Uusiutuvaa energiaa Loimaan savesta Esiselvitys paikallisten biomassojen käsittelystä, alueen tarpeet huomioiden. 25. tammikuuta 2017 Markku Riihimäki Riihimäki-Yhtiöt Oy Kustavi
Uusiutuvaa energiaa Loimaan savesta Esiselvitys paikallisten biomassojen käsittelystä, alueen tarpeet huomioiden. Raportin saatteeksi Loimaa tunnetaan syvästä viljavasta savesta, joka on antanut alueen maanviljelyyn pitkän ja satoisan perinteen. Maanviljely on Loimaalla säilynyt merkittävänä elinkeinona, tuottaen alueelle alkutuotantona toimeentuloa viljelijöille, paikalliselle yritystoiminnalle sekä asukkaille. Maatalous on muuttunut laadullisesti sekä määrällisesti tehokkaammaksi mutta samalla kustannusten ja kannattavuuden osalta haastavaksi. Maataloudelle onkin pitkään etsitty perustuotannon rinnalle uusia tukijalkoja kannattavuuden parantamiseksi. Vaihtoehtoina on tarjottu verotusta ja tukipolitiikkaa muuttamalla. Ratkaisuja on etsitty neuvontaorganisaatioiden ja tutkijoiden yhteisillä hankkeilla sekä katsomalla mitä muualla maailmassa tehdään. Todellisia vaihtoehtoja perusmaatalouden kannattavuuden parantamiseksi on vaikea löytää globaalissa markkinatilanteessa, koska myös ongelmat ovat globaaleja. Vaihtoehtoja maailmalta toki löytyy, jokainen tarjottu vaihtoehto vaatii investointeja. Perustuotannon huonon kannattavuuden ja itse investoinnin ollessa kiinteästi sidottuna tilalle ne ovat useimmiten vakuus kelvottomia, tämä aiheuttaa tilanteen, että investoinnit saattavat vaarantaa perustuotannon kannattavuutta entistäkin enemmän sitomalla alussa perustuotannon tulovirtoja. Toivon että tämä raportti voi antaa loimaalaisille maatalousyrittäjille sekä alueen asukkaille uusia ajatuksia paikallisen hajautetun energia käytöstä ja tuotannon mahdollisuuksista omassa yritystoiminnassa. Tekijä Kustavi 25.1.2017 1
SISÄLLYSLUETTELO 1. Selvityksen taustaa 3 2. Loimaa kartalla 4 3. Alueelliset biomassat 4 3.1 Eläinperäinen biomassa 4 3.2 Eläinperäisen biomassan alueellinen jakautuma 5 3.2 Eläinperäisen massan metaanin tuottopotentiaalit 5 3.4 Peltobiomassat 6 3.5 Kerääjäkasvit 7 3.6 Vesistökasvit 7 3.7 Jätebiomassat 8 3.8 Yhdyskuntajäte kunnissa 8 3.9 Jäte biomassojen käyttöä rajoittavat 8 4.0 Esimerkkejä energia- ja ravinnesisällöstä 9 5. Biokaasu 10 6. Energian tuottamisen vaihtoehdot 11 7. Biokaasulaitos 11 8. Kaasun hyötykäyttökohteet sähkö ja lämpö 12 8.1 Taulukko sähkön hintamuutoksesta 13 8.2 Biokaasun liikennekäyttö 13 8.3 Biokaasun energiavastaavuus 14 9. Biokaasu Suomen ilmasto- ja energiastrategiassa 14 10. Biokaasun jalostus liikennekäyttöön 14 11. Biokaasulaitosvaihtoehtoja 15 11.1 Biojalostamo 16 11.2 Mädätyksen lohkokaavio 18 12. Biokaasulaitosten rahoitukseen myönnettävät tuet 18 12.1 Energiatuki 18 12.2 Maaseutuohjelman mukaiset tuet biokaasulle 19 12.3 Yritystuki 19 12.4 Maatalouden investointituki biokaasulle 20 12.5 Maatilainvestointi 21 13. Biokaasulaitoksen kannattavuuden laskenta 21 14. Biokaasulaitoksen esisuunnittelu 21 14.1 Biokaasulaitoksen tarjouspyyntö 22 15. Biokaasulaitoksen lupamenettely 22 16. Päätelmiä hankkeesta 24 17. Laitosten sijoittelu alueelle 24 18. Esimerkkilaskelmat, liitteenä liitesivut 1-5 2
1.Selvityksen taustaa Hallitusohjelmassa on nyt paneuduttu, ehkäpä perusteellisemmin kuin aikaisemmin, ei yksin maatalouden vaan myös Suomen uusiutuvan energian tuotantomahdollisuuksien lisäämiseen. Suomessa metsäenergian hyödyntäminen on huippuluokkaa, verrattiinpa sitä maailman laajuisesti, minne tahansa. Eläinperäisen jätteen ja peltobiomassan energiakäyttö on monestakin syystä jäänyt käyttämättä melkeinpä kokonaan. Halpa energia sekä toisaalta metsäenergian voimakas kehittäminen ovat tunnettuina ja riskittöminä olleet ensisijaiset energia vaihtoehdot maaseudulla. Maataloudelta on puuttunut mahdollisuus tuottaa sellaista energiaa, joka mahdollistaa sen tarjoamisen oman käytön lisäksi myös kenelle tahansa kuluttajalle, jonka käyttö olisi monipuolista, puhdasta ja uusiutuvaa. Vaihtoehtoisten kotimaisten polttoaineiden tuottaminen hajautetusti antaa myös huoltovarmuutta mahdollisten poikkeustilojen aikana. Biokaasun tuotanto on monen haasteen kautta tulossa yhdeksi käyttökelpoiseksi vaihtoehdoksi, ensinnäkin sen raaka-aineet voi muodostaa luonnostaan kasvava biomassa tai eläinperäinen jäte, kuten myös muu orgaaninen jäteaines. Tämä selvitys pyrkii antamaan kuvan, mitkä ovat ne mahdollisuudet joita Loimaan seudulla on uusiutuvan energian tuotannossa, käyttäen raaka-aineena eläinperäisiä jätteitä sekä peltobiomassaa alueellisen tarpeet huomioiden. Loimaan kaupungin antaessa tehtävän, uskoin, että se olisi aikaisemman työkokemuksen perusteella helppoa tuottaa se tieto mitä vuosien aikana on pystynyt omaksumaan vastaavissa tehtävissä. Tarkistaessani uusimpia tutkimustuloksia sekä yleisesti syötteille käytössä olevia arvoja niiden päivittämiseksi tuli esille aivan uusia tietoja. Perusarvot, kuten lannalle annetut kuiva-aine, orgaanisen aineen ja ravinteiden arvot ovat ennallaan mutta metaani tuottopotentiaaleissa on tullut uusilla tutkimuksilla ja innovaatioilla suuria eroavaisuuksia. Tutkimustulokset metaanin tuottamisen sovellutuksista, myös tuotannossa syntyvistä sivutuotteista, kuten hiilidioksidista on metaanin tuottamiselle syntymässä aivan uudet näköalat. Tutkimukset alalla ovat lisääntyneet valtavasti viimeisten vuosien aikana. Valitettavasti niiden lukemisessa huomaa joskus tutkimuksen olevan sidoksissa joihinkin menetelmiin, tai laitekokonaisuuksiin, joille oli haettu optimaalisia olosuhteita, jotta menetelmille ja niiden valmistajille saataisiin lisää kannattavuutta. Valitettavasti nämä tiedot ovat sekoittamassa ennestään hyvin vaihtelevia biokaasun tuottopotentiaaleja. Myönteistä on kuitenkin kehitys, joka suomalaisessa biokaasun tuotantotekniikassa ja ympäristössä on tapahtunut aivan viime aikoina. LUKE:n tutkijoiden kehittämä ja nyt Qvidjan tilalla jatkokehityksessä oleva, suosta peräisin olevan mikrobin aivan uskomattomat ominaisuudet ja niiden meneillään oleva tuotannollinen soveltaminen. Tuo mikrobi antaa uutta kannattavuutta biokaasulaitoksille sekä vanhoille häkäpöntöille. Varsinkin ajoneuvokaasun valmistus tulee entistä edullisemmaksi ja samalla voidaan tuottaa puhtaampaa kaasua myös muiden käyttökohteiden tarpeisiin, ennen kaikkea korvaamaan fossiilisia tuontipolttoaineita. Hyvää kehitystä on tapahtunut myös kuiva-aineiden syöttölaitteissa sekä laitosten esiseoksen käsittelyssä, nämä molemmat oivallukset vaikuttavat reaktorin viipymään ja vaikeasti sulavien syötteiden biokaasun tuottoon merkittävästi, esimerkiksi oljella. 3
2.Loimaa kartalla Loimaan sijainti kolmiossa, jossa ympärillä ovat vilkkaat valtatiet 2, 9 ja 41. Lisäksi alueen halkaisee ns. Hakutie Forssa - Uusikaupunki ja lähietäisyydellä on myös valtatie 10. Hallituksen yksi kärkihankkeista on liikenteen päästöjen selkeä vähentäminen, jolloin liikenteellinen sijainti antaa Loimaan alueelle loistavan energian tuotannon ja markkina mahdollisuuden ajoneuvoliikenteen käyttöön. 3. Alueelliset biomassat Loimaan uusiutuva orgaaninen biomassa. Alueen biomassat ovat pääosin maataloudesta peräisin olevia, jakautuen kahteen eri jaeryhmään. Suurin alueellinen potentiaali löytyy peltobiomassasta, jota on viljelykierrossa olevat kasvit ja toisaalta luonnonhoitopellot sekä suoja-alueen kasvustot. Yhtenä vähemmän huomioituna biomassana on vesistöissä kasvavat usein haitalliseksi muodostuvat kasvit. Toisena jakeena on karjatalouden tuottama lanta. Karjankasvatus tuottaa lantana melkoisen energiamäärän vuodessa. Lannan hyötykäyttöä tukee sen keskittyneisyys melko suuriin toisiaan lähellä oleviin tuotantoyksiköihin, jolloin logistiikka ei muodostu suureksi kustannuseräksi. 3.1 Eläinperäinen biomassa Eläintuotanto on Suomessa alueellisesti keskittynyttä tuotantosuunnittain. Alueellinen keskittymä tuo ongelmaksi ravinteiden keskitetyn tarjonnan, joiden fosforin P ja typen N käyttöä kaikessa viljelyssä rajoittaa nitraattidirektiivi. Eläinperäisen biomassan, varsinkin lannan käyttö biokaasun tuottamiseen on suositeltavaa monestakin syystä. Mädätyksessä lannalle muodostuu myönteisiä vaikutuksia, kuten hajuhaittojen vähentyminen ja liukoisen typen sekä eräissä tapauksissa myös fosforin liukoisuuden lisääntyminen, jotka ovat kasvien käytettävissä ja näin vähentää ravinteiden huuhtoutumista vesistöön ja uuttumista pohjavesiin. Muutokset kokonaistypen pitoisuuksissa ovat huomattavampia mädätettäessä lannan seassa muuta orgaanista materiaalia, esimerkiksi olkea tai siilorehua. Joissain tutkimuksissa (Marttinen et al) myös liukoisen käyttökelpoisen fosforin osuus kasvoi. Lisäksi kuivajakeen havaittiin sisältävän enemmän fosforia kuin nestejae. Nestejae puolestaan sisälsi runsaammin liukoista typpeä. Tämän perusteella ylimääräfosforin markkinointi eteenpäin kuivajakeena voisi olla taloudellisesti maatiloja hyödyttävää. Separoinnin avulla voidaan myös saavuttaa kasville tasapainoisempi ja täsmällisempi ravinteensaanti, kun ravinteet ovat konsentroituneina omiin jakeisiinsa. Orgaanisesta lannoitteesta, kuten raakalannasta, peräisin olevan fosforin todettiin mineralisoituvan paremmin runsaasti orgaanista ainesta sisältävässä maaperässä. Lannoitteen sisältämän orgaanisen aineksen todettiin myös ehkäisevän fosforin pidättymistä. Lanta on mainettaan huomattavasti parempi ja käyttökelpoisempi lannoite, mihin se haisevana ja vaikeasti levitettävänä peruslantana on viljelijöiden mielikuvassa ja asenteissa asettunut. Lannan ehdottomasti parhaimpiin ominaisuuksiin kuuluu myös humuksen palautuminen pellolle. Vuosikymmenten aikana on pellolta korjattu suuria satoja, palauttamatta sinne humusta, joka sieltä on sadon mukana poistettu. Lannan käyttöä mädätyksessä parantaa myös kuivikkeiden runsas käyttö, joka lisää Kuivalanta ennen ja jälkeen mädätystä sekä lannan että oljen kaasuntuottoa. Kuva Markku Riihimäki 4
3.2 Eläinperäisen biomassan alueellinen jakautuma Alastaron alue Tuotantoelimet lannan tuorepaino/t kuiva-aine osuus/ t Energiasisältö MWh/a Lypsylehmän lietelanta 6837 479 1263 Nauta kuivalanta 3010 843 1321 Sian lietelanta 46944 1878 6008 Emakot + porsaat lietelanta 10249 512 1542 Lampaan kuivalanta 285 114 351 Kanojen kuivalanta 29402 11447 16053 Kalkkunan kuivalanta 555 278 388 broilerin kuivalanta 4082 2817 2418 Lantaa yhteensä vuodessa 101364 18386 29348 Loimaan alue Lypsylehmän lietelanta 7776 544 14370 Nauta kuivalanta 25643 7180 112547 Sian lietelanta 38448 1538 4921 Emakot + porsaat lietelanta 10919 546 16433 Lampaan kuivalanta 1649 643 1980 Kanojen kuivalanta 8884 3465 4850 Broilerin kuivalanta 6445 4447 3819 Lantaa yhteensä vuodessa 99764 18363 144132 Mellilän alue Nauta kuivalanta 2794 782 122 Sian lietelanta 11856 474 151 Emakot+ porsaat 7161 358 107 Kanan kuivalanta 1485 579 81 Broilerin kuivalanta 118 77 5 Lampaan kuivalanta 223 89 27 Yhteensä vuodessa 23631 2360 496 Kaikki alueet yhteensä 224759 38640 MW 62719 Laskennassa on käytetty kirjallisuuteen perustuvia keskimääräisiä, tai laboratoriokokeisiin perustuvia yksittäisen tilan lannasta saatuja arvoja. Käytännössä pitää jokaisesta syötteeksi aiotusta tehdä CH₄ määritys ennen biokaasulaitokseen hyväksymistä. Kirjallisuus ja tilakohtaiset metaanin tuotto ja metaanin osuus biokaasusta 5
vaihtelee 2-3 kertaisesti. Kuiva-ainepitoisuuksissa sekä ravinnepitoisuuksissa on myös suuria vaihtelevuuksia. Taulukossa olevat arvot ovat suuntaa antavia, yleisesti käytössä olevia esim. www.biokaasulaskuri.fi laskimessa käytettyjä. 3.3 Peltobiomassa Peltobiomassan käyttöä energian tuotantoon säännöstellään EU:ssa tarkastelemalla sen kannattavuutta, satotasoa ja käytettävissä olevaa pinta-alaa vasten. Tässä vertailussa Suomen satotasot (keskisadot) jäävät aina alle eurooppalaisen tason, jolloin mahdollisuudet esimerkiksi etanolin tuotantoon on melkeinpä mahdottomuus. Kuitenkin, esimerkiksi Saksassa käytetään yli 2 milj. hehtaaria peltopinta-alaa energiakasvien viljelyyn, joista maissi on eniten viljelty, jonka jälkeen tulevat sokerijuurikas, peruna ja vihreä ruis. Uuden lain perusteella ei Saksaan saa enää perustaa maissia käyttäviä biokaasulaitoksia, lukuun ottamatta kaikkein pienimpiä tilan energiakäyttöä vastaavia laitoksia. Suomessa on viljelyalan käyttö energiatuotantoon erittäin voimakkaan vastustuksen kohteena. Esimerkiksi Uuteenkaupunkiin kaavailtu etanolia valmistava tehdashanke kaatui kestävyysdirektiiviin, vaikka se kaikilla mittareilla todettiin kannattavaksi. Laitos olisi myös korvannut Brasiliasta tuotavaa soijaa eläinten rehuna. Loimaan alue tunnetaan Suomen vilja-aittana, olosuhteiden mukaan alueen viljely on selkeästi suuntautunut viljan viljelyyn. Peltobiomassan viljely merkitsee sen ottamista yhdeksi vaihtoehdoksi viljelykierrossa viljan vuorottelukasvina. Useimmat tutkimukset todistavat vuoroviljelyn ja nurmiviljelyn satoa nostavana sekä maan laatua parantavana viljelymuotona. Peltobiomassat ovat kiinnostavia varsinkin biokaasulaitoksen syötteinä, ne ovat lantaa parempia kaasuntuotantopotentiaalin ansiosta. Loimaan alueella on noin 3690 hehtaaria kesantoja ja luonnonhoitopeltoja, joista kesantoja noin 2600 hehtaaria. Tästä alasta osa soveltuu biomassan korjuuseen koska merkittävää osaa koskee myös niitto- ja korjuuvelvoite. LUKEn 2016 valmistuneessa tutkimuksessa, missä selvitettiin koealoilta ja käytännön hoidettujen viljelemättömien peltojen (HVP pellot) biokaasupotentiaalia, saatiin koealoilta 4,6 5,6 tn ka/ha ja vertailussa käytännön viljelmiltä keskimäärin lähes 5 tn ka/ha satoja. (ka= kuiva-aine) Hehtaarilta saatava energia ilman laitoksen hävikkiä on n.13,5 MWh. Viljanviljelyvaltaisilla alueilla, missä nurmirehulle ei ole luontaisia markkinoita, on tarvetta viljelykierron monipuolistamiseen ja peltojen hiilitalouden kohentamiseen. Mädätykseen soveltuvat hyvin myös viljan ja rypsin olki tai lajite-erotteet viljan kunnostuksesta. Peltobiomassojen yhdistäminen biokaasuprosessissa lantaperäisiin jakeisiin vähentää tai liukoistaa fosforin ja lisää sekä liukoistaa typen suhteellista pitoisuutta lopputuotteessa. Luomutuotannossa on tästä hyötyä erityisesti, jossa typen puute on eniten satoa rajoittava ravinne myös kotieläintiloilla. Apilapitoisilla kesantonurmilla vihermassan korjaaminen edistää typensidontaa, kun kasvustoa ei jätetä helpoksi typen lähteeksi. Peltobiomassojen viljelyä rajoittaa taloudellinen haaste biokaasun raaka-aineena, joka muodostuu korjuun ja logistiikan kustannuksista ja itse syötemateriaalin hinnasta. Myös kesanto- ja tuotantonurmien käyttämillä ravinteilla on merkittävä arvo syötteinä. Ravinteiden palauttaminen peltoon esimerkiksi nurmen perustamisen yhteydessä on tarpeen, mutta jokaisen sadon lannoittaminen muodostuu helposti liian kalliiksi toimenpiteeksi. Osa viljelijöistä katsookin biomassan arvon kompensoituvan sillä, että ulkopuolinen toimija korjaa sadon ja toimittaa korjuukustannuksia vastaavalla hinnalla biokaasulaitokselle, samalla suorittaa siten viljelijää velvoittavan hoitotoimenpiteen. 6
Uutena mahdollisuutena biokaasulaitosten syötevalikoimaan on tutkittu kerääjäkasvien vaikutusta satotasoon ja vastaavasti metaanin tuottopotentiaalia biokaasutuotannossa. (Marita Kymäläinen 2016) Hyödyntäminen biokaasulaitoksessa, jonka prosessi on märkäprosessi nämä toimivat hyvänä lisäsyötteenä lietelannan mukana Esim. lehmän lietelannan metaanituotto vastaa noin oljen tuottoa (kuiva-ainetta kohti); kerääjäkasveilla tuotto on parhaimmillaan 2-2,5 kertainen, tässä on eri biokaasulaitoksilla eroavaisuuksia metaanin saannon osalta oljen ja tuorerehun huonon sulavuuden vuoksi. Viljan viljelyyn keskittyneellä alueella kuljetusetäisyydet ovat lyhyitä, alueella sijaitsevaan biokaasulaitokseen. Biokaasulaitoksen kannattavuus ei mahdollista maksua viljelijälle biokaasun perusraaka-aineesta, joten palkkiona voisi ajatella hyvän lannoitteen saaminen omille pelloille ja lisäksi pellolle syntyvä humuksen hyöty. Ohessa taulukko, josta selviää kerääjäkasvien vaikutus pääsatoon sekä vihermassasta saatava sato. 3.5 Kerääjäkasvit HAMK:n tutkimus 2015-16 Marita Kymäläinen, taulukko 2015tuloksista, 2016 satomäärät olivat suurempia Parhailla kerääjäkasveilla saavutettu vihermassan hehtaarisato on varsin lupaava lisäsyöte biokaasulaitoksille. Kokeissa saavutettu paras tulos monivuotisella heinäseoksella, jolloin ei myöskään pääsato kärsinyt suurta sadonmenetystä. Loimaan ohranviljelyala on n. 10100 ha, jolloin tulosten perusteella tälle alalle viljelty kerääjäkasvimassa tuottaisi 50500 MWh energiatehon. Ilman laitoksen tehohävikkiä, CHP- yksikön hyötysuhde % 35sähköä ja 49 lämpöä, jolloin se tuottaisi energiaa sähköä 17675 MWh sähköä ja 24240 MWh lämpöä. Ajoneuvopolttoaineeksi muunnettuna ala tuottaisi polttoaineen n 4390 henkilöautoon vuodeksi (18000 km/vuosi). 3.6Vesistökasvit Vesistöissä kasvavilla kasveilla on ominaisuutena sitoa vedessä olevia ravinteita, jolloin niiton yhteydessä myös niissä olevat ravinteet palautuvat kiertoon. Vesistökasvit ovat hyvin reheväkasvustoisia mutta niiden korjuu on vaikeaa, niiden käyttäminen energiakasvina perustuu yleensä korjuun myönteisiin ympäristövaikutuksiin. http://www.ymparisto.fi/fi-fi/ruoko/hyotykaytto_energiana/biokaasutus http://www.ymparisto.fi/fi-fi/velho/ruovikoiden_hyotykaytto/biokaasutus 7
3.7 Jätebiomassa Biomassoja alueelta löytyy myös kaupan ja elintarviketeollisuuden tuottamana sekä yhdyskuntalietteen muodossa. Puhtaasti jätteeksi luokiteltujen jakeiden käyttö on ongelmallisempaa biokaasulaitoksissa lopputuotteen sijoituksen ja laitoksen rakenteen lisäkustannusten vuoksi. Viljan viljelyyn keskittyneellä alueella suosittelen näiden jakeiden selvää erottelua eri käsittelylaitokseen, jolloin lopputuote on ohjattavissa muualle kuin peltokäyttöön. Ongelmana on myös näissä laitoksissa käytetyt ns. puhtaat jakeet, jotka käsittelyn jälkeen ovat muuttuneet ongelmallisemman jakeen mukaiseksi ja rajoittaa näin lopputuotteen käyttöä lisäämällä tarjottavaa massaa. https://helda.helsinki.fi/bitstream/handle/10138/37998/sy_24_2009.pdf?sequence=1 sivut 18-22 Loimaalla jätejakeiden yhdistäminen yhteen laitokseen on yksi tarkemman selvityksen kohde. Laitoksen sijainniksi sopii erinomaisesti jätevedenpuhdistamo, jolloin jätelietteestä syntyisi peruskuorma n. 6800 t. Jätelietteen lisäksi laitoksella voitaisiin käsitellä alueella syntyvä II luokan erilliskerätty ruoka ym. jäte. Kaupungille laitoksessa syntyvä lopputuote soveltuisi esimerkiksi maisemointiin ja katujen viheralueiden kunnostukseen. Raaka-aineesta on mahdollista maksaa, jos biokaasuenergiasta saadaan parempaa tuottoa, esim. liikennepolttoaineena sähkön tuotannon sijaan tai lopputuotteelle löytyy uusia käyttömahdollisuuksia. Jäte houkuttelee biokaasuyrittäjiä juuri siitä saatavan porttimaksun vuoksi. Toinen merkittävä etu on siitä muodostuvan metaanin määrä. 3.8 1Biojätteen ja jätevesilietteen energiamäärä kunnittain Turun AMK, biomassa selvitys 2014 Biokaasun tuotantoon soveltuvia syötteitä, eli peltobiomassaa ja eläinperäisiä jätteitä ovat orgaanista ainesta sisältävät viljellyt tai viljelemättömät peltokasvit, joita ei luokitella jätteeksi. Eläinperäisiä jätteitä taas ovat eläinten lanta, kuivikkeet ja eläinten teurastuksen yhteydessä syntyvä jäte, maitotilojen pesuvedet, hera ym. nämä luokitellaan jätteeksi EU :n jätedirektiivissä. 3.9 Jäte biomassojen käyttöä rajoittavat Käyttöä rajoittavina ovat eri määräykset, joista tietoa seuraavista linkeistä. https://www.evira.fi/globalassets/tietoa-evirasta/lomakkeet-jaohjeet/elintarvikkeet/laitokset/liha/eviran_ohje_16010.pdf https://helda.helsinki.fi/handle/10138/37998 EU:n alueella on hyvin tarkkaan määritelty sekä laitoksen että siinä käsiteltävien syötteiden ominaisuudet ja kelpoisuus. Tässä yhteydessä tarkastellaan syötteitä, joita syntyy tai kasvaa tiloilla normaalin viljelyn tai karjanhoidon yhteydessä, jolloin niiden käyttö lannoitteena on riskitöntä. 8
4. Eräitä esimerkkejä maatalouden syötteiden ominaisuuksista. Taulukko 1. Esimerkkejä (laskurin oletusarvoja) sekä vaihteluvälejä syötteiden kuiva-ainepitoisuudelle (TS), orgaanisen aineen osuudelle kuiva-aineesta (VS/TS %), orgaanisen aineen metaanintuottopotentiaalille (CH 4 -pot. m 3 /t VS), tuoretonnin metaanintuottopotentiaalille (CH 4 -pot. m 3 /t) ja syötteen kuiva-aineen ravinnepitoisuuksille (NPK %/TS). (www.biokaasulaskuri.fi) SYÖTE TS VS/TS CH4-pot. CH4-pot. N P K (%) (%) (m 3 /tvs) m 3 /t (%TS) (%TS) (%TS) Naudan lietelanta 5-14 75-85 120-300 5-36 3-6 0,5-0,9 2,8-7,8 Naudan kuivikelanta 17-25 68-85 100-250 12-53 1,1-3,4 0,6 2,2 Sian lietelanta 4-10 75-86 180-490 5-42 6-18 2,3 5,1 Sian kuivikelanta 20-34 75-81 162-270 24-74 2,4-5,2 1,6 1,4 Siipikarjan kuivikelanta 32-65 63-80 150-300 30-156 3,1-5,4 1,7 2,1 Lampaan/vuohen kuivikelanta 35 77 88-113 24-30 2,6 0,6 3,3 Hevosen kuivikelanta 33 78 200 51 1,5 0,3 5,3 Turkiseläinten kuivikelanta 39 78 200 61 2,9 4,2 0,5 Yhdyskuntien biojäte 27 90 400 97 2,0 0,4 1,0 Sisävesikala 28 85 520 124 11,0 3,4 1,0 Kala- ja perkuujäte 27 85 520 119 10,0 3,4 1,0 Leipomojäte 66 90 400 238 2,3 0,2 1,0 Maitojäte (hera) 6 90 420 23 5,0 0,8 2,4 Makeisjäte 90 95 380 325 0,0 0,0 1,0 Rasvajäte 40 90 800 288 0,4 0,0 1,0 Teurasjäte 20-31 90 200-910 36-254 8,0 1,0 1,0 Vihannesjäte 11 92 180-514 18-52 1,6 0,2 2,0 Viljan lajittelujäte 87 90 230 180 0,5 0,1 1,5 Glyseroli 95 79 580 435 - - - Elintarvikejalostuksen puhdistamoliete Metsäteollisuuden biol. puhdistamon liete Metsäteollisuuden jätevesien primääriliete 2-30 70 300-500 4-105 4,0 2,5 1,0 20 70 100 14 1,5 0,3 1,0 20 70 300 42 1,2 0,1 1,0 Yhdyskuntien jätevesiliete 3-50 70 200-400 4-140 4,0 2,5 1,0 Säilörehu (nurmiheinät) 20-40 90 213-360 38-130 3,4 0,6 3,0 Ruokohelpi, tuoreena korjattu 20-40 90 253-351 55-76 2,0 0,5 3,0 Järviruoko, tuoreena korjattu 32 90 250 72 1,0 0,1 3,0 Vihannesten naatit 11 90 300 30 2,2 0,2 4,8 Olki 85 90 230 176 0,6 0,1 1,5 Öljykasvien korret 90 90 250 203 1,6 0,1 1,0 9
Maissisiilo osaksi käytetty tuotantoon vieressä vielä avaamaton siilo, Saksa. kuva Markku Riihimäki 5. Biokaasu Biokaasu on Suomen lakiin kirjoitettu vasta v. 2004 uusiutuvana energiana. Tämä lainmuutos mahdollisti myös ensimmäisen teollista kokoa olevan laitoksen investoinnin Vehmaalle. Asiaa vei eteenpäin hankkeen työryhmä, jonka toimintaa auttoi merkittävästi kansanedustaja Olavi Ala-Nissilä avaamalla Helsingissä niitä ovia, jotka olivat asian keskeisiä päättäjiä. Biokaasu sisältää metaania 50-75 %, joten se vaatii puhdistusta, jotta se vastaa puhdistettua maakaasua (98%) metaania. Biokaasu on kuitenkin käytettävissä moneen eri kohteeseen ilman puhdistusta, esimerkiksi CHP (sähkön ja lämmön yhteistuotanto) laitteissa sekä poltossa riittää rikin ja veden poisto. Puhdistettuna sen käyttö on hyvin laajaa, auton polttoaineesta -lämpökennoihin. Suurin etu biokaasun (metaanin) käytölle on että käyttökohteet ovat jo olemassa, ainoastaan kaasusäiliö sekä säätölaite joudutaan asentamaan kohteeseen, poltossa ei niitäkään. Useimmiten biokaasua käytetään korvaamaan fossiilisia polttoaineita. http://www.motiva.fi/toimialueet/uusiutuva_energia/bioenergia/energiaa_pelloilta/biokaasu Aine % etaani, CH 4 55-75 Hiilidioksidi, CO 2 25-45 Hiilimonoksidi, CO 0-0,3 Typpi, N 2 1-5 Vety, H2 0-3 Rikkivety, H 2 S 0,1-0,5 Happi, O 2 jälkiä Biokaasu koostuu lähinnä metaanista ja hiilidioksidista. Kaasun koostumus riippuu mädätettävästä biomassasta ja mädätysprosessista. Energiakäytön kannalta biokaasun olennaisin aine on metaani, jota kaasussa on yleensä 50-70%. Hiilidioksidin osuus on vastaavasti 25-45%. Biokaasussa on myös pieniä määriä lukuisia muita aineita, kuten vettä, typpeä, happea, vetyä, ammoniakkia ja rikkivetyä. Muina tuotteina biokaasulaitoksella syntyy hiilidioksidia, jota voidaan hyödyntää esimerkiksi kasvihuoneissa. Biokaasureaktoreissa tuotetun biokaasun koostumus. 10
Metaani CH₄ on 20-70 kertaa ilmastolle vaarallisempi kaasu kuin hiilidioksidi CO 2, jonka vuoksi sen käyttäminen energiana poistaa maatalouden osalta merkittävän ilmastopäästön. Ruotsissa muutama vuosi sitten eräs tutkija ehdotti lehmien pidon kieltämistä niiden runsaan metaanintuoton vuoksi. Kysymyksessä on orgaanisen aineen mädätyksestä syntyvästä kaasusta, joka esimerkiksi syntyy pellolla mätänevistä heinistä tai karjan lannasta, suot ovat myös runsaita metaanin lähteitä. Biokaasulaitoksessa mädätys tapahtuu suljetussa hapettomassa tilassa, jolloin syntyvä hiilidioksidi ja metaani otetaan talteen ja käytetään polttoaineeksi. Tämä on myös hyvä syy biojätteen kaatopaikkasijoituksen vähentämiseen. Kaatopaikoilta ilmaan vuotavan biometaanin talteenotto ja käyttäminen energiantuotannossa on ympäristön näkökulmasta myös hyvin perusteltua. Biokaasun tuotannossa on selviä etuja jätteiden hyödyntämisen näkökulmasta, koska mädätys säilyttää biomassan ravinteet paremmin kuin kompostointi. 6. Energian tuottamisen vaihtoehdot Edellä on selvitetty alueen voimavarat, alueelliset biomassat, sekä energia jota ne sisältävät. Energiaa biomassat voivat antaa monessa muodossa ja monen eri menetelmän avulla. Useat menetelmät voidaan sulkea pois mahdollisuuksien listalta seuraavien ominaisuuksien vuoksi. Poltto, lanta ym. jätteeksi luokiteltava biomassa, onnistuu suuressa mittakaavassa, yleensä suuren voimalaitoksen yhteydessä (Suomessa 1-2 laitosta). Jatkuvan päästömittauksen sekä korkean lämpötilan vuoksi se on myös kallis toteuttaa. Olki ja heinäkasvit voidaan polttaa myös pienissä laitoksissa mutta niiden vaikutus polttokattilaan tuottaa ylimääräisiä kustannuksia laitteisiin. Etanolin tuottaminen, onnistuu myös pienessä mittakaavassa mutta ei taloudellisesti kannattavana. Suuressa, teollisessa mittakaavassa viljasta tuotettuna esteenä on EU:n kestävyys direktiivi, jolloin esteeksi on muodostunut Suomessa saatava keskimääräinen satotaso. Oljesta tuotettuna esteeksi muodostuu useissa tutkimuksissa todettu sen huono kannattavuus. ST1:n toteuttamassa etanolin tuotannossa hyödynnetään kapeaa leipomon tuottaman jätesektoria. Oleellista siinä on että menetelmä voidaan toteuttaa jätteen syntypaikalla mutta jäännös on edelleen käsiteltävä esimerkiksi biokaasulaitoksella. Pyrolyysi, menetelmää kehitetään monella eri sektorilla. Menetelmän ehdoton etu lopputuotteena on hiili. Hiiltä voidaan käyttää erilaisissa suodattimissa, puhdistettaessa vettä, kaasua ja ilmaa. Hiilen käyttö maaperän parantamiseen viljelykäyttöön on tunnetuimpia menetelmiä hyvin varhaisilta ajoilta. Ongelmana tässä on, hyvää laitosta ei ole onnistuttu skaalaamaan tuotannollisesti kannattavaan kokoluokkaan. Uusia pyrolyysilaitoksia ja menetelmiä on kokeilussa ja edelleen kehitettävänä Suomessa ja muualla. Näitä uusia innovaatioita odotellessa on biokaasulaitoksesta tullut kiinnostava vaihtoehto. 7. Biokaasulaitos Biokaasulaitos on Suomessa ollut aikaisemmin harvojen harrastajien kokeilu sekä harraste energian tuottamiseksi omaan käyttöön. Vuodesta 2004 lähtien se on ollut energiatuen piiriin hyväksyttävä uusiutuvaa energiaa tuottava investointi. Vuonna 2010 valmistuneessa Varsinais-Suomen energiastrategiaa vuoteen 2020 laadittaessa nähtiin biomassat energiapotentiaalina mutta ei merkittävässä osuudessa. Ainoastaan 4 vuotta myöhemmin on tekniset sovellutukset, lainsäädännön tuomat muutokset ja energian hinnan muutosten ennusteet tuoneet biomassat uuteen harkintaan. Energian hintaan vaikuttaa yhä enemmän verotus ja välillisten toimijoiden osuus. Biokaasulaitos on energian tuotannon lisäksi merkittävä ympäristöpäästöjä vähentävä, luonnon lannoitteita tuottava kokonaisuus. 11
1 1 1 Biokaasulaitos Biokaasulaitos toimintamalli 10 1 6 1 7 pelto 8 4 5 9 3 2 1 Kierrätysravinteet 2 Vastaanotto syötteille 3 Muu orgaaninen jäte 4 Reaktori 5 Reaktorin lämmitys 6 Kaasu verkko 7 Ajoneuvopolttoaine 8 Sähkö 9 Lämpö / kylmä 10 Kaasun puhdistus 8. Kaasun hyötykäyttökohteet sähkö ja lämpö Kaasu voidaan käyttää sellaisenaan polttoon esimerkiksi lämpölaitoksissa, viljan kuivauksessa polttoöljyn korvaajana, höyryn tekemiseen laitoksissa, CHP yksikössä sähkön ja lämmön yhteistuotantoon ym. Sähkön hinta on energian osalta Suomessa edullinen, mikä on ollut vaikeuttamassa CHP:llä tuotetun sähkön huonoon kannattavuuteen. Nykyisen energiahinnan vastakohtana on ollut sähkön siirtohintojen ja verojen suhteellinen nousu. Siirtohinnat nousivat pahimmillaan 2016 alussa ja uudet nousut tulevat 2017 alusta. Paikallisen Sallilan sähkö Oy:n hinta on nyt 7.09 snt/ kwh sisältäen arvonlisäveron, sähköveron, huoltovarmuusmaksun. Vertailussa Caruna Oy:n hinta nousee nyt 6,52 sentistä 1.3.2017 8,01 senttiin / kwh. Sähkön siirrosta onkin tullut uusi mahdollisuus niille laitostoimijoille, joiden kokonaissähkön tarve on alle 800000 kwh vuodessa. Mikäli sähkö tuotetaan omaan käyttöön, niin sähkön tuottaminen on eräin edellytyksin myös vero- ja siirtohintavapaata energiaa 800 MW/a asti. http://www.motiva.fi/files/5724/opas_sahkon_pientuottajalle_2012.pdfhttp://www.motiva.fi/files /5724/Opas_sahkon_pientuottajalle_2012.pdf Verot muodostavat yli 1/3 osan sähkön hinnasta, joka osuus on myös ollut reilusti nouseva. CHP- yksikössä tuotetun sähkön korvaushintana, kannattavuutta laskettaessa on käytetty siitä sähkön myyjälle ja verkonhaltijalle maksettua yhteishintaa alle 800MW laitoksissa. 12
8.1 Taulukko sähkön hintamuutoksesta Taulukko on Sähkömarkkinaviraston julkaisema 1/2017 Toisena vaihtoehtona on tullut kaasuverkoston rakentaminen. CHP- yksikkö voidaan myös asentaa kohteeseen, jolle sähkön ja lämmön yhteistuotanto sopii ja kaasu tuotetaan keskitetysti erillisessä biokaasulaitoksessa, kuitenkin niin, ettei CHP- yksiköiden yhteisteho ylitä 50 kwa tehoa. Lämmityksessä esimerkiksi kuivurissa voidaan käyttää CHP yksiköstä saatavaa lämpöä 80-90º kuumaa vettä/ nestettä lämmönvaihtimeen, tai kaasua olemassa olevaan lämmöntuotanto yksikköön. Kaasu ei vaadi muuta muutosta öljylämmitykseen kuin kaasu/ öljypolttimon asennuksen. Tässä öljy voi jäädä varapolttoaineeksi. Sähkö ja lämpö on kaikille käyttökelpoista energiaa mutta sähkön osalta sitä rajoittaa verkonhaltijoiden oikeus määritellä siirto laitoksen tontin ulkopuolelle. http://www.motiva.fi/files/5724/opas_sahkon_pientuottajalle_2012.pdf 8.2 Biokaasun liikennekäyttö Biokaasu on tunnetuista ajoneuvopolttoaineista ainoa, joka on CO2 neutraali, jopa sähköauton sähkössä voidaan laskea CO2 päästöjä, riippuen sähkön tuotantotavasta. Biokaasulaitoksen CHP- yksikössä voidaan tuottaa CO2 neutraalia sähköä myös ajoneuvoihin. Tällä hetkellä bensiinin litrahinta vaihtelee 1,45-1,60 / l. Bensiinin energiasisältö on 8,78 kwh, joka tarkoittaa 15,3-17,1 snt/kwh johtuen bensiinin oktaaniarvoista. Kaasun mittarihinta on tällä hetkellä 1,44 /kg eli 10,7 snt/kwh (95 bensiiniä vastaava) Paljonko yksi kilo kaasua vastaa bensiiniä tai dieseliä? Kaasua myydään kiloissa, ja yksi kilo kaasua vastaa 1,56 litraa bensiiniä ja 1,39 litraa dieseliä. Energiasisällöltään maa- tai biokaasu on 50 MJ/kg, kun vastaavasti bensiini on 32 MJ/l ja diesel 36 MJ/l.(95okt.) Bensiiniauto Skoda Octavia 1.4 DSG Yhdistetty kulutus: 5,1 litraa / 100 km Bensiinin hinta 95E10: 1,48 / litra Kustannus 20 000 kilometrin vuosiajolla: 1509,6 euroa. Vastaavan kaasuauton verrannolliset kustannukset Verrannollinen yhdistetty kulutus 5,1 litraa / 100 km Biokaasun verrannollinen litrahinta 0,93 / litra Kustannus 20 000 kilometrin vuosiajolla: 948,6 euroa. Säästö vuodessa biokaasulla ajettaessa 561 euroa. (Gasum) Metaani on sellaisenaan hyvin käyttökelpoinen ja helposti säädettävissä oleva energia esimerkiksi teollisuudessa. Metaani soveltuu myös kylmän tekemiseen ja puhtaana energiana soveltuu myös lämpökennojen polttoaineeksi. 13
8.3 Biokaasun energia vastaavuudet Energianimike kwh/kg kwh/mᵌ paino kg/mᵌ Biokaasu sisältää metaania n 60%, 5 6 1,15 Biokaasu puhdistettuna 97% metaaniksi 14 10 0,713 Bensiini 95 12,2 0,75 kg/l Kevyt polttoöljy 11,9 0,85 kg/l Hake 2,1 844 400 Etanoli 7,2 0,79 kg/l 9. Biokaasu Suomen ilmasto- ja energiastrategiassa Suomen uusiutuvan energian toimintasuunnitelman mukaan biokaasun käyttöä lisätään 0,7 TWh:iin vuoteen 2020 mennessä. Vuonna 2009 biokaasua käytettiin Suomessa noin 0,5 TWh. Reaktorilaitosten biokaasulla tuotetun sähkön ja lämmön yhteistuotannon edistämiseksi otetaan käyttöön syöttötariffijärjestelmä, joka takaa biokaasulla tuotetulle sähkölle takuuhinnan 83,50 euroa megawattitunnilta. Kun sähkön ohella tuotetaan myös lämpöä, maksetaan lisäksi nk. lämpöpreemiota 50 euroa megawattitunnilta. Syöttötariffiin pääseminen edellyttää täysin uutta laitosta omarahoitteisena ilman investointitukea. Investointituki voidaan myöntää TEM n myöntämänä energiatukena tai MMM n myöntämästä maaseuturahoituksesta maatalouden investointina. 10.Biokaasun jalostus liikennekäyttöön Puhdistettuna 97% metaaniksi metaani voi korvata maakaasua, ajoneuvopolttoaineena tai sitä voidaan myös syöttää kaasuverkkoon maakaasuun oheiskaasuksi. Uusinta puhdistustekniikkaa edustaa membraanikalvoihin perustuva tekniikka. Kaasu erotellaan membraanikalvoyksikössä käyttäen hyväksi paine-eroa. Laitokselta saadaan kaksi kaasuvirtaa: korkean metaanipitoisuuden tuotekaasu, sekä CO2-rikas kaasu. Tehokkaan membraanin ja metaanin talteenoton avulla voidaan saavuttaa korkein mahdollinen tuotto. Kaasu voidaan jalostaa haluttuun puhtausasteeseen, riippuen kaasuverkon vaatimuksista. Liikennekäytössä kaasu paineistetaan 200-300 bar paineeseen ja siirretään jakeluasemaan autoilijoiden tankattavaksi. Vähintään 50 000 kaasuautoa 2030 mennessä. Hallituksen tavoitteena on, että Suomessa olisi vuonna 2030 vähintään 50 000 kaasukäyttöistä autoa. Strategiassa linjataan, että kivihiilen käytöstä luovutaan vuoteen 2030 mennessä. Tällä hetkellä bensiinin litrahinta vaihtelee 1,35-1,50 / l. Bensiinin energiasisältö on 8,78 kwh, joka tarkoittaa 15,3-17,1 snt/kwh. Kaasun mittarihinta on tällä hetkellä 1,44 /kg eli 10,7 snt/kwh 14
Kaasuauton tankkaus tapahtuu saman luukun alta kuin bensiini, erillisen venttiilin kautta. Suomessa vuonna 2013 käytetyn liikennebiokaasun kasvihuonekaasuintensiteetti http://www.biokaasuyhdistys.net/media/khkintensiteetti_2013.pdf Biokaasuauto on normaali kokoomalinjalta tuotettu, yleensä bensiinikäyttöinen auto. Tehtaalla auto varustetaan kaasusäiliöin (pullot) tai auton rakenteisiin sovellettu paineastia. Moottoriin tehtävät muutokset rajoittuvat kaasun syöttöön. 11. Laitosvaihtoehtoja 15 Biokaasulaitos mielletään yleensä yhdeksi ja samaksi laitosmalliksi, jotta se toimisi tehokkaasti eri syötteillä on se aina valittava käytössä olevien syötteiden mukaisesti. Viherrehu on vaikeasti sulavaa, samoin olki, kun taas karjanlanta sulaa melko helposti. Syötteiden sulavuus määrittelee kuinka pitkään, sen on viivyttävä reaktorissa. Laitoksen kuormitettavuus määrittelee sen kyvyn tuottaa metaania siitä syöteseoksesta, jota se käsittelee. Laitoksen kuormitus ilmoitetaan, kg/vs/mᵌd eli miten paljon voidaan orgaanista VS kuiva-ainetta syöttää päivässä reaktorikuutiota kohden Microfermer, lietteelle sopiva laitos, myös yhdyskuntalietteille 2-6% kuiva-ainepitoisuuksille laitokseen. Ihanteellinen luku vaihtelee syötteen sulavuudesta riippuen 1,5-5 kg:n välillä. Usein törmää esimerkiksi 6-11 kg:n lukuihin, jotka ovat suuresti liioiteltuja. Heinämassalle sopivia laitoksia ovat vaaka eli Horisontaalisesti toimivat tulppavirtausreaktorit. Näissä saavutetaan pitkä viipymä ja tehokas sekoitus 10-15% kuiva-ainepitoisuuksille.
Lietelannalle soveltuvat pystysekoittimin varustetut tornimaiset reaktorit, joiden suositeltava kuivaainepitoisuus vaihtelee 6-11% välillä. Melko uusina laitosvaihtoehtoina ovat tulleet ns. Biofermerit, joiden erikoisuutena on varsinaisen sekoituksen puuttuminen, jolloin reaktorin sisällä oleva massa pakotetaan kaasun ja pienen potkurin avulla nousemaan reaktorin yläosaan ja toista laitaa myöden alas. Nämä reaktorit käytetään yleensä hyvin pienissä kuiva-ainepitoisuuksissa 3-6% välillä, joko perinteisen reaktorin turbona tai sitten sikalietteen tai yhdyskuntalietteen käsittelyssä itsenäisinä reaktoreina. Menetelmä on edullinen ja toimintavarma. 11.1 Biojalostamo Biojalostamon toimintakaavio. Biokaasulaitoksista on muualla tullut suoranaisia biojalostamoja. pyrkivät ottamaan syötteistä kaiken energian irti ja samalla hyötykäyttämään syntyneen metaanin sen syntysijoilla. Kaikille laitostyypeille ominaista on tuottaa mahdollisimman paljon metaania sisältävää biokaasua sekä hydrolyysijäännöstä (käsiteltyä lietettä) pellolle sopivaksi lannoitteeksi. 16
Kotimainen Metaenergian valmistama biokaasulaitos soveltuu 5-12% kuiva-ainepitoisuuksille. Laitos toimitetaan kontteina, reaktoriallasta lukuun ottamatta. Laitos on suunniteltu vaikeasti sulavien syötteiden kuten oljen ja nurmen mädätykseen. Metaenergian biokaasulaitos. Sauter kuivamädätyslaitos Laitos toimii korkeilla 10-15% kuiva-aine pitoisuuksilla. Laitoksen energiatarve on pieni, johtuen siitä, että laitoksessa ei ole mekaanista sekoitusta. Reaktori siilot pyritään tekemään n. 70% maa peitteisesti. 17
Saksassa on yleistynyt kuivamädätys, eli mahdollisimman kuivana käsiteltävät syötteet ja tälle menetelmälle siellä annetaan +2 snt/kwh el. lisää tuotantotukea. Kuiva on kuitenkin hieman väärä termi, sillä laitos käsittelee 12-15% kuiva-ainepitoisuuksia. Tämä laitostyyppi soveltuu erinomaisesti karjan kuivalannan ja heinämassan sekä oljen käsittelyyn. Biokaasulaitokselta edellytetään toimintavarmuutta, hyvää metaanintuottoa syötetyistä syötteistä, lopputuotteen hygieniasointia, toiminnan hajuttomuutta, riittävää automatisointia, laitos täyttää kaikilta osa-alueilta viranomaisvaatimukset ja soveltuu paikallisiin olosuhteisiin. Usein myös huomaa laitosten markkinoinnissa esimerkiksi Saksassa saatuja kannattavuuslukuja. Suomessa biokaasulaitoksen kannattavuus perustuu aivan toisiin lähtökohtiin kuin Saksassa, Tanskassa tai Englannissa. Suomessa pitää huomioida sähkön ja lämmön kokonaismarkkina, sekä verkkoyhtiöiden toiminta. Kannattavuuteen vaikuttavat myös laitoksen energian käyttö sekä energian markkinat ja riittävyys vuositasolla. 11.2 Mädätyksen lohkokaavio 12.Biokaasulaitosten rahoitukseen myönnettävät tuet 12.1 Energiatuki Biokaasulaitoksille on syöttötariffin vaihtoehtona suora yritystuki TEM / TEKES hallinnoi energiatukea, joka voidaan myöntää, mikäli laitos ei kuulu päästökaupan piiriin tai syöttötariffiin. -Lämpökeskukset, jotka käyttävät biomassaa polttoaineena -Lämpöpumput -Pienvoimalat, jotka käyttävät biomassaa polttoaineena -Pientuulivoimalat -Pienvesivoimalat -Pienet aurinkosähkö, ja keräimet 18
-Kaatopaikkojen kaasuvoimalat lämmön ja sähköntuotannossa -Biokaasuhankkeet, joissa tuotettu biokaasu käytetään lämmön ja sähkön tuotantoon Tukea voi saada 20-30 % hankkeen investointikustannuksista, joihin ei lueta energian siirtoon tarkoitettuja lanka tai putkiverkkoja. 12.2 Maaseutuohjelman mukaiset tuet Biokaasulaitoksille: 12.3Yritystuki Myönnettäessä tukea uusiutuvan energian tuotantoa ja jakelua koskevaan investointiin Hankkeen saa aloittaa, kun viranomainen on tehnyt vireilletulo tarkastuksen hakemukselle ja hyväksynyt sen. Investointituen määrä Tukea voidaan myöntää avustuksena siten, että tuen määrä ei ylitä seuraavia prosenttiosuuksia tuen perusteena olevista kustannuksista: 1) pienelle yritykselle I tukialueella 35 prosenttia sekä II ja III tukialueella 20 prosenttia; 2) mikroyritykselle ilman kiinteää tieyhteyttä olevilla saarilla I, II ja III tukialueella 35 prosenttia; 3) 1 kohdasta poiketen pienelle yritykselle uusiutuvan energian tuotantoon ja jakeluun I, II ja III tukialueella 20 prosenttia tai, kun kyseessä on uusi laitos, 30 prosenttia. 12.4 Maaseutuohjelman mukaiset tuet Lämpöenergian tuotantojärjestelmä / maaperä, kallio, vesi, aurinko, ilma ja tuuli <100 kw järjestelmä kw 1 200 Sisältää keruujärjestelmän, pumpun, varaajan, laitteistot ja teknisen tilan 100 kw järjestelmä kw 800 100kW ylittävältä osalta, sisältää keruujärjestelmän, pumpun, varaajan, laitteistot ja teknisen tilan Sähköenergian tuotantojärjestelmä/vesi, aurinko, ilma ja tuuli [th=lämpö; el= sähkö] <100 kw järjestelmä kw el 1600 Sisältää kaikki laitteistot ja teknisen tilan 100 kw järjestelmä kw el 1300 100 kw ylittävältä osalta, sisältää kaikki laitteistot ja teknisen tilan Sähkön ja lämmön tuotantolaitos / puuta hyödyntävä Sisältää välttämättömät laitteistot ja rakennelmat sekä teknisen tilan, siilon ja syöttöjärjestelmän. Laitoksen kokonaishyötysuhde vähintään 70 %. <100 kw laitos kw th 1 200 Nimellislämpötehon mukaan kw el 4 000 Nimellissähkötehon mukaan 100 kw laitos kw th 750 100 kw ylittävältä osalta, nimellislämpötehon mukaan kw el 3 500 100 kw ylittävältä osalta, nimellissähkötehon mukaan Sähkön ja lämmön tuotantolaitos/ lantaa, nurmea tai muuta biomassaa hyödyntävä Sisältää välttämättömät laitteistot, rakennelmat sekä teknisen tilan. Laitoksen kokonaishyötysuhde vähintään 70 %. <250 kw laitos kw th 1 500 Nimellislämpötehon mukaan kw el 6 500 Nimellissähkötehon mukaan 250 kw laitos kw th 800 250 kw ylittävältä osalta, nimellislämpötehon mukaan kw el 4 300 250 kw ylittävältä osalta, nimellissähkötehon mukaan Lämmönjakokanava jm 130 Sisältää kaivu- ja täyttötyöt 19
12.5 Maatalousinvestointien tuki Maaseutuohjelmasta myönnettävät tuet biokaasulle Maatalousinvestointien tuki biokaasulle (kaikki energia käytettävä maatilalla): Uusiutuvan energian tuotanto, avustus 40 % Maatalouden investointitukia voi hakea jatkuvasti. Hakemukset ratkaistaan tukijaksoittain, jotka ovat: 16.10. 15.1, 16.1. 15.3, 16.3. 15.8, 16.8. 15.10. Investointitukea voi hakea sähköisesti Hyrrä-palvelussa. Liiketoimintasuunnitelma on oltava hakemuksen liitteenä, kun haet nuoren viljelijän aloitustukea tai maatalouden investointitukea. Hanketta ei saa aloittaa ennen kuin viranomainen on tehnyt tukipäätöksen. 13. Biokaasulaitoksen kannattavuus Luke on tehnyt useita tutkimuksia ja koelaskelmia biokaasulaitoksista. Laskelmat ovat pitkälti tietyn laitostyypin perusteella ja keskittyvät tilakohtaiseen kokoluokkaan. Jokainen laitos on aina räätälöitävä tapauskohtaisesti asiantuntijan opastuksella. Apuna oman laitoksen kustannus- ja kannattavuuslaskennassa kannattaa käyttää netissä olevaa ilmaista www.biokaasulaskuri.fi laskentaohjelmaa. Laskurin käyttöohje löytyy sen toiselta perustiedot sivulta ja klikkaamalla vasemmalla olevaa Perustiedot sanaa. Käy katsomassa myös tehtyjä tutkimuksia esim. https://jukuri.luke.fi/bitstream/handle/10024/486091/luke-luobio_36_2015.pdf?sequence=4 14. Biokaasulaitoksen esisuunnittelu Nyrkkisääntö normaalille märkäprosessille: Viipymä yli 20 d vaikuttaa reaktorin tilavuuteen ja siirtolinjoihin. Orgaaninen kuormitus = 2-5 kg VS/mᵌ/d esimerkki 10 000 kg * 7 % VS / 260 mᵌ= 2,7 kg VS/mᵌ/d Syöteseoksen ka pitoisuus alle 15% ja perinteisissä alle 12, jolloin pumpattavuus säilyy. Käytä www.biokaasulaskuri.fi laskinta oman laitoksen kokoluokan ja syöteseoksen suunnitteluun. 14.1 Biokaasulaitoksen tarjouspyyntö Tarjouskilpailu ja laitostoimittajan valintaan vaikuttaa. Syöttömateriaalit ominaisuuksineen Typpipitoisuus (esim. jos erityisen korkea N, voi inhiboida) Kuvaus laitoksesta halutusta laitoksesta (räätälöity versio vai jokin perusratkaisu ) laitososat: esisäiliö, reaktori, jälkikaasuallas, varastoaltaat, syöttölaitteiston toimintatapa, jne. haluttu kaasunhyödyntämismuoto (lämpö, CHP, liikennepolttoaine) olemassa olevat ja hyödynnettävät rakenteet (mm. varastoaltaat) Lisäoptiot Laitoksen suunnittelun ja rakentamisen järjestelyt Avaimet käteen vai omaa osallistumista työvaiheisiin (suositeltavaa osallistua itse rakentamiseen). Aikataulu toimitukselle, rakennusvaiheelle ja käyttöönotolle. Käyttöönoton järjestelyt, käyttökoulutus Tarjousten pisteytys, mille osa-alueelle painotus (toimivat referenssit, toimintavarmuus, ym). 20
Biokaasulaskuri toimii myös saatujen tarjouksien vertailupohjana, esimerkiksi kaasuntuottopotentiaalin, kuormituksen, reaktoritilavuuden, energiatehoja vertailtaessa. 15.Biokaasulaitoksen lupamenettely YVA- menettely Jos käsittelykapasiteetti on /tai ylittää 20 000 t/v ELY- keskus määrittelee YVA- menettelyn tarpeellisuuden, voi vaatia jo alle 20000 t/v käsitteleville laitoksille. Vaihtoehtoisten toteutustapojen vertaaminen hankkeen ympäristövaikutuksiin Ympäristölupa Kunnan ympäristöviranomainen/ ELY-keskus Voidaan antaa määräyksiä esim. - Toiminnan laajuudesta - Päästöt ja niiden vähentäminen - Ilmoitukset, kirjanpito, raportointiin (omavalvonta asiakirjat) Ei saa aiheuttaa: -Terveyshaittaa -Merkittävää ympäristön pilaantumista tai vaaraa Rakennuslupa Kunnan rakennusvalvontaviranomainen Yksityiskohtaiset rakennus -ja rakennuttamissuunnitelmat Laitoshyväksyntä Vähintään laitosilmoitus Eviralle Maatilan tai useamman tilan laitos: -omat syötteet, käsittelyjäännös omille pelloille -ei tarvita laitoshyväksyntää Orgaanisia lannoitevalmisteita valmistavat laitokset -Laitoshyväksyntä Eviralta Hakijan osoitettava lannoitteen turvallisuus Lannoitekäytön lainsäädäntö Oma lantasyöte (maatila/tilojen yhteinen laitos), käsittelyjäännös omille pelloille -toimitaan kuten raakalanta Lannoitevalmiste markkinoille -oltava tyyppinimi Evira Puhdistamolieteperäinen jäännös -käytön rajoitteet -Tuotehyväksyntä Evira Jos tapahtuu markkinointia ja myyntiä lopputuotteelle -Eviran tuotehyväksyntä -Tuoteseloste (ravinnepitoisuudet, valvonta) -Hygieeninen laatu varmistettu Evira valvoo laitoksesta tulevan rejektin ominaisuuksia. 21
Kemikaalilain mukainen ilmoitus/lupa Vähäinen toiminta: varastoidaan biokaasua 1tonni / 570 mᵌ -ilmoitus pelastusviranomaiselle Pelastusviranomainen voi pyytää myös pienemmästäkin varastointimäärästä selvitystä -Vaatinee ATEX räjähdyssuojausasiakirjan Laajamittainen kaasuntuotanto käsittely: 5 tonnia / 2850 mᵌ lupa Tukes:lta www.kaasuyhdistys.fi : turvaohjeita Laitoksen on toimittava myös talvisissa olosuhteissa 75 kwh:n laitos 760 kwh: laitos Laitokset ovat ympäristöltään siistejä ja hajuttomia 760 kwh:n laitos 22
16 Päätelmä hankkeesta Selvityksen päätarkoituksena on tuoda esille ne mahdollisuudet, joita alueellinen biomassa tarjoaa paikallisille toimijoille. Biomassa voi tarjota työtä sekä toimeentuloa biokaasulaitosinvestoinnin tekijän lisäksi peltobiomassan korjuussa, lannoitteen kuljetuksessa sekä levityksessä, ajoneuvokaasun jakeluverkossa, lämpöyrityksessä ja tietenkin energiaa käyttävien yritysten imagohyötynä puhtaan energian käytöstä. Käytännössä biokaasulaitoksen operointi vaatii uutta oppimista mutta muu työ on alueen maataloudessa jo entuudestaan tuttua, myös konekantaa urakointiin on jo valmiina. Kartalle on sijoitettu 8 mahdollista biokaasulaitosta, joiden syötekapasiteetti vaihtelee 12000-20000 t vuodessa. Lähtökohtana on mahdollisimman kevyt lupamenettely laitosinvestoinnissa sekä myös käytännön toiminnassa. Laitosten koko vaikuttaa myös logistiikka syötteiden hankkimisen ja lopputuotteen peltosijoituksen yhteydessä. Keskitetty suuri laitos tuo aina mukanaan suurten massojen käsittelyn ja varastoinnin tuomat ongelmat. Kokemus on osoittanut, kuinka paljon keskitetty laitos sitoo työvoimaa ja varastokapasiteettia toiminnan aikana. Lopputuotteen markkinointi vaatii myös työaikaa ja laajan toiminta-alueen hallinnan. Pienen tilakeskeisen laitoksen kohdalla myös hajautettu energian kohdalla käyttökohteita on helpompi edullisempi hoitaa. Sähkön verottomuus ja siirtomaksun puuttuminen antaa taloudellisen tavan korvata omaa sähköntarvetta. Ajoneuvopolttoaineen tuottaminen on alueen sijainti huomioiden kannattavin ja alueelle luonnollisin vaihtoehto. Kaasun tuottaminen voidaan tehdä useassa laitoksessa ja puhdistaa metaaniksi keskitetysti tai laitoskohtaisesti. Kaasun tankkaus ja jakelupisteet sijoittuisivat valtateiden varrelle, markkinaehtoisen sijoittelun mukaisesti (kartalla olevat kuvaavat lähinnä mahdollisuuksia) Varsinaiset biokaasulaitokset ovat järkevää sijoittaa mahdollisimman lähelle syötteiden syntysijaa ja energian käyttökohdetta, sekä luonnollista lopputuotteen sijoittamista. Jatkotoimena tälle selvitykselle tulisi olla alueellisten kohteiden ja yrittäjien keskustelutilaisuudet vaihtoehtojen niin kohteiden kuin yrittäjienkin halukkuudesta toiminnan lisäselvityksiin yrityskohtaisesti. Ensiaskeleena infotilaisuus, jossa asiantuntijat (ei laitetoimittajat) tuovat esille biokaasuliiketoiminnan eri vaihtoehtoja. Biokaasuliiketoimintaa valvoo useat viranomaiset, joka myös tuo esille toiminnan monitahoisuuden. Toisena vaiheena suosittelen tutustumismatkoja toimiviin laitoskohteisiin ja toiminnan harjoittajien haastatteluja. Toiminnan aloittaminen uudelle alueelle on aina haastavaa ja vaatii asiantuntija apua, jota nyt alkaa löytyä myös laitostoimittajista riippumattomina. Tämä ominaisuus on tärkeä, koska yrittäjän on pystyttävä vertailemaan puolueettomasti ensiksi laitoksen toimintamallia ja vasta toisessa vaiheessa vertailua valmistajien välillä. Alueellisen toiminnan tärkeimpiä asioita on toimijoiden yhteistyö. Paras vaihtoehto on saman laitostoimittajan käyttäminen, jolloin esim. huolto, ongelmatilanteet, laitosten käytön lomittaminen, yhteishankinta laitoksissa, varaosat, kaasun puhdistaminen, kuljetuspatterit (puhdas kaasu). ym. https://www.energiavirasto.fi/documents/10179/0/1ohje+s%c3%a4hk%c3%b6verkkoluvan+hak emisesta+uudistetun+s%c3%a4hk%c3%b6markkinalain+(588_2013+++.pdf/762af88f-a34f-4cb1- b305-ad56f7cc6214 23
17. Ehdotus biomassojen käsittelystä sekä lopputuotteiden käytöstä Ehdotuksena tehdyn yhteenvedon perusteella on useamman 4-7 biokaasulaitoksen investointi alueelle. Perusteluina on perusmaatalouden ja etenkin eläintalouteen tehdyt suuret investoinnit ja niiden investointien tuottavuuden parantaminen. Eläintalous ja varsinkin sen kannattavuus on kiinteästi sidottu elintarviketuotannon ketjuun. Tuotteiden hintaa ei niinkään määrittele markkinat vaan ketjun eri toimijat vahvuutensa mukaan. Lantaa, eli luokan II eläinperäistä jätettä syntyy alueella 244100 t/v ja nykyinen nurmiala kaikkineen on n. 6000 ha, jolloin nurmea korjattaisiin n. 120000 t/vuosi (vertailun helpottamiseksi otettu nykyinen nurmiala, joka on n.14% viljellystä pinta-alasta). Alueellisesti ja käytännön kannalta nämä ovat teoreettisia lukuja mutta käytännössä on hyvin mahdollista käsitellä n. puolet kummastakin massasta seitsemässä- kymmenessä keskisuuressa laitoksessa, jolloin yhden laitoksen kapasiteetiksi tulisi 18200t /v. 18. Esimerkkilaitoksen tunnuslukuja Syötteiden määrä 18200 t/v, josta karjanlantaa 12200t ja peltobiomassaa 6000t Kaasun muodostus karjanlannasta 19% ja peltobiomassasta 81% Reaktorin koko 2x 1600mᵌ mesofiilinen 35º prosessilämpötila. Lopputuotteen varastotila 17700mᵌ lietteenä. Metaanin tuotto 709940 mᵌ/v, vastaava kaasuteho 810 kw CHP yksiköllä tuotettu reaktorin tarvitsema energia 11% kokonaisenergiasta ja lisäksi erikseen lämpöä n 4% Metaania jää myytäväksi eri tarkoituksiin jalostettuna tai sellaisenaan 6 034 500 kwh /v. 690 kwh/ tunnissa Investointi n. 1,9 3 m kaasun ja lopputuotteen jalostusasteesta riippuen. Investointitukimahdollisuus 30% Lopputuotteena Orgaaninen lannoite tai maanparannusaine, Evira määrittelee nimityksen syntyvän lopputuotteen mukaan. Hydrolyysijäännös lietteenä17700 t, jossa ravinteita N 32750 kg, P 19920 kg ja K 108140 kg NPK 0,15-0,09-0.49 pitoisuus tuoresyötteissä. Pitoisuudet nousevat metaaniksi muuttuneen orgaanisen aineen vähenemän vuoksi n 7%. N liukoisen osuuden lisääntyminen on n 25% kokonaistypestä, eli 6550 kg. 19. Jätevesiliete Lisäksi on mahdollista rakentaa jäteveden käsittelylaitokselle erillinen biokaasulaitos. Laitos käsittelisi jäteveden lietteen ja lisäksi mahdollisen laitoksilta ja kouluilta tulevan erilliskerätyn ruoka ja muun orgaanisen jätteen. Jäteveden puhdistuslaitokselle on tehty energiaa säästäviä ja energiaa tuottavia ratkaisuja, joiden vaikutus tai toiminta biokaasulaitoksen yhteydessä pitää ennen jatkotoimia selvittää. 20. Laitokselle tulevan veden käsittelyyn sopiva biokaasulaitos. Tuleva vesi separoidaan n. 5% kiintoainepitoisuuteen, kokonaismassa 6800 mᵌ, jonka jälkeen se pumpataan biokaasulaitokseen 18,7 mᵌ/d. Reaktori pitää olla tulppavirtausperiaatteella toimiva, jolloin sen hygieniasointi on varmempaa. Reaktori toimii termofiilisessä lämpötilassa 55-57º viipymä n 15 d. Tämän jälkeen hydrolyysijäännös siirtyy jälkikaasuuntumisaltaaseen, jossa viipymä on myös n 15 d, yhteensä viipymä 30d (suositus vähintään 25 d). 24
Hydrolyysijäännös lingotaan n 25-30% kuiva-ainepitoisuuteen ja nesteosa pumpataan jäteveden puhdistusaltaisiin. Pumpattavan veden lämpötila on n. 20-30º. Laitoksen eräitä tunnuslukuja: Syötteenä yhdyskunnan jätevesiliete 6800 t/a FM, jossa TS 5% 340 t/a VS 90% (kirjallisuusarvoja) Reaktorit 2x 321mᵌ Orgaaninen kuormitus 3kgVS/mᵌ*d viipymä 1x15d 55º+1x15d 35º Lopputuotteena maanparannusaine n 900t 30% kuiva-aine pitoisuus (mahdollista levittää myös pellolle) Lopputuote sisältää N 22900 kg P 7480 kg K 18360 kg (perustuu kirjallisuusarvoihin) Laitoksen energiatuotto 1224 MW/a Kaasuteho 140 kw Jäteveden puhdistuslaitokselle annettava energia (CH₄ 954 72 mᵌ) 954720 kwh Investointi n. 0,7-1,3m, mahdollisuus yritysvetoiseen toimintaan, jolloin investointituki 30%. Mikäli kaasu pystytään käyttämään täysimääräisesti sähkö /lämpö niin laitos saavuttaa kannattava tuloksen n. 15 porttimaksulla / reaktoriin syötetty t /FM, käytössä olevien tietojen mukaan laskien. Laitoksessa voidaan myös ja olisi taloudellisesti kannattavaa ottaa vastaan erilliskerättyä ja lajiteltua biojätettä, jolloin metaanin tuotto kasvaa huomattavasti ja porttimaksut alentavat oman jäteveden käsittelykustannuksia. 21. Muuta huomioitavaa Alueella on joitakin eläinkeskittymiä, joiden lähialueella ei levityspinta-ala riitä niiden tarpeeseen. On myös huomioitava biokaasulaitosten kannattavuuden edellytyksenä oleva metaanin tuottokyky ja sen saavuttamiseksi tarvittavat peltobiomassat, jotka lisäävät lopputuotteen määrää. Lopputuotetta voidaan jatkojalostaa esimerkiksi linkoamalla nestejae erilliseksi, jolloin lähialueen levitysmassa vähenee n- 10-30% - siitä muutettu vielä metaaniksi n. 8% kiinteästä massasta. Ongelmana levityksessä yleensä on lietteen fosforipitoisuus, jonka lopputuotteessa yleensä määrittää levitysmäärän hehtaaria kohden. Loimaa on ympäröity lännen, luoteen, pohjoisen ja koillisen sekä osin idänkin suunnalta samoissa ongelmissa kamppailevien alueiden kanssa. Suuria eläinkeskittymiä on esim. Vampulan, Huittisten ja Punkalaitumen alueella, joten levityspinta-alaa joudutaan etsimään muualta. Hevosen lantaan tullut mahdollisuus sen polttamiseen avaa jonkin verran uusia mahdollisuuksia. Loimaan lämpö Oy esimerkiksi kokeilee pieniä määriä hevosenlantaa omissa kattiloissaan. Fosforin talteenotossa ja sen pakkaamiseksi on olemassa useita uusia kehityshankkeita ja on vain ajan kysymys, jolloin voimme suhteellisen edullisesti pienentää biomassaa, joka sitoo lannasta syntyvän fosforin peltolevitykseen sopivaksi. Lietteen osalta on jo tekniset mahdollisuudet tuottaa nestejakeesta ammonium vettä, jolla on markkinoita peltolevityksen lisäksi myös jäteveden puhdistuksessa teollisissa prosesseissa. Nämä uudet innovaatiot vähentävät tulevaisuudessa lopputuotteen logistisia ongelmia, samoin tarvittavaa lopputuotteen varastointitilaa ja levityspinta-alaa. Liitteenä esitys maatilalaitoksen kannattavuuden yhteenveto. liitesivut 1-5 25
Karttaluonnos tilakohtaisten ja jätevesilietteen biokaasulaitoksista sekä Ajoneuvopolttoaineen jakeluasemat
Tekniikka Käytettävän energian valinta Biokaasulaitoksen ja oman yrityksen energiankulutus 1
Energiankäytön yhteenveto Tuotot 2