Oljeressursene minker stadig og vi leter fortsatt etter gode alternative energikilder til varme og drivstoff.

Utfordringen i årene fremover blir å produsere nok energi samtidig som vi skal sørge for at det produseres nok mat på verdensbasis.

Flere fagmiljøer ved Universitetet for miljø- og biovitenskap (UMB) er med i startgropa innen bioenergiforskning i Norge.

Planen er å utvikle et multifunksjonelt energiproduksjonssystem, som både er miljøvennlig og CO2-nøytralt.

– Målet er å utvikle et lønnsomt bioenergisystem, hvor man bruker organisk avfall og plantebiomasse som råstoff til ren fornybar energi, som for eksempel biogass eller bioetanol.

– Avfallet fra denne energiutvinningsprosessen kan gjenbrukes som jordforbedringsmiddel eller gjødsel i ny planteproduksjon, sier professor Trine Sogn ved Institutt for plante- og miljøvitenskap (IPM), som er en av prosjektlederne for satsingen ved UMB.

Selv om prosjektet er i startgropa, har fagmiljøene ved UMB mange års erfaring med forskning på biomasseproduksjon og bioenergi.

– Vi syr sammen delprosesser som vi har jobbet med i hvert vårt fagmiljø i flere år. Det nye er at vi nå jobber tverrfaglig for å se hvordan disse prosessene kan kombineres og videreutvikles, sier Sogn.

Fra biomasse til bioenergi

Kloakkslam, kompost, avfall fra potetgullproduksjon og slakteavfall kan altså bli til ny energi og til og med næring for nye planter som skal vokse og gro. Men hvordan går det egentlig til?

Plantebiomasse er et av råstoffene som kan brukes til produksjon av bioenergi. Professor Vincent Eijsink ved Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap, er leder for prosjektet ”Fra biomasse til biogass”, der målet er å lage energi på fersk biomasse som en fornybar ressurs.

Eijsink og hans forskningsgruppe ser blant annet på hvordan biomasse fra trær kan utnyttes for å oppnå et miljøvennlig alternativ med høyt energiutbytte og god lønnsomhet.

For å utvinne bioenergi fra biomasse må den først brytes ned. Ved for eksempel å varme opp biomassen til en bestemt temperatur kommer nedbrytingsprosessen raskere i gang.

Men det holder ikke helt. I tillegg til varmebehandling tilsettes enzymer. De er med på å frigjøre sukkerarter som er god mat for bakteriene som senere skal lage biogass.

– Vi har jobbet en del med dette fra før, fordi vi er interessert i produksjon av andregenerasjons bioetanol. Der er frigjøring av sukker ved hjelp av enzymer et helt nødvendig trinn som avgjør hvor bra produksjonsprosessen blir, sier Eijsink.

Strukturen i treet gjør det imidlertid vanskelig for enzymene å komme til. En trestamme er fra naturens side robust og vanskelig nedbrytbar. Det er som en tettpakket bunt med sukkertråder og denne bunten må brytes opp for å få frigjort alt.

Det er her hjelpeproteinene rykker inn. Ved å tilsette proteiner som bryter opp den tettpakkede strukturen og gjør at enzymene kommer lettere til, kan man gjøre frigjøringen av sukker langt mer effektiv.

– Vi har gjort en del interessante funn på dette området, men teknologien er ikke ferdig utviklet enda og vi har fortsatt en vei å gå for å få enzymene til å gjøre det vi vil på en billig og effektiv måte. Vi jobber hele tiden med å forbedre delteknikkene som utgjør de ulike trinnene i prosessen, sier Eijsink.

Ren fornybar energi i evig kretsløp

Men hva med søpla vår? Den blir heller ikke til ny energi sånn uten videre. Næringsmiddel-industrien produserer hvert år store mengder organisk avfall som ikke utnyttes. Hva om også dette avfallet kan bli kilde til ny energi?

– Vi griper fatt i restproduktene fra samfunnet, husholdninger etc., og ser hvordan vi kan utvikle teknologien slik at vi får mest mulig ut av ressursene, sier førsteamanuensis John Morken ved Institutt for matematiske realfag og teknologi.

Et av instituttets satsingsområder er såkalt kretsløpteknologi der man ser på hele verdikjeden fra råstoff til behandling og bruk. Bioenergiteknologi er en viktig brikke i kretsløpmodellen.

Gjennom prosjektet Kretsløp Follo, et samarbeidsprosjekt mellom blant andre UMB, Bioforsk og renovasjonsselskapet FolloRen, er planen å etablere et biogassanlegg som kan omdanne matavfall og husdyrgjødsel til energirik biogass og biogjødsel som kan brukes i landbruket.

Biogassen skal brukes i fjernvarmeanlegget ved UMB og på sikt vil anlegget også kunne produsere biodrivstoff til for eksempel renovasjonsbiler og busser.

Søppel på jordet

Fosfor og nitrogen er gode næringsstoffer for planter og hovedkomponentene i kunstgjødselen som brukes i jordbruket i dag. Fosforreservene blir imidlertid stadig mindre og nitrogen er dyrt og energikrevende å produsere.

Dermed øker interessen for å utvikle alternative gjødselprodukter.

– For å bedre energiregnskapet for landbruket må vi se etter nye måter å gi næring til planteproduksjonen og interessen for disse produktene er stor i landbruket. Utfordringen blir å få bøndene til å ta i bruk de nye gjødselproduktene, sier Morken.

For å utvinne biogass, legges husdyrgjødsel eller matavfall i en biogassreaktor. Den store, lufttette kummen holder cirka 35 grader. Der ligger massen til nedbrytning i rundt 20 dager og et av sluttproduktene i denne prosessen er biogass.

– De organiske restproduktene som blir igjen kan brukes som gjødsel og de er til og med luktfrie, sier Morken.

Lønnsomme biprodukter?

I enhver utvinning av bioenergi dannes det biprodukter i tillegg til biogass. Disse kan gi positive tilleggseffekter.

– Den økonomiske lønnsomheten i prosessen blir bedre hvis biproduktene kan selges som for eksempel gjødsel med priser på lik linje med dagens gjødselprodukter. I Sverige har erfaring med bruk av bioenergi vist at et lønnsomt system forutsetter utnyttelse av biproduktene, sier Trine Sogn.

Hun ser på hvordan man kan bruke organisk avfall til blant annet å produsere nye planter som igjen kan bli til biomasse for utvinning av ny energi.

Målet er at man ikke skal bruke dyrket mark til produksjon av ny biomasse, fordi man vil trenge disse arealene til matproduksjon. Spørsmålet er om forurenset grunn kan brukes til dyrking av slike planter.

IPM undersøker om det er mulig å bruke avfallsdeponier til å dyrke planter som skal bli til ny biomasse. Det er satt i gang forsøk med dyrking av slike planter i et lukket rom for å se hvor dårlige forhold plantene kan klare å vokse under.

I forsøket brukes piletrær som gir mye biomasse og kan høstes allerede etter 3-5 år.

Sikrer trygg resirkulering

Men hva skjer med plantene som står på forurenset grunn? Tar de for eksempel opp i seg tungmetaller fra jorda slik at vi risikerer at de spres ut i naturen igjen når biomassen blir omdannet til ny bioenergi?

Fellesnevneren for alle måter å produsere bioenergi på er at man får en karbonrest. Denne resten inneholder en del næringsstoffer som kan gjenbrukes til gjødsel. Karbonresten kan imidlertid inneholde forurensning, som for eksempel tungmetaller.

Førsteamanuensis Elin Gjengedal ved IPM ønsker å finne ut hvordan man kan kontrollere hvor denne forurensningen havner og eventuelt styre den dit man vil.

– Temperaturen i utvinningsprosessen styrer hvor tungmetallene havner. Vi vil helst beholde så mye som mulig i karbonresten, slik at tungmetallene ikke går ut i naturen igjen i uønskede mengder.

– Dersom konsentrasjonen av tungmetaller i karbonresten blir høy nok, kan man for eksempel gjenvinne metall fra restproduktet og selge dette, sier Gjengedal.

Fra gigantanlegg til småskala

Sogn, Eijsink og Morken er alle opptatt av at energiutvinningsprosessene i større grad må være tilpasset nærområdene hvor energien brukes. Transport av råstoff inn til biogassanleggene og transport av biprodukter ut av anleggene må være så kort som mulig.

– Forskningen på biodrivstoff baserer seg i dag på store fabrikker med god tilgang på biomasse. Skal man frakte biomassen langt for å levere til et anlegg, blir det både dyrt og ikke lenger så miljøvennlig, sier Vincent Eijsink.

Morken påpeker at det blant annet er store investeringskostnader som gjør at det foreløpig er vanskelig å få til lønnsom produksjon av bioenergi.

– Investeringskostnadene for bioenergianleggene er store, mens driftskostnadene er moderate. Hvor dyr for eksempel hver liter med drivstoff blir, avhenger av størrelsen på anleggene. Jo større anlegg, jo mer lønnsomt blir det, sier Morken.

IMT jobber med å utvikle teknologi som skal gjøre det lettere å produsere bioenergi i mindre anlegg.

I Norge er mindre anlegg mer aktuelle enn store på grunn av store transportavstander og mindre tilgang på råstoff enn i store land som Tyskland og USA.