TTK Links: Home Page | TTK Moodle | ÕIS
TTK/UAS Repository For Digital Teaching and Learning Resources

Biogaasi tootmisel tekkiva kääritusjäägi kasutamise võimalused

Ridbeck, Ann-Riin (2015) Biogaasi tootmisel tekkiva kääritusjäägi kasutamise võimalused. [thesis] [en] Alternative Commercial Consumption Possibilities of Biogas Digestate.

[img]
Preview
PDF - Published Version
Download (1MB) | Preview
[img] Other (lihtlitsents - ddoc) - Supplemental Material
Download (33kB)

Abstract

Biogaas on looduslik kõrge metaani sisaldusega kütus, mida saadakse hapnikuvaba kääritamise teel. Leida võib biogaasi looduses asuvatest anaeroobsetest keskkondadest, kuid peamiselt toodetakse seda siiski kääritites tehislikult, luues gaasi teket soodustavad tingimused. Gaasi tootmiseks on lisaks spetsiaalsele tehnikale vajalik sobiv substraat, ehk tooraine, milleks enamasti on põllumajanduses tekkiv hein, silo, loomasõnnik või läga ning tootmises tekkivad orgaaniliselt lagunevad jäätmed ning reoveemuda. Eestis toodetakse biogaasi ligi kahekümnes erinevas ettevõttes – viimaste andmete kohaselt kuni 10 miljonit kuupmeetrit aastas. Kuid võrreldes teiste taastuvenergialiikidega on seda siiski üsna vähe. Biogaasi toodetakse peamiselt soojusenergia tootmiseks kuid puhastatuna biometaaniks, on seda võimalik kasutada ka kütusena transpordisektoris. Kuna Eesti transpordisektoris kasutatava alternatiivsetest taastuvatest allikatest pärineva energia protsent on hetkel peaaegu null ning aastaks 2020 peab selle osakaaluks olema 10%, tundub biometaan olevat sobiv antud probleemi lahendama. Biogaasi töötlusprotsessi kuuluvad substraadi eeltöötlus, biogaasi kääritamine, biogaasi puhastamine ning digestaadi järeltöötlemine. Biogaasi tootmistehnoloogiaid võib jagada mitmeti: • kuiv- ning märkääritustehnoloogia; • üheetapiline, kaheetapiline ning kolmeetapiline tehnoloogia; • psührofiilne, mesofiilne ning termofiilne tehnoloogia; • katkeva, osaliselt katkeva ning katkematu täitmisega tehnoloogia. Biogaasi kasutamisel kütusena transpordisektoris, tuleb see eelnevalt puhastada biometaaniks, ehk tõsta metaani sisaldust ning vähendada teiste ainete osakaalu. Biometaani tootmiseks tuleb valida konkreetsetele tingimustele ning olukorrale vastav tööstuslik puhastustehnoloogia: • keemiline absorbeerimine; • füüsikaline absorptsioon; • orgaanilis-füüsikaline puhastamine; • surve all adsorbeerimine; • membraani eraldamine; • krüotehnoloogia. Substraadi kääritamisel biogaasiks tekib jääkprodukt, mida nimetatakse kääritusjäägiks, ehk digestaadiks, mis koosneb peamiselt lämmastikust, fosforist, kaaliumist ning väävlist. Olenevalt niiskusprotsendist ning kuivaine sisaldusest võib kääritusjääk olla nii vedelas kui tahkes olekus. Samuti võib vajada lõpp-produkt, olenevalt kasutatud substraadist, järeltöötlust ehk hügieniseerimist. Digestaat ladustatakse peamiselt lägahoidlas või spetsiaalses kääritusjäägihoidlas, mis peab olema pealt kaetud. Arvestades, et biogaasi tootmiseks kasutatav substraadi hulk digestaadiks saamisel oluliselt ei vähene, võib selle hilisem hoiustamine osutuda üsna probleemseks. Vastavalt veeseadusele, on Eestis digestaadi kasutamine põldudel keelatud kuupäevade vahemikus 1. detsember kuni 31. märts, seega peab hoiustamiseks olema varutud üsna palju ruumi. Eestis kasutatakse digestaati peamiselt väetisena, mida tehes peab meeles pidama kääritusjäägi kvaliteedikontrolli - keelatud aineid sisaldava digestaadiga väetamine võib olla keskkonnale ning inimesele väga ohtlik. Kui on tegemist puhta ning korraliku kääritusjäägiga, toob aga väetis põllumehele suurt kasu. On tõestatud, et digestaadist toodetud väetis on oluliselt tõhusam kui loomadesõnnik. Sellegi poolest on antud lahendusel ka miinus – digestaadi segu on üsna keeruline transportida ning selle viimine kaugemale kui 10 km, ei ole põllumehele tasuv. Lisaks väetistele on digestaati võimalik kasutada ka vetikate tootmisel, kus viimane omistab kääritusjäägist vajalikud toitained ning süsihappegaasi. Digestaat võimaldab vetikatel toota biomassi ning selle rakkudes olevast õlist on hiljem võimalik luua transpordis kasutatavat kütust - biodiislit. Eesti geograafilist asukohta arvestades tasub silmas pidada, et makrovetikate kasvatamine ei ole siin kuigi praktiline - mikrovetikate kasutamine sobib Eesti tingimustes digestaadi abil biodiisli tootmiseks oluliselt paremini. Erinevate kuivatustehnoloogiate abil on võimalik biogaasi kääritusjäägist toota ka näiteks kuivsegu, graanuleid või pelleteid, mida saab hiljem kasutada granuleeritud väetisena, loomade allapanuna või kütusena soojusenergia tootmiseks. Tulevasel digestaadi kasutusalal mängib olulist rolli biogaasi tootmisel kasutatud substraadi koostis. Seni on Eestis kasutatud biogaasi kääritusjääki peamiselt siiski väetisena. Kuid, et kasutada ära produkti kogupotentsiaali, tasub eeskuju võtta teistest Euroopa riikidest ning katsetada taoliste edukate projektidega nagu näiteks mikrovetikate abil biodiisli tootmine või kuivtöötlemise abil pelletite ning graanulite tootmine. Digestaadi granuliseerimine on vajaliku tehnika olemasolul lihtsalt teostatav automatiseeritud protsess, mis kasutab digestaadi peaaegu täielikult ära. Saadud pelletite või graanulite pakendamine on lihtne ning hilisem transport ning hoiustamine mugav. Graanuleid oleks õige pakendamise korral võimalik müüa poes või suuremates kogustes otse põllumajandusettevõtetele oma tulevase saagi väetamiseks. Antud käitumismuster tagaks biogaasi tootjale suurima võimaliku kasumi kaotades seal juures digestaadi tahke jäägi utiliseerimisega seotud kulud.

Abstract [en]

Biogas is a natural gas, which is produced by the breakdown of organic matter in the absence of oxygen. Biogas can be found in the nature or produced artificially by using anaerobic digestion. To work efficiently, biogas production requires very specific conditions and environment. In addition to special equipment, appropriate substrate is needed to produce biogas. For example, suitable raw materials are hay, silage, grass, vegetables, straw, manure, pig slurry, organic waste and sewage sludge. In Estonia, biogas is now produced in about twenty different plants, which adds up to almost 10 million cubic metres per year, but comparing to other types of renewable energy, its potential is much higher. At the moment, biogas is mainly used in thermal energy, but when upgrading to biomethane, it can also be used as fuel gas for machinery. In Estonian transportation business, the percentage of fuel coming from alternative renewable energy sources is under 1%. By new legislations, in the year 2020 this number should be at least 10%. It is certain that biomethane can help Estonia to reach its goals. Biogas processing consists of pre-processing, anaerobic digesting, impurity removing and post-processing of effluent, if necessary. Biogas production technologies may be divided differently, but there are two main processes - mesophilic and thermophilic digestion. When upgrading biogas to biomethane for transportation use, specific cleaning process is required. Appropriate technology must be selected in compliance with surrounding environment and conditions: • selexol adsorbtion; • water washing; • pressure swing adsorption; • amine gas treating; • membrane separation; • cryogenic separation. After anaerobic digesting, biogas leaves a residue, which is called digestate. Biogas digestate consists mainly of nitrogen, phosphorus, potassium and sulfur. Depending on the raw material and residues future purpose, the digestate may need post-processing. Digestate is mainly stored in slurry storage or single purpose digestate storage, which has to be covered so the emission could not escape. The digestate storage has to be big enough to storage residue for a long period of time. According to legislation, using digestate on fields is prohibited in between December 1 and March 31. In Estonia, digestate is mainly used as fertilizer, so it has to pass the quality check. Using fertilizer that contains hazardous ingredients may be harmful to the environment or living beings. But using a good quality fertilizer will bring profit to the farmer and biogas producer. It has been proven, that using fertilizer made from digestate is more efficient than raw manure. Nonetheless, digestate fertilizer is not easy to transport, and it is not beneficial to drive it further than 10 km. In addition to fertilizers, digestate can also be used in algae treatment. Algae recycles carbon dioxide emissions, uses digestates excess heat, reduces odour and produces new biogas raw material. Digestate components allow algae to produce biomass which is rich in oil in its cells, that can later be used as fuel in transportation – biodiesel. In Estonia, due to the climate, using micro-algae instead of macro-algae is recommended. By using a digestate dryer, water content of the digestate can be reduced. From the dry mix, it is possible to produce granulated fertilizer or pellets for thermal energy, depending on the raw material that was used for producing biogas. To use everything that biogas digestate has to offer, Estonia should take an example of Western Europe and experiment with such successful projects as digestate drying or algae treatment. Making granulated fertilizer from biogas digestate is feasible and practical, because there will be no residue. Granulated fertilizer can be easily packaged and is suitable for transport. After packaging the fertilizer could be distributed in small bags to the supermarkets or in bigger bags straight to agricultural enterprises. As for biogas producer, that kind of behavioural pattern would lead to much bigger profit, while also eliminating digestate residue utilization fees.

Item Type: thesis
Advisor: Ahto Oja
Subjects: Technoecology > Technology and Waste Management
Divisions: Institute of Circular Economy and Technology > Environmental Technology and Management
Depositing User: Ann - Riin Ridbeck
Date Deposited: 17 Jun 2015 06:08
Last Modified: 17 Jun 2015 06:08
URI: http://eprints.tktk.ee/id/eprint/977

Actions (login required)

View Item View Item