Biokaasulaitosten optimointia testataan Oulun yliopistossa – raaka-aineista enemmän energiaa ja vähemmän päästöjä

Suurin hyöty biokaasulaitoksen ennustavasta optimoinnista saadaan laitoksilla, joiden raaka-ainejakauma ja määrä vaihtelee paljon viikoittain tai kuukausittain.

”Kun orgaanisen eli kasvi- ja eläinperäisen materiaalin kuormitus pidetään koko ajan sopivana biokaasulaitoksen ennustavalla optimointimallilla, saatavan biokaasun määrä maksimoituu ja mädätejäännöksen ympäristöpäästöt minimoituvat. Tämä parantaa biokaasulaitoksen kannattavuutta ja lyhentää takaisimaksuaikaa, jolloin pienemmätkin toimijat hyötyvät”, kertoo projektipäällikkö, tutkijatohtori Petri Österberg.

Ennustavaa mallia on kehitetty juuri päättyneessä Biokaasun tuottavuuden nosto prosessin optimoinnin avulla -hankkeessa.

Auttaa ennustamaan prosessia

Biokaasulaitoksen raaka-aineina voidaan käyttää perinteisten lannan, nurmen ja ylivuotisen rehun lisäksi mitä erilaisimpia elintarviketeollisuuden jakeita, kuten teurasjätettä, kalanperkuujätettä, leipomon sivuvirtoja, ruokaöljyjä, juustoheraa sekä hedelmien ja vihannesten kuoria. Periaatteessa kaikki mitä kotitaloudessa voi lajitella biojätteeseen, sopii biokaasuntuotantoon.

”Yksinkertaisimmillaan biokaasulaitoksen prosessimallille annetaan syötetietona, kuinka paljon mitäkin raaka-ainetta biokaasuprosessiin on syötetty sekä mikä on kaasun tuotantomäärä kunakin hetkenä. Mitä enemmän tietoa prosessista malli saa, sen paremmin sillä voidaan ennustaa prosessin käyttäytymistä”, kuvaa professori Mika Ruusunen.

Malliin voidaan lisätä vaikkapa mädätysprosessin kemiallista analyysitietoa esimerkiksi haihtuvista rasvahapoista tai tuotetun kaasun laadusta ja jopa säätietoja. Malli päivittyy automaattisesti prosessista kertyvällä datalla.

Sopiva määrä ravintoa bakteereille

Jokaisella raaka-aineella on erilainen metaanintuottopotentiaali painoa kohden. Kun näitä syötetään sekaisin, voi orgaaninen kuormitus vaihdella raaka-aineiden mukaan paljonkin, vaikka syötetty massa olisi sama. Biokaasulaitoksen reaktorissa bakteerit käyttävät sinne syötettyä orgaanista materiaalia ravintonaan.

”Raaka-ainetta pitää syöttää jatkuvasti niin paljon, että kaikilla bakteereilla on riittävästi syötävää, jotta bakteeripopulaatio tuottaa mahdollisimman paljon biokaasua. Jos taas bakteereille syötetään liikaa ravintoa, jää osa hyödyntämättä”, Österberg selittää.

Silloin mädätejäännökseen jää orgaanista materiaalia, joka mätänee myöhemmin esimerkiksi pellolle jo levitettynä, ja metaania vapautuu ilmakehään.

Muhoksella mallia sovellettu

Hankkeessa yhteistyökumppanina oli Viskaalin tilalle Muhokselle hankkeen aikana rakennettu biokaasulaitos, jonka prosessiin mallia sovitettiin. Rakennusvaiheessa mietittiin, miten ja mistä automaatio- ja kemiallista mittaustietoa päästään keräämään.

Mittaustiedon keräys aloitettiin hankkeessa ja mallia päästiin myös alustavasti kokeilemaan. Seuraavassa vaiheessa kehitettyä mallia testataan useammalla laajaa raaka-ainejakaumaa käyttävällä biokaasulaitoksella vähintään vuoden ajan.

”Nykyisten biokaasulaitosten kaasuntuotannon tehostaminen, ja ennustettavuuden sekä kannattavuuden parantaminen vähentävät ilmastopäästöjä, lisäävät ympäristöystävällisesti tuotetun energian kokonaismäärää ja hajautettua energiantuotantoa, mikä parantaa yhteiskunnan huoltovarmuutta. Biokaasulaitosten kannattavuuden parantuessa niiden määräkin lisääntynee. Kaikki voittavat”, toteaa Österberg.

Bituprop-hanke sai European Innovation Partnership -rahoituksen Maa- ja metsätalousministeriön hallinnoimasta Manner-Suomen maaseudun kehittämisohjelmasta. Oulun yliopistosta hankkeessa mukana ovat Ympäristö- ja kemiantekniikan tutkimusyksiköstä biojalostamon mittausten tutkimusryhmä ja Mittaustekniikan yksikkö Kajaanista.