Feasibility study on the biogas production from organic wastes generated at the University of Jyväskylä

Abstract

Tutkielman tarkoituksena on tehdä kannattavuusanalyysi Jyväskylän yliopiston tuottamien biohajoavien jätteiden mädätykselle, joka tuottaisi biokaasua. Tavoitteena on arvioida Jyväskylän yliopiston jätehuollon tämän hetkistä tilannetta, suorittaa kannattavuusanalyysi biokaasulaitokselle ja tutkia eri vaihtoehtojen energiataseita, kasvihuonekaasupäästöjä ja mahdollisuutta vähentää päästöjä. Perustuen orgaanisten jätteiden kemiallisiin koostumuksiin ja metaanintuottopotentiaaleihin biokaasulaitos mallinnettiin erilaisilla vaihtoehdoilla. Ensimmäisessä vaihtoehdossa ainoa jätelajike on biojäte sekä yliopistolta että Kortepohjan ylioppilaskylästä. Toisessa vaihtoehdossa lisätään yliopistolla muodostunut puutarhajäte. Kolmannessa vaihtoehdossa hyödynnetään kaikki biohajoava jäte (eli bio- ja puutarhajäte, paperi ja kartonki) sekä biojäte Kortepohjasta.

Tällä hetkellä yliopistolla muodostuva biojäte kuljetetaan Mustankorkean kaatopaikalle kompostoitavaksi. Suurin osa yliopistolla muodostuvasta biojätteestä on ruokajätettä Sonaatti Oy:stä, joka omistaa yliopiston alueella olevat ravintolat ja kahvilat. Mädätykseen soveltuvaa jätettä muodostuu yliopistolla noin 491 tonnia vuodessa. Jätelajikkeista, jotka soveltuvat mädätykseen, suurin osa muodostuu paperista – noin 55%, seuraavaksi eniten muodostuu pahvia ja biojätettä (molempia noin 20 %) ja vähiten muodostuu puutarhajätettä – noin 5 % kokonaisjätemäärästä.

Vaihtoehdoista kolmas olisi kannattavin, jos mitta-asteikkona on energiantuotto, koska vaihtoehto tuottaa eniten biokaasua (211 173 m3/vuosi). Ensimmäinen vaihtoehto hyödyntää vain biojätettä, jolla on suuri metaanintuottopotentiaali. Siksi vaihtoehdolla on suurin suhteellinen biokaasuntuotto, mutta määrällisesti ensimmäinen vaihtoehto tuottaa selvästi vähemmän biokaasua (noin 15 765-35 691 m3/vuosi riippuen käytetäänkö Kortepohjassa muodostuvaa biojätettä) kuin kolmas vaihtoehto. Koska biojäte on ainoa jätelajike, joka vaatii pastoröinnin, ensimmäinen skenaario on hieman energiatehottomampi kuin muut. Kaikissa tutkituissa vaihtoehdoissa biokaasun tuottamat mahdolliset säästöt kasvihuonekaasupäästöissä ovat suuremmat kuin laitoksen aiheuttamat päästöt.

Biokaasulaitoksen tuottama sähkö- ja lämpöenergia ei pystyisi korvaamaan suuria osuuksia energian kokonaiskulutuksesta, koska Jyväskylän yliopisto kuluttaa suuren määrän energiaa suhteessa kohtuulliseen jätteentuottoon. Kolmannella vaihtoehdolla pystyttäisiin korvaamaan noin 1,3 % yliopiston energiatarpeesta verrattuna ensimmäiseen ja toiseen vaihtoehtoon, joiden korvausasteet jäisivät 0,07-0,2 %:iin.

The aim of the study was to carry out feasibility study on the anaerobic digestion of organ-ic wastes generated at the University of Jyväskylä for biogas production. The objectives of this study were to evaluate the current solid waste management at the University of Jyväskylä, to carry out the feasibility study for the biogas plant and to estimate the energy balance, greenhouse gas emissions and possible emission savings. Based on the chemical composition and methane potential of these organic wastes, biogas plant was designed with different Scenarios. In first Scenario, the only feedstock is biowaste produced in the University of Jyväskylä and Kortepohja Student Village. In second Scenario, the garden waste from the University premises is added. Third Scenario utilizes all biodegradable waste streams generated at the University of Jyväskylä and biowaste from Kortepohja Student Village.

At the moment the biowaste generated at the University is transported to Mustankorkea landfill to be composted. Most of the biowaste generated at the University is food waste from the Sonaatti Ltd, which owns the restaurants and cafeterias located in the University premises. The total amount of organic wastes in 2012 generated at the University of Jyväskylä was 491 tons per year. Among the waste streams suitable for anaerobic digestion, the paper waste has the biggest proportion – approximately 55 %, followed by cardboard and biowaste both with fraction of 20 % and garden waste with 5 %.

Scenario 3 would be the most feasible option if considering the energy production as the Scenario produced by far the most amount of biogas (211 173 m3/year). As the Scenario 1 utilizes only biowaste with the highest methane potential, Scenario 1 has the highest biogas production per reactor size and per feedstock amount but volumetric amount (in Run 1 15 765 m3/year and 35 691 m3/year in Run 2) is much lower than in Scenario 3. As the biowaste is the only waste stream that requires pasteurization, the energy efficiency of the option is slightly lower than with those options that add other waste streams. All studied Scenarios have the potential to give higher greenhouse gas emission savings when biogas replaces fossil energy than the emissions the plant operations and transportations cause.

Since the University of Jyväskylä is a large institute with enormous energy consumption compared to moderate waste production, the energy produced by the biogas plant cannot reach high levels of replacement. The highest replacement level (1.3 %) could be reached with Scenario 3 in the University level while Scenarios 1 and 2 could reach from 0.07 % to 0.2 %.