Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä

Transkriptio

1 Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä Raportti Bionova Engineering Oulunkaaren seutukunta

2 Copyright Bionova Engineering Bionova Engineering Vierimaantie 5, FIN YLIVIESKA Tel Fax Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 2

3 Tiivistelmä Vanhasen toisen hallituksen hallitusohjelmassa luvataan biokaasulla tuotetulle sähkölle syöttötariffi, joka toisi merkittäviä mahdollisuuksia biokaasuliiketoiminnan kasvulle Suomessa. Myös investointitukia on tarpeeseen nähden pienissä määrin osoitettu biokaasulaitosten rakentamiseen. Kuivaniemen alueella Pohjois-Pohjanmaalla syntyy vuosittain yli m 3 naudan kuivalantaa, noin m 3 hevosenlantaa ja lisäksi alueella viljellään mm. ruokohelpeä, jonka viljelyä voitaisiin myös lisätä. Näistä materiaaleista voitaisiin tuottaa kuivamädätysteknologialla biokaasua. Työn tarkoituksena oli selvittää laitoksen toteutettavuutta ja kannattavuutta huomioiden Kuivaniemellä käytettävissä olevat raaka-aineet, optimaaliset teknologiavaihtoehdot ja tulevaisuuden tukimahdollisuudet. Kuivamädätysteknologiaa on kehitetty viime vuosina erityisesti Keski-Euroopassa ja se on yleistynyt nopeasti. Panostoimisia maatalousraaka-aineisiin perustuvia laitoksia on Saksassa tällä hetkellä noin 50 kappaletta, joka on kuitenkin edelleen murto-osa märkämädätykseen perustuvien laitosten määrästä (lähes kpl). Märkämädätykseen verrattuna kuivamädätysteknologian etuina ovat paremmat mahdollisuudet mädättää korkean kaasuntuottokyvyn omaavia raaka-aineita kuten energiakasveja ja biojätteitä. Maatalousperäisiä raaka-aineita mädätettäessä yleisin teknologiatyyppi on panostoiminen konttimädätyslaitos, jonka johtavia toimittajia ovat saksalaiset yritykset Bekon Energy Technologies GmbH, Co KG ja BIOFerm GmbH. Teknologisen soveltuvuuden osalta epävarmuuksia aiheuttavat suomalaiset raaka-aineet, joista saksalaisilla laitostoimittajilla ei ole juuri kokemusta. Ruokohelpeä ei käytetä Saksassa biokaasulaitosten raaka-aineena, eikä sen käyttäytymisestä prosessissa ole kokemusta. Bekonin prosessiin lanta soveltuu vain noin % osuutena, Biofermin prosessille ratkaisevaa on raaka-aineen rakenne, liiketaloudellisesti hyvin pienet lantaosuudet eivät kuitenkaan ole relevantteja mahdollisuuksia laitokselle. Koska työn kuluessa ilmeni, että lantaa pääosin hyödyntävä laitos ei ole teknis-taloudellisesti erityisen toteuttamiskelpoinen, laadittiin kannattavuuslaskelmat % ruokohelvestä tai ruohosta ja 5 % lannasta koostuvalle seokselle. Laskelmat osoittivat, että kuivamädätyslaitos voi mahdollisesti saavuttaa kannattavuusrajan vasta noin 20 snt/kwh tason syöttötariffilla käytettäessä maatalousraaka-aineita. Tällöinkin kannattavuus voidaan saavuttaa ainoastaan suurella energiakasvien osuudella ja syöttötariffilla, joka tukee myös näiden käyttöä. Kuivaniemellä paremmin kannattavia biokaasulaitosratkaisuja voisivat olla märkämädätykseen perustuva laitos tai merkittäviä määriä biojätteitä mädättävä laitos, jolloin laitokselle voitaisiin saada tuloja myös porttimaksuista. Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 3

4 Sisällysluettelo TIIVISTELMÄ...3 SISÄLLYSLUETTELO JOHDANTO Kuivaniemen tilannekuvaus TIIVISTELMÄ HANKKEEN TULOKSISTA JA SUOSITUKSET JATKOTOIMISTA Johdanto kuivamädätykseen Kuivamädätysteknologian toimittajat Kuivaniemelle soveltuvat teknologiat Laitoksen kannattavuus Suositus jatkotoimenpiteistä KUIVAMÄDÄTYS YLEISESTI Märkämädätys kuivamädätyksen vaihtoehtona KUIVAMÄDÄTYS LIIKETOIMINTANA KESKI-EUROOPASSA Saksa Muut Keski-Euroopan maat KUIVAMÄDÄTYSLAITOKSIA KESKI-EUROOPASSA Münchenin eläintarha (Bioferm, Saksa) Münchenin kaupunki (Bekon, Saksa) Leonberg (OWS, Saksa) Thöni (Kompogas, Itävalta) KUIVAMÄDÄTYSLAITTEISTOJEN TOIMITTAJIA Jatkuvat prosessit Panosprosessit KUIVANIEMELLE SOVELTUVA LAITOSTYYPPI Konttityyppinen biokaasureaktori BIOFerm ESIMERKKILAITOKSEN KANNATTAVUUSLASKELMAT käytetyt oletukset Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 4

5 8.2 Käyttökustannukset Investointikustannukset Kannattavuus Herkkyysanalyysit Yhteenveto kannattavuudesta Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 5

6 1 Johdanto Hankkeen tavoitteena oli etsiä Euroopan, lähinnä Saksan markkinoilla oleviin kuivamädätystekniikalla toimivia 500 kw -2 MW:n energian tuotantolaitoksia. Hankkeessa selvitettiin markkinoilla olevat ja erityisesti Saksassa käytössä olevat kuivamädätystekniikalla toimivat energialaitokset ja niiden laitevalmistajat, jotka toimittavat tekniikkaa eläinperäisten lietteiden ja vihermassan käsittelyyn lämmön ja sähkön tuottamista varten. Lisäksi hankittiin tietoja Kuivaniemen olosuhteisiin ja raaka-aineisiin soveltuvaksi arvioitujen laitetekniikoiden (1-3 kpl) toimivuudesta, niiden energian tuotannon tehokkuudesta (tuotanto ja kulutus) sekä mahdollisista käyttöä rajoittavista tekijöistä valituilla raaka-aineilla. Kuivaniemelle soveltuvista laitosvaihtoehdoista selvitettiin investointi- ja käyttökustannukset ja laadittiin niiden pohjalta mahdollisen laitosinvestoinnin kannattavuuslaskelmat. Raaka-aineiden hankinta- ja logistiikkakustannukset toimitettiin tilaajan puolelta. Tämä loppuraportti sisältää - esimerkkejä erilaisista kuivamädätystekniikalla toimivista energiantuotantolaitoksista (500 kw 2 MW) ja niiden laitevalmistajista Saksassa ja lähialueilla - Kuivaniemen olosuhteisiin ja raaka-aineisiin soveltuvien olemassa olevien tekniikoiden periaatekuvaukset sekä tietoja ko. tekniikoiden toimivuudesta ja tehokkuudesta - soveltuvien laitosvaihtoehtojen (1-3 kpl) alustavat kokoonpanot, joiden pohjalta pyydettiin laitetoimittajalta budjettitarjoukset sekä laitoksen käyttö- ja huoltokustannukset investointilaskelman pohjaksi - alustavan kannattavuuslaskelman jossa on hyödynnetty tilaajan toimittamia syötteiden hankinta- ja logistiikkakustannuksia Tuloksina esitetään - lista soveltuvan kuivamädätysteknologian toimittajista - Kuivaniemelle soveltuvat teknologiat - laitoksen kannattavuuslaskelmat Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 6

7 1.1 Kuivaniemen tilannekuvaus Kuivaniemen alueella Pohjois-Pohjanmaalla syntyy yli m 3 naudan kuivalantaa, noin m 3 hevosenlantaa ja lisäksi alueella viljellään mm. ruokohelpeä. Porttimaksutuloja mahdollisesti tuottavia kiinteitä biojätteitä ei suunniteltu hyödynnettävän laitoksessa, sillä Kuivaniemen alueella näitä ei juurikaan muodostu. Lisäksi biojätteen mädättäminen voisi heikentää rejektin käyttöhalukkuutta lannoitukseen. Tämän hankkeen tavoitteena oli selvittää teknologiavaihtoehtoja ja kannattavuutta kuivalantaa ja ruokohelpeä käsittelevän biokaasulaitoksen osalta. Hankkeen taustalla vaikuttaa myös tuleva syöttötariffipäätös, joka voi luoda pohjaa tämän tyyppisen hankkeen kannattavuudelle. Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 7

8 2 Tiivistelmä hankkeen tuloksista ja suositukset jatkotoimista 2.1 Johdanto kuivamädätykseen Raportti esittelee kuivamädätyksen perusperiaatteet, prosessin, edut ja haitat märkämädätykseen verrattuna kappaleessa 3 Kuivamädätys yleisesti. Kappaleessa 4 Kuivamädätys liiketoimintana Keski-Euroopassa taustoitetaan syitä, jotka ovat johtaneet kuivamädätysteknologian kehitykseen Keski-Euroopassa. Kuivamädätysteknologiaa on kehitetty kunnallisen biojätteen käsittelyyn sekä Saksan syöttötariffin seurauksena maatilakokoluokan laitoksiin, joissa käsitellään pääasiassa vihermassaa. Kappale 5 Kuivamädätyslaitoksia Keski-Euroopassa esittelee neljä erityyppistä toiminnassa olevaa kuivamädätyslaitosta Keski-Euroopassa. Jotkin näistä laitoksista voisivat olla esimerkiksi laitosvierailun kohteita, sikäli kuin hanketta viedään eteenpäin. 2.2 Kuivamädätysteknologian toimittajat Teknologiatoimittajia on tarkasteltu tarkemmin kappaleessa 6 Kuivamädätyslaitteistojen toimittajia. Tarkemmin teknologiavaihtoehdoista on analysoitu panosperiaatteella toimivia konttimädätyslaitoksia ja näiden valmistuksesta laajinta kokemusta omaavien saksalaisten Bekon ja BIOFerm yhtiöiden toimittamia teknologioita. 2.3 Kuivaniemelle soveltuvat teknologiat Kuivaniemelle mahdollisesti soveltuva kuivamädätykseen perustuva laitostyyppi on konttityyppinen biokaasulaitos. Ainoastaan konttityyppisellä laitoksella voi olla taloudellisia menestymismahdollisuuksia Tilaajan antamilla saatavilla olevilla maatalousraaka-aineilla. Saksassa maatalousraaka-aineita mädättävät kuivamädätyslaitokset ovat nimenomaan konttityyppisiä. Jatkuvatoimisista prosesseista Suomeen laitoksia toimittaa Kompogas (edustaja Suomessa Biower Oy 10/2008 lähtien). Pienin laitoskoko on t/a vuodessa käsittelevä laitos investointikustannuksiltaan lähes kaksinkertainen kapasiteetiltaan t/a vuodessa (Kuivaniemen alustava raaka-ainepohja) mädättäviin laitoksiin nähden. Tarkemmin soveltuvuutta on tarkasteltu kappaleessa 7 Kuivaniemelle soveltuva laitostyyppi sekä erillisliitteissä. Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 8

9 2.4 Laitoksen kannattavuus Laitokselle ei näytä olevan nykytilanteessa liiketaloudellisia perusteita. Laitoksen kannattavuus edellyttäisi jopa Saksan syöttötariffitason ylittävän tason (Kuivaniemen raaka-ainepohjalle ja kokoluokalle vähintään 171,8 /MWh, todennäköisesti 201,8 /MWh huomioiden CHP bonus). Koska laitostoimittajat halusivat budjettihintoja käsiteltävän luottamuksellisena, käsitellään kannattavuutta tarkemmin erillisliiteessä. 2.5 Suositus jatkotoimenpiteistä Suosittelemme tilaajalle ja potentiaalisille laitokseen sijoittaville tahoille seuraavia jatkotoimenpiteitä: Taulukko 1. Suositukset # Suositus Tarkennukset 1. Selvittää porttimaksullisen biojätteen vastaanoton mahdollisuudet ja energiakasvien tuotantomahdollisuudet sekä kustannukset alueella Porttimaksullisilla jätteillä voidaan merkittävästi parantaa laitoksen kannattavuutta. Näitä saattaa olla mahdollista hankkia laitokselle esim. lähialueen elintarviketeollisuudelta. Käsittelemällä pelkästään lantaa ilman porttimaksua laitoksen kassavirta on varsin heikko. Energiakasvien (ruokohelpi, ruoho) mädätys on myös lähtökohtaisesti lannan mädätystä selkeästi kannattavampaa. 2. Selvittää märkämädätysprosessin käyttöä Tavanomaiselle märkämädätysprosessille on huomattavasti enemmän toimittajia, myös kotimaisia. Kuivaniemen alueella syntyy kuivalannan lisäksi myös runsaasti lietelantaa ja pieniä määriä myös puhdistamolietettä. Märkämädätysteknologia (TS% < 15) tarjoaa mahdollisuuden investoinniltaan alhaisemman sekä koetellumman märkämädätyksen käyttöön. Myös märkämädätysprosessiin perustuvan laitoksen kannattavuus tulisi selvittää, mikäli laitoksen selkeä pääraaka-aine on lanta. Tämä edellyttää lisäselvityksiä aiheesta. Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 9

10 # Suositus Tarkennukset 3. Odottaa lopullista päätöstä syöttötariffista Koska laitoksen kannattavuus on hyvin riippuvainen syöttötariffin toteutumisesta, emme suosittele laitosinvestoinnin toteuttamista ennen lopullisen syöttötariffia koskevan lain asettamista. Syöttötariffin taso tai kesto voi olla epätyydyttävä tai siitä voidaan rajata joitakin toimintatapoja tai raaka-aineita, kuten energiakasvit, pois. Kuivamädätys maatalousraaka-aineisiin perustuen voi Kuivaniemellä olla potentiaalinen vaihtoehto ainostaan, mikäli energiakasvien mädätykseen suunnataan merkittävä syöttötariffi (oletus että hyvin merkittäviä määriä kiinteää biojätettä ei ole saatavissa). Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 10

11 3 Kuivamädätys yleisesti Anaerobinen mädätys on biologinen prosessi, jossa käsitellään orgaanista biomassaa. Biohajoavista jätteistä ja lannasta voidaan valmistaa lopputuotteina niin biokaasua kuin lannoitettakin ja samalla vähentää päästöjä ympäristöön. Mahdollisia käyttökohteita biokaasulle ovat lämmöntuotanto, sähkön- ja lämmön yhteistuotanto, suora kaasun hyödyntäminen esimerkiksi prosessienergiana tai jalostus liikennekäyttöön. Mädätyksestä jäljelle jäänyttä ainesta (käsittelyjäännös) voidaan käyttää lannoitevalmistelain puitteissa lannoitevalmisteena. Kuivamädätyksen (dry fermentation) käsite on tekniikan nuoruuden vuoksi vielä epäselvä, parempi termi olisikin kiintoaineksen mädätys. Kuivamädätyksessä mädätettävän kuiva-aineksen kosteusprosentti vaihtelee yleensä välillä %. Kuiva-aineksen kosteuspitoisuuden ollessa alle 15 % puhutaan märkämädätyksestä (wet fermentation). Kuivamädätyksellä biokaasua voidaan tuottaa kiinteistä raakaaineesta, kuten maatalouden biomassasta, kunnallisesta biojätteestä ja maisemanhoidossa syntyvästä viheraluejätteestä. Kuva: Kuivamädätyslaitoksen perusperiaate Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 11

12 Historiallisesta näkökulmasta katsoen, ensimmäiset biokaasulaitokset Keski-Euroopassa olivat panostoimisia ja kuivamädätystekniikalle perustuvia. Tämä johtui lietelantaa käsittelevien prosessien heikosta saatavuudesta tuolloin. Koska kuivamädätyksessä raaka-aineita ei tarvitse muuttaa nestemäiseksi (liettää), mekaaninen käsittely on yksinkertaisempaa. Siten teknologia ei ole niin altis häiriöille (esim pumppujen rikkoontuminen), mikä parantaa käyttö- ja huoltovarmuutta. Myöhemmin 1990 luvulla märkämädätyslaitokset yleistyivät selvästi suhteessa kuivamädätykseen, tällöin rakennettiin mm. lietelantaa ja jätevedenpuhdistamoiden lietteitä mädättäviä laitoksia luvulla modernimmat kuivamädätysprosessit ovat jälleen yleistyneet erityisesti biojätteiden käsittelytarpeen vuoksi. Taulukko 2: Kuivamädätyksen etuja ja haasteita Edut Haasteet Yksinkertaista ja toimintavarmaa tekniikkaa Korkeat investointikustannukset / Vähemmän huoltotoimenpiteitä syötössä (vrt märkämädtys) Ei vaadi sekoitusta raaka-aineiden syötön jälkeen (mikrobit siirtyvät vedenkierrätyksen avulla) Ei liikkuvia osia reaktorin sisällä Tihkutettava neste kierrätetään (vesipäästöt pienemmät) Jos prosessin stabiiliudessa ongelmia, vain yksi prosessin osa on epäkunnossa (koskee panostoimisia reaktoreita, tällöin vain yksi panos aiheuttaa ongelmia) kw e Hidas prosessi, optimaalisen kaasuntuoton saavuttaminen voi kestää jopa vuoden Kontin lastaaminen ja tyhjentämien vaatii työvoimaa ja pyöräkuormaajan käyttöä Päästöjen hallintajärjestelmä vaaditaan hajupäästöjen estämiseksi, kun mädättämö avataan Vaatii useita biokaasureaktoreita kaasunsaannon tasapainottamiseksi, nostaa investointikustannuksia 3.1 Märkämädätys kuivamädätyksen vaihtoehtona Aiemmin biokaasuteknologia on merkinnyt pääasiassa nestemäisten raaka-aineiden biokaasutusta (maatalouden ja kuntien biojäte). Tässä ns. märkämädätyksessä raaka-aineen kuiva-ainepitoisuuden voidaan määritellä olevan alle 15 %. Biokaasureaktorit, joissa kuiva-ainepitoisuus on korkeampi, on määritelty kuivamädätysprosesseiksi. Koska investointikustannukset ovat kuivamädätyksessä korkeammat ja tekniikalla ei saavuteta merkittävästi tehokkaampaa biokaasun tuotantoa, märkämädätykseen perustuvia biokaasulaitoksia on toistaiseksi rakennettu Euroopassa enemmän. Sen sijaan kunnallisella sektorilla korkeammalla kuiva-ainepitoisuudella (TS) tehty mädätysprosessi on laajasti käytössä. Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 12

13 Vuodesta 1993 kuivamädätykseksi kutsuttua tekniikkaa on rakennettu enemmän kuin perinteisiä, alhaisemmalla kuiva-ainepitoisuudella toimivia laitoksia. Koska kunnallisviranomaiset ovat vastuussa pääsääntöisesti kiinteästä orgaanisesta jätefraktiosta, sitä käsittelevän tekniikan suosiminen on looginen seuraus. Jatkuva prosessi on yleisin, toisin joitakin panostoimisia laitoksia on rakennettu ja ne toimivat luotettavasti (esimerkiksi Bekon ja Biocel). Vaikka monet kiinteät raaka-aineet soveltuvat murskattuna ja seostettuna myös nestemäiseen prosessiin, kasvava kiinnostus energiakasvien ja kiinteän lannan hyödyntämisestä on edistänyt kuivamädätyksen teknistä kehitystä. Siten ruoho ja muu peltobiomassa sekä kiinteä biojäte tullaan käyttämään pääasiassa kuivamädätykseen. Lisäksi kuivamädätys voi olla harkinnan arvoinen vaihtoehto kohteissa, joissa nestemäistä lietelantaa ei synny. Perinteisillä lietelantalaitoksilla sekoitus- ja syöttölaitteistot eivät kykene käsittelemään kovin tiheää syötemassaa, joten kiinteää raaka-ainetta voidaan syöttää vain rajallisesti. Useimmiten Keski-Euroopassa kuivalanta pyritään kuitenkin sekoittamaan lietelannan kanssa käytettäväksi märkämädätysprosesseissa. Myös Kuivaniemen alueella lietelantaa on tarjolla runsaasti ja vaihtoehtoinen laitosratkaisu alueelle voisi olla myös märkämädätykseen perustuva laitos, joka voisi käsitellä myös osan kuivalannasta. Tällöin kuitenkin kannattavuus vaatisi välttämättä tuloja porttimaksuista, eli myös orgaanisten jätteiden mädättämistä yhdessä lannan kanssa. Vaikka molemmat sovellutukset (kuiva ja nestemäinen) ovat kasvaneet kokonaiskapasiteetiltaan, kaiken kaikkiaan kuivamädätys on dominoinut 1990-luvun alusta lähtien. Tämä johtuu lähinnä suurten kiinteän biojätteen käsittelylaitosten rakentamisesta useisiin kaupunkeihin. Alhaisella kuiva-ainepitoisuudella toimivien biokaasulaitosten kasvu painottui vuosiin , sillä tällöin Euroopassa rakennettiin useita suuren kokoluokan laitoksia. Sen sijaan vuodesta 2005 on otettu käyttöön enemmän kuivamädätysprosesseja. 1 Kuivamädätys mahdollistaa biojätteiden käsittelyn sekä korkean energiantuotantomäärän (sähkö) energiakasveja mädätettäessä. Tällöin saadaan suurin mahdollinen hyöty biokaasulla tuotetun sähkön syöttötariffeista. Taulukko 3: Mädätysteknologioiden vertailua yleisesti Kriteerit Kuivamädätystekniikka Märkämädätystekniikka Raaka-aineen vaatimukset Mätänevä, kuiva-aineen pitoisuus (TS) max. 50 % Pumpattava, kuiva-aineen pitoisuus (TS) max. 15 % Teknologia Esisekoitus, tihkutus- ja Syötteen homogenisointi kiertotekniikka Tyypilliset häiriöt Sprinklerin suut, siivilät/seulat Vaahtoaminen, uppoava kerros, kelluva kerros 1 IE Leipzig 2008, and Kusch, S., Presentation at IBBK conference on dry fermentation, Berlin 2008 Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 13

14 Kriteerit Kuivamädätystekniikka Märkämädätystekniikka Laitos Moduleista koostuva, panosoperaatio Monivaiheinen, jatkuvatoiminen Käyttöhäiriön vaikutus Vaikuttaa vain yhteen panokseen Vaikuttaa koko mädätysprosessiin Prosessiin vaadittu energia Alhaisempi (pumppu vain tihkutusvedelle) Korkeampi (homogenisointitarve) Energiatiheys / tonni Korkeampi Alhaisempi syötettä Tyypillisiä syötteitä Kuivalanta, kiinteä biojäte, energiakasvit Lietelanta, teollisuus- ja yhdyskuntalietteet Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 14

15 4 Kuivamädätys liiketoimintana Keski-Euroopassa 4.1 Saksa Saksalainen syöttötariffi mahdollisti märkämädätysprosessia korkeamman sähkönhintatason kuivamädätystekniikalla toimiville laitoksille tariffikaudella , mikäli kuivamädätysteknologiaa käyttävällä biokaasulaitoksella tuotettiin sähköä valtakunnan verkkoon. Uusiutuvia energiamuotoja koskevassa laissa ei kuitenkaan aseteta kuivamädätyslaitoksia erityisasemaan enää vuonna 2009 alkavalla kaudella. Huomioitavaa on lain määrittelemien, lisätukeen oikeutettujen laitosten rajaus vuosina : kuivamädätystä ei selvästi mainittu, joten myös energiakasveja ilman lietelantaa märkäprosessilla mädättävät kohteet saivat korkeamman takuuhinnan. Tällaisten laitosten määrä onkin kasvanut huomattavasti (300 kpl) johtuen lain suomasta mahdollisuudesta. Agricultural Bio gas Plants in Germany n u mbe r of biogas plan ts ye ar In stalle d e l powe r Kuva 1: Kaikkien maatalousraaka-aineita käyttävien biokaasulaitosten määrän kehitys Saksassa (määrä ja teho) Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 15

16 Saksassa oli vuonna 2008 toiminnassa noin 50 panostoimista kuivamädätyslaitosta, kooltaan keskimäärin 200 kw e. Verrattuna maataloudessa syntyvän nestemäisen raaka-aineen biokaasutukseen (märkämädätyslaitokset) kuivamädätys on marginaalinen teknologia, joskin se on viime vuosina lisääntynyt voimakkaasti. Suurin osa panostoimisista kuivamädätyslaitoksista sijaitsee maatalousalueella, kuten kuva 2 havainnollistaa. Pääasiassa laitoksia ovat toimittaneet BEKON ja BIOFerm. Saksassa kuivamädätyksen kokonaisenergiapotentiaaliksi on arvioitu noin 80 TWh/vuosi, mutta toistaiseksi asennettua sähkötehoa kuivamädätyslaitoksilla on vain noin 10 MW el eli vain noin promillen osuus potentiaalista. Kompogas Kuva 2: Kuivamädätykseen perustuvat laitokset Saksassa (tilanne 2/2008). Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 16

17 4.2 Muut Keski-Euroopan maat Ranskassa on kaksi kuivamädätyslaitosta maatalousalueilla. Ne on rakennettu omana työnä, sillä biokaasuala on Ranskassa vasta varhaisessa kehitysvaiheessa. 2 Belgiassa OWS (Organic Waste Systems) suunnittelee ja valmistaa pääasiassa anaerobisia laitoksia erityisellä Dranco-teknologialla kunnalliselle biojätteelle. Toistaiseksi 20 toimivaa laitosta on toimitettu maailmanlaajuisesti. Suurin osa niistä sijaitsee Euroopassa, mutta vain muutama Belgiassa. Englannissa Bioplex Technologies Ltd on kehittänyt liikkuvan, moduuleista koostuvan anaerobisen fermentorin, joka voi hygieenisesti mädättää kiinteää jätettä. Yhtiön laitoksia on rakennettu useisiin kohteisiin. 3 Tanskalainen Solum Group on tähän mennessä rakennuttanut kaksi Aikan-menetelmään perustuvaa laitosta. Toinen sijaitsee Tanskassa ja toinen Norjassa Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 17

18 5 Kuivamädätyslaitoksia Keski-Euroopassa 5.1 Münchenin eläintarha (Bioferm, Saksa) Münchenin eläintarha (Hellabrun) tuottaa kiinteistöjen tarvitsemaa energiaa käyttämällä eläinten jätökset ja ruoantähteet kuivamädätyslaitoksen syötteinä. Samalla säästetään ympäristöä välttämällä lannan kuljetus kauemmas käsiteltäväksi. Biokaasulaitos on rakennettu yhteistyössä Münchenin kaupungin kanssa, ja siinä tuotetaan metaania vuosittain noin tonnista raaka-aineita. Kuva: Kuivamädätyslaitos Münchenin eläintarhassa. Laitoksen rakennutti Münchenin kaupunki ja sitä operoi eläintarhan omistava yhtiö. Laitoksen toimittaja on BIOFerm GmbH ja se on otettu käyttöön alkuvuonna Tarkemmat tiedot laitoksesta on esitetty alla olevassa taulukossa. Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 18

19 Taulukko 4: Münchenin eläintarhan kuivamädätyslaitoksen tiedot Teknologia Raaka-aineet Mädättämö Varastointiaika Rejekti Kaasun saanto CHP-yksikkö Ylijäämälämpö Investoija Rakentaminen Käyttöönotto Anaerobinen kuivamädätys tonnia lantaa ja biojätettä vuosittain 3 konttimädätysyksikköä, kokonaiskapasiteetti 870 m 3 30 päivää Kompostoinnin jälkeen lannoitteeksi m 3 /vuosi 40kW lämpöteho kwh/vuosi 74 kw sähköteho kwh/vuosi Eläintarhan lämmitysjärjestelmä SWM Stadtwerke München GmbH Syys-joulukuu 2006 Huhtikuu 2007 Käyttäjä Investoija Toimittaja Yritys Münchener Tierpark Hellabrunn AG SWM tadtwerke München GmbH BIOFerm GmbH Osoite Tierparkstr München Emmy-Noether-Straße München Schulstr. 43 D Waldmünchen Phone Fax Internet +49 (0) (0) buero@tierparkhellabrunn.de info@swm.de info@bioferm.de Münchenin kaupunki (Bekon, Saksa) Tiedot erillisliitteellä. Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 19

20 5.3 Leonberg (OWS, Saksa) Leonbergissa kuivamädätyslaitos toimii kompostointiyksikön yhteydessä. Böblingenin alueen biojäte saapuu laitokselle, raaka-aineen partikkelikokoa pienennetään ja suurimmat epäpuhtaudet poistetaan. Tämän jälkeen tuore syöte sekoitetaan prosessissa jo fermentoituvaan mädätteeseen suhteessa 1:6. Biokaasureaktorissa materiaali kulkeutuu vähitellen huipulta pohjalle ja viipymäaika on noin 3 viikkoa. Käytössä on termofiilinen prosessi, jossa lämpötila vaihtelee välillä C. Biokaasureaktorin pohjalta johdetaan pieni osa mädätteestä poistoon, mutta suurin osa syötetään uudelleen yläosaan ja samalla joukkoon sekoitetaan tuoretta syötettä, kuten edellä on mainittu. Prosessoitu mädäte siiretään hihnakuivurilla lastausasemalle, josta se kuljetetaan kompostointiin. Mädätyksessä syntynyt biokaasu kerääntyy reaktorin yläosaan, ja se johdetaan ulkoiseen kaasusäiliöön. Puhdistuksen jälkeen biokaasu hyödynnetään kahdessa CHP-yksikössä ja yhdessä MCFC-tyyppisessä polttokennossa. Käyttöhäiriöiden sattuessa biokaasu poltetaan soihdussa. Tuotettu sähkö syötetään valtakunnan verkkoon ja lämpö käytetään prosessissa. Kaasumoottorien ylijäämälämpö ylläpitää reaktorissa termofiiliseen prosessiin vaadittua lämpötilaa ja polttokennon ylijäämälämpö johdetaan mädätteen kuivuriin. Vuosittain laitoksella käsitellään tonnia biojätettä sekä tuotetaan kwh sähköä ja kwh lämpöä. Sähköntuotanto vastaa kotitalouden tarpeita. Kuva: Leonbergin biokaasulaitos Saksassa Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 20

21 Taulukko 5: Leonbergin biokaasulaitos Operaattori Käyttäjä Landratsamt Böblingen Osoite: Raaka-aineet Biokaasulaitos Mädättämö Rejektin kuivaus Kaasusäiliö CHP: Polttokenno Biosuodatin Käyttöönottolupa An der Rennstrecke, Leonberg, Germany Phone: +49 (0) Fax: +49 (0) Biojätettä t/vuosi Vertikaalinen teräksinen biokaasureaktori 12 cm eristyskerroksella Prosessilämpötila 55 C Lämmitys reaktorin sisäpinnalle asennetuilla lämminvesiputkilla Viipymäaika noin 3 viikkoa Kuivaus hihnakuivurilla Teho 1,7 t H 2 O / tunti Aika noin 20 min Lämpötila 120 C Ulkoinen, tilavuus 780 m 3 kaksi kaasumoottoria Moottori 1: 944 kw el. Moottori 2: 469 kw el. MCFC, teho 245 kw(sähko), prosessilämpötila 650 C Puulastuja (hake), uusittava kahden vuoden välein Kuivamädätyslaitos 2003, MCFC heinäkuu Thöni (Kompogas, Itävalta) Thöni on rakentanut Kompogas teknologiaan perustuvan laitoksen Itävaltaan Tirolin alueelle, jossa se käsittelee mm. alueella yöpyvien miljoonien alppituristien tuottamia biojätteitä. Alla on kuvattu laitoksen pääpiirteet, erillisliitteenä toimitetaan englanniksi lisää tietoja. Taulukko 6: Thönin / Kompogasin laitos Tieto Käyttäjä / Investoija Kuvaus Thöni Industriebetriebe GmbH (2001) Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 21

22 Osoite: Raaka-aineet Biokaasulaitoksen osat Obermarktstrasse 48, A 6410 Telfs/Tirol Bio- ja viherjätettä 53 kylästä t/vuosi (Imstin ja Landeckin alueelta Länsi-Tirolissa) Vuosikapasiteetti t/vuosi, Maksimaalinen maksimi päiväsyöttö 30 t/vrk Esikäsittely (silppuaminen, siivilöinti, raudan erotus) Thöni-Kompogas-mädätys Thöni Dynamic-moduli intensiiviselle mädätykselle Thöni Static-moduli jälkimädätykselle Hienoaineksen käsittely Poistoilman puhdistus (ilmapesuri ja korkeatehoinen biosuodatin) Bio- ja kaatopaikkakaasun hyödyntäminen Kaukolämpölaitos Thöni-Soihtu (high-temperature-flare) Mädättämö Käyttötilavuus 750 m 3, kokonaistilavuus 900 m 3 Raaka-aineen kuiva-ainepitoisuus % Viipymäajat:Mädätys 3 viikkoa Intensiivimädätys 2 viikkoa Jälkimädätys 4-6 viikkoa Lopputuotteet Kompostia t/vuosi Nestemäistä lannoitetta t/vuosi Biokaasun tuotto, max. 150 m 3 /h, joka vastaa 150 m 3 /tonni biomassaa CHP: Sähköntuotanto, max. 2,5 GWh/vuosi CHP 1: sähkö 330 kw, lämpö 408 kw CHP2: sähkö 70 kw, lämpö 96 kw Prosessin lämmöntarve kesällä 20 % ja talvella 40 % Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 22

23 Teknologia Raaka-aineet Mädättämö Varastointiaika Rejekti Energiantuotanto Anaerobinen kuivamädätys tonnia lantaa ja biojätettä vuosittain 3 konttimädätysyksikköä, kokonaiskapasiteetti 870 m 3 30 päivää Kompostoinnin jälkeen lannoitteeksi Yhteensä noin 7 GWh / vuosi Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 23

24 6 Kuivamädätyslaitteistojen toimittajia Suurin osa kuivamädätyslaitoksien valmistajista on keskittynyt tiettyyn teknologiaan. Erilaisia orgaanista jätettä käsitteleviä kuivamädätystekniikoita löydettiin 40 yritykseltä, joista jokaisella on referenssilaitos viimeistään Laitosvalmistajat olivat kukin rakennuttaneet 1-33 laitosta yhdyskuntien biojätteelle. Kahdeksan suurinta teknologian tarjoajaa edustavat yli 80 % kuivamädätyslaitosten käyttötilavuudesta ja 77 % lukumäärästä. 6.1 Jatkuvat prosessit Taulukko 7: Jatkuvat prosessit Valmistaja Organic Waste Systems, OWS (Belgium) OWS DRANCOprosessi Yhteystiedot Kuvaus Pystysuora sylinterimäinen biokaasureaktori, biojäte hienonnetaan läpikotaisin ja sekoitetaan mädättyvään materiaaliin. Biojäte laskeutuu vähitellen biokaasureaktorin yläosasta alas. OWS on toimittanut yli 11 % Euroopassa asennetuista laitoksista. Drancomenetelmä on kehitetty kuiva-aineelle ja koostuu yksivaiheisesta vertikaalisesta tulppavirtausreaktorista. Faasien erottuminen estyy hyvin korkealla kuiva-ainepitoisuudella (30-40% syötteestä). Tämä on mahdollista, koska materiaali laskeutuu painovoiman vaikutuksesta vertikaalisesti huipulta pohjalle. Koska biokaasureaktorin sisällä ei ole liikkuvia osia, menetelmä perustuu ulkoiseen kierrätykseen, jossa sekä siirrostetaan mädänneen materiaalin mikrobikanta uuteen syötteeseen ja sekoitetaan kokonaisuudessaan biokaasureaktoriin menevä massa. Kokonaislämpötase termofiiliselle prosessille on hyvä, koska joukkoon lisätään vain pieni määrä vettä. Seurauksena on myös korkea biokaasun saanto biomassatonnia kohti. OWS nv Dok Noord 4 B-9000 Ghent, Belgium mail@ows.be Tel. +32 (0) Fax +32 (0) Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 24

25 Valmistaja Kompogas / Thöni Edustus Suomessa: Kuvaus Vaakatasoinen biokaasureaktori, joka vaatii syötteen hienontamisen. Kuiva-ainepitoisuus korkeintaan 25 %. Kompogas-prosessia käytetään orgaanisen jätteen, kuten biojätteen, viherjätteen ja sekajätteen orgaanisen fraktion käsittelyyn. Biower Oy / Kompogas prosessi Yhteystiedot Ennen mädätystä jäte esikäsitellään silppuamalla ja erottamalla metallit. Lisäksi laatu tarkastetaan. Kompogas-reaktoriin syötetään jatkuvatoimisesti hienonnettua massaa, jossa biokaasua tuotetaan tulppavirtausperiaatteella. Mädätetty rejekti kulkee ruuvipuristimen läpi, jossa ylimääräinen neste poistuu. Syntynyt biokaasu muutetaan sähköksi ja lämmöksi CHP-laitoksella. Modulimainen rakenne mahdollistaa investointikustannusten ja kapasiteetin säätämisen. Saksa: Thöni Industriebetriebe GmbH Umwelt Energietechnik Obermarktstraße 48 A-6410 Telfs umwelt@thoeni.com Tel: +43 (0) Fax: +43 (0) Sveitsi: Kompogas AG Flughofstrasse 54 CH-8152 Glattbrugg / Schweiz info@kompogas.ch Tel.: Fax: Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 25

26 Kuva. Kompogas-prosessin kuvaus 6.2 Panosprosessit Taulukko 8: Panosprosessit Valmistaja Bekon Energy Kuvaus Konttimallinen biokaasureaktori Teknologia Bekon prosessin tarkempaa kuvailua erillisliitteissä ja kappaleessa 6. Prosessivettä tihkutetaan kiintoaineen läpi, syötteiden esisekoitus pyöräkuormaajalla. Turvallisuusjärjestelmä Automatisoitu päästöjen hallintajärjestelmä mädätyserän lopetusvaiheessa ennen reaktorin luukkujen avaamista. Metaanin poisto ilmakehäpäästöjen välttämiseksi ennen biokaasureaktorin avaamista ja syötteen vaihtoa. Järjestelmä eliminoi räjähtävän seoksen syntymisen ja syöttää syötteen vaihdon aikana happea, jotta vältytään hapen puutteelta. Muuta Bekon toimittaa mieluiten laitoksen kokonaistoimituksena. Lyhyt kokemus energiakasvien ja kuivalannan mädättämisestä. Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 26

27 Yhteystiedot Bioferm/Viessmann Group BIOFerm GmbH Perustettu 2001 BEKON Energy Technologies GmbH & Co. KG Feringastraße Unterföhring, GERMANY Tel: (+49) 089/ Fax:(+49) 089/ kontakt@bekon.eu Konttimallinen biokaasureaktori Raaka-aineet sekoitetaan pyöräkuormaajalla ja prosessivettä tihkutetaan joukkoon. Suurin osa laitoksista sijaitsee maatalousalueella. BIOferm toimii biokaasulaitosten suunnittelussa, rakennuksessa ja käyttäjänä siitä tuli osa Viessmannin kansainvälistä Holdingyhtiötä. Nykyisin BIOferm toimittaa kattavia järjestelmiä jätehuoltoon, kompostointiin ja energiantuotantoon. Toistaiseksi 25 laitosta on toteutettu, ja niiden yhteiskapasiteetti on 15,2 MW (sähköä ja lämpöä). Mikä tahansa orgaaninen jäte puuta lukuunottamatta voidaan hyödyntää laitoksen raaka-aineena Se voi olla peräisin kotitalouksista, maataloudesta tai muilta sektoreilta. Prosessi Modulimainen rakenne, jossa on useampi yksikkö mahdollistaa tasaisen kaasuntuotannon CHP-yksikölle. Pohjakerroksessa hallissa on suorakulmaisia teräsbetonikontteja (dimensiot sisältä 7*30m), jossa mädätysreaktiot tapahtuvat. Kun biokaasu on erotettu mädättämössä, se varastoidaan hallissa konttien yläpuolella. Bakteeriseos, jota tarvitaan Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 27

28 mädätyksen onnistumiseksi, suihkutetaan biomassan päälle putkista konttien yläosassa. Fermentointikontit ovat kaasunpitäviä, sillä muutoin happi estäisi metaania tuottavien bakteerien toiminnan, ja toisaalta biokaasu pääsisi vuotamaan. Ennen kuin tuore syöte sijoitetaan fermentointikonttiin, se sekoitetaan jo madättyneeseen materiaaliin. Seosta pidetään kontissa noin 4 viikkoa. Tällä ajanjaksolla biokaasua kerätään, tiivistetään ja varastoidaan fermentointiyksikön yläpuolella kunnes se poltetaan CHP-moottorissa. CHP-yksikkö on äänieristetyssä tilassa. Sähkö voidaan syöttää verkkoon tai käyttää tarpeen vaatiessa laitoskäyttäjän omiin tarpeisiin. Biokaasulaitos tarvitsee tuotetusta energiasta noin 5 % lämpöä ja 3 % sähköä. Mädäte käytetään osittain uuden panoksen mikrobisiirrosteena. Loppu voidaan joko kompostoida tai hyödyntää lannoitteena. Rakentanut 24 maatalouden kuivamädätyslaitosta vuonna 2006 suunniteltuna erilaisille syötteille, kuten ruoholle. Turvallisuuskonsepti BIOfermin turvallisuuskonseptia pidetään Bekonia heikompana. BIOferm tuulettaa fermentointikonttia ilmalla, joka voisi teoriassa aiheuttaa räjähtävän kaasuseoksen. Toisaalta prosessissa käytetään tehokasta kompressoria, joka minimoi riskin. Vaikkei onnettomuuksia ole toistaiseksi sattunut, ilmahuuhtelua pidetään kriittisenä vaiheena. Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 28

29 Poistokaasut kulkevat biosuodattimen kautta. Metaani pääsee kuitenkin vapaasti ilmakehään, mikä on ongelmallista turvallisuuden ja ilmastonsuojelun kannalta. BIOferm myy suunnittelupalveluja ja kilpailutuksen koordinointia. Rakennusvalvontaa tai kokonaistakuuta ei välttämättä tarjota. Huoltohenkilökunnan on oltava vastuussa työstään. BIOFerm GmbH Grenzweg Lauf a.d. Pegnitz, GERMANY Tel.: Fax: l Valmistaja Bioplex UK Kuvaus Prosessinesteen eli tihkutetun faasin mädätys Bioplexin prosessissa ensimmäinen vaihe on modulimainen anaerobinen mädättämö, jossa orgaanista jätettä käsitellään alle kolme päivää. Termofiilisellä prosessoinnilla pastöroidaan syöte ja jaetaan se samalla neste- ja kiintoainefraktioiksi. Neste voidaan käyttää lannoitteena tai toisen vaiheen mädätyksessä. Biokaasu voidaan johtaa lämmityskattilaan tai tehdä siitä CHP-yksikössä sähköä ja lämpöä. Kiinteä jae on melko hajutonta, joten se voidaan levittää pelloille tai kompostoida. Yhteystiedot Solum Gruppen, Tanska Bioplex Technologies Ltd Unit 5, The Cobden Centre Folly Brook Road Bristol BS16 7FQ United Kingdom +44 (0) Muovinen putkireaktori (tulppavirtausreaktori) Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 29

30 Aikan-laitokset ovat panosluonteen takia joustavia kapasiteetiltaan. Siten prosessi voidaan tarvittaessa laajentaa myöhemmin. Laitoksen lupa Tanskassa on saatu tonnille eroteltua orgaanista kotitalousjätettä ja tonnille puutarhajätettä. Johtuen jätteen rajoitetusta tarjonnasta, laitoksen kooksi on määräytynyt vain puolet tästä. Laitos valmistui 2003 ja se kykenee käsittelemään tonnia kotitalousjätettä. Tällä hetkellä käyttöaste on tonnia, mutta prosessin joustavuuden takia ylimääräistä kapasiteettia hyödynnetään kompostointiin ja vedenpoistoon. 5 Yhteystiedot Norjalainen Aikan-laitos on saanut luvan käsitellä tonnia kotitalousjätettä ja tonnia puutarhajätettä. Toiminta alkoi vuonna 2005 ja vuonna 2006 syötteenä oli tonnia kotitalouksien orgaanista jätettä. Solum Gruppen Vadsbystræde 6 DK-2640 Hedehusene Tlf: Fax: , Lisäksi on olemassa muita pienempiä valmistajia, kuten BAL Langenau ja Loock. Näiden valmistajien toimittama teknologia on samantyyppistä kuin BIOFermin ja Bekonin, mutta referenssejä on vähemmän. 5 Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 30

31 7 Kuivaniemelle soveltuva laitostyyppi Erilaisia mädätysmenetelmiä arvioitiin sopivimman löytämiseksi ehdotetulle syöteseokselle. Maataloudesta peräisin olevien raaka-aineiden käsittelyyn panostoimista kuivamädätystekniikkaa käyttävä laitostyyppi arvioidaan alustavasti parhaimmaksi. Panostoimiset biokaasulaitokset ovat tekniseltä rakenteeltaan kohtalaisen yksinkertaisia ja ne pystyvät siten kustannuksiltaan kilpailemaan jatkuvatoimisia erityisesti biojätteiden mädätykseen erikoistuneiden jatkuvatoimisten laitosten kanssa. Jatkuvatoimisten laitosten kilpailukyky perustuu lähinnä suuren kokoluokan laitoksiin ja biojätteiden hygienisointiin, jolloin rejektin peltolevitykselle on olemassa mahdollisuudet (Suomessa EVIRA:n kanta on auki koska laitoksia ei ole). Maatalousraaka-aineiden ja -kokoluokan kaupalliset kuivamädätyslaitokset ovat Saksassa konttimädätyslaitoksia. Laitosvalmistaja voisi periaatteessa olla joku edellisessä luvussa mainituista, näistä parhaimmiksi on arvioitu saksalaiset BIOFerm ja Bekon. Molemmat teknologiat ovat kaupallistuneita teknologioita. BIOFermillä on laajempi kokemus maatalousraaka-aineiden mädätyksestä, toisaalta BEKON on osoittaunut erittäin kiinnostuneeksi Suomen markkinoita kohtaan ja yrityksen teknologialla on myös etuja BIOFermiin nähden, etenkin turvallisuus- ja päästönäkökulmasta. Bekonin maatalousraaka-aineisiin (pääraaka-aine energiakasvit, naudan kuivalannan osuus n. 10 %) perustuva referenssilaitos on vasta valmistumassa Saksaan, tähän asti rakennetut laitokset käyttävät raaka-aineinaan biojätteitä. Bekonin laitos edellyttää lantapitoisuuden olevan korkeintaan 35 %, Biofermille ratkaisevaa on raaka-aineen rakenne kokonaisuutena. Kaupallisesti Bioferm on kiinnostavampi vaihtoehto saatujen budjettihintojen pohjalta. Saksassa ja Itävallassa tehtyjen selvitysten mukaan biokaasulaitokselta voi aiheutua metaanipäästöjä jopa noin 7 % tuotetun metaanin määrästä, lisäksi jälkimädätyksellä (ei tehdä konttilaitoksissa) kaasun tuotantoa voidaan lisätä jopa noin 15 %. Konttilaitoksissa kaasuntuotanto voikin olla karkeasti noin 20 % pienempi kuin kaasun saanto raaka-aineesta parhaimmillaan. Mikäli laitosten rakentamissuunnitelmia jatketaan, tulee eri laitetoimittajia kuitenkin arvioida tarkemmin ja käydä heidän kanssaan tarkempia neuvotteluja liittyen raaka-aineisiin, niiden soveltuvuuteen, toimitushalukkuuteen Suomeen sekä muihin relevantteihin kysymyksiin nähden. Neuvotteluja voitaisiin käydä esimerkiksi halukkuudesta toimittaa referenssilaitos Suomeen todellista markkinahintaa alemmalla investointikustannuksella. Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 31

32 Taulukko 9: Kuivaniemen laitoksen epävarmuustekijät Epävarmuustekijät Tarkennukset Syöteyhdistelmä on Raaka-aine tulisi tietää tarkemmin mm. kaasupotentiaalien, määrien ja laitosvalmistajille uusi koostumuksensa suhteen ennen laitoksen tarkkaa mitoitusta ja investointilaskelmia. Ruokohelvestä ei ole kokemuksia Ruokohelpin voidaan olettaa olevan ominaisuuksiltaan rehunurmen kaltainen, mutta kokemuksia ei toistaiseksi ole. Tämä aiheuttaa epävarmuuksia siihen, kuinka suuri biokaasun saanto tonnia kohten lopulta kaupallisella laitoksella olisi, mikäli ruokohelpi on pääraaka-aine Toimitushalukkuus ja kyky toimittaa Suomeen on vielä auki Suomessa kuivamädätyslaitoksia ei ole rakennettu. Kiinteän biojätteen käsittelylaitoksia on rakentanut mm. YIT Ilmajoelle, mutta prosessin mädätysvaihe perustuu märkämädätykseen. Kompogasia Suomessa edustaa lahtelainen Biower Oy, yritys ei ole kuitenkaan vielä toimittanut yhtään laitosta. Panosprosessilla toimivia maatalousperäisten raaka-aineiden kuivamädätysteknologioita ei edusteta Suomessa. Bekon ja Bioferm ovat toteuttaneet laitoksia Saksan ulkopuolella, mutta aiempia toimituksia Skandinaviaan / Suomeen ei ole. 7.1 Konttityyppinen biokaasureaktori Helppokäyttöinen, teknisesti yksinkertainen ja investoinnin koon suhteen kilpailukykyinen panostoiminen laitostyyppi soveltuu Kuivaniemen olosuhteisiin. Panostoimista kuivamädätyslaitosta voidaan sanoa myös konttityyppiseksi biokaasulaitokseksi, koska se koostuu mädätyskonteista, joita on useita rinnan. Prosessin toiminta perustasolla tapahtuu alla olevan kuvan mukaisesti. Osittain poistettavan rejektin kanssa sekoitettuja raaka-aineita syötetään prosessiin. Poistettavan rejektin syöttösuhde on tyypillisesti 1/2 1/6 riippuen raaka-aineista ja teknologiasta. Syöttö tapahtuu pyörökuormaajalla avatusta yksittäisen konttireaktorin luukusta. Ennen täyttöä kaasutiivis kontin ovi avataan ja kontissa oleva kaasu johdetaan biosuodattimen läpi pois laitokselta siten että räjähtävää suhdetta ilman kanssa ei synny. Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 32

33 Kuva: Mädätyskontin täyttöä pyöräkuormaajalla. 6 Usampia eri vaiheissa olevia prosesseja eri konteissa, Jolloin kaasun tuotanto tasaantuu 1. Raaka-aineiden syöttö prosessiin 2. Mädätys kontissa - kesto useita viikkoja - biomassan päälle ruiskutetaan vettä 3. Rejektin poisto, osittainen sekoitus raaka-aineen kanssa Bakteerit siirtyvät rejektistä raaka-aineeseen Kuva: Konttimädätykseen perustuvan panostoimisen kuivamädätysprosessin toiminnan perusperiaate. Mädätysvaiheessa biokaasu poistuu kontista ja se poltetaan yleensä CHP-moottorissa sähköksi ja lämmöksi. Mädätys kontissa kestää useita viikkoja (useimmiten noin neljä viikkoa) ja tällöin biomassan päälle suihkutetaan rejektivettä. Vettä kierrätetään ja se sisältää siten runsaasti toimintaa tehostavia bakteereita. Lopuksi rejektivettä poistetaan ja osa siitä jää edelleen siirtämään bakteereja uuteen raaka-aineeseen. Eri mädätyskonteissa prosessit pidetään eri vaiheissa, jolloin kaasuntuotanto pysyy kohtalaisen tasaisena, eikä kaasuvarastoa välttämättä tarvita. Tyypillinen minimimäärä on neljä konttia, jolloin kerran viikossa tehtävällä täytöllä saadaan aikaan kohtalaisen tasainen kaasuvirta. Panostoimisen kuivamädätyslaitoksen etuina ovat sen joustavuus laajennusten suhteen modulaarisuuden vuoksi sekä yksinkertainen toimintaperiaate. Kuvassa alla on esitetty ilmakuva Münchenissä sijaitsevasta kuivamädätyslaitoksesta, jota on kertaalleen laajennettu. Laitos käsittelee raaka-aineena biojätettä. 6 Bekon GmbH Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 33

34 Laajennus voidaan toteuttaa yksinkertaisesti lisäämällä moduuleita. Luottamuksellisessa erillisliitteessä on myös erään laitoksen layout piirros esimerkkinä laitoksen sijoittelusta. Raaka-aineen / rejektin Vanha laitos Laajennusosa säilytyskatos Kuva: Kymmenestä mädätyskontista koostuva kuivamädätyslaitos Münchenissä, Saksassa BIOFerm BIOFerm on rakentanut lukuisia maatalousbiomassoihin perustuvia laitoksia Saksaan. Pääosin näissä mädätetään energiakasveja sekä näihin sekoitettuna lantaa. Lantaa käytetään pieniä määriä prosessissa tehostamaan sitä, laitosten liiketaloudellinen kannattavuus perustuu energiakasvien mädättämiseen. Prosessi koostuu useista mädätyskonteista ja on modulaarinen. Laitokseen kuuluu biokaasuvarasto kontin yläpuolella, johon biokaasu johdetaan ennen polttoa. Raaka-aineen syöttö tapahtuu siten, että osa rejektistä sekoitetaan uuteen raaka-aineeseen ennen syöttöä laitokseen. Viipymäaika laitoksessa on noin neljä viikkoa. 7 Bekon GmbH muokaten Bionova Engineering Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 34

35 Kuva: Bioferm prosessi 8 Myös BIOFerm prosessissa tarvitaan yleensä ruohoa sidosaineena. Ratkaisevaa on kuitenkin raakaaineseoksen rakenne, jotta se pysyy yhtenäisenä kun nestettä kierrätetään sen läpi. Biofermiltä ei saatu sitovaa vastausta laitoksen tekniseen soveltuvuuteen ko. syöteseokselle, mutta lannan suuri määrä ei sinänsä ole ongelma. Yleisesti Bioferm on potentiaalisin valmistaja maatalousraaka-aineita käyttäville laitoksille edullisen investointikustannustensa takia (yleensä noin /kw el ), muilla valmistajilla kustannus on noin 1,5-3 kertainen. Bioferm ei yleensä anna laitokselle takuita, jolloin toiminta jää asiakkaan vastuulle. Suurin osa Biofermin laitoksista on rakennettu vuosina ja vertailukelpoiset kokemukset niiden käytöstä ovat rajallisia. Näin ollen tarkkaa toiminnan tehoa valituille raaka-aineille toteumiin perustuen ei voida määrittää. 8 BIOFerm GmbH Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 35

36 8 Esimerkkilaitoksen kannattavuuslaskelmat Tässä kappaleessa esitettyjen kannattavuuslaskelmien pohjana on käytetty syöteseosta, joka sisältää ruokohelpeä / ruohoa noin 95 % ja kuivalantaa loput. Laitoksen investointikustannus perustuu keskieurooppalaisten toimittajien antamiin budjettihintoihin vastaavan tyyppisistä laitoksista Saksassa. Biokaasulaitosten mitoitus perustuu tonnimääräisiin arvoihin ja syötteen ominaisuuksiin. Energiantuotantomäärien potentiaalin arviointi puolestaan edellyttää orgaanisen aineksen osuuden tietämistä, jonka osalta on käytetty kirjallisuuslähteitä. Kokonaisenergiantuotantokapasiteetin laskemiseksi olennaista on myös arvioida raaka-aineista saatavat biokaasumäärät, sen metaanipitoisuus ja edelleen metaaninsaanto. 8.1 käytetyt oletukset Esimerkkilaskelmassa käsitelty laitos käsittelisi syötteitä noin t/a. Laskelmassa on oletettu tästä 400 tonnia olevan kuivalantaa ja tonnia ruokohelpiä / nurmirehua. Ruokohelven biokaasupotentiaalina on käytetty nurmirehun biokaasusaantoa Saksassa. Saatavasta biokaasusta tuotetun primäärienergian määrä on noin 6,5 GWh/a. Tämän perusteella suositeltava hyödyntämislaitteiston teho olisi noin 320 kw. Laitos tuottaisi sähköä ja lämpöä molempia myyntiin noin 2,3 GWh/a. Edellä esitetyt arvot perustuvat laitostoimittajan ja Bionovan arvioihin. Taulukko: Laitoksen tulot Oletukset Arvo Yksikkö Huomioitavaa Sähkön hinta 50 /MWh Nordpool forwardihinnat Sähkön hinta syöttötariffioletuksella 180 /MWh Biokaasutyöryhmän mietinnöt Sähkön hinta syöttötariffioletuksella 300 /MWh Korkeiden ehdotusten taso maatalouslaitoksille Lämmön hinta 40 /MWh Iin kunta Kaasun tuotanto Biokaasun saanto m3/v Raaka-aineiden perusteella Metaanipitoisuus 0,52 Arvio, energiakasveihin perustuva mädätys Laitoksen tulot Energiamäärä MWh/a raaka-aineiden perusteella Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 36

37 Sähkön tuotanto Lämmön tuotanto Energiatulot, nykymarkkina Energiatulot, syöttötariffi 180 /MWh Energiatulot, syöttötariffi 300 /MWh 2283 MWh/a 2301 MWh/a /vuosi /vuosi /vuosi tuotannon hyötysuhde 37 %, omakäyttösähkön kulutus 5 % oma lämmön kulutus 18 %, lämmöntuotannon hyötysuhde 48%, siirron hyötysuhde 90% Biokaasun ja energian saannon potentiaali perustuu valittuun syöteseokseen. Sähkön perushinnan oletuksena on käytetty 50 /MWh, jota suuruusluokkaa Nordpool sähköpörssin forward-hinnat tuleville vuosille olivat loka-marraskuun vaihteessa Lisäksi on esitetty kaksi eri arviota mahdolliselle syöttötariffille. Lämmön hinnaksi arvioitin 40 /MWh Iistä saatujen tietojen perusteella. Sähkön ja lämmöntuotannolle on esitetty arvio alla olevassa taulukossa huomioiden laitoksen omakäyttö ja häviöt. Seuraavassa taulukossa on esitetty laitoksen tulot nykyenergianhinnoilla sekä mahdollisilla syöttötariffin eri tasoilla. Oletuksena on, että kaikki tuotettava lämpö mahtuisi Kuivaniemen kaukolämpöverkostoon. 8.2 Käyttökustannukset Kuljetuskustannusten määrittämiseksi laskettiin arvio massan vähenemäksi biokaasulaitoksessa. Arvio laskettiin biokaasun pääkomponenttien, metaanin ja hiilidioksidin ominaispainojen ja biokaasun kokonaismäärän avulla. Kokonaisreduktioksi tuotettavalle massalle saatiin 17 % ja se voi vähentää paluukuljetusten tarvetta. Mahdollista massan kasvua esim. massan kostuttamisesta johtuen ei huomioitu. Taulukko: Massareduktio ja kuljetukset Massareduktio ja kuljetukset Biokaasua vuodessa m3 Kaasun tiheys 1,98 kg/m3 CO2 0,72 kg/m3 CH4 1,26 kg/m3 CO2 43 % ja CH4 57 % Biokaasun massa 1576 t/vuosi Kokonaismassan määrä 8000 Kokonaismassan reduktio 20 % Paluumassan määrä 6424 t paluumatkoja, Menomatkoja (pl helpi) kaikki kpl/vuosi Ruokohelpi rekoilla laitoksille 40 t per kuljetus Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 37

38 Ruokohelpi arvioitiin tuotavan laitokselle turverekoilla. Ruokohelpin kuljetuskustannukset on huomioitu ruokohelven toimituksen kokonaiskustannuksissa ja käsittelyjäännöksen paluukuormat hoidetaan laitoksen käyttöön varatulla kuorma-ajoneuvolla. Laitoksen käyttökulut ja käytetyt oletukset on esitetty taulukossa alla. Yhteensä kulut ovat noin /a. Suurimman yksittäisen kustannuksen muodostaa ruokohelven hankinta, joka sisältää kuljetuskustannukset. Kuivalannan sekä käsittelyjäännöksen kuljetukset on oletettu tehtävän kalustolla, jonka kapasiteetti on 40 tonnia. Laitoksen käyttötyön kustannus, huoltokustannukset sekä vakuutukset perustuvat IBBK:n ja Bionovan arvioihin. Taulukko: Käyttökulut Käyttökulut Kustannus Yksikkö Lähde / peruste 35 /t, Tilaaja, sis tuonnin Ruokohelven hankintakustannus laitokselle Lannan kuljetuskustannukset kertaa yhdensuuntainen ajo (70 /h, 2,5h) Käyttötyöaika Puolipäivätyö Kauhakuormaajan käyttökustannus Arvioitu kustannus 55 /h, 313 h vuodessa, käytetään 6 h viikottaisessa erän vaihdossa Moottorin huoltokustannukset Arvio, huoltosopimus 0,012 /kwh sähköstä Muut huoltokustannukset Arvio, noin 1 % kokonaisinvestoinnista Vakuutus Arvio, noin 1,2 % pääomasta Mädätteen kuljetuskustannukset kertaa yhden suuntainen ajo (2,5 h, á 70 ) Yhteensä Investointikustannukset Laitoksen investointikustannus on IBBK:n mukaan noin johon sisältyy sähköverkon liitynnän kustannus, sekä lämpöverkon rakennuskustannukset. Laskelmassa on huomioitu mahdollisten investointitukien vaikutus. Taulukko: Investointikustannukset Investointikustannukset Kustannus Lähde / peruste Mädättämörakennukset IBBK jakauman osalta, Bionova alustavien Percolate system, lämpökytkennät keskusteluiden perusteella Sähkötyöt, ohjaus ja automaatiotyöt yksinkertaisimmasta ratkaisusta. Lopullinen CHP-laitos ja asennus tarjoushinta voi olla selvästi korkeampi. Rejektiveden säiliö Arvio (IBBK / Bionova) 446 m3, 42 /m3 Maanrakennustyöt, tieliitynnät Arvio Sähköverkkoon liitynnät Rantakairan sähkö Bionova Engineering Kuivamädätyslaitos Kuivaniemellä 38