Biokaasun mahdollisuudet Sysmä

Transkriptio

1 elintarvike yms. biojätteet MAATILAN BIOKAASULAITOS Ravinteiden täyskierto Energiat talteen sähkönmyynti Maatilan oma käyttö lietelanta Kotieläintalous nautakarja, siat, siipikarja ym. lämpöä sähköä BIOKAASU- REAKTORI Aggregaatti Lämpökattila ja kaasupoltin biokaasu polttoaine Biokaasun mahdollisuudet Sysmä rehua mädätetty biomassa lannoitukseen Antti Leinonen p Me olemme Bioste Oy on asiantuntijaverkostoon perustuva innovatiivinen yritys, joka hyödyntää laajaa kumppanuutta alan toimijoiden kanssa. Yritys on perustettu vuonna Toimialamme ovat biokaasutus, anaerobikäsittely biodieselin ja toisen sukupolven nestemäisten biopolttoaineiden tuottaminen puhtaan veden tuottaminen liiketaloudellisesti kannattavien synergiaetuja hyödyntävien bioenergiatuotantoyhteisöiden verkoston koordinointi. Tavoitteenamme on kokonaisvaltaisten tuotantokeskusten ja ratkaisujen räätälöinti ja kätilöinti asiakkaamme tarpeiden mukaan. Toimintaamme ovat yritystoiminnan edellytysten selvitys henkilöstön perehdyttäminen tuotantoinfrastruktuurin suunnittelu ja toteuttaminen tuotantotoiminnan tukeminen sekä raaka-aine- ja lopputuotantomarkkinoiden koordinointi synergiaetujen tunnistaminen ja hyödyntäminen. Laite- / laitostoimittaja riippumaton Bioste Oy palvelut

2 Markkinakatsaus Energia ja vesi ovat jo nyt hyvin sidoksissa toisiinsa ja tulevat olemaan tulevaisuudessa entistä enemmän Nyt jo YK:n huutaa, että biopolttoaineista pitää luopua, kun ruuanhinta nousee rajusti, vaikka oikeasti tavoitellaan vasta 5 10 % Bio-osuutta liikenteen polttoaineista Mitähän ruoka maksaa, kun se 90 % polttoaineista puuttuu alle 10 v sisällä Mistä tehdään epäorgaaniset lannoitteet ja millä ne maatalouskoneet kulkevat? Biokaasu Metaani CH 4 Kaasuseos, jota syntyy anaerobisessa tilassa orgaanisesta aineksesta bakteerien (useita eri bakteerisukuja) hajotustuotteena Väritöntä, hajutonta ja noin 20% kevyempää kuin ilma Syttymispiste C ja sen liekki palaa sinisenä Biokaasusta n % on metaania ja 30-45% hiilidioksidia. Lisäksi muita kaasuja noin 5%. Energia-arvo metaania 1 n-m 3 = 10 kwh 1 litra dieseliä biokaasua 1 n-m 3 6 kwh

3 Mistä biokaasua saa? Anaerobinen hajoaminen luonnon oma prosessi, jossa anaerobiset mikrobit hajottavat hapettomassa tilassa orgaanista ainetta biokaasuksi ja mädätteeksi eli kiinteäksi ravinnepitoiseksi humukseksi Anaerobisesti hajoava orgaaninen aines aines, joka hajoaa anaerobisten bakteerien vaikutuksesta Maatalouden ja elintarviketeollisuuden sivuvirrat, energiakasvit, yhdyskuntien kiinteät biojätteet, orgaaniset prosessiteollisuuden jätteet ja jätevedenpuhdistamoiden prosessilietteet Muutamia mädätykseen sopivia jakeita Teurastamojätteet (esim. liha, rasva, jänteet, veri, nahka) Höyhenet ja karvat Teurastamolietelanta ja suolijäte Kalanperkuujätteet Kokonaiset kuolleet eläimet Kuolleiden eläinten osat Oljet (esim. viljojen, rapsin ja rypsin oljet) Naatit ja lehdet Viljanjyvien kuoret, akanat Viljanlajittelujäte, rikkaruohon siemenet Muut syötäväksi kelpaamattomat kasvinosat Pilaantuneet rehut Biodieselin tuotannon sivutuotteet (puristuskakku) Puutarhajätteet Energiakasvit Puhdistamoliete Ruokohelpi Erilliskerättybiojäte Apila Energiamaissi Ahdekaunokki Timotei Ruoho Heinä, jne. Rikkaruohot ja haittakasvit Lupiini Järviruoko Voikukka Maitohorsma Hukkakaura Jättiputki Levät Syanobakteerit, jne. Muut kokonaiset kasvit (esim. kokonaiset viljat) Hoitokalastuskalat Glyseroli Paperi Turve Sahanpuru, kutterinpuru (ei hyvä) Korkki (ei hyvä) Ihmisen uloste ja virtsa Tuotantoeläinten lanta (nauta, sika, kana..) Viemäriliete (käsittelemätön jätevesi) Puhdistamoliete (käsitelty jätevesiliete) Sakokaivoliete Koirankakka, muiden kotieläinten ulosteet Hevosenlanta

4 Energiapotentiaali 1 lypsylehmä tai 15 lihasikaa tuottaa noin kg VS/v Noin 3 lehmää tai 30 sikaa = omakotitalon lämmitysenergia (10 MWh / 140 m 2 ) n. 400 m 3 CH 4 /lehmä n. 42 m 3 CH 4 /sika 10 kwh/m 3 CH 4 12 MWh, η = 85 % 10 MWh 1 ha heinää tai ruokohelpeä = 1 2 henkilöauton vuoden tarve Ei kannata, koska tulee niin paljon liikaa ylimääräistä lämpöä Jos emme käytä biokaasua = energian tuhlausta Metaanipotentiaaleja m3 CH4/t VS Teurastamojäte Biojäte Ylin Alin Energiakasvit Lanta Olki Lähteet: Yhdistelmä useista lähteistä

5 Biokaasutusprosessin biokemia Anaerobinen hajoaminen on biologinen prosessi, jossa useat bakteeriryhmät toimivat yhteistyössä. Raaka-aineet Maatalouden ja elintarviketeollisuuden sivuvirrat, energiakasvit, biojätteet, puhdistamoliete Anaerobisen hajoamisen yksinkertaistettu prosessikaavio (Lampinen 2004) Biokaasun tuotanto prosessivaihtoehdot Märkämädätys (mesofiinen tai termofiilinen) Syötön kuiva-ainepitoisuus alle 15 % Mädätteen kuiva-ainepitoisuus alle 10 % Viipymä 14 yli 40 vrk, syöttöväli 1 h 12 h Kuivamädätys (termofiilinen) Syötön kuiva-ainepitoisuus % Mädätteen kuiva-ainepitoisuus % Viipymä vrk, syöte ei sekoitu rejektiin Jälkimädätys molempiin

6 Kiinteä mädätys, jatkuva Fermenter in Roppen A, t/a yksi putki n t/vuosi Lannoitevalmisteen käyttö Lietteenä tai humuksena peltoon liete käy nurmellekin lannoitevalmiste Pelletöinti peltoon tai metsään Multana rakentajille Arvokkaat ravinteet Lietteenä / humuksena peltoon liete käy nurmellekin lannoitevalmiste Pelletöinti, peltoon / metsään Multana rakentajille Kaatopaikan maisemointiin viimeinen vaihtoehto

7 Erilaiset lannoitevaihtoehdot Liete kuin vettä Kaikki typpi tallessa Voidaan levittää myös nurmelle Rae Fosforia ja kalsiumia Typpi melkein poistunut kuin apulantaa Typpi vesiliuoksena Kiinteä Osa typestä poistunut veden mukaan Voidaan levittää kiinteän lannan tavoin Hienojakoista, lapioitavissa Hyödyntäminen lämpönä Halvin investointi, mutta huonoin kannattavuus Lämpö ei yhtä arvokasta kuin sähkö tai liikennepolttoaine Lämpöä ei tarvita kesällä, poikkeuksena broilerikanalat Voidaan yleensä hyödyntää puhdistamattomana Osa biokaasusta poltetaan reaktorin lämmittämiseksi Laitoksen tarvitsema sähkö ostettava verkosta

8 Hyödyntäminen sähkönä ja lämpönä Sähköntuotanto aggregaatilla (moottorilla) tai (mikro)turbiinilla Sähköntuotannon hyötysuhde pienissä laitoksissa % Lämmöntuotannon hyötysuhde % Kokonaishyötysuhde parhaimmillaan n. 90 % Rikkivety ja siloksaanit pitää poistaa Kaasun paineistus kompressorilla Reaktori lämmitetään sähköntuotannon hukkalämmöllä Kannattavinta käyttää sähkö itse Syöttötariffi voi muuttaa tilanteen Myös lämmölle pitäisi löytyä käyttöä Biokaasu liikennepolttoaineena Biokaasu pitää puhdistaa > 88 % - 98 % metaanipitoisuuteen Biokaasu on vapautettu polttoaineverosta Laitoksen tarvitsema sähkö ja lämpö voidaan tuottaa biokaasulla tai ostaa verkosta/lämmittää esim. hakkeella Ajoneuvokäyttö vaatii paineistuksen 250 bar paineeseen, kuluttaa energiaa Tankkausaseman hinta Ongelmana jakeluinfrastruktuurin ja metaaniautojen puute, oikeasti vain tahdosta kiinni. Suomessa parikymmentä bi-fuel autoa 1 tankkausasema + 8 maakaasuasemaa

9 Kannattavuuteen vaikuttaa Laitoksen koko ja investoinnin suuruus Laitoksen sijainti rakentaminen, logistiikka Sähkön ja lämmön yhteistuotanto (CHP) paikallinen käyttö sekä sähköllä ja lämmöllä + markkinahintaan myyminen syöttötariffin tuleminen + Kaasuna myytävän Kaasun hinta CO 2 Porttimaksut Investointiavustukset Muut omistajahyödyt kaikkea ei voi mitata suoraan euroissa Hajujen ja veden ajamisen väheneminen Biokaasulaitoksen kustannukset Rakentaminen Tontti (osto / vuokraus) Laitos (suunnittelu, luvat, reaktori, automatiikka, rakentaminen, koulutus, sopimukset ) Käyttö henkilöstö ja muut kulut (hallinto, huolto, valvonta, tarkastukset yms.) raaka-aineen hankinta mädätteen käsittely / levitys prosessi kuluttaa energiaa noin 30 % kaasusta Tulot myydystä energiasta ja porttimaksuista Mädätysprosessi tuottaa omat prosessikustannuksensa, vertaa komposti

10 Tulot Lämpö ja sähkö Kattaa prosessikulut Ulkopuoliset tulot porttimaksut Mahdollisesti x /t eli x /v Kattaa investointi kulut Oheistoimintojen tuotot Muut tulot laskennallisia hyötyjä osakkaille Vaatii erillisen liiketoiminnallisen tarkastelun Osakaskohtainen kokonaishyöty (sähkö, lämpö, liete, kuljetus ) Investoinnin takaisinmaksun ratkaiseminen Viranomaisohjaus ja Luvat Ympäristövaikutusten arviointimenettely (YVA), Laki ympäristövaikutusten arviointimenettelystä /468 Arviointimenettely 4. Asetus ympäristövaikutusten arviointimenettelystä /268, 2 luku Arviointimenettelyn soveltaminen, 6, 11) jätehuolto: b) muiden jätteiden kuin ongelmajätteiden... biologiset käsittelylaitokset, jotka on mitoitettu vähintään tonnin vuotuiselle jätemäärälle (vähintään 1 vuosi) Ympäristölupa (noin 8 kuukautta) Ympäristönsuojelulaki /86 28 aiheuttaa ympäristön pilaantumisen vaaraa ja 4) jätteen laitos- tai ammattimaiseen hyödyntämiseen tai käsittelyyn Rakennuslupa Laitoshyväksyntä (Elintarviketurvallisuusvirasto, Evira) Lannoitevalmistelaki /539, mädätteen käsittely erotetaan kompostoinnista toteutuu asetuksessa. valmistetaan lannoitevalmisteita - laatuvaatimukset sivutuoteasetus, eläinperäiset (desinfiointi, hygienisointi) Kaasua koskevat määräykset (TUKES)

11 EU MÄÄRÄYS Viranomaisohjaus ja Luvat Sivutuoteasetus Euroopan parlamentin ja neuvoston asetus (EY) N:o 1774/2002, annettu 3 päivänä lokakuuta 2002, muiden kuin ihmisravinnoksi tarkoitettujen eläimistä saatavien sivutuotteiden terveyssäännöistä Sivutuotteet jaetaan kolmeen luokkaan 1. TSE-vaara, itsestään kuolleet -> polttoon 2. (lanta), ei ihmisravinnoksi tarkoitetut tapetut eläimet -> desinfiointi +135 o C 3 baarin paine 20 min 3. ihmisravinnoksi käyvät mutta ei syödyt -> hygienisointi +70 o C 60 min -> biokaasutus +55 o C minimissään 4h poistoväli Prosessin validointi = hyväksyminen Viranomaisohjaus ja Polttoluvat EU:n jätteenpolttodirektiivin (2000/76/EY) mukaista jätteenpolttoasetusta (362/2003) ei 1 mukaisesti sovelleta mädätysperäisen biokaasun puujätteiden polttoon (REF 1). LCP-direktiivin (88/609/ETY) mukaista LCP-asetusta (1017/2002) sovelletaan, mikäli laitoksen teho ylittää 50 MW koskee SO2-, NOx- ja hiukkaspäästöjä

12 Toimenpiteet Raaka-aineen omistajien sisäinen päätös Laitosyhtiön perustaminen sopimukset raaka-aineen tuottajien kanssa LTS, rakenteet, investoinnit, rahoitus, tuotot paikka ja alueelliset synergiaedut Tuet (energia ja investointi) hakuun -> päätös Laitoksen suunnittelu käyntiin toimittajien kilpailutus Luvat hakuun (ympäristö- ja rakennuslupa) Aikataulutus Biokaasulaitoksen toiminnan tavoitteet tuottaa kotimaista bioenergiaa edistää non-food tuotantoa ja käsitellä orgaanisia jätteitä työllistää alueella suoraan 1 n henkeä välillisesti kymmeniä, rakennus, kuljetus, viljely, päästöjä vähentävä hanke - verkosto edistää: tutkimusta, oheiselinkeinoja, kestävää kehitystä, ympäristön suojelua $

13 Biokaasutuksen ja kompostoinnin oleelliset erot sivuvirtojen käsittelyn kannalta Biokaasutus tuottaa energiaa (metaania CH 4 ), tuotetusta energiasta n. 30 % kuluu prosessin pyörittämiseen ja n. 70 % voidaan hyödyntää muussa käytössä. Kompostointi kuluttaa energiaa. Biokaasutuksessa kiintoaineen määrä vähenee. Kompostoinnissa kiintoaineen määrä lisääntyy, johtuen tukiaineista. Biokaasutus on suljettu prosessi, jossa ei ole hajuhaittoja. Kompostointi on avoin prosessi, johon tuoksut kuuluvat mukaan. Biokaasutuksessa jäävä mädäte on hajutonta ja soveltuu sellaisenaan lannoitteeksi peltoviljelyyn, ravinteet mm. typpi ja fosfori ovat suoraan kasveille liukoisessa muodossa, eivätkä ole haihtuneet prosessin aikana. Samat hygieniavaatimukset koskevat niin kompostointia kuin biokaasutustakin. Raaka-aineista taikina ja muutkin hiivaperäiset sekä öljyt ovat sellaisenaan erinomaista biokaasutukseen. Kaikki orgaaninen kasvi- ja eläinperäinen aine, jossa on hajoavaa hiiltä käy raaka-aineeksi. (Huomioitava raskasmetallipitoisuudet.) Biokaasutusprosessi kestää lämpötilasta riippuen vrk + jälkimädätys noin kuukausi. Kaikki energia (yli 90 %) on saatu talteen ja mädäte on valmista lannoitetta peltoon. Mädäte voidaan myös kuivata, jolloin kuljetus-/levityskustannukset pienenevät mutta osa tuotetusta energiasta kuluu veden poistamiseen. Kompostointi kestää 6 kk yli 2 vuotta jälkikypsytyksineen. (Vaatii jatkuvaa ilmastamista.) Biokaasutuksessa tarvittava tukiaine on vettä, voi olla vaikka muuta prosessi-/pesuvettä, joka olisi muuten menossa viemäriin. Bakteereita tappavia aineita ei saa olla seassa. Kompostoinnin tukiaineeksi tarvitaan haketta tai turvetta, joita voidaan käyttää puhtaina myös muuhun energian tuotantoon. Biokaasutuksessa ei päästöjä ilmaan, maahan eikä vesistöön. Kompostoinnissa kaikki haihtuva haihdutetaan ilmaan, valumariskit maahan ja veteen Bioenergia, Jätevesi, Jäte, Biojäte ja Ruoka Vesi Jätevesi Ruoka Jäte (Bio) Energia