Nykyaikaisen biokaasulaitoksen toiminta ja rakentaminen
Biomassasta kestävään energiaan
Biokaasulaitos rakennetaan siten, että se tarjoaa optimaaliset olosuhteet biokaasun tuotannolle: Biomassaa säilytetään suurissa säiliöissä ("mädättämöissä"), joissa se käy ilman valoa ja happea. Tämä anaerobinen käyminen tapahtuu neljässä vaiheessa, joiden aikana kukin erikoistunut bakteeri muuntaa biomassaa vaihe vaiheelta ja tuottaa biokaasua. Nämä vaiheet (joita kutsutaan myös "vaiheiksi") ovat seuraavat:
- Ensimmäinen vaihe: Hydrolyysi (raaka-aineiden mädätys).
- Toinen vaihe: Happamuuden muodostus (happamoituminen)
- Kolmas vaihe: Asetogeneesi (etikkahapon muodostuminen).
- Neljäs vaihe: Metanogeneesi (metaanin muodostuminen).
Itse biokaasu koostuu pääasiassa metaanista ja hiilidioksidista, mutta myös lukuisista muista kaasuista, kuten rikkivedystä, typestä, hapesta ja ammoniakista. Käymisprosessin lopussa jäljelle jää "mädätysjäännös", jota voidaan käyttää maataloudessa lannoitteena. Näin luonnollinen kiertokulku saadaan päätökseen; biokaasu on erittäin kestävää, koska siinä ei ole muita käyttökelpoisia sivutuotteita.
Biokaasu: konkreettinen lehmä
Kun otetaan huomioon edellä kuvatut prosessin vaiheet, on olemassa suuri samankaltaisuus lehmän ruoansulatusjärjestelmän kanssa - minkä vuoksi biokaasulaitosta kutsutaan myös betonilehmäksi. Sekä biokaasulaitoksessa että märehtijöiden ruoansulatusjärjestelmässä bakteerit muuttavat biomassan energiaksi. Nykyaikaisissa biokaasulaitoksissa "substraatin valmistukseksi" kutsuttu prosessi vastaa lehmän pureskelua. Hydrolyysi tapahtuu lehmän ensimmäisessä mahalaukussa (pötsissä). Sen jälkeen happamoituminen ja etikkahapon muodostuminen tapahtuu omasumissa ja mahalaukussa, kun taas energia tuotetaan (eli imeytyy lehmän elimistöön) ohutsuolessa ja paksusuolessa sekä umpisuolessa. Toinen silmiinpistävä yhtäläisyys koskee kiinteää syötemateriaalia (substraattia). Monet maanviljelijät ruokkivat biokaasulaitoksiaan lehmiensä tavoin uusiutuvilla materiaaleilla, kuten maissisäilörehulla ja nurmisäilörehulla.
Biokaasulaitoksen osatekijät
Jokaisen biokaasulaitoksen tärkeät keskeiset osat ovat seuraavat::
- Substraatti / kiinteän aineen syöttö
- mädätyssäiliö
- sekoittimet mädättämöissä tapahtuvaa sekoittamista varten.
- kaasun varastointi
- Mädätysjäännöksen varastointi jäljelle jäävälle mädätetylle materiaalille.
- Biokaasun hyödyntämistä käytetään yleensä yhteistuotantoyksikössä tai harvemmin kaasun käsittelyssä ja varastoinnissa verkostossa.
Yhteistuotantoyksikkö on kaasumoottori, joka on yhdistetty generaattoriin, joka tuottaa biokaasun energiasta sähköä (tehoa). Sekoittimet ovat välttämättömiä, koska vain niillä voidaan luoda optimaaliset olosuhteet biokaasun tuotannolle, kun mädättämö sekoitetaan hyvin ja tasaisesti. Tavoitteena on kiintoaineen syöttö on tuoda kiinteää biomassaa mädättämöön. Ihannetapauksessa tämä tapahtuu alhaisella energiankulutuksella ja häiriöttömästi biomassan tyypistä riippumatta.
Biokaasulaitoksessa hyödynnettävän kiintoaineen määrä riippuu useista tekijöistä. Periaatteessa orgaanisen aineksen pitäisi olla hyvin tiivistä, koska vain se voidaan muuntaa biokaasuksi. Myös viipymäajan on vastattava käytettävää kiintoainetta. Pidätysajalla tarkoitetaan keskimääräistä aikaa, jonka biomassa viettää mädättämössä, kunnes se virtaa ulos. Jos tämä aika on liian lyhyt, bakteereilla ei ole riittävästi aikaa hajottaa suurinta osaa kiintoaineesta tarpeen mukaan. Tämän seurauksena biomassan sisältämää energiaa ei hyödynnetä täysimääräisesti. Teknologian kannalta tämä ei ole ongelma, mutta se vaikuttaa biokaasulaitoksen kustannustehokkaaseen toimintaan. Suuren energiapanoksen materiaalit eivät myöskään automaattisesti tuota taloudellisesti eniten. On myös otettava huomioon panosmateriaalin kustannukset ja sen tosiasiallisesti tuottama energia. Lopuksi valitulle biomassalle on pyydettävä virallinen lupa.
