Harri Heiskanen

Transkriptio

1 Harri Heiskanen

2 Haapajärven ammattiopisto koostuu liiketalouden ja maa- ja metsätalousosastoista Opiskelijoita noin 30 aikuisopiskelijaa Koulutetaan mm. maaseutuyrittäjiä ja metsurimetsäpalvelujen tuottajia

3 Biokaasulaitos opetusmaatilan yhteydessä Valmistui marraskuussa 2007 Pääasiallinen raaka-aine on lehmän lietelanta Biokaasusta tuotetaan tällä hetkellä lämpöä Jatkossa biokaasu jalostetaan ja paineistetaan liikennepolttoaineeksi (biometaaniksi) Tutkimus- ja oppimisympäristö UE-tutkimusjohtaja hanke (EAKR, P-P liitto) Pääasiassa biokaasutukseen keskittyvä T&K hanke

4

5 Perustiedot Hanke käynnistynyt 1/2009, päättyy 4/2012 Toiminta-alue Oulun Eteläinen Budjetti noin (EAKR) Tavoite: Kehittää alueen bioenergiaosaamista sekä parantaa alueellisten toimijoiden liiketoimintaedellytyksiä

6 Hankkeen yhtenä osana toteutetaan biokaasureaktorilla laaja tutkimusohjelma Tutkitaan lisäsyötteiden vaikutusta reaktorin biokaasuntuottoon Tutkitaan rikkivedyn erottumista biokaasusta prosessin eri vaiheissa

7 Tuotanto-olosuhteet: 4,4-6,1 m 3 lietelantaa/vrk Lisäsyötteet: Glyseroli (25 L/vrk) Olki (½ paalia/vrk) Säilörehu (½ paalia/vrk) Biokaasureaktorin lämpötila ~39 C Biokaasua ~4-5 m 3 /h Metaanipitoisuus ~61 til-%

8 Lietelanta Lietelanta + glyseroli Syöttö Rejekti Syöttö Rejekti Lietteen syöttömäärä, m 3 /vrk 5,5 6,1 Ominaispaino, g/l Liukoinen COD Cr, mg/l Kokonaistyppi, mg/l Liukoinen ammoniumtyppi, mg/l Hehkutushäviö, % 82,4 75,2 84,6 79,1 Kuiva-aine (TS), % 6,9 4,7 8,3 5,9 Org. aines (VS), % 5,7 3,5 7,0 4,7 Reaktorin kuormitus, kg TS/(vrk m 3 ) 3,4 4,4 (+ glyseroli) Reaktorin kuormitus, kg VS/(vrk m 3 ) 2,8 3,7 (+ glyseroli) TS(muutos), % VS(muutos), % COD(muutos), % VA/TA 0,12 0,01 Liuk-NH 4 /kok-n, g/g 0,66 0,79 0,59 0,65 Kok-N/kuiva-aine, g/g 0,027 0,036 0,043 0,061 Liuk-NH 4 /kuiva-aine, g/g 0,017 0,028 0,026 0,040 COD/kuiva-aine, g/g 0,22 0,13 0,29 0,18 COD/org. aines, g/g 0,27 0,18 0,35 0,23 COD = kemiallinen hapenkulutus VA/TA = haihtuvien happojen alkaliteetin ja kokonaisalkaliteetin suhde HUOM! Taulukossa ei ole huomioitu glyserolia. Liete + glyseroli (viipymäaika ~20 vrk): 260 L biokaasua/kg syötetty orgaaninen aines 160 L metaania/kg syötetty orgaaninen aines (glyserolia ei ole huomioitu) Liete (viipymäaika ~22 vrk): 240 L biokaasua/kg syötetty orgaaninen aines 150 L metaania/kg syötetty orgaaninen aines

9

10 Lehmän lietelanta Lehmän lietelanta + glyserolijae Glyserolijae lisää nopeasti biokaasun tuottoa

11 Biokaasun koostumus Pelkästä lietelannasta tuotetun biokaasun metaanipitoisuus 61+2 til-% Liete + glyseroli: metaanipitoisuus 63+2 til-% Toisen koejakson lopussa biokaasureaktorissa tuotetun biokaasun metaanipitoisuus oli 65,4+0,5 til-% (viisi mittausta) Liete + olki: metaanipitoisuus 59+1 til-% Glyseroli lisäsi siis biokaasuntuottoa ja tuotetun biokaasun metaanipitoisuutta

12 Biokaasulaitoksen energiankulutus Biokaasulaitoksen keskimääräinen lämmönkulutus 217 kwh/vrk ( ) Ensimmäinen koejakso (marras-tammikuu): ~54 kwh/lietelanta m 3 Toinen koejakso (helmi-toukokuu): ~ 41 kwh/lietelanta m 3 Kolmas koejakso (touko-elokuu): ~31 kwh/lietelanta m 3 1 t lietelantaa 11 C 39 C vaatii ~30 kwh (ei ole huomioitu häviöitä) Lietelannasta saadaan noin 12 m 3 CH 4 /t lietelanta (~120 kwh) väh. 25% tuotetun metaanin energiasisällöstä kuluu biokaasulaitoksen lämmittämiseen (ei lämmön talteenottoa); lisäsyötteiden avulla kannattavuus paranee Biokaasulaitoksen sähkönkulutus oli kahdella ensimmäisellä koejaksolla noin 16 kwh/m 3 (90 kwh/vrk) Olkea syötettäessä (= kolmas koejakso) sähkönkulutus ~20 kwh/lietelanta m 3

13 Biokaasulaitoksen lämmönkulutus alhaisemmaksi: Lietteen syöttösäiliön eristäminen Ilman poisto lämmitysjärjestelmästä Polttimen toiminnan varmentaminen (poltinhäiriö lietettä joudutaan uudelleen lämmittämään) Lämmön talteenotto (tulevaa lietettä lämmitetään prosessista poistuvalla lämpimällä lietteellä)

14 Rikkivedyn poisto Tuotetussa biokaasussa on runsaasti rikkivetyä (> 0,3 til-%) Rikkivety on myrkyllinen (= turvallisuusriski) ja syövyttävä (lyhentää laitteiden käyttöikää) kaasu. Biokaasureaktorissa on Thiobacillus -bakteereita, jotka hapettavat rikkivedyn rikiksi ja sulfaatiksi Tarvitsevat toimiakseen hieman happea Syöttämällä biokaasureaktoriin ilmaa (noin 2-6 til-% biokaasusta) on mahdollista vähentää tuotetun biokaasun rikkivetypitoisuutta Metaani on räjähdysherkkä 5-15 til-% pitoisuuksina ilmakehässä Ilmasyötön avulla rikkivetypitoisuus tippui ~3000 ppm:stä alle 10 ppm:ään

15 Poltettavan biokaasun rikkivetypitoisuus ajan funktiona; ilman syöttö (2,8 m 3 /vrk) aloitettu 0 vrk. Biokaasureaktorissa tuotetun biokaasun rikkivetypitoisuus on yli 3000 ppm.

16 Projektin lähtötilanne/ue-tutkimusjohtaja hankkeen alustavia tuloksia Tuotettu biokaasu on järkevintä jalostaa liikennepolttoaineeksi korvaamaan fossiilisia polttoaineita Biokaasulaitoksen tarvitsema lämpö ja sähkö olisi mahdollista tuottaa metsähakkeesta puukaasuvoimalalla Pohjois-Pohjanmaan maakuntaohjelma ja energiastrategia: Hajautettua energian tuotantoa (mm. bio&puukaasu) lisättävä

17 Lietelanta Energiakasvit (esim. säilörehu) Metsähake BIOKAASU- REAKTORI PUUKAASU- VOIMALA Biokaasun puhdistus & paineistus LIIKENNEPOLTTOAINE (biometaani) LÄMPÖ & SÄHKÖ

18 Investointi- ja kehittämisprojekti (EAKR, P-P liitto) Hakijana Kalajokilaakson koulutuskuntayhtymä Projekti valmisteltiin Haapajärven ammattiopiston, Hasa Oy:n ja Haapajärven lämmön Oy toimesta Projektissa mukana: K-P AMK:n tutkimus- ja kehittämisyksikkö Centria, Oulun Eteläisen instituutti, NIHAK ja Haapajärven kaupunki

19 Projektin tavoitteet ja toimenpiteet Rakennetaan puukaasuvoimala Haapajärven ammattiopiston yhteyteen Selvitetään puukaasuvoimalan ja biokaasulaitoksen yhdistelmän edut ja haitat (+ kannattavuus) Selvitetään puukaasuvoimalan kannattavuus pienimuotoisessa hajautetussa energian tuotannossa Testataan puukaasuvoimalan raakaainevaihtoehtoja Esim. metsähake, sahojen kuori-/jyrsinjäte, energiapaju, hevosen lanta

20 Tutkimus- ja investointihanke puukaasuvoimalaan liittyen ( ) Biokaasuautoinvestointi Haetaan rahoitusta uudelle biokaasuun liittyvälle tutkimushankkeelle Biokaasun puhdistus ja paineistus Prosessiolosuhteet Lämpötila, sekoitus, kuiva-ainepitoisuuden kasvattaminen Kuivamädätys BioE Bio- ja puukaasuteknologiaan keskittyvä tutkimusyksikkö/-ympäristö