Combined Energy Solutions Applied to Dairy Farming in Bolivia and Latin America

Abstract

Övergången till en hållbar värld kräver omedelbara åtgärder av individer och samhällen. Utvecklingsländerna har svårt att införliva klimatförändringspolitiken av olika skäl, bland annat på grund av de negativa effekter som Covid-19-pandemin lämnade efter sig på ekonomin. Ett sätt att ta itu med denna fråga kan vara att fokusera på den produktiva sektorn, till exempel mjölkproduktionssektorn. Detta segment, tillsammans med andra segment med liknande egenskaper, spelar en viktig roll i utvecklingsländernas ekonomier och kännetecknas av att det finns små och medelstora produktionsanläggningar som i allmänhet inte tar hänsyn till begreppet cirkulär ekonomi, och där korrekt avfalls- och energihantering inte prioriteras. Flera typer av mjölkgårdar har dock en stor potential för integrering av energilösningar inom ramen för konceptet avfall till energi genom produktion av biogas, som har potential att täcka ett brett spektrum av energibehov, bland annat för el, värme, kyla och gas för matlagning. Detta kan möjliggöra självförsörjning av energi, främja en förbättrad hantering av organiskt avfall och minska beroendet av konventionella energitjänster (oftast baserade på fossila bränslen). Biogasproduktion leder också till att man får tillgång till biogödsel, ett organiskt gödningsmedel. Dessutom kan en biogasbaserad energilösning kombineras med andra förnybara energikällor, vilket främjar utnyttjandet av lokala energiresurser. I ett sådant scenario kan dessa lösningar möjliggöra en förbättrad avfalls- och energihantering, samtidigt som växthusgasutsläppen minskas i enlighet med hållbarhetsprincipen.

I denna avhandling undersöks dessa frågor genom att biogasbaserade energilösningar tillämpas på bolivianska mjölkgårdar och, med en bredare ansats, på latinamerikanska mjölkgårdar. Energilösningarna kan leverera el, varmvatten, kylning (med hjälp av absorptionskylsystem), matlagningsgas och organiska gödningsmedel. Den första utvärderingen inriktades på att utvärdera energiprestandan hos ett system för trippelgenerering (CCHP) som föreslagits för små mjölkgårdar. Ett sådant system visade sig leda till energibesparingar på upp till 37 % jämfört med konventionella lösningar. En teknisk-ekonomisk genomförbarhetsstudie utfördes genom att jämföra två alternativ för polygenerering för att täcka energibehovet hos en liten sammanslutning av bolivianska mjölkgårdar. Kostnaderna för produktion av biogas, elektricitet, kylning och gödningsmedel fastställdes för att bekräfta deras genomförbarhet på marknaden. För att förstärka den teknisk-ekonomiska analysen och inkludera solcellsenergi utökades en befintlig öppen dynamisk modell till att möjliggöra optimering av ett hybridsystem av biogas och solcellsenergi. Modellen fastställer kostnaderna för att producera el och värme, kvantifierar minskningen av koldioxidutsläpp och visar hur systemet drivs och den procentuella andelen solenergi i systemet. Slutligen gjordes en undersökning för att uppskatta potentialen för produktion av biogas och organiska gödningsmedel på latinamerikanska mjölkgårdar och analysera om det är möjligt att vara självförsörjande i fråga om energi på mjölkgårdar samt kvantifiera den potentiella minskningen av växthusgasutsläpp. De kombinerade resultaten av de teknisk-ekonomiska utvärderingarna och den ovannämnda studien visade att det är möjligt att vara självförsörjande på energi för nästan alla gårdsstorlekar med biogas - och elproduktionskostnader på 0.017-0.037 USD/kWh respektive 0.06-0.16 USD/kWh. De föreslagna lösningarna som tillämpas på latinamerikanska mjölkgårdar kan bidra till att minska utsläppen av växthusgaser med upp till 51 Mton CO2 per år.

Resultaten från dessa utvärderingar är lovande och visar att ett eventuellt genomförande av polygenerationsystem kan ge fördelar som att främja en effektiv användning av lokala resurser inom ramen för en cirkulär ekonomi och att följa principerna hos flera av målen för hållbar utveckling. Detta arbete bidrar till förståelsen av en integrerad utvärdering av kombinerade energilösningar genom att ta hänsyn till energiprestanda, tekniska, ekonomiska och miljömässiga aspekter. Utvärderingsmetoderna kan dupliceras för bedömning av kombinerade energilösningar som tillämpas på andra produktionssektorer. Dessutom föreslås nya energisystemkonfigurationer och ett öppet tillgängligt optimeringsverktyg som kan vara användbart för fortsatt utveckling och undersökning av denna typ av energilösningar. Detta utgör en grund som bör kompletteras och stärkas av framtida studier som leder till hållbarheten inom produktiva sektorer, såsom mjölkproduktion, i strävan efter en grön och effektiv ekonomi.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-323374