Mikrolevästä biokaasua : Mikrolevän kasvattaminen biokaasulaitoksen rejektivedessä
Rutila, Heidi (2020)
Rutila, Heidi
2020
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202004245777
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202004245777
Tiivistelmä
Ilmaston muutos luo paineita biopolttoaineiden käytön lisäämiseen. Mikrolevän käyttö biopolttoaineiden raaka-aineena on ollut kiinnostuksen kohteena sekä teollisuudessa että tiedemaailmassa. Mikrolevän tekee houkuttelevaksi sen suuri kasvunopeus ja se, että sitä voidaan kasvattaa joutomailla. Biokaasulaitoksessa syntyy ravinnerikasta rejektivettä, jonka hyötykäyttöä on paljon mietitty. Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin, onko mahdollista kasvattaa kestävästi mikrolevää biokaasulaitoksen rejektivedessä ja tuottaa mikrolevästä edelleen biokaasua.
Case-esimerkkinä tarkasteltiin Mustankorkean biokaasulaitosta Jyväskylässä. Tutkimuksessa vertailtiin elinkaariarvioinnin (LCA) avulla levän kasvatusta avoimessa kasvatusjärjestelmässä ja fotobioreaktorissa. Tarkastelukohteeksi valittiin nettoenergiasuhde ja kasvihuonekaasupäästöt. Lisäksi laskettiin Mustankorkealle soveltuva levän kasvatuspinta-ala suhteutettuna rejektiveden sisältämään typpimäärään.
Elinkaariarvioinnin tuloksena saatiin avoimelle kasvatusjärjestelmälle nettoenergiasuhteeksi 1,20 ja fotobioreaktorille 0,38. Nettoenergiasuhde kertoo, kuinka paljon pystytään tuottamaan energiaa suhteessa käytettyyn fossiiliseen energiaan. Jos nettoenergiasuhde NER<1, kuluu fossiilista energiaa enemmän kuin mitä bioenergiaa syntyy. Kasvihuonekaasupäästöjen suhteen kumpikin leväkasvattamotyyppi näyttäisi toimivan lyhytaikaisena hiilinieluna. Levän kasvatuspinta-alaksi saatiin n. 2 ha.
Tämä tutkimus osoittaa, että fotobioreaktori ei sovellu nykyisellään mikrolevän massakasvatukseen. Avoimessa kasvatusjärjestelmässä tuotetun mikrolevän käyttö biometaanin raaka-aineena sen sijaan näyttäisi olevan kestävää. Climate change is creating pressure to increase the use of biofuels. The use of microalgae as a raw material for biofuels has been of interest to both industry and academic world. The micro-algae is attractive because of its high growth rate and the fact that it can be grown in the poor-quality land. The biogas plant generates nutrient-rich liquid digestate, which use has been considered a lot. This study looked at the feasibility of growing microalgae in the liquid digestate of a biogas plant sustainably and further producing biogas from the microalgae.
A case study was the Mustankorkea biogas plant in Jyväskylä. The study compared algae cultivation in an open cultivation system and a photobioreactor by means of life cycle assessment (LCA). The focus of the study was on the net energy ratio and greenhouse gas emissions. In addition, a suitable algal cultivation area for Mustankorea was calculated by mean of nitrogen content of the liquid digestate.
The life cycle assessment resulted in a net energy ratio of 1.20 for an open cultivation system and 0.38 for a photobioreactor. The net energy ratio indicates how much energy can be produced in relation to the fossil energy used. If the net energy ratio is NER <1, more fossil energy is consumed than what bioenergy generates. In terms of greenhouse gas emissions, both algae types appear to act as short-term carbon sinks. The algae was cultivated with an area of about 2 ha.
This study shows that the photobioreactor is at the moment unsuitable for mass cultivation of microalgae. It seemed that use of the microalgae produced in the open cultivation system as biogas raw material is sustainable.
Case-esimerkkinä tarkasteltiin Mustankorkean biokaasulaitosta Jyväskylässä. Tutkimuksessa vertailtiin elinkaariarvioinnin (LCA) avulla levän kasvatusta avoimessa kasvatusjärjestelmässä ja fotobioreaktorissa. Tarkastelukohteeksi valittiin nettoenergiasuhde ja kasvihuonekaasupäästöt. Lisäksi laskettiin Mustankorkealle soveltuva levän kasvatuspinta-ala suhteutettuna rejektiveden sisältämään typpimäärään.
Elinkaariarvioinnin tuloksena saatiin avoimelle kasvatusjärjestelmälle nettoenergiasuhteeksi 1,20 ja fotobioreaktorille 0,38. Nettoenergiasuhde kertoo, kuinka paljon pystytään tuottamaan energiaa suhteessa käytettyyn fossiiliseen energiaan. Jos nettoenergiasuhde NER<1, kuluu fossiilista energiaa enemmän kuin mitä bioenergiaa syntyy. Kasvihuonekaasupäästöjen suhteen kumpikin leväkasvattamotyyppi näyttäisi toimivan lyhytaikaisena hiilinieluna. Levän kasvatuspinta-alaksi saatiin n. 2 ha.
Tämä tutkimus osoittaa, että fotobioreaktori ei sovellu nykyisellään mikrolevän massakasvatukseen. Avoimessa kasvatusjärjestelmässä tuotetun mikrolevän käyttö biometaanin raaka-aineena sen sijaan näyttäisi olevan kestävää.
A case study was the Mustankorkea biogas plant in Jyväskylä. The study compared algae cultivation in an open cultivation system and a photobioreactor by means of life cycle assessment (LCA). The focus of the study was on the net energy ratio and greenhouse gas emissions. In addition, a suitable algal cultivation area for Mustankorea was calculated by mean of nitrogen content of the liquid digestate.
The life cycle assessment resulted in a net energy ratio of 1.20 for an open cultivation system and 0.38 for a photobioreactor. The net energy ratio indicates how much energy can be produced in relation to the fossil energy used. If the net energy ratio is NER <1, more fossil energy is consumed than what bioenergy generates. In terms of greenhouse gas emissions, both algae types appear to act as short-term carbon sinks. The algae was cultivated with an area of about 2 ha.
This study shows that the photobioreactor is at the moment unsuitable for mass cultivation of microalgae. It seemed that use of the microalgae produced in the open cultivation system as biogas raw material is sustainable.