Advanced

Nya utmaningar för hantering av gas från deponier - En studie av stirlingmotorer som alternativ lösning för utvinning av energi ur deponigas

Hjelmér, Arvid LU (2016) MVEM12 20152
Studies in Environmental Science
Abstract
Landfill gas, consisting mainly of methane and carbon dioxides, is produced on waste disposal sites which contain organic waste. The release of the gas to the environment gives rise to several environmental effects. Regulation in Sweden requires that the landfill gas is managed in some way, for example to reduce emissions. The management options are energy utilization or flaring. In a situation with low of gas/methane concentrations the Stirling technology can provide an alternative solution to conventional technology, like gas engines and flares. The purpose of this report is to examine and evaluate incentive to extract landfill gas with lower methane content, based on a comparison between Stirling and conventional technology. To achieve... (More)
Landfill gas, consisting mainly of methane and carbon dioxides, is produced on waste disposal sites which contain organic waste. The release of the gas to the environment gives rise to several environmental effects. Regulation in Sweden requires that the landfill gas is managed in some way, for example to reduce emissions. The management options are energy utilization or flaring. In a situation with low of gas/methane concentrations the Stirling technology can provide an alternative solution to conventional technology, like gas engines and flares. The purpose of this report is to examine and evaluate incentive to extract landfill gas with lower methane content, based on a comparison between Stirling and conventional technology. To achieve the purpose, the parameters that affect methane formation are identified. In order to evaluate the operation of the Stirling-engines the waste facility Rönneholm, Scania, southern Sweden, have been investigated. By knowing the limitations of different technologies could conclusions be drawn about how the landfill gas could be managed in the future.
In this study I show that the Stirling technology works well under low methane concentrations and small gas flows. Flaring is also operational under the same circumstances. But the benefit of the Stirling technology is that it extracts both electricity and heat from the gas. Three case studies from different landfill sites in southern Sweden, are presented. One site currently uses the Stirling technology, while the other two uses different types of gas utilization systems. A LandGEM model is used to estimate the operational lifetime of the Stirling technology on Rönneholm. The results indicate that the Stirling technology extends the operating time of at least 15 years in comparison with conventional technology, if the gas production in the existing landfill (biocell) is reactivated. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
I dagsläget energiåtervinner vi största delen av vårt producerade avfall i Sverige, men under 1900-talet var deponering en flitigt använd metod att hantera avfall på. Eftersom deponeringen av avfall sedan slutet av 1990-talet minskat kraftigt förväntas produktionen av gas som bildas under avfallets nedbrytning i framtiden att minska. Detta får till följd att dagens lösningar att använda gasen på blir obrukbara. Därmed behövs ny teknik som uppfyller de högre krav som ställs på att nyttja gasens energiinnehåll när gasmängderna och dess kvalité sjunker i framtiden. En sådan teknisk lösning är stirlingtekniken som kan producera elektricitet och värme från gas av lägre kvalité och av mindre gasmängder. Deponering innebär att avfallet läggs på... (More)
I dagsläget energiåtervinner vi största delen av vårt producerade avfall i Sverige, men under 1900-talet var deponering en flitigt använd metod att hantera avfall på. Eftersom deponeringen av avfall sedan slutet av 1990-talet minskat kraftigt förväntas produktionen av gas som bildas under avfallets nedbrytning i framtiden att minska. Detta får till följd att dagens lösningar att använda gasen på blir obrukbara. Därmed behövs ny teknik som uppfyller de högre krav som ställs på att nyttja gasens energiinnehåll när gasmängderna och dess kvalité sjunker i framtiden. En sådan teknisk lösning är stirlingtekniken som kan producera elektricitet och värme från gas av lägre kvalité och av mindre gasmängder. Deponering innebär att avfallet läggs på tipp där det sedermera täcks med ett jordlager för att påverkan på människor och omgivande miljö ska bli så liten som möjligt. Eftersom syrefria förhållanden snabbt uppstår i inneslutningen kommer gasen som bildas när avfallet successivt bryts ner innehålla rikligt med metan. Metangas har inte bara ett högt energiinnehåll utan är även en stark växthusgas, 25 gånger starkare än koldioxid. Mängden metan som bildas i svenska deponier står för ungefär 30 % av de totala metanutsläppen och är därmed den näst största källan efter jordbruket. Att omhänderta och förbränna denna metangas är därmed viktigt ur klimatsynpunkt.
Syftet med studien är att granska och utvärdera incitament att utvinna deponigas med lägre metanhalt, baserad på en jämförelse mellan Stirling och konventionell teknik. Driften av stirlingmotorerna har undersökts vid en av de två anläggningarna där tekniken idag finns installerad i Sverige. Genom att undersöka ytterligare deponier, fast med andra gashanteringsåtgärder än Stirling möjliggjordes en jämförelse mellan olika tekniker. Begränsningarna för varje åtgärd identifierades vilket medförde att slutsatser kring när och hur olika gashanteringsåtgärder bör användas i framtiden kunde diskuteras. I denna studie visar jag att Stirling tekniken fungerar bra vid anläggningen där den används och kan drivas av mindre gasmängder med lägre kvalité än andra tekniker. En alternativ teknik som fungerar vid likartade gassituationer som Stirling är fackling. Att använda fackling framför Stirling innebär att miljönyttan som energiproduktionen innebär går förlorad. De två teknikerna har liknande investeringskostnad. Stirling går att räkna hem ekonomiskt efter cirka 10-15 år i det aktuella fallet, medan en facklingsåtgärd enbart medför en kostnad då den inte producerar något av monetärt värde. En modell utarbetades för att kunna uppskatta den operativa livslängden för Stirlingtekniken för den aktuella avfallsanläggningen. Resultaten tyder på att Stirling tekniken förlänger drifttiden på minst 15 år i jämförelse med konventionell teknik om gasproduktionen i befintlig deponi (Biocell) aktiveras. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Hjelmér, Arvid LU
supervisor
organization
course
MVEM12 20152
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
Stirling, stirlingmotor, cleanergy, deponigas, deponi, avfallshantering
language
Swedish
id
8726105
date added to LUP
2016-02-19 15:15:25
date last changed
2016-02-19 15:15:25
@misc{8726105,
  abstract     = {Landfill gas, consisting mainly of methane and carbon dioxides, is produced on waste disposal sites which contain organic waste. The release of the gas to the environment gives rise to several environmental effects. Regulation in Sweden requires that the landfill gas is managed in some way, for example to reduce emissions. The management options are energy utilization or flaring. In a situation with low of gas/methane concentrations the Stirling technology can provide an alternative solution to conventional technology, like gas engines and flares. The purpose of this report is to examine and evaluate incentive to extract landfill gas with lower methane content, based on a comparison between Stirling and conventional technology. To achieve the purpose, the parameters that affect methane formation are identified. In order to evaluate the operation of the Stirling-engines the waste facility Rönneholm, Scania, southern Sweden, have been investigated. By knowing the limitations of different technologies could conclusions be drawn about how the landfill gas could be managed in the future.
In this study I show that the Stirling technology works well under low methane concentrations and small gas flows. Flaring is also operational under the same circumstances. But the benefit of the Stirling technology is that it extracts both electricity and heat from the gas. Three case studies from different landfill sites in southern Sweden, are presented. One site currently uses the Stirling technology, while the other two uses different types of gas utilization systems. A LandGEM model is used to estimate the operational lifetime of the Stirling technology on Rönneholm. The results indicate that the Stirling technology extends the operating time of at least 15 years in comparison with conventional technology, if the gas production in the existing landfill (biocell) is reactivated.},
  author       = {Hjelmér, Arvid},
  keyword      = {Stirling,stirlingmotor,cleanergy,deponigas,deponi,avfallshantering},
  language     = {swe},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Nya utmaningar för hantering av gas från deponier - En studie av stirlingmotorer som alternativ lösning för utvinning av energi ur deponigas},
  year         = {2016},
}