BIOKAASU LIIKENNEPOLTTOAINEENA BioG: Biokaasun tuotannon liiketoimintamallien kehittäminen Pohjois-Pohjanmaalla Mikko Aalto, Oamk Kuva: Lea Ruotsalainen, Ammattiopisto Lappia BIOKAASU LIIKENNEPOLTTOAINEENA Esityksen sisältö: 1. Uusiutuva liikennepolttoaine - biometaani 2. Biokaasun puhdistus ja jalostus liikennepolttoaineeksi 3. Varastointi, siirto ja jakelu 4. Biokaasulle soveltuvat koneet ja ajoneuvot 5. Biometaanin polttoainekäytön ympäristöpäästöt 6. Lainsäädäntö ja verokohtelu 7. Biometaanin markkinat Pohjois-Pohjanmaalla 1
1. Uusiutuva liikennepolttoaine - biometaani Kunnissa liikenteen päästöt toiseksi suurin hiilidioksidipäästöjen aiheuttaja Biokaasusta jalostettu metaani: ei poltettuna lisää nettohiilidioksidipäästöjä (CO 2 -neutraali biopolttoaine) vastaa polttoaineena fossiilista maakaasua potentiaali vastaa 20% liikenteen biopolttoaineen tarpeesta Näin muualla entä Pohjois-Pohjanmaalla? Malmössä Ruotsissa kaupungin lähiliikenteen linja-autot (n. 180 kpl) käyttävät polttoaineenaan kaasua (biometaanin ja fossiilisen maakaasun sekoitus n. 50/50) http://www.tinv.dk/public/dokumenter/tinv/konferencer%20og%20arrangementer/afholdte%20arrangementer/a3/310510/land/magnus%20fahl.pdf Tavoite v. 2015: Malmön kaupungin yli 500 ajoneuvosta 75% kaasukäyttöisiä 2010 Skånessa 20 tankkauspistettä, Malmössä näistä 5 2010 biokaasun tuotanto Skånessa 0,3 TWh, potentiaali kymmenkertainen» Jätevedenpuhdistamoiden lietteen kaasutus keskeistä 2
2. Biokaasun puhdistus ja jalostus liikennepolttoaineeksi Kaasu puhdistettava ja jalostettava lähes puhtaaksi metaaniksi eri maissa on erilaiset standardit vähimmäismetaanipitoisuudelle Hiilidioksidin ja rikkiyhdisteiden poisto (useita menetelmiä) Veden erotus (joskus sekä ennen CO 2 puhdistusta että sen jälkeen) Puhdistettu biokaasu eli biometaani Biometaanin paineistus Hiilidioksidin poisto vesipesulla Yleisin menetelmä Hiilidioksidi ja rikkivety liukenevat veteen paremmin kuin metaani Biokaasu syötetään paineistettuna (n.7-9 bar) vesikolonniin Paineistettu kaasu alhaalta, paineistettu vesi ylhäältä = vastavirtavesiabsorptio hiilidioksidi sitoutuu veteen kaasusta poistetaan kosteus Vesi voidaan haluttaessa regeneroida painetta laskemalla ja/tai johtamalla siihen ilmaa 3
Esimerkki uudesta ratkaisumahdollisuudesta: BioSling http://www.articnova.se/biosling_e.html Kehitetty pienille biokaasulaitoksille (maatilat ja pienet jätevedenpuhdistamot) Suurin osa hiilidioksidista sitoutetaan veteen rullalla olevassa, hitaasti pyöritettävässä muoviputkessa: syöttö ulkokehälle, vesi ja kaasu siirtyvät kohti sisäkehiä, paine kohoaa CO 2 sitoutuu veteen) Tuloksena n. 94% metaania Liikennekäyttöön myytäväksi tarkoitettua kaasua joudutaan vielä (paikallisesta standardista riippuen) jalostamaan lisää perinteinen vesipesu yli 97% biometaania http://www.articnova.se/bilder/biosling_2.jpg http://www.articnova.se/bilder/biosling-coil.jpg http://www.articnova.se/bilder/biosling_4.gif Hiilidioksidin poisto - PSA Pressure Swing Adsorbtion = paineenvaihteluadsorptio Toiseksi yleisin menetelmä kaasu johdetaan korkeassa paineessa aktiivihiilen tai molekyyliseulan läpi Adsorbentin regenerointi l. desorptio painetta laskemalla Useampia kolonneja rinnakkain, ovat eri vaiheissa prosessia mahdollistaa keskeytyksettömän toiminnan Rikkivety ja kosteus voivat olla ongelmallisia 4
Rikkivety ja kosteus vs. PSA -prosessi Rikkivety voi kyllästää adsorbtiomateriaalin ja kosteus vahingoittaa sen koostumusta Voi olla kannattavampaa poistaa H2S ja H2O ennen PSA -prosessia Maatilatason laitoksilla reaktoriin lisätään pieniä määriä ilmaa jolloin fakultatiiviset rikinsitojabakteerit käyttävät hapen massan pinnalla ja muuntavat rikkivedyn alkuainerikiksi (pois kaasumaisesta olomuodosta) Toinen vaihtoehto on lisätä reaktoriin rautaoksidia (tätä ja ilman lisäystä voidaan käyttää yhdessäkin) Biokaasussa olevien rikkiyhdisteiden poistoon voidaan käyttää myös rautaoksidipetiä Hiilidioksidin poisto kalvotekniikalla (membraani) Vesierottelun ja rikkivedyn poiston jälkeen Erikoiskalvo polyamidista Esim. putkimainen puoliläpäisevä kalvo, jota metaani ja typpi eivät läpäise Lähde: Miltrem ym. Biogas upgrading for transportation puropses 5
Hiilidioksidin poisto kalvotekniikalla (membraani) Tekniikkaa kehitetään myös Oulussa * (BioG business hanke-esitys, Oamk & Oulun Yliopisto) Tavoitteena olemassa olevia puhdistusratkaisuja oleellisesti edullisempi laitteisto Hiilidioksidin poisto orgaanisilla liuottimilla Prosessi samanlainen kuin vesiabsorptiossa Hiilidioksidi ja rikkivety liukenevat paremmin orgaanisiin liuottimiin kuin veteen esim. polyetyleeniglykoli (kauppanimet Selexol, Genosorb) Rikkivedyn poistoa suositellaan kuitenkin tehtäväksi ennen prosessia, koska liuottimen regenerointi vaatii paljon energiaa Myös vesi mahdollista poistaa orgaanisilla liuottimilla 6
Muita puhdistustekniikoita: Kryotekniikka monivaiheinen jäähdyttämisprosessi, voidaan yhdistää myös suodatus lopputuotteena nesteytetty metaani + nesteytetty hiilidioksidi toistaiseksi korkeat investointikustannukset soveltunee paremmin suuren mittakaavan tuotantoon 3. Varastointi, siirto ja jakelu Samat menetelmät kuin maakaasulla Varastointi: kaasukello, paineistettu metallisäiliö, muovikalvo tms. - Siirto: Kaasuputki (4 tai 8 bar) tai Säiliöauto/pullopatteri (200-300 bar) laitoksella oltava paineistusjärjestelmä Kuva: Mikko Aalto 7
Jakelu Paineistettu liitäntä, kaksi erilaista menetelmää: hidastankkaus varikolla esim. linja-autoilla, kesto 5-12h kotitankkauslaitteilla esim. maatiloilla tai kaasuverkosta»esim. Phill (FuelMaker) http://www.youtube.com/watch?v=0as23ax-huc»myös muita valmistajia, hintataso n. 4000 6000 eur pikatankkaus - Julkisilla tankkausasemilla, kesto muutama minuutti - Video tankkauksesta (Gasum Oy): http://www.youtube.com/watch?v=8dhmnvsfyeg Kuva: Mikko Aalto Kaasun tankkaus - Kaasun tulee olla paineistettua maa- tai biokaasua (CNG, CBG) - Mitataan Suomessa tankkausasemilla kiloina (Ruotsissa normaalikuutioina Nm 3 ) - 1kg maakaasua vastaa energialtaan 1,55l bensiiniä tai 1,37l dieseliä - (1 Nm 3 vastaa energiasisällöltään n. 1,1 litraa bensiiniä) - Suomessa maakaasuverkon alueella 16 tankkausasemaa (Gasum Oy, St1 yhteistyökumppaneineen ja yksi asema verkon pohjoispuolella (Metener Oy) - Liikennekäyttöön jalostettua biokaasua saa ainakin Metener Oy:ltä Laukaasta sekä Gasumin maakaasuverkon asemilta (tuottajana Kymen Bioenergia Oy, Kouvola) - Gasumilla biokaasun vertailuhinta bensiiniin nyt n. 0,90 http://www.gasum.fi/liikenne/tankkausasemat/sivut/default.aspx 8
Biokaasun tankkaus Metener Oy:n vanhalla tankkauspisteellä Tankkausliitin (myös muita tyyppejä on käytössä). Kuvat: Mikko Aalto 4. Biokaasulle soveltuvat koneet ja ajoneuvot Trukit (puhdistettu biokaasu vastaa normaalia maakaasua) Traktorit, mm. Valtra (Dualfuel, 110hv, joko 70-80/25% kaasu/diesel tai 100% diesel) Autot, useilla valmistajilla, apupolttoaineena bensiini (Bifuel)tai diesel (Dualfuel) Bifuel ajoneuvossa käytössä kerrallaan vain toinen polttoaine: kaasu tai bensiini Dualfuel ajoneuvossa dieseliä tarvitaan kaasun sytytykseen eli molemmat yhdessä käytössä tai vain diesel. Monimutkaisempi ja arvokkaampi järjestelmä järkevää yleensä vain kuorma-autoihin ja busseihin Autoja voidaan myös konvertoida käyttämään kaasua (bensiiniautoihin edullisempaa) 9
Tehdasvalmisteiset kaasuautot, (Bifuel, kaksoispolttoainejärjestelmä): Kuvat: Mikko Aalto Hinta 5 10% bensiinikäyttöistä autoa korkeampi - Voivat käyttää bensiinin lisäksi sekä puhdistettua biokaasua että fossiilista maakaasua - Erilliset polttoainetankit ja syöttöjärjestelmät sekä kaasulle että bensiinille - Luettelo saatavilla olevista biokaasuautoista: (http://www.liikennebiokaasu.fi/biokaasuajoneuvotietokanta.pdf ) * tietokannassa 796 biokaasuajoneuvoa kuvineen (marraskuu -11) Bensiinikäyttöisen auton muuntaminen bifuel -autoksi Useat yritykset konvertoivat bensiinikäyttöisiä autoja bensiini/metaanikäyttöisiksi Bifuel -autoiksi (n. 1500-3000 ), esimerkiksi: Oragas Oy (kuvia: http://oragas.fi/index.php?option=com_content&view=article&id=30&itemid=51&lang=fi ) Terra Gas Finland Autohuolto J. Autto Ammattiopisto Lappia, Keminmaan toimipaikalla valmiudet muutostöihin Autoon asennetaan kaasutankki ja kaasun suihkutusjärjestelmä (mm. suodatin, ohjausjärjestelmä) 10
Ammattiopisto Lappia, Keminmaan toimipaikalla valmiudet muutostöihin Kuva: Lea Ruotsalainen, Ammattiopisto Lappia VW Caddy muunnettu, 3 kpl 6kg:n kaasupulloja takakontin välipohjan alla 18 kg kaasua riittää n. 300km ajoon Lisäksi autossa alkuperäinen bensiinitankki (n. 50 litraa) yhteensä toimintasäde yli 1000 km Oppilaitokselle tulossa hidastankkauslaitteisto kesäksi 2012 (oman biokaasulaitoksen kaasu puhdistetaan liikennekäyttöön) Siihen asti tankkaavat Ruotsissa, Bodenissa Valtra N101 110hv Traktorit Dualfuel: toimii dieselin (20%) ja kaasun seoksella TAI perinteisesti vain dieselillä Myös biodiesel käy Kaasu syötetään ilman mukana, sytytykseen tarvitaan lisäksi dieseliä Tankki 168 litraa (3-4h käyttöön) Kuva Agritech 2011 -messuilta 11
Traktorit Steyr Profi 4135 Bifuel: toimii joko kaasulla TAI bensiinillä Kaasutankkeja 9 kpl, yht. 300 litraa Kaasu riittää n. 5-8h käyttöön (Bensiini reservinä, tankki 15 litraa) 136 hv Kuva Agritech 2011 -messuilta 5. Biometaanin polttoainekäytön ympäristöpäästöt Korvaamalla fossiilisia liikennepolttoaineita (bensiini, diesel) biometaanilla saavutetaan merkittäviä päästövähennyksiä (hiilidioksidi, pienhiukkaset) Uusiutuvana biopolttoaineena biometaani ei lisää hiilidioksidipäästöjä Alhaiset NOx päästöt (typen oksidit) Ei pienhiukkaspäästöjä - Myös muut haitalliset päästöt hyvin vähäisiä nestemäisiin polttoaineisiin verrattuna Biokaasun käyttö liikennepolttoaineena vähentää päästöjä kaikista polttoaineista eninten positiivinen vaikutus kaupunki-ilman laatuun on ollut merkittävä esim. Malmössä 12
Siirtyminen dieselistä kaasuun joukkoliikenteessä, vaikutus päästöihin Malmössä Kaasubussikannan kehitys: 1987 projektin aloitus 1994 käytössä 10 kpl 2000 käytössä 180 kpl = kaikki lähiliikenteen autot kaasukäyttöisiä Kuvaajassa dieselkäyttöisten bussien päästöt 1980 (vas.) ja 1990 sekä kaasubussien päästöt 1997 (oik.) Lähde: Malmön kaupunki, Magnus Fahl, esityksessä: Kommunal drivkraft bakom utrullningen av biogas erfarenheter från Malmö 6. Lainsäädäntö ja verokohtelu 1/2 Autovero: kaasukäyttöisten henkilö- ja pakettiautojen verotuksen periaate on sama kuin bensiiniautoilla. Kaasuautojen CO 2 päästöt ovat bensiiniautoja pienemmät, joten ajoneuvo- ja autoverotus on vähäisempää. Valmistevero ja polttoainevero: biokaasu on valmisteverotonta ja siten myös vapaa polttoaineverosta 13
2/2 Ajoneuvovero / käyttövoimavero: kaasukäyttöisille henkilöautoille voimaan aikaisintaan vuoden 2013 alusta. Veron suuruus 3,1senttiä / vrk kokonaismassan alkavaa 100 kiloa kohti, eli yleisimmillä henkilöautoilla reilut 200 vuodessa. kaasukäyttöisille pakettiautoille käyttövoimavero samansuuruinen kuin dieselkäyttöisille, eli 0,9senttiä /vrk kokonaismassan alkavaa 100 kiloa kohti. Kuorma-autoilla verotus on samanlainen kuin dieselkäyttöisilläkin Hyödyllistä tietoa Gasumin sivuilta: (http://www.gasum.fi/liikenne/sivut/hinta.aspx ) 7. Biometaanin markkinat Pohjois-Pohjanmaalla Tällä hetkellä (marraskuu 2011) ei käytännössä tarjontaa Biokaasun jalostusta liikennepolttoaineeksi tiettävästi vain hyvin pienessä mittakaavassa Nivalassa (Heikki Junttila, maatilan biokaasulaitos) Markkinat kehittymässä: Haapajärvi ja Oulu 14
Haapajärvi (HAI) Haapajärven ammattiopiston (HAI) biokaasulaitoksen yhteyteen tulossa jalostusja tankkausyksikkö (MetaEnergia Oy:n prototyyppi koekäytössä) Pienen mittakaavan laitteisto, joka puhdistaa (vesipesu), kuivaa ja paineistaa kaasun tankataan suoraan korkeapainevarastosta (pullopatteristo) Prototyyppi pyritään saamaan täysin tuotantovalmiiksi ja hyväksytyksi viimeistään keväällä 2012 Valmiita, 6m konttiin sijoitettuja paketteja tarkoitus saada markkinoille 2012 aikana, tavoitehinta n. 100 000 200 000 koko jalostus/tankkausyksikölle Kontti tulee olemaan kytkettävissä kaikkien valmistajien biokaasulaitoksiin Oulun Jätehuolto 1/2 - Oulun Jätehuolto on 1990 luvulta lähtien esittänyt biokaasun liikennepolttoainetuotannon ja -käytön aloittamista Oulussa Liikennebiokaasun käyttöönottoa on esitetty ainakin linja- ja jakeluautoyrityksille yritykset eivät ole innostuneet asiasta - Muna/kana ongelma, käyttäjiä ei tule, koska jakeluasemaa ei ole - jalostus ja jakelu pitää saada ensin valmiiksi ja kaasulle kunnallisia käyttäjiä kuten Ruotsissa. Yksityiset käyttäjät seuraavat perässä. 15
Oulun jätehuolto 2/2 Suunnitteilla on mädättämö huolehtimaan Oulun seudun biojätteistä Tuotteena biokaasu, joka voitaisiin jalostaa päästöiltään ympäristöystävälliseksi liikennepolttoaineeksi, biometaaniksi. Jakeluasema olisi helppo sijoittaa Ruskoon. Kaasun käyttöön on sitouduttava pitkällä aikavälillä alueen poliittiset päättäjät avainasemassa Osa julkisesta liikenteestä ja kunnan omista ajoneuvoista sekä jakelu- ja jäteautoja, takseja tms. etupäässä lähialueella liikkuvia ajoneuvoja kaasukäyttöisiksi Löytyykö Oulusta poliittista halua ja rohkeutta tehdä paikallisen, ympäristöä säästävän polttoaineen käyttöönottoa tukevia, kaukonäköisiä ratkaisuja? Vai valitaanko wanhat tutut ratkaisut kuten aina ennenkin Tuontibensalla? 16
Lähteet: Ahonen, S. 2010. Alueellinen liikennebiokaasun tuotanto, siirto ja jakelu esimerkkitapauksena Keski-Suomen maakunta. Gasum Oy, verkkosivut (http://www.gasum.fi) Hullu, J.d. et. Al. Upgrading biogas. Comparing different biogas upgrading techniques. http://students.chem.tue.nl/ifp24/biogasposterweb.pdf Kättström, H. & Laakkonen, A. 2009. Kryotekniikka avaa mahdollisuuden suurimittaiselle liikennebiokaasutuotannolle. Pohjois-Karjalan liikennebiokaasuhankkeen uutiskirje, syyskuu 2009. http://www.liikennebiokaasu.fi/uutiskirje_syyskuu.pdf Lampinen, A. & Laakkonen, A. 2011. Liikennebiokaasuvuosikirja 2010 Lehtomäki A. ym. 2007. Biokaasusta energiaa maatalouteen raaka-aineet, teknologiat ja lopputuotteet Steyr CNH Austria, verkkosivut (http://www.steyr-traktoren.com/) Uusi-Penttilä, P. 2004. Biokaasun liikennekäyttö Jyväskylän seudulla. Esiselvitys. 17