SE535011C2 - Produktionssystem för framställande av biomassa för gasproduktion - Google Patents

Description

535 Û'l'l förklaringen därav skall inte tolkas som en begränsning av föreliggande uppfinning. Omfånget av föreliggande uppfinning definieras av de bifogade kraven. 1. MARm siomAssA - SJöPuNGAR Sjöpungar, Ascidiocea, är en klass manteldjur med ca 2300 arter i världen, varav ca 50 vid svenska västkusten. De är fastsittande, solitära eller kolonibildande filtrerare. Kroppen är säckliknande och helt omgiven av manteln. Som exempel nämns sjöpungen Ciona intestinalis L. vilken kan förekomma i mycket höga antal och har rapporterats i tätheter på över 5000 individer per m2. Vikten av biomassa har i norska vatten uppmâtts till "7kg TS/mz samt i kanadensiska vatten till 200 kg våtvikt/mz. Använder man sig av en torrsubstanshalt på 4% motsvarar detta värde 8kg TS/mf De lever av att filtrera plankton ur vattnet och har en mycket snabb tillväxt jämfört med många andra djur. De kan ha en daglig längdtíllväxt på 2-3% och en dubbleringstid i vikt på 10 dagar. Ciona intestínalis förökar sig i boreala vatten två gånger per år och i varmare vatten tre gånger, möjligtvis fyra. fillväxthastigheten hos Ciona intestinalis har även uppmätts i havet av sökande och befanns vara 8,5cm (n=350, sd. = 3,2cm) på 93 dagar samt en tillväxt i biomassa, mätt som våtvikt per m1, på 33kg under samma tid (plats: Lysekil, Sverige, tid maj 2009 till augusti 2009, djup 1-2 meter på lodrätt betongfundament, ungefärlig salinitet 20-34 psu, ungefärlig temperatur 10- °).

Andra lösningar med syfte att utvinna biomassa ur havet har endast diskuterat makroalger, erhållna genom odling eller skörd samt makroalger vilka har spolats iland på stränderna. Även rötning av mikroalger tagna från algblomningarna i Östersjön har framförts som idé samt rötning av blåmusslor vilka odlas i Östersjön. Även en idé som går ut på att odla mikro- eller makroalger i näringsrikt avloppsvatten från reningsverk har presenterats. Bland inlämnade patentansökningar kan nämnas flera ansökningar vilka hävdar rätten att använda biomassa baserad på mikro- eller makroalger samt deras extrakt (US2008/0050800, CN101418316, US2009081744, EP20147S9, CN101285075, CN1012S5075, UA24106, 05102007007131, W02007014717, W09851814, PT100012, 053607864, CN101418315). l släktet Ciona finns även Ciona savignyi vilken är lämplig att använda på samma sätt som Ciona ínrestlnalis.

MARIN BIOMASSA - ÖVRIGA ARTER SAMT KORALLER OCH SVAMPAR Likväl som att odla den art vi har valt som exempel, Ciona intestinalis, vilken är lämplig att odla i svenska vatten, kan även andra arter av släktet Ciona, andra sjöpungar odlas där betingelserna så kräver eller om Ciona intestinalis inte finns naturligt. Se tabell 1 för en fylogenetisk översikt av sjöpungsklassen (Ascidiacea Nielsen 1995).

Tabell 1 Fylogenetsik beskrivning over klassen sjöpungar (Ascidiacea) vilka alla går att använda som biomassa för biogasrñtning.

Suborder Clavelinidae Family Didemnidae Family Polycitoridae 535 Cl'l'l Suborder Phlebobranchia F Family Cionidae F Diazonidae Perophoridae Genus Order Pleurogona Suborder Stolidobranchia Family Family Syelidae Genus Eusynsye/g Genus gyçlq Family Botglligae Genus Botgy/Ioides Genus Botgy/Ius Även andra snabbväxande arter av både koralldjur samt svampdjur kan odlas i havet, eller i sjöar, med samma metodik som är nämnt ovan, med syfte att producera biomassa för rötning eller framställande av bioetanol. Vissa av dessa djur kan vara lämpliga att odla på större djup längre ute till havs. För att vidga exemplet med tänkbara organismer pekar vi på den höga förekomsten och produktiviteten av djur kring så kallade "thermal vents" (heta undervattensvulkaner) där många livsformer utnyttjar kemotrofa bakterier som primärproducenter. Vi har valt att även i fortsättningen av texten beskriva sjöpungar men att detta även inkluderar svampdjur och koralldjur vilka heller aldrig har odlats industriellt för att producera biomassa. 2. EFFEKT SOM RÖTNINGSSUBSTRAT Bakgrunden till uppfinningen att sjöpungar kan användas som biomassa i rötningsprocesser flnns i det faktum att svenska biogasindustrier använder avfallsmaterial från fiskberedningsindustrin, i form av inläggningslake samt fiskrester, och på så sätt kan öka sin produktion av biogas, både i mängd producerad gas per år samt gas produktion av biogas med högre innehåll av metan. . Avfall från fiskberedningsindustrin anses som ett mycket bra biomassekomplementi samrötning med avloppsslam, en möjlig förklaring till detta är att sådant avfall är mycket rik på kväve vilket gynnar den allmänna rötningsprocessen om övrig biomassa har ett högre kolinnehåll. l 535 Ü'l'l rötningsprocessen gäller generellt att kvoten mellan kol och kväve (molarförhållande) skall vara mellan 30:1 och :1 lCzN). Sjöpungar har en kol-kväve kvot på 4:1 vilket är för lågt för optimal rötning med bara sjöpungar som biomassa. Dock är det mycket lämpligt att samröta med mer kolrika biomassor. Avfallet från fiskberedningsindustrin har en kol-kväve kvot på 5:1 vilket är ett argument för att den låga kol-kväve kvoten hos siöpungar inte är ett problem i industriella rötningsprocesser. Det finns även indikationer på att salt i mindre mängder stimulerar biogasproduktionen.

Saliniteten hos biomassa från nyskördade sjöpungar är mer eller mindre samma som det omgivande vattnet. Detta beror till största delen av att sjöpungarna när de skördas sluter sina in- och utströmningsöppningar och stänger inne en vattenmängd. l sjöpungar från vattnet utanför Lysekil, Sverige, vilka vi har använt i rötningsförsök har salthalten varit mellan 20 och 30960 men kan i dessa vattenområden variera mellan 10 och 35%.. Avfallet från fiskberedningsindustrin har en salinitet på 60-7096» och denna salinitet har inte visat sig ge negativ påverkan på rötningsprocessen förutsatt att rötningsreaktorn kan anpassa sig till mängden salt biomassa. Att en rötningsprocess klarar måttliga salthalter år känt. Generellt gäller att bakteriesamhället klarar ett stort spann av biomassatyper bara de får tid att anpassa sig. Metanproducerande bakterier kommer evolutionärt från havet men förekommer både i djurmagar, i landjordar samt i marina och bräckta vattenmiliöer.

Sökanden har genomfört egna rötningstester där biogasproduktionen efter 10dygn var 600ml CHa/gr TS per dygn med biomassa från sjöpungar blandat med 30% (vikt TS) kolrik biomassa.

Den odlade biomassan kan efter skörd, förutom att användas som substrat för biogasproduktion, även användas som gödsel, både som färsk biomassa eller som awattnad och avsaltad. Avsaltat och torkad biomassa kan användas som gödsel i jordbruks-, trådgårds- eller hobbyodling. Bakgrunden till detta är att makroalger historiskt sett har används som ett kväverikt gödsel på åkrarna på svenska västkusten. Makroalgerna ströddes över planteríngarna efter det att regnvatten på ett naturligt sätt hade avsaltat makroalgerna. Då skall sjöpungar, koralldjur eller svampdjur även kunna användas som gödsel då de är rika på både kväve- och fosfornäringsämnen samt spårämnen. 3. ODLING AV ORGANISMER l VATTEN Generellt för system att odla fastittande organismer i vatten, vare sig det är i havet eller sjöar är att det består av någon form av yta som sänks ned i vattnet där organismerna antingen fångas upp som larver från det omgivande vattnet eller att man även ombesörjer att det fastnar larver eller sporer på dessa ytor redan på land i vattentankar genom att manipulera föräldragenerationen. Vid skörd tas i allmänhet ytorna, i form av rep, linor, pålar, nät, etc., upp ur vattnet så att organismerna kan skördas över till en båt eller till land. Det förekommer även odling av organismer på naturliga bottnar vilket givetvis även det är en möjlighet för produktion av biomassa Att odla sjöpungar, koralldjur eller svampdjur kräver egentligen inte mer än en sådan generell odlingsmetod där ytan som sänks ned skall vara av lämplig beskaffenhet och möjliggöra att djuren kan fästa sig, tillväxa och inte lossna. Tidpunkten när ytorna sänks i vattnet är viktigt med avseende på vattnets temperatur, salthalt eller övriga fysikaliska parametrar för att säkerställa att djuren tillväxer bra. Tidpunkten när ytorna sänks är också viktig för att tillse att frisimmande larver finns i vattnet beroende på deras livscykel. Nedan anges ett antal exempel på odlingsmetoder som kan användas för att odla sjöpungar men vilka även fungerar som lämpliga metoder för odling av korall- och svampdjur. Många av dessa metoder beskrivs i facklitteraturen för mussel- och algodling.

Long-Lines metoden är den metod som används mest vid odling av musslor i Sverige och vilket vi ser som den, i Svenska vatten, för tillfället mest lämpliga metoden. Detta då metoden används industriellt för odling och skörd av ca 3000 ton blåmusslor årligen och metoden därför är tillförlitlig. All utrustning finns att köpa och skördebåt finns 535 Cl'l'l att hyra tillsammans med erfaren skördebesättning. Long-lines metoden består av Scm polyprolyen band vilka sänks ned i vattnet i en lång obruten sträcka. I en svensk long-lines odling med storlek 20"100 meter uppgår den totala längden odlingsband till ca 24km. Banden fästs med jämna mellanrum i bärlinor vilka hålls flytande med hjälp av flöten. l ändarna är bärlinorna förankrade för att hålla odlingen utsträckt. Metoden kallas även "one-dragon method" i Kina. Genom att ha odlingsbanden hängande ovanför botten undviker man effektivt att bottenlevande djur kan ta sig upp på banden och äta av det man odlar, för odling av Ciona intestinalis gäller det att undvika t.ex.

Asterias rubens som betar på arten. Övriga metoder som kan användas för att effektivt odla och skörda marin biomassa kan nämnas (här används deras engelska benämningarl: Rack culture, hanging method, bitin culture, tulus culture, stake culture, tray culture, wig- wam culture, rope-web culture (nätodling), bouchout culture, raft culture, long-line culture (longlineodling). 4. SAMODLING Ett specifikt förfarande av metoden att odla sjöpungar i havet med syfte att producera biomassa för rötning är att samodla sjöpungarna med makroalger. Olika tekniker att odla makroalger är väl kända och beskrivs väl i facklitteraturen. Det är också känt att makroalger har en högre tillväxthastighet då vattnet innehåller högre halter av näringsämnen, främst kväve och fosforföreningar. Det är också känt att djur utsöndrar näringsämnen som biprodukt av metabolismen i form av tex urin, urea eller ämnen med liknande funktion att avlägsna organismens restmetaboliter. Dessa ämnen är rika på lättillgängliga kväveämnen, jämför t.ex. jordbrukets användning av gödsel.

Med denna bakgrundskunskap ser vi att det är en förbättrande effekt i att samodla sjöpungarna, eller de organismer man väljer att odla för framställandet av biomassa för rötning, med makroalger. Sjöpungarna utsöndrar helt enkelt näringsämnen som gör att makroalgerna växer fortare vilket industriella producenter eftersträvar. Sett ur ett miljöperspektiv förbättrar detta även hela odlingens förmåga att ta upp närsalter ur vattnet vilket är bra då man vill sälja utsläppsrätter för den de facto mängd kväve och fosfor man tar ur havet.

Praktiskt sker sarnodlingen på olika sätt: 1. Att sjöpungar och makroalger odlas på olika rep/band inom samma odlingsenhet. Fördelen med detta sätt är att makroalgerna kommer nära utsläppet av näringsämnen från sjöpungarna samt att sjöpungarna inte konkurrerar lika kraftigt om tillgänglig planktonföda ur havet 2. Att sjöpungar och makroalger odlas på separata med intilliggande odlingsenheter. Det maximala avståndet mellan odlingsenheterna avgörs av deras storlek och biomassa samt vattenområdets strömmar och hydrografi så att makroalgerna kan tillgodogöra sig näringsämnena som sjöpungarna släpper ifrån sig.

S. MEDIERAD SETTLlNG Ciona intestinalis förökar sig i temperaturer mellan 8° och 23° och släpper i svenska och norska vatten larver mellan maj och september med högsta larvproduktionen underjuni.

Metoden med medierad settling används idag för odling av makroalger bland annat för Porphyra arter där bland annat den populära japanska Nori algen för sushimatlagning ingår. Medierad settling innebär att man genom ett visst tekniskt förfarande, såsom manipulering med odlingsljusets mängd och kvalitet samt dess temperatur kan reglera makroalgernas livscykel till att producera förökningskroppar (sporer). För en person kunnig inom fältet är det möjligt att praktisera metoden.

Dock har ingen använt det för att få en säkerställd settling på odlingsytori havet för siögungar. Man har kunskapen om vattenbetingelserna som krävs för att sjöpungar skall släppa sina ägg och spermier i laboratorium. Denna kunskap har där använts för att hela tiden kunna få fram nya individer av sjöpungar för forskningsändamâl. Men då ingen har tänkt tanken att odla sjöpungar i stor skala till havs har även ingen tänkt tanken att förbättra den odlíngstekniken med medierad settling. 535 Ü'l'l Förfarandet sker genom att förvara könsmogna individer av sjöpungar i vattenkärl där vattentemperaturen hålls under 8°C, vilket är den temperatur där sjöpungar blir könsmogna om temperaturen överstigs. i dessa kärl nedläggs de odlingsband, odlingsrep eller andra odlingsytor på vilka sjöpungarna är tänkta att slå sig ned på som en ny generation larver. Därefter höjs temperaturen i vattenkärlet över 8°C och de könsmogna individerna av sjöpungarna släpper efter en viss tid sina ägg och spermier vilka förenas till larver. Larverna kommer därefter att fästa på de nedsänkta odlingsbanden, odlingsrepen eller andra odlingsytorna.

Sjöpungarna kan förvaras i samma kärl odlingsbanden eller förvaras i ett intilliggande kärl med kommunicerande vattenförbindelse.

Efter det att larver har settlat på de nedsänkta banden får dessa tillväxa en lämpligt avgränsad tid så att de har tillväxt lämpligt mycket för att tåla att placeras ut i en ny vattenmiljö där de är tänkta att odlas till lämplig storlek innan skörd.

DEHNITIONER TS: Förkortning för torrsubstans vilket är den vattenfria vikt organismerna har efter torkning ("'80°, 1 dygn).

Våtvikt: Vikt av biomassan in blött tillstånd vilket vägs inom 1 timme från skörd där biomassan ligger minst halva den tiden förvarad i ett durkslag.

Marin/marin miljö: Definieras som den vattenmiljö som inte är rent sjövatten eller består av färskvatten. Dvs allt vattenmiljö som innehåller en salthalt överstigande 0,5 960 NaCl.

Hav: Samma definition som marin miljö.

Organism: Definieras som alla levande organismer av grupperna Eukaryota, Arkea samt Prokaryota.

Djur: En grupp av organismer tillhörande gruppen Animalia Sjöpung/sjöpungar: Djur tillhörande gruppen Ascidia Medierad settling: En av människan kontrollerad produktion av ägg och spermier hos organismer vars zygoter (det befruktade ägget) utvecklar sig till larver vilka sätter sig på hårda ytor i vatten innan de tillväxer till vuxna djur.

Vatten: All miljö som består av H20 vilket innefattar både marin miljö samt sjöar, båda miljöerna inkluderar både naturliga miljöer såväl som konstgjorda miljöer, t. ex. dammar och andra vattenanläggningar.

Plankton: Alla organismer som lever svävande i vattnet är den vetenskapligt korrekta definitionen som vi även använder här. Plankton kan även delas in i, och omfattas av, djurplankton, Växtplankton samt bakterieplankton beroende på vilka organismer som avses.

Settla: är en försvenskning av den engelska termen settle vilket översätts till svenskans bli fast, sätta sig. Termen sett/a (infinitiv - att sett/a) används av svenska marínbiologer.

Ascidia: Organismgruppen benämns sjöpungar på svenska. Ascidia är synonymt med Ascldiacea och Defineras enligt Tree-of-life (httgzfltolweborgltreel) och referenserna däri.

Anthozoa: Organismgruppen benämns koraller pâ svenska. Defineras enligt Tree-of-life och referenserna däri.

Porifera: Organismgruppen benämns svampdjur på svenska. Defineras enligt Tree-of-life och referenserna däri.

Makroalger: Synliga alger. En samlingsbeteckning för organismgrupperna rödalger (rhodophyta), grönalger (chlorophyta) samt brunalger (phaeophyta).

Mikroalger: Encelliga organismer vilka ej är synliga för blotta ögat vilka lever svävande i havet.. Ãr inte släkt med makroalgerna utan tillhör många olika organismgrupper såsom dinoflagellater, kiselalger m. fl.

Claims (1)

1. 535 0'l'l PATENTKRAV Ett förfarande för produktion av biogas, vilket kännetecknas av att odla, skörda och röta Ciona intestinalis och/eller Ciona savignyi. Förfarandet i enlighet med patentkrav 1, vilket kännetecknas av att odlingen sker genom att utnyttja ett antal ytor vilka är nedsänkta i vatten, på vilka nämnda ytor organismerna skall odlas och tillväxa på innan de tas upp för skörd. Förfarandet i enlighet med patentkrav 2, kännetecknat av att odlingen sker med någon av följande benämnda metoder; rack culture, hanging method, bltin culture, tulus culture, stake culture, tray culture, wig-wam culture, nätodling (rope-web culture), bouchout culture, raft culture och longlineodling (long-line culture). Förfarandet i enlighet med något av patentkraven 1-3, vilket kännetecknas av att Ciona intestinalis och/eller Ciona savignyi., odlas tillsammans med makroalger vilka tillhör grupperna rhodophyta, chlorophyta eller phaeophyta så att makroalgerna på så sätt får högre tillväxthastighet genom de vattenlösliga näringsämnen som ascidierna släpper ut från sin metabolism. Förfarandet i enlighet med patentkrav 4 kännetecknat av att makroalgerna används som ett substrat för biogasproduktion. Förfarandet enligt något av patentkraven 2-5, vilket innefattar att fästa Ciona intestinalis och/eller Ciona savignyi i larvstadie på ett antal odlingsytor genom att förvara de nämnda odlingsytorna nedsänkta i vattenkärl tillsammans med könsmogna individer av Ciona intestinalis och/eller Ciona savignyi vilka fås att släppa sina könsprodukter genom att vattentemperaturen i kärlet regleras på så sätt att frisläppande av larver startar och att de bildade larverna därefter sätter sig på de nedsänkta ytorna för att därefter placeras på odlingsplatsen.