Biokaasun tuotannon ja jalostuksen energiavirrat sekä niiden hyödyntäminen
Ruohomäki, Mikko (2024)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2024052013481
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2024052013481
Tiivistelmä
Tämän työn tarkoituksena oli tutkia biokaasuprosessia kokonaisuutena ja tutkia biokaasun jalostuksen lämpöenergian sivuvirtojen hyödyntämistä lämpöpumpputeknologian avulla. Työssä tarkasteltiin biokaasulaitoksen energiavirtoja ja rajattiin tarkempi tarkastelu biokaasun jalostukseen. Tarkastelu pohjautui kuvitteelliseen reaktoriin, joka mitoitettiin määrätyillä lähtöarvoilla. Mitoitetun reaktorin arvoja käytettiin tarkastelun apuna.
Biokaasun tuotantoprosessi on biologinen prosessi, joka etenee tasapainossa. Prosessi voidaan jakaa neljään osaan, joista jokainen vaihe toimii seuraavan vaiheen mikrobien ravintona tuottaen biokaasua, joka sisältää pääasiassa metaania ja hiilidioksidia. Reaktio on herkkä ympäristön muutoksille, joten biokaasureaktion varmistamiseksi tulee kiinnittää erityistä huomiota syötteen laatuun, reaktiolämpötilaan ja muihin reaktioon vaikuttaviin tekijöihin. Biokaasun jalostuksessa pyritään poistamaan inertit kaasut biokaasusta täten parantaen kaasun energiatiheyttä. Jalostus-järjestelmiä on kehitetty useita, mutta tässä työssä otettiin tarkempaan tarkasteluun membraani-tekniikalla toimiva biokaasun jalostus. Biokaasulaitoksen merkittävimmät hyödynnettävät energiavirrat ovat mädätysjätteen lämpöenergia, mädätysjätteen kemiallinen potentiaali, laitoksen kattilahäviöt ja jalostuksen lämpöhäviöt. Työn tavoitteena oli tutkia, onko biokaasun jalostuksen lämpöenergia hyödynnettävissä lämpöpumpputeknologian avulla.
Työn tuloksena todettiin biokaasun jalostuksen lämpöenergiavirran olevan merkittävä biokaasulai-toksen energiataseen kannalta ja lämpöpumpun avulla pystyttiin teoriassa kattamaan jopa 40 % biokaasureaktorin lämmityksen tarpeesta. Lämpöpumpputeknologian soveltamisen haasteina ovat kuitenkin vuodenaikojen aiheuttamat muutokset systeemin energian tarpeeseen ja siitä aiheutuvat ylimääräiset kustannukset. Biokaasun jalostuksen lämpövirtojen hyödyntäminen prosessissa vaatiikin vielä tarkempaa tarkastelua ja kustannusanalyysiä todellisissa kohteissa.
Biokaasun tuotantoprosessi on biologinen prosessi, joka etenee tasapainossa. Prosessi voidaan jakaa neljään osaan, joista jokainen vaihe toimii seuraavan vaiheen mikrobien ravintona tuottaen biokaasua, joka sisältää pääasiassa metaania ja hiilidioksidia. Reaktio on herkkä ympäristön muutoksille, joten biokaasureaktion varmistamiseksi tulee kiinnittää erityistä huomiota syötteen laatuun, reaktiolämpötilaan ja muihin reaktioon vaikuttaviin tekijöihin. Biokaasun jalostuksessa pyritään poistamaan inertit kaasut biokaasusta täten parantaen kaasun energiatiheyttä. Jalostus-järjestelmiä on kehitetty useita, mutta tässä työssä otettiin tarkempaan tarkasteluun membraani-tekniikalla toimiva biokaasun jalostus. Biokaasulaitoksen merkittävimmät hyödynnettävät energiavirrat ovat mädätysjätteen lämpöenergia, mädätysjätteen kemiallinen potentiaali, laitoksen kattilahäviöt ja jalostuksen lämpöhäviöt. Työn tavoitteena oli tutkia, onko biokaasun jalostuksen lämpöenergia hyödynnettävissä lämpöpumpputeknologian avulla.
Työn tuloksena todettiin biokaasun jalostuksen lämpöenergiavirran olevan merkittävä biokaasulai-toksen energiataseen kannalta ja lämpöpumpun avulla pystyttiin teoriassa kattamaan jopa 40 % biokaasureaktorin lämmityksen tarpeesta. Lämpöpumpputeknologian soveltamisen haasteina ovat kuitenkin vuodenaikojen aiheuttamat muutokset systeemin energian tarpeeseen ja siitä aiheutuvat ylimääräiset kustannukset. Biokaasun jalostuksen lämpövirtojen hyödyntäminen prosessissa vaatiikin vielä tarkempaa tarkastelua ja kustannusanalyysiä todellisissa kohteissa.