Anaerobinen mädätys – arvon luominen jätteestä

Jätteet ovat yksi ihmiskunnan suurimmista haasteista. Koko ajan kehitetään kuitenkin uusia tapoja vähentää ja kierrättää jätteitä – lähes kaikille jätetyypeille löytyy kierrätystaloudessa uusia väyliä erilaisissa materiaali- ja ravinnekierroissa. Samalla kasvaa biokaasuksi, mädätteeksi, jätevedeksi ja muiksi sivutuotteiksi anaerobisella mädätyksellä käsitellyn biojätteen määrä. Näitä voidaan käyttää monien muiden tuotteiden valmistuksessa. Tässä julkaisussa tarkastelemme lähemmin biokaasuteollisuuden perusteita sekä sitä, miten se auttaa meitä saamaan arvoa jätteistä.

Mitä on biokaasu ja anaerobinen mädätys?
Biokaasu on anaerobisen mädätyksen tuloksena saatava kaasuseos, jossa on metaania, hiilidioksidia ja joitakin jäämäkaasuja. Seoksen koostumus voi vaihdella, mutta yleensä noin 60–65 tilavuusprosenttia on metaania ja 30–35 prosenttia hiilidioksidia. Muiden kaasujen pitoisuudet mitataan ppm-tasolla. Biokaasu tuotetaan anaerobisella mädätyksellä, ja mädättimestä poistuvan raakakaasun vesipitoisuus on riippuvainen bakteeriprosessista. Suhteellinen kosteus mädättimessä on yleensä 100 %.

Anaerobinen mädätys
Anaerobinen mädätys on entsyymiprosessi, joka vaatii anaerobiset olosuhteet sekä useita eri mikrobityyppejä, joista jokaisella on olennainen rooli kokonaisprosessissa. Mädätys alkaa hydrolysaatiolla, jossa proteiinit, hiilihydraatit ja lipidit hajotetaan pienemmiksi osiksi. Seuraavaksi nämä osat muutetaan happokäymisellä haihtuviksi rasvahapoiksi, ja prosessissa muodostuu myös ammoniakkia (NH₃), hiilidioksidia (CO₂) sekä rikkivetyä (H₂S). Happokäymisessä osa haihtuvista rasvahapoista muuttuu etikkahapoksi (CH₃COOH), vedyksi (H₂) ja hiilidioksidiksi. Näistä on hyötyä metanogeneesivaiheessa, jossa bakteerit tuottavat metaania (CH₄) erilaisilla biokemiallisilla prosesseilla.

Biokaasutyypit
Biokaasu luokitellaan kansainvälisen energiayhteisön (IEA) mukaan ja yleisemminkin alkuperän ja raaka-aineena käytettyjen jätteiden mukaan sekä sen mukaan, kuinka jätteet käsitellään:

• Viemärijätekaasu: jäteveden käsittelystä saadun viemärijätteen metanointi
• Kaatopaikkakaasu: ongelmajätteettömästä kaatopaikkajätteestä muodostettu kaasu
• Muu biokaasu: kasviperäisen aineksen tai muun ei-ongelmajätteen metanointi

Tuloillaan on myös neljäs mielenkiintoinen alaluokka: biokaasu lämpöprosesseista. Tällä tarkoitetaan biokaasun tuottamista pyrolyysin tai kaasuunnuksen avulla kiinteästä biomassasta, joka on pääasiassa metsäteollisuusjätettä ja käymiskykyistä kotitalousjätettä. Tässä prosessissa syntyy vetyä (H₂) ja häkää (CO), jotka voidaan muuntaa synteettiseksi biokaasuksi korvaamaan maakaasua. EurObserv’Er on lajitellut tämäntyyppisen biokaasun ”muu biokaasu” -luokkaan.

Miksi biokaasua tuotetaan?
Pääsyitä biokaasun tuottamiselle on kaksi: Ensinnäkin valtiot haluavat käsitellä biojätettään ympäristöystävällisesti ja palauttaa ravinteet orgaanisesta jätteestä maatalouden käyttöön mädättämällä ja kompostoimalla jätteen. Toiseksi biokaasu toimii uusiutuvana energianlähteenä, jota voidaan käyttää monella tavalla. Yleisin ratkaisu on tuottaa mädätyslaitoksessa sekä lämpöä että sähköä CHP (combined heat and power) -moottoreilla. Biokaasua myös yhä yleisemmin puhdistetaan ja muunnetaan biometaaniksi, jota voidaan jaella joko maakaasuverkossa tai nesteytettynä maakaasuna. Biometaania voidaan siten käyttää vihreänä vaihtoehtona, joka tukee siirtymää kohti biogeenistä hiilisykliä.

Jotkut tutkijat pitävät biokaasun tuotantoa tapana kasvattaa varallisuutta ja hyvinvointia maaseudulla, jossa orgaaninen jäte on luonnollinen ja uudistuva resurssi. Vaikka biokaasun tuotanto on vain yksi askel matkalla kohti fotosynteesipohjaista energiaa pitkällä aikavälillä, sen mahdollisuudet ja tarve sille ovat suuret tulevina vuosikymmeninä erityisesti alueilla, joissa aurinko- ja tuulivoima eivät ole käyttökelpoisia vaihtoehtoja.

Haluatko tietää lisää Vaisalan roolista biokaasualalla? Lue lisää osoitteesta www.vaisala.fi/biogas.

Lähteet:
- EurObserv’Er. https://www.eurobserv-er.org.
- Caruana, D. & Olsen, A. 2011. Anaerobic Digestion. Nova Science Publishers. ProQuest Ebook Central Academic Complete International Edition.