Sinustako biokaasuyrittäjä?

Transkriptio

1 Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, Sinustako biokaasuyrittäjä? Laukaa Biokaasun tuotanto Saija Rasi Ville Pyykkönen Luonnonvarakeskus Kuva: Valtra

2 Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 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

3 Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, Eri materiaalien metaanintuottopotentiaali Materiaali Metaanintuotto m 3 CH 4 / tonni orgaanista ainetta Metaanintuotto m 3 CH 4 / tonni märkäpaino Teurasjäte Biojäte Kasvibiomassa Jätevedenpuhdistamon liete Lehmänlanta Sianlanta

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

5 Biokaasuprosessit (1) Mesofiilinen prosessi C Termofiilinen prosessi Noin 55 C Nopeampi hajoaminen reaktoritilavuus pienempi Herkkä lämpötilan ja ph:n muutoksille sekä inhibiittoreiden vaikutuksille (ammoniakin tai rasvahappojen määrän nousu) Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen,

6 Biokaasuprosessit (2) Märkäprosessi % kuiva-aine pitoisuus pumpattavaa ja helposti sekoitettavaa Jatkuvasekoitteinen reaktori; mekaaninen, kaasu- tai lietesekoitus Kuivaprosessi (=korkean kiintoaineen prosessi) % kuiva-ainepitoisuus Voi olla jatkuvatoimisia (tulppavirtaus) tai toimia panosperiaatteella Vakaa toiminta edellyttää usein materiaalin kierrättämistä reaktoriin tasaisen mikrobikannan ylläpitämiseksi Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen,

7 Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, Biokaasun koostumus Kaasun koostumus vaihtelee eri kohteissa/eri olosuhteissa Pääkomponentit: metaani, hiilidioksidi Muut komponentit: rikkivety ja muut rikkiyhdisteet, typpi, ammoniakki, haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOC), vesi, pölypartikkelit Metaani myös maakaasun pääkomponentti Kaasun lähde CH 4 (%) CO 2 (%) N 2 (%) H 2 S (ppm) Biokaasulaitos < Jätevedenpuhdistamo < Kaatopaikka

8 Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, Biokaasun hyödyntäminen BIOKAASU Kosteuden ja rikkivedyn poisto Kosteuden, rikkivedyn ja hiilidioksidin poisto Reformointi Boileri CHP Polttokenno Lämpöä Sähköä Lämpöä Sähköä Lämpöä Kompressointi Liikennepolttoaine (biometaani)

9 Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, Merkitys energiantuotannossa Teoreettinen biokaasupotentiaali Suomessa 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

10 SÄHKÖ LÄMPÖ kwh / vrk kwh / vrk Biokaasulaitoksen sähköntuotto Tilan sähköntarve Biokaasulaitoksen lämmöntuotto Tilan lämmöntarve Esimerkkilaskussa 160 lehmän lypsykarjatila Maatilan energian tarve: 74 % sähköä 26 % lämpöä Biokaasulaitoksen energian tuotto: 32 % sähköä 55 % lämpöä ILVAMAP-loppuseminaari 10 Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen,

11 Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, Merkitys ravinteiden kierrätykselle 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

12 Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 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

13 Käsittelyjäännöksen hyödyntäminen Käsittelyjäännöksen hyödyntämiselle oltava suunnitelma ja riittävästi levitysalaa Parantaa tilan ravinneomavaisuutta, koska kasveille käyttökelpoisen liukoisen typen määrä lisääntyy biokaasuprosessissa Vähentää muiden lannoitevalmisteiden käyttötarvetta, merkittävä hyöty luomuviljelyssä (lihaluujauho) Voidaan hyödyntää peltojen lannoituksessa sellaisenaan tai separoida typpipitoiseen nestejakeeseen ja fosforipitoiseen kuivajakeeseen

14 Lannoitelainsäädäntö Lähde: Evira Lannoitevalmiste markkinoille oltava tyyppinimi (luettelosta tai uuden haku Eviralta) Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen,

15 Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, Mädätysjäännöksen käsittely: separointi Erotustehokkuus (lietelannat ja mädätysjäännökset) Tavoite: P kuivajakeeseen, N nestejakeeseen Erotustehokkuuteen vaikuttavat: Lietteen ka-pitoisuus suuri = parempi erotustehokkuus (massa, P, ka) Partikkelikokojakauma (pienet partikkelit seulan läpi) Partikkeleiden (negatiivinen) pintavaraus hylkivät toisiaan Yksikkö milliekvivalentti (meq, titraamalla) Kemikaalit: pintavarauksen neutralointi flokkien muodostus Ravinteen olomuoto (vesiliukoinen NPK nestejakeeseen)

16 Separointi Mekaanisten separaattoreiden P erotustehokkuusjärjestys (Hjorth ym. 2010): 1. Dekantterilinko 2. Painesuodatus (esim. ruuvipuristin) 3. Painovoimainen suodatus (esim. suotonauha). Kemiallis-mekaanisen separoinnin P erotustehokkuusjärjestys: 1. Painovoimainen suodatus 2. Dekantterilinko 3. Painesuodatus Jatkokäsittelyt? Mikrosuodatus, käänteisosmoosi Typen strippaus Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen,

17 Separoimattoman mädätteen ja jakeiden kuljetuksen kannattavuusrajat: dekantterilinko Separoidun kuivajakeen (etenkin korkea P-pitoisuus) kuljetuksen kannattavuusraja (32 km) on jopa 204 % pidempi kuin separoimattoman mädätteen kannattavuusraja (9 km) N-pitoinen nestejae lähipelloille; moninkertainen määrä Liuk.N kg/ha mädätteeseen verrattuna (ymp.tuen P-rajoitus) 0 km = lannoitteen ravinteiden (Liuk.N, P, K) arvo ennen levitystä 1 km = arvo levityskustannuksen kanssa, sis. kuljetuksen < 1 km > 1 km = arvo alenee 0,40 /m 3 /km Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen,

18 Ruuvipuristin: huonompi P erotus kuivajakeeseen ja N erotus nestejakeeseen Kuivajakeen kuljetuksen kannattavuusraja vain 12 % pidempi kuin mädätteellä Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen,

19 Lietteen/nesteen levitys Timo Lötjönen/Luke Mädätysjäännöksessä korkea ph ja NH4-N-pitoisuus multaus NH3 päästöjen ehkäisemiseksi Tai hapotus, esim. Syre N - menetelmä? Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen,

20 Kiinteän lannoitteen levityslaitteet Lähde: Timo Lötjönen/Luke Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen,

21 Mädätysjäännöksen lannoitevaikutus Lähde: Virkajärvi ym Biokaasuteknologiaa maatiloilla II. Biokaasulaitoksen käsittelyjäännöksen hyödyntäminen lannoitteena. Ohra: jäännöksen liuk.n yhtä käyttökelpoinen kuin väkilannoitetyppi (lietelannalla vain 85 % näistä) Nurmi: jäännöksen ja lietelannan liuk. N yhtä hyviä kuin väkilannoitetyppi Käsittelyjäännöksen fosforin käyttökelpoisuus oli korkeampi kuin raakalannan sekä ohran että nurmenviljelyssä Biokaasukäsittelyn edullinen vaikutus typen ja fosforin hyväksikäyttöön näkyi käsittelyjäännöksen raakalantaa pienempänä typen ja fosforin ylijäämänä (taseet) Jäännös juoksevampi, helppokäyttöisempi, ph korkeampi kuin lietelanta Jäännöksestä separoitu nestejae: vielä juoksevampi, kuiva vuosi ei vaikuttanut N käyttökelpoisuuteen kuten muilla lietteillä Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen,

22 Ammoniakin strippaus Typen konsentrointi huomattavasti pienempään tilavuuteen Esimerkkinä 90 % erotustehokkuudella toimiva systeemi 30 l NH 4 -N 2300 mg/l 0,84 l ammoniumsulfaatti 35 %, typpeä 7,42 %, 62 g Rae 293 g, typpeä 62g

23 Biokaasulaitosten kannattavuus Biokaasulaitoksen kannattavuus on aina tapauskohtaista Oman laitoksen kannattavuusedellytyksiä voi arvioida Biokaasulaskurilla Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen,

24 Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, Biokaasu Keski-Suomessa Tällä hetkellä 3 biokaasulaitosta + kaatopaikkakaasu Vuosituotanto on yhteensä noin 37 GWh, josta 20 GWh kaatopaikkakaasua Biokaasua käytetään sähkön ja lämmöntuotantoon kahdessa kohteessa Biometaania tuotetaan kahdessa kohteessa (noin 4GWh) Biometaanin tankkausasemat Laukaassa ja Joutsassa Uusia laitoksia tulossa Jyväskylässä Mustankorkean jätteenkäsittelykeskukselle (15GWh) ja Äänekoskella Metsä-Fibren biotuotetehtaalle (24 GWh) Tähtäimessä biokaasun liikennekäyttöön. Jyväskylään perustetaan ainakin yksi tankkausasema Mustankorkean lähelle ja mahdollisesti toinen lähemmäs keskustaa Lisäksi Gasum Oy aikoo avata Jyväskylään tankkausaseman, miltä voi tankata nesteytettyä ja paineistettua maakaasua

25 Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, Biokaasu Keski-Suomessa Keski-Suomen teknisesti hyödynnettävissä oleva biokaasupotentiaali on keskimäärin 460 GWh Vastaa 46 miljoonaa öljylitraa vuodessa Suurin osa potentiaalista on maatalouden massoista, nurmesta, oljesta ja lannasta Vastaa vuosittain joko pientalon lämmitystä tai henkilöauton liikennepolttoaineen kulutusta Yhdyskuntien ja teollisuuden orgaanisten jätteiden sisältämä fosfori vastaa 26 % Keski-Suomessa vuonna 2007 käytetystä fosforilannoitteesta Lähde: Vänttinen 2009, Ahonen 2009

26 Biokaasupotentiaali: Laukaa Biomassa t(ts)/a Biometaanipotentiaali m 3 /a MWh Biojäte Jätevesi (uloste&virtsa) Suojavyöhykkeet* Kesannot* Lannat Yhteensä Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen,

27 Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, Kiitos! Saija Rasi Ville Pyykkönen Kuva: Ville Pyykkönen