Biokaasu sisältää tavallisesti Biokaasuntuotannon perusteita Ville Kuittinen Metaania (CH 4 ) 40 70 % Hiilidioksidia (CO 2 ) 30 60 % Epäpuhtauksina mm. rikkivetyä Biokaasua muodostuu Erilaisten mikrobien hajottaessa eloperäistä eli orgaanista ainesta hapettomissa olosuhteissa Jatkuvasti kosteikoissa, vesistöjen pohjakerroksissa, eläinten suolistossa ja kaatopaikoilla Rakennetuissa biokaasureaktoreissa Miksi biokaasua tuotetaan? Uusiutuva energialähde ja biopolttoaine Anaerobisen käsittelyn avulla lannan ja muiden biojätteiden hajuhaitat vähenevät kasvihuonekaasupäästöt vähenevät hygieenisyys paranee Mm. maatiloilla huomattavan suuret tuotanto mahdollisuudet Ville Kuittinen 29.3.2011 1
Kaasun tuottaminen maatilalla Biokaasutuksen tavoitteet maatilalla lisätulojen hankinta menojen vähentäminen lietteiden käsittelyn helpottaminen Energiapitoiset biomassat (esim. sivutuotteet) raaka aineena + suuret lisätulomahdollisuudet + paljon kaasua energiaa lisätuloja + jätteet hyötykäyttöön tarkat määräykset kalliit investoinnit (mm. hygienisointi) rajoitettu lietteiden levitysmahdollisuus Biokaasureaktorit Yksinkertainen biokaasureaktori Ilmatiivis astia putkiyhteet syötteelle poistettavalle massalle tuotetulle biokaasulle lämmitysjärjestelmä Kaasuvarasto Ville Kuittinen 29.3.2011 2
Reaktorityyppejä: Panosreaktorit (batch) Läpivirtausreaktorit (esim. UASB) Jatkuvasekoitteiset reaktorit Toimintalämpötila on yleensä joko mesofiilinen (n. +37 C) tai termofiilinen (n. +55 C) Kiinteä tai märkäprosessi Märkäprosessi eli lietemädätys Kuiva ainepitoisuus alle 15% Kiinteäprosessi eli kuivamädätys Kuiva ainepitoisuus 15 50% Jatkuvasekoitteinen lietereaktori Reaktorin sekoitustapoja Yleisin tyyppi Syötetään useita kertoja päivässä Kaasun tuotantoa tehostetaan sekoituksella Kuva: Markus Latvala Ville Kuittinen 29.3.2011 3
Biokaasua n. 150 m³ vuorokaudessa 150 m³ biokaasua vuorokaudessa? Tilavuus n. 150 m³ Syötetään 7,5 m³ vuorokaudessa Vuorokaudessa energiaa n. 970 kwh Voit ajaa henkilöautolla päivittäin 1 500 km Eli noin 27 henkilöauton kulutus Vuodessa energiaa n. 354 MWh Lämmittää 20 kpl omakotitaloja (120 m²) Poistetaan 7,5 m³ vuorokaudessa Kiinteä mädätys Syöteseos kuiva ainepitoisuudeltaan 15 50 %, Ei voi enää pumpata tai sekoittaa normaaleilla märkäprosessiin soveltuvilla laitteistoilla. Massan käsittely Hydraulisesti Ruuveilla kuormaajalla Kaasuntuotanto tarvittavaan reaktoritilavuuteen on märkäprosessia korkeampi. Kiinteä mädätys Viipymäajat ovat normaalisti pidempiä kuin märkäprosessia Jaettavissa: Jatkuvatoimisiin Panostoimisiin laitoksiin Kierrätetään usein rejektivettä takaisin reaktoriin. Ville Kuittinen 29.3.2011 4
Jatkuvatoiminen kiinteä mädätys Panosreaktori, yksivaiheinen Panosreaktori, hybridi Panosreaktori, hybridi UASB Ville Kuittinen 29.3.2011 5
Ville Kuittinen 29.3.2011 6
Reaktorin syöte voi olla: Lietettä tai Kiinteää Ville Kuittinen 29.3.2011 7
Biokaasun tuotannon raaka aineet Biokaasun tuotannon raaka ainelähteet Voidaan käyttää lähes kaikentyyppistä orgaanista materiaalia Anaerobisen käsittelyn kannalta toivottavia jätteen ominaisuuksia runsas energiasisältö helppo hajotettavuus yksinkertainen käsiteltävyys Perusraaka aineet Lisäraaka aineet Lanta (liete tai kuiva) ja jätevedenpuhdistamoiden lietteet Ovat helposti hajotettavia Prosessi toimintavarma Eivät tuota paljonkaan kaasua Elintarviketeollisuuden sivutuotteet, biojätteet ja kasvit Tuottavat yleensä hyvin kaasua Käsittelystä porttimaksua Usein vaatimuksia esikäsittelyssä Mahdollisesti rajoitteita jatkokäytössä Sivutuoteasetus Lannoitevalmistelaki Ville Kuittinen 29.3.2011 8
Raaka aineiden metaanipotentiaaleja Biokaasulaitoksen toimintakaavio CH 4 (m 3 /1000kg) CHP Sähköä Lämpöä Rasvat (teor.) 1014 Proteiinit 504 Hiilihydraatit 415 Teurastamojäte 150 200 Yhd.kunt. biojäte 100 150 Peltobiomassat 40 100 Yhd.kunt. puhd.liete 25 30 Sian lanta 20 30 Lehmän lanta 15 20 Lisäraaka-aine Lanta Varasto Epäpuhtauksien poisto Murskaus Hygienisointi x Epäpuhtaudet Lannoitekäyttö Mädätetty liete Biokaasureaktori Biokaasuvarasto Biokaasu Lietelantasäiliö Esisekoitus Biokaasulaitoksen kannattavuus Laitoskoko? Biokaasulaitoksen kannattavuus Mikäli laitoksella käsitellään ainoastaan oman tilan raaka ainetta, maitotilalle minimikooksi saadaan noin 140 nautayksikköä, mikä vastaa tyypillisesti noin 100 lypsävän tilaa. Lihasikalalle vastaava minimikoko on noin 1000 lihasian tila broilerikanalalle noin 60 000 broilerin tila. Biokaasun maatilatuotannon kannattavuusselvitys, Hagström ym. 2005 Ville Kuittinen 29.3.2011 9
Energiaa 100 lypsylehmän tila (noin 140 nautayksikköä) tuottaa lantaa n. 3 300 m³ vuodessa. Biokaasua tästä saadaan vuodessa 67 200 m³, josta metaania 40 320 m³ vuodessa Energiaa n. 400 MWh vuodessa Ulkopuolista raaka ainetta tai oman tilan kasviperäistä biomassaa? Investoinnit Biokaasun maatilatuotannon tärkein kustannus on investoinnit laitteisiin. Liiketoiminnan vähäistä ja ratkaisujen ollessa yksittäistapauksia kokonaisinvestoinneille ei ole muodostunut vakiintunutta hintatasoa vaikeuttaa yleispätevien kannattavuusarvioiden tekemistä. käytännössä kukin tapaus on syytä arvioida erikseen perustuen todellisiin tarjouksiin. Tarjousten vertailu: ns. avaimet käteen tarjousten sisältö, laajuus ja ehdot? Investoinnit Biokaasulaitos 250 000 350 000 Kaasunpuhdistus 160 000 Kaasun jakelu ja paineistus 150 000 Yhteensä 560 000 660 000 (Hagström ym. 2006 & Kalmari 2006) Investoinnit Maatilakohtaisen ratkaisun investointi ja käyttökustannuksiin vaikuttaa merkittävästi, kuinka suuri osa rakennus, asennus ja käyttötoiminnoista tehdään itse. Omalla työllä voidaan alentaa merkittävästi kustannuksia ja näin parantaa laitoksen kannattavuutta. Useat lasketuista esimerkeistä osoittivat, että 20 % investointiavustuksella ja 4 % korkokannalla voidaan useinkin saavuttaa riittävä kannattavuus, kunhan tilakoko on riittävän suuri ja paikalliselle energiantuotannolle on käyttöä. Ville Kuittinen 29.3.2011 10
Sähkön tuotanto Sähkön tuotanto omaan käyttöön muodostaa kannattavuuden selkärangan, Korvataan ostettavaa sähköä vältetään siirtomaksuilta Sähkön myynnistä tilakohtaisissa ratkaisuissa tulot suhteellisen pieniä verkkoon liittymisestä aiheutuvat kustannukset sekä siirtomaksut. Yksinkertaisinta jos sähkön ja lämmön tuotanto vastaisi karkeasti tilan omaa sähkön ja lämmön kulutusta. Liikennepolttoaineeksi? Biokaasun jalostaminen liikennepolttoaineeksi kiinnostava vaihtoehto tiloilla: joissa biokaasun tuotanto ylittää selvästi oman tarpeen usean tilan yhteislaitoksissa, joissa ei ole paikallista sähkön ja lämmön tarvetta. Liikennepolttoaineeksi jalostamisen suurimpana esteenä on tällä hetkellä biokaasupolttoaineen kysynnän puute. Käyttöä lämmölle Mikäli biokaasulla korvataan lämmitysöljyä, ovat edellytykset kannattavalle toiminnalle kohtuullisen hyvät. Parhaiten tämän tyyppinen ratkaisu soveltuu emakko ja yhdistelmäsikatiloille Lihasikaloille, jotka kuluttavat paljon lämpöä. Maito ja lihakarjatiloilla rajoittavana tekijänä on vähäinen lämmön tarve, mikäli tiloilla ei ole suurta määrää nuorta karjaa. Periaatteessa tällainen ratkaisu soveltuu hyvin myös broilerikanalaan, jos käytössä on useampi halli, joiden kasvatusjaksot on vaiheistettu niin, että sähkön ja lämmön tarve tasoittuu. Tällaisista ratkaisuista ei ole vielä kuitenkaan käytännön kokemusta Suomessa; suunnitelmia kylläkin. Ville Kuittinen 29.3.2011 11