Vuonna 2017 kirjoitin Elonkehään artikkelin biokaasusta. Artikkeli kirjoitettiin ensin englanniksi ja sitten Lumia käänsi sen suomeksi. Löydät tämän artikkelin jaettuna 3 osaan täältä Beyondbuckthornsista. Kolmannesta osasta löydät myös suomenkielisen artikkelin ladattavaksi. Julkaisemme artikkelin toisensa jälkeen seuraavien 3 viikon aikana. Aloitetaan ensimmäisestä:
Tee-se-itse-biokaasun alkeet
Eräänä kauniina kesäpäivänä menin paikalliseen hacklab Schaltwerkiin Essenissä, Saksassa. Halusin juottaa jokusia virtapiirejä, jotta saisin interaktiivisen taideteokseni toimimaan seuraavaan näyttelyyni mennessä. Saapuessani hacklabiin vain yksi paikka pöydän ääressä oli enää vapaana, joten istuin siihen ja aloitin työni. Pian ymmärsin, että muut paikallaolijat olivat ryhmä tieteilijöitä, jotka pitivät hauskaa Lego Mindstormin ja Arduinon robottirakennussarjojen kanssa. Kurkin vierustoverini olan yli ja pian juttelimme robotiikasta, Arduinoista, XBeestä ja niin edelleen. Hän näytti minulle ongelmaa koodissaan, jonka pystyinkin korjaamaan ja kahden tunnin päästä robottimme ajeli jo lattialla. Sinä päivänä tapasin lehtori Thomas Henry (TH) Culhanen. Sinä päivänä sain ensikosketukseni biokaasuun.
TH kutsui minut kotiinsa ja näytti minulle rakentamansa tee-se-itse-biokaasujärjestelmän, joka muodostui kuutiometrin IBC-säiliöistä, letkuista ja pusseista. Hän puhui jatkuvasti kaasuhanoista, kaasusäiliöistä, lämpötilasta, arkeoneista, mikrobeista, ja puhuessaan näytti minulle kaikki järjestelmään tarvittavat osaset ja palat. Avasimme kaasuhanan, menimme sisälle ja sytytimme sinisen liekin kaasuhellaan. Pian laitoimmekin jo ruokaa biokaasulla. Aloin ymmärtää, että tämä yksinkertainen teknologia voisi ratkaista useita ongelmia. Syyrian pakolaisleireiltä kaikkien koteihin, vapauttaen meidät riippuvudestamme fossiiliisiin polttoaineisiin. Roskat rikkaudeksi.
Mutta kuinka voisimme saavuttaa tämän tavoitteen? Kertomalla biokaasusta mahdollisimman monille ihmisille. Kuten sanomme Solar C³ITIEsissä ja Biogascentralissa: kokeile tätä toki kotona.
Mitä biokaasu on ja miten se muodostuu?
Biokaasu muodostuu kaasuista
- metaani (CH4), jota on biokaasussa noin 50-80%
- hiilidioksidi (CO2), 20-50%
- rikkivety (H2S), jota on kaasussa vähäisiä määriä, sekä
- vähäisistä määristä muita kaasuja.
Biokaasu syntyy anaerobisesti hajomalla, eli kaasu muodostuu täysin ilman happea (O2). Mikro-organismit, jotka tuottavat kaasun, ovat arkeoneja. Arkeonit ovat yksisoluisia mikrobeja, jotka muodostavat oman pääryhmänsä ja kuntansa eliökunnassa. Ne ovat niin sanottuja prokaryootteja kuten bakteeritkin, eli niillä ei ole tumaa solussaan. Arkeonien pääryhmässä biokaasua ajatellen tärkein ryhmä on metanogeenit, jotka tuottavat haluamamme metaanin.
Ystävämme metanogeenit ja muut mikrobit
Metanogeenejä on runsaasti kosteikoissa sekä märehtijöden että ihmisten suolistoissa. Arvaapa mihin haisevaan ilmiöön ne ovat syypää? Aivan oikein, piereskelyyn. Oletko koskaan kokeillut sytyttää pierua palamaan? Ei kannatakaan (ihan oikeasti, älä yritä tätä kotona!) Kun lehmä tai muu märehtijä kakkaa, sen jätös täynnä metanogeenejä, joita tarvitsemme biokaasureaktoria ts. voimalaa perustettaessa. Itse asiassa kakkaa voi laittaa voimalaan jatkossakin, koska siinä on vielä biokaasuksi muutettavaa energiaa jäljellä.
Metanogeenien lisäksi biokaasun muodostamiseen osallistuu monia muitakin mikro-organismejä. Metaanin tuotanto reaktorin sisällä on kolmi- tai jopa nelivaiheinen prosessi, mikäli aerobinen hajottaminen otetaan mukaan laskuihin. Aivan ensiksi reaktorille syötettävä ruoka kannattaa pilkkoa mekaanisesti, mikö helpottaa mikro-organismiystäviemme pureskelutyötä. Periaate on sama kuin kun itse pureskelemme ruokaa – suurennamme sen pinta-alaa. Poikkeuksetta reaktorin syöttäminen tarkoittaa myös hapen syöttämistä järjestelmään. Tästä johtuen reaktorin sisällä tapahtuu ensin aerobista hajomista fakultatiivisten aerobisten mikro-organismien toimesta, kunnes kaikki happi on käytetty. Aerobisesti fakultatiivinen tarkoittaa sitä, että kyseinen mikro-organismi voi käyttää happea, mutta sen puuttuessa jatkaa toimintaansa ilmankin sitä. Hyvä esimerkki fakultatiivisestä mikro-organismista on oluthiiva, joka kasvaa niin kauan, kuin ilmaa on saatavilla ja kun se on käytetty loppuun, se alkaa tuottaa alkoholia.
Reaktorissa tapahtuva kaasuntuotannon toinen vaihe on mikro-organismien tekemä solunulkoinen hajottaminen entsyymejä käyttäen. Mikro-organismien täytyy hajottaa isommat molekyylit pienemmiksi, jotta nämä mahtuisivat niiden kalvon läpi solun sisälle. Kolmannessa vaiheessa mikro-organismit jatkavat yhdisteiden pilkkomista yhä pienemmiksi osiksi solunsa sisällä. Hajottamisen lopputuotteita ovat lyhytketjuiset rasvahapot, vety (H2) ja hiilidioksidi (CO2). Viimeisessä vaiheessa itse kaasun muodostus tapahtuu ja edellä mainittuja kaasuja CH4, CO2 ja H2O muodostuu.
Tieteellisesti näitä vaiheita voidaan nimittää seuraavasti: hydrolyysi, acidogeneesi, actogeneesi ja metanogeneesi. Mahdollinen järjestys, jonka lopputuotteena on metaani on esimerkiksi seuraavanlainen: hiilihydraatit → sokerit → hiilihappo → etikkahappo → metaani.
(end of Part 1) - continoue with Part 2
