Biokaasutus

Biokaasulaitoksen mädätysprosessissa biomassasta syntyy hiilidioksidia ja metaania, joka voidaan polttaa lämmöksi, muuntaa sähköksi tai jalostaa liikennepolttoaineeksi. Lisäksi prosessissa syntyvä mädätysjäännös voidaan käyttää kierrätyslannoitteena ja pellonparannusaineena.

Laitoksissa tarvetta kiinteille jakeille parantamaan prosessin kiintoainepitoisuutta ja kaasuntuottoa

Biokaasulaitoksessa käytettävien raaka-aineiden hiili-typpi -suhde tulisi olla noin 20:1. Esimerkiksi sian lanta voi yksin olla liian typpipitoista ja hiilipitoisuuden lisäämiseksi prosessiin tarvitaan kasvibiomassaa. Kasvibiomassalla viipymäaika mädätyssäiliöissä on pidempi. Myös ligniinin määrä rajoittaa biomassan hajotusta ja alentaa metaanintuottopotentiaalia. Kasvibiomassan kaasuntuottoa voidaan parantaa massan hienontamisella, jolloin bakteerien tarttumispinta suurenee. Järviruo’on soveltuvuudesta biokaasun tuotantoon on melko vähän kokemusta ja tutkimustietoa, mutta yhteismädätyksen on todettu olevan hyödyllisempää kuin ruo’on biokaasutus yksinään.

Biokaasun tuotantoon soveltuu kesällä korjattava ruoko, jolla hiili-typpi –suhteeksi saatiin VELHOn tutkimuksissa keskimäärin 29:1. Talviruoko on liian kuivaa ja sen ravinnepitoisuus riittämätön bakteereille. Sen hiili-typpi –suhteeksi saatiin keskimäärin 110:1. Järviruo’on metaanin tuottopotentiaaliksi on aiemmissa laboratoriotutkimuksissa saatu 150 -260 m3 tonnissa tuoretta ruokoa ja biokaasun metaanipitoisuudeksi 50 – 60 %, mikä on samaa luokkaa peltobiomassojen kanssa.

Verrattuna massan pellolle levitykseen tai kompostoidun ruokomassan peltokäyttöön, saadaan ruo’on energiasisältö biokaasutuksella hyötykäyttöön. Pellolla kasvatettaviin energiakasveihin verrattuna järviruoko kasvaa rannoilla ja vesistöissä itsestään ilman lannoitusta, mutta ruo’on korjuussa kuluu enemmän energiaa ja siinä tarvitaan erikoistuneempaa kalustoa kuin biomassan peltokorjuussa.

Järviruo’on potentiaaliset käyttökohteet ovat ranta-alueiden lähellä sijaitsevat maatilakokoluokan biokaasulaitokset, joissa on tarvetta tuoreelle kasvibiomassalle lisäämään lietelannan kiintoainepitoisuutta. Toistaiseksi maatilakokoluokan laitoksia on kuitenkin vasta vähän Suomessa.

Silputun kesäruo’on voi säilöä aumassa biokaasutusta varten

Viherbiomassojen biokaasukäytön haasteena on korjuun ajoittuminen lyhyeen aikaan kesällä, kun biokaasulaitokseen tarvitaan tasainen määrä massaa ympäri vuoden. Ratkaisuna on massan säilöminen hapettomissa oloissa tiiviissä aumoissa, jolloin orgaanisen aineen hajoaminen hidastuu. Hyvin säilötty viherbiomassa voi edistää biokaasun tuottoa ja lyhentää mädätysaikaa, aumauksen aikana alkavan maitohappokäymisen parantaessa kasvisolujen sulavuutta.

Hankkeessa testattiin murskatun järviruo’on aumausta talven yli. Mynälahden elokuun 2011 vesileikkuun ruokomassa (450 m3, 49 tonnia) kuljetettiin Biovakka Oy:n Vehmaan laitokselle. Tasaiselle hiekalle levitetyn aumamuovin päälle läjitettiin Haybuster-murskaimella silputtu ruoko ja massa tiivistettiin ajamalla päälle traktorilla aina noin 10 cm paksun kerroksen levityksen jälkeen. Auman (6 x 13 x 1 m) pintaan levitettiin muurahaishappopitoista AIV-liuosta ja se peitettiin tiiviisti muovilla ja autonrenkailla.

silppuamiskoneet

Auma avattiin yhdeksän kuukauden jälkeen kesäkuussa 2012. Aumatusta ruokomassasta otettiin näytteet ennen AIV-liuoksen levittämistä ja auman avaamisen yhteydessä. Rehunäytteenä analysoitu ruokomassa oli laboratoriotulosten perusteella säilynyt aumassa erittäin hyvin ja sai arvosanan kiitettävä. Liukoisen typen osuus oli aumuksessa kasvanut kolmikertaiseksi. Rehukäyttöön ruoko todettiin odotetusti huonosti sulavaksi (D-arvo oli tuoreessa, murskatussa kesäruo’ossa 430 g/kg ka ja talven yli aumatussa ruo’ossa 452 g/kg ka), koska kyseessä oli loppukesällä korjattu, korsiintunut ruoko.

Biokaasutus Kaarinan Tuorlassa yhteistyössä COFREEN –hankkeen kanssa

Ammattiopisto Livian Tuorlan biokaasulaitoksessa tuotetaan biokaasua mesofiilisellä prosessilla käyttäen lietelantaa, kuivalantaa, rasvajätettä, kasvituotannon jätettä ja peltobiomassoja. Kaasun tuotto on ollut parhaimmillaan 500 m3/vrk. Kaasu käytetään yhdistetyssä sähkön- ja lämmöntuotannossa. Laitoksen vuosittainen energiantuotto on 1200 MWh. Mädätysjäännöksestä erotetaan erikseen nestemäinen ja kiinteä jae, ja ne käytetään opetustilan pelloilla lannoitteena ja maanparannusaineena.

Tuorlan biokaasulaitos

Kesällä korjattua, sekä aumassa talven yli säilöttyä ruokosilppua on testattu ongelmitta biokaasun tuotannossa Ammattiopisto Livian Tuorlan laitoksessa. Kuva: Terhi Ajosenpää

Biokaasutukseen käytetty järviruoko kerättiin VELHO- ja COFREEN –hankkeiden loppukesien 2011-2012 vesileikkuista ja aumauskokeesta. Pitkä ruoko kuljetettiin laitoksen pihalle ja murskattiin Haybuster –murskaimella suoraan laakasiiloihin varastoitavaksi. Laitoksessa käytettiin ruokoa 161 tonnia kesäkuusta 2012 toukokuuhun 2013; kuukausittaiset määrät vaihtelivat 7-40 tonniin. Laitoksessa käytettiin samanaikaisesti muita viherbiomassoja, mm. säilörehua ja sokerijuurikkaan naattia.

Ruoko toimi biokaasulaitoksessa ilman teknisiä ongelmia. Hyvin murskattu ruoko meni helposti läpi apevaunusta, jonka kautta kiinteät massat syötetään laitokseen. Apevaunu toimi ruo’olla vain massan syöttölaitteena ja tasalaatuisuuden varmistajana, lisämurskaustarvetta ei ollut yksittäisiä pidempiä korsia lukuun ottamatta. Ruo’on hyvän esikäsittelyn ja pienen partikkelikoon (alle 50 mm) arvioitiin kompensoivan loppukesällä korjatun ruo’on oletettu heikompaa sulavuutta verrattuna muihin viherbiomassoihin. Loppukesän ruoko on korsiintuneempaa ja huonommin sulavaa kuin alkukesän ruoko. Myös ruo’on varastoinnin laakasiiloissa arvioitiin parantaneen sulavuutta. Apevaunun pystyy murskaamaan pitkää ruokoa riittävän pieneksi, mutta työ veisi paljon aikaa ja sähköenergiaa. Tämän vuoksi massan murskaus pitäisi tedä jo korjuuvaiheessa riittävän pieneksi. Laitoksessa käytetyistä viherbiomassoista ainoastaan ruo’olla saavutettiin optimaalinen partikkelikoko.

Biokaasupotentiaalin mittaus yhteistyössä SUSBIO-hankkeen kanssa

Turun ammattikorkeakoulun SUSBIO-hankkeen laboratoriokokeissa selvitettiin tuoreen, alkukesällä kerätyn järviruo’on ja talven yli aumatun, loppukesällä korjatun järviruo’on biokaasun tuottopotentiaalia ja sen soveltuvuutta yhteismädätykseen lietteen kanssa.

Biokaasupotentiaali

Alustava koe suoritettiin AMPTS II –laitteistolla panoskoeperiaatteella 500 ml:n reaktoreissa mesofiilisessa (37 oC) prosessissa. Kuva: Terhi Ajosenpää

Alustavan koeajon perusteella todettiin, että tuore alkukesän järviruoko yhteismädätyksessä lietteen kanssa parantaa kaasuntuottoa verrattuna pelkkään lietemädätykseen, joko ruo’on hyvän metaanipotentiaalin ansiosta tai yhteismädätyksen synergiaetujen ansiosta. Myös aumattu järviruoko soveltuu mädätysprosessin syötemateriaaliksi. Alkukesän ruo’on etuna on sen pehmeys ja sulavuus, mikä heikkenee kasvukauden loppua kohden ligniini- ja selluloosapitoisuuden kasvaessa.

Julkaistu 23.7.2014 klo 13.32, päivitetty 19.9.2014 klo 14.50