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.