liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
System Analysis of Biogas Production: Part II Application in Food Industry Systems
Linköping University, Department of Management and Engineering, Energy Systems. Linköping University, Faculty of Science & Engineering.ORCID iD: 0000-0002-7356-8524
Linköping University, Department of Management and Engineering, Energy Systems. Linköping University, Faculty of Science & Engineering.
Linköping University, Biogas Research Center. Region Östergötland. Linköping University, Faculty of Science & Engineering.
2019 (English)In: Energies, ISSN 1996-1073, E-ISSN 1996-1073, Vol. 12, no 3, article id 412Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

Biogas production from organic by-products is a way to recover energy and nutrients. However, biogas production is not the only possible conversion alternative for these by-products, and hence there is interest in studying how organic by-products are treated today and which alternatives for conversion are the most resource efficient from a systems perspective. This paper investigates if biogas production is a resource efficient alternative, compared to business as usual, to treat food industry by-products, and if so, under what circumstances. Five different cases of food industries were studied, all with different prerequisites. For all cases, three different scenarios were analysed. The first scenario is the business as usual (Scenario BAU), where the by-products currently are either incinerated, used as animal feed or compost. The second and third scenarios are potential biogas scenarios where biogas is either used as vehicle fuel (Scenario Vehicle) or to produce heat and power (Scenario CHP). All scenarios, and consequently, all cases have been analysed from three different perspectives: Economy, energy, and environment. The environmental perspective was divided into Global Warming Potential (GWP), Acidification Potential (AP), and Eutrophication Potential (EP). The results show, in almost all the systems, that it would be more resource efficient to change the treatment method from Scenario BAU to one of the biogas scenarios. This paper concludes that both the perspective in focus and the case at hand are vital for deciding whether biogas production is the best option to treat industrial organic by-products. The results suggest that the food industry should not be the only actor involved in deciding how to treat its by-products.

Place, publisher, year, edition, pages
MDPI, 2019. Vol. 12, no 3, article id 412
Keywords [en]
biogas production; food industry; organic by-products; resource efficiency; energy; environment; economy
National Category
Energy Systems
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-155943DOI: 10.3390/en12030412ISI: 000460666200080Scopus ID: 2-s2.0-85060908484OAI: oai:DiVA.org:liu-155943DiVA, id: diva2:1300967
Note

Funding Agencies|Swedish Energy Agency; Linkoping University

Available from: 2019-04-01 Created: 2019-04-01 Last updated: 2020-04-27Bibliographically approved
In thesis
1. System studies of biogas production: comparisons and performance
Open this publication in new window or tab >>System studies of biogas production: comparisons and performance
2020 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Biogas has the potential to be part of the transition towards a more sustainable energy system. Biogas is a renewable energy source and can play an important role in modern waste management systems. Biogas production can also help recirculate nutrients back to farmland. Besides all this, biogas is a locally produced energy source with the potential to increase global resource efficiency, since it can lead to more value and less waste, as well as decreased negative environmental effects. However, biogas production systems are complex, including different substrates, different applications for biogas and digestate, and different technology solutions for digestion, pre-treatment and for upgrading the raw gas. To increase the development of biogas production systems, knowledge sharing is a key factor. To increase this knowledge sharing, comprehensible analysis and comparisons of biogas production systems are necessary. Thus, studies are needed to verify the resource efficiency of biogas production systems from different perspectives.

The aim of this thesis is to perform a systems analysis of biogas production systems and to explore how to analyse and compare biogas production systems. An additional aim is to study biogas production systems from a systems perspective, with a focus on environment, energy and economy. Studying biogas production systems from different system levels, as well as from different approaches, is beneficial because it results in deeper knowledge of biogas systems and greater opportunities to identify synergies.

Systems studies of biogas are important, since biogas systems are often complex and integrated with other systems. In this thesis, biogas systems analyses are performed at different levels. In the widest system study, classifications of different biogas plants are analysed and classifications in different European countries are compared, with the prospect of paving the way for a new common classification for biogas plants in Europe. Today, classifications vary between countries, and hence comparisons of plants in different countries are difficult. In the narrowest system study, a new methodology for analysing energy demand at different biogas production plants has been developed. The aim was to develop a methodology that is applicable for all kinds of biogas plants with energy inputs. The methodology describes the process of analysing energy demand and allocating energy to sub-processes and unit processes.

Further, an approach for assessing the resource efficiency of different treatment options for organic waste was designed. The approach includes environmental, economic and energy perspectives, and was applied to five different regions with several food manufacturing companies. A study of treatment options for organic waste from a single food company was also conducted. The results showed that biogas production is a resource-efficient way to treat waste from the food industry. The approach enables a wider analysis of biogas systems, and the results from the applications show the complexity of assessing resource efficiency. It is also shown that it is important to understand that the resource efficiency of a system is always in relation to the substituted system.

In this thesis, three different approaches to analysing biogas production systems are presented: categorization, resource efficiency analysis and energy demand analysis. These approaches all contribute to the understanding of biogas systems and can help, in different ways, to increase knowledge about biogas systems in the world. If knowledge about different biogas systems can be easily disseminated, more of the unused potential of biogas production may be realized, and hence more fossil fuels can be replaced within the energy system.

Abstract [sv]

Biogas har potentialen att vara en del av övergången till ett mer hållbart energisystem. Biogas är en förnybar energikälla som kan spela en viktig roll i moderna avfallshanteringssystem. Produktion av biogas kan även hjälpa till att återcirkulera näringsämnen tillbaka till jordbruksmark. Förutom allt detta är biogas en lokalt producerad energikälla med potential att öka resurseffektiviteten i världen, eftersom det kan leda till ökat värde och mindre avfall samt minskade negativa miljöeffekter. Dock är biogasproduktionssystem komplexa, inklusive exempelvis olika substrat, användning för biogasen och rötresterna, olika tekniska lösningar för rötresterna såväl som förbehandling av substrat och uppgradering av rågas. För att öka utvecklingen av biogasproduktionssystem är kunskapsdelning en nyckelfaktor. För att öka kunskapsdelningen är tydliga analyser och jämförelser av biogasproduktionssystem nödvändiga. Därför behövs studier för att verifiera resurseffektiviteten för biogasproduktionssystem från olika perspektiv.

Syftet med denna avhandling är att utföra systemanalyser av biogasproduktionssystem och att undersöka hur man analyserar och jämför biogasproduktionssystem. Vidare är syftet också att studera biogasproduktionssystem ur ett systemperspektiv med fokus på miljö, energi och ekonomi. Det är fördelaktigt att studera biogasproduktionssystem på olika systemnivåer och utifrån olika tillvägagångssätt, eftersom kunskapen om biogassystem fördjupas och möjligheterna att hitta synergier ökar.

Systemstudier av biogas är viktigt eftersom biogassystem ofta är komplexa och integrerade i andra system. I denna avhandling utförs analyser på olika nivåer av biogassystemen. På den högsta systemnivån analyseras klassificeringar av olika biogasanläggningar. Klassificeringar i olika europeiska länder jämförs, med förhoppningen att bana väg mot en ny, gemensam klassificering för biogasanläggningar i Europa. Idag varierar klassificeringarna mellan länder och därför är jämförelser av anläggningar mellan länder svåra. På den lägsta systemnivån utvecklades en ny metod för analys av energibehov vid olika biogasproduktionsanläggningar. Syftet var att utveckla en metod för alla typer av biogasanläggningar. Metodiken beskriver processen för att analysera energibehov och fördela energin till delprocesser och enhetsprocesser.

Vidare utformades en metod för att bedöma resurseffektiviteten hos olika behandlingsalternativ för organiskt avfall. Metoden inkluderar miljö, ekonomi och energi och tillämpades i fem olika regioner med flera livsmedelsindustriföretag. En studie av behandlingsalternativ för organiskt avfall från ett enda livsmedelsföretag genomfördes också. Resultaten visade att biogasproduktion är ett resurseffektivt sätt att behandla avfall från livsmedelsindustrin. Metoden möjliggör en bredare analys av biogassystem och resultaten från tillämpningarna visar komplexiteten i att utvärdera resurseffektiviteten. Det visas också att det är viktigt att förstå att ett systems resurseffektivitet alltid är i förhållande till det substituerade systemet.

I denna avhandling presenteras tre olika metoder för analys av biogasproduktionssystem: kategorisering, resurseffektivitetsanalys och energibehovsanalys. Dessa tillvägagångssätt bidrar alla till att förstå biogassystem och kan på olika sätt bidra till att öka kunskapen för biogassystem i världen. Med bra system för att sprida kunskap om olika biogassystem kan mer av den outnyttjade potentialen för biogasproduktion realiseras och därmed kan fler fossila bränslen i energisystemet ersättas, samtidigt som de övriga fördelarna med biogas också kommer samhället till nytta.

Place, publisher, year, edition, pages
Linköping: Linköping University Electronic Press, 2020. p. 73
Series
Linköping Studies in Science and Technology. Dissertations, ISSN 0345-7524 ; 2078
National Category
Energy Systems
Identifiers
urn:nbn:se:liu:diva-165274 (URN)10.3384/diss.diva-165274 (DOI)9789179298326 (ISBN)
Public defence
2020-06-10, Online through Zoom (contact magnus.karlsson@liu.se) and C3, C Building, Campus Valla, Linköping, 13:15 (Swedish)
Opponent
Supervisors
Available from: 2020-04-29 Created: 2020-04-27 Last updated: 2020-05-08Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(3010 kB)76 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3010 kBChecksum SHA-512
f5bf3daa18412a5cadb21206dc7401622b877e53b8cd84e690313cffd48df074577ca1afc6c485f80b2399552f7c2729a4764586c570177810d7ce935408c5fd
Type fulltextMimetype application/pdf

Other links

Publisher's full textScopus

Authority records BETA

Ivner, Jenny

Search in DiVA

By author/editor
Lindkvist, EmmaKarlsson, MagnusIvner, Jenny
By organisation
Energy SystemsFaculty of Science & EngineeringBiogas Research CenterRegion Östergötland
In the same journal
Energies
Energy Systems

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 76 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

doi
urn-nbn

Altmetric score

doi
urn-nbn
Total: 274 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf