Puuhiilen tuotanto Suomessa mahdollisuudet ja haasteet BalBic, Bioenergian ja teollisen puuhiilen tuotannon kehittäminen aloitusseminaari 9.2.2012 Malmitalo Matti Virkkunen, Martti Flyktman ja Jyrki Raitila, VTT
2 Esityksen tausta Selvitys liittyy Tekesin tilaamaan katsaukseen metsähakkeen käyttö- ja korjuumahdollisuuksista vuonna 2020 sekä tarvittavista kehitystarpeista (VTT Tiedotteita 2564), 2010 http://www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2010/t2564.pdf Metla ja VTT Taustalla valtakunnalliset tavoitteet metsähakkeen käytölle Metsähakkeen käyttöä tarkoitus lisätä 16 TWh vuoteen 2020 mennessä Kivihiilikattiloissa 7 8 TWh Puuta ja turvetta käyttävissä lämpö- ja voimalaitoksissa 8 9 TWh Nestemäisten biopolttoaineiden valmistukseen 7 TWh v. 2020 Selvityksen jälkeen Tekes käynnisti ns. PUUSKA hankekilpailun uusien innovaatioiden kehittämiseksi
3 UUSIUTUVAT ENERGIALÄHTEET, TWh Primäärienergiana 2005 2020 Teollisuuden tuotannosta riippuvat polttoaineet (1 Jäteliemet 37 38 Teollsuuden tähdepuu 20 19 Yhteensä 57 57 Politiikkatoimien kohteena olevat (1 Vesivoima (normalisoitu) 13,6 14 Vesivoima, toteutunut 13,4 Tuulivoima 0 6 Metsähake 6 25 Puun pienkäyttö 13 12 Lämpöpumput 2 8 Liikenteen biopolttoaine 0 7 Biokaasu 0 1 Pelletit 0 2 Kierrätyspolttoaineet, RES-osuus 2 2 Muu uusiutuva, mm. aurinkolämpö, - sähkö, ymv. 0,4 0,4 Yhteensä 37 77 Uusiutuva energia primäärienergiana, yhteensä (2 94 134 Uusiutuva energia loppukulutuksessa (2 87 124 Energian loppukulutus 303 327 Uusiutuvien osuus loppukulutuksesta, toteutunut/arvio 28,5 % 38 % (1 Primäärinergiana (2 vesivoima normalisoitu 2005-2009 (3 Päivtetty laskelma 30.3.2010; paperin ja kartongin tuotanto 13, 7 Mt/v ja sähkönkulutus 98 TWh/v uusiutuvat energiat IE-strategian mukaan; metsähakkeella 38 % tavoite kiinni
4 Metsähakkeen käytön kasvu Arvio metsähakkeen käytön kasvusta lämpö- ja CHP-laitoksissa - sisältävät arvion lämpöyrittäjien metsähakkeen käytöstä kuin myös teollisuuden pelkästään lämpöä tuottavien kattiloiden käytön.
5 Biohiilen käyttöpotentiaali Kivihiiltä Taulukko käyttävät 2. Kivihiiltä CHP-laitokset* käyttävät CH-voimalat kuinka paljon ( Kaukolämpötilasto kivihiiltä voidaan 2008) korvata puulla? Lämmöntuottaja Hiilenkäyttö vuonna 2008 GWh 50 % puulla GWh valinta GWh Kommentti Fortum Power and Heat Oy, Espoo 1761 880 880 Fortum Power and Heat Oy, Naantali 2947 1474 Turku vai Naantali H elsingin Energia 3972 1986 1986 Lahti Energia Oy, Lahti 1342 671 Lahteen tulossa kaasutin Vantaan Energia Oy 1302 651 651 Vaskiluodon Voima Oy, Vaas a 1107 554 554 Yhteensä 12430 6215 4070 Kivihiilen korvaamiseen korvaamiseen biomassalla biomassalla on useita on mahdollisuuksia: useita mahdollisuuksia Sahanpurun - sahanpurun syöttö syöttö kattilaan kattilaan - hakkeen hienomurskaus ja erillinen syöttölinja kattilaan Hakkeen hienomurskaus ja erillinen syöttölinja kattilaan - biomassan kaasutus, kaasun puhdistus ja kaasun syöttö kattilaan Biomassan - biohiilen kaasutus, käyttö, kaasun biohiililaitosten puhdistus rakentaminen, ja kaasun syöttö polttoaineen kattilaan purkaus ja Biohiilen varastointi valmistus ja käyttö *Kaukolämpötilasto 2008
6 Pelletti Pellettiä valmistettiin Suomessa v. 2010 noin 290 000 tonnia/a ja kulutettiin 170 000 tonnia/a* Tuonti 18 000 tonnia/a Vienti 191 000 tn/a, painottuu Ruotsiin ja Tanskaan Paras raaka-aine kuivat mekaanisen metsäteollisuuden sivutuotteet, kuten kutterinlastu ja hiontapöly Raaka-ainepohjaa on jouduttu laajentamaan kosteiden raakaaineiden suuntaan, lähinnä sahanpuruun, tulevaisuudessa ehkä mänty- ja kuusirankaan Kuivaus nostaa pelletin tuotantokustannuksia *Lähde: Metsätilastotiedote 11/2011, Metla
7 Pelletti Pelletin tuotantokustannukset kostealla raaka-aineella vaihtelevat välillä 54-130 /tn pellettiä (11,4 27,4 /MWh) (sis. raaka-aineen) Kuivalla raaka-aineella pelletin tuotantokustannus on keskimäärin 67 /tn pellettiä (14,1 /MWh) (sis. raaka-aineen) Raaka-aine- ja kuivauskustannukset voivat kattaa jopa 2/3 pelletin tuotantokustannuksista Optimitilanteessa laitoksella olisi käytettävissään edullista raaka-ainetta ja kustannustehokas kuivausjärjestelmä
8 Torrefioitu puu Puun torrefiointi on puuaineen käsittelyä hapettomissa olosuhteissa 250-300 o C lämpötilassa n. 30 minuutin ajan. Puusta haihtuu vesi ja osa haihtuvista aineista käsittelyn jälkeen torrefioitu puu ei vety ja on helposti hienonnettavissa Kuljetettavuuden parantamiseksi torrefioitu puu on pelletöitävä. Lopputuote sisältää 70-80 % alkuperäisestä massasta ja 80-90 % alkuperäisestä energiasisällöstä Torrefiointilaitos on edullisinta sijoittaa lähelle raaka-ainelähteitä, jotta lopputuotteen kuljetettavuusedut tulevat hyödynnetyiksi Kaupallisen mittakaavan torrefiointilaitoksia ei ole vielä toiminnassa
9 Torrefioitu puu ja TOP prosessi Torrefiontiprosessi on energiaomavarainen, sitä edeltävään kuivaukseen tarvitaan lisäenergiaa. Integrointi esim. lämmön- ja sähköntuotantoon tärkeää: torrefioinnissa syntyvät pyrolyysikaasut voidaan polttaa ja kuivauksessa voidaan hyödyntää voimalan palokaasuja raakaaineen kuivauksessa.
10 Torrefioidun pelletin kustannukset ECN arvioi v. 2005 tuotantokapasiteetiltaan 56 000 t/a TOPteknologiaan perustuvan pelletin tuotantokustannuksiksi 50 /t ilman raaka-ainekustannuksia (9 /MWh) Kovin optimistinen arvio Suomessa lähtökohdaksi voidaan ottaa puupellettien tuotantokustannukset metsähakkeesta (27-32 /MWh) sisältäen raaka-aineen kuivauksen ja pelletöinnin Lisäksi 4-6 /MWh torrefiointikustannuksia eli yhteensä 31-38 /MWh tehtaalla (33-38 /MWh 100 km päässä käyttöpaikalla Vertailuna lokakuun 2011 hintoja (Pöyry): Metsähake 18,2 /MWh Puupelletti 35,8 /MWh Kivihiili rannikkolaitoksella 28,2 /MWh
11 Yhteenveto Biohiili Lupaava jalostuskeino metsähakkeelle Tehokkaasti kuljetettava ja helposti varastoitava polttoaine kivihiililaitoksille Ei edellytä suuria laitosinvestointeja Haasteena korkeat valmistuskustannukset On todennäköistä, ettei kaupallisen mittakaavan teknologiaa ole saatavilla 2013 mennessä (ECN, Econcern ja Chemfon 70 000 t/a laitos piti valmistua jo v. 2009)
12 VTT luo teknologiasta liiketoimintaa