Production potential of Polyhydroxyalkanoates (PHA) in relation to current biogas production : Future sludge management at Sjöstad’s wastewater treatment plant in Karlstad

Den konventionella petroleumbaserade plastens positiva egenskaper, såsom dess flexibilitet och låga produktionskostnad, har gjort plasten till ett näst intill oumbärligt material som de senaste 20 åren fördubblats i produktion. Men detta är inte utan konsekvenser. Då konventionell plast idag baseras på fossila resurser resulterar dess livscykel i stora växthusgasutsläpp. Dessutom leder plastens långa nedbrytningstid även till skadliga mikro- och nanoplaster, vilka kan utgöra ett hot för både djur och människors hälsa. En biobaserad och biologiskt nedbrytbar plast är polyhydroxyalkanoater (PHA). Men då de idag baseras på stärkelse, glukos och oljor från ätbara resurser är produktionen av dem dyr. För att undvika detta finns potential i att istället nyttja restprodukter, såsom kommunalt slam, som resurs. Detta kan göras genom att först fermentera slammet för produktion av kortkedjiga fettsyror (VFA) som i sin tur används som substrat vid PHA-ackumulering via bakterier. Detta är speciellt fördelaktigt för avloppsreningsverk som idag rötar sitt slam för produktion av biogas. Dessa kan genom att exempelvis höja pH på ett enkelt sätt nyttja dessa rötningskamrar för att istället producera VFA via fermentering. Ett reningsverk som idag rötar sitt slam för produktion av biogas är Sjöstads avloppsreningsverk i Karlstad, men på grund av minskad efterfrågan är biogasens framtid oviss. Där står alltså rötningskamrar som istället skulle kunna nyttjas för produktion av biobaserad och nedbrytningsbar plast, det vill säga PHA. Syftet med denna studie var således att undersöka huruvida slammet på Sjöstads reningsverk kan användas för att producera PHA istället för biogas. Studien syftade till att bedöma PHA-produktionens tekniska, ekonomiska och miljömässiga potential med slammet som råvara samt jämföra detta mot den befintliga biogasproduktionen. Förhoppningen var att studien ska kunna utgöra en grund till fortsatt arbete inom området. Målen var att undersöka den tekniskt möjliga produktionsmängden PHA med dagens slamflöden på Sjöstadsverket, redogöra vilken av produkterna PHA och biogas som genererar störst inkomst vid försäljning samt utreda vad skiftet från konventionell plast (PE) till PHA ger för klimatbesparing jämfört med bytet från diesel till biogas. Detta gjordes genom experimentell VFA- och PHA-produktion via slam från Sjöstads reningsverk samt med hjälp av data från tidigare studier på PHA-framställning från kommunalt slam. Då effektivitetsgraden varierade mellan studierna undersöktes tre fall: ett medel-, ett hög- och ett lågeffektivt. Resultaten visar på god produktionspotential för PHA på 934 kg/dygn för den medeleffektiva processen. Därtill finns möjligheter till uppskalning genom ökad substrattillförsel. Produktion av PHA verkar dessutom generera högre inkomst i form av försäljning jämfört med biogas, 50 100 kr/dygn (för medeleffektiv process) respektive 15 600 kr/dygn. En enklare klimatbedömning tyder dock på att skiftet från PE till PHA endast ger en tredjedel av klimatbesparingen jämfört med då diesel ersätts av biogas. Orsaken till detta återfinns i extraktionsmetoden av PHA som står för hela 80% av de totala utsläppen av växthusgaser. En förbättrad extraktionsmetod kan således minska dessa utsläpp avsevärt och bidra till en mer hållbar produktion av PHA. Ingen rekommendation angående om PHA-produktion bör ersätta produktionen av biogas kan dock ges i nuläget, utan studien bör först kompletteras med ytterligare studier.