Biohiilen tuotanto ja tuotantomahdollisuudet Kainuussa Metsäenergia Kainuussa tulevaisuuden mahdollisuudet-seminaari 20.11.2012, Kajaani Tapio Ranta LUT Savo Sustainable Technologies
Sisältö Biohiili, mistä on kyse? Biohiilen tuotannon toimintaympäristö Suomessa \ Kainuussa - Raaka-aineet - Hankintalogistiikka Biohiilen tuotannon kaupallistaminen - Vattenfallin pilotointikokeet - Ristiinan biomassaterminaali Johtopäätelmät
Biohiili mediassa 19.11.2012 3
Mitä biohiili on? Biohiili (termi on teknisesti epätarkka) on uusiutuva polttoaine kivihiilen korvaamiseen Tuotetaan lämpökäsittelemällä haketta noin 250 asteen lämpötilassa. Käsittelyn jälkeen puun sitkeys katoaa ja rakenne haurastuu, jolloin sitä voidaan jauhaa perinteisissä, olemassa olevissa hiilimyllyissä. Puun tasapainokosteus laskee alle 5 % ja se on hydrofobinen, mikä mahdollistaa varastoimisen myös ulkona. Pelletöitynä tuotteen tiheys ja ominaislämpöarvo kasvavat, jolloin energiatiheys on lähellä kivihiiltä. Varastointi, käsittely ja kuljetus on normaalipellettejä merkittävästi helpompaa. Olemassa olevissa voimalaitoksissa hiiltä voidaan korvata jopa 50 % ilman merkittäviä investointeja. Tulevaisuuden muita torrefioidun hakkeen käyttömahdollisuuksia on myös rakentamisessa, metalliteollisuudessa. 19.11.2012 4
Fuel Property Overview
Markkinapotentiaali (1) Kivihiilen korvaus energiantuotannossa Tällä hetkellä biohiilen suurin potentiaali on kivihiilen korvaamisessa energiantuotannossa. Maailman hiilen kulutus on noin 6 miljardia tonnia vuodessa ja kulutus kasvaa. Suomen hiilenkulutus vuonna 2011 noin 4 miljoonaa tonnia vuodessa. Yksittäisen tuotantolaitoksen, kuten Ristiinan biohiilituotannolla (200 000 t/a) voitaisiin korvata noin 10 % Helsingin Energian käyttämästä kivihiilestä. 19.11.2012 6
Markkinapotentiaali (2) 16000 14000 Biohiilituotannon liikevaihtopotentiaali, M 14,4 miljardia 12000 Miljoonaa euroa 10000 8000 6000 4000 2,4 miljardia 2000 0 48 M Ristiina - 0,2 milj.t/a 1 laitos 480 M Suomi - 2 milj.t/a 10 laitosta Venäjä - 10 milj.t/a 50 laitosta Maailma, 60 milj.t/a 300 laitosta 19.11.2012 7
Toiminnan kannattavuus Tuotantokustannukset Biomassan hinta laitoksella 35 /k-m3 (17,5 /MWh) Tuotantokustannukset 30-50 /t (laitostoimittajien arviot) Yhteensä 140-160 /t (23-27 /MWh) Rahti ja käsittely n. 20 /t (n. 3 /MWh) Myyntihinta toimitettuna Arvioitu myyntihinta >210 /t (35 /MWh *) Keski-Euroopan laitosten maksukyky jopa 240 /t (40 /MWh) Investointikustannus Biohiilitehdas (200 000 t/a) 40 M Mahdollinen TEM investointituki ensimmäiselle biohiilipellettilaitokselle jopa 30% (12 M ) Kuva. Eri maiden energialaitosten biohiilipelletistä maksukyky (huomioitu kivihiilen hinta, kansalliset tuet, päästöoikeus 15 /tco2) *) TEM:n arvio kotimaan hintatasosta suunniteltujen tukien jälkeen vuonna 2013 19.11.2012 8
Riittääkö alueen raaka-aine biohiilen tuotantoon? Näyttäisi että riittää potentiaalien puolesta,
Biohiilen raaka-ainepotentiaali Alijäämä Kainuu Ylijäämä Käyttö vs. potentiaali Metla & Tapio
Vaatiiko hankintalogistiikka jotain erityisjärjestelyitä? Periaatteessa sama kuin muuhunkin energiantuotantoon, mutta tarvittavat raaka-ainemäärät suuria (0,7 milj. m 3 => 200 000 t)
Suuret raaka-ainemäärät edellyttävät pitkän kuljetusmatkan sietäviä kuljetusmuotoja sekä käsittelyterminaaleja, lisäksi on suunniteltava valmiin tuotteen kuljetukset (biohiilipelletti)
On-site torrefaction? => sopii kohteisiin joissa paljon ylijäämänä sivutuotetta ja plantaasitalouteen
Off-site torrefaction? => sopii paremmin Suomeen, jossa käyttökohteet ja varat sijaitsevat erillään
Raaka-ainekuljetukset käytännössä täysperävaunu-yhdistelmien logistiikkaa
Autoyhdistelmät kasvavat => Hallituksen liikenne- ja viestintäpoliittisen ministerityöryhmän esitys 7 askelin yhdistelmät 60 t => 64 t (5 vuoden määräaika) 8 akselin yhdistelmät 60 t => 68 t (pysyvä) 9 akselin yhdistelmät 60 t => 76 t (pysyvä) Ulkomitat säilyvät lukuun ottamatta korkeutta 4,2 m => 4,4 m Central Tyre Inflation, CTI-järjestelmät auttavat alemmalla tieverkolla 90 t kokeilut Ruotsissa
Junakuljetusten mahdollisuus nousee jälleen esiin, myöskin intermodaalikuljetukset (autojuna-auto) => Konttilogistiikkaa ainakin lopputuotteelle
Rataverkko ja materiaalivirrat Lähde: Ratahallintokeskus
Terminaaliverkosto rataverkon varrella Raakapuun kuormauspaikat Raakapuun terminaalit Lähde: Ratahallintokeskus
Junakuljetukset konttivaihtoehdossa Konttivaunut (Sg-t), max kantavuus 61 t Nettokuorma 38-52 t riippuen konttien omapainosta Fig. VR Transpoint Fibrocom, FIN Innofreight, AUS
Konttien nopea käsittely oleellista 1 pat pend
Ristiinan Pelloksen teollisuusalue potentiaalinen biohiilen tuotantokohde Järvi-Suomen Voima Oy (65 MW) Upm-Kymmene Wood Oy Pelloksen Vaneritehtaat RISLOG Biohiilipellettilaitos (2 x 100 000 t/a) Syväsatama Valtatiet 13 ja 15 Biologistiikkakeskus Rautatie
Miksei kaupallisia hankkeita ole käynnistetty, vaikka useita teknologioita tarjolla? => Prosessisäätö on haastavaa (lopputuotteen ominaisuudet), ja eri teknologiat asettavat omia vaatimuksia eli pilotointi jatkuu
Torrefiointi teknologioita
Torrefiointi teknologioita ja niiden soveltuvuus eri kriteerien suhteen Source: IEA Task 40
Vattenfall on testannut biohiilipellettejä laajemmin, on toki muitakin => Seuraavaksi joitakin Vattenfallin kokemuksia (Hermes, 2012)
Biomass on large Scale: Technically Feasible?
Large Scale Unloading Tests (2.400 t): Unloading and transfer to conveyor
Conveying
Storage test at Reuter West hard coal yard
Conclusions from plant Reuter test
Biomass fuel economics Hiili Biomassa Tukijärjestelmä? Muuttuva sähköntuotannon tuki vrt. metsähake
Yhteenveto biohiilestä Haasteita toiminnan käynnistämiselle Raaka-aineen saatavuus Uudet logistiikkajärjestelmät Tuotantoprosessien hallinta ja lopputuotteen laatu Pilotointi ja laadun varmistaminen jatkuvat Suomessa Käsittely hiilen käyttöön suunnitelluilla voimalaitoksilla (varastointi, siirto, poltto kattilassa) Demonstraatiot ja käyttökokeet jatkuvat Suomessa Tukimallien puute ja jatkuvuus Suomeen tulee luoda tukimalli, joka mahdollistaa biohiilen käytön hiilikattilassa
Kiitoksia mielenkiinnosta! Lisätietoja: tapio.ranta@lut.fi