Sinustako biokaasuyrittäjä? Uurainen 20.9.2016 Biokaasun tuotanto Saija Rasi Erika Winquist Ville Pyykkönen Luonnonvarakeskus Kuva: Valtra
Biokaasu Biokaasu muodostuu orgaanisen aineen hajotessa Jäteveden puhdistamoiden mädättämöt Kaatopaikat Keskitetyt tai maatilakohtaiset biokaasulaitokset Perustana hapeton eli anaerobinen mikrobiologinen toiminta Lopputuotteena runsaasti metaania sisältävä biokaasu
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
Eri materiaalien metaanintuottopotentiaali Materiaali Metaanintuotto m 3 CH 4 / tonni orgaanista ainetta Metaanintuotto m 3 CH 4 / tonni märkäpaino Teurasjäte 570 150 Biojäte 500-600 100-150 Kasvibiomassa 300-450 30-150 Jätevedenpuhdistamon liete 200-400 5-15 Lehmänlanta 100-250 7-14 Sianlanta 300-400 17-22
Esimerkki Kuva: Saija Rasi Kuva: Jari Lindeman 1 ha timotei nurmea 36 000 50 000 km
Biokaasuprosessit (1) Mesofiilinen prosessi 35 38 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, 1.3.2016 30.4.2018
Biokaasuprosessit (2) Märkäprosessi 10 13 % kuiva-aine pitoisuus pumpattavaa ja helposti sekoitettavaa Jatkuvasekoitteinen reaktori; mekaaninen, kaasu- tai lietesekoitus Kuivaprosessi (=korkean kiintoaineen prosessi) 20 40 % kuiva-ainepitoisuus Voi olla jatkuvatoimisia (tulppavirtaus) tai toimia panosperiaatteella Vakaa toiminta edellyttää usein materiaalin kierrättämistä reaktoriin tasaisen mikrobikannan ylläpitämiseksi Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018
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 60-70 30-40 <1 10-2000 Jätevedenpuhdistamo 55-65 35-45 <1 10-40 Kaatopaikka 45-55 30-40 5-15 50-300
Biokaasun hyödyntäminen BIOKAASU Kosteuden ja rikkivedyn poisto Kosteuden, rikkivedyn ja hiilidioksidin poisto Reformointi Boileri CHP Polttokenno Lämpöä Sähköä Lämpöä Sähköä Lämpöä Kompressointi Liikennepolttoaine (biometaani)
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
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
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
Jäännöksen käyttöä voi rajoittaa maan fosforipitoisuus Nurmisadon mukana voi poistua enemmän fosforia, kuin mitä sitä saa pellolle palauttaa Fosforin viljavuusluokan ollessa hyvä tai korkea Jos lannoitus perustuu pelkästään käsittelyjäännökseen, voi ympäristötuen tai nitraattiasetuksen kokonaistyppiraja tulla vastaan
Biokaasulaitosten kannattavuus Käytettävissä olevat syötteet Biokaasun energiasisällön hyödyntäminen Käsittelyjäännöksen hyödyntäminen lannoitteena Investointituki Miten kaikki vaikuttaa kaikkeen: kokonaiskuvan hahmottaminen Biokaasulaskurilla Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018
Käytettävissä olevat syötteet Saatavuus Omalla tilalla käytettävissä olevat syötteet Tilojen välinen yhteistyö (kuljetusmatkat) Porttimaksut (mahdollisuus lisätuloihin) Kuiva-ainepitoisuus Syötteiden kuiva-ainepitoisuus määrittelee laitostekniikan Märkäprosessi: vakiintunut tekniikka, useita laitostoimittajia Korkean kiintoaineen prosessi: yleistymässä, joitakin laitostoimittajia Energiasisältö Helposti hajoavan orgaanisen aineksen määrä metaanintuottopotentiaali Myös biokaasun tuotanto kuluttaa energiaa, esim. reaktorin lämmitys ja sekoitus, prosessin kokonaishyötysuhde jää matalaksi, jos syötteen energiasisältö on matala Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018
Biokaasun energiasisällön hyödyntäminen Lämmön ja sähkön tuotto biokaasusta (CHP) Maatilan oma energiankäyttö: pystytäänkö kaikki syntyvä lämpö hyödyntämään? Vaihtoehtoisen energian hinta (ostosähkö, hake/öljylämmitys) Biokaasun jalostus liikennepolttoaineeksi Liikennepolttoaineena biokaasusta saa parhaan hinnan, mutta puhdistuslaitteisto on kallis ja vaatii riittävän tuotantomäärän Myynti valtakunnalliseen maakaasuverkkoon (Gasum) Oma tankkausasema (lähiseudulla riittävästi kaasuautoja) Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018
SÄHKÖ LÄMPÖ 1000 1000 800 800 kwh / vrk 600 400 kwh / vrk 600 400 200 200 0 0 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 17 Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018
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
Investointituki Maatalouden investointituki maatilan biokaasulaitos tuki max 40 % (29.2.2016), pienin tuettava investointi 20 000 ja tuki 7 000 Tukea voidaan myöntää maatilan energiantuotannossa tarvittavaan rakentamisinvestointiin siltä osin kuin energia käytetään maatalouden tuotantotoiminnassa ei energian myyntiä! Maaseudun yritystuki pienyritykset tuki max 30 %, pienin tuettava investointi 10 000 ja tuki 3 000 Yritysmuotoisten biokaasulaitosten saatava pääosa tuloistaan energian myynnistä ja lisäjakeiden käsittelyn porttimaksuista ei energian omakäyttöä! Työ- ja elinkeinoministeriön energiatuki yritykset, kunnat (ei maatilan yhteyteen) tuki 20 30 % biokaasun tuotanto < 100 kva (syöttötariffin rajan alle jäävät hankkeet) investointi edistää uusiutuvan energian tuotantoa tai käyttöä Investointitukimahdollisuudet selvitettävä aina tapauskohtaisesti, apua paikalliselta ELY-keskukselta! Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018
Biokaasulaitosten kannattavuus www.biokaasulaskuri.fi Biokaasulaitoksen kannattavuus on aina tapauskohtaista Oman laitoksen kannattavuusedellytyksiä voi arvioida Biokaasulaskurilla Seuraavassa työpajassa laskuria esitellään esimerkkien avulla Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018
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
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 18 500 pientalon lämmitystä tai 22 500 henkilöauton liikennepolttoaineen kulutusta Yhdyskuntien ja teollisuuden orgaanisten jätteiden sisältämä fosfori vastaa 26 % Keski-Suomessa vuonna 2007 käytetystä fosforilannoitteesta Lähde: Vänttinen 2009, Ahonen 2009
Biokaasupotentiaali: Uurainen Biomassaa: noin 4 600 tts/v Energiapotentiaali: noin 11-14 GWh Lähde: Vänttinen 2009, Ahonen 2009 80 % kasvibiomassaa (oljet, energiakasvit) 18 % lantaa Nurmen määrän arviointi, ns. tekninen potentiaali: 40 % ruoan tai rehun tuotantoon käyttämättömistä pelloista (kesanto, HVP) voidaan käyttää energiakasvien viljelyyn 40 % rehunurmen 2. sadosta voidaan käyttää biokaasun tuotantoon Luonnonhoitopeltoja v 2015 301 ha timotei-apilanurmi metaanipotentiaali 8-12 GWh Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018
Luke Maaninka Nettosähkö ja -lämpö yht. 400 MWh Navetta 120 lehmää Tekninen tila CHP-yksikkö (20 kw el + 43 kw th ) Lämpökattila (85 kw) Biokaasu 700 MWh Esisäiliö 100 m 3 Lietelanta 3500 t Kuivamassan syöttölaite Rehu 300 t KV 250 m 3 Reaktori 260 m 3, 37 ºC KV 250 m 3 JKA 260 m 3, 30 ºC Lietevarastot Kuivajae Lietelanta toiselta maatilalta Apevaunu Siilo/Paalit/ muu Pellot Jäännös Kuivajae Nestejae Separaattori Separaattori Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018
Juvan Bioson Oy Karjatilat Kanatilat Pellot Tekninen tila CHP-yksikkö Lämpökattila Nettosähkö 1400 MWh Nettolämpö 2000 MWh Turakkalan puutarha Oy Säiliöauto Max 30 km/suunta Biokaasu Esisäiliö Lietelanta + kananlanta 14600 t Porttimaksulliset jätteet 1000 t Vihannesjäte Reaktori 1700 m 3 JKA 2000 m 3 Hygienisointiyksikkö Rasvakaivoliete Leipomojäte Jäännös Lietevarasto Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018
Rasvaliete Puhdistamoliete Roskakala Biokymppi Oy (Kitee) Biojäte Lanta Kasvimassa Kiteen lämpö CHP Kattila Biokaasuputki 1,5 km Kaatopaikkakaasu Tekninen tila CHP Kattila Vihreä sähkö Lämpö Kaukolämpöverkko Kaasupumppaamo Kaasu yht. 10 GWh Valtakunnan sähköverkko Kaatopaikka Syötteet 19 300 t Reaktori 1 (Luomu) 3000 m 3 Reaktori 2 1000 m 3 Vastaanottosäiliöt Hygienisointi Separaattori Varasto Varasto Varasto Varasto Nestelannoite Kuivalannoite Nestelannoite Kuivalannoite Luomupellot Pellot Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018
Biokaasulaitosten lukuja Laitos Kapasiteetti Syötteet Tunnuslukuja Kaasua Nettoenergia Luke Maaninka n. 4000 t Naudan lietelanta 3500 t + rehu 300 t Juvan Bioson Oy 20 000 t Lannat 14 600 t + porttimaksulliset jätteet 1000 t Biokymppi (Kitee) 19 000 t 35 000 t Investointi 350 000 Investointi 1,5 M 19 300 t Investointi 7 M Liikevaihto 1,5 M 700 MWh 400 MWh el+th 10 GWh 1400 MWh el + 2000 MWh th
Biokaasulaitosten ongelmia ja ratkaisuja Ongelma Korkea investointikustannus Korkeat käyttö-/korjauskustannukset (kustannusten hallinta) Ratkaisu? Oma työ ja olemassa olevien rakenteiden hyödyntäminen (maatilat) Takuu? Huoltosopimus? Automatisointi? Laitteiden/osien kestävyys? Tarjouspyynnön tarkkuus? CHP-yksikön korkeat käyttö-/korjauskustannukset Rikkivedyn poisto biokaasusta (esim. ilmasyöttö + aktiivihiili) Reaktorin sekoittimien suuri sähkönkulutus Sekoituksen tauotus, kaasusekoitusjärjestelmä Lisäsyötteen korkea tuotanto-/kuljetuskustannus Energian tuotanto vs. kysyntä Käsittelyjäännöksen ravinnepitoisuudet Ylijäämä-/hävikkirehun käyttö? Ilmainen kasvimassa? Porttimaksu? Lietteen separointi? Laitoksen syötön optimointi (kokeet/mallinnus) Separointi Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018
Kiitos! Saija Rasi Erika Winquist Ville Pyykkönen etunimi.sukunimi@luke.fi Kuva: Ville Pyykkönen