Biomateriaalien metaanituottopotentiaalin määrittäminen

RE-maatila |

Biomateriaalien metaanituotto voidaan määrittää ns. metaanituottopotentiaalitestillä. Tätä varten on markkinoilla ainakin yksi kaupallinen testisysteemi, joita Suomessa on käytössä muutamia eri koulutus- ja tutkimusyksiköissä (AMPTS, Automatic methane potential test system; Bioprocess Control).

 

Metaanituottotesti on panosluonteinen. Tutkittava näyte ja aktiivinen mikrobiymppi, joka voi olla esim. toimivan biokaasureaktorin poistetta, pidetään tietty aika (esim. 21 vrk) hallituissa olosuhteissa (hapeton, vakio lämpötila) ja seurataan kaasutuottoa. Testi alkaa, kun näyte laitetaan ympin hajotettavaksi testipulloon, pullo typetetään, suljetaan, laitetaan vesihauteeseen valittuun lämpötilaan sekä kytketään sekoitinmoottoreihin ja kaasuletkuihin. Muodostuva biokaasu johdetaan alkalista liuosta sisältävän pesupullon läpi hiilidioksidin (CO2) poistamiseksi. Jäljelle jäänyt metaanikaasu johdetaan kaasun tilavuusmittauskennostoon, josta mittaustulokset kertyvät talteen automaattisesti.

Testiä varten laaditaan koesuunnitelma perustuen näytteiden ja ympin TS- (total solids, kuiva-aine) ja VS- (volatile solids, orgaaninen kuiva-aine) pitoisuuksiin. Tärkeä on varmistaa, että mm. ympin aktiivisuus riittää testattavan materiaalin orgaanisen aineen hajottamiseen. Näytettä (+ymppiä) sisältävien testipullojen lisäksi koesarjassa on aina mukana myös pelkkää ymppiä sisältävät testipullot. Tuloksia laskettaessa näyte-ymppipullon metaanituotosta vähennetään ymppipullon tuotto, niin saadaan selville pelkän näytteen metaanituotto. Kun tiedetään testattavan näytteen määrä testipullossa, voidaan kaasutuotto suhteuttaa näytemäärään, ja tästä edelleen laskea tuotto näytteen TS- ja VS-määrää kohti. Testituotot raportoidaan tyypillisesti yksiköissä [litraa/kg näytettä], [litraa/kgTS], [litraa/kgVS].

Tässä alla on esimerkkinä metaanituottokäyrät HAMK Mustialan lietelannalle, oljelle ja kahtena kesänä (2015, 2016) säilötylle kerääjäkasville (valkoapila). Kahden eri kesän kerääjäkasvisadon välillä oli merkittävä ero sadonkorjuun yhteydessä kasvin sekaan tulevan oljen määrässä. Tämä vaikutti merkittävästi sadon metaanituottoon: mitä suurempi oljen osuus sitä hitaampi hajoaminen ja alempi sadon metaanituotto kuiva-ainetta kohti.  Näytteet ja tulokset olivat osa Ravinneresurssi-hanketta (RaRe-hanke; YM:n Raki-ohjelma). Lisää tuloksia mm. useille eri kerääjäkasveille on julkaistu hankkeen nettisivuilla.

Kokeellisia metaanituottotietoja tarvitaan arvioitaessa biomateriaalien potentiaalia biokaasulaitoksen syötteenä ja erityisesti biokaasulaitoksen suunnittelu- ja mitoitusvaiheessa. Kasvien metaanituottotuloksia käytetään lisäksi mm. arvioitaessa hehtaarikohtaista energiatuottoa, eli paljonko metaanienergiaa on saatavilla hehtaarilta [MWh/ha]. Tässä alla on esimerkkinä RaRe-hankkeessa saadut tulokset kahdelta kesältä.

Artikkelin kirjoittaja: Maritta Kymäläinen, HAMK

 

 

 
 
DMS