Naudan lietelannan ja separoidun kuivajakeen yhteiskäsittely täyden mittakaavan biokaasulaitoksessa

Työn tavoitteena oli selvittää Luonnovarakeskuksen kanssa naudan lietelannasta separoidun kuivajakeen käyttömahdollisuus ja kannattavuus biokaasulaitoksen lisäsyötteenä. Työn tarkoi-tus oli selvittää, kannattaisiko maatilojen yhteiseen biokaasulaitokseen tuoda kauempaa vain suuremman metaanintuottopotentiaalin omaava kuivajae lietelannan sijasta. Työn toinen tavoite oli selvittää reaktorin sekoituksen tauottamisen ja reaktorin kaasusekoituksen vaikutus energia-taseeseen. Maaningan biokaasulaitoksen reaktorin nestetilavuus on 260 m3 ja sen mädäte käsitel-lään samankokoisessa jälkikaasualtaassa. Laitos on mitoitettu noin 120 naudan lietelannalle ja lisäsyötteelle. Tämän tutkimuksen ja kirjallisuuden perusteella laskettiin separointikustannus, kuivajakeen kuljetuskustannus, säilörehun- ja hävikkisäilörehun kustannus ja mädätteen arvon nousu verrattuna raakalietteeseen. Tulosten perusteella määritettiin kuivajakeen ja säilörehun lisäsyötteenä tuottama lisäarvo, kuivajakeen kannattava kuljetusetäisyys, separointikustannus-ten vaikutus kannattavuuteen ja kuivajakeen käytön kannattavuus suhteessa säilörehuun. Tutkimus kesti yhteensä 20 viikkoa. Tavoitekuormitus, noin 10 t lietelantaa ja 1 t kui-vajaetta vuorokaudessa, toteutui viikoilla 11−20. Tällöin laitoksen metaanintuotto oli keskimää-rin 1360 kWh/vrk ja enimmillään 1600 kWh/vrk. metaanintuottopotentiaalista toteutui keski-määrin 84 %. Kuivajae kompostoitui varastoitaessa ja varastointiajasta riippuen metaanintuot-topotentiaali (BMP) oli 1010−1780 kWh/t orgaanista ainetta. Reaktorin jatkuvan sekoituksen (vk 11−14) aikana sekoitustehoa nostettiin, koska reaktorilietteen ka-pitoisuus kasvoi kuivaja-keen alhaisen BMP:n vuoksi. Tauotettu sekoitus (vk 15−18) kulutti sähköä 26 % vähemmän kuin jatkuva, mutta metaanintuotto säilyi samalla tasolla kuin jatkuvalla sekoituksella. Kaasu-sekoitus (vk 19−20) toimi kuivajaesyötteen kanssa ja alensi edelleen sekoituksen sähkönkulu-tusta, mutta sen vaikutus metaanintuottoon jäi epäselväksi. Separointikustannuksiksi saatiin noin 9 €/t kuivajaetta, kun kuivajaetta tuotettiin 730 t/v (lietelannasta 365 t/v + mädätteestä 365 t/v). Kuivajakeen kuljetus- ja käsittelykustannus oli 0,50−2,50 €/km/t riippuen kerrallaan kuljetettavasta määrästä. Säilörehun syötekustannukseksi saatiin 57,3 €/t. Hävikkisäilörehun kustannus oli 36 €/t. Todettiin, että kuivajakeen kannattava kuljetusmatka on alle 9 kilometriä suuntaansa, jos biokaasulla korvattiin ostosähköä ja hake-lämpöä Maaningan navetalla. Sähköä ja kevyttä polttoöljyä korvattaessa etäisyys oli 30 kilo-metriä.The target of this study was to examine if it is technically and financially sensible to co-digest separated cattle slurry solid fraction with cattle slurry in a biogas plant. The purpose of this work was to investigate would it be sensible to build a centralized biogas plant and bring only separated solids to the plant from a distance because separated manure has bigger methane potential. The second goal was to investigate if there is some influence on energy balance when reactor mixing is paused or mixed with biogas. The Maaninka biogas plant consists of a reactor and a post-digestion unit, both having a liquid voloume of 260 m3. The plant is desgned for treating the slurry of 120 cows plus addi-tional feedstocks. From measurements and with the help of literature, cost of separation, transport of separated manure, silage, excess silage and price of digestate nutrients were calcu-lated. On the grounds of results, profitable transport distance for separated manure, influence of separation cost on profibility and separated manure costs compared to silage and excess silage were calculated. Study lasted 20 weeks. The target loading rate of 10 t slurry and 1 t solid fraction per day was realized after 10 weeks, so measurements and influence of reactor mixing modes were studied during weeks 11−20. During that period, the average methane production was 1600 kWh/vrk and the highest gas production was 1600 kWh/d. On average, 84% of feedstock me-thane potential (BMP) was realized. Separated manure decomposed aerobically when manure was stored and its BMP was 1010 kWh/t – 1780 kWh/t of organic matter. When reactor mixing was continuous (on weeks 11−14), mixing power was increased to 73 kWh/d because digestate total solids concentration increased. In stage two (on weeks 15−18), paused mixing of reactor used 26% less electricity, while methane production was the same as in continuous mixing. The electrity usage was still decreased in stage three, pneumatic (biogas recirculation) mixing (weeks 19−20) but the effect on methane production was unclear. The separation cost was 9 €/t separated manure, when the annual separated mass was 730 t/v (slurry 365 t/v + 365 t/v digestate). Transportation and handling cost for the separated manure was 0.5−2.5 €/km/t depending on the transported cubic metres (4 m3 or 20 m3). The cost of silage feed was 57.3 €/t, the cost of excess silage was 36 €/t. The profitable transport distance was 9 kilometres when chips were replaced with biogas as heating energy. When oil was re-placed, the profitable distance was 30 kilometres