Biogaasi tootmisest Eestis

Esimene kaasaegsel tehnoloogial baseeruv biogaasijaam Saaremaal Jööris rajati 2005. aastal ja seal toodetakse sealägast biogaasi, millest omakorda toodetakse elektrit, mis suunatakse võrku ja soojust biogaasijaama kütmiseks ning seafarmide tarbeks. Sealägast biogaasi on Eestis toodetud ka varasemal ajal Pärnus ja Linnamäel, kuid need biogaasijaamad lõpetasid oma töö üheksakümnendate lõpus. Tänaseks päevaks on lisaks eelpool nimetatutele lisandunud biogaasijaamad Aravetes, Oisus ja Vinnis ning Ilmatsalu biogaasijaam on valmimas 2013 aasta lõpuks.

Tänaseni on biogaasi tootmist Eestis käsitletud vaid energia tootmise tehnoloogiana, kuid selle tegelik väärtus on oluliselt laiem. Sisuliselt on biogaasijaama puhul tegu põllumajanduslike jäätmete stabiliseerimise üksusega, mis lisaväärtusena võimaldab toota energiat elektri ja soojuse või autokütusena (biometaan). Biogaasi tootmine põhineb anaeroobse kääritamise protsessil, mille käigus lagundatakse tooraines sisalduvat orgaanilist ainet (proteiinid, rasvad ja süsivesikud) ja produktidena tekib biogaas ning kääritusjääk ehk digestaat. Biogaasiks muundatakse eelkõige kergemini lagundatavad süsivesikud, proteiinid ja rasvad. Ligniin on anaeroobse kääritamise käigus mitte lagundatav ning tselluloosi ja hemitselluloosi lagundatavus sõltub eelkõige eeltöötluse metoodikate (mehaaniline, ensümaatiline, keemiline või nende kombinatsioon) efektiivsusest ja kasutusest. Keskmiselt muundatakse 35-50% sõnnikus ja rohtses biomassis sisalduvatest süsivesinikest anaeroobse kääritamise käigus biogaasiks, ülejäänud osa jääb alles kääritusjääki.

Lisandväärtusena väheneb biogaasi tootmise puhul vedel- ja tahesõnniku haisu intensiivsus, patogeenide sisaldus, kasvuhoonegaaside emissioon hoiustamisel, hävinevad umbrohuseemned, suureneb ammooniumi (NH4-N) osakaal üldlämmastikust (TN), kooskääritamise puhul summeerub toorainete mikro- ja makrotoitainete sisaldus kääritusjäägis ning kääritusjääki on lihtsam laotada selle homogeensuse ja vähenenud viskoossuse tõttu. Haisu vähenemine kääritusjäägis on tingitud eelkõige rasvahapete (äädikhape, propioonhape, võihape ja palderjanhape) lagunemise tõttu, sest ammooniumi proportsioon kääritusjäägis suureneb ja vajab veelgi suuremat tähelepanu, et vähendada selle lendumist hoiustamisel ja laotamisel.

Biogaasijaama toorained

Biogaasijaamade tooraine baasressursina tuleb eelkõige käsitleda looma- ja linnukasvatuses tekkivat vedel- ja tahesõnnikut ning erinevaid põllumajanduses tekkivaid biolagunevaid jäätmeid (söödajäägid, riknema läinud silo, toiduainetööstuse jäätmed, aiandusjäätmed, pool-looduslike rohumaade niited jne), mille lisamisel saab suurendada biogaasi tootlikkust ja väärindada muidu otstarbeka kasutuseta biolagunevaid jäätmeid.

Nimistust ei saa välja jätta ka spetsiaalselt kasvatatud energiakultuure ja nendest tehtud silo, kuid neid on mõistlik rakendada lisatoorainena maksimaalselt 20-30% ulatuses biogaasijaama tooraine üldmassist. Millised on Eesti tingimustes suurima biomassi toodanguga ja maksimaalselt massiühiku kohta lisaväärtust andvad kultuurid, on järgnevateks aastateks oluline uurimustöö suund. Maisi kasvatamine nii söödakultuurina, kui perspektiivis ka energiakultuurina on pälvimas järjest suuremat tähelepanu ka Eestis.

Täiendavaks tooraine ressursiks võiksid olla ka kaubandussektorist eraldi kogutud toidujäätmed ning 3 kategooria loomsed kõrvalsaadused, mis on kõrge biogaasi potentsiaaliga, kuid nende puhul on kindlasti vajalik hügieniseerimise tehnoloogia rakendamine ja sellega seotult rakenduvad biogaasijaamale rangemad veterinaarohutuse kontrolli meetmed.

Kuna põllumajandussektoris rajatavate biogaasijaamade puhul  on baastooraineks eelkõige vedel- ja tahesõnnik, siis Tabel 1 kajastab kokkuvõtet 17 piimafarmi vedelsõnniku proovi kuivaine, orgaanilise aine (OA) ja biogaasi potentsiaali tulemuste kohta. Tabelist selgub, et eelkõige on vedelsõnniku biogaasi potentsiaal seotud kuivaine sisaldusega, kuid seda mõjutavateks faktoriteks on ka farmi keskkonnatingimused, söödaratsioon, piimatoodang, lehma metabolismi efektiivsus ja läga kogumise süsteem. Kuna vedelsõnniku kuivaine ja biogaasi potentsiaal märgmassi kohta erinevad kuni 3 korda, siis on biogaasijaama planeerimise faasis oluline detailselt kaardistada vedelsõnniku koostis, omadused, biogaasi potentsiaal ja tekkekogused aastaaegade lõikes.

Tabel1. Kuivaine, orgaanilise aine ja biogaasi potentsiaali analüüside tulemused piimafarmide vedelsõnniku proovidele (TTÜ Keemiainstituudi labori andmed).

 

Vedelsõnniku ja kääritusjäägi väetusomaduste võrdlus

Vedelsõnniku ja kääritusjäägi väetusomaduste puhul on üldises kontekstis neli suuremat erinevust:

1. Kääritusjäägis on orgaaniline aine stabiliseeritud kujul ehk kergemini lagundatav orgaanika on muundatud biogaasiks ja rasvhapete kontsentratsioonid on võrreldes vedelsõnnikuga kordades madalamad.

2. Vedelsõnnikus on NH4-N osakaal üldlämmastikust 50-55%, kuid kääritusjäägis on see sõltuvalt kasutatud toorainetest 70-80% ehk kääritusjäägis on lämmastik taimedele suuremas osas ja kiiremini omastatav.

3. Kääritusjäägi kõrgema NH4-N sisalduse ja pH (7,7-8,2) tõttu on lämmastiku lendumine samasugustel keskkonnatingimustel suurem kui vedelsõnnikul. Seetõttu on oluline hoiustamise ja laotamistehnika korrektne valik.

4. Kääritusjääk on oluliselt madalama kuivaine sisalduse ja viskoossusega kui vedelsõnnik, mis lihtsustab väetamist lohislaoturite ja sisestustehnoloogiaga (kehtib rusikareeglina vaid vedelsõnniku kääritamise puhul; kooskääritamise puhul mõjutavad kääritusjäägi omadusi ja kvaliteeti  erinevad protsess-tehnoloogilised faktorid).

Ainult vedelsõnniku anaeroobse kääritamise korral sisuliselt ei suurene ega vähene toitainete sisaldus kääritusjäägis. Peamine muutus on seotud suureneva NH4-N osakaaluga ning NH3 lenduvusega, kuid lenduvus on biogaasijaama siseselt marginaalne. Vedelsõnniku kooskääritamise puhul näiteks tahesõnniku või  rohusiloga, summeeruvad kõigi substraatide toitainete sisaldused kääritusjäägis. Seeläbi tõuseb toitainete kontsentratsioon kääritusjäägis ja seda on vaja mahuliselt vähem laotada, et saavutada vedelsõnnikuga samaväärne väetuseffekt. Põhimõtteliselt on vedelsõnnikus, tahesõnnikus ja kääritusjäägis sisalduva lämmastiku omastatavus taimedele seotud NH4-N sisaldusega üldlämmastikust. Eriti suur on erinevus kääritusjäägi ja tahesõnniku lämmastiku omastatavuse võrdluses, sest tahesõnnikus on enamus lämmastikust proteiinina, mis ei ole taimedele koheselt omastatav. Seetõttu on parim lahendus loomakasvatuses tekkivates jääkides sisalduvate toitainete taaskasutamiseks väetisena nende rakendamine biogaasijaama toorainena ja põldude väetamine kooskääritamisest saadava kääritusjäägiga.

Vedelsõnniku ja kääritusjäägi toitainete maksimaalselt efektiivse taaskasutamise ja NH4-N  kadude vältimiseks on vaja tagada nende parima võimaliku tehnoloogia kohane hoiustamine ja laotamistehnika kasutamine. Vedelsõnniku ja kääritusjäägi puhul on ammooniumi kadude viisid täpselt samad, kuid kõrgema pH ja NH4-N sisalduse tõttu on avatud hoiustamise korral (samadel tingimustel) kaod kääritusjäägist 5-10% suuremad.

Nii vedelsõnniku, kui ka kääritusjäägi hoiustamisel on NH3 ja CH4 kaduded vähendamiseks soovituslik hoidlate katmine, kas hõljuva materjalikihiga vedeliku pinnal või katta hoidlad näiteks membraankatusega, mis võimaldaks biogaasijaama puhul koguda kokku ka kääritusjäägis sisalduva biogaasi jääkpotentsiaali. Sõltuvalt biogaasijaama protsessiskeemist, kasutatud toorainete koostisest ja eeltöötlustehnoloogiast jääb kääritusjäägi biogaasi jääkpotentsiaal vahemikku 5-15%. Üle 15% biogaasi jääkpotentsiaalide puhul kääritusjäägis on tegemist erandlike juhtudega ning põhjus saab olla vaid ebapiisav eeltöö toorainete koguste ja omaduste eelhindamisel ning ebapädev protsessiskeemi planeerimine.

 Ainult läbimõeldud hoiustamisest jääb NH4-N kadude vältimiseks kahjuks siiski väheks. Vedelsõnniku ja kääritusjäägi laotamistehnika ning laotamise aja valik omavad väga suurt mõju NH4-N  kadude minimaliseerimisel. Erinevate laotustehnikate omavaheline võrdlus on esitatud Tabelis 2. Näiteks vedelsõnniku või kääritusjäägi paisklaotamisel ilma mulda viimiseta, tuulisel ja kuival päeval lendub sisuliselt kogu NH4-N. Samas sulglõhe sisestuslaotuse korral jääb NH4-N kadu lendumise kaudu minimaalseks (kuni 5%) ning see võimaldab maksimaalselt efektiivselt ära kasutada vedelsõnnikus ja kääritusjäägis sisalduvaid toitained. Kui konkreetsema näitena vaadelda kääritusjääki, milles ammooniumi kontsentratsioon on 2,5 kg/m3, siis 15 m3 haagislaoturiga põllule viidud kääritusjäägi puhul on vale laotamistehnika ja laotamisaja valikuga maksimaalne võimalik rahaline kaotus (ammooniumväetise hinnaks arvestatud 450 EUR/tonn) NH4-N lenduvuse tõttu 15 m3*2,5 kg/m3*450 EUR/ton= 16,875 EUR.

Tabel2. Vedelsõnniku ja kääritusjäägi laotamise meetodite omavaheline võrdlus (IEA Bioenergy Task 37, Utilization of digestate from biogas plants as biofertilizer. 2010)

 

Kokkuvõte

Loomakasvatussektori (eelkõige piimafarmide) jaoks omab biogaasijaam oluliselt laiemat tähendust, kui vaid energia tootmine. Biogaasijaama rajamine piimafarmi juurde võimaldab efektiivselt käidelda ja taaskasutada kõiki tootmise käigus tekkivad biolagunevaid jäätmeid (söödajäägid, riknenud silo jne) ja nendes sisalduvaid toitaineid. Selleks, et biogaasijaama rajamisel tagada maksimaalne toitainete taaskasutus ja omastatavus taimedele, on vaja teostada teadlike otsuseid kääritusjäägi hoiustamise ja laotamistehnika valikul, sest nendel valikutel on piimafarmi jaoks väga suur keskkonnakaitseline ja majanduslik mõju. Kuna loomakasvatusettevõtete igapäevapraktikad on erinevad, siis biogaasijaama projekti arendamisel on kõige olulisem detailne sisendtooraine koguste, omaduste ja koostise analüüsimine. Ainult selline lähenemine saab tagada biogaasijaam projekti vastavuse reaalsetele tingimustele, saavutada prognoositud biogaasi toodang, minimaliseerida NH3 ja CH4 kadu kääritusjäägi hoiustamisel ja laotamisel ning efektiivselt taaskasutada kääritusjäägis sisalduvaid toitaineid taimede kasvuks. 

Autor: Peep Pitk