Mikrobiologisen metaanireaktorin rakentaminen, käyttöönotto ja mittaaminen

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201606092288
Title: Mikrobiologisen metaanireaktorin rakentaminen, käyttöönotto ja mittaaminen
Author: Niskanen, Marko
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Agricultural Sciences
Publisher: Helsingfors universitet
Date: 2016
Language: fin
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201606092288
http://hdl.handle.net/10138/163728
Thesis level: master's thesis
Discipline: Agroteknologi
Agrotechnology
Agroteknologia
Abstract: Ilmastonmuutoksen, kasvihuoneilmiön, fossiilisten polttoaineiden rajallisten varantojen, maailmanlaajuisesti kasvavan energiankulutuksen ja näiden tekijöiden ilmastonmuutoksen torjumiseksi aiheuttamien poliittisten sitoumusten takia on tarpeen yhä enenevässä määrin kehittää ja ottaa käyttöön hiilineutraaleja ja uusiutuvia energiantuotantomuotoja. Uusiutuvan energian ongelmana on tuotannon syklisyys: energiaa tuotetaan silloin, kun sille ei ole kulutusta, kun taas silloin, kun energiankulutukselle on tarve, ei ole tuotantoa. Vedystä ja hiilidioksidista mikrobiologisesti tuotettu biometaani tarjoaa hiilineutraalin vaihtoehdon uusiutuvan energian varastointiin. Metaanilla on nykyisistä energianvarastointimenetelmistä suurin energianvarastointikyky niin määrällisesti kuin ajallisestikin. Maailmanlaajuisesti on kasvava tarve tuottaa myös liikenteen käyttöön hiilineutraaleja ja uusiutuvia polttoaineita Tutkimuksen tavoitteena oli tutkia vedyn ja hiilidioksidin mikrobiologista metanointia uudentyyppisessä kiintoreaktorissa. Tilavuudeltaan 4 l kiintoreaktori pakattiin vermikuliitin ja perliitin seoksella. Kyseinen seos toimi mikrobien kantaja-aineena. Tutkimuksessa saavutettiin reaktorille hetkellinen volumetrinen teho 1,6 W / l ja tuotto 0,15 l CH4 / h 1 l reaktoritilavuutta kohden. Vedynkäytön hyötysuhde oli kyseisillä hetkellisillä huippuarvoilla alhainen 25 %. Korkeampi vedynkäytön hyötysuhde 92 % saavutettiin kokeen viimeisenä päivänä, jolloin volumetrinen teho oli 0,35 W / l ja metaanintuotto 0,03 l CH4 / h 1 l reaktoritilavuutta kohden. Tutkimuksessa saatiin osoitettua, että mikrobiologinen vedyn ja hiilidioksidin metanointireaktori on mahdollista toteuttaa kustannustehokkaasti halvoista ja yksinkertaisista materiaaleista siten, ettei reaktori tarvitse jatkuvaa mekaanista sekoitusta tai nesteiden kierrätystä. Lisäksi saatiin osoitettua, että tutkimuksessa rakennettu reaktorityyppi ei tarvitse ravinteiden, pH:n, johtokyvyn ja mikrobiympin osalta tarkkaa säätelyä, mittausta ja annostelua. Tutkimuksessa saavutettiin reaktorille verrattain korkea hetkellinen volumetrinen teho verrattuna kilpaileviin teknologioihin, mutta reaktorin jatkuva toiminta, sekä reaktorin jatkuvan tehon kasvattaminen vaatii lisätutkimusta. Tutkimus oli osa laajempaa Luonnonvarakeskuksen tutkimushanketta kiintoreaktoriteknologian kehitykseen liittyen.Climate change, global warming and depleting fossil fuel reserves together with the globally increasing energy consumption have resulted in a need for new carbon neutral technologies to produce and store renewable energy. Microbiologial methanation of hydrogen and carbon dioxide is a promising carbon neutral technology to store renewable electricity as methane gas. Methane has the largest temporal and quantitative energy storage capacity of all the current energy storage pathways. There is also a globally increasing demand for carbon neutral transportation fuels and methane gas can be utilized in the existing natural gas infrastructure and combustion engines. The aim of this thesis was to study the methanation of hydrogen and carbon dioxide in a new type of a fixed bed reactor. A reactor in volume of 4 l was packed with support mixture consisting of vermiculite and perlite. Peak methane production rate of 0.15 l CH4 / h / 1 l reactor volume was achieved while the peak treatment power was 1.6 W / l. Hydrogen conversion rate during these achieved peak numbers was 25 %. Higher hydrogen conversion rate of 92 % was achieved in a stable operaton while the methane production rate was 0.03 l l CH4 / h / 1 l reactor volume and treatment power was 0.35 W/l. A simple and cost effective reactor structure for methanation of carbon dioxide and hydrogen is a promising way to store renewable energy and produce carbon neutral transportation fuels. Stable operation with high methane production rates and optimization of the reactor remains to be achieved. Present study was a part of a larger research project of the Natural Resources Institute Finland regarding the fixed bed reactor technology.
Subject: power to gas
methanation
hydrogen
carbon dioxide
biomethane
carbon neutral
circular economy
metanointi
biometaani
vety
hiilidioksidi
hiilineutraali
kiertotalous


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record