Pienimuotoisen biokaasureaktorin valmistaminen ja sen hyödyntäminen

Abstract

Tiivistelmä

Biokaasu on hapettomissa olosuhteissa syntynyttä kaasua, jonka mikrobit ovat muodostaneet orgaanisista aineksista. Biokaasu sisältää runsaasti metaania, jonkin verran hiilidioksidia ja pieniä määriä rikkiyhdisteitä. Biokaasuprosessi voidaan käsitellä joko psykrofiilisessä (0-15 °C ), mesofiilisessä (15–45 °C) tai termofiilisessa (50–75 ° C) lämpötilassa. Näissä kaikissa on erilaiset bakteerikannat, prosessi on sitä kiivaampi, mitä lämpimämpi prosessi on. Yleisin lämpötila on mesofiilinen, koska sillä on hyvä kaasuntuotanto ja helppo hallittavuus. Kaasu on uusiutuva biopolttoaine, jota tavallisimman hyödynnetään sähkön- ja lämmöntuotannossa. Biokaasua voidaan verrata ominaisuuksiltaan maakaasuun.

Biokaasua voidaan tuottaa biokaasureaktoreilla. Reaktorit ovat useimmiten jatkuvatoimisia ja – sekoittesia. Tällöin materiaali pumpataan reaktoriin ja samalla sitä otetaan saman verran myös pois, jolloin massan määrä pysyy vakaana. Sen etuja on syötteiden lisäämisen automatisointi ja suhteellisen vakaa kaasuntuotto. Toinen reaktorityyppi on panosreaktori, joka täytetään ja tyhjennetään tasaisin väliajoin, normaalisti 4-6 viikon välein. Sen etuina on helppohoitoisuus prosessin aikana ja haittana suhteellisen hidas kaasuntuoton käynnistäminen ja se on työläs tyhjentää.

Suomessa biokaasua tuotetaan usein kaatopaikoilla, isoissa biokaasulaitoksissa ja kasvavissa määrin maatiloilla. Usein raaka-aineena ovat orgaaniset jätteet, kuten elintarvikejäte tai lanta. Kiinassa ja Intiassa sen sijaan reaktorit ovat usein pienikokoisia, muutaman kuution kokoisia säiliöitä maan alla. Ne ovat rakenteeltaan ja toiminnaltaan hyvin yksinkertaisia ja ne saavat lämpönsä lämpimistä luonnon olosuhteista. Lisäksi ne ovat hyvin edullisia. Tästä innostuneena rakensimme oman biokaasureaktorin, joka soveltuu myös Suomen olosuhteisiin.

Reaktorimme on tilavuudeltaan 200 litraa, ja se on valmistettu vanhasta lämminvesivaraajasta. Reaktorissa on ulkoinen sähkölämmitys ja se on toiminnaltaan jatkuvatoiminen. Reaktorimme toimii termofiilisesti ja se voi käsitellä vuodessa lantaa 1475 kilogrammaa ja säilörehua 511 kg. Jos reaktori täydellä teholla ympäri vuoden, lannasta voitaisiin saada metaania 17,6 m3 ja säilörehulla 35 m3 metaania. Reaktorin lämmityskustannukset ovat suuremmat kuin siitä saatavan kaasun tuotot, joten laitteen toiminta ei ole kannattavaa.

Abstract

Biogas has been formed in anaerobic conditions. Microbes make the gas from organic material. Biogas contains lots of methane, a little amount of carbon dioxide and some sulfur compounds. Biogas process can be handled either psychrophilic (0-15 ° C), mesophilic (15-45 ° C) or thermo-philic (50-75 ° C). These have different bacterial bases. The warmer the temperature, the more active the biogas process is. The most common temperature is mesophilic, because it has a good gas production and it is easy to handle. Biogas is a renewable biofuel, which is used for making electricity and heat. Biogas can be compared in its features to natural gas.

Biogas can be made in biogas reactors. Commonly reactors are working full time and these are mixed all the time. The material is pumped into the reactor and at the same time the reactor gives out the same amount, while the amount of material is stabile. The benefits are that materials feed-ing can be automated and gas producing is steady. The other reactor type is an input reactor, which is filled and emptied at regular times, normally every 4-6 weeks. It is easy to use during the process, but the gas production is quite slow and the reactor is hard to empty.

In Finland biogas is often produced in landfills, big biogas plants and a growing number in farms. Usually raw materials are organic wastes like food waste or manure. In China and India reactors are usually small scale. The volumes of the reactors are about a couple of cubic meters and these are placed underground. These have been built in a simple way and are simple to use. Nature warms these up and these are also cheap to build. Inspired by this we decided to build our own biogas digester which can work in natural Finnish conditions.

The volume of our digester is 200 liters and it has been built using an old water heater. The reactor is electrically heated and it’s working full time. The reactors temperature is termophilic and it can handle 1475 kilogram manure per year and 511 kg of silage. If our reactor works all year with a maximum amount of manure, it can produce 17, 6 m3 methane and with silage 35 m3. The reactors heating costs are more than income from the gas. It means that using a digester is not profitable in an economic sense.