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 26.1.2009 rehua www.biokaasuyhdistys.net mädätetty biomassa lannoitukseen Antti Leinonen p. 040 554 2579 antti.leinonen@bioste.fi www.bioste.fi Me olemme Bioste Oy on asiantuntijaverkostoon perustuva innovatiivinen yritys, joka hyödyntää laajaa kumppanuutta alan toimijoiden kanssa. Yritys on perustettu vuonna 2005. 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 26.1.2009 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? 26.1.2009 3 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 650-750 C ja sen liekki palaa sinisenä Biokaasusta n. 55-70% 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 26.1.2009 4
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 26.1.2009 5 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 26.1.2009 6
Energiapotentiaali 1 lypsylehmä tai 15 lihasikaa tuottaa noin 1 600 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 26.1.2009 7 Metaanipotentiaaleja m3 CH4/t VS Teurastamojäte Biojäte Ylin Alin Energiakasvit Lanta Olki 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Lähteet: Yhdistelmä useista lähteistä 26.1.2009 8
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). 26.1.2009 9 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 25-50 % Mädätteen kuiva-ainepitoisuus 15-25 % Viipymä 20 30 vrk, syöte ei sekoitu rejektiin Jälkimädätys molempiin 26.1.2009 10
Kiinteä mädätys, jatkuva Fermenter in Roppen A, 10 000 t/a yksi putki n. 20 000 t/vuosi 26.1.2009 11 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 26.1.2009 12
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 26.1.2009 13 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 26.1.2009 14
Hyödyntäminen sähkönä ja lämpönä Sähköntuotanto aggregaatilla (moottorilla) tai (mikro)turbiinilla Sähköntuotannon hyötysuhde pienissä laitoksissa 28-35 % Lämmöntuotannon hyötysuhde 50-55 % 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 26.1.2009 15 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 2 500-4 000 000 Ongelmana jakeluinfrastruktuurin ja metaaniautojen puute, oikeasti vain tahdosta kiinni. Suomessa parikymmentä bi-fuel autoa 1 tankkausasema + 8 maakaasuasemaa 26.1.2009 16
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 26.1.2009 17 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 26.1.2009 18
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 26.1.2009 19 Viranomaisohjaus ja Luvat Ympäristövaikutusten arviointimenettely (YVA), Laki ympäristövaikutusten arviointimenettelystä 10.6.1994/468 Arviointimenettely 4. Asetus ympäristövaikutusten arviointimenettelystä 5.3.1999/268, 2 luku Arviointimenettelyn soveltaminen, 6, 11) jätehuolto: b) muiden jätteiden kuin ongelmajätteiden... biologiset käsittelylaitokset, jotka on mitoitettu vähintään 20 000 tonnin vuotuiselle jätemäärälle (vähintään 1 vuosi) Ympäristölupa (noin 8 kuukautta) Ympäristönsuojelulaki 4.2.2000/86 28 aiheuttaa ympäristön pilaantumisen vaaraa ja 4) jätteen laitos- tai ammattimaiseen hyödyntämiseen tai käsittelyyn Rakennuslupa Laitoshyväksyntä (Elintarviketurvallisuusvirasto, Evira) Lannoitevalmistelaki 29.6.2006/539, mädätteen käsittely erotetaan kompostoinnista toteutuu asetuksessa. valmistetaan lannoitevalmisteita - laatuvaatimukset sivutuoteasetus, eläinperäiset (desinfiointi, hygienisointi) Kaasua koskevat määräykset (TUKES) 26.1.2009 20
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 http://eur-lex.europa.eu/lexuriserv/lexuriserv.do?uri=celex:32002r1774:fi:not 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. 26.1.2009 21 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. 26.1.2009 22
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 26.1.2009 23 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 $ 26.1.2009 24
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 14 25 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. 26.1.2009 25 Bioenergia, Jätevesi, Jäte, Biojäte ja Ruoka Vesi Jätevesi Ruoka Jäte (Bio) Energia 26.1.2009 26