Biokaasu prosessitekninen näkökulma Juha Luostarinen, Metener Oy

Transkriptio

1 Biokaasu prosessitekninen näkökulma Juha Luostarinen, Metener Oy

2 Orgaanisen aineen hajoaminen Poltto, palaminen, terminen kemiallinen hajoaminen -> Energiasisältö lämmöksi, korkea lämpötila, typpiravinteet poistuu, sopii hyvin kuivalle massalle Kompostoituminen, aerobinen biologinen hajoaminen -> Energiasisältö pääosin lämmöksi, lämpötila mikrobien toiminnan rajoissa, ravinteet säilyy, energia huonosti hyödynnettävissä Biokaasutus, anaerobinen biologinen hajoaminen -> Energiasisältö pääosin metaaniksi, lämpötila mikrobien toiminnan rajoissa (lämpöä lisättävä), ravinteet säilyy, energia helposti käyttökelpoisessa muodossa

3 biokaasu syntyy luonnossa hapettomissa rantaliejuissa ja soilla halpa osa kaasusta karkaa nopea hallittu käyttökelpoinen lopputuote

4 Biokaasun tuotanto biokaasu syntyy pieneliöiden hajottaessa eloperäistä ainesta hapettomissa oloissa -> ilmatiiviys pieneliöiden tarkoitus ei ole biokaasun tuotto vaan lisääntyminen ja elossa pysyminen -> edellytyksien luominen ruokkimisella ja sekoituksella (ravinto, ravinteet, lämpötila, haitalliset aineet)

5 Energian käyttö biokaasu uusiutuva, CO2 neutraali polttoaine lyhytaikanen varastointi teknisesti helppoa, suuret varastot ei käytännöllisiä, tasainen tuotto vuoden ympäri soveltuvuus polttoaineeksi ottomoottoriin ja polttimeen hyvä korkea oktaaniluku moottorikäytössä

6 Porttimaksut porttimaksut jätteestä tärkeä osa kannattavuutta (myös tulevaisuudessa) taso euroa / t eri jätteillä erilaiset investoinnit vastaanottoa varten investointi ei välttämättä tekemisissä porttimaksun suuruuden kanssa

7 Ravinteiden kierto typpi liukoistuu valkuaisaineista ammoniumtypeksi käyttökelpoinen muoto kasveille toisaalta riskit haihtumiseen kasvaa varastointi, levitystapa, levitysolosuhteet mikäli separoidaan, typpi nesteessä, fosfori kiinteässä

8 Kasviperäisen massan ominaisuudet tässä esimerkissä massa energiakäyttöön viljeltyä ruokohelpeä Typpi 4,9 kg / t (naudan lietelanta 3,0 kg / t) josta liukoista 76 % (naudan lietelanta 60 %) Fosfori 0,6 kg / t (naudan lietelanta 0,5 kg / t) Kalium 4,8 kg /t (naudan lietelanta 3,3 kg / t) Lisäksi orgaanista ainesta maanparannukseen

9 Roskakalamassa Kalamassan potentiaali: Typpeä 26,3 kg / t (Benthem 2003) Fosforia 7 kg / t (Paavilainen 2006) Energiaa 1010 kwh / t (Benthem 2003) Kalastaja voi pyytää roskakalaa kg / d (HS ) Päivän kalastuksella 316 kg typpeä ja 84 kg fosforia pois vesistöä rehevöittämästä viljelykäyttöön Lisäksi energiaa lähes omakotitalon vuoden lämmöntarpeen verran

10 Hygienisoituminen käsitellyn materiaalin ominaisuudet paranee kasvi- ja eläintaudinaiheuttajat, rikkakasvien siemenet, loiset perustuu lietteen hapettomuuteen ja vapaaseen ammoniakkiin sekä lämpötilaan useammat vaiheet ja pidemmät viipymä parantavat tulosta oikovirtaus ja jatkuva syöttöheikentää tulosta

11 Ympäristöhyödyt orgaaniset hajuyhdisteet hajoavat lietteestä, suljettu prosessi suljetut ravinnekierrot huolellisesti toimiessa valumat vähenee jätteenkäsittelyn kasvihuonekaasupäästöt vähenee uusiutuvan energian tuotto

12

13 Biokaasun käyttökohteet Kiinteistöjen ja käyttöveden lämmitys Viljan kuivaus Sähköntuotanto Keittiökaasu Puhdistettuna ajoneuvojen polttoaine

14 Lämpimän veden tuotto, viljan kuivaus

15 Sähköntuotanto Mäntäkone (otto, dual-fuel) mikroturbiini (polttokenno, stirling...)

16 Keittiökaasu

17 Valaistus

18 Ajoneuvojen polttoaine Hiilidioksidin poisto (energiatiheys) Rikkiyhdisteiden poisto (moottorin ja öljyn käyttöikä) Kosteuden poisto (tankkaus- ja käyttövarmuus) Paineistus 200 bar:iin energia:tilavuus -suhteen parantamiseksi

19 absorptio ja adsorptio vesi- tai kemikaalipesu PSA (aktiivihiili) kylmätekniikat (LNG) membraanit CSS tekniikat hiilidioksidin talteenottoon

20 The linked image cannot be displayed. The file may have been moved, renamed, or deleted. Verify that the link points to the correct file and location.

21

22

23 Erityyppisiä biokaasureaktoreita Täyssekoitteinen (CSTR) Panos (batch) Lietepatjareaktori (UASB) Suodin (MF) Yhdistelmät (panos+ MF tai UASB)

24 Täyssekoitteinen reaktori Laaja raaka-ainepohja Mekaanisesti varmatoiminen Tasainen kaasuntuotto Yleisin reaktorityyppi Kohtalainen kuormitettavuus Hydraulinen viipymä = biomassan viipymä Oikovirtaus mahdollinen

25 Sekoitusallas nestemäisten syötemateriaalien varasto, mahdollistaa automaattisen syötön Kiinteän aineen syöttö mahdollista suoraan reaktoriin Vältytään pumppausongelmilta ja käymisen hajuilta

26 Jälkikaasualtaassa käsitellyn materiaalin aktiivisuus laskee Vähentää kasvihuonekaasupäästöjä Lisää energiantuottoa Vähentää hajuja Vähentää hygieniariskiä

27 Maanalainen sijoitus tasaa eri vuodenaikojen energiankulutusta Maa voi olla itsessään lisäeriste Maan vastapaine vähentää lujuusvaatimuksia Suurienkin tilavuuksien sijoittaminen maisemaan sopivasti

28 Säiliöt Betoni Teräs Emaloitu teräs

29 Lietepumput Keskipakopumput repivällä tai leikkaavalla terällä, uppo- tai kuiva-asenteisina lohkoroottori- tai ruuvipumput -> tunnettu tuotto (syrjäytys), huollon tarve, erilliset repijät tarpeeksi järeän pumpun valinta

30 Syöttölaitteet Apevaunut Murskaimet Siirtoruuvit (myös lietevirtaan syöttävät) kuljettimet, syöttöpöydät

31 Sekoittimet Lapasekoittimet Ruuvisekoittimet Upposekoittimet Kaasusekoitus

32 Instrumentit Lietevirtauksen mittaus Pinnan mittaus Lämpötilan mittaus Kaasun paineen mittaus Metaanipitoisuuden mittaus Kaasun virtauksen mittaus

33 Kuormitus Liika syöttö aiheuttaa happojen kertymistä rajoittava tekijä väkevillä syötteillä viipymä kasvireaktorissa luokkaa päivää

34 Viipymä Viipymä ei saa alittaa mikrobien uusiutumistahtia (metaanintuottajat) mikrobien viipymä ei välttämättä ole sama kuin hydraulinen viipymä laihoilla syötteillä rajoittava tekijä tekniset ratkaisut biomassan viipymän lisäämiseen vaikka hydraulinen viipymä pysyy samana

35 Antibiootit Liialliset määrät pysäyttävät hajotusprosessin nopeasti eri antibiootit vaikuttavat eri ryhmiin antibiootit hajoavat kuitenkin pikkuhiljaa

36 Vaahtoaminen Vaahtoaminen voi aiheutua syötteen muutoksista Vaahdon ominaisuudet vaihtelevat syötteestä riippuen (fairy kermavaahto) ph:n nopea muutos voi laukaista vaahdon syntymisen

37

38

39

40 Yhteystiedot: