Osa 2 kolmiosaisesta biokaasusarjastamme. Jos et ole lukenut osaa 1, suosittelemme, että luet ensin osan 1 ja palaat sitten tänne.
Mikrobeille mukavat olot
Biokaasureaktori on elävä olento, tulta hönkivä lohikäärme, josta meidän täytyy pitää huolta. Jokainen voimala on erilainen, koska niiden mikro-organismien kokoonpano vaihtelee. Koska mikrobit ovat eläviä, niillä on tarpeita. Yksi niistä on lämpötila. Lämpötilan kannalta mikro-organismit voidaan luokitella kolmeen eri lämpötilakategoriaan: psychrofiilit (myös cryofiilit) eli kylmien ympäristöjen mikro-organismit, mesofiilit (toivelämpötila 20°C – 45°C) sekä thermofiilit ( 45°C to 122°C).
Tee-se-itse-biokaasuprojekteissa toimimme lähinnä cryofiilien ja mesofiilien mikrobien kanssa. Biokaasuteollisuus käyttää thermofiilejä, koska korkeammissa lämpötiloissa reaktiot ovat nopeampia, jolloin myös metaanin tuotanto on nopeampaa. Kotivoimaloihin ne eivät sovi, koska niiden käsittely on vaikeaa. Kysymys kuuluukin: mistä saan cryofiilejä mikrobeja reaktoriini? Kuten TH asian ilmaisee (vapaasti käännettynä): “Helpointa on löytää ankkalampi tai paikka, missä muuttolinnut pysähtyvät paskalle ja kerätä tällaisen lammen pohjaliejua (engl. “Duck Muck”.)” Kun tätä liejua yhdistetään mesofiilejä täynnä olevaan lehmän- tai muun märehtijän lantaan, saadaan hyvä reaktorin käynnistysyhdistelmä. Biodiversiteetti etusijalle!
Reaktorin perustaminen ja tarpeet
Kun metanogeenimme ovat valmiina, voimme ympätä ne reaktoriimme. Teknisesti tarkasteltuna reaktori on vedenpitävä säiliö, jossa on syöttöaukko, poisteaukko ja kaasun ulostulo. Muovipullo tai kannellinen sadevesitynnyri voisi olla reaktori. Me käytämme yleensä IBC-sailiöitä voimalan rakentamiseen. IBC-säiliöitä on monen kokoisia, mutta yleisin on yhden kuutiometrin säiliö. Niitä saa myös usean värisinä, useimmiten ne ovat valkoisia tai mustia. Musta on parempi vaihtoehto, koska se ei päästä valoa sisälle. Monet metanogeenit ovat valoherkkiä; valossa myös epätoivottuja leviä pääsee muodostumaan. Tämän takia myös valkoiset IBC:t täytyy maalata mustaksi tai peittää. Tavoitelämpötila reaktorissa on on 37°C. Alemmat lämpötilat riittävät, mikäli reaktorissa on paljon cryofiilejä, mutta kaasun muodostus on silti vähäisempää. Peukalosääntö kuuluukin: mitä alempi lämpötila, sitä vähemmän metaania.
Lämpötila
Lämpötilan ylläpitämiseen on monia keinoja. Ensimmäiseksi voimme nostaa reaktorin ympäristön lämpötilaa. Reaktori voidaan laittaa sisätiloihin, esimerkiksi kasvihuoneeseen. Seuraava vaihtoehto on eristys, joka voidaan toteuttaa monia erilaisia materiaaleja käytttäen. Ekokylä Tamerassa Portugalissa rakensimme reaktorin, joka on eristetty rapatuilla olkipaaleilla, ja toisen, jonka eristimme kalkkistabiloidulla maalla. Talviaikaan molemmat voimalat tuottavat paremmin kuin eristämättömät reaktorit.
Suomessa eristys on vain yksi osa ratkaisua, mikäli kaasua halutaan tuottaa talvellakin. Kylmät talvet vaativat reaktorin lämmittämistä. Yksi keino on käyttää lämmintä vettä reaktoria syötettäessä. New Yorkin osavaltion pohjoisosissa rakensimme voimalan, jonka sisällä on käyttövesiputkivyyhtejä, joiden läpi johdetaan kuumaa vettä. Ratkaisu toimii lämmönvaihtimena reaktorin sisällä. On myös mahdollista käyttää osa tuotetusta biokaasusta voimalan lämmittämiseen. Reaktorin alle voidaan laittaa lämmitysmatto. Keinoja on monia. Joskus ei ole mahdollista pitää reaktoria optimilämpötilassa, mutta ainoa haitta on, että kaasua tulee tällöin vähemmän. Suomessa tee-se-itse-biokaasuyhteisöllä ei ole vielä kokemuksiin perustuvaa tietoa siitä, miten erilaiset eristys- ja lämmitysyhdistelmät toimivat oloissamme. TH teki tutkimusta Alaskassa cryofiilien mikro-organismien käytöstä reaktoreissa. Tämä PDF on löydettävissä internetistä hakemalla.
Pohjimmiltaan lämpötilan ylläpito riippuu reaktorin ympäristöstä. Kuinka voin pitää voimalani lämpimänä Suomessa? Tätä itseltämme kysymällä voimme kehittää sopivia ratkaisuja. Ne ovat varmasti kuin voimalatkin: ainutlaatuisia.
pH-arvo
Lämpötila ei kuitenkaan ole ainoa tärkeä tekijä. Toinen yhtä oleellinen muuttuja on pH-arvo. PH on hydroksoniumionin miinusmerkkinen kymmenlogaritmi. Kuulostaa aika monimutkaiselta, mutta itse asiassa se ei ole sitä. PH vaihtelee välillä 0-14, jolloin 7 on neutraali. Juomaveden pH on 7. PH alle 7 on hapan, yli 7 emäksinen. Metanogeenit pitävät pH-arvoista 6,8-7,5. Tämä alue on melko kapea, joten sitä kannattaa pitää silmällä, varsinkin jos jokin on vialla – esimerkiksi kaasun tuottaminen hidastuu tai loppuu. Siinä tapauksessa tarkistetaan pH lakmuspaperilla tai lasielekrodilla ja käydään vastatoimenpiteisiin. Jos voimalamme esimerkiksi on liian hapan, voimme käyttää tuttuja kemikaaleja kuten natriumbikarbonaattia (NaHCO3 eli ruokasoodaa), kalkkia (CaCO3), kalkkivettä (Ca(OH)2) tai ammoniakkia (NH3, huom. myrkyllistä reaktorille liikaa käytettynä) saadaksemme rektorin pH:n taas sopivalle tasolle. On tärkeää muistaa, että mikro-organismit puskuroivat muutoksia, joten toivotun reaktion saavuttaminen saattaa kestää. Aiheesta “Alkalinity and pH in anaerobic digestion” on olemassa paljon hyviä dokumentteja verkossa. Suosittelen ainakin yhden lukemista ymmärtääksesi paremmin reaktorin kemiaa, sillä tässä lyhyessä yleisartikkelissa voin vain raapaista aiheen pintaa.
(2. osan loppu) - jatka 3. osalla
