Elintarviketeollisuudessa syntyy biopohjaisina sivuvirtoina mm. panimoiden mäskiä, joihin sitoutuneen energian hyödyntäminen olisi erittäin tärkeää, sillä ruoantuotannon oletetaan kasvavan kulutuksen myötä.

Biosfääri-hankkeessa biopohjaisia sivuvirtoja tarkastellaan arvokkaina raaka-aineina uusien tuotteiden tuottamiseksi. Kuopiolaisen panimon oluen tuotannon sivuvirtana syntyvälle mäskille löydettiin hankkeessa potentiaalinen hyötykäyttövaihtoehto eläintenrehuna.

Tämän lisäksi selvitettiin sivuvirtana syntyvän mäskin energiapotentiaali ja vaihtoehtoisesti sen mahdollisuus korvata fossiilisia polttoaineita, kuten esimerkiksi tässä maailman tilanteessa paljon puhuttu maakaasu.

Mäskin potentiaalia biopolttoaineena lähdettiin tutkimaan lyhyen viipymäajan omaavalla pimeäfermentaatiolla, joka tekniikkana soveltuu hyvin biovedyn tuottamiseen biopohjaisista aineksista. Samalla haluttiin myös testata esikäsittelyn vaikutusta vedyntuotantoon. Pimeäfermentaatiossa bakteerit hajottavat anaerobisesti orgaanista-ainesta muodostaen lopputuotteena happoja, biovetyä ja hiilidioksidia. Vedyntuottopotentiaalia pimeäfermentaatiolla tutkittiin esikäsittelemättömällä mäskillä, happokäsitellyllä mäskillä sekä emäskäsitellyllä mäskillä.

Happo- ja emäskäsittelyn on todettu edesauttavan suurten molekyylien, kuten lignoselluloosan liukenemista tuhoten polymeerisidoksia ja parantaen näin raaka-aineen saatavuutta mikrobeille ja biohajoavuuden tehostumista. Mäskin happoesikäsittely suoritettiin autoklavoimalla rikkihapon avulla, emäskäsittely taas suoritettiin natriumhydroksidi uuton avulla lasipulloissa, sekoittaen pullojen sisältöä 24 tunnin ajan. Happo- ja emäskäsittelyn jälkeen kiinteäaines siivilöitiin nesteestä pois ja nesteen pH säädettiin halutulle tasolle. Sekä happo- että emäskäsitellyn mäskin kohdalla fermentoreiden syötteenä käytettiin siivilöinnistä jäljelle jäänyttä liuosta, johon mikrobien käyttöön soveltuvan ravinnon oletettiin liuenneen.

Mäskin vedyntuottopotentiaalille ei löytynyt kirjallisuudesta referenssiarvoja. Esikäsittelemättömän mäskin keskiarvoinen vedyntuottopotentiaali oli 5,99 ml/gVS. Happokäsitellyn mäskin keskiarvoinen vedyntuottopotentiaali taas oli 3,21 ml/gVS ja emäskäsitellyn mäskin kohdalla keskiarvoinen vedyntuottopotentiaali oli 2,31 ml/gVS.

Esikäsittelyllä ei tässä tapauksessa ollut edesauttavaa merkitystä vedyntuotossa pimeäfermentaation avulla, sillä paras vedyntuottopotentiaali saavutettiin esikäsittelemättömällä mäskillä, esikäsittelemättömän mäskin päiväkohtainen paras vedyntuotto oli 14,60 ml/gVS, joka vastaa 350 kWh energiana jokaista tonnia orgaanista ainesta kohden. Luultavasti esikäsittelyn avulla ei saatu liuotettua kaikkea mikrobeiden hyödynnettäväksi kelpaavaa ainesta.

Biovedyntuottopotentiaalin lisäksi haluttiin selvittää mäskin biokaasuntuottopotentiaali pidemmän viipymäajan biokaasupullopanoskokeilla, jossa mikro-organismit hajottavat orgaanista ainesta hapettomissa olosuhteissa, muodostaen metaania anaerobisen hajoamisen viimeisessä vaiheessa eli metanogeneesissä. Biokaasupanoskokeissa ymppinä käytettiin biokaasulaitoksen käsittelyjäännöstä ja koe toteutettiin mesofiilisena lämpökaapeissa kolmella rinnakkaisella panospullolla.

Biokaasupanoskokeissa mäskin metaanintuottavuus oli 114 m³ CH₄/tFM, jokaista tuoretonnia kohden. Tämä vastaa 1 140 kWh energiana eli 3,3 kertaa enemmän kuin vedyntuotannossa. Vastaavasti karjanlannasta tyypillisesti saatava metaanintuottavuus on tasoa 7-14 m³ CH₄/tFM, jokaista tuoretonnia kohden vastaten energiana 70-140 kWh. Mikrobit pystyvät hyödyntämään mäskin ravintonaan parhaiten pitkän viipymän omaavassa biokaasun märkämädätyksessä mäskin hajotessa hyvin hitaasti ja sen sisältäessä suuria ja vaikeasti hajoavia yhdisteitä.

Kirjoittajat:

Eevi Minkkinen, testausinsinööri
Maarit Janhunen, tki-asiantuntija
Harri Auvinen, tutkimus- ja kehityspäällikkö

Bio- ja kiertotalouden vahvuusala, Savonia-ammattikorkeakoulu