Dry anaerobic digestion of organic residues on-farm - a feasibility study
Schäfer, Winfried; Lehto, Marja; Teye, Frederick (2006)
Schäfer, Winfried
Lehto, Marja
Teye, Frederick
Julkaisusarja
Agrifood Research ReportsMaa- ja elintarviketalous
Numero
77
Sivut
98 s
MTT MTT MTT
2006
Julkaisun pysyvä osoite on
http://urn.fi/URN:ISBN:952-487-007-X
http://urn.fi/URN:ISBN:952-487-007-X
Tiivistelmä
Tavoitteet: Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää kuivamädätyslaitoksen rakenne- ja toimintaparametrien vaikutusta biokaasutuotannon kannattavuuteen, kestävyyteen ja ympäristökysymyksiin tilatasolla sekä sitä, voidaanko tilatason kuivamädätysl aitoksesta saada taloudellista ja ekologista hyötyä. Toisena tavoitteena oli hankkia yksityiskohtaista tietoa suomalaisille päätöksentekijöille, jotta sekä taloudellisesti että ympäristön kannalta lupaavimpien tilatason biokaasuteknologioiden kehitystä voitaisiin edistää. Tulokset rohkaisevat tilatason biokaasulaitosten valmistajia kehittämään ja myymään kuivamädätysteknologiaa vaihtoehtoisena teknologiana. Tämä teknologia voisi olla kilpailukykyinen vaihtoehto tiloille, joilla käytetään kuivalantaketjua tai vaikka karjattomille tiloille. Tulokset: Kuivamädätysteknologia maatilatasolla ei ole pystynyt tähän asti tarjoamaan kilpailukykyistä vaihtoehtoa lietteen mädätykseen perustuvalle teknologialle, jos tarkastelun kohteena on pelkkä energian tuotanto. Hankkeen tuloksena saatiin yleiskuva tiloilla toimivien kuivamädätyslaitosten mielenkiintoisista teknologisista ratkaisuista. Voidaan myös todeta, että parhaita ratkaisuja ei ole vielä keksitty. Tämä voisi olla haaste viljelijöille ja elinkeinonharjoittajil-le, jotka ovat kiinnostuneita kehittämään ja suunnittelemaan tulevaisuuden tilatason kuivamädätyslaitosta. Uuden kuivamädätyslaitoksen prototyypin kehittäminen vaatii ympäristöhyötyjen (esim. suljettu energia- ja ravinnekierto) rahallista korvausta, mikä myös parantaisi biokaasutuotannon kannattavuutta. Järnan prototyyppi täytti hankkeen tavoitteet, sillä energian lisäksi saatiin uusi kompostituote kiinteästä jakeesta. Toisaalta kaksivaiheinen mädätysprosessi kuluttaa paljon energiaa ja investointikustannukset ovat korkeat (>2000 euroa m-3 reaktoritilavuutta). Tilatason kuivamädätyksellä on useita etuja: Prosessi on vakaa ja luotettava, ei tapahdu vaahtoamista tai saostumista ja panosreaktorin rakenteet ovat edullisia. Etuja, verrattuna lietereaktoreihin, ovat reaktorin pienempi tilavuus ja pienemmät kuljetuskustannukset vähentyneen massan siirron vuoksi suhteessa tuotettuun biokaasumäärään massayksikköä kohti. Etu on myös maatilalla olemassa olevan teknologian hyväksikäyttö massan syöttö- ja poistovaiheessa. Etuina voidaan mainita myös, että prosessin lämmitysenergian tarve on pienempi, koska reaktorin tilavuus on pienempi ja sekoitusta ei tarvita, hajupäästöt vähenevät ja ravinnehäviöt ovat pienemmät varastoinnissa ja lopputuotteen levityksessä, koska nestemäistä jaetta ei siirretä. Kompostoitua kiinteää jaetta voidaan markkinoida lannoitteena myös tilan ulkopuolelle. Laitos soveltuu maatilalle, jossa käytetään kuivikepohjia. Menetelmällä on myös rajoituksia: Jopa 50% mädätysjäännöksestä tarvitaan ymppäysmateriaaliksi (nautakarjan lanta ei vaadi ymppäystä) ja tähän tarvitaan enemmän reaktoritilavuutta ja sekoitusvälineitä. Kuivamädätyksen viipymäaika on jopa kolme kertaa pidempi verrattuna lietteen mädätykseen, vaatien enemmän reaktoritilavuutta ja prosessienergiaa. Panosreaktorin syöttö ja tyhjentäminen ovat aikaa ja energiaa vaativia vaiheita. Voidaan päätellä, että vain tilakohtaiset olosuhteet voivat suosia kuivamädätysteknologiaa. Tilatasolla tapahtuvan biokaasutuotannon talouteen vaikuttavat neljä tekijää: Jätteenkäsittelystä saadut tulot, kasvihuonekaasupäästöjen vähentämisestä saatu korvaus, korvaus energian tuotannosta ja - kestävälle maataloudelle tärkein - ravinteiden kierrosta saatu hyöty. Tulosten tarkastelu: Yhtään asiantuntijatarkastettua tieteellistä artikkelia, jossa olisi dokumentoitu tilatason kuivamädätyslaitosta, ei löytynyt. Näyttää siltä, että me yritimme ensimmäisinä. Myöskään tuloksia kaura-akanoiden biokaasupotentiaalista ei ole aikaisemmin julkaistu. Uutta on myös tilatason anaerobisesta käsittelystä saadun kiinteän jakeen kompostointi. Kuivamädätyslaitos tarjoaa mahdollisuuden erilaisten kuivalantakompostien tuottamiseen mädätysprosessiparametreja muuttamalla. Tieteellisistä julkaisutietokannoista löytyi noin 10 000 viitettä, jotka käsittelivät biokaasututkimusta viimeisen 10 vuoden ajalta. Näistä alle 10 käsitteli biokaasureaktoreita, jotka oli kehitetty ei-nestemäisten lähtöaineiden käsittelyyn maatilalla. Viimeisin tutkimus keskittyy pääasiassa perustutkimukseen, yhdyskuntajätteen biokaasuprosessien tutkimukseen, suuren mittakaavan biokaasulaitoksiin sekä laboratoriomittakaavan tutkimukseen. Tämä kuvastaa sitä tosiasiaa, että julkaisujen tuottaminen on tärkeämpää kuin tilatason tut-kimus ja tuotekehitys. Maailmanlaajuisesti näyttää siltä, että on erittäin vai-keaa, ellei mahdotonta, löytää rahoittajaa tilatason tutkimukselle, erityisesti tilatason biokaasureaktorin prototyyppitutkimukselle. Syyt tähän voivat olla seuraavat: Biokaasulaitoksia käsittelevä tutkimus vaatii monien tieteenalojen osaamista, yhteistyön puute insinöörien ja biotieteilijöiden välillä, korkeat kustannukset perustutkimustulosten siirtämisestä käytännön teknisiin sovellutuksiin, tutkijoiden vähäinen kiinnostus, koska tilalla tehtävällä tutkimuksella on alhainen arvostus tieteellisellä arvoasteikolla ja tilakohtaisten rakenne- ja prosessiratkaisujen rajalliset siirtomahdollisuudet. Rahoittajien pitäisi tukea paikka- tai tilakohtaista tutkimusta, jos bioenergia- ja biokaasuteknologian liittämistä maatilan rakenteisiin pidetään tärkeänä tavoitteena maatalouspo-liittisessa viitekehyksessä. Sekä kuivamädätyksen tekniikkaa että kiinteiden orgaanisten jätteiden biokaasutuottopotentiaalia on tulevaisuudessa tutkittava, jotta tällä hetkellä olemassa oleva tietovaje voidaan korvata. Kuivamädätyslaitosten prototyyppitutkimus voi tarjota kilpailukykyisen vaihtoehdon lietteen mädätykselle niillä tiloilla, jotka käyttävät kuivalantaketjua ja/tai energiakasveja biokaasun tuotantoon. On myös välttämätöntä rohkaista viljelijöitä ja elinkeinonharjoittajia kuivamädätysteknologian kehittämiseen koulutusta ja neuvontapalveluja lisäämällä.