Biogas Reactor Technology for Norwegian Agriculture

For å redusere utslippet av drivhusgasser fra norsk landbruk er det et mål å behandle en stor del av husdyrgjødsla i biogassanlegg. En av mulighetene for å bedre økonomien i slike biogassanlegg er å sambehandle gjødsel med energirike substrat som fiskeens ilasje eller slakteriavfall. Imidlertid er biogassprosessen sensitiv overfor høye konsentrasjoner av ammonium som ofte oppstår ved nedbryting av råstoff med høyt proteininnhold. Mikroorganismer som tåler høye konsentrasjoner av ammonium i biogassanlegg er sentvoksende og når de ikke sitter fast på overflater, vaskes de lett ut av reaktorer med kontinuerlig tilførsel av råstoff og fjerning av biorest. Som et tiltak for å bøte på dette utvikler dette prosjektet kunnskap om ammoniumtolerante mikrobesamfunn i biofilmer som kan holdes tilbake i reaktoren. Det undersøkes hvor stort potensialet er for å anvende slike ammoniumtolerante mikroorganismer i ulike reaktortyper. Dette kan danne grunnlag for anvendelse av ammoniumtolerante biogass systemer i norsk landbruk. Det forventes også at råvarebelastningen i anleggene kan økes dersom miljøendringer i prosessen oppdages og behandles tidlig. Prosjektet arbeider for bruk av og moderne sensorteknologi og prosessovervåking. Effektive biogassreaktorer med avanserte prosesskontroller vil kunne integreres i den infrastrukturen som normalt finnes på norske gårdsbruk. Noen av de aktuelle reaktortypene krever forholdsvis små investeringer og forventes å være aktuelt også for små gårdsanlegg. Prosjektet videreutvikler og tilpasse denne teknologien. Gjødsel fra hest, sau, fjørfe har som talle et høyt tørrstoffinnhold. Biogassproduksjon fra slike råvarer vha behandlingssytemer som er egnet for høyt tørrstoff, forventes å redusere energikostnadene under behandlingen og transportkostnadene knyttet til produsert biorest. Også i slike prosesser forventes utfordringer knyttet til ammoniumhemming.

In order to reduce the greenhouse gas emissions much of the manure in Norway should be treated by anaerobic digestion (AD). The AD plant economy can be enhanced by increased biogas production obtained by co-digestion of energy rich substrates like fish en silage and /or food or slaughterhouse waste. However, the anaerobic digestion is sensitive to the high concentration of the ammonia which is produced during the degradation of the protein rich materials mentioned. Microorganisms that tolerate high concen trations of ammonia in AD are slow-growing and easily washed out in continuous digesters with suspended bacterial systems. The development of ammonia tolerant microorganism living in biofilms is proposed as a solution to this challenge. In the project the potential role of ammonia tolerant cultures will be analyzed using different reactor technologies. The process design criteria for ammonia tolerant systems suitable for Norwegian agriculture will be suggested. Increased loading is also possible if the pr ocess parameters are monitored on-line, making it possible with early and adequate response to environmental changes. The development and use of new sensor technology and process controlling system is another important part of the project. Effective AD re actors of UASB type equipped with advanced process control systems might be connected to the already existing farm infrastructure. These biofilm reactors have low investment cost and can operate at smaller farms. This technology is further developed for i mplementation in Norwegian agriculture. Horses, sheep, goats, and poultry, or animal with deep litter produces manure with high dry matter content. High solids AD requires small energy inputs and will reduce transport costs of the produced digestate due t o low water content. However, ammonia inhibition might be an important challenge. Such processes will be tested in the laboratory and evaluated for full scale treatment of solid state manure.