Metaanin tuoton tehostaminen hiilidioksidilla anaerobisessa biokaasun tuotantoprosessissa : hiilidioksidin kierrätys biokaasuprosessissa

Abstract

Bioperäisistä raaka-aineista vapautuvan biogeenisen hiilidioksidin talteenotto ja hyödyntäminen on tunnistettu merkittäväksi keinoksi ilmastomuutoksen hillitsemisessä (Kärki et al. 2018, 3). Hiilineutraali yhteiskunta voidaan saavuttaa entistä nopeammin hyödyntämällä bioperäisillä raaka-aineilla tuotettuja polttoaineita kuten metaania sekä pidentämällä hiilidioksidikiertoa niiden valmistamisessa. Aikaisempi tutkimus on osoittanut hiilidioksidin käytöllä positiivisia vaikutuksia biopohjaisen materiaalin hajoamisnopeuteen ja metaanin tuotantoon pienen mittakaavan biokaasureaktoreissa. Biokaasureaktoreiden tuottama kaasu sisältää suuria määriä hiilidioksidia, joten se voi toimia jo itsessään pistemäisenä CO2 lähteenä. Tässä tutkimuksessa keskityttiin anaerobisesti tuotetun biokaasun tuotantoon ja sen sisältämän metaanin tuotannon tehostamiseen hiilidioksidilla laboratoriomittakaavan demonstraatiokokeella. Tutkimuksen tulokset vahvistivat aikaisempaa käsitystä hiilidioksidin kuplituksen hyödyistä AD-prosessissa. Koelaitteiston rikkoutumisesta aiheutuneesta lyhyestä koeajasta huolimatta metaanin kumulatiivinen saanto kasvoi kuplitettavassa reaktorissa noin 10,5 % anaerobisen mädätysprosessin käynnistämisen aikana verrattuna referenssinä toimivaan kontrollireaktoriin. Kuplituksella havaittiin myös reaktorin pH:ta laskeva vaikutus.

The capture and utilization of biogenic carbon dioxide from bio-derived raw materials has been identified as a significant means of curbing climate change (Kärki et al. 2018, 3). A carbon-neutral society can be achieved even faster by utilizing bio-derived raw materials produced fuels, such as methane, and by extending the carbon dioxide cycle in their production. Previous research has shown positive effects of using carbon dioxide on the rate of decomposition of bio-based material and methane production in small-scale biogas reactors. The gas produced by biogas reactors contains large amounts of carbon dioxide, so it can act as a valuable point source of CO2. This study focused on the anaerobically produced biogas and the enhancement of the production of the methane it contains with carbon dioxide in a laboratory-scale demonstration experiment. The results of the study confirmed the earlier understanding of the benefits of carbon dioxide bubbling in the AD-process. Despite the short test period caused by the breakdown of the test equipment, the cumulative production of methane at the CO2 bubbling in the reactor increased by about 10.5 % during the start of the anaerobic digestion process compared to the reference control reactor. Bubbling also had a lowering effect on the pH of the reactor.