Biokaasu – määritelmä, tuotanto, koostumus ja käyttö

Tutustu biokaasuun: määritelmä, tuotantomenetelmät, koostumus ja käyttö energiana, liikenteessä ja kotitalouksissa. Käytännön esimerkit ja ympäristövaikutukset.

Biokaasu on kaasu, joka syntyy orgaanisen aineksen mädätyksessä hapettomassa tilassa (anaerobinen mädätys) tai käymisessä. Orgaaninen aines voi olla lantaa, jätevesiä, yhdyskuntajätettä, kompostia, ruokajätettä tai mitä tahansa muuta biohajoavaa raaka-ainetta. Biokaasu on pääasiassa metaania ja hiilidioksidia. Riippuen siitä, missä sitä tuotetaan, biokaasua kutsutaan myös nimellä:

• suokaasu
• kaatopaikkakaasu
• mädätyskaasu
• biometaani (jalostettu, metaanipitoisuutta nostettu muoto)

Biokaasua voidaan käyttää ajoneuvojen polttoaineena tai sähkön tuottamiseen. Sitä voidaan myös polttaa suoraan ruoanlaittoon, lämmitykseen, valaistukseen, prosessilämpöön ja absorptiojäähdytykseen.

Biokaasun tuotanto

Biokaasu syntyy mikro-organismien hajottaessa orgaanista ainesta hapettomassa ympäristössä. Anaerobinen mädätys etenee tyypillisesti neljän päävaiheen kautta:

• Hydrolyysi – monimutkaiset orgaaniset molekyylit (esim. hiilihydraatit, rasvat, proteiinit) pilkkoutuvat yksinkertaisemmiksi yhdisteiksi.
• Happokäyminen (acidogeneesi) – muodostuu mm. lyhytketjuisia rasvahappoja ja vetyä.
• aseto- eli asetogeneesi – happokäymisen tuotteet muuntuvat asetaatiksi, vedeksi ja hiilidioksidiksi.
• metanogeneesi – metaanintuottajat muodostavat metaania pääosin asetaatista ja vedystä + hiilidioksidista.

Biokaasureaktoreita on monenlaisia: maatiladigesereitä (yksipäivä- tai jatkuvia), jätevedenpuhdistamoiden bioreaktoreita ja kaatopaikkojen kaasunkeräysjärjestelmiä. Tuotantomäärään vaikuttavat raaka-aineen laatu, lämpötila, pH ja viipymäaika.

Koostumus ja ominaisuudet

• Tavallinen raaka-biokaasu sisältää yleensä 50–70 % metaania ja 30–50 % hiilidioksidia. Prosentit vaihtelevat raaka-aineen ja olosuhteiden mukaan.
• Muina komponentteina voi olla vesihöyryä, rikkivetyä (H2S), typpeä, häkä (CO), ammoniakkia, sekä orgaanisia ja epäorgaanisia epäpuhtauksia kuten siloksaaneja.
• Energia-arvo riippuu metaanipitoisuudesta; tyypillinen energiasisältö on noin 18–25 MJ/m³ (LHV) raaka-biokaasulle.
• Biokaasu on väritön ja hajuton; rikkivedyn ja muiden aineiden takia käytännössä se usein haisee, mutta hajun lisäämistä käytetään myös vuotojen havaitsemiseksi, jos metaania on jo valmiiksi vähän.
• Syttyvyysalue ilmassa: metaanin raja-arvot ovat noin 5–15 % tilavuudesta — tämä vaikuttaa turvallisuuskäytäntöihin.

Puhdistus ja jalostus

Raaka-biokaasua usein puhdistetaan ja jalostetaan riippuen käyttötarkoituksesta:

• Rikkivedyn poisto – tärkeää moottoreiden ja turvallisuuden kannalta (menetelmät: kemiallinen pesu, aktiivihiili, biologinen puhdistus).
• Kosteuden ja partikkelien poisto – kondensaatin ja korroosion estämiseksi.
• CO2:n ja muiden epäpuhtauksien poisto – biomethaanin (biometaanin) valmistukseen käytetään mm. vesipesua, amiinikäsittelyä, paine-erotusmenetelmiä (PSA), kalvoteknologiaa ja kryogeenistä erotusta. Jalostettu kaasu voi saavuttaa yli 95 % metaania ja sopia maakaasuverkkoon syöttämiseen tai ajoneuvopolttoaineeksi.

Käyttötavat

• Voima ja lämpö (CHP) – yhteistuotantoyksiköissä (Combined Heat and Power) biokaasusta tuotetaan sähköä ja lämpöä tehokkaasti.
• Liikenne – jalostettu biometaani korvaa maakaasun ajoneuvopolttoaineena (kaasunpaineistetut ajoneuvot, CNG/LNG), vähentäen fossiilisten polttoaineiden tarvetta.
• Verkkoon syöttö – jalostettu biometaani voidaan syöttää maakaasuverkkoon ja käyttää kotitalouksissa ja teollisuudessa kuten tavallinen maakaasu.
• Suora poltto – ruoanlaitto, lämmitys ja teollinen prosessilämpö vaativat usein vain kevyen puhdistuksen.
• Muut – absorptiojäähdytys, teolliset prosessit ja kemiallisten tuotteiden raaka-aineet.

Hyödyt ja ympäristövaikutukset

• Biokaasu on uusiutuva energianlähde ja se voi vähentää kasvihuonekaasupäästöjä, erityisesti kun se korvaa fossiilisia polttoaineita.
• Jätteiden ja lannan käsittely biokaasun avulla vähentää metaanipäästöjä, jotka syntyisivät muualla ilmaan päästettäessä.
• Mädätyksen sivutuotteena syntyvä digestaat on ravinnepitoinen ja sitä voidaan käyttää lannoitteena, kierrättäen typpeä ja fosforia takaisin maatalouteen.
• Paikallinen energiantuotanto parantaa energiaomavaraisuutta ja voi tukea hajautettua energiantuotantoa.

Haasteet ja turvallisuus

• Biokaasun talteenotto ja jalostus vaativat investointeja ja ylläpitoa. Pienten yksiköiden kannattavuus riippuu tukipolitiikasta ja energian hinnoista.
• Epäpuhtaudet kuten H2S ja siloksaanit voivat vahingoittaa moottoreita ja lämmönvaihtimia ja vaativat tehokasta puhdistusta.
• Turvallisuus: biokaasu on palavaa ja muodostaa räjähtäviä seoksia ilman kanssa – työpaikoilla tarvitaan mittaus-, hälytys- ja tuuletusjärjestelmiä sekä toimintaohjeet vuodoissa.
• Verkostoinfrastruktuuri ja tankkausverkosto vaikuttavat mahdollisuuksiin käyttää biometaania liikenteessä.

Lopuksi

Biokaasu on monipuolinen ja tehokas tapa hyödyntää orgaanista jätettä ja tuottaa uusiutuvaa energiaa. Oikein suunniteltuna ja ylläpidettynä biokaasulaitos tarjoaa sekä energiatuotantoa että jätehuollon ratkaisuja, ja jalostettuna biometaanina se voi toimia korvaavana polttoaineena ja maakaasun raaka-aineena. Samalla on tärkeää huomioida puhdistusvaatimukset, taloudelliset edellytykset ja turvallisuusvaatimukset.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mitä on biokaasu?

K: Mitkä ovat esimerkkejä orgaanisesta aineksesta, joka voi tuottaa biokaasua?

K: Mikä on biokaasun koostumus?

K: Mitkä ovat biokaasun vaihtoehtoisia nimiä?

K: Mihin biokaasua käytetään?

K: Miten biokaasua voidaan käyttää ajoneuvojen polttoaineena?

K: Mitä etuja biokaasun käytöstä on?

Hae kirjaimella