Leväkasvatusreaktorin installointi ja testaus

Abstract

Kaikesta maailmassa käytetystä energiasta raakaöljyn osuus on nykyisin 40 prosenttia. Nyky-yhteiskuntamme on hyvin öljyriippuvainen, vaikka maaöljyn loppumisesta sekä sen käytön haitallisista ympäristövaikutuksista on tiedetty jo vuosikymmenten ajan. Monet valtiot ovat vihdoin heränneet energiapoliittisiin kysymyksiin. EU, sekä myös Suomi, ovat asettaneet tavoitteeksi nostaa uusiutuvan energian osuutta energian kokonaiskulutuksestaan. Tavoitteeseen pääsemiseksi on tuulivoiman, vesivoiman, puuperäisten biopolttoaineiden lisäksi etsittävä ja tutkittava myös muita uusiutuvan energiamuodon lähteitä.

Tämä opinnäytetyö on kehittämisprojekti osana Tekesin rahoittamaa Aldiga-hanketta. Vuonna 2010 aloittanut hanke tutkii levien hyödyntämistä biodieseltuotannossa. Sen tarkoituksena on kartoittaa ja tutkia tuotantoon soveltuvia levälajeja, etsiä viljelyyn soveltuvia jätevirtoja sekä tutkia ja testata leväenergian soveltuvuutta Suomen olosuhteissa. Vaikka Suomessa leväenergia on kohtuullisen uusi käsite, globaalisti sitä on tutkittu jo useiden vuosien ajan.

Opinnäytetyössä raportoidaan Aldigan leväkasvatusreaktorin kahdesta ensimmäisestä reaktorikasvatuksesta. Ensimmäinen kasvatustestaus tehtiin ilman hiilidioksidin syöttöä ja toinen syötön kanssa. Tarkoituksena oli testata itse reaktorin lisäksi hiilidioksidin vaikutusta levän kasvuun. Kokeet kestivät noin pari viikkoa, minkä aikana reaktorin leväbiomassan kehittymistä seurattiin kuivapainon ja turbiditeetin mittaamisen avulla. Reaktorin lämpötilaa ja pH:ta mitattiin useamman kerran päivässä. Kasvatustestausten pohjustamiseksi opinnäytetyössä tarkastellaan mikrolevien kasvatusta ja keräystä sekä niihin liittyviä näkökulmia, tarpeita ja ongelmia.

Kasvatustestaukset osoittivat, että reaktorissa saavutettiin 0,36 g/l leväpitoisuuksia (kuivapaino) epäorgaanisella kasvatusliuoksella. Hiilidioksidin syöttö paransi kasvua hieman, mutta liian voimakkaana tappoi leviä. Leväbiomassan keräys oli myös haastavaa, mutta bioflokkulantti kitosaani osoittautui potentiaaliseksi aineeksi erottamaan neste ja biomassan toisistaan. Leväpohjaisista biopolttoaineista voi tulla tulevaisuudessa iso bisnes, mutta siihen pääsemiseksi tarvitaan vielä lisää uutta tekniikkaa ja tutkimusta.

Our society is dependent on oil, because about 40 % of all of the world's energy comes from it. Unfortunately, this oil dependence is doomed to fail and alternative fuels are needed, because fossil fuels are running out. In addition, fossil fuels can cause serious environmental problems, such as climate change.

The target of the EU and Finland is to increase their renewable energy consumption considerably by 2020. To achieve these targets, it is important to study other sources of alternative renewable energy, besides wind power, water power and wood-based biofuels. One such source is microalgae.

The Aldiga project started in 2010. Aldiga is doing research on biofuel production based on microalgae grown in wastewater. The purpose of the research is to 1) find suitable microalgae for biofuel production, 2) find useful wastewater media for microalgae, and 3) study and test microalgae production in local conditions.

The purpose of this Bachelor´s thesis was to make and report Aldiga´s first two growing tests in a photobioreactor. In addition, the thesis deals with the theory of microalgae, pond and photobioreactor culturing and harvesting.

Growing tests lasted about two weeks. The first test was done without the feed of carbondioxide and the second with it, because the aim was to find out how feedstock affects the growth of the algae. Temperature, pH, dry weight and turbidity were also measured from the reactor.

The conclusion of the tests was that algae concentration can reach at least 0.36 g/l contents in the Combo medium. Carbon dioxide seems to speed up the growth of algae, but it could also be harmful in high concentrations. Harvesting was also a challenge, but bioflocculation chitosan seems to be a potential solution to separate the liquid and biomass from each other. Algae-based biofuel could be a big business, but before that, more research and progress are needed in the near future.