Biokaasutuotannon tehostamista ja sen merkitystä kestävän kehityksen näkökulmasta tutkivassa opinnäytetyössä selvisi, että biokaasuntuotantoa saatiin tehostettua noin 26 % hivenainelisien avulla. Suurempi tuotanto tarkoitti käytännössä pienempää nestekaasun tarvetta ja vähensi fossiilisien polttoaineiden tarvetta elintarviketeollisuudessa.

Työn toimeksiantajana toimi Eurotrading Oy, jonka toimialaan kuuluvat biokaasulaitosten apuaineet ja maatalouden ruokintaratkaisut. Työssä tehtiin yhteistyötä Schaumann Bio-Energy Consult GmbH:n ja ISF Analytics GmbH:n kanssa, joissa analysoitiin lietenäytteet ja valmistettiin hivenainelisät. Tapaustutkimuksena tehdyssä opinnäytetyössä tarkasteltiin biokaasulaitoksen tilaa ja tuotantoa kolmen kuukauden ajan. Empiirinen aineisto koostui laboratorioanalyyseistä, tuotantotiedoista, asiantuntijan kommenteista ja kyselyaineistosta. Käytettävä hivenaineseos räätälöitiin alkuanalyysien perusteella biokaasulaitoksen tarpeisiin vastaavaksi. Biokaasutuotannon kehitystä seurattiin hivenaineseoksen käytön aikana. Lietenäytteet analysoitiin ennen hivenaineiden käyttöä alkuvaiheessa, tutkimuksen keskivaiheella ja lopussa. Tutkimuksen teoreettinen tietopohja perustui kirjallisuuteen, aikaisempiin tutkimuksiin ja muihin julkaisuihin.

Tapaustutkimuksen kohteena oli suomalainen, elintarviketeollisuuden yhteydessä toimiva biokaasulaitos, joka tuottaa elintarviketeollisuuden sivuvirroista biokaasua ja siitä edelleen höyryä uusien tuotteiden valmistukseen. Toiminta mahdollistaa elintarvikelaitokselta syntyvän hukan hyödyntämisen ja jätteen minimoinnin kiertotalouden periaatteiden mukaisesti. Biokaasulaitoksen pääasialliset syötteet ovat elintarviketeollisuuden sivuvirtana saatava liha-luumassa ja maatalouden sivutuotteena syntyvä lehmän lietelanta. Elintarviketeollisuuden liha-luumassa luo prosessille biologisia ja mekaanisia haasteita. Tutkimuksen aikana havaittiin biokaasulaitoksella korkeat ammoniakkipitoisuudet. Korkeat ammoniakkipitoisuudet ovat yleisiä proteiinipitoisissa ja eläinperäisiä lietteitä sisältävissä syötteissä ja liiallisella ammoniakkipitoisudella on prosessia häiritseviä vaikutuksia (Al Seadi ym. 2008, 27.)

Biokaasu on anaerobisten bakteerien tuottamaa kaasuseosta, joka syntyy orgaanisien materiaalien hajoamisesta hapen puutteessa. Biokaasun tärkeimmät hyödyt ovat uusiutuvan energian tuotanto, jätteen määrän ja patogeenien vähentäminen, orgaanista ainetta sisältävän jätteen muuntaminen korkealaatuiseksi lannoitteeksi, kasvillisuuden, maan ja veden suojeleminen sekä tuottavuuden lisääminen karjataloudessa ja maataloudessa (Jameel ym. 2024). Biokaasun tuotanto on mikrobiologinen prosessi, jossa ravinteiden tasapainolla on merkitystä prosessin toimivuuteen. Anaerobiseen prosessiin tarvitaan riittävästi makroravinteita ja mikroravinteita, sillä niiden puutostilat vaikuttavat hajoamisen tehokkuuteen. Biokaasun tuotantoon hyödynnettävät orgaaniset jätteet sisältävät yleensä kaikkia mikrobien tarvitsemia ravinteita, mutta ne eivät välttämättä ole oikeassa tasapainossa, jolloin myöskään hajoaminen ei ole optimaalista. Ravinteiden riittämätön saanti voi aiheuttaa esteitä ja häiriöitä tuotannossa ja vähentää tuotannon tehokkuutta. (Al Seadi ym. 2008, 27). Aikaisempien tutkimuksien mukaan hivenaineilla voi olla estäviä, stimuloivia tai myrkyllisiä vaikutuksia anaerobiselle hajoamiselle riippuen aineiden pitoisuuksista (Matheri, Belaid, Ngila 2016, 5).

Tutkimuksen tulokset tukivat aikaisempia tutkimuksia, joiden mukaan biokaasuntuotantoa oli saatu tehostettua vehnää ja eläinten lantaa sisältävillä syötteillä sekä elintarvikejätteistä koostuvilla syötteillä (Nordell, Nilsson, Nilsson Påledal, Karisalmi & Moestedt 2016, Zhang, Zhang & Li 2015.). Uutta tietoa saatiin siitä, että kaasun tuotanto tehostui haasteellisesta syötepohjasta ja korkeasta ammoniakkipitoisuudesta huolimatta. Kestävyysnäkökulmasta tulokset tämä tarkoittivat sitä, että olemassa olevia syötteitä voitiin hyödyntää tehokkaammin ja kiertotalouden raaka-aineesta saatiin tuotettua enemmän arvoa. Tehostetun biokaasutuotannon myötä saatiin enemmän biokaasulla tuotettua höyryä elintarviketeollisuuden tarpeisiin, mikä vähensi fossiilisten polttoaineiden tarvetta ja niistä aiheutuvia hiilidioksidipäästöjä.

Tapaustutkimuksen aikana biokaasuntuotannossa käytetyt syötteet, niiden suhteet ja määrät vaikuttivat tuotantomäärään. Alkuvaiheessa syötteenä käytettiin enemmän lietelantaa ja loppuvaiheessa puolestaan enemmän elintarviketeollisuuden sivuvirtoja. Lietelannalla on matalampi kaasuntuottopotentiaali, kuin käytetyllä elintarviketeollisuuden sivuvirralla. Syötteen määrää nostettiin myös tutkimuksen aikana. Alkutilanteeseen nähden loppuvaiheessa biokaasuntuotto syötekiloa kohden nousi 125 %, josta suurin osa johtui syötteiden muutoksesta. Biokaasutuotto ja metaanipitoisuus vaihtelevat syötteen koostumuksen mukaan (Kymäläinen & Pakarinen 2015, 21.) Lehmän lannan biokaasuntuotto on 15–20 m³ märkäpainoltaan tuhatta syötekiloa kohden, biojätteen tuotto on 150–250 m³ ja teurastamojätteen 250 m³ (Luoma, Peltonen, Helin & Teräväinen 2006, 69.) Syötteiden kaasuntuottopotentiaalien avulla laskettiin, minkä verran kaasuntuotannon noususta voidaan selittää muutoksilla syötteissä, minkä jälkeen jäävä osa voidaan selittää hivenainelisien tuomaksi eduksi. Näin ollen 26 % biokaasutuotannon tehostumisesta voitiin selittää aiheutuneen hivenainelisien vaikutuksesta.

Biokaasutuotannon tehostumisen kautta voitiin korvata fossiilisista lähteistä peräisin olevaa nestekaasua, mikä aiheutti 981,32 tonnin vähennyksen hiilidioksidipäästöihin. Tämä vastaa noin 127 suomalaisen vuotuisia hiilidioksidipäästöjä. Lähtötilanteessa tuotannon ollessa 753 m³/vrk hiilidioksidipäästöjä biokaasun käytön myötä saatiin 392,42 tonnia mikä vastaa noin 51 suomalaisen vuotuisia hiilidioksidipäästöjä. Päästökertoimena on 7,7 tonnia, mikä on Suomen ympäristökeskuksen laskema kansalaisten yksityisestä kulutuksesta aiheutuva hiilijalanjälki vuonna 2021. (STT 2024). Laskelmassa ei ole huomioitu biokaasuntuotannon aiheuttamia päästöjä.

Kirjoittajat:

Tea Martikainen, Kestävän tulevaisuuden asiantuntija YAMK-tutkinnon opiskelija, Savonia ammattikorkeakoulu

Maria Luojus, kestävän tulevaisuuden yliopettaja, Savonia ammattikorkeakoulu

Anssi Suhonen, lehtori, Savonia ammattikorkeakoulu

LÄHTEET

Al Seadi, T., Rutz, D., Prassl, H., Köttner, M., Finsterwalder, T., Volk, S. & Janssen, R. 2008. Biogas handbook. Julkaisija: Etelä-Tanskan yliopisto Esbjerg. Saatavissa: http://www.lemvigbiogas.com/BiogasHandbook.pdf. Viitattu 16.4.2024.

Jameel, M., Mustafa, M., Ahmed, H., Mohammed, A., Ghazy, H., Shakir, M., Lawas, A., Moham-med, S., Idan, A., Mahmoud, Z., Sayadi, H. & Kianfar, E. 2024. Biogas: Produc-tion, properties, ap-plications, economic and challenges: A review. Artikkeli. https://doi.org/10.1016/j.rechem.2024.101549. Viitattu 20.12.2024.

Kymäläinen, M. & Pakarinen O. 2015. Biokaasuteknologia, Raaka-aineet, prosessointi ja lopputuot-teiden hyödyntäminen. Suomen Biokaasu ry. Hämeen ammattikorkeakoulu. Forssa Print Oy. https://www.theseus.fi/handle/10024/104180

Luoma, H., Peltonen, S., Helin, J. & Teräväinen H. 2006. Maatilayritysten bioenergiantuo-tanto. ProAgria Maaseutukeskusten Liiton julkaisuja nro. 1027, ISSN 0789-9661. Kirjapaino Otava, Keuruu 2006.

Matheri, N. Anthony, M., Belaid, M., Seodigeng T. & Ngila, J. 2016. The Role of Trace El-ements on Anaerobic Co-digestion in Biogas Production. Proceedings of the World Con-gress on Engineer-ing 2016 Vol II. June 29 – July 1, 2016, London, U.K. https://www.iaeng.org/publication/WCE2016/WCE2016_pp784-789.pdf

Nordell, E., Nilsson, B., Sören Nilsson Påledal, S., Karisalmi, K. & Moestedt, J. 2016. Co-digestion of manure and industrial waste – The effects of trace element addition. Science direct. Waste Management. Volume 47, Part A, January 2016, Pages 21-27. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2015.02.032. Viitattu 3.1.2025.

STT 2024. Oy Suomen Tietotoimisto. Suomalaisten kulutuksen hiilijalanjälki miltei puolittu-nut 2000-luvulla 14 hiilidioksiditonnista 7,7 tonniin. Tiedote 11.4.2024. https://www.sttinfo.fi/tiedote/70136371/suomalaisten-kulutuksen-hiilijalanjalki-miltei-puolittunut-2000-luvulla-14-hiilidioksiditonnista-77-tonniin?lang=fi. Viitattu 21.2.2025.

Zhang, W., Zhang, L. & Li, A. 2015. Enhanced anaerobic digestion of food waste by trace metal elements supplementation and reduced metals dosage by green chelating agent [S, S]-EDDS via improving metals bioavailability. Science direct. Volume 84. Pages 266-277. https://doi.org/10.1016/j.watres.2015.07.010. Viitattu 3.1.2025.