Onko reaktorisekoituksella merkitystä kaasun tuottoon? Paraneeko kaasun laatu sekoituksen ansiosta? Mihin kaikkeen kaasun laadulla on vaikutusta?
Reaktorisekoitus herättää kysymyksiä
Maatilojen yhteyteen tehdään ja tullaan tekemään lähivuosina paljon biokaasulaitoksia. Markkinoilla on paljon erilaisia ja erihintaisia ratkaisuja, joiden vertailu voi olla vaikeaa. Yksi paljon keskustelua herättävä aihealue on biokaasureaktorin sekoitus. Osa tekniikan toimittajista vannoo tehokkaan mekaanisen sekoituksen nimiin, osa tarjoaa tehokasta kaasu- tai nestesekoitusta ja joissakin ratkaisuissa reaktorimassaa ei sekoiteta ollenkaan. Tässä blogissa pureudutaan reaktorisekoitukseen ja käydään läpi mitä eri tutkimukset maailmalta ovat aiheesta kirjoittaneet.
Väite 1: Reaktorisekoitus ei vaikuta kaasun saantoon
Osittain väärin. Reaktorisekoituksesta on hyötyä, mutta hyöty riippuu paljon biokaasulaitoksen syötteistä. Jos biokaasulaitos prosessoi ainoastaan naudan lietelantaa, ei metaanin saanto merkittävästi nouse reaktorimassaa sekoittamalla. Tämän on todennut esimerkiksi Wang, Larson, Borchardt ja Spenser 2019 julkaistussa tutkimuksessaan. Reaktorisekoituksen merkitys nouseekin sitä tärkeämmäksi, mitä suurempi kiintoainepitoisuus reaktorissa on tai mitä helpommin syötteen kiintoaine jaottuu reaktorin pohjalle. Esimerkiksi Christian Rojas (2010) totesi, että paljon kiintoainesta syötettäessä hyvä reaktorin sekoitus nosti metaanin tuottoa jopa 50 % verrattuna reaktoriin, jota ei sekoitettu ollenkaan.
Yhteenvetona voidaan sanoa, että jos syötepohja koostuu lähes ainoastaan naudan lietelannasta, ei sekoituksella saavuteta enempää metaanin tuottoa. Jos taas kaasua halutaan isoista määristä nurmia, kuivalantoja tai laskeutuvista sian lietelannoista, tällöin reaktorisekoitukseen kannattaa panostaa.
Väite 2: Riittävä reaktorin sekoitus parantaa kaasun laatua
Oikein. Singh, Szamosi ja Simènfalvi (2020) vertasivat vuosien varrelta 16 eri tutkimusta, joissa on verrattu reaktorisekoituksen ja metaanipitoisuuden suhdetta. Näissä vertailuissa tuli selvästi esille, että reaktorisekoitus nostaa biokaasun metaanipitoisuutta, vaikkakin vaikutus riippuu paljon syötepohjasta. Toisaalta taas erittäin nopea reaktorin sekoittaminen alkaa heikentää kaasun laatua ja reaktorin olosuhteita. Tämä todettiin vertailemalla haihtuvien rasvahappojen määrää syötemassassa.
Korkeampaa metaanipitoisuutta ja tätä kautta parempaa kaasun laatua selitettiin tutkimuksessa sillä, että riittävällä sekoituksella varmistetaan tasaiset olosuhteet reaktorissa, jolloin mikrobitoiminta on tehokkaimmillaan. Tällöin vältytään myös niin sanottujen kuolleiden alueiden ongelmalta, joka voi syntyä lämpötila- tai olosuhdetekijöiden seurauksena.
Väite 3: Kaasun laadulla ei ole väliä
Väärin. Biokaasussa on keskimäärin 50–70 % metaania, 30–50 % hiilidioksidia, sekä mahdollisesti pieniä määriä vesihöyryä (H2O), typpeä (N2), happea (O2), vetyä (H2), ammoniakkia (NH3) ja rikkivetyä (H2S). Mitä enemmän epäpuhtauksia kaasussa on, sitä enemmän se tarvitsee esikäsittelyä ennen käyttöä. Jos esimerkiksi biokaasussa on suuria määriä rikkivetyjä, aiheuttaa se merkittäviä ongelmia kaasun jalostimille ja CHP-laitteille. Rikkivedyt tuottavat vähintäänkin hajupäästöjä (kaasun jalostus vesipesutekniikalla), muta pahimmillaan aiheuttavat jalostus- ja CHP-tekniikan toimimattomuutta ja suuria korjauskustannuksia. Rikkivedyt esimerkiksi tukkivat kalvosuodatuspakkojen pintoja ja aiheuttavat CHP-laitteistoille venttiili- ja kansivaurioita.
Biokaasulaitoksella tulisi aina olla reaktorin ilman tai hapen syötön lisäksi kaasun jäähdytys ja aktiivihiilisuodatus raakakaasulle. Tällöin huonolaatuinenkin raakakaasu saadaan jalostettua turvalliseksi jatkokäyttöä varten, jollei rikkivetypitoisuuksia saada haltuun pelkällä ilman tai hapen syötöllä reaktoriin. Huonolaatuinen kaasu kuitenkin aiheuttaa aktiivihiilen nopeampaa kulumista ja tätä kautta lisäkustannuksia.
Tavoitteena tylsä ja tasainen laitosarki
Biokaasulaitosta ei syyttä sanota betonilehmäksi. Molemmissa tapauksissa ruokinnan laatu ja tasaisuus ovat avaimia hyviin tuloksiin. Kuten yllä esitettiin, niin syötteiden lisäksi reaktorisekoituksella on positiivinen vaikutus kaasun laatuun ja määrään, etenkin jos reaktorin kiintoainepitoisuus nousee korkeaksi. Liian korkea sekoitustiheys lisää kuitenkin operointikustannuksia ja voi myös heikentää kaasun laatua.
Hyvälaatuinen biokaasu on merkki hyvin toimivasta biokaasureaktorista, mutta sillä on vaikutusta myös jalostusvaiheessa. Huonolaatuinen kaasu aiheuttaa lisäkustannuksia esikäsittelyyn tai huonosti jalostettuna merkittäviä huolto- ja korjauskuluja kaasun jalostimille ja CHP-laitteistoille. Asian voi esittää myös toisin päin; mitä parempaa kaasua biokaasulaitos tuottaa, sen yksinkertaisemmin ja edullisemmin kaasun hyötykäyttötekniikan voi toteuttaa.
