• biokaasu
• pumpattavuus
• viskositeetti

Pumppaus on biokaasuprosessin yksi tärkeimmistä toiminnoista. Mitkä tekijät voisivat tehdä siitä helpompaa, kun samaan aikaan jokin aiheuttaa tukoksia putkistoissa? Viskositeetti on keskeinen tekijä pumpattavuuden tutkimisessa ja virtauskäyttäytymisen edistämisessä.

Biokaasulaitos tuottaa uusiutuvaa energiaa hyödyntämällä orgaanisia jätteitä. Laitoksen syötteenä voidaan hyödyntää yhdyskuntajätettä, maatalousjätettä ja jätteitä eri teollisuuden sivuvirroista. Esikäsittelyiden jälkeen jätteiden orgaanisista aineista valmistetaan anaerobisen mädätyksen avulla biokaasua. Biokaasu on ennen jalostusta vielä raakakaasua, jota voidaan hyödyntää esimerkiksi sähkön- ja lämmöntuotantoon. Jalostuksen jälkeen syntyvää biometaania voidaan syöttää maakaasuverkkoon tai käyttää liikenteen polttoaineena.

Biokaasun valmistusprosessissa on useita vaiheita, joissa pumput ovat keskeisenä osana prosessien toimintaa. Esimerkiksi hygienisointivaihe, jossa laitoksen syötteenä käytettävä liete täytyy pumpata lämmönvaihtimien ja säiliöiden välillä prosessin edetessä. Lietteen viskositeetti on yksi tärkeimmistä pumpattavuuteen vaikuttavista tekijöistä.

Mitä viskositeetti tarkoittaa?

Viskositeetti määrittää nesteen tai kaasun virtausvastuksen. Korkea viskositeetti tarkoittaa suurempaa virtausvastusta ja sitä, että aine on paksumpaa. Aine, jolla viskositeetti on pieni virtaa ja pumppautuu helpommin.

Biokaasulaitoksen liete on ei-newtoninen fluidi, joten sen viskositeetti riippuu leikkausnopeudesta. Ei-newtonisten fluidien virtausominaisuudet ovat erilaiset verrattuna esimerkiksi veteen, joka on newtoninen fluidi. Veden viskositeetti ei siis muutu mekaanisten voimien vaikutuksesta. Veden viskositeetti on tuhansia kertoja pienempi kuin lietteen viskositeetti, joka näkyy niiden koostumus erossa.

Tärkein tekijä tökkii tuotannossa

Biokaasulaitoksen liete sisältää orgaanista ainesta. Orgaanisen aineksen pitoisuudella on vaikutus lietteen käyttäytymiseen ja sen virtausominaisuuksiin. Korkea orgaanisen aineksen pitoisuus nostaa lietteen viskositeettiä. Kuten mainittu, viskositeetin nousu ei prosessin kannalta ole hyvä asia sillä pumpattavuus heikkenee aineen paksuuntuessa. Vaikka orgaanisen aineksen pitoisuudella huomataan olevan negatiivisia vaikutuksia, on se samalla biokaasun valmistuksen kannalta välttämätöntä. Anaerobinen mädätys hajottaa nimenomaan orgaanista ainesta ja tästä biokaasua syntyy. Voiko prosessin tärkein raaka-aine olla sen pahin vihollinen?

Lämpötilan nousu antaa prosessin kannalta parempia tuloksia. Korkea lämpötila laskee viskositeettiä mikä parantaa huomattavasti lietteen pumpattavuutta. Biokaasun valmistuksen aikana lämpötilat vaihtelevat kymmeniä asteita ja hygienisoinnin aikana lämpötila nousee jopa 70°C:seen. Useat lämpötilan vaihtelut saattaisivat vaikuttaa lietteen virtausominaisuuksiin, minkä vuoksi niiden vaikutusta voitaisiin tutkia tarkemmin.

Biokaasun tuotanto on monimutkainen prosessi kaikkine vaiheineen, joten mahdollisia tekijöitä voi olla useita. Laitoksen ei-newtonisesti käyttäytyvä liete on itsessään jo monimutkainen ja vaikeasti käyttäytyvä aine, eikä sen tutkiminen ole yksinkertaista.

Vaikutus biokaasulaitoksen toimintaan

Tasaisen pieni viskositeetti, hyvät virtausominaisuudet ja helppo pumpattavuus tekevät biokaasun valmistus prosessista sujuvaa. Korkea viskositeetti lisää pumppujen kuormitusta, mikä voi lisätä pumppujen kulumista ja huoltotarvetta. Sujuva pumppaus mahdollistaa energiatehokkaan pumppujen käytön. Mahdollisten tukosten poistaminen veisi resursseja ja saattaisi pahimmassa tapauksessa aiheuttaa käyttökatkoja koko laitoksen toimintaan.

Lietteen viskositeetti kuulostaa pieneltä asialta, mutta on näin ison prosessin kannalta merkittävät tekijä. Se määrittää kuinka helppoa eri vaiheiden välillä tapahtuva pumppaus lopulta on. Koko laitoksen toiminnan kannalta on tärkeä tietää miten liete käyttäytyy, sillä vaarassa on niin energiatehokkuus kuin koko prosessin toimintavarmuus.

Lähde

Kangasaho, S. 2026. Orgaanisen aineksen ja lämpötilan vaikutus pumpattavuuteen, Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö.