Biokaasun rooli kiertotaloudessa

Transkriptio

1 Biokaasun rooli kiertotaloudessa Saija Rasi Tuotantojärjestelmät Biojalostusteknologiat ja tuotteet p Luonnonvarakeskus

2 Mitä on kiertotalous? Pyritään maksimoimaan tuotteiden, komponenttien ja materiaalien sekä niihin sitoutuneen arvon kiertoa taloudessa mahdollisimman pitkään Tuotanto ja kulutus synnyttävät mahdollisimman vähän hukkaa ja jätettä Luonnonvarakeskus

3 Sisältö Biokaasun monet käyttömahdollisuudet Biokaasutalouden hyödyt Kansainvälinen biokaasuyhteistyö Käytännön esimerkkejä Luonnonvarakeskus

4 Biokaasun monet käyttömahdollisuudet Luonnonvarakeskus

5 Biokaasuprosessi Biohajoava jäte Teollisuus Yhdyskunnat Energiakasvit Maatalous Lanta Sivutuotteet Biokaasuprosessi Hiilidioksidin hyödyntäminen Teollisuus Kasvihuoneet Kylmäsäilytys P2G Biokaasu CH 4 CO 2 Jäännös Ravinteet Orgaaninen aine Energiaa Lämpö Lämpö ja sähkö Alueverkko Maakaasuverkko Liikennepolttoaine Pelto Muut käyttömahdollisuudet

6 Biokaasulaitos osana kiertotaloutta Al Seadi ym 2018

7 Ajureita Energia turvallisuus Energia turvallisuus Vähennetään tuontiriippuvuutta Tasainen energiantuotanto Energian tuotanto vastaamaan kulutusta Sähköverkon tasapainottaminen muiden uusiutuvien rinnalla Joustava energiantuotanto sähköverkkoon Mahdollisuus siirtyä fossiilivapaaseen energiantuotantoon

8 Sähkö: perinteinen käyttötapa & haasteet Alhainen hyötysuhde Tarve käyttää lämpöä, joka ei aina ole mahdollista laitoksen sijainnin vuoksi vaihtoehtona tuottaa biometaania ajoneuvokäyttöön tai maakaasuverkkoon -sijainti Hyötysuhdetta voidaan kasvattaa keskitetyillä biokaasulaitoksilla tai keskitetyillä CHP yksiköillä biokaasuverkkoa hyödyntäen Mm. Saksassa mahdollisuus saada sähköstä parempaa tuottoa tuottamalla ns. piikkienergiaa

9 Sähkön tuotanto ja kulutus tarve piikkienergian tuotannolle Source: Agora Energiewende: Germany in June 2013

10 Tuulivoiman tuotto ja sähkön kulutus 3 viikon jaksoissa Tanskassa Marraskuussa 2012 & Source: Sørensen, Nordic Biogas Conf. 2014

11 Mahdollisuus? Voidaanko biokaasua käyttää sähköverkon vaihtelujen tasaamiseen? On kokeiltu nostaa biokaasun varastointikapasiteettia ja vaihtelevaa biokaasun tuotantoa Suurempi tuotto joustavasta sähköntuotannnosta voisi parantaa biokaasulaitosten kannattavuutta Haaste suunnitella ja operoida laitoksia

12 Varastointi ja siirretty käyttö Yksittäiset biokaasulaitokset puskurivarastolla Ryhmä biokaasulaitoksia & yhteinen kaasuvarasto (kaasukello)

13 Varastointi kapasiteetteja CAES: compressed air energy storage PHS: pumped hydro storage Source: Specht et al, 2011

14 Biokaasun jalostaminen ajoneuvokäyttöön tai maakaasuverkkoon Erilaisia jalostusteknologioita Vesipesu Amiinipesu PSA Membraanit Kryogeeninen CO 2 edelleen käyttöön e.g. Power to gas

15 Power-to-gas Option: H 2 by electrolysis from variable output renewables (e.g. solar and wind) + CO 2 from upgrading of biogas (Sabatier process): 4H 2 + CO 2 = CH 4 + 2H 2 O ( H = kj/mol) Option: In-situ H 2 reaction with CO 2 in digester to give "upgraded biogas" in single step* A perspective on the potential role of biogas in smart energy grids * Haldor Topsøe, Nordic Biogas Conf IEA Bioenergy Task 37 Publication Persson et al., , (ISBN )

16 Biokaasuprosessilla tuotettavat muut tuotteet Prosessin hyödyntäminen arvokomponenttien tuottamiseen Biomaterials e.g. biowaste, sludges, side streams Anaerobic digestion Volatile fatty acids e.g. acetic, propioni, butyric acids Chemical transformation Biomaterials, -chemicals, -fuels Biogas (methane, carbon dioxide) Luonnonvarakeskus

17 Mahdollisuuksia kaupunkiympäristössä Luonnonvarakeskus

18 Biokaasutalouden hyödyt Luonnonvarakeskus

19 Merkitys energiantuotannossa Teoreettinen biokaasupotentiaali on noin 24 TWh, teknistaloudellinen noin 10 TWh 86% potentiaalista maataloudessa 1,5 TWh lannoista 7,3 TWh energiakasvit ja kasvijäte Teknistaloudellinen potentiaali CHP-tuotannossa vastaisi 3% kokonaissähkönkulutuksesta Suomessa Liikennekäytössä sama määrä vastaisi noin 14% liikennepolttoaineen kulutuksesta Suomessa

20 Tuotetun energian täysimääräinen käyttö maatiloilla haastavaa Esimerkki: biokaasulaitoksen sähkön nettotuotto ja maatilan sähkönkulutus Sähkönkulutukseen vaikuttaa mm. eläinten laiduntaminen Esimerkki: Biokaasulaitoksen lämmön nettotuotto ja maatilan lämmönkulutus Winquist ym. 2015

21 Esimerkki Kuva: Saija Rasi Kuva: Jari Lindeman 1 ha timotei nurmea km

22 Merkitys KHK-päästöille REDII direktiivin mukaan päästövähennys fossiilisiin verrattuna tulee liikenteen kaasumaisille polttoaineille olla vähintään 65 % (v alkaen) Kivennäismaa Maltillinen typpilannoitus keväisin Hyvin kalkittu maa Nurmirehun säilöntä (apilanurmi kuitenkin vaikeampi säilöä kuin nurmi) Kolmen vuoden viljelykierto Sähkön tarve ostosähkönä (Suomen keskimääräinen sähköntuotanto) Lämpö puuhakkeella Ei metaanivuotoja Jäännöksen käyttöä ei huomioitu Jalostus ja paineistaminen laskettuna keskimääräisenä ostosähkönä

23 Esimerkki (1) -76 % Kivennäismaa Maltillinen typpilannoitus keväisin Hyvin kalkittu maa Nurmirehun säilöntä (apilanurmi kuitenkin vaikeampi säilöä kuin nurmi) Kolmen vuoden viljelykierto Sähkön tarve ostosähkönä (Suomen keskimääräinen sähköntuotanto) Lämpö puuhakkeella Ei metaanivuotoja Jäännöksen käyttöä ei huomioitu Jalostus ja paineistaminen laskettuna keskimääräisenä ostosähkönä

24 Esimerkki (2) Orgaaninen maa Maltillinen typpilannoitus keväisin Hyvin kalkittu maa Nurmirehun säilöntä (apilanurmi kuitenkin vaikeampi säilöä kuin nurmi) Kolmen vuoden viljelykierto -53 % Sähkön tarve ostosähkönä (Suomen keskimääräinen sähköntuotanto) Lämpö puuhakkeella Ei metaanivuotoja Jäännöksen käyttöä ei huomioitu Jalostus ja paineistaminen laskettuna keskimääräisenä ostosähkönä

25 Merkitys ravinteiden kierrätykselle Photo: Arja Seppälä Hyvin suunniteltu biokaasun tuotanto voi lähialueen peltoviljelyn kanssa muodostaa lähes suljetun ravinnekierron Ravinteiden hyödyntämisen suunnittelussa on ohjenuorana nitraattiasetus ja ympäristökorvausjärjestelmä

26 Tuotantoeläimien keskittyminen keskittää myös ravinteita Lannan sisältämä fosfori riittäisi korvaamaan Suomessa käytetyn fosforilannoitteen Tarvitaan taloudellisesti toimivia prosesseja ravinteiden konsentroimiseen Markkinoille sopivat ja helposti kuljetettavat lannoitevalmisteet Ylivainio ym. 2014

27 Muita hyötyjä KHK vähennys Energia turvallisuus Metaanin ja hiilidioksidin käyttö uusina materiaaleina Ruoka, rehu, kemikaalit Energiavarasto (P2G) Jätevirtojen käsittely Orgaaniset jätteet Jätevedet Haja-asutusalueille uutta liiketoimintaa Luonnonvarakeskus

28 Kansainvälinen biokaasuyhteistyö: IEA Bioenergy Task 37: Energy from Biogas An international working group which covers the anaerobic digestion (AD) of biomass feedstocks The main interests are the production of biogas for use directly for heat and power, upgrading of biogas to biomethane, utilisation of biogas/biomethane for electricity grid balancing and high quality digestate that can be used as biofertiliser Task 37 addresses the whole biogas production chain from feedstock collection and pretreatment to biogas upgrading, biofertiliser application and process chain sustainability. Members from 14 countries

29 Osallistuvat maat: Australia Itävalta Brasilia Tanska Ranska Suomi Saksa Irlanti Korea Norja Ruotsi Sveitsi Alankomaat Iso-Britannia Viro Kanada Intia

30 Käytännön esimerkkejä Luonnonvarakeskus

31 Kalmarin tila, Laukaa

32 Palopuro, Hyvinkää Helenius ym. 2017

33

34

35

36

37 Lopuksi Biokaasuprosessia tulisi tarkastella kokonaisuutena eikä vaihtoehtoisesti energiantuotantolaitoksena, maatalouden investointina, jätteenkäsittelylaitoksena tai lannoitevalmisteen tuotantolaitoksena Biokaasun ympäristöhyödyt, kuten hajuhaittojen väheneminen ja lannan ravinnearvon paraneminen sekä ravinnekierron edistäminen tunnetaan ja tunnustetaan hyvin, mutta niitä ei käytännössä huomioida tukia myönnettäessä. Kokonaisvaltainen ajattelutapa edellyttäisi joustavuutta ja poikkisektoriaalista asiantuntemusta ja ajattelua myös hallinnossa.

38 Kiitos! Photo: