Biogaas

Allikas: Vikipeedia
Zirli reoveepuhastusjaama biogaasi mahuti ja koostootmisseade Austrias

Biogaas ehk käärimisgaas on suure metaanisisaldusega gaas, mis tekib, kui mikroorganismid taimse ja loomse päritoluga heitmeid anaeroobselt lagundavad[1]. See koosneb peamiselt metaanist CH4 (45–70%) ja süsinikdioksiidist CO2 (30–55%), vähesel määral sisaldub biogaasis lämmastikku N2, divesiniksulfiidi H2S ja teisi gaase[2].

Biogaasi toodetakse biolagunevatest materjalidest: loomasõnnikust, reoveesettest, erinevatest taimse biomassi allikatest, toiduainetööstuse jäätmetest ja teistest biojäätmetest. Levinud on mitme tooraine kooskääritamine suurema produktsiooni saavutamiseks.[3] Lisaks on biogaasi võimalik koguda prügilatest prügilagaasina.[4]

Biogaasi põhikomponent metaan on energiakandja, mille põlemisel energia vabaneb. Seetõttu on biogaasist võimalik soojuse ja elektri koostootmisseadme abil toota nii elektri- kui soojaenergiat. Tehniliselt puhastatud biogaasi ehk biometaani saab kasutada mootorikütusena ning suunata üldisesse maagaasivõrku, kui selle kvaliteet vastab loodusliku maagaasi standarditele.[4]

Kuna biogaasi saadakse taastuvate looduslike materjalide bioloogilisel lagundamisel, siis on see taastuvenergiaallikas ning biogaasi tootmisele rakenduvad paljudes riikides taastuvenergia toetused.

Tootmine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Biogaas tekib orgaanilisest ainest anaeroobsel lagundamisel. See protsess toimub biogaasi reaktorites, aga ka looduslikult soode ja järvede põhjas, mäletsejate maksas ning prügilates, kus hapniku juurdepääs lagundatavale ainele on takistatud. Orgaanilisest materjalist tekib anaeroobsel lagundamisel biogaas ja kääritusjääk. Erinevalt aeroobsest kompostimisest vabaneb protsessis väga vähe soojust, sest energia seotakse tekkiva metaani koosseisu.[2]

Anaeroobne lagundamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Anaeroobne lagunemine toimub neljaetapiliselt mikroorganismide elutegevuse tulemusena. Esimene etapp on terve reaktsiooni kiirust limiteeriv[5] hüdrolüüs, mille käigus lõhutakse keerukad orgaanilised ühendid väiksemateks molekulideks: suhkruteks, rasvhapeteks, aminohapeteks. Hüdrolüüsi teostavad obligatoorsed anaeroobid või fakultatiivsed anaeroobid eksoensüümide toel. Teises etapis ehk atsidogeneesis toodavad fermentatiivsed bakterid hüdrolüüsi produktidest lenduvaid orgaanilisi happeid (äädikhapet, propioonhapet, võihapet), eralduvad süsihappegaas CO2 ja vesinik H2, vähesel määral tekib alkohole ja piimhapet. Kolmandas atsetogeneetilises etapis toodavad bakterid moodustunud hapetest ja alkoholidest äädikhappe, süsihappegaasi ja vesiniku. Metaan CH4 tekib viimases ehk metanogeneesi etapis metanogeenide elutegevuse tulemusel peamiselt vesinikust ja süsinikdioksiidist, aga ka teistest vaheproduktidest. Seega on orgaanilise aine anaeroobseks lagundamiseks vaja nelja mikroorganismide gruppi, mis teostavad reaktsiooni erinevaid etappe.[6]

Biogaasijaam[muuda | redigeeri lähteteksti]

Biogaasijaam koosneb jäätmete vastuvõtu seadmetest, substraadi eelsäilitusmahutitest ja segamismahutitest, biogaasireaktorist, kääritusjäägihoidlast, gaasihoidlast ja gaasi kasutamise seadmetest. Pärast jäätmete vastuvõttu ja segamist suunatakse substraat biogaasireaktorisse, kus toimub anaeroobse lagundamise protsess. Tekkiv biogaas juhitakse gaasihoidlasse ja sealt gaasi kasutamise seadmesse, milleks on enamasti koostootmisjaam soojuse ja elektri valmistamiseks. Reaktoris tekkiv kääritusjääk ladestatakse hoidlasse ning seda saab kasutada põllumajandusliku väetisena.[7]

Biogaasi tootmistehnoloogiad reaktoris jaotatakse mitmeks tüübiks. Substraadi kuivainesisalduse alusel eristatakse kuiv- ja märgkääritamist, protsessi temperatuuri alusel jagatakse reaktorid psühro-, meso- ja termofiilseteks. Sõltuvalt anaeroobse lagundamise etappide lahutatusest reaktori eri osades esinevad üheetapiline ehk astmeline, kaheetapiline ja kolmeetapiline tootmistehnoloogia. Vastavalt substraadi lisamise korrale eristatakse katkevat, osaliselt katkevat ja katkematut ehk pidevat täitmisviisi.[2]

Anaeroobse lagundamise protsessis on olulised mitmed keskkonnatingimused, mille sobivusest sõltuvad reaktsiooni toimumine ja biogaasi teke. Hapniku kontsentratsioon reaktoris peaks olema võimalikult väike, et tagada mikroobidele anaeroobsed elutingimused. Protsess toimub erinevatel temperatuuridel: psührofiilse tehnoloogia korral on temperatuur reaktoris ligikaudu 25 ºC, mesofiilses reaktoris 32–42 ºC, termofiilses reaktoris 50–57 ºC. Kõige levinumad on mesofiilsed reaktorid, kus on tagatud kõrge gaasi produktsioon ja tootmisprotsessi stabiilsus suhteliselt madala reaktori kütmisvajaduse juures. Lisaks tuleb jälgida pH väärtust reaktoris, piisava koguse substraadi olemasolu ja võimalike inhibiitorite (ammooniumioon NH4+, divesiniksulfiid, raskmetallid jt) kontsentratsiooni.[2]

Prügilagaasi kogumine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Prügilagaas tekib niiskete orgaaniliste jäätmete lagunemisel prügila anaeroobsetes tingimustes[4]. Õhuhapniku ligipääs sügavamal asuvatele kihtidele on raskendatud, mistõttu saavad seal elada anaeroobsed mikroobid, kes toodavad elutegevuse käigus gaasi. Gaasi kogumissüsteemi puudumisel vabaneb tekkiv prügilagaas õhku, kuid uutes prügilates on sisse ehitatud vastav kogumistorustik. Prügilagaas on koostiselt sarnane biogaasiga, kuid sisaldab vähesel määral ka teisi, peamiselt kloori-, fluori- ja väävliühendeid, mis võivad olla kantserogeensed. Prügilagaasi lendumisel levib ebameeldiv lõhn, keskkonda vabanevad tervist kahjustavad ja plahvatusohtlikud ained, eralduvad süsinikdioksiid ja metaan, mis on kasvuhoonegaasid. Prügilagaasi kogumisel ja käitlemisel toodetakse sellest energiat ning hoitakse ära nimetatud negatiivsed nähtused.[8]

Koostis[muuda | redigeeri lähteteksti]

Biogaasi koostis[3]
Ühend Keemiline valem Kontsentratsioon
Metaan CH4 50–75 mahuprotsent
Süsinikdioksiid CO2 25–45 mahuprotsent
Vesi H2O 2–7 mahuprotsent
Divesiniksulfiid H2S 20–20000 ppm
Lämmastik N2 < 2 mahuprotsent
Vesinik H2 < 1 mahuprotsent
Hapnik O2 < 2 mahuprotsent

Biogaasi koostis varieerub sõltuvalt selle tootmisprotsessist. Prügilagaasis ulatub metaani kontsentratsioon ca 50%[9], nüüdisaegsed jäätmekäitlustehnoloogiad suudavad toota 50–75% metaanisisaldusega biogaasi, mille puhastamisel on võimalik saavutada maagaasiga võrdväärne metaanisisaldus. Liigne divesiniksulfiidi sisaldus biogaasis on probleem energia tootmisel, sest see tekitab gaasimootorite korrosiooni[2]. Toodetud biogaas sisaldab lisandina veeauru, mille mahuprotsent sõltub kääritusreaktsiooni temperatuurist. Õhuniiskuse ja soojuspaisumise tõttu tekkiva gaasikoguse vea parandamiseks kasutatakse matemaatilist algoritmi, mille tulemusel saadakse kuiva biogaasi standardiseeritud produktsioon.[10]

Kasutamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Biogaasi põletamisel vabaneb energia, mida iseloomustab biogaasi kütteväärtus 5–7 kWh/m3[4]. Biogaasi kasutatakse elektri tootmiseks sisepõlemismootorites, mis on ühendatud elektrigeneraatoriga, võimalik on kasutada ka mikrogaasturbiine, kütuseelemente ja stirling- ehk välispõlemismootoreid. Alternatiiv on biogaasi kasutamine katlakütusena sooja tootmiseks või mõlema energialiigi koostootmine soojuse ja elektri koostootmisjaamas. Puhastatud biogaasi ehk biometaani saab kasutada transpordivahendite biokütusena või suunata seda maagaasivõrku üldiseks tarbimiseks.[2]

Kääritusjääki on võimalik kasutada põllumajandusliku väetisena. Tooraine anaeroobsel lagundamisel väheneb oluliselt materjali süsinikusisaldus, kuid säilivad taimedele olulised mineraalsed lämmastik ja fosfor. Seega on kääritusjäägi väetavad omadused paremad kui biogaasi võimalikul toormaterjalil loomasõnnikul. Kääritusjäägi reaalne kasutamine põllumajanduses on reguleeritud piirkonna seadusandlusega, sest olulised on väetamise õige ajastus, sobiva laotamistehnoloogia valik ja väetise optimaalne kogus. Suurt tähelepanu juhitakse kääritusjäägi sanitaarsusele, sest tuleb tagada võimalike patogeenide eemaldamine enne kääritusjäägi põllule laotamist. Peamised patogeenide allikad biogaasi tootmisel on substraadina kasutatavad loomasõnnikud.[11]

Biogaas Eestis[muuda | redigeeri lähteteksti]

Eesti Biogaasi Assotsiatsiooni EBA hinnangul on Eesti reaalne majanduslik biogaasi potentsiaal koos prügilagaasiga ligikaudu 500 mln Nm3/a (2012. aasta seisuga), millest saaks toota 300 mln Nm3 98% metaanisisaldusega biometaani aastas. 2010. aastal toodeti Eestis biogaasi 13,13 mln Nm3/a ehk 2,6% reaalsest kasutatavast biogaasi potentsiaalist.[4]

Eestis toodavad biogaasi AS Tallinna Vesi Paljassaare reoveepuhasti, AS Narva Vesi reoveepuhasti, OÜ Saare Economics Jööri, Salutaguse Pärmitehase reoveepuhasti, Aravete Biogaas OÜ ja AS Kuressaare Veevärk. Lisaks kogutakse prügilagaasi Väätsa, Jõelähtme, Pääsküla ja Paikuse prügilas. Nimetatud asutused kasutavad biogaasi sooja ja elektrienergia tootmiseks. Tartu Aardlapalu prügilas tehakse ettevalmistusi prügilagaasi kasutamiseks mootorikütusena Tartu linna surugaasibussides, valmimisel on Tartu Veevärgi biogaasireaktor ja mitmed väiksemad biogaasijaamad[4]. 2013 käivitusid ka Vinni ja Oisu biogaasi jaamad, mis kasutavad toormena veise- ja sealäga ning sõnnikut.

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. Säästva arengu sõnaseletusi. „Biogaas“ Säästva Eesti Instituut, SEI Tallinn (vaadatud 5.10.2012)
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 „Biogaasi tootmine ja kasutamine. Käsiraamat“ Eesti Põllumeeste Keskliit, Tartu 2009
  3. 3,0 3,1 „Biogaasi toorained“ Eesti Biogaasi Assotsiatsioon (vaadatud 5.10.2012)
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 „Mis on biogaas“ Eesti Biogaasiportaal (vaadatud 5.10.2012)
  5. „Solubilization of organic sludge by thermophilic aerobic bacteria as a pretreatment for anaerobic digestion“ Hasegawa S, Shiota N, Katsura K, Akashi A (2002). Water Sci Technol 41: 163-169
  6. „Technologie Portrait. Biogas“ Tretter H, Berichte aus Energie- und Umweltforschung, Wien 2002
  7. „Biogaasi tootmine“ Eesti Biogaasi Assotsiatsioon (vaadatud 5.10.2012)
  8. „Prügilagaas energiaallikana Soomes“ Väisänen P (1997). Keskkonnatehnika 2/1997
  9. „Prügilagaasi koostootmine“ Wihuri Cat (vaadatud 5.10.2012)
  10. "Methods for kinetic analysis of methane fermentation in high solids biomass digesters". Richards B, Cummings R, White T, Jewell W (1991). Biomass and Bioenergy 1 (2): 65–73
  11. „Biogas Handbook“ Seadi T A, Rutz D, Prassl H, Köttner M, Finsterwalder T, Volk S, Janssen R, University of Southern Denmark Esbjerg 2008

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]