[KEMIÖNSAARI] Biokaasutekniikan soveltuvuus Kemiönsaaren energiahuoltoon

Transkriptio

1 2012 Saferock IT Solutions Oy Keskustie Taivassalo markku.riihimaki@saferock.fi Markku Riihimäki Katja Mahal [KEMIÖNSAARI] Biokaasutekniikan soveltuvuus Kemiönsaaren energiahuoltoon

2 Sisällys SELVITYKSEN TAUSTA 2 SELVITYS SISÄLTÄÄ SEURAAVAT TIEDOT 3 JOHDANTO 4 MITEN BIOKAASULAITOS TOIMII? 5 BIOKAASUN HYÖDYNTÄMINEN 6 BIOKAASULAITOKSEN OSAT 7 INVESTOINNIN TOTEUTTAMISSUUNNITELMA JA AIKATAULU 8 TUET JA SYÖTTÖTARIFFI 9 LAITOSTEN SAAMA TUKI 9 Esimerkki 9 Pienten laitosten etu 9 MAATILALAITOSTEN TUKI 10 MAHDOLLISET KÄYTTÖKOHTEET JA SYÖTTEET 11 MAHDOLLISET SYÖTTEET 12 Käytätettävissä oleva viljelemätön biomassa 12 Syötteiden soveltuvuus luonnonmukaiseen tuotantoon 13 CASE 1 BRUSABYN KOULUTILA / AXXEL MAATALOUSOPPILAITOS 14 Vaihtoehto A Mitoitus lannanhoidon ja lannanlevitystarpeen mukaan 15 Vaihtoehto B Mitoitus koulun minimitarpeen mukaan 16 Vaihtoehto C Mitoitus koulun maksimitarpeen mukaan 16 CASE 2 MAATILALAITOSESIMERKKI 18 Vaihtoehto 1 18 Vaihtoehto 2 22 CASE 3 JÄTEVESIPUHDISTAMO 24 TIETOA LIIKENNEPOLTTOAINEESTA 25 LIIKENNEPOLTTOAINEEN VALMISTUS JA MYYNTI 25 BIOKAASUN HINTA 26 ENERGIAVEROTUS 26 AUTOVERO 26 AJONEUVOVERO 26 ESITTELY MAHDOLLISISTA RATKAISUISTA 27 BIOKAASULAITOKSEN LAITEVAIHTOEHTOJA 28 ERILAISET MÄDÄTTÄMÖRATKAISUT 29 PERINTEINEN MÄDÄTTÄMÖTYYPPI 29 KUIVAMÄDÄTYSLAITOS 30 TULPPAVIRTAMÄDÄTTÄMÖ 30 UUDET KOMPAKTIMÄDÄTTÄMÖT 31 KONTTIIN RAKENNETUT VALMISLAITOKSET 32 YHDYSKUNTAJÄTTEENKÄSITTELYYN SOPIVAT LAITOKSET 35 MITKÄ LAITOKSISTA SOVELTUISIVAT KEMIÖNSAAREN TARPEISIIN? 36 BIOKAASUTIETOA NETISSÄ 40 SAFEROCK Sivu 1/39

3 Selvityksen tausta Kemiönsaaren kunnan Energiaomavarainen Kemiönsaari hanke tilasi Biokaasu-selvityksen biokaasutekniikan soveltuvuudesta maatalouden ja kunnallisten jätevedenpuhdistamolietteiden käsittelyyn. Kemiönsaaren kunnassa toteutetaan hanke Energiaomavarainen Kemiönsaari, jonka tavoitteena on lisätä uusiutuvan energian käyttöä Kemiönsaarella. Hanketta rahoittaa kunta ja EU:n aluekehitysrahasto Varsinais-Suomen liiton kautta. Kunnassa on karjatiloja ja Brusabyn maatalousoppilaitos. Maatalousoppilaitos on siirtynyt luomuviljelyyn, jossa lannan hyödyntäminen on tärkeää. Kemiönsaaressa ei ole tällä hetkellä lietteenkäsittelylaitosta saaren jätevedelle. Kiinnostus lietteen omaan käsittelyyn ja sen hyödyntämiseen on olemassa. Energiaselvitys pyrkii vastaamaan bioenergian osalta Kemiönsaaren laatimaan STRATEGIA ohjelmaan seuraavilta osin: Vähentää fossiilisen energian käyttöä ja lisää uudistuvan energian käyttöä vuoteen 2020 mennessä. Noudattaa kestävän kehityksen periaatteita kaikessa toiminnassaan. Ympäristötavoitteet esitellään EKOLOOGINENohjelmassa. Tarjoaa elinkeinoelämälle aktiivista ja joustavaa yhteistyötä ja on valmiudessa panostaa infrastruktuuriratkaisuihin elinkeinoelämän toiminta- ja investointimahdollisuuksien parantamiseksi. Selvitys toteutettiin tiiviissä yhteistyössä maatilaomistajien ja kunnan kanssa. Tavoitteena oli löytää jokaiselle taholle parhaiten sopiva ratkaisu sekä löytää ja hyödyntää säästöjä synergian vuoksi. Selvityksen toteutti Saferock Oy. Työntekijänä oli biokaasuasiantuntija Markku Riihimäki ja maaseudun yritysneuvoja Katja Mahal. SAFEROCK Sivu 2/39

4 Selvitys sisältää seuraavat tiedot 1. Yleinen kuvaus miten biokaasulaitos toimii. Kuvaus antaa lukijalle käsityksen siitä, miten biokaasulaitos toimii ja minkälaisia erilaisia mädättämötekniikoita on olemassa ja mitkä soveltuisivat Kemiönsaaren tarpeisiin. 2. Syötteiden suhteet lähtötietojen perusteella: kuivalanta, lietelanta, puhdistamoliete ja vihermassa. Lähtötiedot ovat saatavilla. 3. Yleinen tekninen esittely mahdollisista ratkaisuista sisältäen esikäsittelyn, reaktorin, mahdollisen jälkimädättämön, kaasun talteenoton, kaasun hyödyntämisen joko lämmöntuotantoon tai yhdistettyyn sähkön- ja lämmöntuotantoon. Myös innovatiivisia ratkaisuja huomioidaan. 4. Lopputuotteen hyödyntäminen. Mahdollisesti yhdyskuntaliete tulisi ehkä pitää erillään muusta lannasta. Osa lopputuotteesta tulee soveltua luomuviljelyyn. 5. Tekniset mitoitukset, eri tekniikoiden vertailu, hyödyt ja haitat. 6. Taloudelliset laskelmat investointikustannuksista ja käyttökustannuksista yleistasolla. Mahdolliset tukimuodot mainittuna sekä ehdotukset hankkeen kannattavuudesta. 7. Konsultin lausunto hankkeen kannattavuudesta kokonaisuudessaan sekä realistiset mahdollisuudet toteuttaa hanke. 8. Toteuttamissuunnitelma aikatauluineen. SAFEROCK Sivu 3/39

5 Johdanto Kemiönsaari on tilannut useita uusiutuvan energian käytön lisäämiseen liittyviä selvityksiä. Tehtävään selvitykseen läheisesti liittyvät, aikaisemmin tehdyt raportit ovat CO2 raportti ja Lammalan kaukolämpöselvitys. Meneillään olevan Energiaomavarainen Kemiönsaari hankkeen tekemät muut toimenpiteet on pyritty huomioimaan selvityksessä. Kemiönsaari on rakenteeltaan hyvin haastava maaperän, runsaan vesistön sekä hajautetun asutuksen johdosta. Bioenergian hyödyntäminen näissä olosuhteissa on erittäin järkevää sen paikallisuuden ja monipuolisuuden vuoksi. Biomassoja hyödyntävänä biokaasulaitos vastaa useimpiin ongelmakysymyksiin alueellisena energiantuottajana, ympäristövaikutusten hoitajana, luomuviljelyn mahdollistajana sekä asuin- ja virkistyskäytön sovittamisessa alkutuotannon kanssa. Biokaasulaitokset antavat myös mahdollisuuden alueelliseen lämpö- ja luonnonhoitoyrittäjyyteen. Selvityksessä pyritään antamaan selkeä kuva eri vaihtoehdoista toteuttaa biokaasun tuotanto ja sen hyväksikäyttö Kemiönsaarella erilaisissa ja monistettavissa kohteissa. Selvityksessä on esitelty vaihtoehto myös jäteveden puhdistusprosessin tehostamiseksi biokaasulaitoksen avulla. Brusaby on selvityksessä muodostunut pääkohteeksi, sillä kohteen mahdollisuus hyödyntää lopputuotteita on ihanteellinen biokaasulaitosta ajatellen. Caset ovat monistettavissa eri kohteisiin. Case 1 Brusabyn koulutila / Kemiönsaaren kuntakeskus Case 2 Maatilalaitos kohde Case 3 Jätevedenpuhdistamo Selvitykset ovat suuntaa antavia ja vaativat ennen investointipäätöksiä kohdekohtaisen kannattavuusselvityksen tekemistä, jossa huomioidaan rakenteelliset ratkaisut sekä kaasun tarkemmat käyttömuodot ja kohteet. Biokaasuliiketoimi elää nykyisin alan kehityksen nopeaa vaihetta. Esimerkiksi jäteveden puhdistukseen on tullut selvityksen aikana kaksi uutta vaihtoehtoa, joista toinen on valittu myös esimerkiksi Kemiönsaarelle. SAFEROCK Sivu 4/39

6 Miten biokaasulaitos toimii? Seuraava kuvaus antaa lukijalle käsityksen siitä, miten biokaasulaitos toimii ja minkälaisia erilaisia mädättämötekniikoita on olemassa ja mitkä soveltuisivat Kemiönsaaren tarpeisiin. Biokaasu on orgaanisen aineen mädätyksen sivutuotteena syntyvä kaasuseos. Biokaasun suurin ainesosa on metaani (40-70 %). Loput on pääosin hiilidioksidia (CO2). Lisäksi löytyy pieniä määriä lähtöainesta ja prosessista johtuvia muita kaasuja, jotka voivat olla haitallisia kuten rikkivety (H2S). Metaani tunnetaan maakaasusta. Maakaasun pitoisuudesta metaaninosuus on noin 95%. Maakaasu on kätevä energialähde, joka palaa lähes ilman päästöjä. Sen haittapuoli on, että sitä on kaasumuodon vuoksi hankala kuljettaa. Maakaasu käytetään ensisijaisesti lämmöntuottamiseen, mutta tiukkenevien päästötavoitteiden vuoksi se yleistyy myös liikennepolttoaineena. Maakaasu on syntynyt miljoonien vuosien saatossa ja on öljyn tavoin ehtyvä luonnonvara. Biokaasutuotantoa voisi verrata maakaasun tuottamiseen muutamissa kuukausissa. Raaka-aineeksi käy mikä tahansa orgaaninen aine. Lanta, bio- ja yhdyskuntajäte sekä maatalouden sivujakeet ovat erinomaisia syötteitä biokaasun valmistukseen. Sivutuotteena syntyy lietteenomainen jäännös. Kaikki ravinteet jäävät jäännökseen, jota voi hyödyntää ensiluokkaisena lannoitteena peltoviljelyssä. Biokaasun tuottaminen on periaatteessa varsin yksinkertainen prosessi. Yksinkertaisimmillaan biokaasua tuotetaan pitämällä karjanlantaa muovisäkissä maakuopassa 38 asteen lämmössä. Syntyvä kaasu johdetaan muoviputkella säilytysastiaan. Prosessin aikana karjalanta muuttuu lietemäiseksi. Massan kiintoaine vähenee noin 10 %. Lannassa olevat ravinteet säilyvät, mutta liukenevat nopeammin kasvien hyödynnettäväksi. Suomen olosuhteissa prosessia ei saada toimimaan näin yksinkertaisesti, mutta täälläkin on hyvä muistaa välillä, että kysymyksessä on biologinen prosessi, joka tapahtuu jokaisen lehmän pötsissä ja soiden uumenissa. Prosessi on myös yhtä häiriöherkkä kuin lehmän pötsi. Varsinaisen työn tekevät erilaiset bakteerit, jotka tarvitsevat tarkkaan määritellyt olosuhteet voidakseen elää ja jakautua. Tarvitaan vakaa lämpötila, tietty ph ja ennen kaikkea hapeton ympäristö. Jo muutaman asteen lämpötilan heilahdus aiheuttaa prosessin pysähtymisen. Happivuoto puolestaan aiheuttaa bakteerien kuolemisen. Biokaasulaitos on ihmisen rakentama ympäristö, jossa tämä prosessi voi tapahtua hallitusti suuressa mittakaavassa. Laitokseen kuuluu varsinaisen prosessin lisäksi myös tasaista mädättämistä edesauttava syötteiden esikäsittely, syntyvän kaasun puhdistus ja kaasun hyötykäyttö. SAFEROCK Sivu 5/39

7 Biokaasun hyödyntäminen Biokaasu on monipuolinen energialähde, jota voidaan öljyn tavoin käyttää liikennepolttoaineena, lämpöenergiana tai yhdistetyn lämmön ja sähkön tuotannossa. Yhdistetyssä lämmön ja sähkön tuotantoyksikössä eli niin kutsutussa CHP-laitoksessa muunnetaan sähköntuotannossa syntyvä lämpö hyödynettävään muotoon. Syntyvä lämpö voidaan käyttää esimerkiksi lähilämpöverkossa, kasvihuonetuotannossa tai tuotantolämpönä hakkeen kuivaamiseen. CHP-laitoksen ydin on generaattorilla varustettu moottori. CHPlaitoksissa hyötosuhde on noin 90 %. Noin % on sähköä ja 50-60% lämpöä. Laitos tarvitsee osan lämmöstä itselleen, jolloin luovutettava lämpö on useimmiten noin 40 % kokonaisenergiasta. Lämpö kerätään moottorin jäähdytysjärjestelmästä, öljyn jäähdytysjärjestelmästä sekä pakoputkistosta. Uloslähtevän veden lämpötila on sama 90 C kuin aluelämpökattilalla. Kaasu voidaan käyttä myös kylmäagregaatin pyörittämiseen. Jos lämmön tuottaminen on ensisijainen tarve, poltetaan kaasu kattiloissa, jolloin saadaan hyödynnettyä vajaa 55 % energiasta. Polttoon soveltuu tavalliset kattilat, joihin asennetaan kaasupolttimot, tai atmosfääriset kattilat, joilla kaasu voidaan polttaa suoraan. Jos kaasua halutaan käyttää ajoneuvoissa, se pitää puhdistaa 97 % metaanipitoisuuteen. Jatkohyödyntämiseen liittyy aina oma lainsäädäntö, joka on huomiottava. Omassa kiinteistössä sähköä saa käyttää vapaasti, mutta sähkönsyöttö verkkoon vaatii sopimukset verkkohaltijan kanssa. Toistaiseksi toimittajia ei käsitellä tasapuolisesti ja neuvotteluja on käytävä ehdottomasti ennen investointipäätöstä. Lämmönhyödyntämiseen tarvitaan lähilämpöverkko tai kuivaamo. Jatkokäsittelyn kustannukset vaihtelevat suuresti. Biokaasun polttamiseen soveltuva kattila maksaa muutamia tuhansia euroja. Kaasun puhdistuslaiteisto ajoneuvokäyttöön maksaa alkaen Tuotannon kannattavuuden kannalta on aina ensisijaisen tärkeää miettiä, mitä biokaasun käyttökohteita sijaitsee lähellä ja pyrkiä rakentamaan laitos mahdollisimman lähelle kohteita. Biokaasulaitos voi myydä kaasua selaisenaan tai siitä tehdyn lämmön, sähkön tai liikennpolttoaineen. SAFEROCK Sivu 6/39

8 Biokaasulaitoksen osat Syö eet Kiinteän ja nestemäisen materiaalin sekoitus / käy ömuoto Energian tarve Hygienisoin Reaktori Jälkikaasuuntumis reaktori Maatalouden sivuvirrat Peltobiomassat Teollisuuden org. jäte Humuslannoite Pääosa kaasusta syntyy reaktorissa. Jos syötteet ovat hitaasti sulavaa kasvismassaa, voidaan jälkimädättämön avulla saada kaasulle vielä jopa 40 % lisätuotto. Jos syötteet ovat nopeasti sulavia, kuten liete tai karjalanta, jälkimädättämössä syntyy enää 10% kaasusta. Ympäristöviranomaiset vaativat 12 kuukauden varastosäiliöt lietteelle. Mikäli jälkikaasuuntumisreaktorin ja reaktorin tilavuus ei riitä tähän, tarvitaan toisinaan lisäksi vielä lietesäiliö loppuvarastoksi. Lisäsäiliöksi soveltuu myös tilalla aikaisemmin sijainnut säiliö. Reaktorin koko mitataan sen mukaan, miten monta päivää tavaran pitäisi viipyä reaktorissa. Tarvittava viipymäaika riippuu paljon laitostekniikasta ja myös syötteistä. Yhdyskuntalietteestä kaasu vapautuu muutamissa päivissä, kun taas säilörehusta kaasu vapautuu hitaasti yli 120 päivän aikana. Säilörehun puriste ja muista nesteistä kaasu vapautuu nopeasti. Perunoista, porkkanoista ja ruokajätteistä kaasu vapautuu vähän hitaammin. Hyvän kokonaistuloksen kannalta on ratkaisevan tärkeää, että rakennetaan laitos, joka sopii syötteille. Laitokset voivat näyttää hyvin erilaisilta, eikä ulkonäkö kerro suoraan laitoksen tehosta. SAFEROCK Sivu 7/39

9 Investoinnin toteuttamissuunnitelma ja aikataulu Biokaasulaitoksen rakentamisvaihe on melko yksinkertainen ja vastaa yleistä maatalousrakentamista, kuten lietesäiliöt, navettarakennus tai varastohalli. Mikäli laitos rakennetaan alusta loppuun, rakentaminen kestää neljä kuusi kuukautta. Rakentamisessa on huomioitava, että loppuvaiheessa tehtävät säiliöiden pinnoitukset ja tiivistykset vaativat lämpimät työskentelyolosuhteet. Mikäli ne suorittaa alle + 5 asteessa työn onnistuminen on epävarmaa eikä kaasutiiviys ole taattu. Käynnistys on edullista aloittaa lämpimänä vuodenaikana tai ainakin ilman ollessa plussa-asteissa. Pakkaskautena käynnistys on mahdollista mutta paljon vaativampaa, häiriöalttiimpaa ja kalliimpaa, koska käynnistämiseen tarvittava energiantarve moninkertaistuu ja se on ostettava ulkopuolelta. Mikäli valitaan tehdasvalmis biokaasulaitos, laitoksen pystyttäminen kestää valmiusasteista riippuen 2 6 viikkoa. Perinteisesti laitoksen käynnistäminen kestää 6 viikkoa 4 kuukautta. Laitos suunnitellaan ympärivuotiseksi, koska käynnistysvaihe on kallis ja vaatii aikaa käynnistää prosessi uudelleen. Uusissa konttilaitoksissa käynnistys voidaan tehdä nopeammin, (6-14 päivää) mikä mahdollistaa laitoksen pysäyttämisen kesäkaudeksi. Käynnistysvaihe on erityisen tärkeä tulevan kaasunsaannin kannalta, koska käynnistysvaiheessa rakennetaan oma bakteeriympäristö. Mitä kylmempi ulkolämpötila sitä hitaampi on käynnistysvaihe, koska säiliö voi vaurioitua jos lämpötilaerot ulko- ja sisäseinän välissä ovat liian suuret. Hyvä suunnittelu ja maltti ovat syntyvän tuotannon kannalta avainasemassa. Rakentamisen lisäksi laitoksen aikatauluun vaikuttaa ympäristöluvan saanti. Alle 5000 tn syötettä käsittelevien laitosten ympäristöluvat hallinnoidaan kunnissa, jolloin käsittely kestää keskimäärin kaksi kuukautta tn asti ympäristöluvan myöntää aluehallinto ja käsittely kestä yleensä noin 6 kuukautta. Isommille laitoksille tarvitaan YVA menettely, joka vie useimmiten vuoden. Ympäristöluvan laajuus ja hakuvirasto kannattaa tarkistaa ennen suunnittelun aloittamista kunnan ympäristöviranomaiselta. Lupaan vaikuttavia tekijöitä ovat myös laitoksessa käsiteltävät syötteet ja niiden syntypaikka. Haettaessa lupaa kunnalta on suositeltavaa, että suunnitelmat ovat valmiina ja kaikkiin tarvittaviin kysymyksiin voidaan vastata heti lupaa haettaessa. Alueviranomaisten pitkien käsittelyaikojen vuoksi yli 5000 tn laitosta suunniteltaessa on suositeltavaa, että ympäristölupa haetaan ennen investoinnin aloittamista. Ympäristölupa saattaa asettaa erillisehtoja laitoksen rakenteisiin, jolloin se vaikuttaa myös laitoksen suunnitteluun. Lupapyyntöä voidaan täydentää prosessin aikana. Laitoksen koosta riippuen ympäristölupa tarvitsee käsittelyaikaa neljästä kuukaudesta yhteen vuoteen. Saman ajan tarvitsevat laitosvalmistajat laitteiden toimittamiseen. SAFEROCK Sivu 8/39

10 Tuet ja syöttötariffi Laitosten saama tuki Biokaasulaitokset ovat yritystukien ulkopuolella, lukuun ottamatta maatilalaitoksia, joille myönnetään investointituki 15% investointikustannuksista. Maataloudesta irrallaan oleva biokaasulaitos voi hakea syöttötariffin mukaista uusiutuvan energian tuotantotukea. Biokaasuvoimala voidaan hyväksyä syöttötariffijärjestelmään vain, jos se ei ole saanut valtiontukea, se on uusi eikä se sisällä käytettyjä osia, sen generaattoreiden yhteenlaskettu nimellisteho on vähintään 100 kilovolttiampeeria; sekä se käyttää polttoaineena sellaisessa biokaasulaitoksessa syntyvää biokaasua, joka ei ole saanut valtiontukea, joka on uusi ja joka ei sisällä käytettyjä osia. Tarkoitettu biokaasuvoimala voidaan hyväksyä syöttötariffijärjestelmään lämpöpreemiolla korotettuun syöttötariffiin oikeutettuna, jos se tuottaa sähkön tuotannon yhteydessä lämpöä hyötykäyttöön; sekä sen kokonaishyötysuhde on vähintään 50 prosenttia tai, jos sen generaattoreiden yhteenlaskettu nimellisteho on vähintään 1 megavolttiampeeri, vähintään 75 prosenttia. Tuki on sidottu ulos myytävään energiaan niin että myytävän energian pitää ylittää 51% laitoksen kokonaistuotannosta. Tuki takaa myydylle sähköenergialle 83 /MWh + lämpöpreemion. Vastaavalle myydylle lämpöenergialle preemio on 50 /MWh Tuen saamiseksi biokaasulaitosten generaattorin nimellistehon on oltava vähintään 100 kva. Syöttötariffijärjestelmä on mutkikas ja edellyttää päivittäin tuotannon tuntikohtaisten tietojen toimittamista kantaverkkoyhtiölle, siksi käytännössä laitoskoko pitäisi olla vähintään 150 kva. Esimerkki Laitoksen tuotanto tunnissa on 800 kwh ( n käyttötuntia vuodessa), joka muodostuu 300 kwh sähköä ja 500 kwh lämpöä Laitos käyttää omaan tarpeeseen n. 15 % eli 120 kwh Yrittäjä käyttää omassa tuotannossa 251 kwh Myytäväksi jää 429 kwh Sähköä 143 kwh à 0,083 = 11,87 /h Lämpöä 286 kwh josta preemio 143 kwh à 0,050 = 7,15 /h Tariffin tuotto tunnissa 19,02 Syöttötariffi ei jää laitostoimijan käteen vaan verkkohaltija ja muut verottavat osansa. Pienten laitosten etu Alle 50kVA laitokset ovat sähköverovapaita ja omaan käyttöön tuotettaessa 1,5 MWA, jolloin ei syöttöoikeutta valtakunnanverkkoon. Mikäli energiasta syötetään valtakunnan verkkoon osakin, muuttuu koko tuotanto verolliseksi, myös oma käyttö. SAFEROCK Sivu 9/39

11 Maatilalaitosten tuki Maatilan biokaasulaitokset Tukea voidaan myöntää sellaisen laitoksen rakentamiseen, jonka avulla biomassasta tuotetaan kaasua käytettäväksi maatilan tuotannossa tarvittavien rakennusten lämmittämiseen. Laitoksen avulla voidaan tuottaa myös muuta maatilan tuotannossa tarvittavaa energiaa. Tuen myöntämisen edellytyksenä on, että: 1) yli puolet laitoksessa käytettävästä biomassasta on peräisin hakijan tai, jos hakijana on yhteisö, yhteisön hallinnassa olevalta maatilalta taikka yhteisön osakkaan hallinnassa olevalta maatilalta; ja 2) yli puolet tuotetusta energiasta käytetään 1 kohdassa tarkoitetulla yhdellä tai useammalla maatilalla. Biomassaksi katsotaan maatilalta saatavat bioenergian raaka-aineet ja sivutuotteet, elintarvikkeiden valmistajien ja kaupan eloperäiset jätteet sekä puhdistamolietteet ja hajaasutuksen jätevesilietteet. Tukea voidaan myöntää hyväksyttäviin kustannuksiin, jotka johtuvat: 1) laitokseen kuuluvien laitteiden edellyttämän tilan rakentamisesta; 2) kaasu- ja lietesäiliön rakentamisesta; 3) kaasua tuottavan reaktorin hankinnasta; 4) muista biokaasun tuotannossa ja käytössä välttämättömien rakennelmien ja rakenteiden rakentamisesta sekä niihin tarvittavien koneiden ja laitteiden hankinnasta. Kuva: Maatilalaitos pienoismalli SAFEROCK Sivu 10/39

12 Mahdolliset käyttökohteet ja syötteet Kemiönsaarelta löytyy toistakymmentä maatilaa, joilla biokaasutuotanto voisi olla kannattava uusi tuotantomuoto. Etusijalla ovat eläintilat, joille biokaasu tarjoaa samalla lannankäsittelyä ja uudenaikaiset lannanvarastotilat. Biokaasuprosessin sivutuotteen, biokaasulietteen etu verrattuna kuivalantaan tai lietelantaan on, että sen hajuhaitat ympäristöön ovat huomattavasti pienemmät ja sen levitys pelloille vapaa-ajan asutuksen sekä muun asuinalueen ympäristössä on todettu vähemmän ristiriitoja aiheuttavaksi. Biokaasulaitoksessa kaikki tapahtuu suljetussa tilassa, jolloin haihtumista ei tapahdu, tämäkin estää hajuhaittoja ympäristöön. Myös kasviviljelytila voi hyötyä biokaasulaitoksesta. Biokaasutuotannosta saa energiaa ja liikennepolttoainetta ja sivutuotteena syntyvä jäännös on hyvä lannoite niin pelto kun vihannesviljelyssä. Biokaasulaitoksessa syntyvä liete mahdollista esimerkiksi kasvinviljelyn erikoistumista ja tehostamista luomuna. Laitoksen sivutuotteena syntyvä ylijäämälämpö voidaan hyödyntää muun muassa kalanviljelylaitoksissa, kasvihuoneissa sekä hakkeen ja polttopuunkuivatukseen. Lämmön hyödyntäminen voi avata uusia elinkeinomahdollisuuksia. Muita käyttökohteita biokaasulaitoksille voivat olla elintarvikeyritykset jotka hoitavat samalla jätehuollon ja energian tarpeen omavaraisesti. Energialaitos voi saada biokaasusta paikallista peruslämpöä. Yhdyskuntaliete voidaan käsitellä biokaasulaitoksessa ja samalla saada jätevedenpuhdistamon tarvitsema energia. Yhdyskuntalietteet kannattaa ensisijaisesti käsitellä omassa pienessä yksikössä, johon lisätään vain sen verran muita energiaa enemmän tuottavia syötteitä, että toiminta on järkevää. Tämä siksi, että yhdyskuntalieteen mukana olo alentaa jäännöslietteen lannoitearvoa ja estää myös jäännöksen käytön luomulannoitteena. Käsittelemme selvityksessä kolme tapausta, jotka voidaan siirtää myös alueen muihin kohteisiin. Selkeyden vuoksi on esitetty yksi käyttömuoto per vaihtoehto. Käyttömuodot voidaan tietenkin yhdistää eri kohteisiin. Silloin on aina tarkasteltava että laiteinvestoinneille tulee järkevä takaisinmaksuaika. Esimerkkilaskelmiin käytetyt luvut (mm. lantamäärät) perustuvat selvityksessä saatuihin lukuihin ja ovat suuntaa-antavia. Kaasuntuotto riippuu ratkaisevasti syötteessä olevasta orgaanisesta-aineesta. Lietelannassa on noin neljännes vähemmän kuiva-ainetta kuiva-lantaan verrattuna. Kun lantaa varastoidaan pitkään ennen käyttöä, osa metaanista haihtuu, eikä ole enää laitoksessa käytettävissä. Ennen investointipäätöstä on aina otettava syötekohtaiset analyysit ja tehtävät tarkat tilakohtaiset laskelmat asiantuntijan kanssa. Case 1 Brusabyn koulutila / Kemiönsaaren kuntakeskus Case 2 Maatilalaitos kohde Case 3 jätevedenpuhdistamo SAFEROCK Sivu 11/39

13 Mahdolliset syötteet Orgaanisessa aineessa oleva biokaasupotentiaali: Materiaali TS VS Biokaasuntuotto % %/TS m 3 /t materiaalia Sian lietelanta Naudan lietelanta Broilerin kuivalanta Heinäseos Puhdistamoliete Sakokaivoliete Rasvakaivojäte Rasva Perunan soluneste (ei tärkkelystä) Käytätettävissä oleva viljelemätön biomassa Kemiönsaaren järviruoko pinta-ala yht 1146 ha keskim. N. 1.3% pinta-alasta (maa ja vesi huomioiden).hyödynnettävissä oleva pinta-ala n. 1/3 = 350 ha Energia MWh/ ha = MWh. Keskimääräinen energia 39 MWh/ ha Teoreettinen ajomäärä autolla on 350x km/a Energiasisältö kwh/ t Karjanlanta Vihermassa Maissi Vihreä vilja Kananlanta SAFEROCK Sivu 12/39

14 Syötteiden soveltuvuus luonnonmukaiseen tuotantoon Puhdistamoliete ei käy luomulannoitteeseen. Tarkoituksena on luoda turvallinen lannoite ja välttää syötteitä, joiden mukana maaperään voi joutua kemikaaleja, raskasmetalleja ja muuta haitallista tai mahdollisesti haittoja sisältäviä ainesosia. Luomuasetuksessa liite I mainittuja syötteitä voi käyttää. Kiinnostavia syötteitä ovat lähinnä lanta, kasvismassa ja ruokala/kompostijätteet (huom. raskasmetallipitoisuuksia on seurattava ja syöte hygienisoitava). Tilan ulkopuolisia syötteitä voi käyttää, myös tavanomainen lanta ja kasvismassa käy - muttei teollisesta eläintenkasvatuksesta. (Tämä tulkinta on häilyvä.) Eläinperäisistä sivuaineista on selvästi hyväksytty luu ja verijauhe, muista eläinperäisestä sivuaineesta keskustellaan. Olennaista on, ettei missään vaiheessa valmistusprosessia käytetä GMO-organismeja. Suomessa elintarviketeollisuus käyttää joitakin GMO-hiivoja ja entsyymejä (juusto- ja olutteollisuus). Mikäli halutaan vastaanottaa elintarviketeollisuuden sivujakeita, on varmistettava, ettei valmistusprosessissa käytetä GMO-organismeja. SAFEROCK Sivu 13/39

15 CASE 1 Brusabyn koulutila / AXXEL maatalousoppilaitos Tilalla on 50 eläintä lypsykarjaa sekä 45 hevosta ja noin 100 ha peltoa. Tilalla syntyy vuosittain noin 1300 tn naudan kuivalantaa sekä 700 tn hevosen kuivalantaa. Ylijäävä säilörehu on noin 24 tn vuodessa. Lannoitettavan pellon koko on 43 ha. Lannanhoitotarve: vähähajuinen lannoite taajaman lähelle levitettäväksi 43 hehtaarille. Syötteiden ja lannoitettavan alan tunnuslukuja Naudan kuivalanta (50 lypsylehmää) Hevosen kuivalanta (45 hevosta) Peltoa Ylijäävä säilörehu Lannoitettavan pellon koko 1300 tn / vuosi 700 tn / vuosi 100 ha n. 24 tn / vuosi 43 ha Koulutoiminnan vuoksi tilan välittömässä läheisyydessä on suuri energiankäyttäjä. AXXEL maatalousoppilaitos tarvitsee vuodessa kwh sähköä, joka vastaa 75 kw el CHP. Alueen lämmöntarve on kwh, joka vastaa noin 85 kw el CHP. Sekä sähkön että lämmönkulutus ovat talvikuukausina huomattavasti suurempia kun kesällä. Lämmönkulutus vaihtelee samaan tahtiin sähkönkulutuksen kanssa. Alueen sähköntarve kwh Vastaa 75 kwel CHP Alueen lämmöntarve kwh Vastaa 85 kwel CHP Lannoitussuunnitelma Jäännöslietteessä (karjalanta ja vähän säilörehua) kokonaistyppi on noin 4,6 kg/tn, josta nopeasti liukenevaa 2,6 kg/tn. Fosforia on 2,5 kg/tn. a) Levitys typen mukaan (max 170 kg N): 36 tn/ha = 90 kg fosforia. b) Levitys fosforin mukaan (max 50 kg/ha): Tämä tarkoittaa max. 20 tn/ha, jolloin tulee vain 92 kg typpeä hehtaarille. Mitä enemmän kasvismassaa ja keittiön elintarvikejätettä syötetään, sitä pienempi on fosforimäärä suhteessa typpeen. Säilörehuvaltaisessa seoksessa fosforimäärä on 1,8 kg/tn. Tällöin maksimi typpilevitys 36 tn/ha sisältää 64,8 kg fosforia. Fosfori 50 tn/ ha niin maksimi levitys voi olla 27,7 tn/ha, mikä tarkoittaa 127 kg N/ha. SAFEROCK Sivu 14/39

16 Jäännöstarve 43 hehtaarille on noin tn. Jäännöslietteessä 2/3 osa typestä on nopeasti liukenevaa. Ihanteellista olisi, jos jäännöslietteen lisäksi myös komposti olisi käytettävissä. Koska halutaan saavuttaa parempi typpi/fosforisuhde, olisi hyvä, jos laitos hyödyntäisi jonkun verran myös kasvimassaa. Esimerkiksi naapureiden luonnonhoitopeltojen tai viherlannoitusnurmen massa voisi olla hyvä ratkaisu. Kuivalanta, jossa on runsaasti olkea, sisältää myöskin vähemmän fosforia suhteessa typpeen. Navettaratkaisut vaikuttavat biokaasulaitostekniikan muotoon. Laitokset, jotka soveltuvat lietelannalle, eivät automaattisesti sovellu kuivalannan käsittelyyn. Mikäli kuivike on turve tai olki, myös kuivike itsessään muodostaa kaasua ja pienemmällä eläinmäärällä saadaan suurempi kaasuntuotto. Laitoskoon mitoitus Laitoskoko voidaan mitoittaa käyttäen kolmea erilaista lähtökohtaa: a) Maatilan lannanhoidon ja lannan levitystarpeen mukaan b) Maatalousoppilaitoksen minimienergiatarpeen mukaan, perusenergiantuotantoon c) Maatalousoppilaitoksen maksimienergiatarpeen mukaan. Tällöin kesällä ylijäävä energia hyödynnetään liikennepolttoaineena tai syötetään lähilämpöverkkoon. Tällöin tilan omat syötteet eivät riitä, vaan laitos toimii alueen keskuslaitoksena. Teoriassa kohde on lähes ihanteellinen yhdistetylle lämmön- ja sähköntuotannolle CHPlaitteella. CHP-laitteella energianhyödyntämisaste on teknisesti korkein mahdollinen, noin 90 % (tavallinen sähkötuotanto %, lämmön tuotanto %). Mikäli ylijäämä sähkö ja lämpö saadaan helposti myytyä muille käyttäjille, laitos voidaan mitoittaa oman maksimitarpeen mukaan. Tämä edellyttää, että lähistöllä on käyttäjiä, jotka tarvitsevat energiaa keväästä syksyyn. Vaihtoehtoisesti laitos voisi myydä kesällä ylijäävää kaasua liikennepolttoaineeksi. Kannattaako laitos mitoittaa lähemmäksi minimitarvetta vai omaa maksimikulutuksista riippuu kannattavuuden lisäksi myös lähellä olevasta syötemäärästä ja lannanlevitysalasta. Koulu tarvitse lämpöä ja sähköä lähes saman verran, mikä on hyvä edellytys CHP:n käyttöön. Mikäli otetaan huomioon kokovuoden energiatarve CHP sähkönkapasiteetti pitäisi olla 75 kw. Suurin tarve on helmikuussa kwh, mikä edellyttää 260 kw sähköteho CHP tuotannossa (marraskuu-maaliskuu). Minimitarve on heinäkuussa kwh mikä katetaan jo 50 kw CHP:lla (toukokuu-heinäkuu). Miten 50 kwel ja 260 kwel teho vaikuttaa kokonaisuuteen? Vaihtoehto A Mitoitus lannanhoidon ja lannanlevitystarpeen mukaan Laitoskoko vastaa CASE 2 Maatilalaitosesimerkki 1 mitoituksia. CHP koko noin 20 kw el riittäisi maatilan oman energiatarpeen tyydyttämiseen. Toisin kun Case 2:ssa voisi Brusaby hyödyntää lämmön kokonaan, etenkin, jos CHP hukkalämpö hyödynnetään loimien kuivaamiseen. Julkis-talouden hankintasääntöjen vuoksi, laitoksen SAFEROCK Sivu 15/39

17 hankintahinta olisi jonkun verran korkeampi, kuin vastaava yksityinen laitos. Kun että lämpö voidaan hyödyntää täysimääräisesti (arvo 0,05 / kwh ja sähkölle lasketaan omahyötyhinnaksi 0,13 /kwh), euron hankintakustannus on raja, jolloin investoinnin saa maksettua takaisin 20 vuodessa, ilman että toiminnalle lasketaan muita hyötyjä (opetus, lannoitusarvo etc.) Mikäli laitoksen tuottama metaani hyödynnetään vain lämmöntuotantoon lämpökattilassa, tarvitaan korvaushinnaksi 0,08 /kwh, jotta saavutetaan sama kustannuksen takaisinmaksuaika. Jos investointisummaksi jää on laitos näillä hinnoilla maksanut itsensä takaisin kahdentoista vuoden jälkeen. Vaihtoehto B Mitoitus koulun minimitarpeen mukaan 50 kwel on helposti saavutettavissa. Vaihtoehto A:n teho on 37 kw, mikäli käytettävissä on 2100 tn kuivalantaa kuivikkeineen (kuitenkin niin, että suurin osa on lantaa). Eläinmäärän perusteella laskettuna oletus oli, että todellisuudessa käytettävissä olisi vain hieman yli puolet lannasta. Koska kaasua syntyy vain siitä, mitä on oikeasti olemassa, on kannattavuuslaskelma tehty alemman määrään mukaan. 50 kw sähköteho saavutetaan lisäämällä esimerkiksi 300 tn säilörehua. Sen kattamiseksi tarvitaan ulkopuolinen rehunlähde, joka olisi kooltaan noin 6-15 ha (luonnonhoitonurmi tai sinimailaspeltoja). Lietettä ei synny merkittävästi enemmän, mutta lietteen koostumus on parempi, koska fosforinmäärä suhteessa typpeen vähenee. Laitostekniikassa pitää huomioida, että tekniikka sopii peltovihermassan vastaanottamiseen. Investoinnin takaisinmaksuaika riippuu siitä, onko lisäsyötteenä käytetty vihermassa ylijäämää, kuljetetaanko sitä ilmaiseksi laitokseen maisemanhoidon takia vai korjataanko sitä omakustannushintaan. Mikäli laitos toimii maisemanhoitajana investointi maksaa itsensä takaisin jo 11 vuodessa, kunhan lämpö ja sähkö saadaan kokonaan hyödynnettyä (sähkö 0,13 ja lämpö 0,05 ). Mikäli säilörehunkorjuukustannukseksi lasketaan 20 / tonnia kohden, takaisinmaksu saavutetaan 14 vuoden päästä ja mikäli kysymyksessä olisi normaali viljely (korvaus 50 / tonni) takaisinmaksu saavutetaan vasta 20 vuoden päästä. Vaihtoehto C Mitoitus koulun maksimitarpeen mukaan 260 kwel laitos toimii jo pienimuotoisena keskitettynä laitoksena. Sijainti Kemiön keskustassa palvelisi esimerkiksi keskitettyä maisemahoitoa ja osan alueen ylimääräisen vihermassan hyödyntämistä. Laitos voisi myös edesauttaa kasvinviljelytilojen viljelyn monipuolistamista tarjoamalla hyödyntämismahdollisuuden vihermassalle. Esimerkiksi sinimailanen on hyvä maanparannuskasvi ja samalla tehokas massatuoja biokaasulaitoksessa. Luomutilan peltojen käyttöä voidaan tehostaa hyödyntämällä osa viherlannoitusnurmesta biokaasulaitoksen syötteenä. Koska suurin osa syötteistä olisi peltovihermassaa, pitää laitostekniikka olla suunniteltu käsittelemään kuituisia aineita. Syötetekniikka ja pumppaustekniikka ovat keskiössä. Laitoksen hinnaksi tulisi budjettitarjouksien perusteella noin Laitoksen kannattavuus ja takaisinmaksuaika riippuu paljolti syötteen hinnasta. Mikäli syöte saadaan hintaan 20 / tonni (eli vain korjuukustannuksella) saavutetaan takaisinmaksu 10 vuodessa ja sen jälkeen saavutetaan hyvä vuotuinen tuotto sillä oletuksella, että kaikki lämpö ja sähkö saadaan hyödynnettyä. Mikäli peltomassan hinnaksi muodostuu 50 tonnia kohden, vuotuiset kulut ovat suuremmat kuin tuotot, eikä takaisinmaksua saavuteta missään vaiheessa. SAFEROCK Sivu 16/39

18 Kannattavuus huononee myös, mikäli kesäkaudella saadaan vain osa energiasta hyödynnettyä tai energiasta saadaan huonompi hinta. Sähköverkkoon syötetystä sähköstä saadaan noin 0,08 / kwh mikäli laitos on syöttötariffin piirissä, muuten 0,05 /kwh. Jos kaasu saadaan myytyä lämpölaitokselle raskaan polttoöljyn hintaan esim. 0,08, kannattavuus ei ole vaarassa, mutta jos hinta on alhaisempi (esim. hakkeen hinta), Brusabyn laitoksen kannattavuus kärsii huomattavasti. Vaihtoehtoisesti kaasu voidaan myydä liikennepolttoainekäyttöön, joko investoimalla itse kaasunpuhdistuslaitteistoon tai myymällä kaasu tankkiasemayrittäjälle. Kolmasosa tämän laitoksen energiasta (kesästä yli jäävä osuus) vastaa m3 metaania, mikä on enemmän kuin Case 2 tuotanto kokonaisuudessa, joten liikennepolttoaineinvestointi, kannattavuus ja takaisinmaksuaika on samaa luokkaa kuin esimerkki Case 2 vaihtoehto 2:ssa tn vihermassan tuottoon tarvitaan ha peltoa, josta massa korjataan. Lietteenmäärä nousee 5400 tonniin. Siihen tarvitaan ha levitysala. Ympäristöystävällisin vaihtoehto olisi massan korjaus luonnonhoitopeloilta tai palkokasviseoksina, jotka eivät tarvitse lannoitusta ja lietteen levitys muille pelloille Page 1 of Actual Balance Equity Syötteen hinta 20 / tn Year laskelma brusaby (Versio 1).xls Page 1 of Actual Balance Equity Syötteen hinta 50 / tn Year laskelma brusaby (Versio 1).xls SAFEROCK Sivu 17/39

19 CASE 2 Maatilalaitosesimerkki Tilalla on 100 eläintä nautakarjaa. Eläimet kuivitetaan oljella ja turpeella, nuorkarjasta osa lietelantaratkaisulla. Tilalla syntyy noin 2000 tn karjan kuivalantaa vuodessa. Lisäksi lähistöltä on saatavana erilaista viherrehumassaa muun muassa yli jäävä ja huonompi laatuinen rehu, suojakaista ja kesantopeltojen niittojäte. Tilalla tarvitaan vuodessa noin kwh sähköä ja l öljyä, josta merkittävä osa liikennepolttoainetta. Osa käytetään viljan ja hakkeen kuivatukseen. Tilan käyttämä energia määrä on yhteensä kwh. Vaihtoehto 1 Laitosvaihtoehto perustuu yksinomaan karjalannan hyödyntämiseen ja oman energiatarpeen tyydyttämiseen. Käytettävissä on 2000 tn lantaa. Oletetaan orgaanisen kuiva-ainepitoisuuden olevan 18 %. Käyttämällä n. ½ kokonaismäärästä, saadaan riittävästi syötteitä oman energiakäytön kattamiseksi. Tilanteeseen sopii parhaiten kompaktilaitos. Tällä hetkellä myynnissä olevat kompaktilaitokset ovat ensisijaisesti suunniteltu lietelannan käyttöön. Parhaillaan tutkitaan joidenkin laitosten soveltuvuutta kuivalannalle. Lähtökohta on, että varustetaan kompaktilaitos hyvällä kuivasyötelaitteella ja hyödynnetään prosessijäännöksestä separoitua lietettä seoksen laimentamiseen pumpattavaan muotoon. Vaihtoehto kompaktilaitokselle on laitoksen rakentaminen itse (suunnittelijan avulla). Lähtökohtana olisi 200 m3 betoniastia varustettu samalla tavalla kun yllä. SAFEROCK Sivu 18/39

20 Tunnusluvut huomautukset Lantaa 1184 m³ vuodessa Kuiva-aine- olettama 18 % Syötemäärä 3-4 m3 päivässä eli 2-4 kauhallista ( kauhan tilavuus 0,7-1,5 m3) Kuiva-aineen hävikki n. 8% Reaktorin koko 50 m³ -200 m³ Koko riippuu mallista. Perinteisissä malleissa tarvitaan enemmän aikaa. Nykyisistä osa toimii nopeammin Viipymä päivää Metaania m³ Kokonaisenergia vuodessa kwh CHP teho 19 kwh el 432 KWh sähkö päivässä Laitoksen käyttämä energia kwh Käytettävissä oleva energia kwh vuodessa 0,42 MWh päivässä josta lämpöä josta sähköä kwh kwh SAFEROCK Sivu 19/39

21 Laitosinvestointi Laitoksen toimittajasta ja materiaalista riippuen Muuten uusi biokaasuun soveltuva kattila ja polttimo maksaa Laitosinvestointi sisältää: perustukset/ betonipohja, syötelaite, separointi, pumppu Jos energia halutaan hyödyntää yksin lämpönä voidaan mahdollisesti hyödyntää olemassa oleva kattila, johon vaihdetaan polttimo. Yksinkertainen 20 kw CHP maksaa (Ruhland) paremmin varustettu noin Pienitehoisten CHP yksiköiden hinnat ovat laskemassa. yhteensä Käyttökustannukset vuodessa 100 työtunti a 25 / h 2500 maksimilaskelma, mukaan laskettu myös se aika joka muuten käytetään lannanhoidon yhteydessä ylläpito ja huolto 5000 vakuutus 800 yhteensä 8300 rahoitus oma loput lainaa 5,5 % korko SAFEROCK Sivu 20/39

22 Laitoksen tuotto Käyttämällä kaiken sähkön omalla tilalla, laitos hyötyy saman verran, kun mitä maksaa sähkömaksuja (energiaveroinen, mutta ilman alv) sähkö a 0, vuodessa oman käytön etu, eli itselle jää, mitä joutui muuten sähköyhtiölle maksamaan lämpö a 0, olettama, että vain kwh käyttö yhteensä Energian hinnan ollessa tämän päivän tasolla on halvimman vaihtoehdon ( ) takaisinmaksuaika noin seitsemän vuotta. Oma urakointi ja esim. suojarakenteiden ja putkistojen kaivuutyöt alentavat hankintakustannuksia. Belarus moottori + VEM sähkömoottori = 44kWA Tehdasvalmiste 40kWA sähkötyöt HP yksikkö valmiina ja lämmön talteenotto SÄHKÖTYÖT KUITENKIN AMMATTIMIEHELLE SAFEROCK Sivu 21/39

23 Vaihtoehto 2 Tilan eläinmäärä laajennetaan 150 eläimeen ja käytetään kaikki tilalla syntyvä lanta biokaasulaitoksessa tavoitteena saada liikennepolttoainetta. Tämän kokoinen laitos on sähköverovapaa. Mikäli tämän kokoinen laitos myy sähköä oma tilan ulkopuolelle, siitä saatava hinta vastaa markkinahintaa ja sähköveron arvoa ilman siirtomaksuja. Saatava hinta on tällä hetkellä 0,05-0,06. Sähköstä tuleva hyöty siis putoaa radikaalisesti sen osalta mikä menee yli oman tarpeen. Vaihtoehdossa tarkastellaan siksi hyödyt liikennepolttoaineesta. Biokaasu on halvin uusiutuva liikennepolttoaine ja sen vertailuhinta on 95 E bensiiniin on 0,934 / litra kun kaasun myyntihinta on 1,46 / kg. Vertailuhinta on edullisempi koska kaasunkulutus on paremman energiatiheyden vuoksi pienempi. Tunnusluvut Lantaa 2800 m³ vuodessa. Kuiva-aine-olettama 18 % Syötemäärä 8 m³ päivässä Kuiva-ainehävikki n. 8 % Reaktorin koko m³ Viipymä d Metaania m³ Kokonaisenergia vuodessa kwh Laitosinvestointi Laitoksen toimittajasta ja toimintaperiaatteesta riippuen Tässä kokoluokassa löytyy jo valmiita ratkaisuja kiinteänlannan käsittelylle. Sama sisältö kun yllä kaasun puhdistus ja tankkausasema SAFEROCK Sivu 22/39

24 Käyttökustannukset 200 työtunti vuodessa 25 / h 2500 maksimilaskelma, mukaan laskettu myös se aika joka muuten käytetään lannanhoidon yhteydessä ylläpito ja huolto vakuutus ym 1140 muu 5000 traktorin polttokäyttökustannukset 2000 yhteensä oma pääoma ,5 % korot Laitostuotto metaani vuodessa myyntihinta polttoaineena Tuotto m³, 1, Mikäli koko energialle löytyy päivän kustannustasoa vastaavat markkinat, on takaisinmaksuaika edullisimmillaan viisi vuotta (investointi ) investoinnilla takaisinmaksuaika on 8 vuotta Page 1 of Actual Balance Equity Kuva: ote EcoGas kannattavuuslaskimesta. Laskettu yllä olevien arvojen mukaan. Vihreä linja pääoman korkotuotto normaalisti sijoitettuna. Punainen katkoviiva vuotuiset taseet Year plant-92.xls SAFEROCK Sivu 23/39

25 CASE 3 Jätevesipuhdistamo Selvitystyön osana on tutkittu mahdollisuutta toteuttaa Kemiönsaaren veden jätevesilietteen käsittely biokaasulaitoksella. Pienille kunnille oman jätevesilietteen käsittelyratkaisut on toteutettu runkovesiputkella alueen suuriin yksiköihin tai perinteisesti kumipyörillä rahtaamalla. Suurena ongelmana on myös lopputuotteiden sijoittaminen ympäristösäännösten mukaisesti. Tässä tilanteessa on tärkeää että lietemäärää ei lisätä tarpeettomasti muilla jakeilla. Suomessa toteutetut yhdyskuntalietteen käsittelylaitokset ovat perinteisen mallin mukaan valmistettuja terässiilorakenteisia biokaasulaitoksia. Laitosten investointihinnat ylittävät pienten kuntien investoinnille asettamat kustannukset ollen yleensä 2-10 miljoonaa Laitoksille asetetaan ympäristöviranomaisten sekä Eviran toimesta erittäin tiukat toimintaa sääntelevät rajat. Laitoksille ominaista on niiden monipuolinen jätteiden vastaanottokyky, jolloin ansainta perustuu ns. porttimaksuihin. Kemiönsaarella ei ole tarvetta tuottaa lisää jätemateriaalia omalle alueelle, jolloin nämä vaihtoehdot ovat pois suljettuja. Selvitystyön tuloksena voidaan pitää uusien laitoskonseptien löytäminen. Saksassa syöttötariffi on muutettu koskemaan entistä pienempiä laitoksia. Tämä muutos on tuottanut runsaasti uusia innovaatioita, jotka syrjäyttävä pienlaitosten perinteisen raskaan rakentamismallin. Lähtökohtana on lietemäärän säilyminen ja ravinteiden hyötykäyttö alueella sekä energian tuottaminen laitoksen omiin tarpeisiin. Toimintaa säätelee ympäristöluvan ehdot sekä lopputuotteen osalta lannoitelainsäädäntö, jota valvoo Evira. Ongelmana on tietenkin laitoksen suuri vesivirtaama, jota lisää ajoittainen hulevesien määrä ja pieni kiintoainepitoisuus n.2-3%. Useasta vaihtoehdosta on lähempään tarkasteluun otettu, hyvin lupaavalta vaikuttava laitoskonsepti. UDR laitos, jonka etuina on sen rakentamismahdollisuus olemassa olevalle tontille ja pieni reaktorikoko. Jätevesiliete ei sellaisenaan aivan riitä energiamäärän tuottamiseen, varsinkaan talviaikana, jolloin tulevan veden lämpötilaa pitää nostaa useita asteita. Ratkaisuna esitämme alueella syntyvien erikseen valittujen biohajoavien jätteiden käsittelyä jätevesilietteen yhteydessä. Etuna tässä on alueellinen käsittely, jolloin siitä ulosmaksettu jätemaksu jää alueelle ja toisaalta sen tuottama energia on massaan verrattuna hyvä, jolloin jätemassat voidaan minimoida. Selvitys tältä osin on vielä kesken ja siirtyy yritysten väliseksi kustannusselvitykseksi. SAFEROCK Sivu 24/39

26 Tietoa liikennepolttoaineesta Liikennepolttoaineen valmistus ja myynti Tankkausaseman ei tarvitse olla tilan läheisyydessä. Kaasua voidaan kuljettaa kuljetuskontissa tai johtaa muoviputkea pitkin melko pitkiäkin matkoja. Kustannus siirtoputkelle on euroa metriä kohden. Vaihtoehto omalle tankkausasemalle on yhteisasema jolloin saadaan samalla tyydytettyä suurempi kysyntä. Edellytys toiminnan onnistumiselle on, että läheltä löytyy riittävästi ajoneuvoja, joita halutaan liikennöidä biokaasulla. Normaalin auton vuosikulutus on 1500 m3 biokaasu ( km). 150 lehmän lannasta saa korvattua noin sadan auton bensiinitarpeen. Kuva: Metener oy Oheisen kuvan mukainen ajoneuvoasema, 30 m³ tunnissa kaasua puhdistava laitteisto paineistuslaitteineen maksaa n Laitteisto puhdistaisi vuodessa Nm 3 eli koko laitoksen vuosituotannon. Puhdistuskapasiteetin lisäys maksaa suhteellisen vähän. 50 m³ /h puhdistavan laitteiston lisähinta on noin ja vastaavasti 100 m 3 /h SAFEROCK Sivu 25/39

27 Biokaasun hinta Biokaasun ja maakaasun hinnat Gasumin tankkausasemilla ovat asema- ja päiväkohtaisia. Tällä hetkellä biokaasu maksaa Gasumin tankkausasemilla 1,46 / kg ja maakaasu (CNG) 1,34 / kg. Biokaasun vertailulitrahinta 95 E bensiiniin on 0,934 / litra ja maakaasun 0,858 / litra. Maakaasu on edullisin liikenteen polttoaine ja biokaasu on markkinoiden edullisin liikenteen uusiutuva polttoaine. Vertailulitrahintojen laskennassa käytetään direktiivin 2009/33/EY ja Suomen energiaverotuksen (HE 147/2010) mukaisia energiasisältöjä: bensiini 32 MJ/l ja maa/biokaasu 50 MJ/kg. Dieselin energiasisältö em. lähteiden mukaisesti on 36 MJ/l. Kilo maakaasua vastaa energiasisällöltään 1,56 litraa bensiiniä ja 1,39 litraa dieseliä Energiaverotus Biokaasu on valmisteverotonta. Voimassa olevan energiaverotuksen mukaisesti maakaasun porrastetut veronkorotukset tulevat voimaan vuoden 2013 alusta 0,04 / kg ja vuoden 2015 alusta 0,04 / kg. Autovero Henkilö- ja pakettiautojen autoverokohtelu on sama kuin bensiinikäyttöisillä autoilla. Autovero on suoritettava ennen ajoneuvon rekisteröintiä tai käyttöönottoa Suomessa. Autovero suoritetaan Tullilaitokselle. Henkilö- ja pakettiauton autoveron määrä on auton CO2-päästöistä (g/km) tai kokonaismassasta ja käyttövoimasta riippuen 12,2 48,8 prosenttia auton yleisestä vähittäismyyntiarvosta (autoverolain 6 ja lain liitteen verotaulukko 1) Kaasuautojen hiilidioksidipäästöt ovat pienemmät kuin vastaavilla bensiinikäyttöisillä autoilla, joten myös ajoneuvo- ja autoveron määrä on pienempi. Ajoneuvovero Kaasukäyttöisille henkilöautoille on esitetty voimassa olevan energiaverotuksen mukaisesti käyttövoimaveroa aikaisintaan vuoden 2013 alusta. Käyttövoimavero tulee voimaan valtioneuvoston asetuksella säädettävänä ajankohtana. Voimaan tullessaan käyttövoimavero tulee olemaan 0,031 / päivä/ alkava 100 kg ajoneuvon kokonaismassasta eli ylemmän keskiluokan henkilöautolla veron suuruus olisi noin 250 euroa/ vuosi. Kaasukäyttöisille pakettiautoille tulee samansuuruinen käyttövoimavero kuin dieselkäyttöisilläkin on eli 0,009 / päivä/ alkava 100 kg ajoneuvon kokonaismassasta. Kaasukäyttöisillä kuorma-autoilla verotus on sama kuin dieselkäyttöisilläkin. Lähde: SAFEROCK Sivu 26/39

28 Esittely mahdollisista ratkaisuista Kuva: FNR Messprogramm 2. Yllä olevassa kuvassa näkee suuremman laitoksen mahdolliset elementit ja käyttökohteet. Pienessä laitoksessa on periaatteessa samat elementit, mutta yksinkertaisempi toteutus. Syötteet kerätään. Kasvismassa hyötyy esikäsittelystä (apevaunu tai muu esim. repiminen/puristus). Kaasu syntyy 1-3 reaktorissa. Prosessiin kuuluu kolme vaihetta jotka tapahtuvat, joko yhdessä astiassa tai laitoskoon kasvaessa erillisissä astioissa. Kaasu otetaan talteen ja varastoidaan. Nykyään erilliset kaasuvarastot ovat yleistymässä. Kaasun puhdistustarve riippuu jatkokäytöstä. CHP:ssa ja lämpökattilassa kaasu voidaan käyttää lähes sellaisenaan. Liikennepolttoaine vaati kalliin puhdistusvaiheen, jonka jälkeen jää lähes puhdas metaani. SAFEROCK Sivu 27/39

29 Biokaasulaitoksen laitevaihtoehtoja SAFEROCK Sivu 28/39

30 Erilaiset mädättämöratkaisut Mädättämö- taikka reaktoriratkaisuun vaikuttaa ensisijaisesti halutaanko rakentaa laitos, jossa käsitteellään pumpattavia aineita (kuiva-aine alle 15 %, mieluummin 12 %), vai käsitteleekö laitos enimmäkseen kiinteitä syötteitä. Laitoksien toimintalämpötila on useimmiten 38 astetta, jolloin puhutaan mesofiilisestä prosessista. Lämpötila voi olla myös yli 45 astetta, jolloin puhutaan termofiilisestä prosessista. Mesofiilinen prosessi on toimintavarmempi, mutta on hitaampi. Termofiilinen prosessi voi tuottaa enemmän kaasua - mikäli se ei häiriinny tai kaadu. Lisäksi termofiilinen prosessi hygienisoi lopputuotteen paremmin. Nykyään on olemassa myös laitoksia, joissa prosessista osa on termofiilinen ja osa mesofiilinen. Tällöin tuotos on paras. Investointi tosin on kalliimpi, koska tarvitaan lisää rakenteita ja ohjaustekniikkaa. Perinteinen mädättämötyyppi Perinteinen mädättämötyyppi on pyöreä ja matala liete-altaan tapainen betoniallas, jossa päällä on kaasuvarastona toimiva membraanista valmistettu pressuhuppu. Altaissa syötteet ovat pumpattavassa muodossa. Myös kuivalantaa tai säilöttyä peltovihermassaa voidaan käyttää pääasiallisina syötteinä, mutta se vaatii tilanteeseen sopivat syötelaitteistot ja muun laitostekniikan. Laitos on jatkuvasyötteinen, eli sitä syötetään monta kertaa päivässä. Valmistustyylin etuna on, että siinä voidaan hyödyntää kokemuksia maatalousrakentamisesta ja se on suhteellisen edullinen isommille syötemäärille. Haittapuolena on, että prosessi on hidas ja suhteellisen häiriöherkkä. Jatkuvasyötteinen mädättämö voidaan valmistaa myös teräksestä. Tällöin hankintahinta on kalliimpi. Terässäiliön etuna on nopea rakentamisaika ja suhteellinen riippumattomuus kesän lämpötiloista. Betonirakentamiseen perustuvat laitokset voidaan koota eri elementeistä ja rakentaa vain suunnittelijan avulla tai ostaa valmistajilta avaimet käteen -periaatteella. Suomessa toimii kaksi valmistajaa Metener ja Sybimar ja useita suunnittelijoita. Lisäksi voidaan hyödyntää ulkomaalaisia laitosvalmistajia. Kuvat: Markku Riihimäki SAFEROCK Sivu 29/39

31 Kuivamädätyslaitos Erilainen lähestymistapa mädätykseen on perinteisessä kuivamädätyslaitoksissa. Kuivamädätyslaitoksissa kuiva massa kasataan muutaman viikon välein autotallityyppisiin varastohalleihin, johon massa jätetään muodostamaan kaasua. Tuotantotavan etu on, että laitos toimii ilman mekaanista sekoittumista eikä häiriinny syötteissä olevista haittakappaleista (puukappaleet, kivet, metalli). Kuivamädätyslaitoksissa käytetään ensisijaisesti biojätettä elintarviketeollisuuden ja ympäristönhoitoyrityksistä, mutta se yleistyy maataloudessakin. Kaasuntuotanto on epäsäännöllisempi kun jatkuvasyötetekniikalla ja perinteisesti se on ollut myös huonompituottoinen. Nykyään tekniikoissa ei ole enää isoja eroja. Kuva: Becon Kuva Viessmann/ Bioferm Tulppavirtamädättämö Tulppavirtamädättämö on vaakatasomädättämö betonista tai teräksestä. Yksinkertaisimmillaan se on konttiin rakennettu. Vaakatasomädättämössä saadaan prosessin eri vaiheille oma luonnollinen ympäristö. Tämä on eduksi etenkin biologisesti haastavia syötteitä mädätettäessä. Tällaisia syötteitä ovat muun muassa paljon typpeä sisältävät kananlanta, säilörehu ja elintarvikkeet. Vaakatasoreaktorissa sekoitus voidaan toteuttaa sekoittimilla tai rakenteellisilla ratkaisuilla, joissa hyödynnetään virtauksen synnyttämää sekoitinvoimaa. Vaakatasomädättämö voi olla pieni osaratkaisu tai koko laitoksen läpäisevä konsepti. Joissakin vaakatasoreaktorissa voidaan hyvin hyödyntää kuivia syötteitä ja läpivirtaava massa voi olla melko kiinteä, toisissa taas pumpattavuus on tärkeää alusta loppuun. Kaasuntuotto on noin 20% parempi kun perinteisessä pyöreässä laitoksessa. Lisäksi on oman sähköenergian käyttö on pienempi. Kuva: Schmack GmbH Eucon: Tulppavirtamädättämö osaratkaisuna SAFEROCK Sivu 30/39

32 Kuva: Rückert GmbH: Naturgas menettely- vaakalaitos. Tulppavirtamädättämö, jossa kaikki saman katon alla. Uudet kompaktimädättämöt Vielä vähän aikaa sitten pienet laitokset olivat suhteettoman kalliita rakentaa, mikä vähensi niiden kannattavuutta. Viime vuosina on kehitetty erilaisia kompaktimädättämöjä, jotka tuovat eri ulottuvuuden maatilalaitoksen suunniteluun. Laitokset on toteutettu erilaisilla tekniikoilla ja sopivat eri syötteille. Osa laitoksista on suunniteltu yksinomaan kw kokoluokkaan ( kwh/a kokonaisenergiantuotantoa), mutta osa voidaan rakentaa yhtä hyvin isommaksi. Tämän kokoisissa laitoksissa jälkimädätykselle ja loppuvarastoinnille voidaan käyttää samaa allasta. Useimmat laitoksista käyttävät uudenlaista sekoitustekniikka. Laitokset ovat itsesekoitteisia erilaisia virtauksia hyödyntäen, ilman moottorisekoittimia. Erillinen kaasuvarasto mahdollistaa suuremman varastokapasiteetin kaasulle ja sen syklisen käytön. SAFEROCK Sivu 31/39

33 Konttiin rakennetut valmislaitokset AgriKomp Pisin markkinoilla ollut konttisysteemi. Kiinteät syötteet ( 20%) ja liete (80%). Hyvä syötelaite kiinteille. Voidaan ajaa joko pidempi tai lyhempi viipymä Perinteinen sekoitustekniikka, airasekoitin (Paddelrührwerk) Koko kw Hinta 150 kw (75 kw el) konttitoimitus Kuva: Agrikomp AG Portaferme Portaferme on vaakareaktori. Periaatteessa 10 ja 20 kwel, mutta käytännössä valmistajat ovat enemmän kiinnostuneita myymään muuhun kuin CHP käyttöön (kattila tai vastaava), jolloin koko on kwh. Soveltuu pumpattaville syötteille. Voidaan käynnistää talvea vasten lyhyen viipymän takia.voidaan myös käyttää vain osan vuotta. Budjettihinta (20 kw el) (10 kw). On prototyyppi, voidaan mitoittaa myös eri tavalla. Kuva: Portaferm SAFEROCK Sivu 32/39

34 Bert Bertissä on uusi sekoitustekniikka, joka sekoittaa tehokkaasti Schwapp-Effekt paineistuksen und dadurch zu einer ja vollständigen lämmön avulla. Rikki jää jäännösnesteeseen ja toimii lannoitteena, eikä Durchmischung ole kaasussa der Gülle haitaksi. in beiden Kammern. Valmistutapa on (siehe Abb. 4 mit Strömungsmessung) pääasiallisesti betoni. Valmiste ei ole ihan prototyyppi, mutta konsepti uusi, myyty noin 60 Die beiden eingebauten, kleinen Mixer sind lediglich kpl. 30 kw 75 kw kokonaisteho Tarvitse Schwimmdeckenzerkleinerer für den Notfall lietelantaa. Hinta 30 kw el ( +30 lämpö) Beim - Prinzip wird fast völlig auf bewegliche Teile verzichtet dies reduziert den Wartungsaufwand und den Eigenstrom-Bedarf erheblich und funktioniert wie folgt: Gasbildung in der Aussenkammer, die eine Senkung des Güllepegels bewirkt Bei Erreichen eines Drucks von 50 mbar öffnet sich das Druckausgleichsventil und es kommt zum Gasübertritt von K1 zu K2 Durch den Druckausgleich kommt es zum Schwipp- Abb. 4: Strömungsme und Schnitte d Das Blockhe ( sis. CHP 30 kw el) (laskettu 200 lehmän lietelannalle 100 lehmän= 35 kw ja 18 kw el CHP hinta vähän alle ) Abb. 3: Aufbau 2 Kammersystem Kuva: Bio4Gas Express GmbH Abb. 5: Blockheizkraft Wir arbeiten mit r Leistungsklasse un im Container mit a werk direkt neben schlossen werden. Enbea Uusi tekniikka yhdistää kuiva ja märkämädätyksen: ensin mädätetään kammiossa kuivana 3 viikkoa. Tällöin tavara nesteytyy itsestään. Nestemäisestä osasta mädätetään vielä kaasua. Korkea kaasutuotto. Kaasutuotto +30% standardilukuihin verrattuna. Täyttö kerran viikossa. Hinta 120 kw (60 kwel) sis CHP. Voidaan käyttää yksin kiinteää lantaa. Lopputuote on lietteenä Tekniikasta isossa mittakaavassa on hyviä kokemuksia, pienmittakaava vielä testausvaiheessa. 3 Kuva: KGBA GmbH SAFEROCK Sivu 33/39

35 Conviotec Conviotec on konttimalli. Virtaus seinäkkeiden avulla. Seinäkkeet myös jakavat mädättämön tilan ja luovat optimiympäristön eri käymisvaiheille.lyhyt viipymäaika päivää. Voi käyttää termofiilisenä tai mesofiilisisenä. Kaksi kokoa: 40 jalan kontti ( 75 m) ja 120 jalan kontti (225 m). Kontissa vähän osia, mikä tarkoittaa vähän huoltoa ja kulumista. Budjettihinta 40 jalan konttisysteemille (vain biokaasulaitos) Edellytys: pumpattava aineisto. Kiinteää ainesta voi lisätä kohtuudella esikäsittelyn jälkeen, esim. keittiöjäte (edellyttää paloittelua ja hygienisointia) Kuva: Conviotec/ Dr. Holger Schneider Methator Kotimainen uutuus (kokeiluvaiheessa). Kontti rakennettu pienimälle kokoluokalle ja betonialtaat isommille. Uusi tekniikka: erottaa nesteen ja kiinteän aineksen. Vain nestefraktio mädätetään ja otetaan kaasu talteen. Kiinteäfraktio (20 %) kompostoidaan. Nopea läpimeno, kesto vain muutaman päivän. Voidaan käsitellä vain nestemäisiä syötteitä (lietelanta) Hinta 20 kw (120 lehmää) kokonaisenergia Pilotti johon voidaan saada ympäristöministeriön pilottihankerahoitusta. Laitos on ensisijaisesti suunniteltu lietelannalle, mutta sen soveltuvuus kuivalannalle ja hevoslannalle testataan paraikaa. Kuva: Methator SAFEROCK Sivu 34/39