Maissin yhdistetty bioetanoli- ja biokaasutuotanto

Abstract

TIIVISTELMÄ

EU:n tavoitteena on päästä uusiutuvista energianlähteistä tehtyjen liikenteenbiopolttoaineiden käytössä 10 %:n tasolle vuoteen 2020 mennessä. Suomi on kuitenkin asettanut kansalliseksi tavoitteeksi 20 %:n tason vuo-teen 2020 mennessä. Tällä hetkellä merkittävimmät liikennebiopolttoaineet ovat bioetanoli ja biodiesel, ja potentiaalisena liikennebiopolttoaineena voidaan pitää biokaasusta jalostettua biometaania.

Tämän työn keskeisinä tavoitteina oli selvittää rehumaissin, sisältäen koko maissin kasvibiomassan, soveltuvuutta yhdistettyyn bioetanoli- ja biokaasutuskäsittelyyn sekä verrata säilömismenetelmien vaikutusta raaka-aineeseen ja tuottoihin. Lisäksi tarkasteltiin bioetanolintuottovaiheen vaikutusta sen jälkeisen biokaasutuksen metaanintuottoihin. Opinnäytetyön kokeellinen osio suoritettiin HAMK:n tiloissa Hämeenlinnassa ja Helsingin yliopiston tiloissa Viikissä keväällä ja kesällä 2011.

Työn kirjallisuusosiossa käsitellään maissin säilöntää ja lignoselluloosapitoisen materiaalin hajoamista liittyen bioetanoli- ja biokaasutuotantoon. Työn kokeellisessa osiossa eri tavoin säilötyistä maisseista tuotettiin bioetanolia ja metaania laboratoriotason koelaitteistolla. Etanolin (EtOH) määrä laskettiin sekä fermentointipullojen punnitustuloksista, että kulutettujen sokereiden määrityksellä. Tuotetun metaanin määrä rekisteröityi koesysteemistä automaattisesti.

Tuoreen- ja muurahaishapolla säilötyn (8 kk) maissin EtOH-tuotot olivat hyvin vastaavia, kun taas luonnollisesti säilötyn (8 kk) maissin EtOH-tuotto jäi vain puoleen em. tuotoista. Tämä selittyy luonnollisen säilönnän aikana tapahtuvasta sokerien happokäymisestä, mikä johtaa pienempään sokereiden määrään fermentoinnissa. Tällä ei kuitenkaan ollut vaikutusta metaanintuottoon. Sen sijaan EtOH-fermentointi paransi metaanintuottoa, sillä metaanintuotto oli suurempi fermentoidun orgaanisen aineen osalta kuin EtOH-vaiheen syötteillä. Suurin kokonaisenergiantuotto yhdistetyssä bioetanoli- ja biokaasutuotossa saavutettiin muurahaishapolla säilötyllä maissilla.

The EU's objective is to get energy from renewable sources for traffic up to 10 % by the year 2020. Finland has the national goal of 20 % by the year 2020. Currently, the most significant traffic biofuels are bioethanol and biodiesel. The one that can be considered also as a potential biofuel is biogas.

The main objective of this work was to study the suitability of forage maize (silage), including the entire corn plant biomass, for the combined bioethanol and biogas production and to compare what are the effects of preservation on raw material and production. Also the effects of bioethanol fermentation process on biogas production were studied. Experimental part of this thesis was carried out at the HAMK's premises in Hämeenlinna and Helsinki University`s premises in Viikki during spring and summer 2011.

The literature deals with preservation and degradation of maize and other materials that contain lignocelluloses. In the experimental part, maizes that were preserved in different ways, were tested for bioethanol and methane production with laboratory test equipments. Ethanol (EtOH) yield was calculated by weighing the fermentation bottles and by the determination of the reduced sugars during fermentation. The amount of produced methane was registered automatically.

The maize that was fresh and the one that was preserved with formic acid (8 months) had the EtOH yield very similar to each other, while the naturally preserved (8 months) maize had the EtOH yield only half of those. This can be explained by the natural preservation, which results in a lower amount of sugars in the maize. However, this had no effect on methane production. Instead, EtOH-fermentation improved the methane yield, as methane production of the organic matter after fermentation was higher than that of the feed for EtOH production. The highest total energy yield in the combined bioethanol and biogas production was achieved with the corn preserved with formic acid.