BioBoost-hankkeen tavoitteena on löytää paikallisille pienpanimoille mäskin hyötykäytölle kustannustehokas logistinen ratkaisu. Lisäksi selvityksessä on etsitty ratkaisua hiivapitoisten nesteiden uusiokäyttökohteille ja kierrättämiselle panimoteollisuudessa.
Panimoteollisuuden sivuvirtana syntyvää hiivapitoista sakkaa voidaan käyttää viskien valmistuksessa, käytetty panimohiiva voi toimia myös proteiininlähteenä ihmisten ruokavaliossa tai kalojen rehuna sekä hiivan käyttöä on tutkittu lannoitetarkoituksessa. Mäskiä taas on mahdollista käyttää eläintenrehun sekä elintarviketeollisuuden leipomotarkoituksen lisäksi panimohiivan kasvualustana sekä energiantuotannossa pelletoituna. Mäskin pelletointi kuitenkin vaatii sen kuivaamisen ennen pelletointia, mäskin korkean kosteuspitoisuuden vuoksi. Pelletointiin liittyen hankkeessa on määritetty mäskin sekä hiivan (kuva 1) ja näiden seosten teholliset lämpöarvot laboratorio-olosuhteissa. Tutkitut seossuhteet valittiin kokeeseen sivuvirtojen syntymäärien perusteella. Laskennallisen arvion mukaan hiivapitoista sakkaa muodostuu noin neljä kertaa vähemmän kuin mäskiä (w/w).
Mäskin sekä hiivan pelletointi ja lämpöarvon määrittäminen
Pellettien lämpöarvot määritettiin Savonia-ammattikorkeakoulun Varkauden yksikön Energiatekniikan tutkimusalan laboratoriossa standardin SFS-EN 21654:2021 mukaisesti*. Sekä mäskin ja hiivan kosteuspitoisuus standardin SFS-EN ISO 18134-2:2017 mukaisesti. Tutkimuksen tarkoituksena oli määrittää pelkästä mäskistä sekä pelkästä hiivasta puristetulle pelletille lämpöarvo. Lämpöarvot määritettiin laskennallisesti myös mäskin ja hiivan seoksille.
Suomessa tyypillisesti polttoaineen lämpöarvo ilmoitetaan kuiva-aineen tehollisen lämpöarvona MJ/kg. Lämpöarvo on myös mahdollista ilmoittaa tehollisena lämpöarvona saapumistilassa, joka tarkoittaa materiaalin lämpöarvoa toimituskosteana. Tehollinen lämpöarvo saapumistilassa on sitä pienempi, mitä enemmän materiaali sisältää vettä. (Motiva, 2021)
Tulosten (taulukko 1) mukaan korkein tehollinen lämpöarvo oli pelkästä kuivatusta hiivasta puristetulla pelletillä, kun taas saapumistilassa korkein tehollinen lämpöarvo oli mäskillä. Kuitenkin kuivatun mäskin ja hiivan tehollisissa lämpöarvoissa sekä tehollisissa lämpöarvoissa saapumistilassa ei ollut suurta eroa. Tuloksista huomataan myös, että mäskin ja hiivan eri seosten välillä tehollisissa lämpöarvoissa ei juurikaan ole eroavaisuutta. Mäskin kosteuspitoisuus oli määrityksen mukaan 73,8 m-% ja hiivan hieman korkeampi 75,3 m-%.
Taulukko 1. Mäskin, hiivan ja näiden seosten teholliset lämpöarvot.
| Pelletti | Tehollinen lämpöarvo MJ/kg | Tehollinen lämpöarvo saapumistilassa MJ/kg |
| Mäski | 19,25 | 3,25 |
| Hiiva | 19,58 | 2,99 |
| Mäski/Hiiva 3/1 | 19,33 | 3,19 |
| Mäski/Hiiva 4/1 | 19,32 | 3,20 |
| Mäski/Hiiva 5/1 | 19,31 | 3,21 |
*Tehollisen lämpöarvon laskemisessa näytteen vetypitoisuutena käytetty arvoa 6,69 %. Jauhetun näytteen partikkelikoko < 1 mm.
Vertailu ja yhteenveto
Alla olevassa taulukossa 2 on vertailtu mäskistä ja hiivasta tehtyjen pellettien lämpöarvoja biopolttoaineiden lämpöarvoihin (Motiva, 2021). Taulukosta nähdään, että mäskistä ja hiivasta sekä näiden seoksista valmistettujen pellettien tehollinen lämpöarvo on hyvinkin vastaavalla tasolla, kuin taulukossa esitettyjen biopolttoaineiden teholliset lämpöarvot. Tehollinen lämpöarvo saapumistilassa on taas mäskillä ja hiivalla sekä näiden seoksilla selkeästi pienempi, kuin taulukon biopolttoaineilla, johtuen mäskin sekä hiivan korkeasta kosteuspitoisuudesta.
Taulukko 2. Mäskin ja hiivan lämpöarvojen vertailu biopolttoaineisiin (Motiva, 2021).
| Pelletti | Tehollinen lämpöarvo MJ/kg | Tehollinen lämpöarvo saapumistilassa MJ/kg |
| Mäski | 19,25 | 3,25 |
| Hiiva | 19,58 | 2,99 |
| Mäski/Hiiva 3/1 | 19,33 | 3,19 |
| Mäski/Hiiva 4/1 | 19,32 | 3,20 |
| Mäski/Hiiva 5/1 | 19,31 | 3,21 |
| Biopolttoaine | Tehollinen lämpöarvo MJ/kg | Tehollinen lämpöarvo saapumistilassa MJ/kg |
| Metsätähdehake | 18,5–20 | 6–9 |
| Kokopuuhake | 18,5–20 | 7–10 |
| Rankahake | 18,5–20 | 7–11 |
| Kantohake | 18,5–20 | 8–13 |
| Havupuun kuori | 18,5–20 | 5–9 |
| Koivun kuori | 21–23 | 8–11 |
| Pilke | 18,5–19,0 | 13,4–14,5 |
| Sahanpuru | 19–19,2 | 6–10 |
| Jyrsinturve | 20,9 | 9,7 |
| Palaturve | 21,3 | 11,9 |
Tulosten perusteella mäskillä ja hiivalla sekä näiden seoksilla olisi potentiaalia energiatuotannossa esimerkiksi pelletoituna, tämä kuitenkin vaatisi mäskin sekä hiivan kuivaamisen ennen hyödyntämistä polttoaineena. Kuopiossa pienpanimoiden sivuvirtana rapaa eli mäskiä muodostuu 100–200 kg jokaista tuotettua olutkuutiota kohden. Vuositasolla se tarkoittaa noin 154 000 kg mäskiä ja noin 42 000 kg hiivaa eli rupaa. Ravinnepitoinen mäski on prosessin jälkeen kosteaa ja lämmintä sekä huonosti säilyvää. Ennen sen pelletointia, mäski tai testattu mäskin ja hiivapitoisen sakan seos tulisi kuitenkin kuivata. Pienpanimoiden sivuvirtojen muodostumismäärät ovat kuitenkin niin korkeat ja niiden kuivaaminen vaatisi teollisen mittakaavan kuivurin.
Mikäli mäskiä ja hiivaa sekoitettaisiin suhteessa 4/1, tehollisen lämpöarvon ollessa saapumistilassa määritysten mukaan 3,20 MJ/kg, tuottaisi kyseinen määrä mäskiä ja hiivaa karkeasti laskettuna yhteensä 627 200 MJ energiaa, joka vastaa noin 174 222 kWh (1 MJ ≈ 0,277778 kWh). Mikäli sama määrä mäskiä ja hiivaa kuivattaisiin ensin, tuottaisi kyseinen määrä mäskiä ja hiivaa sekoitettuna suhteessa 4/1, karkeasti laskettuna yhteensä 984 547 MJ energiaa, joka vastaa noin 273 485 kWh. Käyttäen laskussa tehollisena lämpöarvona määritettyä 19,32 MJ/kg ja massan kosteuspitoisuutena 74 %. Vertailuna tähän tyypillinen omakotitalon sähkönkulutus on vuodessa 5 000–20 000 kWh (Lumme Energia).
BioBoost – Pohjois-Savon biotalouteen boostia -hanke on EU:n osarahoittama (JTF-rahoitus), jonka rahoittavana viranomaisena toimii Pohjois-Savon liitto. Hankkeen toteuttajia ovat Savonia-ammattikorkeakoulu sekä Itä-Suomen yliopisto.
Lähteet:
Motiva. 2021. https://www.motiva.fi/ratkaisut/uusiutuva_energia/bioenergia/tietolahteita/biopolttoaineiden_lampoarvoja
Lumme Energia. https://www.lumme-energia.fi/blogi/sahkon-kulutus-omakotitalossa
Kirjoittajat:
Eevi Minkkinen, tutkimusinsinööri, eevi.minkkinen@savonia.fi
Maarit Janhunen, tki-asiantuntija, maarit.janhunen@savonia.fi
Miika Virtanen, projektiasiantuntija, miika.virtanen@savonia.fi