Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018 Sinustako biokaasuyrittäjä? Laukaa 24.11.2017 Biokaasun tuotanto Saija Rasi Ville Pyykkönen Luonnonvarakeskus Kuva: Valtra
Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018 Biokaasuprosessi Biohajoava jäte Teollisuus Yhdyskunnat Energiakasvit Maatalous Lanta Sivutuotteet Biokaasuprosessi Hiilidioksidin hyödyntäminen Teollisuus Kasvihuoneet Kylmäsäilytys Biokaasu CH 4 CO 2 Jäännös Ravinteet Orgaaninen aine Energiaa maatilan omaan käyttöön Energiaa maatilan ulkopuolelle Lämpö Lämpö ja sähkö Alueverkko Maakaasuverkko Liikennepolttoaine Pelto Muut käyttömahdollisuudet
Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018 Eri materiaalien metaanintuottopotentiaali Materiaali Metaanintuotto m 3 CH 4 / tonni orgaanista ainetta Metaanintuotto m 3 CH 4 / tonni märkäpaino Teurasjäte 570 150 Biojäte 500-600 100-150 Kasvibiomassa 300-450 30-150 Jätevedenpuhdistamon liete 200-400 5-15 Lehmänlanta 100-250 7-14 Sianlanta 300-400 17-22
Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018 Esimerkki Kuva: Saija Rasi Kuva: Jari Lindeman 1 ha timotei nurmea 36 000 50 000 km
Biokaasuprosessit (1) Mesofiilinen prosessi 35 38 C Termofiilinen prosessi Noin 55 C Nopeampi hajoaminen reaktoritilavuus pienempi Herkkä lämpötilan ja ph:n muutoksille sekä inhibiittoreiden vaikutuksille (ammoniakin tai rasvahappojen määrän nousu) Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018
Biokaasuprosessit (2) Märkäprosessi 10 13 % kuiva-aine pitoisuus pumpattavaa ja helposti sekoitettavaa Jatkuvasekoitteinen reaktori; mekaaninen, kaasu- tai lietesekoitus Kuivaprosessi (=korkean kiintoaineen prosessi) 20 40 % kuiva-ainepitoisuus Voi olla jatkuvatoimisia (tulppavirtaus) tai toimia panosperiaatteella Vakaa toiminta edellyttää usein materiaalin kierrättämistä reaktoriin tasaisen mikrobikannan ylläpitämiseksi Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018
Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018 Biokaasun koostumus Kaasun koostumus vaihtelee eri kohteissa/eri olosuhteissa Pääkomponentit: metaani, hiilidioksidi Muut komponentit: rikkivety ja muut rikkiyhdisteet, typpi, ammoniakki, haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOC), vesi, pölypartikkelit Metaani myös maakaasun pääkomponentti Kaasun lähde CH 4 (%) CO 2 (%) N 2 (%) H 2 S (ppm) Biokaasulaitos 60-70 30-40 <1 10-2000 Jätevedenpuhdistamo 55-65 35-45 <1 10-40 Kaatopaikka 45-55 30-40 5-15 50-300
Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018 Biokaasun hyödyntäminen BIOKAASU Kosteuden ja rikkivedyn poisto Kosteuden, rikkivedyn ja hiilidioksidin poisto Reformointi Boileri CHP Polttokenno Lämpöä Sähköä Lämpöä Sähköä Lämpöä Kompressointi Liikennepolttoaine (biometaani)
Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018 Merkitys energiantuotannossa Teoreettinen biokaasupotentiaali Suomessa on noin 24 TWh, teknistaloudellinen noin 10 TWh 86% potentiaalista maataloudessa 1,5 TWh lannoista 7,3 TWh energiakasvit ja kasvijäte Teknistaloudellinen potentiaali CHP-tuotannossa vastaisi 3% kokonaissähkönkulutuksesta Suomessa Liikennekäytössä sama määrä vastaisi noin 14% liikennepolttoaineen kulutuksesta Suomessa
SÄHKÖ LÄMPÖ 1000 1000 800 800 kwh / vrk 600 400 kwh / vrk 600 400 200 200 0 0 Biokaasulaitoksen sähköntuotto Tilan sähköntarve Biokaasulaitoksen lämmöntuotto Tilan lämmöntarve Esimerkkilaskussa 160 lehmän lypsykarjatila Maatilan energian tarve: 74 % sähköä 26 % lämpöä Biokaasulaitoksen energian tuotto: 32 % sähköä 55 % lämpöä ILVAMAP-loppuseminaari 10 Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018
Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018 Merkitys ravinteiden kierrätykselle Hyvin suunniteltu biokaasun tuotanto voi lähialueen peltoviljelyn kanssa muodostaa lähes suljetun ravinnekierron Ravinteiden hyödyntämisen suunnittelussa on ohjenuorana nitraattiasetus ja ympäristökorvausjärjestelmä käsittelyjäännös luokitellaan lannoitevalmisteeksi, joten lannoitus suunnitellaan analysoitujen pitoisuuksien perusteella
Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018 Tuotantoeläimien keskittyminen keskittää myös ravinteita Lannan sisältämä fosfori riittäisi korvaamaan Suomessa käytetyn fosforilannoitteen Tarvitaan taloudellisesti toimivia prosesseja ravinteiden konsentroimiseen Markkinoille sopivat ja helposti kuljetettavat lannoitevalmisteet Ylivainio ym. 2014
Käsittelyjäännöksen hyödyntäminen Käsittelyjäännöksen hyödyntämiselle oltava suunnitelma ja riittävästi levitysalaa Parantaa tilan ravinneomavaisuutta, koska kasveille käyttökelpoisen liukoisen typen määrä lisääntyy biokaasuprosessissa Vähentää muiden lannoitevalmisteiden käyttötarvetta, merkittävä hyöty luomuviljelyssä (lihaluujauho) Voidaan hyödyntää peltojen lannoituksessa sellaisenaan tai separoida typpipitoiseen nestejakeeseen ja fosforipitoiseen kuivajakeeseen
Lannoitelainsäädäntö Lähde: Evira https://www.evira.fi/globalassets/kasvit/tuonti-ja-vienti/lannoitevalmisteet/tyyppinimiluettelo_konsolidoitu_31_3_2016.pdf Lannoitevalmiste markkinoille oltava tyyppinimi (luettelosta tai uuden haku Eviralta) Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018 24.11.20
Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018 24.11.2017 Mädätysjäännöksen käsittely: separointi Erotustehokkuus (lietelannat ja mädätysjäännökset) Tavoite: P kuivajakeeseen, N nestejakeeseen Erotustehokkuuteen vaikuttavat: Lietteen ka-pitoisuus suuri = parempi erotustehokkuus (massa, P, ka) Partikkelikokojakauma (pienet partikkelit seulan läpi) Partikkeleiden (negatiivinen) pintavaraus hylkivät toisiaan Yksikkö milliekvivalentti (meq, titraamalla) Kemikaalit: pintavarauksen neutralointi flokkien muodostus Ravinteen olomuoto (vesiliukoinen NPK nestejakeeseen)
Separointi Mekaanisten separaattoreiden P erotustehokkuusjärjestys (Hjorth ym. 2010): 1. Dekantterilinko 2. Painesuodatus (esim. ruuvipuristin) 3. Painovoimainen suodatus (esim. suotonauha). Kemiallis-mekaanisen separoinnin P erotustehokkuusjärjestys: 1. Painovoimainen suodatus 2. Dekantterilinko 3. Painesuodatus Jatkokäsittelyt? Mikrosuodatus, käänteisosmoosi Typen strippaus Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018 24.11.20
Separoimattoman mädätteen ja jakeiden kuljetuksen kannattavuusrajat: dekantterilinko Separoidun kuivajakeen (etenkin korkea P-pitoisuus) kuljetuksen kannattavuusraja (32 km) on jopa 204 % pidempi kuin separoimattoman mädätteen kannattavuusraja (9 km) N-pitoinen nestejae lähipelloille; moninkertainen määrä Liuk.N kg/ha mädätteeseen verrattuna (ymp.tuen P-rajoitus) 0 km = lannoitteen ravinteiden (Liuk.N, P, K) arvo ennen levitystä 1 km = arvo levityskustannuksen kanssa, sis. kuljetuksen < 1 km > 1 km = arvo alenee 0,40 /m 3 /km Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018 24.11.20
Ruuvipuristin: huonompi P erotus kuivajakeeseen ja N erotus nestejakeeseen Kuivajakeen kuljetuksen kannattavuusraja vain 12 % pidempi kuin mädätteellä Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018 24.11.20
Lietteen/nesteen levitys Timo Lötjönen/Luke Mädätysjäännöksessä korkea ph ja NH4-N-pitoisuus multaus NH3 päästöjen ehkäisemiseksi Tai hapotus, esim. Syre N - menetelmä? Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018 24.11.20
Kiinteän lannoitteen levityslaitteet Lähde: https://portal.mtt.fi/portal/page/portal/mtt/mtt/esittely/toimipaikat/ruukki/tietopankki/naudanlihantuotanto/nivala_kempele_timol.pdf Timo Lötjönen/Luke Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018 24.11.20
Mädätysjäännöksen lannoitevaikutus Lähde: Virkajärvi ym. 2016. Biokaasuteknologiaa maatiloilla II. Biokaasulaitoksen käsittelyjäännöksen hyödyntäminen lannoitteena. http://jukuri.luke.fi/handle/10024/536848 Ohra: jäännöksen liuk.n yhtä käyttökelpoinen kuin väkilannoitetyppi (lietelannalla vain 85 % näistä) Nurmi: jäännöksen ja lietelannan liuk. N yhtä hyviä kuin väkilannoitetyppi Käsittelyjäännöksen fosforin käyttökelpoisuus oli korkeampi kuin raakalannan sekä ohran että nurmenviljelyssä Biokaasukäsittelyn edullinen vaikutus typen ja fosforin hyväksikäyttöön näkyi käsittelyjäännöksen raakalantaa pienempänä typen ja fosforin ylijäämänä (taseet) Jäännös juoksevampi, helppokäyttöisempi, ph korkeampi kuin lietelanta Jäännöksestä separoitu nestejae: vielä juoksevampi, kuiva vuosi ei vaikuttanut N käyttökelpoisuuteen kuten muilla lietteillä Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018 24.11.20
Ammoniakin strippaus Typen konsentrointi huomattavasti pienempään tilavuuteen Esimerkkinä 90 % erotustehokkuudella toimiva systeemi 30 l NH 4 -N 2300 mg/l 0,84 l ammoniumsulfaatti 35 %, typpeä 7,42 %, 62 g Rae 293 g, typpeä 62g 24.11.2017 22
Biokaasulaitosten kannattavuus www.biokaasulaskuri.fi Biokaasulaitoksen kannattavuus on aina tapauskohtaista Oman laitoksen kannattavuusedellytyksiä voi arvioida Biokaasulaskurilla Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018
Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018 Biokaasu Keski-Suomessa Tällä hetkellä 3 biokaasulaitosta + kaatopaikkakaasu Vuosituotanto on yhteensä noin 37 GWh, josta 20 GWh kaatopaikkakaasua Biokaasua käytetään sähkön ja lämmöntuotantoon kahdessa kohteessa Biometaania tuotetaan kahdessa kohteessa (noin 4GWh) Biometaanin tankkausasemat Laukaassa ja Joutsassa Uusia laitoksia tulossa Jyväskylässä Mustankorkean jätteenkäsittelykeskukselle (15GWh) ja Äänekoskella Metsä-Fibren biotuotetehtaalle (24 GWh) Tähtäimessä biokaasun liikennekäyttöön. Jyväskylään perustetaan ainakin yksi tankkausasema Mustankorkean lähelle ja mahdollisesti toinen lähemmäs keskustaa Lisäksi Gasum Oy aikoo avata Jyväskylään tankkausaseman, miltä voi tankata nesteytettyä ja paineistettua maakaasua
Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018 Biokaasu Keski-Suomessa Keski-Suomen teknisesti hyödynnettävissä oleva biokaasupotentiaali on keskimäärin 460 GWh Vastaa 46 miljoonaa öljylitraa vuodessa Suurin osa potentiaalista on maatalouden massoista, nurmesta, oljesta ja lannasta Vastaa vuosittain joko 18 500 pientalon lämmitystä tai 22 500 henkilöauton liikennepolttoaineen kulutusta Yhdyskuntien ja teollisuuden orgaanisten jätteiden sisältämä fosfori vastaa 26 % Keski-Suomessa vuonna 2007 käytetystä fosforilannoitteesta Lähde: Vänttinen 2009, Ahonen 2009
Biokaasupotentiaali: Laukaa Biomassa t(ts)/a Biometaanipotentiaali m 3 /a MWh Biojäte 454 196 932 1 969 Jätevesi (uloste&virtsa) 487 86 375 864 Suojavyöhykkeet* 3 608 1 226 557 12 266 Kesannot* 2 576 875 840 8 758 Lannat 9 048 1 474 302 14 743 Yhteensä 16 173 3 860 005 38 600 Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018
Biokaasuliiketoimintaa ja -verkostoja Keski-Suomeen, 1.3.2016 30.4.2018 Kiitos! Saija Rasi Ville Pyykkönen etunimi.sukunimi@luke.fi Kuva: Ville Pyykkönen