Biokaasu prosessitekninen näkökulma Juha Luostarinen, Metener Oy
Orgaanisen aineen hajoaminen Poltto, palaminen, terminen kemiallinen hajoaminen -> Energiasisältö lämmöksi, korkea lämpötila, typpiravinteet poistuu, sopii hyvin kuivalle massalle Kompostoituminen, aerobinen biologinen hajoaminen -> Energiasisältö pääosin lämmöksi, lämpötila mikrobien toiminnan rajoissa, ravinteet säilyy, energia huonosti hyödynnettävissä Biokaasutus, anaerobinen biologinen hajoaminen -> Energiasisältö pääosin metaaniksi, lämpötila mikrobien toiminnan rajoissa (lämpöä lisättävä), ravinteet säilyy, energia helposti käyttökelpoisessa muodossa
biokaasu syntyy luonnossa hapettomissa rantaliejuissa ja soilla halpa osa kaasusta karkaa nopea hallittu käyttökelpoinen lopputuote
Biokaasun tuotanto biokaasu syntyy pieneliöiden hajottaessa eloperäistä ainesta hapettomissa oloissa -> ilmatiiviys pieneliöiden tarkoitus ei ole biokaasun tuotto vaan lisääntyminen ja elossa pysyminen -> edellytyksien luominen ruokkimisella ja sekoituksella (ravinto, ravinteet, lämpötila, haitalliset aineet)
Energian käyttö biokaasu uusiutuva, CO2 neutraali polttoaine lyhytaikanen varastointi teknisesti helppoa, suuret varastot ei käytännöllisiä, tasainen tuotto vuoden ympäri soveltuvuus polttoaineeksi ottomoottoriin ja polttimeen hyvä korkea oktaaniluku moottorikäytössä
Porttimaksut porttimaksut jätteestä tärkeä osa kannattavuutta (myös tulevaisuudessa) taso 5 100 euroa / t eri jätteillä erilaiset investoinnit vastaanottoa varten investointi ei välttämättä tekemisissä porttimaksun suuruuden kanssa
Ravinteiden kierto typpi liukoistuu valkuaisaineista ammoniumtypeksi käyttökelpoinen muoto kasveille toisaalta riskit haihtumiseen kasvaa varastointi, levitystapa, levitysolosuhteet mikäli separoidaan, typpi nesteessä, fosfori kiinteässä
Kasviperäisen massan ominaisuudet tässä esimerkissä massa energiakäyttöön viljeltyä ruokohelpeä Typpi 4,9 kg / t (naudan lietelanta 3,0 kg / t) josta liukoista 76 % (naudan lietelanta 60 %) Fosfori 0,6 kg / t (naudan lietelanta 0,5 kg / t) Kalium 4,8 kg /t (naudan lietelanta 3,3 kg / t) Lisäksi orgaanista ainesta maanparannukseen
Roskakalamassa Kalamassan potentiaali: Typpeä 26,3 kg / t (Benthem 2003) Fosforia 7 kg / t (Paavilainen 2006) Energiaa 1010 kwh / t (Benthem 2003) Kalastaja voi pyytää roskakalaa 12 000 kg / d (HS 8.6.2010) Päivän kalastuksella 316 kg typpeä ja 84 kg fosforia pois vesistöä rehevöittämästä viljelykäyttöön Lisäksi energiaa lähes omakotitalon vuoden lämmöntarpeen verran
Hygienisoituminen käsitellyn materiaalin ominaisuudet paranee kasvi- ja eläintaudinaiheuttajat, rikkakasvien siemenet, loiset perustuu lietteen hapettomuuteen ja vapaaseen ammoniakkiin sekä lämpötilaan useammat vaiheet ja pidemmät viipymä parantavat tulosta oikovirtaus ja jatkuva syöttöheikentää tulosta
Ympäristöhyödyt orgaaniset hajuyhdisteet hajoavat lietteestä, suljettu prosessi suljetut ravinnekierrot huolellisesti toimiessa valumat vähenee jätteenkäsittelyn kasvihuonekaasupäästöt vähenee uusiutuvan energian tuotto
Biokaasun käyttökohteet Kiinteistöjen ja käyttöveden lämmitys Viljan kuivaus Sähköntuotanto Keittiökaasu Puhdistettuna ajoneuvojen polttoaine
Lämpimän veden tuotto, viljan kuivaus
Sähköntuotanto Mäntäkone (otto, dual-fuel) mikroturbiini (polttokenno, stirling...)
Keittiökaasu
Valaistus
Ajoneuvojen polttoaine Hiilidioksidin poisto (energiatiheys) Rikkiyhdisteiden poisto (moottorin ja öljyn käyttöikä) Kosteuden poisto (tankkaus- ja käyttövarmuus) Paineistus 200 bar:iin energia:tilavuus -suhteen parantamiseksi
absorptio ja adsorptio vesi- tai kemikaalipesu PSA (aktiivihiili) kylmätekniikat (LNG) membraanit CSS tekniikat hiilidioksidin talteenottoon
The linked image cannot be displayed. The file may have been moved, renamed, or deleted. Verify that the link points to the correct file and location.
Erityyppisiä biokaasureaktoreita Täyssekoitteinen (CSTR) Panos (batch) Lietepatjareaktori (UASB) Suodin (MF) Yhdistelmät (panos+ MF tai UASB)
Täyssekoitteinen reaktori Laaja raaka-ainepohja Mekaanisesti varmatoiminen Tasainen kaasuntuotto Yleisin reaktorityyppi Kohtalainen kuormitettavuus Hydraulinen viipymä = biomassan viipymä Oikovirtaus mahdollinen
Sekoitusallas nestemäisten syötemateriaalien varasto, mahdollistaa automaattisen syötön Kiinteän aineen syöttö mahdollista suoraan reaktoriin Vältytään pumppausongelmilta ja käymisen hajuilta
Jälkikaasualtaassa käsitellyn materiaalin aktiivisuus laskee Vähentää kasvihuonekaasupäästöjä Lisää energiantuottoa Vähentää hajuja Vähentää hygieniariskiä
Maanalainen sijoitus tasaa eri vuodenaikojen energiankulutusta Maa voi olla itsessään lisäeriste Maan vastapaine vähentää lujuusvaatimuksia Suurienkin tilavuuksien sijoittaminen maisemaan sopivasti
Säiliöt Betoni Teräs Emaloitu teräs
Lietepumput Keskipakopumput repivällä tai leikkaavalla terällä, uppo- tai kuiva-asenteisina lohkoroottori- tai ruuvipumput -> tunnettu tuotto (syrjäytys), huollon tarve, erilliset repijät tarpeeksi järeän pumpun valinta
Syöttölaitteet Apevaunut Murskaimet Siirtoruuvit (myös lietevirtaan syöttävät) kuljettimet, syöttöpöydät
Sekoittimet Lapasekoittimet Ruuvisekoittimet Upposekoittimet Kaasusekoitus
Instrumentit Lietevirtauksen mittaus Pinnan mittaus Lämpötilan mittaus Kaasun paineen mittaus Metaanipitoisuuden mittaus Kaasun virtauksen mittaus
Kuormitus Liika syöttö aiheuttaa happojen kertymistä rajoittava tekijä väkevillä syötteillä viipymä kasvireaktorissa luokkaa 80 100 päivää
Viipymä Viipymä ei saa alittaa mikrobien uusiutumistahtia (metaanintuottajat) mikrobien viipymä ei välttämättä ole sama kuin hydraulinen viipymä laihoilla syötteillä rajoittava tekijä tekniset ratkaisut biomassan viipymän lisäämiseen vaikka hydraulinen viipymä pysyy samana
Antibiootit Liialliset määrät pysäyttävät hajotusprosessin nopeasti eri antibiootit vaikuttavat eri ryhmiin antibiootit hajoavat kuitenkin pikkuhiljaa
Vaahtoaminen Vaahtoaminen voi aiheutua syötteen muutoksista Vaahdon ominaisuudet vaihtelevat syötteestä riippuen (fairy kermavaahto) ph:n nopea muutos voi laukaista vaahdon syntymisen
Yhteystiedot: juha.luostarinen@metener.fi 050-5913861