies highlights crucial business model elements. Based on the results of the sustainability indicators for the field sites included in the study, community and cooperative business models provide a sustainable structure for the multiple products and inputs inherent in a polygeneration system. They have the ability to reach a wider customer base and are not focused on maximizing their profit, but still make reasonable economic choices.

By the everyday increasing enthusiasm for using renewable-sustainable sources in energy production area, focusing on one and optimizing it in the best possible way should be of much interest. Biogas production from anaerobic digestion of wastes is a well known energy source which could be applied more efficiently if the CO2portion of it would be upgraded to CH4as well. There is a methanation reaction which could convert carbon dioxide to methane with the use of hydrogenation. In this report, the effort is to simulate this methanation reactor which is a catalytic bed of ruthenium on alumina base. The temperature change and its’ effect on reaction kinetics and equilibrium, also deriving designing parameters for the catalyst bed are different tasks which was tried to be covered in this thesis work. Based on calculations, the reactor can operate isothermally or adiabatically. The point is that each method has its own cons and pros. For the isothermal case finally the optimum temperature to run the reaction is decided to be 600 K in 10 bar total pressure. In adiabatic case then it is understood to work on interstage cooling strategy which in given conditions came to the number of 6 for reactors and 5 for interstage cooling devices. Afterwards it is thought to apply some technical changes to conventional adiabatic method and recycle some part of the product to the entrance of the reactor and assist the conversion. In this method number of reactors would be reduced to 2 and one heat exchanger in the middle. Selecting the best process in large scale treatment, needs lots of economical analysis and detail design while in small scale condition the most preferred method to run the reaction is isothermal.

Sammanfattning Denna studie är en delstudie i ett större växthusprojekt som drivs av KTH Centrum för Hälsa och Byggande i Haninge utanför Stockholm. Projektet inbegriper ett integrerat spillvärme- och växthussystem med besöks- och forskningsändamål, placerat i anslutning till en reningsanläggning och ett naturbruksgymnasium. Studiens primära syften är att undersöka spillvärmepotentialen och potentialen för uppvärmning av växthus med spillvärme i Sverige. De sekundära syftena är att undersöka vilka hållbarhetsaspekter som kan identifieras som viktiga för spillvärme-växthus-system och att göra en idé- och informationssammanställning för dem som vill bygga spillvärme-växthus-system, med bland annat tips om hur produktpriser kan beräknas, vilka nyckeltal som kan användas för energikalkyler och vilka användningsområden som finns med ett växthus. Rapporten får ett visst fokus på livsmedels- och tomatodling, eftersom både tidigare studier och den fallstudie som ingår i rapporten handlade om detta. Studiens avsikt är dock att förespråka för en bredare syn på växthusanvändning. Studien visar att det finns stora spillvärmepotentialer bland särskilt högtempererade spillvärmekällor på västkusten och medeltempererade spillvärmekällor i Stockholmsområdet, eftersom dessa områden har både god spillvärmepotential och stor befolkning. Växthus kan byggas nära spillvärmekällan och kräver inte lika höga ingångstemperaturer som exempelvis fjärrvärmenäten, vilket gör spillvärme-växthus-system mer flexibla än spillvärme-fjärrvärme-system. Studien visar på viktiga fysiska, ekonomiska och organisatoriska förutsättningar för att bygga spillvärme-växthus-system, att det finns biologiska, sociala och kulturella potentialer med växthusen och vidare att det finns flera intressanta hållbarhetsaspekter med spillvärme-växthus-system, särskilt om de byggs rätt från början. Så gjordes i Habo, där studiens fallstudie gjordes. I Habo drivs ekologisk växthusodling med hjälp av spillvärme från en närliggande och elproducerande biogasanläggning, där de organiska resurserna består av gödsel och godisrester från en lokal godisindustri. Hela spillvärme-växthus-systemet är småskaligt och i stort sett kretsloppsanpassat. Modellen rekommenderas starkt både för projektet i Haninge och var helst man funderar på att bygga spillvärme-växthus-system, eftersom det överallt finns och alltid kommer att finnas tillgång på organiskt avfall. Energistudier visar att det finns stor potential i det organiska avfallet, särskilt från jordbruk

Jorden befinner sig under stress till följd av mänskliga aktiviteter. För att uppnå en hållbar utveckling inom alla sektorer, och minska påfrestningen på planeten, har världen gjort framsteg inom internationella politiken för att skydda miljön. Ett stort mål är att minska utsläppet av växthusgaser till atmosfären för att begränsa den globala uppvärmningen. Den svenska industrisektorn använder stora mängder av fossila bränslen, bland annat naturgas, för att producera olika produkter. Då naturgas släpper ut växthusgasen koldioxid vid förbränning, är det lämpligt för dessa industrier att omställa från naturgas till biogas. Dock finns det idag hinder som gör att omställningen inte är genomförbar. Å andra sidan finns det drivkrafter som visar att industrierna vill vara med om en omställning för att värna för miljön. Denna studie utgår från en kvalitativ ansats där djupintervjuer utförs med lämpliga industrier som vill genomgå en omställning från naturgas till biogas. Utifrån djupintervjuer med tillverkande industrier i sydvästra Sverige samt Länsstyrelsen i Halland, identifierades drivkrafter och hinder för en omställning från naturgas till biogas. Primära och sekundära drivkrafter och hinder kategoriseras utifrån hur ofta de nämnts under intervjuerna. Viktigaste drivkrafterna som identifierats är att industrin vill bevara miljön och klimatet samt att det är tekniskt enkelt att byta från naturgas till biogas. Viktigaste hindren är tillgången samt det höga priset på biogas, vilket påverkas av transportsektorn användning av biogas. Biogasens användning inom transportsektorn förklaras som en kortsiktig lösning för en övergång från fossila bränslen till el och vätgas. För att Sverige ska kunna nå upp till Sveriges klimatmål om noll nettoutsläpp av växthusgaser, målen i Agenda 2030 samt Parisavtalet, är det essentiellt att industrin får tillgång till mer biogas genom en ökad biogasproduktion, samt att merparten av biogasen går till industrier istället för transportsektorn.

Från 2020 har EU lagt väg för ny en strategi för att metan- (CH4) utsläppenskall upptäckas och reduceras. Med denna bakgrund skapas syftet till detta examensarbete för att kunna kartlägga och kvantifiera vilka volymer av diffusa metanläckage som läckt ut mellan åren 2005-2019 från de svenska natur- och biogasenheter vid överföring och/eller produktion. Metoderna för examensarbetet har varit att inhämta information / mätdata i litteraturen samt via intervjuer av branschkunnig personal. Mätdata har bearbetats med deterministiska bedömningar i form av beräkningsmodell. Resultatet som beräknats i flera former av storheter såsom volym (Nm3), energiinnehåll (GWh), klimatpåverkan (CO2 ekv) och kostnad (SEK) och dessa visade alla på ansenliga tal.  Volymen av metanläckaget var 2019 3,96*106 Nm3 vilket motsvarar ett medelvärde i energiinnehåll på 38,29 GWh och en klimatpåverkan på 79,8*106 kg CO2 ekv. Kostnaden för metanemissionen 2019 blev då cirka 23,7*106 - 62*106 kronor vid beräkning för medelpriset av vad industrin och hushållen betalade mellan åren 2007-2019 för vardera gasobjekt. En vidare studie för säkrare indata och återkoppling på det arbete som redan pågår i Sverige för att reducera metanläckaget skulle vara till klar fördel och hjälp för framtida arbetssätt.

In der Landwirtschaft spielen Gerüche und die Vermeidung von Geruchsbelästigungen für die Nachbarschaft eine entscheidende Rolle. Mit dem Wandel vom Landwirt zum Energiewirt kommen dabei auch neue Geruchsemittenten wie die Blockheizkraftwerke (BHKW) mit ihren Abgasen hinzu. Der vorliegende Abschlussbericht wertet ein Messprogramm bezüglich Geruchsemissionen aus Abgasen von BHKW-Motoren aus. Insbesondere betrifft das Motoren, die Biogas einsetzen, welches aus landwirtschaftlichen Substraten gewonnen wurde. Es werden auf Grund der an mehreren Motoren vorgenommenen Messungen Geruchsemissionsfaktoren vorgeschlagen. Auf Grund der aktuellen Diskussion um die karzinogene Wirkung von Formaldehyd, werden zusätzlich die parallel dazu ermittelten Formaldehydemissionen aus den BHKW-Motoren ausgewertet.

I framtiden kommer belastning på Henriksdals avloppsreningsverk fördubblas, vilket innebär en ökning av antalet personer som bekännas, från cirka 800 000 till 1,6 miljoner. Hygienkravet på slam kommer även att bli striktare. Rötningsprocessen i Henriksdal reningsverk sker idag på mesofil drift (37°C), men det planeras att omställa processen till termofil drift (55°C). Denna omställning studerades i detalj på Hammarby Sjöstadsverkets pilotanläggning. Innan omställningen, skedde ett försök med mesofil drift. Resultatet från denna period användes som referens.  Experimentet skedde med en fem kubikmeter reaktor och temperaturen ökades successivt från 37 till 55 °C under tre veckors tid. Parametrar som studerades var torrsubstanshalt, glödförlust, flyktiga fettsyror, alkalinitet, pH, ammoniumkväve, gassammansättningen  (𝐶𝐻4, 𝐶𝑂2, 𝐻2𝑆), teoretiska biogasproduktion, specifika biogasproduktion och specifika metanproduktion.  Omställningsprocessen var relativt stabil under de första tre dagarna. När temperaturen nådde 46 °C kollapsade metanbildande mikroorganismer. Detta detekterades genom att VFA-halten accelererade till 2736 [mg/l], pH-värde sänktes från 7,1 till 6,7 och metanutbytet försämrades med ett minimalt värde på 37 %. Koldioxidhalten ökade som följd av temperaturhöjningen och pH minskningen. Alkaliniteten var relativt stabil, men minskades från 2210 [mg/l] till 1120 [mg/l]. Under processen varierade organiska belastningen (OLR) mellan 0 och 3,84 [kgVS/ m3, d] och utrötningsgraden var mellan -47,5 % och 71,2 %. FAN-halten och svavelvätekoncentrationen ökade under omställningen men nådde aldrig de toxiska haltnivåerna som rapporteras i litteraturen. Processen började stabilisera sig efter en vecka efter att temperaturen nådde 55,0 °C och omställningen var lyckad.  Käppala avloppsreningsverk genomförde en omställning på sin pilotanläggning. Omställningsstrategin var annorlunda jämfört med försöket på Hammarby Sjöstadsverkets pilotanläggning. Käppala minskade sin OLR till 1,5 [kgVS/ m3, d] innan omställningen men ökade successivt senare i försöket. Driftstopp uppstod i Käppalas omställningen. Problem som uppstod under Käppalas omställning var: enorm ökning av VFA, låg biogasproduktion och dålig biogassammansättning. På grund av detta, rekommenderas att omställa Henriksdals rötkammaren med samma strategi som försöket på Hammarby Sjöstadsverkets pilotanläggning. / In the future, the load on the Henriksdal water treatment plant will double, which means an increase serving from about 800,000 people to 1.6 million people. The hygiene requirements for sludge will also become stricter. The digestion process in Henriksdal Wastewater treatment plant is currently mesophilic (37 °C) but the plans is to convert the process to thermophilic (55 °C). This conversion was studied in detail at the Hammarby Sjöstadsverk pilot plant. Prior to the conversion, a trial with mesophilic operation took place. The results of this trial were used as a reference.  The experiment took place with a five cubic meter reactor and the temperature was gradually increased from 37 °C to 55 °C with a slightly larger increase at the beginning. The experiment took place over a period of three weeks. Parameters studied were total solids, volatile solids, volatile fatty acids, alkalinity, pH, ammonium nitrogen and gas composition (𝐶𝐻4, 𝐶𝑂2, 𝐻2𝑆).  The conversion process was relatively stable during the first three days. When the temperature reached 46 °C, methane-forming microorganisms collapsed. This was detected by the increasing VFA concentration to 2736 [mg/l], pH dropped from 7.1 to 6.7, and methane exchange deteriorated with a minimum of 37 %. The carbon dioxide content increased as a result of the increase in temperature and the decrease in pH. Process alkalinity was relatively strong during the conversion but decreased from 2210 [mg/l] to a minimum of 1120 [mg/l]. This is because of the decomposition of VFA consumes the alkalinity. During the process, the organic loading rate (OLR) varied between 0 and 3.84 [kgVS/ m3, d] and the organic destruction efficiency was between -47.5% and 71.2%. This is due to the fact that the sludge quality (TS and VS) and flows varied greatly during the conversion. The FAN concentration and hydrogen sulfide concentration increased during the conversion but never reached the toxic levels reported in the literature. The process started to stabilize one week after the temperature reached 55.0 °C and the conversion was successful.  Käppala wastewater treatment plant experimented a conversion at its pilot plant. The conversion strategy was different compared to the experiment at Hammarby Sjöstadsverket's pilot plant. Käppala reduced its OLR to 1.5 [kgVS/ m3, d] before the conversion but gradually increased it later in the experiment. Stop of feeding also occurred during the Käppala conversion. Problems encountered during the Käppala conversion were huge increase in VFA, low biogas production and poor biogas composition. Because of this, it is recommended to convert the Henriksdal digester using the same strategy as the trial at the Hammarby Sjöstadsverk pilot plant.

Access to adequate sanitation and renewable clean energy can improve the living standards in developing communities in informal settlements. This can also generate effects such as reduced unemployment and better health, which in turn can contribute to less violence and less segregation. This work was conducted as a pre-study within a bigger project which includes the development of a new sanitation system intended to provide renewable energy, proper toilets and create job opportunities in Jackson, an informal settlement in Gauteng, South Africa. The objectives of this study were to identify the strengths, (S), weaknesses, (W), opportunities, (O) and threats, (T) that an implementation of a new sanitation system could face from a sustainability point of view. Investigations were made to define currently used energy sources, sanitation facilities, and the socio-economic situation. To be able to reach the objectives of the research question, data were collected through a workshop with a focus group and distributions of questionnaires in the study area were made. Through the sustainability SWOT-analysis, the main advantages and disadvantages which the continuance of the project can face were identified. The results indicate that the biggest threats and weaknesses are strongly connected to the people’s acceptability of a new sanitation system, while the opportunities and strengths are linked to the possibilities to increase the present low living standards in Jackson.

The increased demand for advanced sludge stabilization in wastewater treatment facilities over the past decade has led to the implementation of various pretreatment techniques prior to anaerobic digestion. In an attempt to reduce sludge volumes and improve sludge conditioning properties, the use of thermal hydrolysis process before anaerobic digestion has been adopted with an increase in solids destruction, COD removal, and methane gas. In this study, the evaluation of thermal hydrolysis process as a viable pretreatment strategy to anaerobic digestion has been conducted in order to assess its capacity for solids solubilization. Solubilization experiments were conducted at temperatures ranging from 130 to 170℃ and reaction times between 10 and 60 min. Anaerobic biogas production by thermally pre-treated sludge was carried out through a mesophilic anaerobic digester. The results showed that solids solubilization increased with increases in temperature and time, while temperatures above 160℃ for 30 min strongly affected the sludge characteristics. Ammonia production via deamination by thermal hydrolysis was less significant than protein solubilization at a temperature of 170℃. Both protein and carbohydrate solubilization were more dependent on temperature than reaction time. The enhancement of the biogas production was achieved with increases in temperature as pretreatment of 170℃ yielded 20% more biogas than at 130℃. However, it seems the enhancement was linked to the initial biodegradability of the sludge. / Master of Science