1

Hajautettu energiantuotanto

Ulf-Peter Granö

2011

Tulevaisuuden hajautetut ja pienimuotoiset ratkaisut

2

Hajautettu energiantuotanto

Tulevaisuuden hajautetut ja pienimuotoiset ratkaisut

Ulf-Peter Granö

Kokkola 2011

3

Innehållsförteckning

Sida

Hajautettu energiantuotanto 4

Biomassan hajautettu CHP-jalostus 4

Tiivistetty katsaus – Bioraaka-aineiden jalostus 5

CHP- lämpövoima 5

Biomassa ja öljykasvit 6

Vihreä energia - Biomassan integroitu jalostus 7

Puukaasutus 8

Integrointimahdollisuudet 8

Vihreä kemia 9

Pienempiä yksiköitä jalostukseen 10

4

Hajautettu energiantuotanto

Tulevaisuudessa kasallisessa energiatuotannossa on tärkeää että hajautetut pienimuotoiset

ratkaisut tulevat raaka-aineen ja kuluttajan lähelle. Valitettavasti Suomessa vielä suurehkot

yritykset käyttävät resurssejansa jarruttaakseen pienimuotoisia paikallisia ratkaisuja.

Toivottavasti tulevaisuudessa järki voittaa ja hajautettua energiatuotantoa voidaan kehittää

pienissä yksiköissä. Varsinkin pienet CHP yksiköt (lämpö + sähkö) voivat myötävaikuttaa

kestävän energiatuotannon kehittymistä.

Biomassan hajautettu CHP-jalostus

Suomen sekä Ruotsin metsissä on suuria määriä käyttämättömiä biopolttoaineresursseja. Niitä

voitaisiin hyödyntää sähkön sekä lämmön lisäksi tulevaisuudessa myös raaka-aineina

liikennepolttoaineeksi sekä kemiallisina raaka-aineina. Tekninen kehitys menee eteenpäin

nopeasti, ja nykyisin maailmanlaajuisesti tutkitaan jalostusprosesseihin yksin-kertaisia sekä

varmatoimisia ratkaisuja.

5

Pienen mittakaavan ratkaisut lähialueen biomassan jalostamiseksi lähiympäristön kuluttajille

ei ole saanut toivottavia kehitysresursseja. Suomessa valitettavasti usein suuret toimijat ovat

näkyvillä, ja tämän vuoksi usein myös kansallinen sekä EU- tuki kohdistuu näille.

Viranomaisilla sekä päättäjillä ei ole ollut kiinnostusta tai kapasiteettia nähdä sitä merkittävää

potentiaalia mikä pienen mittakaavan ratkaisuissa, esim. lämpövoimatuotannossa on.

Tiivistetty katsaus – Bioraaka-aineiden jalostus

Seuraavassa kuvassa on yleiskatsaus, jossa vertaillaan tiivistetysti eri bioraaka-aineiden

jalostusta. Bioraaka-aineet voivat olla peräisin metsästä, maataloudesta, lannasta sekä

maatalousjätteestä, yhdyskuntajätteestä tai ne voivat olla esim. prosessiteollisuuden jätettä.

CHP- lämpövoima

Hajautetut CHP- yksiköt sähkö- ja lähilämmölle voidaan muodostaa monin eri tavoin riippuen

paljon siitä minkä suuruusluokan sähköntuotantoa havitellaan. Tärkeä tekijä on taattu sähkön

hinta tai sähköavustus.

Joitakin esimerkkejä eri tyypin yksiköistä voivat olla,

o Puuhakkeen/pelletin suora poltto + Stirling

6

o Puuhakkeen/pelletin suora poltto + ORC (Organic Rankine Cycle)

o Puuhakkeen/pelletin suora poltto + pieni höyryturbiini

o Kaasutus + suora poltto + Kaasumoottori tai Mikroturbiini

o Kaasutus + suora poltto + ORC

o Kaasutus + suora poltto sekä Stirling

o Kaasutus + Kaasumoottori (mäntämoottori)

o Kaasutus + Mikroturbiini

o Biokaasu + Kaasumoottori

o Biokaasu + Mikroturbiini

o Bio-Synteesikaasu ja Biokaasu kombinaatio + Kaasumoottori tai mikroturbiini

Biomassa ja öljykasvit

Metsästä ja maataloudesta peräisin olevat vihreän energian raaka-aineet voivat tulla monista

eri raaka-ainelähteistä. Jäljessä lyhyt katsaus;

Biomassa metsästä voidaan pelkistää käsittämään,

o Energiapuun, erisuuruista puuta raivauksesta ja harvennuksesta.

o Hakkuujätteen, oksat ja latvat hakkuualueelta.

o Energiametsän, tai lyhytkiertoisen energiametsän, esim. hieskoivun viljelyn.

7

Energiakasvit joita viljellään pelloilla,

- Ruokohelpi, hamppu (kuituhamppu biomassaan), elefanttiheinä, jne.

- Paju tai salava, viljellään pääosin pelloilla ja on energiametsän välimuoto.

Maataloudesta

- Olki, heinä, ja muut biokaasutuotantoon viljeltävät kasvit.

Märkä biomassa

- Lanta ja biojäte kuten esim. pilaantunut rehu paaleissa tai siiloissa.

Öljykasvit

- Rypsi, rapsi, auringonkukka, sinappi, pellava, jne. joista voidaan puristaa bioöljyä, mikä

puolestaan esteröinnillä voidaan muuttaa biodieseliksi.

Vihreä energia - Biomassan integroitu jalostus

Pienen mittakaavan hajautetulla biomassan jalostuksella on hyvät mahdollisuudet tulevai-

suudessa olla tärkeä avain alueellisessa ympäristö-ajattelussa. Uusia tekniikoita tutkimalla

voidaan paikallinen biomassa-raaka-aine jalostaa paikallisille ja lähialueiden asiakkaille ja

8

kuluttajille. Uudet tekniikat ovat mukautettuja hajautetuille jalostusprosesseille. Yhdentämistä

(integrointia) kohtaan on kasvavaa kiinnostusta niin että eri tavoin voidaan yhdistää jalostus-

prosesseja yhteensovittamisen kasvattamiseksi ja näin positiivisten synergiaetujen luomiseksi.

Puukaasutus

Biomassan kaasutuksen kautta voidaan saada käyttökelpoista tuotekaasua, joka on mielen-

kiintoinen kaasuraaka-aine. Sitä voidaan käyttää suoraan polttamiseen tai jatkojalostukseen.

Mielenkiintoisimpien vaihtoehtojen joukossa polttoaineiden tai kemiallisten raaka-aineiden

suhteen on metsäperäisten bioenergiaraaka-aineiden puukaasutus.

Synteesikaasu tai tuotekaasu voidaan käyttää edelleen jalostukseen puhdistuksen sekä

mukauttamisen jälkeen.

Käyttöalueita ovat;

o Suora poltto lämmöntuotantoa varten

o Suora poltto CHP yksikössä, sähkö- ja lämmöntuotantoa varten

o Kaasupolttoaine sähköntuotantoon - CHP

- mäntämoottorilla/kaasumoottorilla

- kaasuturbiinilla

- polttokennoilla (tulevaisuudessa)

o Jalostus sekä jaottelu,

- ajoneuvopolttoaineiksi

- kemiallisiksi raaka-aineiksi

Integrointimahdollisuudet

Lähilämmön lämpöyksikön toimijoiden yhteensovittaminen voi tapahtua eri tavoin ja kehittyä

sitä mukaa. Siksi on tärkeää heti lämpöyksikön sijoitusvaiheessa yrittää sijoittaa yksikkö siten

että tulevaisuuden suunnitelmat voidaan tehdä sujuvasti. Tarvitaan maatilaa ja teille toimiva

logistiikka sekä sähkö- ja lämpöyhteyksiä johtojen ja putkien muodossa.

Joitakin esimerkkejä toimista integroinnin paletissa voivat olla;

o Hakkeen kuivaus

o CHP- yksikkö (lämpövoima, sähkö + lämpö)

o Energiaterminaaleja, joilla on integroitu biomassaraaka-aineiden ja jalostettujen

raaka-aineiden käsittely

o Biomassan kaasutus

9

o Aurinkoenergia

o Geoenergia

o Pellettituotanto

o Biokaasutuotanto maatiloilta

o Biokaasutuotanto lähiyhteisöltä

o Jalostus liikennepolttoaineen raaka-aineiksi

Se, mitä tähän sisältyy, riippuu pääasiassa paikallisesta kehityksestä ja kiinnostuksesta.

Integrointi kehittyy monesti asteittain ja on riippuvainen siitä minkälaisina jaksoina ne eri

palat, joista paikallinen toiminta kehitetään, halutaan ottaa. Se mitä priorisoidaan, on kiinni

enimmäkseen esimerkiksi paikallisen energiaosuuskunnan sekä lähialueen tarpeista ja

kysynnästä.

Vihreä kemia

Synteesikaasun tai tuotekaasun jalostuksen kautta voidaan tuoda esille monia erilaisia raaka-

aineita sekä tuotteita. Suurimmat odotukset liittyvät liikennepolttoaineisiin fossiilisten

polttoaineiden korvaajina. Kun raaka-aineena on metsästä saatava biomassa, ei se kilpaile

ravinnontuotantoon soveltuvan peltoviljan kanssa.

Vihreän kemian kehittymisen kautta voidaan vähentää riippuvuutta fossiilisista öljytuotteista,

10

paikallisia bioenergiaresursseja voidaan hyödyntää paremmin, mikä voi lisätä työllisyyttä

sekä omavaraisuutta alueella.

Pienempiä yksiköitä jalostukseen

Hyvä vaihtoehto on se, että kaasutus sekä jalostus sijoitetaan CHP-laitoksen läheisyyteen,

tällöin voidaan tehokkaasti hyödyntää kaasutusprosessista saatavaa lämpöä sekä tuotekaasun

jakelua. Täten voidaan varmistaa, että laitoksessa tuotettu heikkolaatuinen kaasu sekä lämpö

voidaan hyödyntää CHP-laitoksessa sekä kaukolämpöverkossa.

Pienemmät biomassaa kaasuttavat yksiköt soveltuvat parhaiten paikallisiin CHP-laitoksiin

yhdistettynä. Erityisesti mikäli saatavilla on tulevaisuuden kaasutusreaktoreja joissa voidaan

käyttää kosteaa tai kuivaa biopolttoainetta ja samalla valmistaa puukaasua ilman

tervapartikkeleita. Biomassan kaasutukseen tarkoitettujen CHP- yksiköiden, joissa vaaditaan

polttoaineen kuivaus sekä joissa tulee olla tehokas puhdistus tervasta, täytyy olla riittävän

suuria laitoksia jotta kaasun tuotanto olisi taloudellisesti kannattavaa.

Jo tänään on olemassa hyvät mahdollisuudet hajautetun energiantuotannon myötä

hyödyntää paikalliset bioenergiaraaka-aineet kestävän kehitykseen hyväksi, pieni-

muotoisen jalostuksen kautta.