Blogi: Metanointi maatilalla -hanke tuotti tietoa metanoinnin kannattavuudesta ja turvallisuudesta maatilaympäristössä
Julkaistu 20.12.2024
Jyväskylän ammattikorkeakoulun ja BGC Nordic Oy:n toteuttama Maatilan biokaasutuotannon kannattavuuden parantaminen skaalaamalla in situ –metanointi pilotilta maatilamittakaavaan – Metanointi maatilalla -hanke tutki metanointia pilottiluokan biokaasulaitoksella ja tuotti tietoa metanoinnin kannattavuudesta, toteutettavuudesta ja turvallisuudesta maatilaympäristöön sovellettuna. EIP-hankeryhmään kuului myös Paavolan maitotila, jonka biokaasulaitoksessa siirryttiin hankeaikana tiettävästi ensimmäisenä maatilakokoluokan laitoksena Suomessa termofiiliseen mädätysprosessiin.
Hankkeen tavoitteena oli kehittää mädätyksen optimointia ja ohjausta, tehdä liiketaloudellisia laskelmia metanoinnin kannattavuudesta ja suunnitella metanoinnin maatilamittakaavaan skaalaamista. Hanke onnistui tuottamaan tärkeitä havaintoja metanoinnin sopivuudesta maatilaympäristöön.
Mikä ihmeen metanointi?
Biokaasulaitoksissa hyödynnetään bakteerien kykyä tuottaa mädätettävästä orgaanisesta aineksesta metaania. Biokaasua tuotetaan yleensä joko mesofiilisella (35–38 °C) tai termofiilisella (n. 55 °C) prosessilla. Termofiilisessa prosessissa hajoaminen on yleensä nopeampaa, mutta se on herkempi lämpötilan vaihteluille. Metanoinnissa biokaasureaktoriin syötetään lisäksi vetyä. Tavoitteena on saada aikaan Sabatier-reaktio, jossa vety sitoutuu biokaasureaktorissa olevaan hiilidioksidiin. Reaktion lopputuloksena muodostuu metaania ja vettä. Toiminnan tarkoituksena on siis saada buustattua biokaasureaktorin metaanintuotantoa. Lisää metaania – parempi tuotto, sanoo oletus. Mutta onko näin?
Prosessin hallinnan kehittämistä ja mädätyskokeiden tuloksia
Hankkeen aikana tehtiin mädätyskokeita Jyväskylän ammattikorkeakoulun Biotalousinstituutissa Saarijärvellä. Kokeet tehtiin pilottikokoluokan biokaasureaktorilla, joka on kolmeen kammioon osastoitu, tilavuudeltaan viiden kuutiometrin kokoinen tulppavirtausreaktori. Ennen kokeita reaktoria oli päivitettävä kokeissa käytettävälle naudan lietelanta-nurmirehuseokselle sopivaksi. Tämä tarkoitti muun muassa reaktorin syöttöpään päivittämistä pidemmällä syöttöruuvilla ja syöttösiilon sekoittimella. Lisäksi laitteistopäivityksen yhteydessä kehitettiin laitteiston etähallintaa mädätysprosessin optimointia ja ohjausta varten. Reaktorille asennettiin pinnankorkeusanturi mädätemassan pinnankorkeuden valvomisen ja säätämisen avuksi, pH-, lämpötila- ja johtokykyanturit prosessin seuraamiseksi sekä kemikaalipumput mahdollista prosessin kemikaaleilla säätämistä varten. Näiden etäseurantaa ja -hallintaa varten tarvittiin päivitystä myös reaktorin etävalvontaan ja logiikkaan.
Mädätyskokeita tehtiin vuoden 2024 aikana. Kevään kokeissa tehtiin päivitetyn laitteiston, syötteiden ja prosessin optimoinnin testausta. Laitepäivitysten todettiin olevan järkeviä ja helpottavan prosessin seurantaa ja työtä. Syksyllä 2024 tehtiin varsinaiset metanointikokeet, jossa vetyä syötettiin reaktoriin kokeen 6 viikkoa kestäneen ylös ajon alusta asti. Varsinaisessa kokeessa syötetty vedyn määrä oli pieni, 14 litraa vuorokaudessa. Kokeissa havainnoitiin vedyn sitoutumisen, tuotettujen kaasumäärien ja tuotekaasun pitoisuuksien lisäksi muun muassa laitteiston ominaisuuksien ja sääolosuhteiden vaikutusta itse prosessiin, vedyn syöttöön ja kaasuntuottoon. Kokeen tulosten mukaan reaktoriin syötetystä vedystä sitoutui keskimäärin noin puolet ja vedynsyöttö lisäsi tuotekaasun metaanipitoisuutta, joka oli tarkastelujaksolla keskimäärin 62 %. Reaktorin metaanipitoisuus laski välittömästi vedynsyötön lopettamisen jälkeen ja pitoisuuden lasku 1,5 viikon aikana oli 8 prosenttia.
Metanointi haastavaa maatilaolosuhteissa
Havainnot hankkeessa suoritettujen metanointikokeiden ajalta eivät kannusta aloittamaan metanointia maatilaolosuhteissa ainakaan kokeessa käytetyillä tavoilla. Metanointi voi olla maatilaolosuhteissa sekä haasteellista että turvallisuusriski. Vety on energiatiheä, kevyt ja ohut kaasu, jolla on laaja syttymisalue. Kaasuuntunut vety muodostaa hapen kanssa räjähtävän seoksen, jonka sytyttämiseen riittää hyvin pieni määrä energiaa. Vedyn kanssa on siis toimittava erityisen huolellisesti ja vedynsyötössä käytettävien laitteistojen on oltava kunnossa, jottei vetyä pääse vuotamaan laitteistoista vääriin paikkoihin. Myös vedynsyöttömäärien kanssa on oltava huolellinen. Syötössä ei saa olla vaihtelua, erityisesti yllättäviä suuria määriä, koska se muodostaa pahimmillaan räjähdysriskin. Räjähtävän kaasun kanssa on toki huomioitava myös ATEX-määräykset. Yksistään kokeessa saadun tuloksen kaltaisella metaanin lisäyksellä ei myöskään saa toiminnalle riittävää kannattavuutta. Kokeessa saatu metaanipitoisuuden nousu ei ole niin merkittävä, että tuotettu kaasu olisi esimerkiksi suoraan liikennekäyttöön sopivaa.
Teksti: Marianne Reinikka, projektipäällikkö Metanointi maatilalla -hanke, Jyväskylän ammattikorkeakoulu
Kuva: Ville Svan, tekninen asiantuntija, Jyväskylän ammattikorkeakoulu
Metanointi maatilalla -hanke toimi ajalla 1.10.2022-31.12.2024. Hanketta rahoitti Hämeen Ely-keskus Euroopan maaseudun kehittämisen maatalousrahastosta.
