Biomassaresurssin kokonaishyödyntäminen

Transkriptio

1 Biomassaresurssin kokonaishyödyntäminen Saija Rasi Tiedetreffit Saarijärvi

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 BIOJALOSTAMO Biojalostamo on laitos, jossa tuotetaan biomassasta erilaisten prosessien kautta polttoaineita, energiaa tai kemikaaleja 3 Luonnonvarakeskus

4 Jätehierarkia Jätehierarkia on pääasiallinen indikaattori materiaalivirtojen hallinnalle Ruoka, joka on suunniteltu ihmisten ravinnoksi, tulisi mennä ihmisten ravinnoksi Tavoitteena on hyötykäyttää sivuvirrat arvokomponentteina

5 Biomassan prosessointivaihtoehtoja Forest side-streams and organic waste Agriculture Municipalities Industry Fermentation, bioprocesses e.g. biocatalytic processing, vacuum distillation Anaerobic digestion/biogas process Pyrolysis Nutrient concentration technologies Extraction and fractionation e.g. Pressurised hot water extraction, supercritical fluid techniques, membrane filtration, HPLC Pharmaceuticals, cosmetics Food, Feed & Ingredients Pet food Chemicals Bioenergy Biofuels and products Nutrient and carbon products

6 Vegetable by-product utilisation paths Vegetable by-product Beneficial microbes Fermentation Fractionation Oil extraction Refined Carotene oil Organic acids Feed Fiber products Processing residues Rasi et al

7 RAW MATERIAL Agro EXTRACTION Forest BIOMASS Forest and agricultural residues Extract PHWE Extracted Biomass Fractionation Bioactive extracts Tavoitteena kehittää yhdisteiden alkuperäisen luonteen mahdollisimman hyvin säilyttäviä fraktiointimenetelmiä Luonnonvarakeskus

8 Kuumavesiuuttoon pohjautuva biojalostamo Raaka-aineet Raaka-aine Prosessivaiheet ja tuotteet Hemiselluloosa (GGM) Uuteaineet PHW-uutto Lignoselluloosa Alkaliuutto Selluloosa Rikitön Ligniini Luonnonvarakeskus

9 Tuote-esimerkkejä Lääkkeet, kosmetiikka, hiilikuitu, nanoselluloosa Ruoka, liukosellu, platform kemikaalit, komposiitit Rehu, bioetanoli, Luonnonvarakeskus

10 Hidas pyrolyysi Orgaanisen aineen kuumentaminen hapettomissa olosuhteissa Lämpötila yleensä C Lämpötilan nosto hitaasti, <10 C/min Päätuote kiinteä hiilijae (noin 35%) Pyrolyysiöljy noin 30%, kaasua noin 35% Biohiilen ominaisuudet vaihtelevat raaka-aineen ja prosessiolosuhteiden mukaan

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

12 Biokaasuprosessin raaka-aineet Maatilojen raaka-aineet Eläintuotannon jätteet (lanta) Peltobiomassat (energiakasvit, kasvintuotannon jätteet ja sivutuotteet) Yhdyskuntien raaka-aineet Puhdistamoliete Saostuskaivoliete Biojäte Teollisuuden raaka-aineet Biohajoavat jätteet ja sivutuotteet Puu-pohjaiset raaka-aineet?

13 Eri materiaalien metaanintuottopotentiaali Materiaali Metaanintuotto m 3 CH 4 / tonni orgaanista ainetta Teurasjäte Metaanintuotto m 3 CH 4 / tonni märkäpaino Biojäte Kasvibiomassa Jätevedenpuhdistamon liete Lehmänlanta Sianlanta

14 Esimerkki Kuva: Saija Rasi Kuva: Jari Lindeman 1 ha timotei nurmea km Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski- Suomeen,

15 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 15

16 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 käsittelyjäännös luokitellaan lannoitevalmisteeksi, joten lannoitus suunnitellaan analysoitujen pitoisuuksien perusteella 16

17 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 17 Ylivainio ym. 2014

18 Esimerkki biojalostamosta Bioactive compounds Biochar Wet wood residue with low heating value, e.g. spruce bark Hot water extraction Pyrolysis AD process Pyrolysis liquids Pyrolysis gases Nutrient products Co-digestion with e.g. manure CH4, CO

19 Kuumevesiuutetun kuoren hidas pyrolyysi Hiili-, neste- ja kaasujakeiden jakautuminen Terva- ja happopitoinen nestefaasi Kaasun pääkomponentit 19 Luonnonvarakeskus

20 Kuumavesiuutetun kuoren prosessointi biokaasuprosessilla Lähtökohtaisesti puu ei raaka-aineena ideaalinen biokaasuprosessille Ligniinipitoisuus Ligniinipitoisia materiaaleja voidaan kuitenkin käyttää seosraaka-aineena Reaktoritekniikka Seos-suhde Esikäsittely Kuumavesiuutto rikkoo kuoren rakennetta Metaanintuottopotentiaali suhteellisen alhainen, mutta ei aiheuta inhibitiota 20 Luonnonvarakeskus

21 Kiitos Saija Rasi p Luonnonvarakeskus