Peltobiomassojen dyntäminen biokaasun tuotannossa. Annimari Lehtomäki skylän yliopisto

Transkriptio

1 Peltobiomassojen hyödynt dyntäminen biokaasun tuotannossa Annimari Lehtomäki Jyväskyl skylän yliopisto Bio- ja ympärist ristötieteiden tieteiden laitos

2 Kasvien hyödynt dyntäminen biokaasun tuotannossa Energiakasvit Erityisesti energiantuotantoa varten viljellyt kasvit Kasvintuotannon jätteetj tteet Kotimainen, uusiutuva, kasvihuonekaasuneutraali energiamuoto

3 Miksi kasveista juuri biokaasua? Energian tuotannon hyötysuhde hyvä Metaani arvokasta liikennepolttoainetta Vähäiset pääp äästöt Suljettu ravinnekierto Monipuolisen viljelyrakenteen säilyttäminen Sadonkorjuu varhaisessa kasvun vaiheessa -> > suuri kuiva-ainesato ainesato Ei materiaalin kuivaustarvetta

4 Metaanintuottopotentiaaleja Materiaali Metaanintuottopotentiaali Teurastamojäte te 570 l CH 4 / kg VS m 3 CH 4 / t ww 150 Biojäte Energiakasvit Lehmänlanta

5 Kasvien hyödynt dyntäminen biokaasun tuotannossa Biokaasun tuotanto kasveista taloudellisinta lähelll hellä kasvien tuotantoalueita Kuljetuskustannusten minimointi Jäännöksen käyttk yttö lannoitteena ja maanparannusaineena kasvien viljelyalueilla Kesantomaiden hyödynt dyntäminen Saksa: Vuoden 2005 loppuun mennessä arviolta maatilamittakaavan biokaasulaitosta Näistä 80 % käsittelee k kasveja (maissi, säils ilörehu) Suurin osa kasvien ja lannan yhteiskäsittely sittelyä Biokaasulla tuotetun sähks hkön n myyntihinta enimmillää ään n 21 eurosenttiä / kwh - Tästä 4-66 senttiä saa jos käyttk yttää energikasveja, 2 senttiä jos käytössä uutta teknologiaa (kuivaprosessit)

6 Kasveista biokaasua - ketju Kasvin valinta Korjuun ajoitus Kasvien viljely Biokaasu Lämpö Sähkö Liikennepolttoaine Korjuu Partikkelikoon pienennys Esikäsittelyt Varastointi Esikäsittelyt Biokaasun tuotanto Jäännöksen varastointi, jälkikaasutus Jälkikäsittely Jäännös

7 Biokaasun tuotantoon soveltuva kasvimateriaali: Kasvien valintakriteerit Suuri sato, korjuukerrat / kesä Helppo viljellä ja korjata Vaatimaton ja kestävä Helppo säils ilöä Suuri metaanintuotto: Helposti hajoavia hiilihydraatteja Ligniinipitoisuus Kasvitaudit Suomen olosuhteissa menestyviä ja nopeakasvuisia Runsaasti biomassaa mahdollisimman vähäisellv isellä viljelypanostuksella

8 Kasvi Metaanintuottopotentiaali l CH 4 / kg ka m 3 CH 4 / t Timotei-apilanurmi Ruokohelpi Puna-apila apila Virna-kaura Lupiini Maa-artisokka artisokka Jättitatar Nokkonen Raparperi Rehukaali Sokerijuurikas Sokerijuurikkaan naatit Kauran olki Rypsin olki Energiapaju

9 Kasvi Sato ka /ha) (t ka Metaanisaanto (m 3 CH 4 /ha) Henkilöautokilometrit (km/ha) Maa-artisokka artisokka Ruokohelpi Bruttoener- giasaanto (MWh/ha) Timotei- apilanurmi Sokerijuurikkaan naatit Sokerijuurikas Olki Energiapaju

10 Paaleista metaania 1 pyöröpaali paali kg, kg ka m 3 CH 4, l öljyä kwh ajo-km 1 ha paalia vuodessa m 3 CH 4, l öljyä MWh ajo-km

11 Potentiaali Suomessa > 2 milj. ha peltoa > ha kesannolla Säilörehu: m 3 CH 4 / ha Kesantomaalta: 4,5 TWh per vuosi Polttoaine 12 % henkilöautoista

12 Ruokohelpi Phalaris arundinacea

13 Kasvukaudella 2005 viljelyssä Heinät: timotei-apila ruokohelpi raiheinä ruokonata koiranheinä Muut: maa-artisokka artisokka turnipsi kaura alsikeapila valkomesikkä virna-kauraseos turnipsi

14 Ympärist ristötuen tuen ehtojen mukaisia peruslannoitusmää ääriä Kasvi Typpeä kg/ha/v Fosforia kg/ha/v Säilörehu Sokerijuurikas Herne (suositus) Ruokohelpi (suositus) -Perustamisvuosi -Satovuosi -Satovuosi eloperäisill isillä mailla

15 Prosessin suunnittelussa huomioitavaa Sadonkorjuun ajoitus Kasvien ikä ja kypsyysaste Kasvien esikäsittely sittely Fysikaaliset, kemialliset ja biologiset esikäsittelymenetelm sittelymenetelmät Kasvien varastointi Reaktorityyppi

16 Sadonkorjuun ajoitus Kasvi Korjuu Metaanintuotantopotentiaali Ruokohelpi 1 2 Timotei-apilanurmi 1 2 Maa-artisokka artisokka 1 2 kg ka l CH 4 / kg m 3 CH 4 / t

17 Kasvien esikäsittely sittely Metaanintuoton lisää ääminen ja nopeuttaminen Riittävä partikkelikoon pienennys Muut käsittelytk Esim. emäsk skäsittelyillä (lipeä,, NaOH) parannettiin heinän n ja sokerijuurikkaan naattien metaanintuottoa % NaOH 0,6 / kilo, 5 kg per t kasvia => 3 / t Entsyymikäsittely, sittely, muut kemialliset käsittelytk Esikäsittelyn sittelyn ja varastoinnin yhdistäminen

18 Kasvien varastointi Kasvien saatavuuden kausittaisuus Energiasisäll llön n ja ravinteiden mahdollisimman tehokas säilyminen s varastoinnin aikana Ei kuivausta Säilörehuun perustuvat menetelmät Mahdollisuus varastoinnin ja esikäsittelyn sittelyn yhdistämiseen Muurahaishapolla varastoidun heinän metaanintuotto % tuoreen heinän metaanintuottoa korkeampi

19

20 Prosessiteknologia Perinteinen biokaasuteknologia suunniteltu jätteille, joilla alhainen kuiva-ainepitoisuus ainepitoisuus (esim. lietelanta) Kasvien kuiva-ainepitoisuus ainepitoisuus korkea, % Märkä- vs. kuivaprosessit Yksi- vs. kaksivaiheiset prosessit Panosperiaatteella toimivat vs. jatkuvatoimiset prosessit

21 Prosessityypit Märkäprosessit Kuivaprosessit Panos Panos Jatkuvatoiminen Jatkuvatoiminen

22 Märkä- vs. kuivaprosessit Märkäprosessit Kasvien käsittely k yhdessä lietelannan tai kierrätetyn prosessiveden kanssa Max. TS % Kasvien partikkelikoon pienennys Kasvien syött ttö: : ruuvikuljetin, syött ttömäntä,, huuhtelu (lietteen kierrätys) Kuivaprosessit TS % Yksivaiheiset kuivaprosessit Kaksivaiheiset kuivaprosessit: hajotuksen eri vaiheiden fysikaalinen erottaminen eri säiliöihinihin Kasvien syött ttö usein panosperiaatteella

23 Täyssekoitteiset lietereaktorit laboratorio- ja pilot-mittakaavassa

24 Lannan ja säils ilöheinän yhteiskäsittely sittely Kuormitus kg VS / m 3 d Päivittäinen inen metaanintuotto ml CH 4 / d Ominaismetaanin- tuotto l CH 4 / kg VS Pelkkä lanta Lanta + 10 % heinää Lanta + 20 % heinää Lanta + 30 % heinää Lanta + 40 % heinää

25

26 Ruuvikuljetin Syöttömäntä Huuhtelu Screw Piston Flush Feed Solid substrate Solid substrate Solid substrate Digester Digester Digester

27

28 Kaksivaiheinen prosessi Biokaasu Nesteen kierrätys 1. vaihe 2. vaihe

29

30

31

32 Mahdollisia ongelmia Märkäprosessit Hajoamattoman aineksen kertyminen Pintakerroksen muodostuminen Korkeampi energiankulutus sekoituksessa ja pumppauksessa Tukkeutumisriskin kasvaminen Kuivaprosessit Pitkähk hkö viipymä Biologinen lämml mmönmuodostuminen

33 Kiitos mielenkiinnosta!