Straw based feedstock in biogasification plant

摘要

Tässä työssä tarkastellaan oljen hyödyntämistä biokaasulaitoksen raaka-aineena. Suomessa kasvaa vuosittain laskelmien mukaan, noin miljoona tonnia taloudellisesti hyödynnettävissä olevaa olkibiomassaa. Olkibiomassa koostuu pääosin lignoselluloosasta, joka on rakenteellisesti kestävää ja vaatii esikäsittelyä jotta se on teknis-taloudellisesti hyödynnettävissä. Anaerobisessa hajoamisessa esikäsitellystä olkibiomassasta voidaan tuottaa biokaasua, jota puhdistamisen jälkeen voidaan käyttää yhdistettyyn lämmön- ja sähköntuotantoon kaasuturbiinien avulla, paineistaa ja syöttää maakaasuverkkoon tai käyttää liikennepolttoaineena.Viljan tuotannon sivutuotteena syntyvä olkibiomassa on haasteellinen raaka-aine, johtuen sen biokemiallisesta kestävyydestä sekä alhaisesta tiheydestä. Puitu olki on kuivattava, paalattava, kuljetettava ja varastoitava ennen sen käyttöä biokaasun tuotantolaitoksella. Paalattu olki on revittävä pieneksi, jotta sitä voidaan tehokkaasti esikäsitellä. Esikäsittelyn tarkoituksena on hajottaa lignoselluloosan rakenne ja tehdä siitä mikrobeille soveltuvaa ravintoa. Eri esikäsittelymenetelmät tuottavat erilaisen hajoamistuloksen. Oleellisinta on saada ligniini irtoamaan hemiselluloosasta ja selluloosasta, jonka jälkeen edellä mainitut voivat hydrolysoitua.Anaerobinen hajoaminen koostuu neljästä päävaiheesta, entsymaattisesta hydrolyysistä, hapon muodostuksesta, asetaatin muodostuksesta ja metaanin tuottovaiheesta. Niiden vaatimat olosuhteet poikkeavat toisistaan. Optimoimalla olosuhteet jokaiselle soveltuvaksi saadaan aikaan tehokas anaerobinen hajoaminen. Tässä työssä optimaaliset olosuhteet luotiin hajottamalla olkibiomassaa kaksivaiheisilla yhdistelmäreaktoreilla. Lietepatjareaktoreissa (LBR) tapahtui entsymaattinen hydrolyysi ja hapon muodostus, jonka jälkeen effluentti johdettiin pystyvirtaus lietepatjareaktoreihin (UASB) asetaatinmuodostukseen ja metaanintuottoon.Kokeellisessa osiossa selvitettiin esikäsittelemättömän ohran oljen käyttöä raaka-aineena biokaasuntuotannossa. Koska raaka-aine on uusi ja vähän tutkittu, päädyttiin tutkimaan raaka-aineen käyttäytymistä bioreaktorissa. Kokeessa saatiin poistettua noin 15 % liukoisesta COD sekä noin 20 % raaka-aineen VS:stä. Metaanintuotoksi saatiin 0,27 Ndm3 CH4/g VS käsittelemättömästä oljesta ja liuotetusta oljesta 0,29 Ndm3 CH4/g VS. Tulokset ovat samankaltaisia kuin kirjallisuuslähteissä. Oljen liottaminen vedessä ennen kokeen aloittamista nopeutti metaanintuottoa puolella verrattuna liottamattomaan olkeen.Olkibiomassa on potentiaalinen biokaasun raaka-aine, koska sitä on saatavissa kohtuullisin kustannuksin ja se ei kilpaile ravinnontuotannon kanssa. Toisen sukupolven biokaasulaitokset, jotka hyödyntävät lignoselluloosapohjaista raaka-ainetta, teke-vät tuloaan maailmalla.