Mädätyksellä kohti puhtaampaa energiaa

Suomi pyrkii hiilineutraaliuteen vuoteen 2035 mennessä (Suomen hallitusohjelma 2019). Paine biopolttoaineiden käytön lisäämiseen on suuri. Suomi teki ensimmäisen biotalousstrategiansa vuonna 2014. Strategian päämääristä yksi on biomassojen kestävä käyttö. 

Hajautetulla energiantuotannolla on suuri merkitys aluetalouteen ja energiaomavaraisuuteen. Bioenergian käyttöä pitää lisätä tulevaisuudessa, jotta ilmastotavoitteisiin päästäisiin. Biomassasta voidaan valmistaa sekä nestemäisiä että kaasumaisia biopolttoaineita. Suomen suurin hyödyntämätön bioenergiapotentiaali on puussa, mutta maatalouden sivuvirrat ja kesantopeltojen biomassat ovat myös merkittäviä bioenergianlähteitä (Peura ym. 2017). Eikä pidä unohtaa teollisuuden ja kotitalouksien biojätettä tai vedenpuhdistamojen lietteitä, vaikka niiden määrä onkin vähäisempi. 

Miten biokaasua syntyy 

Biokaasu on hyvä polttoaine. Sitä voidaan käyttää lämmöntuotantoon, yhdistettyyn lämmön ja sähköntuotantoon (CHP, Combined Heat and Power), liikennepolttoaineena tai sitä voidaan syöttää maakaasuverkkoon (Peura ym. 2017). Biokaasua syntyy biologisen hajoamisprosessin tuloksena, kun eloperäinen aines hajoaa hapettomissa olosuhteissa. Biomassan mädätys tapahtuu mikrobitoiminnan tuloksena. Kuvassa 1 on esitetty biokaasuprosessin neljä eri vaihetta. Kussakin vaiheessa työskentelee mikrobiryhmät, joilla on erilaiset vaatimukset ympäristöolosuhteisiin (pH, lämpötila ja happipitoisuus) (Motiva 2013). 

Kuva 1. Biokaasuprosessin vaiheet. Kuva: Motiva 2013.

Biokaasulaitoksen syötteellä on suuri merkitys siihen, paljonko biokaasua syntyy ja miten optimaalisesti prosessi toimii. Hiilen ja typen suhde on tärkeä parametri prosessin syöttömateriaalille. Optimaalinen hiilen ja typen suhde on tutkimusten mukaan 20:1 eli syötteen tulisi sisältää hiiltä 20 kertaa niin paljon kuin typpeä. Jos syöte sisältää liikaa hiiltä, mikä on mahdollista silloin, kun mädätetään esimerkiksi peltobiomassaa, osa syötteen biokaasupotentiaalista jää käyttämättä. Toisaalta, jos käytetään syötteenä pelkästään lantaa, alkaa prosessin ammoniumpitoisuus nousta liian korkeaksi ja tämä haittaa mikrobien toimintaa. (Motiva 2013.) 

Jotta biokaasuprosessia pystyttäisiin hallitsemaan hyvin, olisi erityisen tärkeää, että voitaisiin tutkia erilaisten syötteiden, lisäaineiden ja esikäsittelyiden vaikutusta biokaasun tuotantopotentiaaliin ja seurata reaaliaikaisesti biokaasuprosessia. LAB-ammattikorkeakoulun EKI-hanke (Energia- ja kiertotalouden toimintaympäristöt) mahdollistaa biokaasuanalysaattorin AMPTS II hankinnan uuteen kiertotalouslaboratorioon. Tulevaisuudessa pystymme tarjoamaan alueen yrityksille biokaasuprosessin testiympäristön. 

Kuva 2. Lanta ei toimi hyvin yksinään biokaasulaitoksen syötteenä (Kuva: Heidi Rutila)

AMPTS II (Automatic Methane Potential Test System) 

AMPTS II on Bioprocess Controlin (2020) valmistama biokaasuanalysaattori, joka on laajalti käytössä sekä yksityisissä että julkisissa laboratorioissa, energian tuotannossa ja jätevesilaitoksilla. Laitteella voidaan tutkia dynaamisesti biomateriaalin biokaasun tuotantopotentiaalia. Laitteisto sisältää 15 pientä bioreaktoria, joissa mädätys tapahtuu. Analysaattori sisältää internetpohjaisen sovelluksen, jonka avulla mädätysprosessin etenemistä voidaan seurata reaaliaikaisesti ja reaktorien toimintaa voidaan säätää etänä. 

Kuva 3. Biokaasuanalysaattori AMPTS II (Kuva: Bioprocess Control).

Kirjoittaja

Heidi Rutila on LUMA-aineiden lehtori ja työskentelee EKI-hankkeessa asiantuntijana LAB-ammattikorkeakoulussa. 

Lähteet

Bioprocess Control. 2020. AMPTS II. [Viitattu 29.5.2020]. Saatavissa: https://www.bioprocesscontrol.com/products/ampts-ii/ 

Motiva. 2013. Biokaasuntuotanto maatilalla. [Viitattu 29.5.2020]. Saatavissa: https://www.motiva.fi/files/6958/Biokaasun_tuotanto_maatilalla.pdf 

Peura, P., Hiltunen, E., Haapanen, A., Auvinen, K., Soukka, R.,Törmä, H., Kujala, S., Pohjola, J., Mäkiranta, A., Välisuo, P., Grönman, K., Kumar, R., Rasi, S., Lehtonen, E., Anttila, P. 2017. Hajautetun uusiutuvan energian mahdollisuudet ja rajoitteet (HEMU). Valtioneuvoston selvitys ja tutkimustoiminnan julkaisusarja 35/2017. [Viitattu 29.5.2020]. Saatavissa: https://tietokayttoon.fi/documents/10616/3866814/35_hajautetun-uudiutuvan-energian-mahdollisuudet-ja-rajoitteet.pdf/331354b7-1b09-4fc9-b01a-89ff08b87241?version=1.0 

Suomen hallitusohjelma 2019. [Viitattu 29.5.2020]. Saatavissa: https://valtioneuvosto.fi/marinin-hallitus/hallitusohjelma/hiilineutraali-ja-luonnon-monimuotoisuuden-turvaava-suomi   

Linkit

LAB. 2020. EKI – Energia- ja kiertotalouden toimintaympäristöt [Viitattu 29.5.2020]. Saatavissa:  https://www.lab.fi/fi/projekti/eki 

Suomen biotalousstrategia 2014 [Viitattu 29.5.2020]. Saatavissa: https://biotalous.fi/wp-content/uploads/2014/07/Julkaisu_Biotalous-web_080514.pdf 

Kuvat

KUVA 1. Motiva. 2013. Biokaasuntuotanto maatilalla. [Viitattu 29.5.2020]. Saatavissa: https://www.motiva.fi/files/6958/Biokaasun_tuotanto_maatilalla.pdf 

KUVA 2. Rutila, H. 2020. Lanta ei toimi hyvin yksinään biokaasulaitoksen syötteenä.

KUVA 3. Bioprocess Control. 2020. AMPTS II. [Viitattu 29.5.2020]. Saatavissa: https://www.bioprocesscontrol.com/products/ampts-ii/ 

Jätä kommentti

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.