Biomassan

integroitu jalostus

Ulf-Peter Granö

Kokkola

2010

Biomassan integroitu jalostus

Pienen mittakaavan hajau-

tetulla biomassan jalostuksella

on hyvät mahdollisuudet

tulevaisuudessa olla tärkeä

avain alueellisessa ympäristö-

ajattelussa. Uusia tekniikoita

tutkimalla voidaan paikallinen

biomassaraaka-aine jalostaa

paikallisille ja lähialueiden

asiakkaille ja kuluttajille. Uudet

tekniikat ovat mukautettuja

hajautetuille jalostusproses-

seille. Yhdentämistä (inte-

grointia) kohtaan on kasvavaa

kiinnostusta niin että eri tavoin

voidaan yhdistää jalostus-

prosesseja yhteensovitta-

misen kasvattamiseksi ja näin

positiivisten synergiaetujen

luomiseksi.

Lähilämpöä/paikallislämpöä on

kehitetty monilla alueilla

aktiivisten energiaosuuskuntien

ja energiaurakoitsijoiden kautta.

Tilaa löytyy vielä monille muille

pienille hajautetuille lämpö- ja

lämpövoimayksiköille (CHP),

jotka järjestävät yhdessä

lämmityksen kouluille, palvelu-

taloille, vanhain- ja seniori-

asunnoille, teollisuushalleille,

rivitaloille, maatilarakennuksille

tai asuintaloryhmille (mökeille)

kunta-keskuksessa, kylille ja

taloryhmille. Yhtenä edellytyk-

senä kehityksen käynnistämi-

seksi on että kunnan- ja alue-

hallinnossa asiaan suhtaudu-

taan positiivisesti sekä tuetaan

paikallisten biopolttoaineiden

käyttöä.

Lähilämpöä biomassasta

Biomassasta lähilämpöä tai lämpövoimaa

Ulf-Peter Granö

Metsästä

Biomassa

Pienempi paikallinen lämpöyksikkö

Lämpöasiakkaat

Pienempi paikallinen CHP -yksikkö

Sähköasiakkaat

Sähkö (kWe)

Lämpö

(kWth)

Lähilämmön tuotanto Lämpövoiman tuotanto

CHP= Combined Heat and Power (lämpövoima - sähkö ja lämpö)

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;

Hakkeen kuivaus

CHP- yksikkö (lämpövoima, sähkö + lämpö)

Energiaterminaaleja, joilla on integroitu biomassaraaka-aineiden ja jalostettujen raaka-

aineiden käsittely

Biomassan kaasutus

Aurinkoenergia

Geoenergia

Pellettituotanto

Biokaasutuotanto maatiloilta

Biokaasutuotanto lähiyhteisöltä

Jalostus kuljetuspolttoaineen 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 energia-

osuuskunnan sekä lähialueen tarpeista ja kysynnästä.

Paikallinen ja Integroitu Energiatuotanto

Ulf-Peter Granö

Metsästä

Biomassa

Paikallinen

lämpöyksikkö

CHP= Combined Heat and Power (lämpövoima - sähkö ja lämpö)

Hakekuivaus

Pienempi

CHP- yksikkö

Sähkö (kWe)

Lähilämmön tuotanto Lämpövoiman tuotanto

Energia-terminaali

Raaka-aineet - Tuotteet

Lämpö (kWth)

Bio-Syngas

Biomassan Kaasutus

Pelletti-tuotanto

Geoenergia

Lämpö (kWth)

Aurinko-energia

Energiaterminaalit, joissa on

integroitu biomassaraaka-ainei-

den sekä jalostettujen raaka-

aineiden käsittely.

Seuraava askel paikallisten

lähilämpö- tai paikallis-lämpö-

yksiköiden kehityksessä on

integroituminen bio-massan

terminaalikäsittelyyn.

Terminaali tai ensisijaisesti kova

tasainen alue asfaltoidaan

lämpö- tai CHP- yksikön raken-

nuksen yhteyteen.

Terminaalissa voi olla yksin-

kertaisia hallirakennuksia bio-

energiaraaka-aineiden ja tuottei-

den välivarastointia varten.

Paikalliset energiaterminaalit

Ulf-Peter Granö

Metsästä

Biomassa Sähkö (kWe)Lämpö (kWth)

Energiaterminaalit

Bioenergiaraaka-aineet - Tuotteet

Lämpö (kWth)

Integrointi paikallisiin Energiaterminaaleihin

Paikallinen

lämpöyksikkö

Lähilämmön tuotanto

Pienempi

CHP yksikkö

Lämpövoiman tuotanto

Puuhake Puupelletti

Puubiomassa Sahanpuru

Polttopuu

Varastohalli tuotteille

KannotHakkuu-

tähteet

Paikallinen lähilämpöyksikkö voi

parantaa polttoaineraaka-aineen

hyötysuhdetta hakkeen kuivauk-

sella omaa käyttöä varten tai

myös mahdollista myyntiä

ajatellen.

Lämpöyksiköstä voidaan hukka-

lämpö monesti käyttää kuiva-

ukseen vaihtoehtoisesti kombi-

noituna aurinko- tai joissakin

tapauksissa geoenergian kanssa

(maa- ja kalliolämpö).

Integrointi – paikallisen hakkeen kuivauksen kanssa

Integrointi puuhakkeen Kuivauksiin

Ulf-Peter Granö

Träflis

Hihnakuivuri- ”Patjakuivuri”

Ajonkestävä tasokuivuri Siilokuivuri

Monitasoinen hihnakuivuri

Rumpukuivuri

Lähilämmön tuotanto

Paikallinen

lämpölaitos

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,

Puuhakkeen/pelletin suora poltto + Stirling

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

Puuhakkeen/pelletin suora poltto + pieni höyryturbiini

Kaasutus + suora poltto + Kaasumoottori tai Mikroturbiini

Kaasutus + suora poltto + ORC

Kaasutus + Kaasumoottori (mäntämoottori)

Kaasutus + Mikroturbiini

Biokaasu + Kaasumoottori

Biokaasu + Mikroturbiini

Bio-Synteesikaasu ja Biokaasu kombinaatio + Kaasumoottori tai mikroturbiini

Integrointi biomassan Kaasutuksen kanssa

Ulf-Peter Granö

ORC

Kostea puuhake

Kuivattupuuhake

Lämpö

(kWth)

Sähkö (kWe)

Kaasutus-

reaktori

Biomassan

kaasutus

Jäähdytys ja puhdistus

Tuotekaasu

Synteettinen biokaasu

Pieni CHP yksikkö

Suuri

lämpökattila

Poltto

Stirling

Biomassa

Höyryturbiini

CHP - Bio-Synteesikaasun suora poltto

CHP= Combined Heat and Power

Lähilämpö - Integrointi biomassan Kaasutuksessa

Ulf-Peter Granö

Kostea puuhake

Kuivattu puuhake

Lämpö

(kWth)

Lähilämpö-

yksikkö

Suuri lämpökattila

Poltto

Biomassa

Tuotekaasun suora poltto lämmön tuotantoon

Kaasutus

reaktori

Biomassan

kaasutus

Jäähdytys ja puhdistus

- Tuotekaasu

Integrointi Biomassan kaasutukseen

Jos tarkoituksena on että

integroitu laitos tuottaa vain

lämpöä, menee tuotekaasu/raaka

kaasu suoraan polttopannuun.

Lämpöpannu voidaan varustaa

ORC- yksikköön tarkoitetulla

lämmönvaihtimella ja näin

saadaan CHP- laitos, joka tuottaa

sekä sähköä että lämpöä.

Integroidulle sähkön- ja lämmön-

tuotannolle CHP- laitoksessa voi-

daan myös valita toinen reitti.

Jäähdytettyä ja puhdistettua tuote-

kaasua tai nk. bio-synteesikaasua

voidaan käyttää polttoaineena

suoraan kaasumoottoriin (mäntä-

moottori) tai mikroturbiiniin, joka

käyttää generaattoria.

Kiinnostava vaihtoehto puuhake-

biomassan suoralle poltolle on,

että biomassa ensin kaasutetaan.

Kaasutus avaa uusia mahdolli-

suuksia poltolle, jolloin seura-

uksena olisi minimaaliset

partikkelipäästöt.

Integrointi biomassan Kaasutuksen kanssa

Ulf-Peter Granö

Kostea puuhake

Kuivattu Puuhake

Pieni CHP yksikkö

Biomassa

CHP, Bio-Syngas Kaasumoottoriin tai Mikroturbiiniin + generaattori

Kaasumoottori + generaattori

Mikroturbiini + generaattori

Bio-Syngas synteettinen

biokaasu

CHP= Combined Heat and Power Bio-Syngas= synteettinen biokaasu

Lämpö

(kWth)

Sähkö (kWe)

Kaasutus-

reaktori

Biomassan

kaasutus

Jäähdytys ja puhdistus

Tuotekaasu

Synteettinen biokaasu

CHP Integrointi biomassan Kaasutuksessa

Ulf-Peter Granö

Kostea puuhake

Kuivattu puuhake

Lämpö

(kWth)

Sähkö (kWe)

Kaasutus

reaktori

Biomassan

kaasutus

Pieni CHP yksikköBiomassa

Kaasumoottori + generaattori

Mikroturbiini + generaattori

CHP= Combined Heat and Power (lämpövoima)

Jäähdytys ja puhdistus

Tuotekaasu

Synteettinen

biokaasu

Bio-Syngas

synteettinen

biokaasu

Integrointi - paikalliseen pellettituotantoon

1. Sykloni kuivattua ja jauhettua puu-

haketta varten.

2. Sekoitus- ja annosteluyksikkö,

3. Pellettipuristin,

4. Kuljetin ylös jäähdyttimeen,

5. Pellettijäähdytin,

6. Kuljetin pellettisiiloon saakka,

7. Pellettisiilo,

8. Säkityslaitteisto piensäkkiä varten,

9. Piensäkkien muovituslaite,

10. Puupelletit piensäkeissä

kuormalavalla.Pienehkö, toiminnassa oleva pelletöintilaittei-sto, SPC (Sweden Power Chippers Ab)

Terminaaliin, jossa on lämpö-

yksikkö lähilämmölle ja hakkeen

kuivaukselle, on hyvät mahdolli-

suudet integroida myös pienen

mittakaavan puupellettien

valmistus. Tämän tyypin inte-

groinnissa voidaan myös

parempi hakelaatu ohjata

pelletinvalmistukseen ja edel-

leen ensisijaisesti paikallisille

asiakkaille ja kuluttajille.

Paikallinen CHP- yksikkö voidaan myös rakentaa integroitavaksi biokaasua tuottavan yksikön kanssa.

Maatiloilta saatua biokaasua voidaan hyödyntää kaasumoottorin tai mikroturbiinin käyttöön sekä sähkön ja

lämmön tuottamiseen.

Integrointi paikalliseen Biokaasulaitokseen

Biokaasua voidaan johtaa läheisestä biokaasulaitoksesta kaasujohtoja pitkin CHP- laitokseen.

Vaihtoehtoisesti biokaasulaitos rakennetaan lähilämpölaitoksen yhteyteen.

Kahdella eri tyypin biokaasulaitoksella on eroa käytettävän raaka-aineen perusteella;

Biokaasua maatilaraaka-aineista (lanta, biomassa-jäte ja ruohokasvit)

Biokaasua yhteiskuntajätteistä (yhteiskuntaliete ja mahdollisesti

kompostoituvat kotitalousjätteet)

Ulf-Peter Granö

Kostea puuhake

Kuivattu puuhake

Pieni CHP yksikkö

Biomassa

Sähkö (kWe) Lämpö (kWth)

Energiakasvit- Ruokohelpi

- Hamppu, jne.

Märkä biomassa- Lanta

- Biojäte, ym

Spesifinen biomassa

Kaasutus-

reaktori

Biomassan

kaasutus

Jäähdytys ja puhdistus

Tuotekaasu

Synteettinen

biokaasu

Kaasumoottori + generaattori

Mikroturbiini + generaattori

Bio-Syngas

Synteettinen

biokaasu

Anaerobinen

käyminen

Biokaasutuotanto

BakteeritBio-kaasu

Puukaasu/Raakakaasu - Tuotekaasu, puhdistus-> Bio-Syngas CHP= Combined Heat and Power (lämpövoima)

”CHP-kombinaatti”, Puukaasu ja Biokaasu

Ulf-Peter Granö

Biomassa

Integrointi paikalliseen Biokaasuyksikköön

Kostea puuhake

Kuivattu puuhake

Pieni paikallinen CHP yksikkö

CHP yksikkö

Bio-Syngas sekä Biokaasu Kaasumoottoriin tai

Mikroturbiiniin + generaattori

Sähkö (kWe) Lämpö (kWth)

Energiakasvit- Ruokohelpi

- Hamppu, jne.

Anaerobinen

käyminen

Biokaasutuotanto

Märkä biomassa- Lanta

- Biojäte, ym.

Spesifinen biomassa

BakteeritBiokaasu

Bio-Syngas

synteettinen biokaasu

Kaasutus-

reaktori

Biomassan

kaasutus

Jäähdytys ja puhdistus

Tuotekaasu

Synteettinen biokaasu

Kaasumoottori + generaattori

Mikroturbiini + generaattori

CHP= Combined Heat and Power Bio-Syngas= synteettinen biokaasu

Integrointi, Puukaasu- ja Biokaasu-CHP

Ulf-Peter GranöCHP= Combined Heat and Power (lämpövoima)

Pienen mittakaavan lähilämpö-

yksikölle voi kombinointi eli

integrointi aurinkokerääjien kanssa

antaa lisälämpöä. Nykyään löytyy

monenlaisia tehokkaita aurinko-

kerääjiä, joita voidaan käyttää

talojen lämmitykseen.

Paikallisen lämpöyksikön raken-

nus voidaan jo suunnittelu-

vaiheessa mukauttaa aurinko-

kerääjiä ajatellen. Rakennus on

myös hyvä sijoittaa siten, että

auringosta saatava teho maksi-

moituu.

Keski-Euroopassa on tavallista

kombinoida hakepoltto esimer-

kiksi eri aurinkokerääjien kanssa.Muutama esimerkki Itävaltalaisista lähilämpölaitoksista, joissa on kombinoitu puuhaketta sekä

aurinkolämpöä. Vasemmalla aurinkopaneelit asennettu katolle. Laitos oikealla on CHP- yksikkö,

jossa aurinkokerääjät on asennettu erilliselle statiiville.Bild. Bioenergy-in-motion.com.

Integrointi aurinkoenergiaan

Integrointi - geoenergiaan

Kallion porausrei’istä siirretään lämpö vesiputkiin, jotka johtavat lämpö-pumppuun, joka taas nostaa lämpötilaa ja

siirtää lämmön lämmönvaihtimeen joka lämmittää veden lähilämpösysteemissä tai talon lämpötankissa.

Kallioperän lämpöenergia voi olla

oivallinen täydennys joillekin

paikallisille lämpöyksiköille.

Riippuen siitä kuinka paljon

lämpöä kallioperästä halutaan

saada, porataan kallioon tietty

laskettu määrä reikiä 100-200

metrin syvyyteen. Onnistuakseen

suunnittelussa, täytyy aikaisessa

vaiheessa ottaa yhteyttä niihin

yrityksiin ja organisaatioihin, joilla

on riittävästi tietämystä asiasta.

Geoenergialla tarkoitetaan

kalliolämpöä, järvilämpöä ja

maalämpöä, joita vaihtoehtoisesti

voidaan myös käyttää tai

kombinoida jäähdytykseen.

Ulf-Peter Granö

Metsästä

Biomassa

Paikallinen lämpöyksikkö

Integrointi Aurinko- ja Geoenergiaan

Aurinkoenergia

Lähilämmön tuotanto

Geoenergia

Kalliolämpö

(kWth)

Aurinkolämpö

Geoenergia - Kalliolämpö

Putkisto

Kalliolämpö

Porausreikä

P

LämmönsiirtoLämmönsiirto

Ulf-Peter Granö

Varaaja-

säiliö

Lämpö-

pumppu

Bio-synteesikaasun ja biokaasun integroitu jalostus

Tulevaisuudessa tulee olemaan

mahdollista tavalla tai toisella

integroida bio-synteesikaasun ja

biokaasun jalostus liikennepoltto-

aineiden raaka-aineiksi.

Integroinnin kautta voivat toden-

näköisesti pääasiassa neste-

mäisten polttoaineiden raaka-

aineet olla kiinnostuksen

kohteena. Edelleen huolenai-

heena on ei toivottujen epä-

puhtauksien ja molekyylien ratio-

naalinen ja kannattava poista-

minen biokaasuista.

Bio-Synteesikaasu ja Biokaasu Integroidussa jalostuksessa

Ulf-Peter Granö

Integroitu jalostus

Biomassa Synteettiset Polttoaine-raaka-aineet

Integroidussa jalostusyksikössä

SynteettisetPolttoaine - raaka-aineet

Kostea puuhake

Kuivattu puuhake

Energiakasvit- Ruokohelpi

- Hamppu, jne.

Märkä biomassa- Lanta

- Biojäte, ym.

Spesifinen biomassa

Anaerobinen

käyminen

Biokaasutuotanto

BakteeritBio-

kaasu

Bio-Syngas synteettinen

biokaasu

Kaasutus-

reaktori

Biomassan

kaasutus

Jäähdytys ja puhdistus

Tuotekaasu

Synteettinen biokaasu

CHP= Combined Heat and Power Bio-Syngas= synteettinen biokaasu

Energiaosuuskunta

Energiaosuuskunta toimii usein ”lämpöä putkissa” myyjänä kunnille, yrityksille tai

yksityisille asiakkaille.

Suomessa toimii hyvin energia-

osuuskunta, jossa myydään ”lämpöä

putkissa” kuntien kouluille,

vanhainkoteihin, rivitaloihin ym. Nämä

energia-osuuskunnat voisivat olla

niiden joukossa, jotka kehittävät

edelleen toimintaansa integroi-

misteitse biomassan edelleen jalosta-

miseksi.

Kyseessä voisi olla esim. energia-

terminaali, hakkeen kuivaus, pelletöinti,

kaasutus ym.

Paikallinen energiaosuuskunta voi,

ollessaan hallinnon johtajana ja

vastuussa pienemmistä paikallisista

lämpö- ja CHP- yksiköistä, olla hyvä

ratkaisu. Energiaosuuskunnan jäsenet

voivat olla metsänomistajia, urakoitsi-

joita, kunta, paikallisia organisaatioita

sekä asiakkaita.

Energiayritykset ja urakoitsijat

Paikallisten energiayrittäjien

joukossa on monia, jotka

järjestävät yhdessä metsäbio-

massan käsittelyn hakkeeksi ja

myös tuottavat lämpöä omissa

tai kunnallisissa lämpölaitok-

sissa.

Tulevaisuudessa tarvitaan

hyviä energiayrittäjiä, urakoitsi-

joita tai pienempiä yrityksiä,

joilla on kiinnostusta ja

tietämystä bioenergiasta ja

lämmön ja sähkön tuotosta.

He voivat olla tärkeitä toimijoita

paikallisen biomassan jalostuk-

sen kehityksessä. Joissain

tapauksissa voi myös kunta

olla osaomistaja energiaa

tuottavassa yrityksessä tai

pyörittää omaa energiayhtiötä.

Urakoitsijat korjaavat ja jalostavat Biomassaa

Ulf-Peter Granö

Metsästä

Biomassa

Korjuu

Pienentäminen

Lämpö / CHP

Kuljetus

Kenttäkuivaus

Käsittely Jalostaminen

Energia urakoitsija Energia yrittäjä

Monia mahdollisuuksia on avoinna

On olemassa mahdollisuuksia

integroida monella eri tavalla.

Nyt on yksittäisten energia-

osuuskuntien tai

urakoitsijoiden vuoro valita

kiinnostavimmat osat

terminaali- ja jalostus-

palettiinsa olemassa olevan

paikallisen biomassan pai-

kalliseen käsittelyyn.

Bioraaka-aineiden jalostus Materiaali Prosessi Tuote Energian Saatavissa

muuntaminen oleva energia

Metsäraaka-aineet

-Puuraaka-aineet

-Hakkuujäte

-Viljellyt

energiakasvit

Maatalousraaka-ain.

-Heinäraaka-aine

-Ruokohelpi,Hamppu,mm

-Öljysiemen

-Vilja. . . . . . . . . . .

Lanta ja jäte

- Kotieläinlanta

- biologinen jäte

Yhdyskuntajäte

- Lanta

- Prosessijäte

Poltto Lämpö

Lämpöä lämmitykseen sekä prosessniin

Lämmityskattila

CHP

Biokaasutuotanto

Lämpö

Biokaasu (metaanikaasu)

Kaasumoottori +gen. Sähkö

LämpöLämpö

PyrolyysiBio-Syngas Puukaasu (Hiilimonoksid ja Vety)

Kaasumoottori+gen.

LämpöSähkö

Lämpö

Alkoholikäyminen

Biokaasuntuotanto

Pyrolyysiöljy

Biokaasutuotanto

Erotus -> kiinteä Kiinteä polttoaine

Alkoholi Tekn. polttoaineetBTL, GTL

Polttoaineraaka-ain.Ajoneuvopolttoaine

Öljynkäsittely Kasviöljy

Esteröinti

Kasviöljy

Biodiesel Ajoneuvopolttoaine

Öljyt

Lämmityskattila

CHP

Lämpö

Tekn. polttoaineetGTL

Ajoneuvopolttoaine

Sähkö

Lämmityskattila

Lämpö

Au

rin

go

n s

äte

ily –

Fo

tosyn

teesi, 6

CO

2+

6 H

2O

→C

6H

12O

6+

6O

2

Ulf-Peter Granö

Kemiall. raaka-ain. Kemialliset tuotteet

CHP=Combined Heat and Power

BTL=Biomass to liquid

GTL=Gas to liquid

Ulf-Peter Granö

Kokkola

Kiitos !