Puuperäisten biomassojen kaasutus- Esimerkkinä Sievin kaasutin

Transkriptio

1 HIGHBIO - INTERREG NORD Korkeasti jalostettuja bioenergiatuotteita kaasutuksen kautta Puuperäisten biomassojen kaasutus- Esimerkkinä Sievin kaasutin Ulf-Peter Granö, Ulla Lassi, Yrjö Muilu, Hannu Snellman, Toivo Kuokkanen Uudet energiaratkaisut Pohjanmaalla seminaari

2 BIOENERGIA Bioenergiaraaka-aineet (metsäbiomassa ja maatalous) Suora poltto - Polttopuu - Hake - Pelletit Pyrolyysi -hiilestys Puuhiili Terminen käsittely (lämpö) Pyrolyysi Kaasutus Synteesikaasu (puukaasu) Suora nesteytys Pyrolyysiöljy Alkoholifermentointi Etanoli Butanoli Biokemiallinen käsittely Bakteerit Anaerobinen hajoaminen Biokaasu Aerobinen hajoaminen Komposti Puhdistus Lämmitys / Polttaminen Synteettiset raakaaineet (BTL) Nestemäiset polttoaineet Synteettinen polttoaine (GTL) Kemian raakaaineet Jäähdytys Lämpö/höyry Sähkö Kaasumoottori Ajoneuvokäyttö BTL=Biomass to liquid GTL=Gas to liquid Kemialliset tuotteet Ulf-Peter Granö

3 Fotosynteesi Palaminen Hiilidioksidin kiertokulku Fotosynteesi Palaminen Happi Hiilidioksidi Hiilidioksidi Happi Energia Vesi Aurinkoenergia Vesi

4 Vihreän kemian periaatteet biomassan kaasutuksessa Biomassa Lämpö Tuotekaasu kaasumoottorille, kaasuturbiinille, polttokennoille Metanoli (CH 3 OH) Reaktori Biomassan kaasutus Jäähdytys ja puhdistus FT polttoaine (Fischer-Tropsh) FT Diesel Vety (H 2 ) Synteettinen luonnonkaasu (Bio-SNG) Kemialliset tuotteet Ulf-Peter Granö

5 Biomassan kaasutus osana palamisprosessia Lähde: Handbook Biomass Gasification, 2006.

6 Kaasutuksen kemialliset reaktiot Kaasutus koostuu useista kemiallisista prosesseista. Osa niistä on energiaa kuluttavia (endotermisiä, kaavassa vasemmalla) ja osa energiaa tuottavia (eksotermisiä, kaavassa oikealla)

7 Kaasuttimet Myötävirtakaasutin < 1MW th Myötävirtakaasuttimen periaatekuva Lähde: Handbook Biomass Gasification, 2006.

8 Kaasuttimet Vastavirtakaasutin 1-30MW th Ristivirtakaasutin Lähde: Handbook Biomass Gasification, 2006.

9 Kaasuttimet Leijupetikaasutin MW th Kiertopetikaasutin MW th Lähde: Handbook Biomass Gasification, 2006.

10 Kaasutuksessa keskeiset parametrit 1) Kuumakaasu, 2) Jäähdytetty kaasu Lähde: Handbook Biomass Gasification, 2006.

11 HIGHBIO - INTERREG NORD Korkeasti jalostettuja bioenergiatuotteita kaasutuksen kautta Interreg IVA Pohjoinen HighBio -tutkimusprojektin tavoitteena uuden tiedon tuottaminen puun (ja muiden biomassafraktioiden) kaasutukseen liittyen, kaasun hyödyntämistarkastelut ja tiedon levittäminen. Rahoittajat: EU-Interreg, Länsstyrelsen i Norrbotten, Suomen kansallinen vastinrahoitus; Lapin Lääninhallitus Projektiosapuolet: Jyväskylän yliopisto, Kokkolan yliopistokeskus Chydenius (koordinaattori) Centria tutkimus ja kehitys, Ylivieska (ammattikorkeakoulun tutkimusyksikkö) Oulun yliopisto, Kemian laitos Luleå tekniska universitet (LTU) ETC, Energitekniskt Centrum i Piteå Kokonaisbudjetti noin 1,6 M (3 vuotta)

12 HIGHBIO - INTERREG NORD Korkeasti jalostettuja bioenergiatuotteita kaasutuksen kautta Eri raaka-aineet Kemian tuotteet Renad drivgas Polttoaine CHP-yksiköt Sähkö + lähilämpö Kaasutus Kaasun puhdistus Sivutuotteet GTL Ulf-Peter Granö

13 HIGHBIO - INTERREG NORD Korkeasti jalostettuja bioenergiatuotteita kaasutuksen kautta WP1. Kehitetty kaasutusprosessi D1. Entrained flow kaasuttimen tutkiminen (laboratoriossa) D2. Down draft flow kaasuttimen tutkiminen (laboratoriossa, pilot-mittakaavassa) D3. Biopolttoaineiden syöttö paineistetussa ympäristössä D4. Pesuveden ja syntyvän kondenssiveden koostumuksen tutkiminen Polttomootto rit Pakokaasut Päästöt Raaka-aine (biomassa) Raakakaasu Tuotekaasu Kaasuturbiinit Kaasutusreaktori Kaasun puhdistus Pesu- ja kondenssivesi Polttokennot = Tutkimusalue Ulf-Peter Granö

14 Sievin kaasutin EK Kaasu, Gasek Oy Eero Kangasojan puukaasuauto: Ajettu yli km Huippunopeus 120 km/h Polttoainekulutus litra ilmakuivaa haketta/ 1 km Polttoainekustannus ostohakkeella 1 /100 km Polttoainetankki 200 litraa ->200 km Lähde: Bioenergia 3/2007 Yrjö Muilu

15 Kangasojan CHP -laitteiston kytkentäkaavio ( Yrjö Muilu

16 EK kaasun tekniset ominaisuudet Polttoaineeksi käy ilmakuiva hake, kosteus alle 45 % Kaikki puulajit soveltuvat (mänty, kuusi, koivu, paju, leppä, haapa, pihlaja, paju, kataja? jne.); myös muita biomassafraktioita on kaasutettu hyvin tuloksin Polttoaine haketetaan normaaleilla hakkureilla (homehtumisrajakosteus on maks. 25) Tuotekaasu tervatonta Tuotekaasu soveltuu joko suoraan poltettavaksi tai CHP -käyttöön Rakenne on yksinkertainen ja helppo huollettava Ei tulipalovaaraa (jäännös lietettä) Käytön aikana laitteistossa alipaine -> ei häkävaaraa Seisonnassa ei vuotoja Yrjö Muilu

17 HIGHBIO - INTERREG NORD Korkeasti jalostettuja bioenergiatuotteita kaasutuksen kautta WP2. Raaka-aineiden vaikutus kaasutusprosessiin D1. Bioraaka-aineen esikäsittely D2. Raaka-aineen koostumuksen vaikutus kaasun laatuun D3. Kaasutusprosessin toiminta Polttomoottorit Pakokaasut Päästöt Erilaiset raaka-aineet (biomassa) Raaka-aineen esikäsittely Kaasutusprosessin toiminta Raakakaasun puhdistus Kaasuturbiinit Polttokennot = Tutkimusalue Ulf-Peter Granö

18 HIGHBIO - INTERREG NORD Korkeasti jalostettuja bioenergiatuotteita kaasutuksen kautta WP3. Kaasutuksen lopputuotteet D1. Tuotekaasun (synteesikaasu) hyödyntäminen uusiksi kemian tuotteiksi D2. Kaasutuksessa muodostuvien sivutuotteiden hyötykäyttö Raakakaasu Tuote kaasu Kemian raakaaineet Kemian tuotteet Muovituotteet Kaasunpuhdistus GTL Tekniset polttoaineet Liikenteen polttonesteet Sivutuotteet Sivutuotteiden hyötykäyttö = Tutkimusalue Polttoaine Ulf-Peter Granö

19 Synteesikaasun hyödyntämismahdollisuudet (uudet kemian raaka-aineet ja tuotteet) Vaatimukset; * vähäinen epäpuhtauksien määrä kaasussa * kaasun koostumus, erityisesti H 2 /CO suhde (välillä 0,6-2) * reaktio-olosuhteet (lämpötila, paine, inertit kaasut (alle 2 %), katalyytti)

20 Synteesikaasun hyödyntämismahdollisuudet (uudet kemian raaka-aineet ja tuotteet) Hayes & Kolaczkowski, 1997 Ref.

21 Reaktioaskeleet synteesikaasun katalyyttisessä reaktiossa Fischer-Tropsch synteesi Co- tai Fe-katalyytin pinnalla: Metanolisynteesi Cu-katalyytin pinnalla: Metaanisynteesi Ni-katalyytin pinnalla:

22 Tutkimuksen kytkennät muihin projekteihin; * TEKES/BIOREFINE teknologiaohjelma (LIGFU-projekti) * Suomen Akatemia/Kestävän energian tutkimusohjelma (SUSFUFLEX-projekti)

23 HIGHBIO - INTERREG NORD Korkeasti jalostettuja bioenergiatuotteita kaasutuksen kautta WP4. Arviointi ja teknistaloudellinen analyysi D1. Biopolttoaineiden termokemiallisen käsittelyn teknistaloudellinen arviointi D2. Aine- ja energiatasetarkastelut liittyen biomassan kaasutukseen Arviointi

24 HIGHBIO - INTERREG NORD Korkeasti jalostettuja bioenergiatuotteita kaasutuksen kautta WP5. Tiedon levittäminen D1. Kansalliset ja kansainväliset tiedonsiirrot; seminaarit, tutkijatapaamiset ja messut, INFO lehdet Internetiin D2. Projektihallinnointi ja raportointi DE FI US AU SE FoU result FoU FoU result resultat EU FoU resultat Projektin tulokset T&K -tulokset Tieto CHPyksiköistä Alueellinen tarve Raportit rahoittajille INFO materiaali Seminaarit Internet

25 Puukaasun mahdollisuudet Onko puukaasu tulevaisuuden liikenteen polttoaine? Voidaan toki käyttää, mutta ei tarkoituksenmukaisin/ensisijainen potentiaalinen käyttökohde Onko puukaasu ratkaisu hajautetun energiantuotannossa? Kyllä on, erityisesti pienen kokoluokan energiantuotannossa Suurin potentiaali tällä hetkellä yhdistetty lämmön- ja sähköntuotanto, CHP-yksiköt Mikä on puukaasun tulevaisuuden visio? Sivutuotteiden kaasutus (osa ratkaisuna jätehuoltoon) Uudet kemikaalit ja kemian raaka-aineet (mm. liikenteen polttonesteet, vedyn tuotanto ja muovit)

26 HIGHBIO - INTERREG NORD Korkeasti jalostettuja bioenergiatuotteita kaasutuksen kautta HighBio-Bioenergiaseminaari, Kokkolassa Aika: Ti 18/ , 12:00-16:00 Paikka: Kokkolan yliopistokeskus Chydenius, Talonpojankatu 2B Lähempiä tietoja: ulf-peter.grano@chydenius.fi Puh.: (0) HighBion yhteistyökumppanit; Oulun yliopisto, Centria - Ylivieska, Luulajan teknillinen yliopisto (LTU), Energiatekniikan keskus - Piteå (ETC) ja Jyväskylän yliopisto Kokkolan yliopistokeskus Chydenius HighBio projektin osat, WP1 Kehitetty kaasutusprosessi WP2 Raaka-aineiden vaikutus kaasutusprosessiin WP3 Kaasutuksen lopputuotteet WP4 Arviointi ja teknotaloudellinen analyysi WP5 Tietojen levittäminen HighBio projektets delar; WP1 En utvecklad förgasningsprocess WP2 Råvarans inverkan på förgasningsprocessen WP3 Slutprodukter från förgasning WP4 Utvärdering och teknoekonomiska analyser WP5 Informationsspridning

27 HIGHBIO - INTERREG NORD Korkeasti jalostettuja bioenergiatuotteita kaasutuksen kautta Kiitokset mielenkiinnostanne! Ulla Lassi Oulun yo/ Kokkolan yliopistokeskus Chydenius Ulf-Peter Granö Kokkolan yliopistokeskus Chydenius Yrjö Muilu Centria-Ylivieska Hannu Snellman Centria-Ylivieska Toivo Kuokkanen Oulun yo Marcus Öhman LTU, Luleå Joakim Lundgren LTU, Luleå Rikhard Gebart ETC i Piteå Magnus Marklund ETC i Piteå