Rikastetulla lantaseoksella lisää metaania ja monimuotoisempi mikrobipopulaatio biokaasureaktorissa

Ruotsalaisen tutkimuksen tavoitteena oli tutkia biokaasun tuotannossa erilaisia lantatyyppejä, jotka olivat peräisin joko luomumaidontuotannosta tai tavanomaisesta maidontuotannosta. Lisänä käytettiin apilanurmea ja ohran kokoviljasäilörehua. Tutkimuksessa perehdyttiin myös biokaasureaktorin mikrobipopulaatioon, hajotusasteeseen ja kaasun laatuun.

Lannan sekaan kasvimassaa

Lanta on hyvä raaka-aine biokaasun tuotannossa ja sitä onkin usein tarjolla suuria määriä. Ongelmana on kuitenkin lannan matala orgaanisen aineen määrä ja korkea vesipitoisuus, josta seuraa matala biokaasun tuotto. Ongelma voidaan ratkaista lisäämällä lannan sekaan rehukasveja. Orgaanisen aineen lisäys edistää entsymaattista hajotusta ja tuotetun kaasun määrää lisäten biokaasutuotannon tehokkuutta. EU:ssa 50 % biokaasusta tuotetaan hyödyntämällä energiakasveja. Energiakasvien kasvatus koetaan kuitenkin ongelmalliseksi, sillä se vie maa-alaa ravintokasvien tuotannolta. Luomunaudan ja tavanomaisen naudan lanta eroavat toisistaan ja syynä siihen on erilaiset sulamattoman proteiinin ja kuidun määrät lannassa.

Kokeessa tutkittiin apilanurmen, ohran kokoviljasäilörehun, luomutuotetun lannan ja tavanomaisesti tuotetun lannan yhdistelmiä ja niiden vaikutuksia biokaasun tuotantoon kahdessa eri laboratoriomittakaavan reaktorityypissä, kertapanos- ja jatkuvan sekoituksen systeemeissä 30 päivän ajan. Soijapapua ja vehnää lisättiin osaan koe-eristä tutkittaessa biometaanipotentiaalia. Soija-vehnä-seoksella rikastetun lannan mädätysprosessi kesti kokonaisuudessaan 106 päivää ja seosten mädätys ilman soijavehnä-seosta kesti 127 päivää. Kaasun tuottoa mitattiin jatkuvasti. Lopuksi kaasun koostumus analysoitiin.

Biometaanipotentiaali

Taulukossa on esitetty tutkittujen mädätysraaka-aineiden biometaanipotentiaalit mädätyksen aikana (BMP, ml metaania grammassa haihtuvia yhdisteitä 30 vrk:ssa). Prosenttiosuudet kertovat, kuinka suuri osuus kokonaispotentiaalista saavutettiin 10 ja 20 vuorokauden sisällä.

 

Mädätysraaka-aineseos Vrk 10 (%) Vrk 20 (%) BMP 30 vrk:ssa
WCB = ohran kokoviljasäilörehu 81 89 262 ± 62
GCS = apilanurmisäilörehu 68 88 235 ± 35
OCM = luomukarjanlanta 46 84 222 ± 11
CCM = tavanomainen karjanlanta 43 89 253 ± 27
OCM:WCB 56 89 272 ± 21
OCM:GCS 57 94 272 ± 3
CCM:WCB 55 91 262 ± 31
CCM:GCS 58 92 290 ± 17
SW = soijajauho-vehnänjyvä seos 71 74 285 ± 8

 

Ohrakokoviljasäilörehu tuotti enemmän metaania kuin apilanurmi. Kun seoksiin oltiin lisätty soijavehnäseosta, mitattiin korkein sulavan kuidun määrä ohran kokoviljasäilörehulla yhdistettynä tavanomaiseen lantaan. Korkein sulavan proteiinin määrä mitattiin, kun kokeessa oli tavanomaista lantaa ja apilanurmea sekä soijavehnää. Soijavehnä lisäsi saadun ammoniakin määrää seoksista. Mädätteiden mikrobiyhteisöissä Bacteroidetes oli suurin bakteeripääjakso kaikissa seoksissa ja bakteroidi-suvun osuus kasvoi, kun seoksiin lisättiin soijavehnää.

Helposti hajoavilla hiilihydraateilla ja proteiinilla on selkeät etunsa biokaasun tuotossa

Ohrakokoviljasäilörehussa on enemmän tärkkelystä ja sokeria, kuin apilanurmessa, jossa taas on enemmän ligniinikuitua. Helposti hajoavat hiilihydraatit tuottavat nopeammin ja enemmän metaania biokaasutuksessa, joten ohra oli paras raaka-aine koostumuksensa puolesta. Tavanomaisesti tuotettu lanta tuotti enemmän kaasua, koska lantaan pääsee naudan läpi enemmän proteiinia. Koska tavanomaisessa tuotantotavassa nautojen ruokinnassa käytetään enemmän proteiinia ja vähemmän sulavaa kuitua, päätyy näitä sulamattomia ravintoaineita enemmän lantaankin. Kun sonnassa on enemmän sulavaa ainesta, saadaan tuotettua enemmän kaasua biokaasutuotannossa. Kun soijavehnää lisättiin seoksiin, kaasun määrä kasvoi, koska nopeasti hajoavia hiilihydraatteja ja proteiinia saatiin enemmän raaka-aineeseen. Metaani oli biokaasun pääkomponentti. Kun soijavehnää lisättiin seokseen, metaanin osuus lisääntyi nopeasti hajoavien hiilihydraattien myötä. Samalla myös vähemmän toivotun rikkivedyn osuus kasvoi. Mädätteiden ravinnesisällöt olivat samansuuntaisia kuin aiemmissa tutkimuksissa oli todettu. Typpipitoisuudet olivat suurimmat seoksissa, joissa oli suurin proteiinipitoisuus.

Paras raaka-aineyhdistelmä biokaasun tuotantoon oli ohrakokoviljasäilörehu ja tavanomaisesti tuotettu lanta sekä soijavehnäseos. Luomulantakin on hyvä raaka-aine biokaasun tuotantoon, kunhan lannan sekaan lisätään helposti hajoavia hiilihydraatteja, jotta biokaasua saadaan tuotettua enemmän.

Ahlberg-Eliasson, K., Liu, T., Nadeau, E. & Schnürer, A. 2018. Forage types and origin of manure in codigestion affect methane yield and microbial community structure. Grass Forage Sci. 73:740–757

https://DOI: 10.1111/gfs.12358

Teksti: Laura Havukainen

Tiivistelmä on tehty osana Helsingin yliopiston kurssia MAAT-614 Luonnonmukaisen maa- ja elintarviketalouden muut opinnot.