Maatalousjätteen hyödyntäminen biokaasuksi

Abstract

Kestävä lämmön, sähkön ja polttoaineen tuotanto on globaali haaste, johon pyritään jatkuvasti löytämään uusia ratkaisuja. Biokaasu on yksi potentiaalisista kestävän energian tuotannon vaihtoehdoista. Lisäksi biokaasuteknologian avulla pyritään pienentämään maatalouden ympäristövaikutuksia, sillä maatalous tuottaa merkittävän osan ilmastoa lämmittävistä kasvihuonekaasuista. Biokaasun hyödyntäminen energiantuotannossa voi kasvattaa energiaomavaraisuutta, energian saannin varmuutta ja vähentää maakaasun tarvetta, mikä voi tuoda turvaa vallitsevassa geopoliittisessa tilanteessa. Fossiilisten polttoaineiden korvaaminen uusiutuvalla energianlähteellä, biokaasulla, voi lisäksi vähentää ilmakehään vapautuvien kasvihuonekaasujen määrää ja täten hidastaa ilmastonmuutosta. Tässä työssä kestävän energiantuotannon ja maatalouden haasteisiin pyritään etsimään ratkaisua biokaasuteknologiasta. Biokaasua, metaanin ja hiilidioksidin kaasuseosta, voidaan tuottaa mikrobien avulla hapettomissa olosuhteissa erilaisista orgaanisista raaka-aineista. Tämän työn tavoitteena on tutkia, millaisia hyötyjä voidaan saavuttaa, kun maatalousjäte hyödyntäneettään biokaasuntuotantoon. Työssä tutustutaan kirjallisuuden avulla biokaasuprosessin metaboliareitteihin, biokaasuprosessin raaka-aineisiin ja yleisimpään biokaasureaktorityyppiin, jatkuvatoimiseen sekoitussäiliöreaktoriin. Kirjallisuuden perusteella työssä suunnitellaan kolmen maatilan orgaaniset jätteet käsittelevä biokaasulaitos ja arvioidaan tilojen tästä saamia taloudellisia hyötyjä sekä ympäristövaikutuksia. Maatilojen pääosin kuivalannasta ja lietelannasta koostuvat syötteet suunnitellaan käsiteltävän märkäprosessina yksivaiheisessa täyssekoitteisessa jatkuvatoimisessa biokaasureaktorissa, jonka lämpötila asetetaan 35–37°C:een. Laskennallisesti maatilojen 7400 tonnin vuosittaisesta kokonaissyötteestä voidaan tuottaa biokaasulaitoksen avulla 260 000 m3 biokaasua. Tuotetulle biokaasulle esitetään kolme hyödyntämistapaa, minkä lisäksi arvioidaan käsittelyjäännöksen taloudellista arvoa. Ensimmäisessä vaihtoehdossa kaikki biokaasu käytetään lämmön- ja sähkön yhteistuotantoon. Toisessa vaihtoehdossa taas kaikki biokaasu jalostetaan vesipesurin avulla liikennepolttoaineena käytettäväksi biometaaniksi. Tämä vaihtoehto tuottaa laskennallisesti suurimman taloudellisen hyödyn, mutta laitos joutuu kattamaan oman sähkön- ja lämmönkulutuksensa ostoenergialla. Kolmannessa vaihtoehdossa laitos kattaa oman energiankulutuksensa pienellä lämmön- ja sähkön yhteistuotantolaitoksella ja jäljelle jäänyt biokaasu jalostetaan biometaaniksi. Biokaasuprosessin seurauksena kasvien käyttöön sellaisenaan soveltuvan liukoisen typen osuus kokonaistypestä kasvaa, minkä vuoksi käsittelyjäännöksen lannoitusvaikutus on käsittelemätöntä lantaa parempi. Liukoisen typen määrän arvioidaan nousevan biokaasuprosessissa 20 %. Taloudellisten etujen lisäksi biokaasulaitos voi tarjota maatilalle myös ympäristöhyötyjä. Lannat vapauttavat varastoitaessa metaania, ammoniakkia ja hiilidioksidia. Biokaasuprosessissa nämä kasvihuonekaasut voidaan hyödyntää, jolloin päästöjen vapautuminen ilmakehään vähenee. Biokaasulaitoksen avulla voidaan vähentää ilmaan kohdistuvia päästöjä myös korvaamalla fossiilisia polttoaineita, kuten maakaasua, biokaasulla. Lisäksi biokaasuprosessi vähentää lannan hajuhaittoja ja mahdollistaa keinoteknoisten lannoitteiden korvaamisen kierrätysravinteilla.