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.
Biokaasulaitoksissa tarvetta kiinteille jakeille parantamaan prosessin kiintoainepitoisuutta ja kaasuntuottoa
Biokaasulaitoksessa käytettävien raaka-aineiden hiili-typpi -suhteen tulisi olla noin 20:1. Esimerkiksi sian lanta voi olla liian typpipitoista ja hiilipitoisuuden lisäämiseksi prosessiin tarvitaan erilaista kasvibiomassaa. Liika typpi aiheuttaa ammoniakin muodostumista, mikä vaikeuttaa mädätysbakteerien toimintaa. Pelkkä kasvibiomassa on yleensä taas liian hiilipitoista, jolloin osa materiaalin kaasuntuottopotentiaalista jää hyödyntämättä tai mädätysaika on hyvin pitkä. Energiakasvien viipymäaika mädätyssäiliöissä voi olla jopa 80 - 120 päivää, kun lannalla se on 30 vrk. Kasvibiomassalla merkitsevää on myös ligniinin määrä, joka rajoittaa biomassan hajotusta ja alentaa metaanintuottopotentiaalia. Kasvibiomassan kaasuntuottoa voidaan parantaa murskaamalla ja hienontamalla, jolloin bakteerien tarttumispinta suurenee.
Järviruo’olla biokaasun tuotantoon soveltuu kesällä korjattava ruoko, jonkoa hiili-typpisuhteeksi saatiin VELHO-hankkeen tutkimuksissa keskimäärin 29:1. Talviruoko on liian kuivaa eikä sen ravinnepitoisuus ole riittävä metaania tuottaville bakteereille. Talviruo’on hiili-typpisuhteeksi saatiin 110:1. Ruo’on soveltuvuudesta biokaasun tuotantoon on melko vähän kokemusta ja tutkimustietoa.
Verrattuna massan pellolle levitykseen, saadaan ruo’on energiasisältö biokaasutuksella hyötykäyttöön
Pellolla kasvatettaviin energiakasveihin verrattuna järviruoko kasvaa rannoilla ja vesistöissä itsestään eikä se vaadi lannoitusta, mutta ruo’on korjuussa kuluu enemmän energiaa ja siinä tarvitaan erikoistuneempaa kalustoa kuin peltobiomassan korjuussa. Kesäruo’on peltokäytöstä tehtyjen laskelmien mukaan ruo’on biokaasutus ja mädätysjäännöksen peltoon levitys on ainoa käyttöketju, joka jää energiataseeltaan positiivikseksi (+ 4,05 MJ/kg). Sekä tuoreen ruokosilpun että kompostoidun ruo’on levittäminen pellolle jäivät taseeltaan negatiivisiksi (leikkuusta pellolle levitykseen).
Järviruo’on potentiaaliset käyttökohteet ovat ranta-alueiden lähellä sijaitsevat maatilakokoluokan biokaasulaitokset, joissa on tarvetta kasvibiomassalle lisäämään lietelannan kiintoainepitoisuutta. Toistaiseksi kokoluokan laitoksia on vasta vähän Suomessa. Pelkän ruokomassan biokaasutukseen voisi sopia myös kuivamädätys, joka ei vaadi yhtä suuria rakentamisinvestointeja ja on toimintaperiaatteeltaan yksinkertaisempi kuin märkämädätys. Kuivamädätyksessä kaasuntuotto ei kuitenkaan ole yhtä hyvä ja mädätyksen viipymäaika on pidempi. Käytännön kokemuksia ei Suomesta vielä ole.
Ruo'on biokaasutuspotentiaali samaa luokkaa peltobiomassojen kanssa
Järviruo’on metaanin tuottopotentiaaliksi on laboratorio-oloissa saatu keskimäärin 150 -260 m3/tonnissa tuoretta ruokoa ja biokaasun metaanipitoisuudeksi 50 – 60 %. Peltobiomassoilla biokaasun tuotto on keskimäärin 50-250 m3/tonni märkäpainossa ja biokaasun metaanipitoisuus 55 %, sianlannalla biokaasun tuotto on 25-35 m3/tonni märkäpainossa ja biokaasun metaanipitoisuus 65 %. Ruokohelven biokaasun tuottopotentiaali on 100-170 m3/tonni märkäpainossa ja 330-420 m3/tonni kuiva-ainetta. Laboratoriossa tehtyjen kokeiden mukaan ruo’on biokaasutuotto paranee sitä enemmän mitä pienemmäksi ruoko on pilkottu. Yhteismädätys muiden biokaasutusjakeiden kanssa on hyödyllisempää kuin ruo’on biokaasutus yksinään.
Laboratoriokokeissa on selvitetetty tuoreen, alkukesän ruo’on ja talven yli aumatun, loppukesällä korjatun ruo’on biokaasun tuottopotentiaalia ja sen soveltuvuutta yhteismädätykseen lietteen kanssa.
Tuore alkukesän ruoko 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 biokaasutuksessa on sen pehmeys ja sulavuus, mikä heikkenee kasvukauden loppua kohden ligniini- ja selluloosapitoisuuden kasvaessa. Lisäkokeita tarvitaan ruo’on vaikutuksen selvittämiseksi myös jatkuvatoimisessa prosessissa. Teollisessa biokaasun tuotannossa täytyy myös huomioida tuoreen ruo’on huono saatavuus. Aumassa säilötyn ruo'on saatavuus ympäri vuoden lisää sen houkuttelevuutta mädätysprosessin raaka-aineena.
Silputtua kesäruokoa voidaan säilöä aumassa myöhempää biokaasutusta varten
Järviruo’on kuten muidenkin viherbiomassojen biokaasukäytön haasteena on korjuun ajoittuminen lyhyeen aikaan kesällä, kun biokaasutukseen tarvitaan tasainen määrä massaa ympäri vuoden. Ratkaisuna on massan säilöminen hapettomissa oloissa aumoissa, jolloin hajoaminen hidastuu. Hyvin säilötty viherbiomassa voi edistää biokaasun tuottoa ja lyhentää mädätysaikaa, koska aumauksen aikana maitohappokäyminen pilkkoo biomassan helposti liukenevia aineita parantaen kasvisolujen sulavuutta. Säilöntäaineet, kuten muurahaishappo, ovat substraatteja metaanintuotannossa ja parantavat kaasuntuottoa verrattuna ilman säilöntäaineita säilöttyyn rehuun.
Järviruo'on säilymistä on testattu rehuaumassa. Kokeessa heinäkuun lopulla leikattu ruoko ruoko silputtiin pyöröpaalien silppuamiseen käytetyllä silppurilla, jolla korret jäivät 10 - 20 cm pitkiksi. Ruo’on todettiin säilyneen hyvin viiden kuukauden mittaisen aumaamisen aikana. Tästä ruo'osta otetussa rehunäytteessä sulavuutta kuvaavaksi D-arvoksi saatiin 509 g/kg.
Lisäksi on testattu hienoksi murskatun järviruo'on aumausta talven yli biokaasutuskokeita varten. Auma avattiin yhdeksän kuukauden jälkeen ja ruokomassasta otettiin näytteet ennen AIV-liuoksen levittämistä ja auman avaamisen yhteydessä. Rehunäytteenä analysoitu ruokomassa oli säilynyt aumassa erittäin hyvin ja sai arvosanan kiitettävä. Liukoisen typen osuus oli aumauksessa kasvanut kolmikertaiseksi. Rehukäyttöön ruoko todettiin huonosti sulavaksi. Sulavuutta kuvaava D-arvo oli tuoreessa murskatussa kesäruo’ossa 430 g/kg ka ja talven yli aumatussa ruo’ossa 452 g/kg ka (tavoite 680 – 700 g/kg ka). Huono sulavuus oli arvattavissa, koska kyseessä oli loppukesän korsiintunut ruoko.
Kokeilu: Järviruo’on biokaasutus Ammattiopisto Liviassa
Ruo'on biokaasutusta on testattu (2012-2013) Ammattiopisto Livian Tuorlan biokaasulaitoksessa, jossa tuotetaan biokaasua mesofiilisellä prosessilla käyttäen lietelantaa, kuivalantaa, rasvajätettä, kasvituotannon jätettä ja peltobiomassoja. Raaka-aineiden viipymäaika laitoksessa oli testauksen käynnistyessä n. 30 päivää ja sitä on myöhemmin nostettu 45 päivään. Mädätysjäännöksestä erotetut nestemäinen ja kiinteä jae käytettiin opetustilan pelloilla lannoitteena ja maanparannusaineena. Biokaasukokeilu on kuvattu tarkemmin COFREEN-hankkeen Guidebook of reed business -julkaisussa (ks. Julkaisut).
Ruokoa käytettiin 161 tonnia kesäkuusta 2012 toukokuuhun 2013, kuukausittaiset syötemäärät vaihtelivat 7-40 tonnin välillä. Samanaikaisesti käytettiin muita viherbiomassoja, kuten säilörehua ja sokerijuurikkaan naattia. Talvikuukausina, jolloin ei käytetty kuivalantaa, viherbiomassojen syötemäärät olivat suurempia. Ruoko toimi biokaasulaitoksessa ilman teknisiä ongelmia. Hyvin murskattu ruoko meni helposti läpi laitoksen apevaunusta, jonka kautta kiinteät massat syötetään. Apevaunu toimi ruo’olla vain massan syöttölaitteena ja tasalaatuisuuden varmistajana (yksittäisiä pidempiä korsia). Ruo’on hyvän esikäsittelyn ja pienen partikkelikoon (alle 50 mm) arvioitiin kompensoivan loppukesällä korjatun ruo’on oletettua, muita viherbiomassoja heikompaa sulavuutta. Myös ruo’on varastoinnin laakasiiloissa arvioitiin parantaneen sulavuutta. Apevaunu pystyy murskaamaan pitkää ruokoa riittävän pieneksi, mutta työ vie paljon aikaa ja energiaa. Tämän vuoksi viherbiomassan murskaus pitäisi tehdä jo korjuuvaiheessa riittävän pieneksi. Laitoksessa käytetyistä viherbiomassoista ainoastaan ruo’olla saavutettiin optimaalinen partikkelikoko. Ruo’on käytön vaikutuksesta Tuorlan biokaasulaitoksen kokonaistuottoon ei voida tehdä johtopäätöksiä, koska ruo’on käyttökokeilujen aikana ei biokaasun tuotantoprosessi ollut vakiintunut, eikä yksittäisen raaka-aineen vaikutusta biokaasun tuottoon ollut mahdollista erottaa muista tai niiden yhteisvaikutuksesta.
ely-updated 30.11.2023