Energy efficiency and greenhouse gas emissions in digestate utilization

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Nevalainen, Olli
dc.contributor.author Haverinen, Aleksi
dc.date.accessioned 2014-06-25T09:24:53Z
dc.date.available 2014-06-25T09:24:53Z
dc.date.issued 2014-06-09
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/13544
dc.description.abstract Biogas production is an emerging energy technology, which serves also as a waste treatment and reduction method. As the biogas production process is optimized in terms of waste management and economy, also the residue of anaerobic digestion, digestate, should have a useful purpose. Due to notable nutrient content, digestate is often considered as a potential fertilizer. The object of this Thesis is to determine energy efficiencies and GHG emissions in different application chains of digestate, which are usable in Finland. The results benefit economic and environmental feasibility studies on both digestate treatment and whole biogas process. As a secondary object, an excel-tool was developed for efficient data processing, which may also be used for further studies of more specific boundaries. Prior to the main calculations, biogas, anaerobic digestion and digestate are discussed in basics, providing the background information for digestate applications. Four application chains, soli improver-growing media, solid fuel (fertilizer pellet), ammonium sulphate fertilizer and liquid fertilizer, are chosen for the energy and emission calculations. The energy and emissions data are first provided for separate processes and applications. Next, the data are unified into chains and, finally, the energy and GHG balances of each application chain are calculated, discussed and compared together. The greatest energy demands are found to occur in two main processes, thermal drying and ammonia stripping, while savings are generated by energy content of solid fuel and synthetic fertilizer substitution by nutrient content. As for GHG emissions, the highest credits are gained by avoidance of N-fertilizer production. Based on both the energy efficiency and GHG emissions, the solid fraction of digestate should be applied as soil improver-growing media and the liquid as fertilizer directly after screw press separation. This method could result in primary energy saving of 30 to 40 kWh and GHG saving of more than 50 kg CO2 equivalent per tonne raw digestate treated. The highest energy demand and GHG emissions are generated by the fertilizer pellet. Nonetheless, significant uncertainty is involved in the results due to dependency on variable properties of digestate and lack of energy and emission data on the processes and applications. en
dc.description.abstract Biokaasun tuotanto on kehittyvä ja kasvava energiantuotantomuoto, joka toimii lisäksi jätteenkäsittelyprosessina. Kun biokaasuprosessi, jossa orgaanisen aineen mädättäminen synnyttää biokaasua, optimoidaan, myös mädätysjäännökselle pyritään löytämään käyttökohde. Huomattavan ravinnesisällön vuoksi lannoitus on jäännöksen yleisin käyttösovellus. Tämän diplomityön tavoite on määrittää mädätysjäännöksen hyödyntämisen energiatehokkuus ja kasvihuonekaasupäästöt eri prosessointi- ja käyttövaihtoehdoissa, jotka ovat sovellettavissa suomalaiseen toimintaympäristöön. Tulokset tukevat sekä mädätysjäännöksen käsittelyn että koko biokaasuprosessin talous- ja ympäristöarviointeja. Toinen työn tavoite oli tiedonkäsittelyä tehostavan excel-työkalun kehittäminen. Biokaasun, mädätyksen ja mädätysjäännöksen perusteet, joiden pohjalta tarkasteltavat käyttövaihtoehdot valitaan, käsitellään työn alussa. Neljä laskennassa arvioitavaa käyttökohdetta ovat maanparannusaine-kasvualusta, kiinteä polttoaine (lannoitepelletti), ammoniumsulfaattilannoite ja nestemäinen lannoite. Energia- ja päästötiedot kerätään ensin erillisille prosesseille, jonka jälkeen ne yhdistetään lopputuotteiden käyttöön johtaviksi ketjuiksi. Lopuksi eri tuotanto- ja käyttöketjujen energiatehokkuudet ja kasvihuonekaasupäästöt lasketaan, arvioidaan erikseen sekä verrataan keskenään. Prosessoinnissa eniten energiaa kuluu termisessä kuivauksessa ja ammoniakin strippauksessa, kun taas kiinteän polttoaineen energiasisältö ja lannoitekäytössä synteettisten lannoitusaineiden korvaus tuottavat suurimmat energiansäästöt. Puolestaan synteettisen typpilannoitteen tuotannon välttäminen säästää eniten kasvihuonekaasupäästöjä. Sekä energiatehokkuuden että päästöjen perusteella mädätysjäännös tulee erottaa ruuvipuristimella, jonka jälkeen kiinteä jae hyödynnetään maanparannusaine-kasvualustana ja nestejae suoraan nestemäisenä lannoitteena. Toimintamalli tuottaa 30 – 40 kWh primäärienergiasäästöt ja yli 50 kg CO2-ekvivalentin kasvihuonekaasusäästön käsittelemätöntä mädätysjäännöstonnia kohden. Lannoitepelletin prosessointi- ja käyttöketju tuottaa sekä suurimman energiankulutuksen että kasvihuonekaasupäästön. Tuloksiin liittyy kuitenkin huomattavaa epävarmuutta, sillä ne riippuvat keskeisesti jäännöksen ominaisuuksista, ja koska prosessoinnista on saatavilla vähän tietoa. fi
dc.format.extent 92 + 14
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Energy efficiency and greenhouse gas emissions in digestate utilization en
dc.title Energiatehokkuus ja kasvihuonekaasupäästöt mädätysjäännöksen hyödyntämisessä fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö en
dc.contributor.school Insinööritieteiden korkeakoulu fi
dc.subject.keyword digestate en
dc.subject.keyword energy efficiency en
dc.subject.keyword primary energy en
dc.subject.keyword greenhouse gas en
dc.subject.keyword biogas en
dc.subject.keyword mädätysjäännös fi
dc.subject.keyword energiatehokkuus fi
dc.subject.keyword primäärienergia fi
dc.subject.keyword kasvihuonekaasu fi
dc.subject.keyword biokaasu fi
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201408202434
dc.programme.major Prosessi- ja ympäristönsuojelutekniikka fi
dc.programme.mcode K3009 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Järvinen, Mika
dc.programme Energia- ja LVI-tekniikan koulutusohjelma fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account