Optimization of the feedstocks for biogas process
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-12-22
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Water and Environmental Engineering
Language
en
Pages
73
Series
Abstract
The global shift toward a fossil-free energy sector highlights the need for sustainable and renewable energy alternatives. Biogas production presents an attractive opportunity, by simultaneously addressing waste management challenges and contributing to green energy generation. Its strengths lie in the versatility of feed-stock selection, enabling localized waste processing and circular economy practices. However, challenges such as process imbalances caused by difficult feedstock must be addressed to optimize production efficiency. This thesis explores the optimization of feedstocks for biogas production, focusing on the relationship between feedstock characteristics and biogas yield, as well as their implications for process stability. The study combines a comprehensive review of literature with simulation-based research using SUMO Dynamita software. Simulations were conducted using data from various commonly used feed-stocks. Key objectives include identifying optimal feedstocks, exploring effective co-digestion strategies, and evaluating factors influencing biogas production and digestate utilization. Special emphasis is placed on sustainability, regulatory compliance, and the dual benefits of energy production and nutrient recycling. The results highlight significant variability in biogas yields across feedstocks and demonstrate that high yields are not always associated with theoretically optimal parameter values. Factors most influential in biogas production are identified, along with their impact on digestate quality and its suitability for agricultural use. Furthermore, the findings emphasize the importance of balancing feedstock avail-ability with production goals to ensure both economic viability and operational stability. The conclusions of this thesis contribute to a deeper understanding of feedstock optimization in biogas production, offering practical insights for improving efficiency and promoting renewable energy solutions.Globaali siirtymä kohti fossiilivapaata energiasektoria korostaa kestävien ja uusiutuvien energiaratkaisujen tarvetta. Biokaasun tuotanto tarjoaa houkuttelevan vaihtoehdon, sillä se vastaa samanaikaisesti jätehuollon haasteisiin ja edistää vihreän energian tuotantoa. Biokaasun vahvuuksiin kuuluu sen monipuolinen syötevalikoima, joka mahdollistaa paikallisen jätteenkäsittelyn sekä kiertotalouskäytäntöjen toteutumisen. Tuotannon haasteisiin kuuluu kuitenkin mahdollinen prosessin epävakaus, joka johtuu vaikeiden syötteiden käsittelystä. Tämä tulee ratkaista tuotannon tehokkuuden optimoimiseksi. Tämä diplomityö tutkii biokaasun tuotannon syötteiden optimointia keskittyen syötteiden ominaisuuksien ja biokaasuntuoton väliseen suhteeseen sekä niiden vaikutuksiin prosessivakauteen. Tutkimus yhdistää kattavan kirjallisuuskatsauksen ja simulaatiopohjaisen tutkimuksen hyödyntämällä SUMO Dynamita -ohjelmistoa. Simulaatiot toteutettiin yleisesti käytettyjen syötteiden tietojen pohjalta. Keskeisiä tavoitteita ovat optimaalisten syötteiden tunnistaminen, tehokkaiden yhteismädätysstrategioiden tutkiminen sekä mädätteen hyödyntämiseen vaikuttavien tekijöiden arviointi. Työssä on painotettu prosessin kestävyyttä, säädösten toteutumista sekä energian tuotannon ja ravinteiden kierrätyksen hyötyjen tunnistamista. Työn tulokset korostavat syötteiden välistä merkittävää vaihtelua biokaasun tuotannossa sekä löydöstä, että korkeat saannot eivät ole aina yhteydessä teoreettisesti optimaalisiksi arvioituihin parametriarvoihin. Biokaasun tuotantoon eniten vaikuttavat tekijät tunnistettiin, ja lisäksi tarkasteltiin, miten syötteiden sisältö vaikuttaa mädätteen laatuun ja sen soveltuvuuteen maatalouskäyttöön. Lisäksi tulokset korostavat syötteiden saatavuuden ja tuotantotavoitteiden tasapainottamisen merkitystä taloudellisen kannattavuuden ja prosessin vakauden varmistamiseksi. Tämän työn johtopäätökset syventävät ymmärrystä syötteiden optimoinnista biokaasun tuotannossa tarjoten käytännöllisiä näkemyksiä tehokkuuden parantamiseen ja uusiutuvan energian ratkaisujen edistämiseen.Description
Supervisor
Mikola, AnnaThesis advisor
Karaste, SuviKeywords
biogas, optimization, feedstocks, sustainability, renewable energy, digestate