Biokaasua järvikasveista : rehevöityneiden järvien niittojätteen metaanintuottopotentiaali

Abstract

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli laboratoriomittauksin selvittää neljän eri vesikasvilajin biomassan metaanintuottopotentiaalia. Kasvit ovat uistinvita, järviruoko, järvikorte ja vesirutto. Tulosten perusteella voidaan arvioida järvistä poistetun kasvibiomassan käyttömahdollisuuksia hajautettuun biokaasuntuotantoon.

Biomassan hyödynnettävyyttä biokaasuksi tutkittiin hapettomassa hajotusprosessissa kahta eri menetelmää käyttäen, ja tuloksia tarkastellaan mitaten tuotetun metaanin määrää biomassaa kohti. Toinen menetelmä perustuu paineen mittaukseen OxiTop®-menetelmällä ja toinen menetelmä kaasunäytteiden analysoitiin kaasukromatografilla. Molempien menetelmien antamien tulosten perusteella voidaan todeta, että tutkituista neljästä vesikasvista vesirutolla on paras metaanintuottopotentiaali.

Koeolosuhteilla on merkittävä vaikutus tuloksiin. Jatkotutkimushaasteet liittyvät koejärjestelyn parantamiseen. Prosessilämpötila olisi syytä saada korotettua 35 ºC:seen ja mädätysaineksen pH:n sekä ravinnepitoisuuden pitäisi olla säädeltävissä koejärjestelyn aikana.

Tutkimusaihe yhdistää sivuvirtojen hyödyntämisen bioenergian tuotannossa ja vesien- ja ilmastonsuojelun. Vesikasveja poistetaan rehevöityneistä vesistöistä ravinteiden vähentämiseksi ja umpeenkasvun estämiseksi. Nykytilanteessa niittojätteelle ei useinkaan ole järkevää käyttökohdetta. Tutkimusten mukaan järvikasvillisuuden hajotessa litoraalissa eli rantavyöhykkeellä kasveista vapautuu merkittäviä määriä voimakkaana kasvihuonekaasuna tunnettua metaania (CH4) ilmakehään. Poistamalla kasvimassoja litoraalista ennen hajotusvaihetta voitaisiin vähentää metaanin siirtymistä ilmakehään ja sen sijaan siirtää se hallitussa prosessissa energiantuotantoon. Työhön on liitetty arvio tällaisen toiminnan soveltuvuudesta käytäntöön. Voimistuneen ilmastonmuutoksen myötä ja fossiilisten polttoaineiden käydessä vähiin on maailmanlaajuisesti etsittävä uudenlaisia energiamuotoja ja energianlähteitä vastaamaan energiankulutukseen.

The aim of this thesis was to examine the suitability of aquatic vegetation’s mowing waste from eutrophic lakes as a feedstock for a biogas process. The object of this study was to assess the potential of methane production for four aquatic plants which are Potamogeton natans, Phragmites australis, Equisetum fluviatile and Elodea canadensis. The study was put into practice in anaerobic conditions using two different methods.

Methane gas (CH4) is produced by anaerobic Archaea in many natural environments. Methane is an effective greenhouse gas and warms up the climate. Small lakes and ponds in the north have been shown to be important sources of CH4 emissions. High emissions have been measured especially from the littoral zones of the lakes where the vegetation is the most abundant.

Aquatic vegetation has been often mowed for restoration of eutrophic lakes. As the biomass of the plants has been removed from the lake, it decreases the amount of nutrients in an eutrophic lake. When the dead plants are removed from the lake, they do not biodegrade in the bottom of littoral zone and do not consume the oxygen from the lake.

At the present situation a sensible way to use the biomass is seldom found. If the aquatic vegetation’s mowing waste could be used as a biogas source it would be a sensible way to utilize the waste and, moreover, it would decrease the CH4 emissions from the lake to the atmosphere. This study integrates the protection of waters, waste recovery, the control of air pollution and the production of bioenergy.

The results of this study indicate that Elodea canadensis has the highest potential of methane production of these four aquatic plants in those experimental conditions that prevailed during this study. In the future it would be possible to improve the experiment. It would be better if the temperature of the process was 35 ºC and if it was possible to regulate the pH and the nutrients during the study. Those conditions may have a great impact to the results of the methane production potentials.