BIOJALOSTAMO JA TUOTANTOPROSESSI

Biojalostamo valmistaa biojakeista biokaasua ja luomulannoitteita. Pääasiallisena raaka-aineena käytetään lietelantaa ja lisäksi muita luonnonmukaisia biojakeita. Lopputuotteena laitoksesta syntyy pääosin metaanista koostuvaa biokaasua, jota voidaan puhdistaa laitoksella liikennepolttoaineeksi tai käyttää sellaisenaan lämmöntuotantoon. Hajuhaitat minimoidaan hajukaasujen käsittelyllä.

Miten biokaasua tuotetaan?

Biokaasun tuotanto jakautuu karkeasti viiteen vaiheeseen, jotka ovat:
1. syötteiden vastaanotto, käsittely, hygienisointi ja siirto reaktoriin
2. varsinainen mädätys reaktoreissa
3. reaktorituotteiden käsittely
3.1 raakakaasun siirto välivarastoon
3.2 mädätteen nesteen erotteleminen
4. kaasun polttaminen
5. kaasun jalostaminen

1. syötteiden vastaanotto, käsittely, hygienisointi ja siirto reaktoriin

Syötteet vastaanotetaan ja tyhjennetään autosta siiloihin. Eri massoja sisältävistä siiloista niitä sekoitellaan sopivassa suhteessa mikserisiiloon niin, että lopullinen massa soveltuu hyvin reaktoriin. Massaa lämmitetään ennen reaktoriin ajoa, jotta se olisi hygieenistä myöhemmin luomulannoitteena käytettäväksi.

Massan märkyyteen tai kuivuuteen vaikuttaa se, onko mädätysprosessi kuiva- vai märkämädätys. Massassa pitää olla joka tapauksessa riittävästi nestettä, jotta mikrobitoiminta on optimaalista. Nesteenä käytetään esimerkiksi lietettä.

2. varsinainen mädätys reaktoreissa

Sopiva massa tuodaan reaktorin toiseen päähän. Tila on hapeton. Reaktorin sisällä ropelit siirtävät massaa hitaasti päästä toiseen. Toisesta (syöttö)päästä otetaan jatkuvasti uutta massaa sisälle, toisesta (poisto)päästä vanhaa mädäntynyttä massaa ulos.

Mädätyksessä mikrobit Mädäntyessä massasta irtoaa metaania, hiilidioksidia, vettä ja pieniä määriä muita kaasuja (esimerkiksi happea) sekä kiintoaine (mädäte).

Anaerobisen biohajoamisen pääreaktiot ovat hydrolyysi, happokäyminen, asetogeneesi ja metanogeneesi. Hydrolysaatiossa syntyy monomeeriyhdisteitä, vetyä ja vettä.Happokäymisessä muodostuu rasvahappoja, alkoholeja, ketoneja, hiilidioksidia ja vettä. Asetogeneesivaiheessa mikrobit hajottavat reaktiotuotteita asetaatiksi. Viimeisessä vaiheessa metanogeenit hajottavat kolmannen vaiheen tuotteet lopputuotteiksi, metaaniksi ja hiilidioksidiksi.

Kaasut kerätään reaktorista sen yläosasta putkea pitkin kaasun välivarastoon, kaasupalloon. Tässä vaiheessa kaasu on ns. raakakaasua, eli sisältää metaania reilu puolet ja loput muita mädätyksestä valmistuneita yhdisteitä.

Mädäntynyt kiintoaine ja neste ajetaan erottelutilaan, jossa neste ja kiintoaine saadaan toisistaan irralleen.

Lähde: Hanna Prokkola, Toivo Kuokkanen ja Ulla Lassi: Anaerobinen biohajoaminen, Oulun yliopisto, Tammikuu 2012

3. reaktorituotteiden käsittely

Kaasua välivarastoidaan Mikkelissä kaasukuvussa (kaasupallo). Pallossa on pieni oma paine, joka pitää sen pyöreänä silloinkin, vaikka se ei olisi täynnä kaasua.

Kaasukuvun biokaasu on reilu puolet metaania ja loput muita yhdisteitä, pääasiassa hiilidioksidia. Kun puhutaan biokaasusta, se tarkoittaa oikeasti raakabiokaasua, mutta kansankielessä biokaasu usein sekoittuu myös tankattavaan biometaaniin, jossa metaanipitoisuus on yli 96 %. Kaasu kulkeutuu palloon ilman ulkoista voimaa.

Mädäte siirretään erilliseen rakennukseen, jossa siitä erotellaan ruuvilla neste ja kuiva-aine. Mädätetty kuiva-aine poikkeaa mädättämättömästä niin, että se ei haise läheskään yhtä voimakkaasti. Se soveltuu siis erinomaisesti ravinnepitoiseksi lannokkeeksi, jossa ei ole edes hajuhaittaa.

Ensisijaisesti kaasua pyritään jalostamaan biometaaniksi, mutta tilanteissa, joissa syntyy kaasun ylituotantoa tai jalostusyksikkö ei toimi odotetusti, kaasua poltetaan ja hyödynnetään kaksisuuntaisessa kaukolämpöverkossa.

4. kaasun polttaminen

Kaksisuuntainen kaukolämpö toimii siten, että kaukolämmöllä lämmitetään biojalostamoa, mutta samalla biojalostamo lämmittää kaukolämpöverkkoa polttamalla biokaasua kattilassa. Kattilan sisällä on siis kierukka, jossa kaukolämpövesi lämpiää.

On huomattava, että polttaessa metaani muuttuu reaktiossa hiilidioksidiksi seuraavalla reaktioyhtälöllä:

CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O

Suomeksi siis määrä x metaania mooleissa (yksi mooli ainetta sisältää 6,022 140 76·1023 perusosasta) tuottaa saman määrän x hiilidioksidia mooleissa. Metaanin hiilidioksidiekvivalenttiluku on yli 20-kertainen verrattuna hiiliidioksidin vastaavaan, eli toisin sanoen metaani on yli 20 kertaa kuormittavampi kasvihuonekaasu.

Metaanin polttaminen on siis parempi ratkaisu kuin metaanin päästäminen ilmakehään sellaisenaan. Tähän perustuukin ajatus siitä, että biokaasun elinkaaripäästöt ovat niin pieniä. Tuotantovaiheessa päästöt ovat negatiivisia sitoessamme metaania ja muuttaessamme sen hiilidioksidiksi.

5. kaasun jalostaminen

Kaasua jalostetaan poistamalla siitä ylimääräiset muut kaasut, eli pääosin hiilidioksidi. Kaasukuvusta tullessa biokaasu sisältää vielä n. 55 % metaania ja 45 % hiilidioksidia ja muita yhdisteitä.

Kaasunjalostusyksikkö poistaa biokaasusta muut aineet, erityisesti rikin ja sen yhdisteet sekä hiilidioksidin. Tämän jälkeen kaasu onkin nk. biometaania, jonka metaanipitoisuus on yli 96 %.

Kaasunjalostusyksikössä kaasu myös hajustetaan, koska maakaasuasetuksen mukaan kaiken biometaanin tulee olla hajustettua turvallisuussyistä (tähän olemassa muutamia poikkeuksia). Hajustamalla kaasu esimerkiksi vuodot on helpompi havaita.

Biometaani on valmista tankattavaksi. Biometaani paineistetaan ja pullotetaan joko tankkausaseman pullovarastoon tai siirtokonttiin, josta se jatkaa matkaansa muille asemille.