Pienen kokoluokan biokaasulaitokset

Biokaasureaktorissa, samoin kuin luonnossakin, bakteerit hajottavat eloperäistä ainesta hapettomissa olosuhteissa tuottaen metaania. Metaani on puhtaasti palava, bensiiniä vastaava polttoaine. 

Biokaasureaktio on osa luonnon kiertokulkua ja sitä on myös hyödynnetty jo hyvin pitkään. 

Prosessi ei ole kovin monimutkainen, mutta biokaasureaktoreita on aikojen kuluessa kehitetty yhä tehokkaammiksi.

Nopeaa kehitystä on tapahtunut myös kaasun puhdistuksessa ja jalostuksessa.

Biokaasun tuottamisen tekniikka:

Biokaasua tuotetaan mädättämällä biohajoavaa materiaalia biokaasureaktorissa. 

Periaatteessa kaikki biomateriaalit sopivat mädätykseen. Poikkeus on runsaasti selluloosaa sisältävät materiaalit, jotka soveltuvat mädätyksen sijaan paremmin käsiteltäväksi esim. termisellä kaasutuksella, jolloin saadaan synteesikaasua, joka on myös arvokas polttoaine. Synteesikaasu sisältää pääasiassa hiilimonoksidia ja vetyä.

Jotta biokaasuprosessi olisi mahdollisimman tehokas, pidetään materiaali prosessin kannalta sopivassa lämpötilassa. Useimmiten käytetään ns. mesofiilista lämpötilaa, joka on 32-42 ºC. 

Toinen mahdollinen lämpötila-alue on termofiilinen lämpötila 50-60 ºC. 

Massaa täytyy myös joko sekoittaa tai kierrättää suotonestettä. Biokaasureaktorissa syntyvä kaasuseos sisältää noin 40-70 % metaania. Loput seoksesta koostuu hiilidioksidista, vesihöyrystä ja pienistä määristä typpeä ja rikkivetyä.

Mädätyskäsittelyn tärkeä etu on se, että bioreaktorista saatava mädätysjäännös on arvokas lannoite.

Biokaasureaktorit:

Biokaasureaktoreita on kahta päätyyppiä, märkäreaktorit ja kuivareaktorit. 

Märkäreaktorilla tarkoitetaan reaktoria, jossa mädätettävä materiaali on pumpattavassa muodossa ja se on yleensä jatkuvatoiminen, eli samalla kun reaktoriin syötetään uutta materiaalia, poistetaan siitä käsiteltyä materiaalia, eli mädätysjäännöstä. Märkäreaktoria käytetään usein esim. lietelannan käsittelyssä.

Kuivareaktorissa materiaali on kiinteässä muodossa, mutta se pidetään kuitenkin märkänä esim. kierrättämällä suotonestettä.  Kuivareaktoria käytetään tyypillisesti kiinteiden materiaalien käsittelyyn. Kuivareaktori voi olla joko jatkuvatoiminen tai panostoiminen. Panostoiminen kuivareaktori on rakenteeltaan yksinkertaisempi, mutta jos tarvitaan ilman keskeytyksiä jatkuvaa kaasun tuotantoa, tarvitaan vähintään kaksi reaktorisäiliötä. 

Biokaasun puhdistus ja jalostus:

Kaasu on ennen käyttöä puhdistettava, eli siitä poistetaan ainakin vesi ja rikkivety, jotta saadaan estettyä laitteiden ja putkistojen syöpyminen. Puhdistettua biokaasua voidaan käyttää esim. lämmityskattiloissa tai erityisesti biokaasukäyttöön tarkoitetuissa polttomoottoreissa.

Jos biokaasusta poistetaan em. epäpuhtauksien lisäksi myös hiilidioksidi sekä muut energiasisältöä alentavat epäpuhtaudet, puhutaan jalostuksesta ja silloin saadaan biometaania, joka vastaa fossiilista metaania eli maakaasua.

Alla on kaksi peraattellista kaaviokuvaa biokaasun tuottamisen sekä puhdistuksen / jalostuksen toteutuksesta.

Kuva 1:

Tyypillisen biokaasun tuotanto ja puhdistus/jalostus-järjestelmän periaatekaavio. 

Biokaasun puhdistus ja jalostusratkaisuja on monia erilaisia ja järjestelmän valinta riippuu varsinkin laitoksen kapasiteetista. Pienissä laitoksissa käytetään hiilidioksidin erottamiseen usein kalvoerotusta.

Kuva 2:

Biokaasujärjestelmä, jossa puhdistus/jalostus-yksikkö on korvattu metanointiyksiköllä. Tässä raakakaasu johdetaan metanointiyksikköön, jossa raakakaasun hiilidioksidi muutetaan metaaniksi syöttämällä prosessiin vetyä. Tästä ratkaisusta on hyviä testituloksia, mutta laitoksia ei ole vielä yleisesti käytössä. Biokaasulaitosten lisäksi metanointia voidaan käyttää myös poltto- tai prosessikaasuista erotetun hiilidioksidin muuntamiseen metaaniksi. Vaikka metanointilaitos skaalautuu hyvin myös pieneen laitoskokoon, voivat investointikustannukset olla pienessä biokaasulaitoksessa korkeammat kuin periteistä biokaasun puhdistus- ja jalostusyksikköä käytettäessä.

Metanoinnissa tarvittavaa vetyä tuotetaan elektrolyysillä vedestä sähkövirran avulla. Vedyn tuotannossa syntyy myös happea. Ratkaisun kannattavuus edellyttää edullista tuuli- tai aurinkosähköä vedyn tuotantoon. 

Biokaasun hyödyntäminen:

Biometaania voidaan hyödyntää paikallisesti CHP-lämpövoimakoneella tuottamalla sähköä ja lämpöä. Usemmiten voimakoneena on polttomoottori, mutta muita vaihtoehtoja ovat kaasuturbiini ja SOFC-polttokenno.

Silloin kun kyseessä on pieni biokaasujärjestelmä, käytetään usein konttiin asennettuja kaasun puhdistus- ja jalostusyksiköitä.

Pieniä biokaasujärjestelmiä varten on tarjolla myös konttiin asennettuja yksiköitä, jossa on yhdistetty kaasun puhdistus ja jalostus sekä sähkön ja lämmön tuottaminen polttomoottorilla. Samaan yksikköön voidaan liittää myös mahdollisuus paineistaa kaasua metaanikäyttöisten autojen ja työkoneiden polttoaineeksi.

Biokaasun edut yrittäjälle:

Viime aikoina on nähty öljyn ja maakaasun sekä maatalouden lannoitteiden voimakas hinnan nousu. Myös sähköenergian hinta tulee todennäköisesti vaihtelmaan voimakkaasti kun tuulisähkön osuus sähkön tuotatokapasiteetista lisääntyy nopeasti. Valtiovalta pyrkii myös omilla toimillaan edistämään kestävää kiertotaloutta ja energiaomavaraisuutta. Nämä seikat puhuvat hajautetun pienen mittakaavan biokaasutuotannon puolesta, koska silloin vältetään materiaalien kuljetusta tuottajien ja keskitettyjen laitosten välillä. 

Silloin kun käytettävissä on mädättämiseen sopivia biotuotannon sivuvirtoja ja biokaasulle on riittävästi käyttöä esim. yrittäjän omassa sähkön ja lämmön tuotannossa, tuottaja saa kohtuullisen ja hyvin ennustettavan energiakustannuksen. Myös mädätysjäännöksen arvo lannoitteena on selvästi parempi kuin materiaalilla ilman mädätystä.

Meidän palvelumme:

Biokaasulaitos on huomattava investointi ja kannattauus täytyy aina selvittää tapauskohtaisesti. Me voimme tehdä biokaasun tuottamista pohtivalle yrittäjälle hänen antamiensa lähtötietojen pohjalta alustavan selvityksen projektin lähtökohdaksi. Selvityksen pohjalta voidaan edelleen tehdä tarjouspyynnöt sopiville laitostoimittajille.

Jos olet kiinnostunut palveluistamme ota meihin mieluimmin yhteyttä jättämällä yhteydenottopyyntö tekstiviestillä puhelinnumeroon +358 (0)44 5993107 (myös WhatsApp käy), anna viestissä mielellään myös sähköpostiosoite. Viestin saatuamme otamme mahdollisimman pian yhteyttä.