During the 19-century a global warming has been observed, which includes increases in global air and ocean temperatures, widespread melting of ice and snow, and rising global sea level. There is a clear connection between emissions of greenhouse gases caused by the human and the increase in temperature. Climatic changes caused by global warming can be stopped trough decreased emission of fossil fuels, for example by an increased use of biogas. Biogas is a renewable energy source which is produced through anaerobic (oxygen free) digestion of organic material. The gas is a mixture of methane (CH4) and carbon dioxide (CO2) and can be among others used as fuel in vehicles. Greengas is biogas produced from grains. The aim with this master’s thesis was to investigate a two-stage process for digestion of a rest by product from ethanol production, called drankvatten. Laboratory experiments were carried out with two process sets, each with two continues stirred tank reactors (CSTR). The process consisted of a thermophilic (55ºC) reactor as the first step in which the substrate was added. Afterwards there was a mesophilic (38ºC) second reactor in which the material from the first reactor was further degraded to produce more gas. The results were intended to be used for an assessment of whether a two-stage process is more efficient then a single-stage process in a full-scale production facility. One of the reasons to have a thermophilic first reactor is that the material has an average temperature around 80 ºC when it arrives to the facility today. It was proved that a two-stage process with this type of substrate generated a higher gas production but the improvements weren’t big enough to motivate a reconstruction of the facility into a two-stage process. The thermophilic process was stable with a retention time of 15 days and a loading rate of 6 g VS/(l•dygn). This retention time was the shortest which was achieved during that loading rate. During earlier mesophilic experiments a higher loading rate was achieved however the used retention time was longer. On the basis of this work no conclusions could be drawn whether a thermophilic process could withstand a higher loading rate then a mesophilic one. Longer adaptation times is probably needed to reach higher loading rates. In this work it also has been studied if it’s necessary to have continues mixing in the biogas reactors. The conclusion of this experiment is that continues mixing isn’t necessary, which results in less mixing and in that way less energy costs.

<p>During the 19-century a global warming has been observed, which includes increases in global air and ocean temperatures, widespread melting of ice and snow, and rising global sea level. There is a clear connection between emissions of greenhouse gases caused by the human and the increase in temperature. Climatic changes caused by global warming can be stopped trough decreased emission of fossil fuels, for example by an increased use of biogas. Biogas is a renewable energy source which is produced through anaerobic (oxygen free) digestion of organic material. The gas is a mixture of methane (CH4) and carbon dioxide (CO2) and can be among others used as fuel in vehicles. Greengas is biogas produced from grains.</p><p>The aim with this master’s thesis was to investigate a two-stage process for digestion of a rest by product from ethanol production, called drankvatten. Laboratory experiments were carried out with two process sets, each with two continues stirred tank reactors (CSTR). The process consisted of a thermophilic (55ºC) reactor as the first step in which the substrate was added. Afterwards there was a mesophilic (38ºC) second reactor in which the material from the first reactor was further degraded to produce more gas. The results were intended to be used for an assessment of whether a two-stage process is more efficient then a single-stage process in a full-scale production facility. One of the reasons to have a thermophilic first reactor is that the material has an average temperature around 80 ºC when it arrives to the facility today.</p><p>It was proved that a two-stage process with this type of substrate generated a higher gas production but the improvements weren’t big enough to motivate a reconstruction of the facility into a two-stage process. The thermophilic process was stable with a retention time of 15 days and a loading rate of 6 g VS/(l•dygn). This retention time was the shortest which was achieved during that loading rate. During earlier mesophilic experiments a higher loading rate was achieved however the used retention time was longer. On the basis of this work no conclusions could be drawn whether a thermophilic process could withstand a higher loading rate then a mesophilic one. Longer adaptation times is probably needed to reach higher loading rates. In this work it also has been studied if it’s necessary to have continues mixing in the biogas reactors. The conclusion of this experiment is that continues mixing isn’t necessary, which results in less mixing and in that way less energy costs.</p>

Sedan 2016 har flera politiska incitament genomförts för att undersöka möjligheten för att få den nordiska vätgasmarknaden att växa. Vätgas är en energibärare med potential att användas som ett miljövänligt drivmedelsalternativ för transportflottan eftersom utsläppen vid användning med bränslecell är rent vatten och bränslecellsbilar har en hög energieffektivitet i jämförelse med bilar med traditionella förbränningsmotorer. De enda utsläppen som förknippas med vätgas är de som sker i samband med produktionen av gasen. Det finns flera olika sätt att producera vätgas ur olika substrat. Idag produceras den mesta vätgasen från naturgas på raffinaderier för användning i bensin- och dieselproduktion. Det planeras en expansion av tankstationer för vätgas i Sverige, men då det finns få producenter så finns det ett intresse för Tekniska verken i Linköping AB att undersöka vad olika produktionsvägar för vätgas har för fördelar och nackdelar i jämförelse med andra biodrivmedel som fordonsgas och elektricitet. Studiens syfte var att undersöka tekniskt lämpliga produktionsvägar för vätgas som är kompatibla med biogasproduktion eller vindkraftsel, och jämföra de olika produktionsvägarna med biogas och vindkraftsel i relation till klimatpåverkan och energieffektivitet då drivmedel för 100 km körsträcka produceras. Efter en teknisk screening av vätgasproduktion, biogasproduktion och elektricitet från vindkraft konstanterades att vätgasproduktion viaångreformering av biogas, tvåstegsrötning av organiskt avfall och PEM-elektrolys är de produktionsvägar som har bäst potential för miljövänlig vätgasproduktion hos Tekniska verken i Linköping AB. Vidare kartlades viktiga parametrar för modellering och simulering av klimatpåverkan i programvaran simaPro. För jämförelse av produktionsvägarna för vätgas från rötning av matavfall användes WTW-metodik. För jämförelsen mellan elektricitet och elektrolys användes modifierad LCA-metodik med klimatpåverkan för hela livscykeln för vindkraftverket men för resterande processteg användes endast klimatpåverkan för driften för produktionen. Resultaten för jämförelsen mellan produktion av biogas, ångreformering och tvåstegsrötning visar ingen tydlig skillnad i varken klimatpåverkan eller energieffektivitet. Studien påvisar däremot att ångreformering av fordonsgas behöver mindre mängd matavfall för produktion av drivmedel för 100 km körsträcka (38 kg/100km) i jämförelse med tvåstegsrötning (44 kg/100km) och biogas (54 kg/100 km). För jämförelsen mellan produktion av vätgas via elektrolys och vindkraftsel visades systemet för vindkraftsel (23,6 kWh/100 km) vara dubbelt så energieffektivt jämfört med systemet för elektrolys (50,9 kWh/100 km), medan systemens klimatpåverkan förhöll sig till en liknande ratio med 0,154 kg CO2-eq utsläpp/100 km i jämförelse med 0,343 kg CO2-eq utsläpp/100 km. Studien visar att vid analys av energieffektivitet och klimatpåverkan för närbesläktade produktionssystem så spelar energieffektiviteten i använd bil stor roll för resultatet. Studiens resultat är framförallt intressant för svenska energibolag som vill veta mer om vätgasproduktion och hur dess klimatnytta och energiproduktion förhåller sig till andra fossilfria drivmedel.