Biogas composition and upgrading to biomethane

Abstract

Saija Rasin tutkimus osoittaa, että jätteistä tai energiakasveista tuotettua biokaasua voidaan hyödyntää sähkön ja lämmön tuotantoon. Biokaasua voidaan käyttää jalostettuna myös korkealaatuista polttoainetta vaativissa kohteissa, kuten ajoneuvoissa ja polttokennoissa. Fossiilisten polttoaineiden korvaaminen uusiutuvilla polttoaineilla, esimerkiksi biokaasulla, vähentää merkittävästi kasvihuone- ja muita haitallisia päästöjä. Biokaasun pääkomponentit ovat metaani ja hiilidioksidi, ja lisäksi se voi sisältää pieniä pitoisuuksia energiakäyttöä haittaavia yhdisteitä, joiden määrä ja laatu vaihtelevat. Nämä yhdisteet voivat esimerkiksi estää koko teknologian käytön tai lyhentää laitteistojen huoltoväliä.Rasi tutki biokaasun koostumusta erilaisissa biokaasun tuotantokohteissa kuten kaatopaikoilla, maatiloilla, jätevedenpuhdistamoilla sekä teollisuuden ja yhdyskuntien jätteitä käsittelevillä biokaasulaitoksilla.- Työn tarkoituksena oli selvittää mahdollisten energiakäytölle haitallisten yhdisteiden pitoisuudet ja pitoisuuksien vaihtelut eri kohteissa. Tutkin kenttäkohteessa myös sitä, miten kaksi kaasunpuhdistusmenetelmää pystyy tuottamaan metaanirikasta kaasua kaatopaikkakaasusta, Rasi kertoo.Kenttämittaukset osoittivat eroja eri kohteissa. Teollisuuden ja yhdyskuntien jätteitä käsittelevillä laitoksilla metaanipitoisuus nousi jopa 70 %:iin, kun taas kaatopaikkakaasussa metaanipitoisuus oli paikoin alhaisempi kuin muissa tutkituissa kohteissa. Tämä johtui siitä, että kaatopaikkakaasussa oli typpeä, jota ei esiintynyt muualla. Kaikissa kohteissa biokaasun metaanipitoisuus oli tarpeeksi korkea esimerkiksi lämmön- ja sähköntuotantoon.Erilaisten haittaa aiheuttavien yhdisteiden pitoisuudet vaihtelivat tutkittavissa kohteissa.Rikkivetyä havaittiin jätevedenpuhdistamoiden biokaasussa hyvin alhaisia määriä, mikä helpottaa kaasun energiakäyttöä. Rikkiyhdisteet aiheuttavat kosteuden kanssa korroosiota ja lyhentävät laitteistojen huoltoväliä ja käyttöikää.Ympäristölle haitallisia ja kosteuden kanssa korroosiota aiheuttavia halogeeniyhdisteitä havaittiin kaatopaikka- ja jätevedenpuhdistamon kaasuissa, mutta pitoisuudet olivat pienempiä kuin esimerkiksi moottorivalmistajien asettamat raja-arvot. Maatilakokoluokan biokaasulaitoksen kaasussa halogeeniyhdisteitä ei havaittu. Myös orgaanisia, moottoreita vahingoittavia silyyliyhdisteitä havaittiin selvästi vähemmän biokaasulaitoksilla, joissa materiaaleina käytettiin lantaa ja energiakasveja, kuin jätevedenpuhdistamoilla tai kaatopaikoilla. Eri biokaasun käyttökohteisiin onkin silyyliyhdisteille asetettu erilaisia raja-arvoja. Useiden kaasumoottorivalmistajien asettamat raja-arvot alittuivat kuitenkin kaikissa mitatuissa kaasuissa.Jyväskylän Mustankorkean jätteenkäsittelylaitoksella tehdyissä kenttäkokeissa osoitettiin, että tutkituilla kahdella eri puhdistusmenetelmällä voitiin kaatopaikkakaasu puhdistaa yli 90 % metaanipitoisuuteen, mikä mahdollistaa liikennekäytön. Moottoreille haitalliset yhdisteet, kuten rikki- ja halogeeniyhdisteet poistuivat lähes täysin käytetyillä puhdistusmenetelmillä. Tuotekaasuun jää metaanin lisäksi typpeä, jota pääsee vaihtelevia määriä kaatopaikkakaasuun keräysjärjestelmien kautta. Typpi laskee tuotekaasun energia-arvoa, mutta ei haittaa energiakäyttöä.- Tutkimuksen perusteella kaatopaikkakaasu on ainakin lähivuosikymmenet käyttökelpoinen lisäpotentiaali biokaasuntuotantoon niin Suomessa kuin erityisesti maissa, joissa kaatopaikat ovat toistaiseksi merkittävin biohajoavien jätteiden sijoituspaikka, Rasi toteaa.