Techno-Economic Modeling of Biomethane Production from the Co-Digestion of Sewage Sludge and Steam-Pretreated Wheat Straw
(2022) KETM05 20221Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
- Abstract
- An increased production of fuels derived from renewable resources is required to obtain a sustainable energy production without greenhouse gas emissions. Biogas is regarded as a renewable energy source which can be used for heat, electricity, and fuel production. However, a purity of 97% methane is required if the produced biogas is to be injected to the natural-gas grid and used as vehicle fuel. Biogas is produced from the anaerobic digestion of organic matter and consists mainly of methane and carbon dioxide. Anaerobic digestion has traditionally been used to stabilize the sewage sludge produced in wastewater treatment plants. Wheat straw is an abundant and underutilized substrate in Sweden, which could be used to increase the domestic... (More)
- An increased production of fuels derived from renewable resources is required to obtain a sustainable energy production without greenhouse gas emissions. Biogas is regarded as a renewable energy source which can be used for heat, electricity, and fuel production. However, a purity of 97% methane is required if the produced biogas is to be injected to the natural-gas grid and used as vehicle fuel. Biogas is produced from the anaerobic digestion of organic matter and consists mainly of methane and carbon dioxide. Anaerobic digestion has traditionally been used to stabilize the sewage sludge produced in wastewater treatment plants. Wheat straw is an abundant and underutilized substrate in Sweden, which could be used to increase the domestic biogas production. In the present work, a techno-economic comparison was conducted to access the feasibility of co-digesting sewage sludge and steam-pretreated wheat straw for the production of fuel-grade biomethane. The economic feasibility of mono-digestion of the respective substrates was also assessed as a comparative measure. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Kan outnyttjade jordburksrester öka produktionen av hållbara fordonsbränslen?
Halmstrå utgör en outnyttjad potential till ökad biogasproduktion, vilket kan användas som fordonsbränsle efter uppgradering till 97% metan. Under detta arbete utfördes ekonomiska utvärderingar på storskalig biometan produktion från halmstrå och/eller avloppsslam.
Biogas bildas vid nedbrytning av organiskt material under syrefattiga miljöer, vilket även kallas för anaerob rötning. Denna nedbrytning sker med hjälp av olika mikroorganismer som producerar en gasblandning, biogas, bestående av mestadels metan och koldioxid. Biogas kan användas till värme-, el- och bränsleproduktion, dock krävs en renhet av 97% metan vid användning som fordonsbränsle.... (More) - Kan outnyttjade jordburksrester öka produktionen av hållbara fordonsbränslen?
Halmstrå utgör en outnyttjad potential till ökad biogasproduktion, vilket kan användas som fordonsbränsle efter uppgradering till 97% metan. Under detta arbete utfördes ekonomiska utvärderingar på storskalig biometan produktion från halmstrå och/eller avloppsslam.
Biogas bildas vid nedbrytning av organiskt material under syrefattiga miljöer, vilket även kallas för anaerob rötning. Denna nedbrytning sker med hjälp av olika mikroorganismer som producerar en gasblandning, biogas, bestående av mestadels metan och koldioxid. Biogas kan användas till värme-, el- och bränsleproduktion, dock krävs en renhet av 97% metan vid användning som fordonsbränsle. Traditionellt har anaerob rötning använts för att stabilisera mängden avloppsslam som bildas i vattenreningsverk och biogas har då bildats som en biprodukt. För att öka produktionen av hållbar energi så har tillsatsen av halmstrå under den anaeroba rötningen undersökts och jämförts med nedbrytning av varje råvara för sig. Här undersöktes tre fall: rötning av enbart avloppsslam (Fall 1), rötning av både avloppsslam och halmstrå (Fall 2), och rötning av enbart halmstrå (Fall 3).
En storskalig produktion av biometan har modellerats med hjälp av ett datorprogram för att ta fram nödvändig information för den ekonomiska utvärderingen, exempelvis storlek på utrustning samt mängden råvaror och produkt. I modelleringen ingick förbehandling av halmstrå, anaerob rötning och uppgradering. Halmstrå förbehandlas med ånga för att öka nedbrytningen under rötning. Ångan bryter upp strukturen i halmstrån vilket gör den mer lättåtkomlig för mikroorganismerna. Den huvudsakliga delen av arbetet bestod i att utveckla en modell för anaerob rötning, vilket lyckades med rimliga resultat då utbytena i modellen skiljde sig med 3–9% för de olika fallen i jämförelse med experimentella värden. Därefter modellerades även separationen av koldioxid från metan för att uppnå en renhet på 97% och en produkt kallad biometan.
Den ekonomiska utvärderingen resulterade i slutsatserna att högst avkastning erhålls i Fall 1 följt av Fall 2. Olyckligtvis så var avkastningen för Fall 3 negativ. De huvudsakliga anledningarna för dessa utfall är på grund av att lägre utbyten erhölls för Fall 2 och Fall 3 i jämförelse med Fall 1. Dessutom är priset på halmstrå i förhållande till utbytena en faktor som även påverkar utfallet ganska mycket. Exempelvis så var kostnaden för råvaror nästan lika hög som intäkterna från biometan i Fall 3. Dock så har högre utbyten påvisats för rötning av halmstrå. Således skulle processoptimering kunna leda till att lika attraktiva siffor som för Fall 1 kan redovisas, åtminstone för Fall 2 som hade en positiv avkastning. Därför bör mer tid ägnas åt processoptimering, eftersom en utökad produktion av hållbara bränslen är viktig för att minska utsläppen av växthusgaser. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9092787
- author
- Bekirovska, Selda LU
- supervisor
-
- Omar Abdelaziz LU
- Ola Wallberg LU
- Emma Kreuger LU
- organization
- course
- KETM05 20221
- year
- 2022
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Anaerobic digestion, Biogas, Biomethane, Chemical engineering, Process design
- language
- English
- id
- 9092787
- date added to LUP
- 2022-06-28 09:48:46
- date last changed
- 2022-06-28 09:48:46
@misc{9092787,
abstract = {{An increased production of fuels derived from renewable resources is required to obtain a sustainable energy production without greenhouse gas emissions. Biogas is regarded as a renewable energy source which can be used for heat, electricity, and fuel production. However, a purity of 97% methane is required if the produced biogas is to be injected to the natural-gas grid and used as vehicle fuel. Biogas is produced from the anaerobic digestion of organic matter and consists mainly of methane and carbon dioxide. Anaerobic digestion has traditionally been used to stabilize the sewage sludge produced in wastewater treatment plants. Wheat straw is an abundant and underutilized substrate in Sweden, which could be used to increase the domestic biogas production. In the present work, a techno-economic comparison was conducted to access the feasibility of co-digesting sewage sludge and steam-pretreated wheat straw for the production of fuel-grade biomethane. The economic feasibility of mono-digestion of the respective substrates was also assessed as a comparative measure.}},
author = {{Bekirovska, Selda}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Techno-Economic Modeling of Biomethane Production from the Co-Digestion of Sewage Sludge and Steam-Pretreated Wheat Straw}},
year = {{2022}},
}