Harri Heiskanen 24.11.2011
Haapajärven ammattiopisto koostuu liiketalouden ja maa- ja metsätalousosastoista Opiskelijoita 319 + noin 30 aikuisopiskelijaa Koulutetaan mm. maaseutuyrittäjiä ja metsurimetsäpalvelujen tuottajia
Biokaasulaitos opetusmaatilan yhteydessä Valmistui marraskuussa 2007 Pääasiallinen raaka-aine on lehmän lietelanta Biokaasusta tuotetaan tällä hetkellä lämpöä Jatkossa biokaasu jalostetaan ja paineistetaan liikennepolttoaineeksi (biometaaniksi) Tutkimus- ja oppimisympäristö UE-tutkimusjohtaja hanke 2008-2012 (EAKR, P-P liitto) Pääasiassa biokaasutukseen keskittyvä T&K hanke
Perustiedot Hanke käynnistynyt 1/2009, päättyy 4/2012 Toiminta-alue Oulun Eteläinen Budjetti noin 390 000 (EAKR) Tavoite: Kehittää alueen bioenergiaosaamista sekä parantaa alueellisten toimijoiden liiketoimintaedellytyksiä
Hankkeen yhtenä osana toteutetaan biokaasureaktorilla laaja tutkimusohjelma Tutkitaan lisäsyötteiden vaikutusta reaktorin biokaasuntuottoon Tutkitaan rikkivedyn erottumista biokaasusta prosessin eri vaiheissa
Tuotanto-olosuhteet: 4,4-6,1 m 3 lietelantaa/vrk Lisäsyötteet: Glyseroli (25 L/vrk) Olki (½ paalia/vrk) Säilörehu (½ paalia/vrk) Biokaasureaktorin lämpötila ~39 C Biokaasua ~4-5 m 3 /h Metaanipitoisuus ~61 til-%
Lietelanta Lietelanta + glyseroli Syöttö Rejekti Syöttö Rejekti Lietteen syöttömäärä, m 3 /vrk 5,5 6,1 Ominaispaino, g/l 1061 1133 1050 1038 Liukoinen COD Cr, mg/l 16333 6967 25167 11000 Kokonaistyppi, mg/l 1967 1900 3767 3667 Liukoinen ammoniumtyppi, mg/l 1267 1500 2233 2400 Hehkutushäviö, % 82,4 75,2 84,6 79,1 Kuiva-aine (TS), % 6,9 4,7 8,3 5,9 Org. aines (VS), % 5,7 3,5 7,0 4,7 Reaktorin kuormitus, kg TS/(vrk m 3 ) 3,4 4,4 (+ glyseroli) Reaktorin kuormitus, kg VS/(vrk m 3 ) 2,8 3,7 (+ glyseroli) TS(muutos), % -33-29 VS(muutos), % -39-33 COD(muutos), % -57-56 VA/TA 0,12 0,01 Liuk-NH 4 /kok-n, g/g 0,66 0,79 0,59 0,65 Kok-N/kuiva-aine, g/g 0,027 0,036 0,043 0,061 Liuk-NH 4 /kuiva-aine, g/g 0,017 0,028 0,026 0,040 COD/kuiva-aine, g/g 0,22 0,13 0,29 0,18 COD/org. aines, g/g 0,27 0,18 0,35 0,23 COD = kemiallinen hapenkulutus VA/TA = haihtuvien happojen alkaliteetin ja kokonaisalkaliteetin suhde HUOM! Taulukossa ei ole huomioitu glyserolia. Liete + glyseroli (viipymäaika ~20 vrk): 260 L biokaasua/kg syötetty orgaaninen aines 160 L metaania/kg syötetty orgaaninen aines (glyserolia ei ole huomioitu) Liete (viipymäaika ~22 vrk): 240 L biokaasua/kg syötetty orgaaninen aines 150 L metaania/kg syötetty orgaaninen aines
Lehmän lietelanta Lehmän lietelanta + glyserolijae Glyserolijae lisää nopeasti biokaasun tuottoa
Biokaasun koostumus Pelkästä lietelannasta tuotetun biokaasun metaanipitoisuus 61+2 til-% Liete + glyseroli: metaanipitoisuus 63+2 til-% Toisen koejakson lopussa biokaasureaktorissa tuotetun biokaasun metaanipitoisuus oli 65,4+0,5 til-% (viisi mittausta) Liete + olki: metaanipitoisuus 59+1 til-% Glyseroli lisäsi siis biokaasuntuottoa ja tuotetun biokaasun metaanipitoisuutta
Biokaasulaitoksen energiankulutus Biokaasulaitoksen keskimääräinen lämmönkulutus 217 kwh/vrk (1.11.2010-1.11.2011) Ensimmäinen koejakso (marras-tammikuu): ~54 kwh/lietelanta m 3 Toinen koejakso (helmi-toukokuu): ~ 41 kwh/lietelanta m 3 Kolmas koejakso (touko-elokuu): ~31 kwh/lietelanta m 3 1 t lietelantaa 11 C 39 C vaatii ~30 kwh (ei ole huomioitu häviöitä) Lietelannasta saadaan noin 12 m 3 CH 4 /t lietelanta (~120 kwh) väh. 25% tuotetun metaanin energiasisällöstä kuluu biokaasulaitoksen lämmittämiseen (ei lämmön talteenottoa); lisäsyötteiden avulla kannattavuus paranee Biokaasulaitoksen sähkönkulutus oli kahdella ensimmäisellä koejaksolla noin 16 kwh/m 3 (90 kwh/vrk) Olkea syötettäessä (= kolmas koejakso) sähkönkulutus ~20 kwh/lietelanta m 3
Biokaasulaitoksen lämmönkulutus alhaisemmaksi: Lietteen syöttösäiliön eristäminen Ilman poisto lämmitysjärjestelmästä Polttimen toiminnan varmentaminen (poltinhäiriö lietettä joudutaan uudelleen lämmittämään) Lämmön talteenotto (tulevaa lietettä lämmitetään prosessista poistuvalla lämpimällä lietteellä)
Rikkivedyn poisto Tuotetussa biokaasussa on runsaasti rikkivetyä (> 0,3 til-%) Rikkivety on myrkyllinen (= turvallisuusriski) ja syövyttävä (lyhentää laitteiden käyttöikää) kaasu. Biokaasureaktorissa on Thiobacillus -bakteereita, jotka hapettavat rikkivedyn rikiksi ja sulfaatiksi Tarvitsevat toimiakseen hieman happea Syöttämällä biokaasureaktoriin ilmaa (noin 2-6 til-% biokaasusta) on mahdollista vähentää tuotetun biokaasun rikkivetypitoisuutta Metaani on räjähdysherkkä 5-15 til-% pitoisuuksina ilmakehässä Ilmasyötön avulla rikkivetypitoisuus tippui ~3000 ppm:stä alle 10 ppm:ään
Poltettavan biokaasun rikkivetypitoisuus ajan funktiona; ilman syöttö (2,8 m 3 /vrk) aloitettu 0 vrk. Biokaasureaktorissa tuotetun biokaasun rikkivetypitoisuus on yli 3000 ppm.
Projektin lähtötilanne/ue-tutkimusjohtaja hankkeen alustavia tuloksia Tuotettu biokaasu on järkevintä jalostaa liikennepolttoaineeksi korvaamaan fossiilisia polttoaineita Biokaasulaitoksen tarvitsema lämpö ja sähkö olisi mahdollista tuottaa metsähakkeesta puukaasuvoimalalla Pohjois-Pohjanmaan maakuntaohjelma ja energiastrategia: Hajautettua energian tuotantoa (mm. bio&puukaasu) lisättävä
Lietelanta Energiakasvit (esim. säilörehu) Metsähake BIOKAASU- REAKTORI PUUKAASU- VOIMALA Biokaasun puhdistus & paineistus LIIKENNEPOLTTOAINE (biometaani) LÄMPÖ & SÄHKÖ
Investointi- ja kehittämisprojekti (EAKR, P-P liitto) Hakijana Kalajokilaakson koulutuskuntayhtymä Projekti valmisteltiin Haapajärven ammattiopiston, Hasa Oy:n ja Haapajärven lämmön Oy toimesta Projektissa mukana: K-P AMK:n tutkimus- ja kehittämisyksikkö Centria, Oulun Eteläisen instituutti, NIHAK ja Haapajärven kaupunki
Projektin tavoitteet ja toimenpiteet Rakennetaan puukaasuvoimala Haapajärven ammattiopiston yhteyteen Selvitetään puukaasuvoimalan ja biokaasulaitoksen yhdistelmän edut ja haitat (+ kannattavuus) Selvitetään puukaasuvoimalan kannattavuus pienimuotoisessa hajautetussa energian tuotannossa Testataan puukaasuvoimalan raakaainevaihtoehtoja Esim. metsähake, sahojen kuori-/jyrsinjäte, energiapaju, hevosen lanta
Tutkimus- ja investointihanke puukaasuvoimalaan liittyen (2011-2013) Biokaasuautoinvestointi Haetaan rahoitusta uudelle biokaasuun liittyvälle tutkimushankkeelle Biokaasun puhdistus ja paineistus Prosessiolosuhteet Lämpötila, sekoitus, kuiva-ainepitoisuuden kasvattaminen Kuivamädätys BioE Bio- ja puukaasuteknologiaan keskittyvä tutkimusyksikkö/-ympäristö