MATKARAPORTTI OPINTOMATKA ITÄ-SUOMEN BIOKAASULAITOKSIIN 16.-18.3.2011 1 BioG Biokaasun tuotannon liiketoimintamallien kehittäminen Pohjois- Pohjanmaalla Oulun seudun ammattikorkeakoulu Luonnonvara-alan yksikkö
MATKARAPORTTI OPINTOMATKA ITÄ-SUOMEN BIOKAASULAITOKSIIN 16.-18.3.2011 Sisällys 1. Matkan tarkoitus 2 2. Matkan järjestelyt.. 2 3. Matkaohjelma. 2 4. Tutustumiskohteet. 3 4.1. MTT Maaningan biokaasulaitos.. 3 4.2. Savonia AMK Kuopio... 6 4.3. Joensuun Seudun Jätehuolto 8 4.4. Biokymppi..... 10 4.5. MTT Sotkamon biokaasulaitos. 13 4.6. Markku Haatajan biokaasulaitos 15 5. Osallistujat.. 17 2 1. Matkan tarkoitus Matkan tarkoituksena oli tutustua itäsuomalaiseen biokaasun tuotantoon ja sen tutkimukseen. Matkan tavoitteena oli saada tietoa ajankohtaisesta biokaasun tuotannon tutkimuksesta ja eri kokoluokkien biokaasulaitosten toteutuksesta ja toiminnasta. Matkalta saatu tieto jaetaan mahdollisuuksien mukaan muillekin kuin matkalla mukana olleille. 2. Matkan järjestelyt Opintomatkan järjesti Oulun seudun ammattikorkeakoulun luonnonvara-alan yksikön BioG hanke. Matkalle osallistui 22 maaseutuyrittäjää, julkisten laitosten ja hankkeiden henkilöstöä. Kiitokset opintomatkalle osallistuneelle, aktiiviselle ryhmälle ja tutustumiskohteillemme sekä niiden esittelijöille. 3. Matkaohjelma 16.3. Lähtö Oulun linja-autoasemalta klo 7.00 Vierailukohde 1: MTT Maaninka n. klo 12. Osoite: Halolantie 31, 71750 Maaninka www.mtt.fi tai https://portal.mtt.fi/portal/page/portal/mtt/mtt/tutkimus/infrastruktuuri/maaningantutkimusalusta Vierailukohde 2: Savonia AMK Kuopio n. klo 15. Osoite: Microkatu 1, 70201 Kuopio www.savonia.fi Majoittuminen Joensuussa Sokos Hotelli Vaakunassa Osoite: Torikatu 20, 80100 Joensuu
17.3. Vierailukohde 3: Joensuun Seudun Jätehuolto klo 9. Osoite: Kontiosuontie 11, 80100 Joensuu www.joensuunseudunjatehuolto.fi Vierailukohde 4: Bio 10 Kitee klo 13. Osoite: Puhoksentie 15, 82500 Kitee www.bio10.fi 18.3. Vierailukohde 5: MTT Sotkamo n. klo 12. Osoite: Kipinäntie 16, 88600 Sotkamo www.mtt.fi 18.3. Vierailukohde 6: Markku Haataja Suomussalmi n. klo 16.30 Osoite: Juntulantie 14, 89800 Suomussalmi. 3 Paluu Ouluun n. klo 23 4. Tutustumiskohteet 4.1. MTT Maaninka Yhteyshenkilö: Ville Pyykkönen Kuva 1. MTT Maaningan biokaasulaitoksen reaktori edessä ja jälkikaasuallas takana. Kaasuvarastot ovat kummankin altaan päällä. Betonialtaiden koko on 300 m 3. Maaningan MTT:n uusi tutkimuspihatto ja biokaasulaitos valmistuivat 2009 keväällä. Pihatossa asuu 120 holstein-friisiläistä ja ayshireä. Niiden lanta käytetään biokaasureaktori Mansikin raakaaineena. Lantaa kertyy vuosittain 3500 m 3. Lisäsyötteenä käytetään 14 peltohehtaarin nurmi, josta peltobiomassaa kertyy n. 300 tonnia. Biokaasututkimus MTT Maaningan biokaasutuotannon tämänhetkinen tutkimus painottuu eri materiaalien biokaasun tuotantoon, biokaasun tuotannon kannattavuuteen, biokaasulaitoksen vaikutuksesta tilan ympäristötaseisiin ja käsittelyjäännöksen hyötyihin. MTT Maaningalla on tehty biokaasun tuotannon selvitystä lannalla, lannalla ja säilörehulla yhdessä, lannalla ja sipulijätteellä yhdessä ja nyt lannalla ja ruokohelvellä yhdessä.
Käsittelyjäännöksen tutkimuksissa on selvitetty jäännöksen separoinnin vaikutuksia ja käsittelyjäännöksen lannoitusvaikutusta nurmelle ja ohralle. MTT on julkaissut tutkimusten tulokset ja ne ovat saatavissa esim. MTT:n nettisivuilta www.mtt.fi. Biokaasulaitoksen tekniikka MTT Maaningan biokaasulaitoksessa navetan lanta johdetaan lietekuilusta 100 m 3 esisäiliöön. Esisäiliöstä lietettä syötetään päivittäin 300 m3 betoniseen biokaasureaktoriin. Reaktoriin syötetään myös mahdollinen muu syöte, esimerkiksi säilörehu, erillisen syöttöyksikön kautta. Biokaasureaktoria sekoittavat kaksi jatkuvatoimista lapasekoitinta, joiden sekoitusnopeutta voidaan säätää. Biokaasureaktori lämpiää vesikiertolämmityksellä. Suurin osa biokaasusta (85 %) muodostuu biokaasureaktorissa. Käsitelty massa virtaa ylivuotona 300 m 3 jälkikaasualtaaseen, jossa loput biokaasusta (15 %) muodostuu. Jälkikaasualtaassakin on yksi lapasekoitin, jälkikaasuallasta ei erikseen lämmitetä. Biokaasureaktorin ja jälkikaasualtaan päällä on kaasutiivis, kaksinkertainen kaasukupu. Ulkokerros suojaa säältä ja sisällä on kupu, johon muodostuva biokaasu kerääntyy. Kaasukuvuista kaasu johdetaan ensisijaisesti hyötykäyttöön, mutta varalla on myös soihtu, jos jostain syystä hyötykäyttö on mahdotonta. Metaania ei päästetä taivaalle sellaisenaan. Jälkikaasualtaasta käsittelyjäännös pumpataan varastoaltaisiin, josta se aikanaan ajetaan pelloille lannoitteeksi joko sellaisenaan tai separoituna neste- ja kiinteäjakeeksi. 4 Navetan lietekuilu Lantavarasto Esisäiliö 100 m 3 Biokaasu reaktori 300 m 3 Jälkikaasu -allas 300 m 3 Kaasuvarasto Kaasuvarasto Biokaasun hyötykäyttö Jäännöksen hyötykäyttö Peltobiomassan syöttöyksikkö Kuva 2. Aineen kulku Maaningan biokaasulaitoksella. Biokaasulaitoksen olosuhteet Biokaasureaktoriin syötetään päivittäin 10 m 3 lietettä ja tutkimussuunnitelmasta riippuen muuta syötettä, esim. säilörehua 800 kg. Lisäsyötteenä voi olla huonompilaatuisempikin rehu, mutta hyvälaatuisemmasta irtoaa enemmän biokaasua ja toisaalta rehun homeet voivat olla reaktorin mikrobeille haitallisia. Antibioottilääkittyjä eläimiä ei ole erotettu lääkinnän ajaksi, vaan niiden lanta on mennyt biokaasureaktorille aiheuttamatta ongelmia, tosin lanta viipyy jonkin aikaa lantakuilussa ja esisäiliössä ennen reaktoriin joutumistaan. Lämpötila reaktorissa on kokeissa ollut +37 º C, mutta sitä voidaan tarpeen mukaan säätää välillä +20 º C 55 º C. Viipymäaika kummassakin reaktorissa on sama, n. 30 vrk. Rikkidioksidi poistetaan biokaasusta johtamalla pieni ilmamäärä reaktorin kaasutilaan. Tämä on annosteltu siten, että jokaista 100 biokaasulitraa kohti ilmapumppu käy 20 sekuntia. Rikkidioksidin määrä vaihtelee syötemateriaalista riippuen, alhaisimmillaan se on ollut 900 ppm ja sipulin ollessa
lisäsyötteenä pitoisuus on ollut 2000 ppm. Kaasun rikkipitoisuus vaikuttaa mm. kaasua käyttävän moottorin öljynvaihtoväliin. Rikkipitoisempaa kaasua käytettäessä moottorin öljynvaihtoväli on lyhyempi. Biokaasulaitoksen energiantuotanto Reaktorissa syntyvä biokaasu jalostetaan lämpöenergiaksi 85 kw kattilassa ja sähkö- ja lämpöenergiaksi 60 kw:n CHP-laitteella, jossa sähköteho on 20 kw ja lämpöteho 40 kw. Tehtyjen kokeiden pohjalta laitoksen laskennallinen vuosituotto on 690 MWh, josta hukkalämpöä muodostuu 12 %, reaktorin lämmitysenergiaa kuluu 18 % ja laitoksen oma sähkönkulutus on 12 %. Nettoenergiaa laitos tuottaa 430 MWh, josta sähköä on 100 MWh ja lämpöä 330 MWh. 5 Kuva3. Lämpöä syntyy 85 kw kattilalla. Kuva 4. Maaningan MTT:n CHPmoottori. Käsittelyjäännöksen hyötykäyttö Reaktorin läpikäynyt käsittelyjäännös sisältää kaikki syötemateriaalin ravinteet. Käsittelyjäännös on raakalietteeseen verrattuna tasalaatuisempaa ja siinä oleva typpi on kasveille käyttökelpoisemmassa muodossa. MTT:n tutkimuksissa on todettu, että käsittelyjäännöksessä typen hyötysuhde paranee ja käsittelyjäännöksessä on 25 30 % enemmän typpeä ammoniumtyppenä, jota kasvit pystyvät käyttämään suoraan. Biokaasulaitoksen läpikäyneen käsittelyjäännöksen kuiva-ainepitoisuus pienenee noin puoleen. Laitoksen investoinnit ja toimitus Maaningan biokaasulaitoksen kustannukset olivat 350 000 + alv. Laitos toimitettiin avaimet käteen periaatteella ja toimittajana oli Metener Oy.
Paranneltavaa Maaningan MTT:llä on huomattu, että laitos voisi olla energiatehokkaampi, jos siinä olisi satsattu tarkemmin lämmön hyväksikäyttöön ja talteenottoon laitoksen materiaalivirroissa. Esimerkiksi tuleva liete voisi esilämmetä reaktorista poistuvan lietteen lämmöllä. Sekoitus reaktorissa on nykyisellään jatkuvatoiminen. Jaksotettu sekoitus olisi ehkä riittävä prosessin kannalta ja säästäisi energiaa. Savonia AMK:n siirrettävä biokaasun tuotannon pilottilaitteisto Maaningan tutkimusasemalle on sijoitettu Savonia AMK:n siirrettävissä oleva biokaasun tuotannon pilottilaitteisto, joka on tarkoitettu koulutus- ja tutkimuskäyttöön. Laitteisto on asennettu konttiin ja sen sydämenä on kaksi 3 m 3 :n reaktoria. Laitteistoon kuuluu lisäksi murskausyksikkö materiaalin esikäsittelyyn, syöttöjärjestelmä nesteille ja kiinteille materiaaleille, reaktorien sekoittajat, kaasuvarasto, kaasupoltin ja automatiikka, joka mahdollistaa myös etäkäytön. Tähän mennessä pilottilaitteistolla on tehty kokeita biojätteen ja puhdistamolietteen seoksella sekä naudanlietteen ja kalajätteen seoksella. Laitteiston kaksi reaktoria mahdollistavat sen, että yhtä aikaa voidaan selvittää esim. raaka-aineen biokaasun tuotto sekä mesofiilisellä n. 37 º C ja termofiilisellä n. 52 º C lämpötila-alueella. Laitteisto soveltuu niin jatkuvatoimiseen tuotantoon kuin panostuotantoonkin. Pilottilaitteiston investointikustannukset olivat 150 000 ja laitteiston toimittaja oli Metener Oy. 6 4.2. Savonia AMK Kuopio Yhteyshenkilö: Eero Antikainen Savonia AMK:lla on Maaningan pilottilaitteiston lisäksi Kuopiossa tapahtuvaa biokaasun tuotannon tutkimusta. Tutkittavan materiaalin biokaasun tuottoa selvitetään Savonialla pullokokeilla, jatkuvatoimisella testilaitteistolla ja lopuksi tarvittaessa pilottilaitteistolla Maaningalla. Pullokokeissa muutaman litran pulloihin ladataan tutkittava näyte kerrallaan panoksena ja sopiva ymppi eli biokaasua muodostavien mikrobien kantamassa. Pullo suljetaan tiiviisti ja laitetaan olosuhteiltaan säädettävään kaappiin. Pulloissa syntyvä kaasu kerätään erilliseen kaasunkeräyspussiin ja siitä määritetään määrä ja kaasun koostumus. Jatkuvatoimisissa kokeissa Savonialla on n. 10 litran kokoiset minireaktorit, joihin tutkittavaa materiaalia voidaan syöttää päivittäin. Kun reaktori on täynnä, uusi materiaali syrjäyttää reaktorissa olevaa massaa ja siitä osa poistuu reaktorista ylivuotona. Jatkuvatoimistenkin reaktoreiden kaasu kerätään kaasunkeräyspusseihin ja kaasun määrä ja koostumus määritetään. Savonia AMK tekee paitsi biokaasun tuotannon tutkimusta ja hanketyötä, myös biokaasun tuotantopotentiaalin määrityksiä palveluna esimerkiksi yrityksille. 4.3. Joensuun Seudun Jätehuolto Yhteyshenkilö: Tapani Karhu Yleistä Joensuun Seudun Jätehuolto Oy on viiden kunnan yhteinen jätteidenkäsittelylaitos, joka käsittelee n. 110 000 asukkaan elämisen jätteet. Joensuun Seudun Jätehuollossa mukana olevat kunnat ovat: Joensuu, Ilomantsi, Kontiolahti, Liperi ja Polvijärvi. Yhtiö toimii omakustannusperiaatteella. Yhtiön liikevaihto on 5,23 miljoonaa euroa vuodessa, josta jäteveroa maksetaan 1,46 miljoonaa euroa. Jäteveron suuruus on tällä hetkellä 40 /t ja vuodesta 2013 lähtien 50/t. Joensuun Seudun Jätehuolto työllistää 8 henkilöä Kontiosuon jäteasemalla, 3 henkilöä toimistolla ja 2 henkilöä työskentelee jätteen hyötykäyttöön liittyvissä hankkeissa.
Jätemäärät ja jätteen hyötykäyttö Vuosittainen käsiteltävä jätemäärä Joensuun Seudun Jätehuollolla on 80 000 tonnia, tästä sekajätettä on 36 000 t ja biojätettä 4 700 t. Sekajätteen määrä on Joensuun kaatopaikalla ollut koko ajan kasvussa huolimatta lajittelun tehostumisesta. Nykyihminen tuottaa jätettä aikaisempaa enemmän ja lajittelee vieläkin huonosti. Synty- ja alkupaikkalajittelu olisi edullisinta koko ketjua ajatellen. Joensuun jäteasemalla käy päivittäin n. 200 henkilöautoa ja yli sata rekkaa tuomassa jätettä. Jätteen hyödyntämisaste Joensuussa on 35 % ja tavoite on 70 %. Jätteet lajitellaan Joensuussa tehokkaasti ja siististi. Metallit, poltettava puu, käsitelty puu, kyllästetty puu, lasi, biojäte ja sekajäte erotellaan ja mahdollisuuksien mukaan hyödynnetään tai toimitetaan eteenpäin, esimerkiksi biojäte toimitetaan Bio10:n biokaasulaitokseen Kiteelle konteissa. Hyödyntämätön jäte peitetään kaatopaikkapenkkaan. Joensuussa ollaan ottamassa käyttöön uutta kaatopaikka-aluetta, jonka pohjatyöt ovat käynnissä. Kaatopaikan pohja muodostuu noin metrin vahvuisesta rakennuskerroksesta, jossa vuorottelevat eri materiaalit mm. bentoniitti, joka estää aineiden joutumisen alempaan maaperään. 7 Biokaasun keräys Biokaasun keräys aloitettiin kaatopaikalla vuonna 2000. Kaatopaikalla on kaatopaikkapenkassa 32 kaasun keräyslinjaa, joissa on yhteensä 25 kilometriä keräysputkea. Biokaasu imetään pumpuilla penkasta 70 mbarin alipaineella. Biokaasun metaanipitoisuus on noin 35 %. Biokaasua saatiin vuonna 2009 n. 3 000 000 kuutiota, joka vastaa 1 087 724 litraa kevyttä polttoöljyä. Kaasua oletetaan pumpattavan vanhasta kaatopaikkapenkasta 20-30 vuotta. Tulevaan uuteen kaatopaikkaan tullaan keräysputket asentamaan myös aikanaan. Putkia ei voi asentaa penkkaan täyttövaiheessa. Laskennallisesti kerätty kaasu lämmittäisi 640 omakotitaloa tai riittäisi 2000 henkilöauton vuotuiseen ajoon. Kerätystä kaasusta erotetaan kosteus laskemalla kaasun lämpötilaa, siitä erotetaan partikkelit ja se paineistetaan 1260 mbariin. Biokaasu johdetaan 1,2 kilometrin mittaisella siirtoputkella Fortumin voimalaitokselle poltettavaksi. Kaasussa mukana oleva hiilidioksidi ei haittaa polttoa. Ainoastaan Fortumin huoltoseisokkien ajan kaasu joudutaan polttamaan soihdussa kaatopaikalla. Käyttöongelmia kaasun keräyksessä on ollut vain pohjaveden pinnan korkeuden noustessa keräysputkiin asti ja alun liian korkean happipitoisuuden vuoksi. Tällä hetkellä kaasun happipitoisuus on nollatasolla.
Kuva 5. Joensuun Seudun Jätehuollon biokaasun pumppaamo. 8 Kuva 6. Keräysputkistot ja pumput kaatopaikkapenkasta tulevalle biokaasulle.
Vesien käsittely Vesien keräys ja käsittely on toteutettu Joensuun kaatopaikalla toimivasti. Suotovedet kerätään keskitetysti keräysaltaisiin, josta ne ohjataan neljään 1200 m 2 :n juurakkopuhdistamoaltaaseen. Juurakkopuhdistamon puhdistajana kasvaa järviruokoa, joka käyttää vesien ravinteet ja poistaa vedestä muita epäpuhtauksia. Viipymäaika juurakkopuhdistamolla on 4 vrk. Puhdistamon jälkeen vesi ohjataan ojastoon, jonka laatua tarkkaillaan jatkuvin kokein. Kierros jäteasemalla Tutustumiskierroksella biokaasun pumppaamon esitteli Vesa Vaakanainen. Pumppaamo on toiminut nyt vähän yli kymmenen vuotta. Aluksi kerätyn biokaasun happimäärät olivat korkeat, mutta tasaantuivat käytön myötä. Aluksi biokaasua imettiin penkasta myös turhan pienellä teholla. Kokemuksen myötä biokaasun saanti ja laatu ovat tasaantuneet ja ongelmia esiintyy enää harvoin. Biokaasun saanti on korkeimmillaan keväällä ja syksyllä. Parhaimmillaan kerätyn biokaasun metaanipitoisuus on ollut 46 %. Pakkaskaudella metaanipitoisuus laskee. Tapani Karhu esitteli kierroksella muun jäteaseman toimintaa. Jäteasemalla jätteet lajitellaan ja jakeet olivat siististi omilla paikoillaan. Helpointa kaikin puolin olisi alku- ja syntypaikkalajitellun jätteen käsittely ja hyötykäyttö, mutta siihen ei vielä missään ole täysin päästy. Kaikki mahdollinen jäteasemalle tuleva materiaali kierrätetään. Soveltuva puumateriaali haketetaan ja toimitetaan Valkealaan. Metallit kerätään talteen ja niitä kertyi viimeisen puolentoista kuukauden aikana 20 tonnia. Metalli toimitetaan jatkojalostajalle ja siitä saa kohtuullisen korvauksen. Lasijätteelle ei ikävä kyllä ole ulkopuolista hyödyntäjää, vaan se sijoitetaan tällä hetkellä soraa korvaavana materiaalina jätekeskuksen rakennekerroksissa. Vanhan ikkuna- ja ovikyllästämön saastuneita maita puhdistetaan ja ne loppusijoitetaan kaatopaikalle. Kaiken kaikkiaan Joensuun jäteasema yllätti siisteydellään ja järjestelmällisyydellään positiivisesti. 9 Kuva 7. Puu haketetaan ja toimitetaan polttoon
Kuva 8. Joensuun jäteasemalla käy päivittäin noin 200 henkilöautoa. 10 4.4. Biokymppi Yhteyshenkilö: Mika Juvonen Yritys Biokymppi Oy on vuonna 2006 perustettu yritys. Biokympin päätavoitteena on tuottaa uusiutuvaa energiaa ja turvallista lannoitevalmistetta biokaasutusprosessin avulla sekä tarjota koulutus- ja tutkimuspalveluita yrityksille, oppilaitoksille, yhteisöille ja yksityisille asiakkaille. Biokympin ensimmäinen biokaasureaktori pystytettiin marraskuussa 2009, toinen reaktori elokuussa 2010. Aluksi laitos tuotti lämpöä, marraskuussa 2010 aloitettiin yhdistetty sähkön ja lämmön tuotto. Biokaasulaitos Biokympin biokaasulaitos toimii mesofiilisellä lämpötila-alueella eli 37 º C 40 º C:ssa. Laitoksella on kaksi erillistä reaktoria, joista toiseen johdetaan luomulannoitteeksi lopulta kelpaavaa materiaalia ja toiseen muuhun lannoitekäyttöön soveltuvaksi lopulta päätyvää materiaalia. Laitoksella on ympäristölupa 19000 tonnin materiaalin käsittelyyn vuodessa. Varsinaiset reaktorit ovat kooltaan 1000 m 3 ja 2700 m 3, näissä on vastaavasti 200 m 3 ja 1000 m 3 kaasuvarastot. Materiaalin vastaanottosiiloja on kolme; 100 m 3 ja kaksi 70 m 3, vastaanotto/puskurisäiliöitä on neljä, kooltaan 180 m 3. Lannoitevarastoja on nestejakeelle kolme, kukin 2500 m 3 ja kiinteälle jakeelle myös kolme, kukin 200 m 3. Reaktoreiden sekoitus hoidetaan kolmella 11 kw sekoittimelle ja yhdellä vinosekoittimella, joka rikkoo reaktorimassan pinnan. Materiaali kulkee reaktoreilta eteenpäin PVC-U putkistoissa. Lämmön ja loissähkön talteenotto on järjestetty. Laitos on pitkälle automatisoitu ja toimittajalla on etäkäyttöyhteys laitokseen esim. ongelmatilanteiden varalta. Energian tuotossa laitoksella toimii kaksi sähköteholtaan 160 kw:n CHP-laitosta. Biokaasulaitoksen toimittaja on Weltec. Laitoksen rakennusvaiheessa paikalliset urakoitsijat toteuttivat suuren osan rakennustöistä ja paikkakunnalle jäi yli 2 miljoonaa euroa kokonaisuudessaan 5.5 miljoonan investoinnista. Biokymppi on asentamassa biokaasun keräysputkistoa Kiteen kaatopaikalle. Kerätty biokaasu tullaan hyödyntämään energiaksi.
Kuva 9. Biokympin biokaasureaktori. 11 Laitoksen raaka-aineet Laitokselle tulee raaka-aineeksi erilliskerättyä biojätettä, pakattua biojätettä esim. kaupoista, lantaa, jätevesilietteitä, elintarvikejätteitä, rasvalietteitä, jäterasvaa, roskakalaa ja peltobiomassaa. Osa näistä ohjataan reaktorilinjaan, jonka läpikäytyään materiaali on luomulannoitteeksi hyväksyttävää lannoitetta. Toinen osa kulkee reaktorilinjaa, jonka jäännös voidaan käyttää nimikkeellä orgaaninen lannoite. Erilliskerätty biojäte kerätään yleensä biohajoaviin muovipusseihin, joka on biokaasuprosessissa ongelmallinen, se tukkii, kietoutuu ja haittaa prosessia. Biojäte olisikin parempi kerätä jo syntypaikallaan esim. sanomalehtiin, jotka eivät tuota prosessissa ongelmia. Laitokselle toimitetun materiaalin porttimaksut vaihtelevat materiaalin mukaan. Porttimaksut ovat 50 100 euroa tonnilta. Kuva 10. Biokympille toimitetaan erilliskerättyä biojätettä vastaanottosiiloihin, josta se siirretään siltanosturilla murskaimeen.
Laitoksen toiminta Käsiteltävä materiaali tulee joko säiliöihin tai vastaanottohalliin. Laitoksella on kolme vastaanottolinjaa. Säiliöistä nestemäinen materiaali syötetään prosessiin pumpuilla. Vastaanottohalliin tuleva peltobiomassa ja lanta murskataan apevaunussa, siihen lisätään muuta materiaalia ja vettä tarpeen mukaan ja se ohjataan repijäpumpun kautta puskurisäiliöön. Erilliskerätty biojäte tuodaan myös vastaanottohalliin, josta se toimitetaan esimurskauksen, erottelijan ja repijäpumpun kautta puskurisäiliöihin. Puskurisäiliöistä syötetään varsinaisia reaktoreita säännöllisin välein. Reaktorissa materiaalin kuiva-ainepitoisuus on 8 10 %. Laskennallinen viipymäaika reaktoreissa on noin 48 vrk. Reaktoreita sekoitetaan säännöllisin välein. Biokaasu kerätään reaktoreiden vapaasta kaasutilasta. Reaktoreihin syötetään pieni määrä ilmaa, jotta rikkivetyä hajottavat bakteerit poistavat biokaasusta liian rikkivedyn. Rikkivedyn määrä vaikuttaa sähköä tuottavien moottoreiden kestävyyteen ja mm. niiden öljynvaihtoväleihin. Reaktoreissa tuotettu biokaasu johdetaan energian tuotantoon ja reaktorimassasta osa kerrallaan kulkeutuu hygienisointiyksikköön ja siitä ruuvipuristimelle eroteltavaksi lannoitejakeiksi ja loppuvarastointiin. 12 Kuva 11. Biokympin materiaalin kulku murskaimelta syöttösäiliöön. Kuva 12. Jäännöksen loppusijoitusallas. Lopputuotteet Biokymppi tuottaa energiaa, lämpöä ja lannoitevalmisteita. Ulos myytävää energiaa on laskettu syntyvän vuosittain 8500 MWh, josta tuotetun sähkön osuus on 3500 MWh ja lämmön 4500 MWh. Määrä vastaa 300 500 omakotitalon vuosittain tarvitsemaa energiamäärää. Laitoksen itsensä on laskettu kuluttavan 1000 MWh sähköä ja 2000 MWh lämpöä. Tuotettu sähkö myydään verkkoon ja kun kaasuputki kesällä 2011 saadaan asennettua Kiteen lämmölle, yritys myy myös lämpöä Kiteen kaukolämpöverkkoon. Biokymppi tekee biokaasuprosessin jäännöksestä lannoitevalmisteita. Tällä hetkellä ruuvipuristettu kiinteä maanparannusaine markkinoidaan joko luomuviljelyyn kelpaavana lannoitteena tai tavanomaisen viljelyn lannoitteeksi, riippuen laitoksen käsittelylinjasta ja lähtömateriaalista. Ruuvipuristuksessa erotettu lannoitevesi voidaan myös levittää lannoitteeksi peltoon, jos materiaalina ei ole käytetty puhdistamolietettä. Jos raaka-aineena on käytetty puhdistamolietettä, kiinteä osa voidaan käyttää lannoitteeksi tietyille kasveille sellaisenaan tai kuivattuna, mutta nestejaetta ei lannoitelain tulkinnan mukaan saa lannoitteeksi levittää.
Biokympille on kertynyt jo biokaasualan osaamista, jota yritys mahdollisuuksien mukaan on valmis jakamaan muille biokaasulaitosta suunnitteleville tahoille. Kuva 13. Biokympin tuottama sähkö on uusiutuvaa ja syötetään linjan päästä verkkoon. 13 Tulevaisuuden visiot Ympäristön tila otetaan jatkossa yhä paremmin huomioon yhteiskunnassa ja sitä varten myös ympäristölainsäädäntö tiukkenee. Avokompostointiin ja biojätteen kompostointiin on tulossa tiukennusta, kaatopaikalle menevän jätteen määrää pyritään vähentämään ja kierrätystä lisäämään. Energian ja lannoitteiden hinnat ovat selvässä nousussa. Tämä tulee vaikuttamaan myös biokaasulaitosten toimintaan ja oletettavasti jätteiden käsittely biokaasulaitoksissa lisääntyy. Biokympin ajatuksena tulevaisuudessa on kehittää uusia tuotteita lannoitetuotantoonsa ja käyttää osa tuotetusta biokaasusta liikennepolttoaineen tuotantoon. 4.5. MTT Sotkamon biokaasulaitos Yhteyshenkilö Elina Virkkunen Sotkamon MTT:n Äpyli Sotkamon MTT:n tutkimuskäyttöön tarkoitettu biokaasureaktori pystytettiin 2008 ja sitä kutsutaan Äpyliksi. Reaktori on alun perin ollut lietevaunu, joka Timo Heusalan oppien mukaan on
muunnettu pystymalliseksi biokaasureaktoriksi. Tilavuutta reaktorilla on 4,5 m 3. Reaktoria syötetään syöttöruuvilla alhaalta. Sekoituksessa oli alun perin telamatto, joka nyt se on vaihdettu isoon ruuviin. Reaktoria lämmitetään vesikierrolla, joka kiertää reaktorin ulkoseinällä. Reaktorin toimiessa mitataan muodostuvaa kaasun määrää, sen metaanipitoisuutta, ph:a, kuivaainepitoisuutta ja reaktorin lämpötilaa alhaalta ja ylhäältä. Analyysejä tehdään sekä syötteelle että mädätysjäännökselle niiden kuiva-aine- ja typpipitoisuudesta. Kuva 14. Sotkamon MTT:n Äpyli opintomatkalaisten tarkastelussa 14
Kuva 15. Syöttöruuvi reaktorille. 15 Toteutettuja kokeita MTT Sotkamon kokeissa on toteutettu sekä panoskokeita että jatkuvatoimisia kokeita. Syötteenä on ollut pääasiassa naudan kuivalantaa, johon on kokeesta riippuen lisätty mm. peltobiomassaa tai kalanperkuujätettä. Kokeiden tuloksia Äpylin kokeet ovat mm. osoittaneet, että Kolmesta kuutiosta kuivalantaa saatiin 72 kuutiota biokaasua, josta metaanin osuus oli n. 42 kuutiota. Tämä vastaa energiasisällöltään noin 42 litraa öljyä. Ammoniumtypen osuus kokonaistypestä on merkittävästi suurempi mädätysjäännöksessä kuin syötteessä. Kuiva-ainepitoisuus mädätysjäännöksessä on liki puolet siitä mitä se on syötteessä. Säilötty rehu tuottaa paremmin metaania kuin tuorerehu. Nurmimassa sopii erittäin hyvin lisäsyötteeksi lannalle. Metaanin tuotto parani merkittävästi, kun reaktoriin syötettiin lannan lisäksi lohenperkuujätettä. Jo kymmenen prosentin kalajäteosuus kasvatti metaanintuoton yli kaksinkertaiseksi. Liian suuri kalamäärä haittasi biokaasuntuotantoa. Tarkemmin kokeiden tuloksista saa tietoa Elina Virkkusen MTT:n julkaisuista. 4.6. Markku Haatajan biokaasulaitos (teksti Elina Virkkunen) Yhteyshenkilö Markku Haataja Biokaasulaitoksen toteutus ja Haatajan tila Markku Haataja esitteli biokaasulaitoksensa, joka valmistui syystalvesta 2009. Laitos tuli maksamaan noin 50 000 euroa + oma työpanos. Kirvesmiehen palkka sekä sähkö- ja putkimiesten palkat sisältyvät summaan. Laitokselle ei haettu investointitukea. Laitoksen suunnitteli ELBio Ky Timo Heusala. Laitos on ensimmäinen biokaasulaitos Kainuussa ja mielenkiintoinen kustannustehokkaana pienen kokoluokan laitoksena. Tilalla on lypsykarja, noin 20 nautayksikköä. Lietelantaa tulee kaksi kuutiota päivässä. Lisäsyötteinä käytetään toisinaan säilörehua noin 100 kg päivässä sekä grilliöljyä. Isäntä on havainnut varsinkin öljyn nostavan kaasuntuotantoa.
Kuva 16. Haatajan biokaasureaktorissa käytetään hyväksi maaston luontaisia korkeuseroja. 16 Laitoksen rakenne ja toiminta Reaktorisäiliö ja jälkikaasuallas ovat kummatkin 70 kuutiometrin kokoisia, nestetilavuus on molemmissa 55 kuutiometriä. Säiliöt on tehty betonista liukuvaluna. Reaktorisäiliö on eristetty, ja siinä on pohjalla ja seinissä lattialämmitysputket. Jälkikaasuallasta ei lämmitetä, mutta se on yläosasta eristetty ja sen pinnalla on uretaanirouhekerros eristeenä. Entinen lieteallas hyödynnetään varastosäiliönä. Lietteen viipymäksi kahdessa säiliössä isäntä arvioi 55 vrk. Reaktori ja jälkikaasuallas on katettu peltikatolla. Molemmissa on yksinkertainen kaasuhuppu. Reaktorin seinässä on ura, johon hupun reunat on pingotettu. Jälkikaasualtaan huppu kelluu lietteen päällä. Liepeet on painotettu hiekalla täytetyllä taskulla. Navetasta 5-asteinen liete kulkee reaktorisäiliöön pienen sekoitussäiliön kautta. Sekoitussäiliö toimii myös lämmönvaihtimena. Siinä on kierteinen putki, jota pitkin liete tulee reaktorista jälkikaasualtaaseen. Putkessa kulkeva lämmin liete luovuttaa lämpöä tulevaan lietteeseen. Reaktorissa lietteen lämpötila on 39-41 C, sekoitussäiliössä noin 23-25 C. Säilörehu syötetään käsin sekoitussäiliön kautta. Sitä isäntä pitää hankalana menetelmänä. Mahdollisimman lyhyt rehusilppu on parasta. Pitkä silppu kiertyy sekoittimen ympärille. Reaktoria sekoitetaan viistossa asennossa olevalla potkurisekoittimella. Sekoitin pyörii 10 15 min välein. Laitoksen sijainnissa on hyödynnetty maaston korkeuseroa. Liete tulee navetasta omalla paineella biokaasulaitokseen. Samoin jälkikaasualtaaseen ja edelleen varastosäiliöön liete tulee ylivalunnalla. Ainoastaan kerran vuodessa siirrettäessä käsittelyjäännöstä varastosäiliöstä toiseen tarvitaan pumppua. Mikäli reaktorissa tulee käyttöhäiriö, liete pääsee tarvittaessa sekoitussäiliöstä suoraan varastosäiliöön.
17 Kuva 17. Lisäsyötteen syöttö sekoitussäiliön kautta. Kuva 18. Kaasukupu peltikaton alla. Kaasun käsittely ja käyttökokemukset Kaasu käytetään lämmöntuotantoon. Reaktorirakennuksessa on lämpökeskus, jossa on 17 kw:n keskuslämmityskattila ja 2000 litran varaaja. Kattilaan on asennettu kaasupoltin. Kaasun tuotosta saadulla lämmöllä lämmitetään asuinrakennus, navetan käyttövesi ja reaktori. Kaasua tulee päivässä noin 60 kuutiometriä. Tarpeetonta kaasua poltetaan ajoittain soihdussa, mutta käyntihetkellä soihtu ei ollut käytössä. Kaasua riittäisi sähkön tuotantoon tai ajoneuvokaasuksi. Varajärjestelmänä tilalla on puukattila. Polttopuita kului aiemmin tilalla talven aikana lähes 20 kuutiota. Tilan sähkön tarve on 25 000 kilowattituntia vuodessa. Biokaasulaitoksessa kuluu sähköä 5000 kwh vuodessa muun muassa sekoittimen moottorin käyttöön. Isäntä kertoo, että sähköä kului navetalla aikaisemmin nykyistä enemmän, koska lietettä ilmastettiin. Markku Haataja on ollut tyytyväinen biokaasulaitokseen. Päivittäinen työpanos on pieni, aikaa kuluu vain 5 minuuttia. Jos syötetään säilörehua, silloin saa varata 20 min. Kova pakkastalvi ei ole tuonut ongelmia laitoksen toimintaan. Biokaasulaitoksessa käsitelty liete on raakalietettä juoksevampaa. Sen lannoitusvaikutus on hyvä, ja se on lähes hajutonta. Haataja totesi käsittelyjäännöksen imeytyvän pellon pintaan hyvin. Väkilannoitteiden ostotarve tilalla on selvästi vähentynyt.
5. Osallistujat Opintomatka oli suunnattu ensisijaisesti pohjoispohjalaisille maaseutuyrittäjille. Matkasta ilmoitettiin BioG hankkeen nettisivuilla, sähköpostitse hankkeiden postituslistan kautta, hankkeiden infotilaisuuksissa ja ilmoituksella Maaseudun tulevaisuus lehdessä. Matkalle mukaan lähtivät: Aino Penttilä, Siikajoki Erkki Penttilä, Siikajoki Raimo Rosenberg, Liminka Reijo Haapalainen, Siikalatva Heikki Kokkoniemi, Oulu Osmo Heikkinen, Muhos Marja Heikkinen, Muhos Timo Juvani, Kempele Urpo Heikkinen, Kempele Tuija Heikkinen, Kempele Henri Lamberg, Oulu Hannu Tuohino, Kiiminki Heikki Ylikoski, Kempele Markku Maijala, Oulu Erkki Läksy, Siikajoki Jesse Pyky, Oulu Topi Mettovaara, Oulu Harri Heiskanen, Haapajärvi Esko Viitala, Oulu Jouko Mannonen, Pyhäjärvi Katariina Keikko, Kempele Ritva Imppola, Lumijoki 18 Matkaraportin laatijat: Ritva Imppola BioG -hanke, projektisuunnittelija Oulun seudun ammattikorkeakoulu Luonnonvara-alan yksikkö Metsäkouluntie 4-6 90660 Oulu p. 010 2723896, 050 5722404 email: ritva.imppola@oamk.fi www.oamk.fi/biog Katariina Keikko BioG hanke, projektipäällikkö Oulun seudun ammattikorkeakoulu Luonnonvara-alan yksikkö Metsäkouluntie 4-6 90660 Oulu p. 010 2723966, 050 3484761 email: katariina.keikko@oamk.fi www.oamk.fi/biog Matkaraportin kuvat: Katariina Keikko ja Harri Heiskanen.