Hajautettu energiantuotanto

Ulf-Peter Granö

2010

Biomassan kaasutus

2

Hajautettu energiantuotanto

Biomassan kaasutus

Ulf-Peter Granö

Kokkola 2010

3

Sisältö

Nro Osa Sivu

1. Alkusanat 4

2. Uusiutuva energia – Vihreä energia 5

3. Fossiilinen kaasu sekä biomassasta saatava kaasu 13

4. Bioenergiaraaka-aineiden jalostus 17

5. Biomassan hajautettu CHP- jalostus 26

6. Pienempiä CHP- yksiköitä 32

7. CHP vaihtoehtona energiaosuuskunnille 44

8. Biomassan integroitu jalostus 51

9. CHP biomassan suoralla poltolla 62

10. Lämmön avulla jalostaminen - Pyrolyysi 70

11. Biomassan kaasutus polttoaineeksi 77

12. Bio- Synteesikaasun Fermentointi 82

13. Logistiikkaesimerkki biomassalle 87

14. Laitteisto biomassan pienentämiseen 97

15. Kaasutukseen tarkoitetun metsähakkeen jälkikuivaus 106

16. Esimerkkejä pienen mittakaavan CHP-yksiköiden laitteistojen

valmistajista

115

17. Esimerkkejä biomassan kaasuttimien valmistajista 130

18. Joitakin käytettyjä lyhenteitä sekä termejä 140

References 153

4

1. Alkusanat

Niin Suomessa kuin Ruotsissa löytyy vielä suuria määriä hyödyntämätöntä biomassan raaka-

ainetta metsissä. Kiinnostus vaihtoehtoisesta energiaraaka-aineesta on kiihdyttänyt ja edistänyt

tutkimusta ja kehitystä (t&k), varsinkin nyt kun energian hinnat nousivat muun muassa

raakaöljyn hinnannoususta johtuen on myös kysyntä ja kiinnostus lisääntynyt bioraaka-aineita

kohtaan.

Mielenkiintoista on, miten seuranta ja kehitys ovat myös kohdistuneet siihen, miten voidaan

käyttää paikalliset raaka-aineet metsästä ja maataloudesta hajautettuun energiatuotantoon.

Tulevaisuudessa voidaan ajatella, että hoidetaan merkittävä osa energiatuotantoa pienimuotoi-

silla ratkaisuilla. Hajautettujen alueiden paikallisen raaka-aineen korjuu, käsittely ja jalostus

voisivat hyödyntää paikallisia ja alueellisia kuluttajia. Energiaraaka-aineiden jalostuksen kautta

voidaan saada suuria määriä erilaisia polttoaineraaka-aineita tai pidemmälle jalostettuja raaka-

aineita kiinteänä tai nestemäisenä polttoaineena sekä sähkönä ja lämpönä. Yhdistämällä

käsittely ja tuotanto energia-terminaalien kautta ja integroimalla tuotanto käyttämällä

paikallisia resursseja voidaan saada synergiaetuja. Aktiivisella etsinnällä ja seurannalla

voidaan löytää sopivia yhdistelmiä ja sovellutuksia niin että jalostuksessa saadaan korkeampi

hyötytaso raaka-aineista ja sivutuotteista. Samalla tavalla voidaan pienentää ympäristö-

kuormitusta vähentämällä jätettä ja ei hyödynnettyjä sivutuotetta.

Seuraavilla sivuilla esitetään muutamia havainnollisia artikkeleita käytännöllisellä tavalla,

valottaen teemoja ja tavoitteita hajautetusta energiantuotannosta. Toivomukseni olisi että

esitelmien koosteet voisivat vaikuttaa lukijoiden kiinnostuksen heräämiseen, ja että se myös

myötävaikuttaisi käytännön päätöksiin ja sitä kautta vauhdittaisi pienimuotoisien hajautettujen

energiatuotantojen kehittymiseen, missä paikalliset raaka-aineet jalostetaan erilaisiksi energia-

tuotteiksi.

Ulf-Peter Granö

5

2. Uusiutuva energia – Vihreä energia

Tämän katsauksen tarkoituksena on yleiskuvan antaminen eri väylistä ja mahdollisuuksista.

Muutaman kaaviokuvan avulla kuvataan pelkistetysti osa monista saatavilla olevista mahdolli-

suuksista.

Uusiutuva energia biomassaan kohdennettuna.

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.

Energiakasvit joita viljellään pelloilla,

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

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

6

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.

Esimerkkejä bioraaka-aineiden jalostusreiteistä

Biomassan termokemiallinen tai biokemiallinen muuntaminen

Biomassan tyypistä riippuen voidaan se jalostaa termokemiallisella tai biokemiallisella

prosessilla. Tavallisinta esim. energiapuulle on että sitä käytetään polttoon lämmitystarkoituk-

sessa.

Toisena jalostusesimerkkinä voi olla raaka-aineena käytettävä kotieläinlanta käymiseen tai

7

biokaasutuotantoon. Saatua biokaasua voidaan käyttää lämmöntuotantoon sekä myös sähkön-

tuotantoon generaattorilla varustetulla mäntämoottorilla.

Yleiskatsaus biomassan muuttamiseksi termokemiallisesti sekä biokemiallisesti.

Alkoholikäyminen on kehittyneempi prosessi biomassalle. Toimiakseen tulee biomassa voida

ensin hajottaa ja valmistella niin että se pilkkoutuu sokereiksi käymisprosessia varten.

Käytettävän hiivasienen sekä bakteerikannan tyypistä riippuen voidaan valmistaa etyyli- tai

butyylialkoholia.

Märkä biomassa

Biomassantuotantoon anaerobisella käymisellä käytetään märkää biomassaa, joka on usein

lantaa tai maatalouden biojätettä. Kunnat ja kaupungit käyttävät biokaasutuotantoonsa

yhdyskuntajätteestä peräisin olevaa lietettä sekä kompostia.

Biomassa

Metsien päätehakkuusta saatava hakkuujäte (oksat ja latvat) ovat olleet suurten lämpövoima-

8

laitosten suuren mielenkiinnon kohteena. Monilla alueilla, erityisesti Suomessa, on hakkuu-

raivauksia viime vuosina alettu kerätä nipuiksi tai ns. risutukeiksi. Uudempi vaihtoehto on

lyhytkiertoinen energiametsä, esim. hieskoivu. Pelloilta saatava puumainen biomassa on

pääasiassa pajua. Maataloudesta biomassa tulee olkien ja heinän muodossa märän biomassan,

joka on lantaa sekä biojätettä, lisäksi.

Kiinteät ja kaasumaiset polttoaineet

Biomassan jalostuksen ensimmäisessä vaiheessa saatava biopolttoaine voidaan jakaa kolmeen

ryhmään,

- Kiinteä polttoaine

- Nestemäinen polttoaine

- Kaasumainen polttoaine

Kiinteiden sekä kaasumaisten biopolttoaineiden luokittelu polttoon tai jatkojalostukseen.

Biopolttoaineen jalostuksen ensimmäisestä vaiheesta saatava nestemäinen polttoaine saadaan

lähinnä pyrolyysillä, missä tuotetaan pyrolyysiöljyä. Kiinteiksi polttoaineiksi tavataan lukea eri

9

tyyppiset halot, hakkeet, puupelletit sekä puujauheet, joita käytetään lähinnä polttoon. Märästä

biomassasta saatavia kaasumaisia polttoaineita voidaan saada biokaasutuotannolla anaerobi-

sella käymisellä. Toinen muoto kaasun tuottamiseksi biomassasta on kaasutus. Kaasutuksessa

biomassaa kuumennetaan reaktorissa rajoitetussa happipitoisuudessa.

Biomassan kaasutus

Viime vuosina on ilmennyt valtavaa kiinnostusta biomassan kaasutukseen keskittyvien laitteis-

tojen sekä laitosten kehitystä kohtaan. Biomassan kaasutus avaa monia jatkojalostusmahdolli-

suuksia.

Historiallisesti kaasutusta käytettiin sodan aikana puukaasulla toimivien ajoneuvojen poltto-

aineen valmistukseen. Kaasutus sekä Fischer-Tropsch- prosessi kehitettiin Saksassa 1920-

luvulla synteettisen dieselöljyn valmistamiseksi kivihiilestä ja myöhemmin biomassasta.

Kaasutus avaa monia biomassan käyttö- sekä jalostusmahdollisuuksia.

Kaasutuksesta saatavan kaasun poltto on yksinkertaisin menetelmä, sillä se asettaa matalimmat

vaatimukset puukaasun/raakakaasun puhdistukselle. Sitä käytetään lähinnä lämmöntuottoon.

10

Mikäli halutaan tuottaa myös sähköä, voidaan pieneen laitokseen yhdistää generaattorilla

varustettu Stirling-moottori. Pienemmissä CHP- laitoksissa voi toisena vaihto-ehtona olla

ORC- moduulin tai generaattorilla varustetun pienemmän höyryturbiinin yhdistäminen. .

Kaasutus kaasumoottoreille tai mikroturbiinille

Biomassan kaasutus voi olla sopiva vaihtoehto pienemmille CHP- laitoksille, jotka tuottavat

lämpövoimaa (sähköä ja lämpöä) paikallisesta metsäperäisestä biomassasta. Ensimmäinen

vaatimus on, että saatava tuotekaasu on tervatonta suurten toimintahäiriöiden välttämiseksi.

Kaasutuksen käyttämiseksi lämmöntuottoon tai CHP- laitokseen voidaan savukaasujen

hiukkaspäästöt eliminoida. Lähivuosina voidaan odottaa uusia tiukkoja päästövaatimuksia,

jotka tulevat asettamaan avainkysymyksiä monille kosteaa haketta polttoaineenaan käyttäville

nykyisille pienemmille lämpölaitoksille.

Kaasutus voi tarjota raaka-aineita liikennepolttoaineille

Biomassa on mielenkiintoinen tulevaisuuden synteettisen polttoaineen raaka-ainelähde.

Periaate-esimerkki biomassan jalostamiseksi kaasutuksella biopolttoaineeksi.

11

Nykyisin suurimpia ongelmia on sellaisen Bio-SNG:n (Bio Synthetic Natural Gas) valmistus,

jossa varmasti ei ole mukana tervaa eikä muita ei-toivottuja aineita. Käynnissä olevalla

intensiivisellä tutkimuksella sekä kehityksellä tullaan saavuttamaan nykyistä tehokkaampia

sekä halvempia prosesseja.

Kaasutus kemiallisille raaka-aineille

Sen lisäksi että kaasutusprosessista saatua kaasua voidaan puhdistuksen jälkeen käyttää FT-

Dieselin raaka-aineena, on olemassa myös suuri joukko muita vaihtoehtoja. Tuotekaasusta

voidaan kehittää metanolia, vetyä sekä Bio-SNG:a.

Puhdistetusta tuotekaasusta voidaan johtaa suuri joukko kemiallisia raaka-aineita. Erityisesti

muoviteollisuuden kemialliset raaka-aineet ovat nykyisin suuren mielenkiinnon kohteena ja

useat suuret muovinvalmistajat ovat mukana kaasutusprojektissa.

Biomassan kaasutuksesta voidaan kehittää suuri joukko erilaisia raaka-aineita ja tuotteita.

Myötävirtakaasutin pienemmille laitoksille

Biomassan kaasutukseen on kehitetty suuri joukko erityyppisiä reaktoreita tai kaasuttimia.

12

Suurissa laitoksissa käytetään usein jonkin muotoista kuplapetiä. Kaksi tavallista tyyppiä ovat

BFB (Bubbling fluidised bed) sekä CFB (Circulating fluidised bed). Hiilen sekä mustalipeän

kaasutukseen käytetään usein EF (Entrained flow) kaasutinta, jolla voidaan käsitellä esim.

lietettyä kivihiiltä. EF- kaasutinta voidaan käyttää myös biomassalle.

Pienemmissä laitoksissa käytetään usein kiinteäpetikaasuttimia. Niitä on usean tyyppisiä. Yksi

vaihtoehto on myötävirtakaasutin (Downdraft gasifier) jossa raaka-aine ja tuotekaasu

kulkeutuvat samaan suuntaan, alaspäin. Muita tyyppejä ovat vastavirtakaasutin (Updraft

gasifier) sekä Crossdraft kaasutin. Myötävirtakaasuttimia on useita erilaisia variaatioita.

Lämpötiloissa välillä 800 - 1200 Cº tapahtuvissa kaasutuksissa on usein ongelmana, että

tuotekaasu sisältää enemmän tai vähemmän tervaa. Kaasutuslämpötilan ylittäessä 1200 Cº

pienenee tervaongelma ja kaasu tulevat puhtaammaksi ja sitä voidaan kutsua

biosynteesikaasuksi (CO, H2).

Yleiskaaviokuva myötävirtakaasuttimen reaktorista.

13

3. Fossiilinen kaasu sekä biomassasta saatava kaasu

Yleiskatsaus erityyppisiin kaasuihin joita voidaan käyttää polttoaineina tai jatkojalostuksen

raaka-aineina. Muutamien kaaviokuvien avulla osoitetaan erilaisten kaasujen välisiä eroja.

Fossiilisten sekä biomassasta saatujen kaasujen vertailu.

Fossiilinen kaasu

Maakaasun lisäksi synteettistä maakaasua (SNG) valmistetaan kivihiilestä sekä öljystä.

Kivihiilen kaasutus tapahtuu valmistamalla murskatusta kivihiilestä liete ja injektoimalla se ns.

”Entrained flow” kaasuttimeen.

Kaksi pääryhmää

Biomassasta saatavan kaasun valmistus voi tapahtua kahdella periaatteella, kaasutuksella sekä

anaerobisella käymisellä. Peukalosääntönä on ollut, että puukuituun pohjautuvaa biomassaa

käytetään etupäässä kaasutukseen.

14

Kaksi pääreittiä biomassasta saatavalle kaasulle, kaasutus sekä anaerobinen käyminen.

Kaasutus

Kaasutus on biomassan termokemiallista muuntamista kuumentamalla rajoitetussa happipitoi-

uudessa lämpötiloissa joissa biomassa muuttuu kaasumaiseksi. Kaasutukseen liittyy matala-

sekä korkeakaasutusprosessi, joiden välissä on keskikorkea lämpötila-alue.

- Kaasutus alhaisessa lämpötilassa, 800 - 1000 ºC

- Kaasutus keskikorkeassa lämpötilassa, 100 - 1200 ºC

- Kaasutus korkeassa lämpötilassa, 1200 - 1400 ºC

Englanninkielisessä kirjallisuudessa alle 1000 ºC kaasutuksella saatua kaasua tavataan usein

kutsua tuotekaasuksi. Puolestaan yli 1200 ºC lämpötiloissa reaktoreista saatua kaasua kutsutaan

biosynteesikaasuksi. Näissä lämpötiloissa kaasu koostuu lähes pelkästään H2 (vedystä) ja CO

(hiilimonoksidista), myös CO2 (hiilidioksidista) ja H2O (vedestä).

15

Esimerkki kolmesta vaihto-ehdosta Bio-SNG:n käyttöön pienemmissä CHP- laitoksissa sähkön sekä lämmön

tuottamiseksi.

Anaerobinen käyminen

Bakteerien pilkkoessa biomassaa hapettomassa ympäristössä muodostuu biokaasua. Tähän

käytetään erityyppisiä bakteereja reaktorin lämpötilatasosta riippuen. Bakteerit ovat herkkiä

lämpötilanvaihteluille ja voivat toimia rajatulla lämpötila-alueella. Reaktorin käytössä tavataan

erotella normaali mesofiilinen ympäristö sekä korkeampi termofiilinen ympäristö.

Lämpötila-alueet biokaasureaktorissa,

- Psykofiilinen, 15-30 ºC

- Mesofiilinen, 35-40 ºC

- Termofiilinen, 55-65 ºC

Biokaasutuotannon yhteydessä käytetään hygienisointia (esim. 70 astetta tunnin ajan) raaka-

aineen steriloimiseksi sekä tartuntojen leviämisen estämiseksi.

16

Katsaus useimpiin reitteihin biomassasta saadun kaasun käyttämiseksi sekä jalostamiseksi. Muuntaminen lämmön

vaikutuksesta – Kaasutus sekä toisena vaihtoehtona biokemiallinen muuntaminen – Anaerobinen käyminen..

Kasvanut mielenkiinto kaasuntuotantoon

Viime vuosina mielenkiinto biomassasta saadun kaasun tuottamiseen on kasvanut

voimakkaasti. Biokaasutuotanto navetoista saatavasta lannasta on mielenkiintoista, sillä paitsi

että energiaa voidaan ottaa talteen niin myös mädäntyvät jätteet aiheuttavat levityksessä

pienempiä hajuhaittoja.

Biomassan kaasutus on suuren mielenkiinnon kohteena pienemmille CHP- laitoksille (lämpö-

voima) maaseudulla. Kaasutuksella voidaan estää savukaasujen hiukkaspäästöt, jotka usein

voivat olla suuri ongelma kostean puuhakkeen poltossa.

17

4. Bioenergiaraaka-aineiden jalostus

Viime vuosien ajan mielenkiinto paikallisia bioraaka-aineita, kuten myös niiden jatkojalostusta

kohtaan on kasvanut voimakkaasti. Bioraaka-aineiden jalostus voi tapahtua useilla eri tavoilla.

Perinteiset sekä tavallisimmat jalostustavat ovat olleet poltto lämmitystarkoitukseen. Nykyisin

monet paikalliset lämmöntuottajat sekä energiayhteistyötahot pyrkivät tuottamaan sekä sähköä

että lämpöä pienemmissä yhdistelmälaitoksissa (CHP). Katso lähemmin alla olevista

katsauksista.

Tiivistetty katsaus

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.

Polttamalla tuotetaan lämpöä jota käytetään pääasiassa lämmitykseen sekä prosessilämpönä

yrityksille ja teollisuudelle. Polttamalla saatua lämpöä voidaan myös käyttää sähkövirran

tuottamiseen erilaisten CHP- prosessien kautta.

18

Biomassan kaasutus on eräs pyrolyysin muoto josta saadaan synteesikaasua. Biomassa

kaasutetaan ohjatulla prosessilla rajoitetun hapensaannin omaavassa reaktorissa. Periaate on

sama kuin puukaasun tuotannossa, mutta rakenne on nykyaikaisempi. Biomassan kaasutuksella

saadaan synteettistä kaasua jota kutsutaan myös synteesikaasuksi. Käyttämällä kaasutuksen

polttoaineena puuperäisiä raaka-aineita saadaan synteesikaasua jota voidaan kutsua

puukaasuksi. Kaasutusreaktorista tuleva kaasu on raakakaasua joka ensin suodatetaan, pestään

sekä jäähdytetään, tuotteena on ns. tuotekaasu, synteesikaasu tai puukaasu.

Katsaus

Seuraavalla sivulla olevan kuvan avulla saadaan laaja-alainen yleiskatsaus metsästä sekä

maataloudesta saatavien bioraaka-aineiden jalostuksesta. Suoraan polttoon voidaan käyttää

erilaisia puuperäisiä polttoaineita. Eräs houkuttelevimmista polttoaineista on puupelletit

siirryttäessä pois öljyn käytöstä omakotitalojen lämmityksessä.

Suoran polttamisen lisäksi voi jalostus tapahtua lämmön avulla tapahtuvalla muuntamisella tai

biokemiallisella muuntamisella.

Kiinteät, nestemäiset sekä kaasumaiset polttoaineet

o Metsästä saatavia kiinteitä biopolttoaineita ovat halot, hake, puupelletit, hakkuujäte sekä

kannot.

19

Metsästä saatavat bioraaka-aineet voidaan jalostaa erilaisiksi kiinteiksi, kaasumaisiksi tai nestemäisiksi

biopolttoaineiksi.

o Kaasumaisia biopolttoaineita voidaan saada

- Kaasutuksella, kuumentamalla

- Anaerobisella bakteeriprosessilla

o Nestemäiset biopolttoaineet ovat monimutkaisia ja niitä saadaan eri tavoin esim.

jatkojalostuksella;

- Puun kaasutuksen

- Alkoholikäymisen

- Anaerobisen hajoamisen

- Nesteyttämisen (Pyrolyysiöljy) jälkeen.

Biomassan jalostus kuumentamalla

Kuumennuksella tapahtuvan jalostuksen (pyrolyysin) päämäärät ovat vaihdelleet vuosien

mittaan, ja usein sen käyttö on kytkeytynyt fossiilisten polttoaineiden saatavuuteen. Kolme

pyrolyysireittiä;

o Kaasutus (puukaasutus kehitettiin ensimmäisenä sodan aikana puukaasukäyttöön)

20

o Jalostus tuottaa pyrolyysiöljyä

o Pyrolyysi – hiilletys, käytetään puuhiilen tuotantoon

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 Kaasupolttoaine sähköntuotantoon

- mäntämoottorilla/kaasumoottorilla

- kaasuturbiinilla

- polttokennoilla

o Jalostus sekä jaottelu,

- ajoneuvopolttoaineiksi

- kemiallisiksi raaka-aineiksi

21

Kaasutuslaitoksesta saatavan puukaasun/tuotekaasun käytölle on useita vaihtoehtoja.

Polttokennot

Metsäperäisistä bioenergiaraaka-aineista saatua puukaasua voidaan jo nyt käyttää puhdistuksen

jälkeen polttokennoissa CHP-laitoksissa sähkön- sekä lämmöntuottoon. Polttokennojen kehitys

etenee vauhdilla. Saksassa MTU-yhtiö on joidenkin vuosien ajan valmistanut polttokennoja

sähköntuottoon sekä maa-, bio- tai puukaasulle. Nykyään on täysin mahdollista käyttää

puhdistettua bio- ja puukaasua polttokennojen polttoaineena.

Polttokennopaketin asennus MTU CFC:n tehtaassa Tanskassa. Kuva. MTU CFC

22

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,

paikallisia bioenergiaresursseja voidaan hyödyntää paremmin, mikä voi lisätä työllisyyttä sekä

omavaraisuutta alueella.

Niin kutsutun vihreän kemian kautta voidaan tulevaisuudessa kehittää monia mielenkiintoisia tuotteita.

Biojalostamo

Mielenkiinto uusiutuvien raaka-aineiden, kuten biomassan, jalostukseen on saanut osakseen

valtavaa mielenkiintoa fossiilisten polttoaineiden nopean hinnannousun jälkeen. Mutta puu-

kaasussa oleva terva on yksi suurimmista ongelmista ja useimmat yritykset kamppailevatkin

sen puhdistamiseksi kaasusta. Tuotekaasun puhdistaminen tervasta on ollut monimutkaista ja

vaikeaa. ”Tervattomia reaktoreita” on kehitteillä.

23

Puukaasusta nestemäiseksi polttoaineeksi

Puuraaka-aineista saatava tuotekaasu voidaan nykyisin muutamalla prosessilla saada raaka-

aineeksi nestemäisen polttoaineen valmistukseen. Tunnetuin prosessi on FT eli Fischer-

Tropsch. FT kehitettiin jo sodan aikana Saksassa. Nykyisin tekniikka on jalostunut ja

puhutaankin toisen tai kolmannen sukupolven prosesseista.

EniTecnologie-IFP:n pilottijalostamossa Ranskassa käytetään uusia Fischer-Tropsch- prosesseja. Kuva, IFP,

Ranska.

24

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 laitokset soveltuvat parhaiten sähköntuotantoon 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.

Synergiavaikutukset voidaan ulottaa lämmön tehokkaamman käytön kautta sijoittamalla kaasutus sekä jalostus

CHP-laitoksen läheisyyteen. Pienemmät kaasutuslaitokset soveltuvat pääasiassa sähköntuotantoon ja niiden tulisi

olla yhdistettynä paikallisen kauko- tai lähilämpölaitokseen.

25

Eräs soveltuvimmista periaatteista pienemmiksi kaasuttimiksi tai reaktoreiksi biomassalle on ns. Myötävirta-

kaasutin eli englanniksi Downdraft gasifier.

HighBio- projekti

HighBio – Interreg Pohjoinen- projektissa tutkitaan kaasutustekniikkaa myötävirta-

kaasuttimella. Projektissa käytettävä suomalainen pilottilaitos on kehitetty ja se toimii siten että

valmistettavan tuotekaasun tervapartikkeli-ongelma on vältettävissä.

26

5. 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.

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.

Lähilämpöä biomassasta

Ns. lähilämmöllä eli paikallislämmöllä tarkoitetaan useille kiinteistöille, asunnoille tai

yrityksille tulevaa lämpöä joka jaetaan yhteisestä lämpöyksiköstä. Kunnassa tai taajamassa voi

myös olla suurempi kuluttaja kuten koulu, terveyskeskus, vanhainkoti, kirkko, joka toimii

lähilämpöverkon loppukäyttäjänä.

Suomessa on monia kunnallisia energiaosuuskuntia, jotka vastaavat lämmöntuotannosta

”putkiin” kyseisessä lähilämpöverkossa.

Hakelämmitteinen 1,6 MWth lähilämpö-yksikkö, jota hoitaa energiaosuuskunta Kälviällä.

Pienemmät hiukkaspäästöt

Monilla pienillä lämpöyksiköillä ei ole ollut tarvetta tai resursseja savu-kaasujen tehokkaaseen

27

puhdistusjärjestelmään. Usein on kyse erityyppisistä sykloneista, pesureista sekä kaasun-

pesureista joita käytetään eri yhdistelminä savukaasun puhdistukseen.

Uusi vaihtoehto pienelle, polttoaineena puuhaketta käyttävälle lämpö-yksikölle voi olla ensin

biomassan kaasutus ja sitten puukaasun poltto lämmitys-kattilassa. Oikealla kaasutustekniikalla

poistetaan puukaasun (tuotekaasun) hiukkaspäästöt primaarisen kaasunpuhdistuksen

yhteydessä.

Lämmitettäessä biosynteesikaasulla (puhdistetulla puukaasulla) on palaminen tehokasta sekä

täydellistä, mikä aikaansaa hyvin pienet hiukkaspäästöt. Olemassa olevien lämpölaitosten

päivittäminen kaasutuslaitteistolla voi vaatia merkittäviä muutoksia kuljettimiin sekä

pannuhuoneen suurentamisen. Kaasuttimella varustetut moduulit ovat kehitteillä.

CHP- yksiköt (CHP=Combined Heat and Power) Pienet lämpövoimayksiköt, ns. CHP-

yksiköt, tuottavat lämmön lisäksi myös sähköä. Kaksi tavallisinta pääryhmää voivat olla;

o muuntaminen lämpöenergiasta sähköksi ja lämmöksi

o kaasutuksen kautta

Periaate kaasutukseen sekä tuotekaasun suoraan polttoon

28

Lämpöenergian muuntaminen sähköksi ja lämmöksi

Kaksi mainittavaa menetelmää pienen mittakaavan lämpöenergian muuntamiseksi sähköksi

ovat;

o Stirling

o ORC (Organic Rankine Cycle)

CHP- yksiköt yhdessä Stirling:n kanssa

Sähköntuotanto Stirling:lla on ensisijaisesti pienille CHP- laitoksille ja siinä voidaan hyödyntää

lämpöenergia suoraan kattilasta tai savukaasuista.

CHP- yksiköt yhdessä ORC- moduulin kanssa

Pienet lämpövoimayksiköt (0,2 - 2,0 MWe) voivat perustua integroituun ORC- moduuliin, joka

muuntaa lämpöenergian sekä sähköksi että lämmöksi.

29

Kaasutus

Biomassan kaasutus lämmöksi sekä sähköksi (CHP)

Tavallisimmat pienet kaasutintyypit ovat

o Myötävirtakaasutin (Downdraft gasifiers)

o Vastavirtakaasutin (Updraft gasifiers)

o Ristivirtakaasutin (Crossdraft gasifier)

Integroitu yksikkö

Jotta puukaasua eli ns. tuotekaasua voitaisiin käyttää moottorissa, tulee kaasusta poistaa

vähintäänkin tervat sekä tervapartikkelit. Pienissä kaasuttimissa voidaan lämpötilaa ohjata

helpommin sekä pitää se stabiilina kaasutusprosessissa. Lämpötilassa 1000 ºC tai tämän

yläpuolella tapahtuu myös tervan pilkkoutumista. Raakakaasu, eli tuotekaasu, tulee puhdistaa

sekä jäähdyttää. Puhdistus tapahtuu vesi- tai/ja öljypuhdistusyksiköillä, ns. kaasunpuhdis-

timilla. Puhdistettu kaasu on biosynteesikaasua, biomassasta saatua synteesikaasua. Kuva

seuraavalla sivulla, puhdistuksella ja jäähdytyksellä voidaan kaasu hyödyntää kaasu-

polttoaineena CHP- yksikön mäntä- tai turbiinimoottorissa.

30

CHP- kombinaatti puukaasulle sekä biokaasulle

Tulevaisuuden hajautetuissa CHP- yksiköissä tullaan jollakin alueella hyödyntämään

31

rinnakkaisia raaka-ainevarastoja biokaasulle (esim. lannasta) sekä metsäperäiselle biomassalle

kaasutettavaksi puukaasuksi sekä biosynteesikaasuksi. Kumpaakin kaasua voidaan hyödyntää

CHP- yksikön mäntä- tai turbiinimoottorissa

Sähkötariffit vihreälle sähköenergialle ovat välttämättömiä

Taloudellisten edellytysten luomiseksi pienimuotoisille CHP- yksiköille vaaditaan, että

poliitikot sekä viranomaiset näkevät tarpeen sähkö-tariffeille. Lähinnä kyse on pienimuotoisista

CHP- yksiköistä joissa käytetään uusiutuvia energiavaroja metsästä sekä maataloudesta.

Pienillä yksiköillä, jotka tuottavat sähköä biomassasta kaasutuksella, suoralla poltolla tai

biokaasun kautta, on valtava potentiaali paikalliseen ympäristön huomioimiseen sekä

paikalliseen omavaraisuuteen sähkön sekä lämmön suhteen. Näillä pienimuotoisilla

hajautetuilla CHP- yksiköillä voidaan luoda uusia mahdollisuuksia öljyriippuvuuden

vähentämiseksi sekä fossiilisten päästö-kuormien pienentämiseksi.

32

6. Pienempiä CHP- yksiköitä

Monet pienemmät lämmöntuottajat sekä energiaosuuskunnat pohtivat sopivia vaihtoehtoja sekä

sähkön että lämmön tuottamiseksi paikallisesti pienemmissä yhdistetyissä laitoksissa (CHP).

Voimakkaasti nousseet öljyn sekä sähkön hinnat ovat nopeuttaneet kehitystä sekä suunnittelua

kohti korkeampaa paikallista omavaraisuutta. Paikallisia polttoaineraaka-aineita voidaan

hyödyntää paremmin lämmitykseen sekä lisäksi sähköntuotantoon pienemmissä yksiköissä.

Erilaisia tekniikoita nousee esille

On olemassa joukko erilaisia vaihtoehtoja myös pienemmiksi CHP- yksiköiksi. Lähinnä

Saksassa sekä Itävallassa on biopolttoaineen osalta pitkäaikaisin kokemus sähköntuotannosta

pienemmissä CHP- laitoksissa. Systeemiratkaisut pienemmälle CHP:lle voidaan pääosin jakaa

kolmeen pääosaan;

o Suora poltto integroituneella sähköntuotannolla

o Puukaasutus yhdistetyllä sähköntuotannolla

o Biokaasuntuotanto yhdistetyllä sähköntuotannolla

CHP suoralla poltolla

Eräs tavallisimmista menetelmistä suurissa laitoksissa (10 - 500 MWe) on tuottaa sähköä

33

höyryturbiinin sekä generaattorin avulla. Sitä vastoin eräs uudemmista sähköntuotanto-

menetelmistä tapahtuu ns. ORC- laitteistolla. Vaihtoehtona sähköntuotannolle suoran polton

kautta voi olla;

o Höyryturbiini 1-100 MWe, vastakehitetyt pienet höyryturbiinit 100 kWe alkaen

o ORC, kokoluokka välillä 200 kWe - 2 MWe

o Stirling-moottori, alle 100 kWe

Höyryturbiini

Höyryturbiinit ovat tavallisia suurten 10 - 500 MWe laitosten sähkön-tuotannossa. Nykyisin on

uudempia ja pienempiä höyryturbiiniyksiköitä jotka ovat kompaktimpia ja joiden hyötysuhde

on aiempia parempi. Höyryturbiinin moduulit sovitetaan, asennetaan sekä liitetään kattilaan

sekä kaukolämpö- ja sähköverkkoon paikan päällä. Pienempiä teollisuus-käyttöön tarkoitettuja

höyryturbiineja, alkaen 100 kWe on esitelty.

Höyryturbiini teollisessa CHP- laitoksessa

Höyryturbiinien sähköntuotanto on 5-20 % kokonaisenergiantuotannosta, suurin osa energiasta

tulee voida käyttää korkea- ja matalapaineisena höyrynä sekä lämpönä kaukolämpöverkkoon.

Höyryturbiinit jaetaan yleensä kolmeen luokkaan

o Lauhdutushöyryturbiini (Condensing Steam Turbines), pääasiassa teollisuuteen,

yhdistetään usein vastapaineturbiiniin.

o Vastapaineturbiini (Back-pressure turbines), soveltuu pääasiassa prosessiteollisuuteen,

mutta myös pienempiin CHP- laitoksiin.

o Uuttoturbiini (Extraction turbines), voi muuttaa korkeapaineisen höyryn ottoa teollisen

34

tarpeen mukaan ja tuottaa enemmän tai vähemmän sähköä.

On olemassa monenlaisia höyryturbiinien muunnelmia sekä yhdistelmiä.

Nykyisin on olemassa höyryturbiineja sekä tarvikkeita pienempiin 0,5-1 MWe CHP- laitoksiin.

Esimerkkinä voidaan mainita esim. Dresser-Rand:n moniportainen höyryturbiini. Ne ovat

teholtaan yli 500 kWe. Höyryturbiini pyörii nopeasti (17.000 rpm saakka), vaatii korkean

höyrylämpötilan (600 ºC saakka) sekä korkean höyrynpaineen (140 bar saakka).

Stirling-moottorit pääasiassa pienissä CHP- laitoksissa

Stirling-moottorin lämpöpaneeli kiinnitetään usein suoraan lämmitys-kattilan tulipesään tai

savukaasun poistoon. Stirling-moottoreiden kehitys on viime vuosien aikana kasvanut

kokoluokkaan 9 - 75 kWe, nämä ovat lähinnä tarkoitettu lämmityskattiloille joiden koko on

välillä 100 – 800 kW.

Pienin 9 kWe Stirling omaa yksisylinterisen moottorin, kun taas 75 kWe yksikössä on

kahdeksansylinterinen Stirling-moottori.

Stirling-moottori 35 kW-sähkö, ennen asennusta, lämpöpaneeli näkyvillä sylinterikannen päällä.

Kuva, Stirling.dk

Soveltuu pienempiin laitoksiin

Stirling-moottorit pienissä CHP- laitoksissa on nykyisin kehitetty antamaan täydentävän

määrän sähkövirtaa. Kattilan lämpötehosta voidaan ottaa ulos sähkön muodossa n. 10 %.

Tuotekehityksessä hyvin aktiivinen yhtiö on ollut Stirling Denmark.

35

Nelisylinterinen Stirling-moottori 35 kWe generaattorilla, lämmityskattilaan asennettuna.

Kuva, www.Stirling.dk

ORC- tekniikka

Eräs uuden tyyppisistä CHP- laitosten sähköntuotantomoduuleista on ORC (Organic Rankine

Cycle). Siinä lämmityskattilan lämmönvaihtimen sekä turbiinin välillä on suljettu systeemi,

missä orgaaninen öljy toimii käyttöväliaineena turbiinille. Turbiiniakselille on yhdistetty sähkö-

generaattori. ORC- yksikkö on pienempi ja kompaktimpi kuin höyryturbiini. Se valmistetaan

omana moduulinaan tehtaalla ja se yhdistetään kattilaan, kaukolämpöverkkoon sekä sähkö-

verkkoon rakennuspaikalla.

Eräs suurista valmistajista on italialainen Turboden joka pääasiassa myy kokoluokkaa 200 - 2000 kWe olevia

ORC- moduuleja Saksaan, Itävaltaan sekä Italiaan. Kuva, Turboden.it

36

ORC- yksikön sisältävän CHP- laitoksen toimintaperiaate sähkön- sekä lämmöntuotannossa. Kuva, Turboden.it

ORC- yksiköitä on eri kokoluokkia. Ne rakennetaan täydellisinä järjestelminä moduuleissa ja ne yhdistetään

lämpölaitoksessa hake- tai pellettilämmitteiseen lämmityskattilaan. Keski-Euroopassa on toiminnassa jo 70-

luvulla käyttöönotettuja laitoksia.

Lämmönvaihtimia erilaisiin lämmityskattiloihin

ORC- yksikön lämmönvaihdin voidaan asentaa erityyppisiin lämmityskattiloihin.

Tavallisimmin pienemmissä CHP- laitoksissa polttoaineena käytetään puuhaketta. Pienet CHP-

laitokset saavuttavat ORC- tekniikalla sähköntuotannossa usein korkeamman hyötysuhteen

kuin höyryturbiiniyksikössä. Sähköntuotanto voi olla välillä 16 - 20 % kokonaisenergia-

tuotannosta, lopun ollessa lämpöä (80 - 84 %).

37

Kiinteät sekä kaasumaiset biopolttoaineet

o Kiinteitä metsästä saatavia biopolttoaineita ovat halot, puuhake, puupelletit sekä hakkuu-

jätteestä ja kannoista peräisin oleva puuhake

o Kaasumaisia biopolttoaineita voidaan saada,

- Kaasutuksella, kuumennuksen kautta

- Anaerobisella bakteeriprosessilla

Biomassan kaasutus

Kaasutuslaitoksesta saatavan puukaasun/tuotekaasun käytölle avautuu monia vaihtoehtoja.

38

Biomassan kaasutuksella voidaan saada arvokasta tuotekaasua, jota kutsutaan synteesikaasuksi

tai myös puukaasuksi puuperäisistä raaka-ainetta kaasutettaessa.

CHP biomassan kaasutuksen kautta

Kaasutinta tai ns. reaktoria käytetään pyrolyysiprosessin ohjaukseen synteesikaasun saamiseksi.

Muodostunut synteesikaasu läpikäy jäähdytyksen sekä ensimmäisen puhdistuksen. Aikaansaa-

tua synteesi-kaasua kutsutaan tuote-kaasuksi, tai puukaasuksi puuperäistä biomassaa

käytettäessä.

Myötävirtakaasuttimen periaatekuva

Puukaasutus

Biomassan kaasutuksen pääasiallisena mielenkiintona on hyvin käyttökelpoisen tuotekaasun

aikaansaaminen. Tuotekaasu voidaan käyttää suoraan polttoon tai jatkojalostukseen, (katso

tarkemmin INFO 04). Sähköntuotanto polttoaineena käytettävällä puukaasulla on kehittynyt

nopeasti Ensisijaisesti jo olemassa olevien metsästä saatavien bio-energiaraaka-aineiden

mahdollisuus tehokkaaseen energian hyödyntämiseen. Puukaasua (synteesikaasua/tuotekaasua)

voidaan käyttää pienemmissä CHP- laitoksissa polttoaineena mm.;

o Mäntämoottorissa/kaasumoottorissa, koko usein välillä 50 kWe - 2 MWe

o Kaasuturbiinissa, koko usein yli 500 kWe

o Mikroturbiinissa, koko välillä 30 – 250 kWe

o Polttokennoissa, tavallisimmin välillä 20 – 320 kWe

39

Puukaasua voidaan puhdistuksen jälkeen käyttää mäntämoottorin/kaasumoottorin tai generaattorilla varustetun

kaasuturbiinin polttoaineena. Kehitetyllä uudella tekniikalla on myös mahdollista tuottaa sähköä CHP-

laitoksessa olevilla polttokennoilla.

Kaasumoottori

Mäntämoottorit ovat kehittyneet pitkän ajan kuluessa ja niitä on sovellettu kaasukäyttöön sekä

sähkögeneraattoreiden käyttämiseen. Pienissä yksiköissä hyödyllisin on ollut kaasukäyttöön

soveltuva bensiini- tai dieselmoottori. Melutason vaimennus sekä yksikön värähtelyjen

vaimennus tulee järjestää hyvin.

Suuremmissa CHP- laitoksissa vaaditaan isoja kaasumoottoreita. Kuvassa on 48 litran V20- kaasumoottori

Jenbacherilta varustettuna noin 1000 kWe generaattorilla. Kaasumoottoria voidaan käyttää puhdistetulla bio-

kaasulla tai puukaasulla..

40

Kaasuturbiini

Normaaleja tai suuria kaasuturbiineja on pääasiassa suuremmissa 1-100 MWe CHP- laitoksissa.

Useimmissa kaasuturbiineissa käytetään nestemäistä polttoainetta tai esim. maakaasua.

Nykyisin on myös pienempiä 0,5-2 MWe kaasuturbiineja joita käytetään teollisuudessa.

OPRA- kaasuturbiini CHP-yksikössä on usein kokoluokaltaan noin 2 MWe. Kuva. Ergytec

Mikroturbiini

Pienemmille CHP- laitoksille on olemassa mikroturbiineja. Valmistettavat kokoluokat ovat 30 -

250 kWe. Mikroturbiinien hinnat ovat edelleen 2 - 2,5-kertaa korkeampia kuin mäntä-

moottoreiden. Mikroturbiini rakennetaan sekä integroidaan yhdessä sähkögeneraattorin kanssa.

Tämän vuoksi ne ovat kompakteja ja niiden käynti on hiljaista mäntämoottoreihin nähden.

Amerikkalainen Capstone on yksi suurista mikroturbiinien valmistajista. Kuva, Capstone

41

Polttokennot

Polttokennojen kehitys puhdistetuille bio- tai puukaasuille jatkuu voimakkaana. Maakaasua

käyttäviin CHP- laitoksiin soveltuvia polttokennoja on ollut käytössä vuosien aikana. Niitä on

pääasiassa ollut erityisesti CHP- yksikköinä sairaaloihin sekä hotelleihin liitettyinä. Nykyisin

polttokennot kehittyvät nopeasti liittyen sekä pienemmän tilavuuden saamiseen per kW että

pienemmän painon saavuttamiseen.

Ylhäällä: SOFC- tyyppinen polttokenno jota valmistaa Topsoe Fuel Cell A/S Tanskassa. Teho on n. 1 kWe (12x12

cm). Kehitteillä on 3 kWe polttokenno.

Polttokennoja biokaasulle sekä puukaasulle

Metsästä saadusta bioenergiaraaka-aineesta valmistettua puukaasua voidaan jo nyt käyttää

puhdistuksen jälkeen polttokennoilla varustetuissa CHP- laitoksissa sähkön- ja lämmön-

tuotantoon. Polttokennojen kehitys on nopeaa. Saksalainen yhtiö MTU-CFC on joidenkin

vuosien ajan valmistanut polttokennoja sähköntuotantoon maa-, bio- tai puukaasulle. On täysin

mahdollista aloittaa suunnittelu puhdistetun bio- ja puukaasun käyttämiseksi polttoaineena

pienemmissä polttokennoilla varustetuissa CHP- yksiköissä. Valitettavasti polttokennojen hinta

on edelleen 3-5-kertainen kaasumoottoriin nähden.

Esimerkkejä yhtiöistä, joissa kehitetään polttokennoilla varustettuja CHP- yksiköitä, ovat;

- Wärtsilä Suomessa, http://www.wartsila.com

- MTU CFC Solutions Saksassa, http://www.mtu-cfc.com/en/

42

Luultavasti MCFC sekä SOFC- polttokennot soveltuvat parhaiten sähköntuotantoon bio- tai puukaasulla. Yhtiö

MTU Saksassa käyttää MCFC- ja suomalainen Wärtsilä SOFC- polttokennoja CHP- yksiköissään.

Kuva. MTU CFC

Wärtsilä on esitellyt pienen n. 20 kWe CHP- yksikön. Polttoaineena on biokaasu ja polttokennot ovat SOFC-

tyyppiä. Pilottilaitos, WFC20, (kuvassa) sijaitsee Vaasassa ja siinä käytetään Vaasan vanhalta kaatopaikalta

saatavaa metaanikaasua.

43

Biokaasun sekä puukaasun yhdistäminen

Maaseudulla on suunnittelussa syytä ottaa huomioon mahdollisuus puunkaasutusyksikön

yhdistäminen biokaasulaitoksen kanssa. Erityisesti mikäli kaasuja aiotaan käyttää sähkön- ja

lämmöntuotantoon sekä kaukolämpö-verkkoon liitettynä.

Aurinkopaneeleja voidaan yhdistää lämpölaitokseen

Mielenkiintoinen ratkaisu on myös yhdistää paikalliseen lämpölaitokseen aurinkopaneeleita

auringosta saatavan lisälämmön hyödyntämiseksi. Erityisesti keväällä ja syksyllä voidaan

aurinkopaneeleista saatavalla lämmöllä lämpölaitosta täydentää tehokkaasti.

Tietyt synergiavaikutukset voidaan saavuttaa yhdistämällä aurinkopaneeleja lähilämpölaitokseen.

44

7. CHP vaihtoehtona energiaosuuskunnille

Energiaosuuskunnat ovat yhä enemmän kiinnostuneita kehittämään ja rakentamaan pienempiä

CHP-laitoksia, jotka tuottavat sekä lämpöä että sähköä. (CHP = Combined Heat and Power).

Suomessa odotetaan syöttötariffien käyttöönottoa pienen mittakaavan sähköntuottajille ja

pienemmille CHP-yksiköille tai lämpövoimalaitoksille.

Syöttötariffit

Syöttötariffeilla taataan verkkoon jaetulle sähkölle minimihinta. Tärkeintä syöttötariffien

kanssa on, että ne avaavat maaseudun kylille ja kunnille uusia mahdollisuuksia rakentaa

paikallisia CHP-yksiköitä. Näissä voidaan hyödyntää paikallisia metsän ja maatalouden raaka-

aineita polttoaineena. Näin turvataan työpaikkoja ja voidaan pienentää paikallista öljyriippu-

vuutta. Erityisen suurta kiinnostusta pienempiä laitoksia kohtaan maaseudulla on paikallisilla

energiaosuuskunnilla, energiaurakoitsijoilla ja maan- ja metsänomistajilla.

Yleiskuva, jossa esimerkkinä CHP:n kaksi pääperiaatetta, suora ja epäsuora poltto

Useita vaihtoehtoja

Pienemmissä CHP-laitoksissa on valittavana monia eri teknisiä vaihto-ehtoja. Ne voivat

perustua biomassan suoraan tai epäsuoraan polttoon. Liikkeelle on lähdettävä mm. siitä, jos

olemassa olevaa lämpölaitosta voidaan konvertoida (muuntaa) tai jos lämpökattila täytyy

45

vaihtaa. On yritettävä valita sopiva laitteisto ja teknologia, joka parhaiten sopii omille

vaatimuksille ja omaan laitokseen.

Viime vuosina on pienemmille CHP-laitoksille sopivan tekniikan kehitys saanut vauhtia ja esiin

on tullut uusia vaihtoehtoisia ratkaisuja ja aikaisempien tekniikoiden modifiointeja.

Yksi uusista ratkaisuista on käyttää nk. kuumailmaturbiinia, pyörittää generaattoria. Tämä

vaihtoehto on tullut suuremman kiinnostuksen kohteeksi, koska biomassan kaasutustekniikka

on kehittynyt ja kun esim. puukaasu poltetaan suoraan kaasutuksen jälkeen. Vaihtoehto tuottaa

suhteellisen puhtaita savukaasuja. Tämä myös vähentää kerrostumis-ongelmia kuumailma-

turbiinin lämmönvaihtimessa savukaasuputkessa. Jos kerrostumia on vähemmän, niin huollon

tarve vähenee ja lämmönsiirto on tehokkaampaa.

CHP-laitokset

Kun ollaan suunnittelemassa paikallisen lämpövoimayksikön rakentamista, niin energia-

osuuskunnille löytyy joitakin eri toimintamalleja mistä valita. Ensimmäinen valinta suoritetaan

seuraavien laitosten välillä,

- Biomassan suora poltto

- Biomassan epäsuora poltto

Biomassan suora poltto

Metsänhoidollisen biomassan suorassa poltossa käsitellään bioraaka-aine eri tavoin, koska

raaka-ainetta pääasiassa käytetään puuhakkeen, puupellettien tai puujauheen muodossa.

Esikäsittelyssä käytetään usein hyväksi puumassan luonnollista kuivausta maastossa. Tavallisin

tapa puun pienentämiseen on haketus. Jälkikuivaus antaa polttoon aina korkeamman poltto-

arvon.

Seuraavassa esimerkkejä joistakin eri teknisistä laitteistoista lämpövoimatuotannossa,

o ORC, (Organic Rankine Cycle) pääasiassa kokoluokkaa 200 kWe - 2 MWe

o Stirling moottori, alle 100 kWe, pienet ja mikro CHP (kWe = kilowattia sähköä)

o Höyryturbiini 1-100 MWe, uusia kehitettyjä pieniä höyryturbiineja löytyy 100 kWe lähtien

o Höyrymoottori 5 – 500 kWe, uusi sukupolvi pienempiä höyrymoottoreita on kehitetty

pienille- ja mikro-CHP-yksiköille.

o Kuumailmaturbiini (HAT=Hot air turbine) Pieniä yksiköitä on kehitetty ja niitä löytyy

väliltä 500 kWe - 2 MWe (Huomioi, että Kuumailmaturbiini vaatii puhtaita savukaasuja lämpö-

vaihtimen toimintaan. Siksi täytyy laitteiston mieluiten olla kombinaatio biomassan kaasutuksen

kanssa)

46

Suoraa polttoa varten tarkoitettu biomassa voi olla jauheen, hakkeen tai pelletin muodossa. Isot CHP-yksiköt ovat

perinteisesti käyttäneet nk. höyrysykliä, jossa yksi tai useampia höyryturbiineja pyörittää generaattoreita

sähköntuottoon. Tällä hetkellä Keski-Euroopassa on käytössä yli 150 CHP-yksikköä, jotka käyttää ORC

tekniikkaa.

ORC

Hyvin kiinnostava vaihtoehto CHP-laitoksille Keski-Euroopassa on käyttää nk. ORC-moduulia,

(Organic Rankine Cycle).

47

Se toimii suljetuissa systeemeissä termoöljyllä ja orgaanisella nesteellä, joka lämmönvaihti-

men kautta siirtää lämpöenergian kattilasta tai savukaasusta turbiiniyksikköön, joka on

varustettu generaattorilla. Keski-Euroopassa löytyy yli 150 kpl käytössä olevia ORC-yksiköitä.

Ne ovat yksiköitä väliltä 200 kWe-2 MWe ja niitä löytyy lähinnä Saksassa ja Itävallassa, joissa

on ollut syöttötariffeja pienen mittakaavan CHP-yksiköille jo monta vuotta.

Stirling

Stirling-yksikkö voi olla kiinnostava vaihtoehto pienille- ja mikro-CHP-laitoksille. Ne sopivat

lähinnä integrointiin omakotitalojen ja maatalouden lämpökattiloiden kanssa. Stirling-yksikkö

voi olla asennettu lämpökattilan tulipesään tai savukaasukanavaan. Niitä löytyy kokoja väliltä

1-100 kWe. Polttoprosessin täytyy olla hyvä, jotta vältetään kerrostumat Stirling-yksikön

lämmönvaihtimessa. Tällöin toiminta huononee nopeasti.

Yleiskuva periaatteesta miten CHP-laitos voi tuottaa sähköä ja lämpöä. Vaihtoehto yksi; Kaasumoottorin,

Mikroturbiinin (tai tulevaisuudessa Polttokennon) kautta. Vaihtoehto kaksi; Biosynteesikaasun poltto, josta

saadaan lämpöenergiaa Höyryturbiiniin, ORC:n, Kuumailmaturbiiniin tai Stirling:iin.

Höyryturbiini

Nykyään markkinoilta löytyy myös pieniä höyryturbiineja, kokoluokkaa 100 kWe - 2 MWe.

Höyryturbiini voi olla vaihtoehto joillekin kokoluokan 1-2 MW CHP-laitoksille.

48

Kuumailmaturbiini (HAT=Hot air turbine)

Yksi uusimmissa vaihtoehdoista pienemmille laitoksille, kokoluokkaa 2-3 MW, voi olla

kuumailmaturbiini sähköntuotantoa varten. Tekniikka tulee mm. suurista nk. CAT-Cycle Plant

(CAT=coal-fired air turbine). Näitä hiiltä polttavia kuumailmaturbiiniyksiköitä on nykyään

mukautettu biomassalle ja tekniikasta käytetään usein lyhennettä HAT.

Pienemmissä yksiköissä, joissa kaasutus tapahtuu biomassasta, ja synteesikaasu poltetaan

tehokkaasti, siirtyy lämpöenergiaa lämmön-vaihtimen kautta savukaasuista kuumaan ja

korkeapaineiseen ilmaan kuumailmaturbiinia varten. Kuumailman lämpötila on turbiiniin

mennessään 800 - 950 ˚C.

Periaateyleiskuva sähköä ja lämpöä tuottavasta CHP-laitoksesta, joka on varustettu biomassan epäsuorassa

poltossa kaasutuksen kautta. Tässä biosynteesikaasua poltetaan lämpökattilassa, joka on integroitu kuumailma-

turbiiniyksikön kanssa, jossa savukaasun lämpö siirretään kuumailmaturbiinin ilmaan lämmönvaihtimen avulla.

Biomassan epäsuora poltto

Biomassan epäsuoralla poltolla tarkoitetaan, että biomassa läpikäy ensimmäisessä vaiheessa

termisen muuntumisen lämmön kanssa. Se voi tapahtua kaasutuksen kautta, josta saadaan

biosynteesikaasua, nesteytyksen kautta, josta saadaan pyrolyysiöljyä tai hiilletyksen kautta,

josta saadaan puuhiiltä.

49

Biomassan kaasutus

Biomassan kaasutuksessa on se etu, että puukaasu/tuotekaasu on puhdistuksen jälkeen

käyttökelpoista biosynteesikaasua, jota voidaan käyttää polttoaineena kaasumoottoriin tai

mikroturbiiniin, joka on integroitu lämpö-voimatuotannon generaattorin kanssa. Toinen

vaihtoehto on, että biosynteesikaasu poltetaan lämpökattilassa ja savukaasujen lämpöenergia

käytetään lämmönvaihtimen kautta ORC-moduuliin tai kuumailmaturbiiniin. Muut vaihtoehdot

ovat pienempi höyryturbiini tai isompi Stirling-yksikkö. Koska poltettava biosynteesikaasu on

puhdasta, on lämmönvaihtimien huolto ja kerrostumat myös vähäisempiä.

Kaasumoottori tai Mikroturbiini

Vaihtoehtoisia moottoriyksiköitä biosynteesikaasulle ovat kaasumoottori (usein iso diesel, joka

on rakennettu uudelleen ja varustettu sytytystulpalla) tai mikroturbiini. Mikroturbiinin hinta on

edelleen aika korkea verrattuna mäntämoottoriin, mutta yleensä kasvava kysyntä saa aikaan,

alenevan hintatason.

Kaasutus ja Biosynteesikaasu CHP-yksikön suorassa poltossa

Periaatekuva, kaasutus myötävirtakaasuttimessa (Downdraft) integroidussa kaasutuksessa ja poltto CHP-

yksiköissä. Kun raaka-aineena on puuhake, joka on kuivattu sopivan kuivaksi, voidaan myös kaasutusreaktorin

toimiminen taata. Kuvassa joitakin vaihtoehtoja CHP-yksiköistä, jotka tuottavat sähköä: Höyryturbiini, ORC,

Kuumailma-turbiini, Höyrymoottori ja Stirling.

50

Pienemmille lämpölaitoksille, joilta tänä päivänä puuttuu savukaasupuhdistus, voi mm.

hiukkaspäästöt olla ongelma kun laitos on käynnistymässä tai käy alhaisella teholla.

Kaasuttamalla biomassaa ennen polttoa voidaan hiukkaspäästöt vähentää murto-osaan.

Kiinnostus ja nykyisten biomassan kaasuttimien kehitys menee nopeasti eteenpäin kuten myös

kaasuttimien kehitys, joissa voidaan käyttää kosteaa biomassaa.

Kaasutus integroidun CHP-yksikön kanssa

Tänä päivänä löytyy markkinoilta pieniä ja pienempiä CHP-yksiköitä, jotka perustuvat

puuhakkeen muodossa olevan biomassan kaasutukseen. Yksi yrityksistä, jotka kehittävät pieniä

CHP-yksiköitä moduulina koottuna konttiin, on GasEk Oy Reisjärvellä, Suomessa. Farmari-

messuilla 2009 Kokkolassa näytettiin yhtä yksikköä 50 kWe ja 100 kWth käytössä.

GasEk valmistaa CHP moduuleja koottuna konttiin, oik. hakesiilo, jossa kuljetusruuvi kontin kaasuttimeen.

Puuhake voidaan hakettaa suoraan hakesiiloon. (hakkurin puhallusputki näkyy oikealla).

Lämmönvaihtimeen pienempi kerrostuma

Polttamalla kaasuttimesta saatua biosynteesikaasua muuttuvat savukaasut selvästi paremmiksi.

Näin vähennetään savukaasukanavaan sijoitettavan lämmönvaihtimen kerrostumia, esim. CHP-

yksikössä, jossa on kuumailma-turbiini. (katso aikaisempia sivuja).

51

8. 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

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.

Havainnollistava kuva, jossa on kaksi esimerkkivaihtoehtoa paikallisesta puuhakkeen jalostuksesta lähialueen

lämpöasiakkaille, vaihtoehtoisesti pienempi CHP-laitos, joka tuottaa myös sähköä lämmön ohessa.

Lähilämpöä biomassasta

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, palvelutaloille,

vanhain- ja senioriasunnoille, teollisuushalleille, rivitaloille, maatilarakennuksille tai asuintalo-

ryhmille (mökeille) kuntakeskuksessa, kylille ja taloryhmille. Yhtenä edellytyksenä kehityksen

käynnistämiseksi on että kunnan- ja aluehallinnossa asiaan suhtaudutaan positiivisesti sekä

tuetaan paikallisten biopolttoaineiden käyttöä.

52

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

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.

Integrointi paikallisen hakkeen kuivauksen kanssa

Paikallinen lähilämpöyksikkö voi parantaa polttoaineraaka-aineen hyötysuhdetta hakkeen

kuivauksella omaa käyttöä varten tai myös mahdollista myyntiä ajatellen. Lämpöyksiköstä

voidaan hukkalämpö monesti käyttää kuivaukseen vaihtoehtoisesti kombinoituna aurinko- tai

joissakin tapauksissa geoenergian kanssa (maa-, järvi ja kalliolämpö).

53

havainnollistava kuva, jossa on esimerkki osista, jotka voidaan integroida paikallisen energiatuotantolaitoksen

ympärille

54

Paikalliset energiaterminaalit

Energiaterminaalit, joissa on integroitu biomassaraaka-aineiden sekä jalostettujen raaka-

aineiden käsittely. Seuraava askel paikallisten lähilämpö- tai paikallislämpöyksiköiden

kehityksessä on integroituminen biomassan terminaalikäsittelyyn.

Terminaali tai ensisijaisesti kova tasainen alue asfaltoidaan lämpö- tai CHP- yksikön

rakennuksen yhteyteen. Terminaalissa voi olla yksinkertaisia hallirakennuksia bioenergiaraaka-

aineiden ja tuotteiden välivarastointia varten.

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

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

55

o Kaasutus + Kaasumoottori (mäntämoottori)

o Kaasutus + Mikroturbiini

o Biokaasu + Kaasumoottori

o Biokaasu + Mikroturbiini

o Bio-Synteesikaasu ja Biokaasu kombinaatio + Kaasumoottori tai mikroturbiini

Integrointi biomassan kaasutukseen

Kiinnostava vaihtoehto puuhakebiomassan suoralle poltolle on, että biomassa ensin kaasu-

tetaan. Kaasutus avaa uusia mahdollisuuksia poltolle, jolloin seurauksena olisivat minimaaliset

partikkelipäästöt.

Jos tarkoituksena on että integroitu laitos tuottaa vain lämpöä, menee tuotekaasu/raakakaasu

suoraan polttopannuun. Lämpöpannu voidaan varustaa ORC- yksikköön tarkoitetulla lämmön-

vaihtimella ja näin saadaan CHP- laitos, joka tuottaa sekä sähköä että lämpöä.

Integroidulle sähkön- ja lämmöntuotannolle CHP- laitoksessa voidaan myös valita toinen reitti.

Jäähdytettyä ja puhdistettua tuotekaasua tai nk. bio-synteesikaasua voidaan käyttää polttoai-

neena suoraan kaasumoottoriin (mäntämoottori) tai mikroturbiiniin, joka käyttää generaattoria.

56

Integrointi paikalliseen pellettituotantoon

Terminaaliin, jossa on lämpöyksikkö lähilämmölle ja hakkeen kuivaukselle, on hyvät

mahdollisuudet integroida myös pienen mittakaavan puu-pellettien valmistus. Tämän tyypin

integroinnissa voidaan myös parempi hakelaatu ohjata pelletinvalmistukseen ja edelleen

ensisijaisesti paikallisille asiakkaille ja kuluttajille.

Pienehkö, toiminnassa oleva pelletöintilaitteisto, SPC (Sweden Power Chippers Ab);

1. Sykloni kuivattua ja jauhettua puuhaketta 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 kuormauslavalla.

57

Integrointi paikalliseen biokaasulaitokseen

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.

Biokaasua voidaan johtaa läheisestä biokaasulaitoksesta kaasujohtoja pitkin CHP- laitokseen.

Vaihtoehtoisesti biokaasulaitos rakennetaan lähilämpölaitoksen yhteyteen.

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

O Biokaasua maatilaraaka-aineista (lanta, biomassajäte ja ruohokasvit)

O Biokaasua yhteiskuntajätteistä (yhteiskuntaliete ja mahdollisesti kompostoituvat

kotitalousjätteet)

Integrointi aurinkoenergiaan

Pienen mittakaavan lähilämpöyksikölle voi kombinointi eli integrointi aurinkokerääjien kanssa

antaa lisälämpöä. Nykyään löytyy monenlaisia tehokkaita aurinkokerääjiä, joita voidaan

käyttää talojen lämmitykseen. Paikallisen lämpöyksikön rakennus voidaan jo suunnittelu-

vaiheessa mukauttaa aurinkokerääjiä ajatellen. Rakennus on myös hyvä sijoittaa siten, että

auringosta saatava teho maksimoituu. Keski-Euroopassa on tavallista kombinoida hakepoltto

esimerkiksi eri aurinkokerääjien kanssa.

58

Pari esimerkkiä 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 geoenergiaan

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

59

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.

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

siirtää lämmön lämmönvaihtimeen joka lämmittää veden lähilämpösysteemissä tai talon lämpötankissa.

60

Energiaosuuskunta

Paikallinen energiaosuuskunta voi, ollessaan hallinnon johtajana ja vastuussa pienemmistä

paikallisista lämpö- ja CHP- yksiköistä, olla hyvä ratkaisu. Energiaosuuskunnan jäsenet voivat

olla metsänomistajia, urakoitsijoita, kunta, paikallisia organisaatioita sekä asiakkaita. Suomessa

toimii hyvin energia-osuuskunta, jossa myydään ”lämpöä putkissa” kuntien kouluille,

vanhainkoteihin, rivitaloihin ym. Nämä energiaosuuskunnat voisivat olla niiden joukossa, jotka

kehittävät edelleen toimintaansa integroimisteitse biomassan edelleen jalostamiseksi. Kyseessä

voisi olla esim. energiaterminaali, hakkeen kuivaus, pelletöinti, kaasutus ym.

Energiaosuuskunta toimii usein ”lämpöä putkissa” myyjänä kunnille, yrityksille tai yksityisille asiakkaille.

Energiayritykset ja urakoitsijat

Paikallisten energiayrittäjien joukossa on monia, jotka järjestävät yhdessä metsäbiomassan

käsittelyn hakkeeksi ja myös tuottavat lämpöä omissa tai kunnallisissa lämpölaitoksissa.

Tulevaisuudessa tarvitaan hyviä energiayrittäjiä, urakoitsijoita tai pienempiä yrityksiä, joilla on

kiinnostusta ja tietämystä bioenergiasta ja lämmön ja sähkön tuotosta. He voivat olla tärkeitä

toimijoita paikallisen biomassan jalostuksen kehityksessä. Joissain tapauksissa voi myös kunta

olla osaomistaja energiaa tuottavassa yrityksessä tai pyörittää omaa energiayhtiötä.

61

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 paikalliseen käsittelyyn.

Suomesta löytyy monia hyviä energiaosuuskuntia, energiayhtiöitä, urakoitsijoita ja pienyrittäjiä, jotka tekevät

korjuun ja jalostavat biomassaa.

62

9. CHP biomassan suoralla poltolla

Lämmön sekä sähkön tuottaminen pienissä CHP- laitoksissa on yhä suuremman mielenkiinnon

kohteena (CHP = Combined Heat and Power). Erityisen suurta mielenkiinto on maaseudulla

sijaitsevien pienten, nykyisin lähilämpöä tuottavien lämpölaitosten piirissä, jotka lisäksi

haluavat kehittää toimintaansa myös sähkön tuottamiseksi tulevaisuudessa.

Energiaosuuskunnat

Lähilämpö tarkoittaa sitä, että lämpö jaetaan putkistoa myöten rajoitetulle määrälle lähialueen

kiinteistöjä. Usein kysymyksessä on koulujen, terveysasemien, yrityskiinteistöjen, rivitalojen

jne. lämmittäminen.

Erityisesti Suomen puolella on muodostettu ns. energiaosuuskuntia, jotka hoitavat tai omistavat

laitoksen ja jotka ”myyvät lämpöä putkissa”. Jäsenistö on usein metsänomistajia, jotka tällä

tavoin voivat myydä bioenergiaraaka-aineitaan puuhakkeen muodossa.

Muita polttoainevaihtoehtoja voivat olla esim. oljet, ruokohelpi, paju, sekä pienemmiltä

sahoilta sahanpurua ja haketta.

Katsauskuva tavallisimpiin vaihtoehtoihin CHP:lle (lämpö + sähköä) suoralla poltolla..

63

Kolme vaihtoehtoa

Kun biomassan suoran polton kautta halutaan tuottaa myös sähkövirtaa, on pienten laitosten

suhteen kolme vaihtoehtoista tekniikkaa, 200 kWe – 2,0 MWe. Todella pienille laitoksille on

vaihtoehtona vain Stirling 10 - 200 kWe. (MWe = Megawattia sähköä)

CHP- laitokset

Perinteisesti sähköä sekä lämpöä on tuotettu suurissa laitoksissa höyryturbiineissa, jotka

pyörittävät generaattoreita (10 - 500 MWe).

Nykyisin markkinoilla on myös pienempiä höyryturbiineja alkaen 100 kWe, mutta pienempi

höyryturbiini tulee usein ensisijaiseksi vaihtoehdoksi kokoluokaltaan yli 1 MWe olevissa

CHP:ssa. Eräs uudemmista menetelmistä sähkön tuottamiseksi CHP- laitoksissa on ns. ORC-

moduulin kautta. (ORC = Organic Rankine Cycle).

Suoraan polttoon tarkoitettu biomassa voi olla jauhe-, hake- tai pellettimuodossa. Suuret CHP- yksiköt ovat perin-

teisesti käyttäneet ns. höyrykiertoa yhdellä tai useammalla höyry-turbiinilla jotka pyörittävät generaattoreita

sähkön tuottamiseksi.

64

Tavallisimmat vaihtoehdot sähköntuotantoon suoran polton kautta voivat olla;

o ORC, koko välillä 200 kWe - 2 MWe

o Höyryturbiini 1-100 MWe, kehittyneet pienet höyryturbiinit alkaen 100 kWe

o Stirling moottori, alle 100 kWe

o sen lisäksi löytyy uusia kehitettyjä höyrymoottoreita ja kuumailmaturbiineita

Yksinkertaistettu periaatekuva biomassan suoraan polttoon tarkoitetusta CHP- laitoksesta.

Mielenkiintoiset ORC- moduulit

Eräs mielenkiintoisimmista CHP- laitoksille tarkoitetuista vaihtoehdoista biomassan suoraan

polttoon on ORC. Erityisesti Keski-Euroopassa kehitys on ollut kiivasta viime vuosina.

Nykyisin on mm. yli 70 ORC- moduuleilla varustettua CHP- yksikköä, joita valmistaa

italialainen Turboden.

65

Katsauskuva ORC- moduulilla varustetun CHP- laitoksen periaatteesta sähkön sekä lämmön tuottamiseksi.

Kuva CHP- laitoksesta Mainkofennissa, Deggendorfissa Saksassa. Se käyttää polttoaineena kosteaa puuhaketta.

Lämmityskattila on 4,25 MW, ORC- yksikkö on peräisin Turbodenilta ja sen nimellisteho on 540 kWe. Laitos

otettiin käyttöön 2004.

66

ORC – moduuli valmiina toimitukseen saksalaiselta Maxxtec AG:lta. Se valmistaa ORC- moduuleja aina 2,0 MWe

tehoon saakka. Kuva, Maxxtec AG

Biomassan polttoon tarkoitettujen CHP- laitosten ohessa käytetään myös ORC- yksiköitä

teollisuuden hukkalämmöstä johdettuun sähköntuotantoon. Lisäksi paikoissa, joissa maalämpöä

on saatavilla käytetään myös laitoksissa ORC- moduuleja sähköntuotantoon.

Stirling

Suurta kysyntää sekä mielenkiintoa ovat pienimuotoisessa sähköntuotannossa saaneet teknisesti

kehittyneiden Stirling-yksiköiden valmistajat.

Vas. 35 kWe Stirling-moottori, jossa sylinterien päällä olevat lämpöpaneelit on käännetty ylöspäin. Oik. Stirling-

moottorilla (vihreä) varustettu CHP- yksikkö lämmityskattilaan liitettynä. Kuvat, Stirilng.dk

67

MCHP Stirling:n kanssa

Lämmön sekä sähkön tuottaminen omakotitalon kattilassa on mahdollista integroidulla Stirling-

moottorilla. Hyvin pientä CHP- yksikköä kutsutaan MCHP:ksi, (Micro Combined Heat and

Power). Käynnissä olevalla lämmityskattilalla ollaan omavaraisia esim. myrskyn aiheuttamien

sähkökatkosten suhteen.

Mikrolämpövoimayksikkö, pellettilämmitteinen lämpökattila, jossa Stirling-moottori on upotettuna kattilayksikön

yläpuolelle. MCHP- yksikkö antaa 15 kWth sekä 1 kWe. Kuva: SPM -Stirling Power Module

Kaasutus sekä synteettinen biokaasu suoraan polttoon CHP- yksikössä

Hiukkaspäästöongelman pienentämiseksi poltettaessa biomassaa pienessä lämpölaitoksessa

voidaan valita ensin biomassan kaasutus ja tämän jälkeen synteettisen biokaasun poltto

lämmityskattilassa. Tällainen laitos ei tuota hiukkaspäästöjä savukaasujen mukana. Kehitys

etenee nopeasti myös kostean biomassan käsittelyyn soveltuvien kaasuttimien suhteen.

Pienempi CHP- yksikkö

Isolla 500 kW – 5 MW lämmityskattilalla varustetussa pienessä CHP-laitoksessa voidaan

yhdistää vaihtoehtoisesti ORC-yksikkö tai pieni höyryturbiini. Lämmityskattila, 100 - 1000

kW, soveltuu suureen Stirling-yksikköön lämmön tuotantoon 9 - 75 kWe.

Välillä 15 - 100 kW olevalla lämmityskattilalla varustettuun MCHP-yksikköön voidaan

integroida Stirling-yksikkö joka tuottaa 1 - 9 kWe.

68

Periaatekuva integroidusta kaasutuksesta sekä poltosta CHP- yksikössä, jossa raaka-aine on puuhake joka

kuivataan kaasutusreaktoriin soveltuvaan kosteuspitoisuuteen.

Periaatekuva kaasutuksella sekä ORC- tekniikalla varustetusta integroidusta CHP- yksiköstä.

69

Kaasutus integroidulla ORC-yksiköllä

Mielenkiintoinen vaihtoehto on, että biomassan kaasutuksen kautta voidaan kokonaan välttää

savukaasujen hiukkaspäästöt. Erityisesti asuinalueen läheisyydessä voi integroitu kaasutus-

sekä ORC- yksikkö olla huomioitava vaihtoehto tulevaisuuden sähkön- sekä lähilämmön-

tuotannossa. Tällaisessa yksikössä tulee lämmityskattila olla mielellään yli 2 MW.

Alennetut hiukkaspäästöt

Monille nykyisille pienille lämpölaitoksille tulevaisuuden tiukentuvat hiukkaspäästöt tulevat

merkitsemään suuria lisäkustannuksia savu-kaasujen puhdistuksessa. Tämä tulee myös olemaan

eräs syy miksi biomassan kaasutus tulee olemaan mielenkiintoinen vaihtoehto pienissä

paikallisissa CHP- yksiköissä.

Integroidusta kaasutuksesta sekä suorapoltto CHP- yksiköstä, on olemassa monta vaihtoehtoa tarjolla.

70

10. Lämmön avulla jalostaminen - Pyrolyysi

Biomassan käsittely pyrolyysillä tarkoittaa massan kuumentamista ilman happea tai rajoitetulla

hapensaannilla. Pyrolyysiä eli termokemiallista muuntamista kutsutaan myös kuivatislaukseksi

tai lämmöllä muuntamiseksi. Polttoprosessi tapahtuu ilman avointa liekkiä.

Eri tavoitteita

Pyrolyysiprosessin ja lopputuotteiden tavoitteet voivat olla erilaisia. Prosessia ohjataan lähinnä

reaktorin rakenteen ja tyypin, lämpötilan, biomassan viipymäajan, biomassatyypin, lisäysten,

ym. avulla.

Termokemiallisen muuntamisen eli pyrolyysin pää-määränä voi olla kiinteitä, nestemäisiä tai kaasumaisia loppu-

tuotteita

Kolme pääryhmää

Pyrolyysin suunta tai päämäärä voidaan myös jakaa esim. kolmeen ryhmään;

o Hiilletykseen tai hiiltymiseen, jolloin saadaan puuhiiltä

o Nesteytykseen, jolloin tuotteena on pyrolyysiöljyä

o Kaasutukseen, jolloin saadaan tuotekaasua Bio-synteesikaasua varten

71

Kolme eri tietä, Pyrolyysi, jonka suuntana hiilletys, kaasutus, tai nesteytys.

Karkea yleissilmäys eri lämpötila-alueista, joiden sisällä pääasiassa pysytään eri tuotteiden

saamiseksi.

o Hiilletys, normaali puuhiilen valmistus tapahtuu usein lämpötilavälillä 300 - 500 ˚C.

o Pyrolyysiöljyn nesteytys, käytetyt lämpötilat ovat usein 400 - 650 ˚C.

o Kaasutus tuotekaasun valmistukseen Bio-synteesikaasua varten, (tai Bio-SNG), silloin

lämpötila-alue on 700 - 1200 ˚C.

Biomassalle on olemassa monia erityyppisiä nopeita pyrolyysiprosesseja, joissa on eri

lämpötilat ja viipymäajat.

Integroidut prosessit

Integroidussa puuhiilen, pyrolyysiöljyn ja puukaasun valmistuksessa käytetään korkeampaa

lämpötila-aluetta (400 - 600 ˚C) kuin normaalissa puuhiilen valmistuksessa

Hiilletys (Karbonointi)

Puubiomassan hiilletys (karbonointi) tai muuntaminen kuumentamalla ja hiiltämällä

puuhiileksi. Hiiltyminen tapahtuu rajoitetuissa hapensaanti-oloissa. Puuhiiltä on käytetty

aikaisemmin taontaan ja erilaisiin teollisiin tarkoituksiin. Pohjolassa puuhiiltä (lehtipuista)

72

käytetään nykyisin lähinnä ulkogrilleissä. Jossain määrin puuhiiltä käytetään vielä myös

edelleen taontahiilenä.

Puuhiili toimii edelleen monissa maissa (lähinnä Etelä-Amerikassa ja Aasiassa) tärkeänä osana

kotitalouksien polttoaineena.

Kaaviomainen yleiskatsaus pyrolyysiöljylle. Pyrolyysiöljyä voidaan jalostaa lämmöksi, sähköksi, polttoaineeksi tai

kemiallisiksi tuotteiksi.

Puuhiili Miilua (sysimiilua) käytettiin ennen vanhaan puuhiilen valmistukseen. Kyseistä

valmistustapaa kutsuttiin hiiltämiseksi. Tänä päivänä puuhiiltä käytetään lähinnä grillihiilen ja

taontahiilen muodossa. Hiilen valmistus tapahtuu nykyisin erityisissä pyrolyysiuuneissa.

Ennen vanhaan tervanpolton yhteydessä saatiin myös hyvää taontahiiltä. Monissa

kehitysmaissa käytetään puuhiiltä polttoaineena, jotta päivittäinen ruoanlaitto onnistuu. Hiilen

valmistus on siellä kuitenkin myös usein paikallinen ympäristöongelma. Koulutus on avainsana

kyseisen ongelman hoidossa. Parempaa tietotaitoa tarvitaan sekä hiiltämisestä että maaeroosion

minimoimisesta. Maaeroosiota ilmenee, kun puita hakataan (avohakkuu) hiilenvalmistusta

varten.

73

Sysimiilu vanhaan tapaan. Grillihiiltä valmistetaan lehtipuista, lähinnä

Kuva, Kolarföreningen koivusta ja haavasta..

Nykyesimerkki puu-hiilen valmistuksesta Puolassa. Pyrolyysiöljy on tummanruskeaa nestettä, jolla on

Kuva, Wikipedia savunkaltainen haju. Kuva; First Resources Corp.

Pyrolyysiöljy

Pyrolyysiöljyn valmistus isommassa mittakaavassa on nykyisin kiinnostava raaka-aine lähinnä

liikennepolttoaineiden kehittämiseen sekä kemian teollisuudelle. Pyrolyysiöljyä voidaan

74

käyttää suoraan polttamiseen sellaisenaan (fossiilisen raskaan- tai kevyen polttoöljyn sijaan)

suurissa lämpö- ja CHP-laitoksissa.

Pyrolyysiöljyä on jalostettava, jos sitä käytetään muuhun kuin suoraan polttoon. Pyrolyysiöljyä

ei voi varastoida (epästabiili). Sillä voi myös olla hyvin vaihteleva sisältö, happamuus,

happipitoisuus ja se voi olla termisesti ei-stabiili.

Puhdistus kiinteistä partikkeleista tapahtuu usein yhden tai useamman syklonin läpi sekä

suodattamalla. Pyrolyysiöljyä voidaan jalostaa polttoaineeksi eri tavoin. Pyrolyysiöljystä

voidaan myös vaihtoesteröimällä saada Biodieseliä.

Kaasutus Bio-synteesikaasua varten

Biomassan kaasutuksessa tapahtuu täydellinen terminen hajoaminen. Biomassa hajoaa tällöin

palavaksi ja helposti haihtuvaksi kaasuksi sekä tuhkaksi. Bio-massalle on olemassa monenlaisia

kaasutusreaktoreita ja kaasuttimia.

Myötävirtakaasuttimen toimintaperiaate

75

Alhaisimmat tuotekaasun puhdistusvaatimukset ovat menetelmässä, jossa Bio-synteesikaasu

poltetaan lämmöksi.

Pienemmissä CHP-laitoksissa voidaan Bio-synteesikaasulla tuottaa sähköä kaasumoottorin tai

kaasu-turbiinin avulla, mutta silloin on kaasun oltava tervatonta.

Kaasutuksen monet mahdollisuudet

Yleispiirteinen kuva siitä miten Bio-synteesikaasua voidaan käyttää ja jalostaa..

Kaasutuksesta kemiallisiin raaka-aineisiin

Puhdistetusta tuotekaasusta tai Bio-synteesikaasusta voidaan saada suuri määrä erilaisia

kemiallisia raaka-aineita.

Liikennepolttoraaka-aineiden ohella ovat odotukset juuri nyt korkealla muoviteollisuuteen

suunnattujen kemian raaka-aineiden osalta. Bio-synteesikaasusta voidaan valmistaa mm. eri

olefiinejä (etyleeni, propyleeni ja butadieeni), aromaatteja (bentseeni, tolueeni ja ksyleenit)

sekä metanolia, ym.

Kun tutkimusta ja kehitystä jatketaan, voi tulevaisuudessa mahdollisesti olla niin, että Suomen

metsien biomassa tulee suurelta osin olemaan kemian teollisuuden lähituotettua raaka-ainetta

76

korvaten useita tämän päivän fossiilisia ja tuotuja raaka-aineita.

Bio-synteesikaasun jalostus biopolttoaineeksi

Kiinnostus erilaisten tulevaisuuden synteettisten polttoaineiden valmistusta kohtaan biomassaa

raaka-aineena käyttäen on suuri. Nykyisinkin suurena ongelmana on kuitenkin tervattoman

sekä muita ei-toivottuja komponentteja sisältävän Bio-synteesikaasun valmistus.

Käynnissä on tiivistä tutkimusta ja kehitystä nykyistä tehokkaampien ja halvempien

tekniikoiden ja prosessien saamiseksi. Tällöin voisimme ottaa seuraavan sukupolven

biopolttoaineet käyttöön ja voisimme korvata niillä liikennepolttoaineet kokonaan tai

sekoittaisimme biopolttoainetta liikenne-polttoaineen joukkoon. Sekä nestemäisistä että

kaasumaisista Biopoltto-aineista ollaan kiinnostuneita.

Esimerkki monista eri Bio-synteesikaasun jalostusmahdollisuuksista erityyppisiksi tulevaisuuden liikennepoltto-

aineiksi. Myös monia muita vaihtoehtoja liikennepolttoaineiden jalostamiseksi löytyy.

Lyhyt lyhenteiden selostus;

GTL= Gas to liquid (Kaasusta nesteeksi)

DME =Di-Methyle-Ether (Dieselpolttoaine)

BTL= Biomass to liquid (Biomassasta nesteeksi)

FT = Fischer-Tropisch

77

11. Biomassan kaasutus polttoaineeksi

Biomassan kaasutuksella avautuu monia kiinnostavia mahdollisuuksia puukaasun jatko-

jalostamiseen. Kun puukaasua tai raakakaasua on alustavasti jäähdytetty ja puhdistettu, saadaan

nk. tuotekaasua. Partikkeleita ja tervaa poistavan paremman suodatuksen ja puhdistuksen

jälkeen saadaan nk. Bio-synteesikaasua.

Kaasumaisia tai nestemäisiä polttoaineita

Kaasutettaessa biomassaa voivat tuotekaasun tai Bio-synteesikaasun käyttöön tarkoitetut

päämäärät olla erilaisia. Yksinkertaisin tapa on käyttää tuotekaasua suoraan polttoon

lämpökattilassa.

Yleissilmäys kaasutusprosessista ja jatkojalostuksesta kohti polttoaineita.

Kaasumaisten tai nestemäisten poltonaineen raaka-aineiden jatkojalostusta ajatellen, voidaan

seuraavaa karkeaa jakoa käyttää. Jako tapahtuu sen mukaan mitä yritetään saada aikaiseksi,

o Kaasumainen polttoaine,

- tuotekaasun - Bio-synteesikaasun suoraan polttoon (lämpö/lämpö + sähkö)

- kaasumoottorin tai mikroturbiinin polttoaineeksi (CHP, lämpö + sähkö)

- jalostaminen Bio-SNG:ksi (SNG=synteettinen maakaasu)

78

o Nestemäinen polttoaine,

- jalostus FT-synteesin kautta bensaksi tai dieselraaka-aineiksi

- Metanolisynteesin kautta jalostus dieselraaka-aineiksi tai bensalisäaineiksi

- Seosalkoholisynteesistä Etanolia tai Butanolia

o Erityisiä polttoainetuotteita,

- esim. vedyn (H) erottaminen Bio-synteesikaasusta (vetykaasuksi H2)

BTL (Biomass to Liquid)

Kaasutusprosessi on yksi tehokkaimmista tavoista hajottaa puumainen biomassa puukaasuksi.

Puukaasu on kaasumainen raaka-aine, josta tulee puhdistuksen jälkeen tuotekaasua tai Bio-

synteesikaasua. BTL-prosessissa voidaan Bio-synteesikaasu raaka-aineesta jalostaa edelleen

nestemäisiä raaka-aineita eri katalyyttisten reittien tai fermentointi-prosessin kautta. Tämän

päivän tutkimustyöt jatkojalostukseen tapahtuu pääosin eri katalyyttisten synteesien kautta.

GTL (Gas to Liquid)

Bio-synteesikaasun jatkojalostus polttoaineiden raaka-aineiksi voi tapahtua eri katalyyttisten

reittien kautta. Synteesiprosessi edellyttää oikeantyyppisiä katalyyttejä ja kantajia.

Katalyyttinen prosessi tapahtuu paineistetuissa ja lämmitetyissä olosuhteissa. Prosessien eri

synteesien reaktioissa vapautuu myös lämpöä, jolloin prosessin hallintaan tarvitaan osaamista

ja turvalliset olosuhteet.

Eri katalyyttisiä reittejä

Katalyyttiset prosessit tavataan jakaa kolmeen vaihtoehtoiseen reittiin tai synteesityyppiin,

o FT-synteesi (Fischer-Tropsch)

o Metanolisynteesi

o Seosalkoholisynteesi

Eri synteeseihin käytetyt katalyytit ovat avain siihen kuinka tehokkaasti Bio-synteesikaasun

muuntamisprosessi nestemäisiksi polttoaineraaka-aineiksi.

Katalyytti voi koostua monista aktiivisista osista, jotka kiinnitetään kantajaan. Katalyytillä voi

79

olla yksi tai useampi aktiivista osaa. Ne voivat olla esim. Fe (rauta), Co (koboltti), Ru (ruteeni),

Cu (kupari), mm.

Katalyytin toiminnan kannalta on tärkeää miten katalyytti on valmistettu ja mitä aktiivisia osia

siinä on mukana. Nyrkkisääntönä on, että tavoitellaan aktiivisiin osiin päälle maksimaalinen

pinta-ala oikeassa suhteessa toisiinsa. Katalyytin aktiivinen muoto on ratkaiseva halutun

tuloksen suhteen. Lisäksi vaaditaan, että lämpötilan ja paineen on pysyttävä tiettyjen rajojen

sisällä, jotta voidaan saada tietyn tyyppinen lopputuote.

Yleissilmäys kolmesta eri katalyyttisesta reitistä, joissa Bio-synteesikaasusta saadaan jatkojalostuksen kautta

polttoaineita.

Bio-synteesikaasun fermentointi biopolttoaineraaka-aineiksi

Yksi ihan uusi tapa, joka on kehitetty viime vuosien aikana on, että tuotekaasu tai Bio-

synteesikaasu jalostetaan mikro-organismeilla fermentointi-prosessissa. Etanoli- tai butanoli-

raaka-aineita voidaan saada riippuen siitä minkälaisia tai minkä tyyppisiä mikro-organismeja

prosessissa käytetään.

80

Bio-synteesikaasun fermentointi voi olla tulevaisuuden vaihtoehto uuden biopolttoaineen saamiseksi.

Fermentoinnissa tarvitaan tehokkaita mikro-organismeja

Yleissilmäys yksinkertaistetusta kuvasta, jossa kolme katalyyttistä reittiä sekä vaihtoehtona Bio-synteesikaasun

jalostus fermentoimalla biopolttoainetuotteiksi.

81

Jotta Bio-synteesikaasun fermentoinnissa onnistuu saamaan Etanolia tai Butanolia, täytyy

mikro-organismien jalostus onnistua hyvin ja se asettaa suuria vaatimuksia. Fermentointi-

prosessissa muodostuu myrkyllisiä tuotteita, joista täytyy tehokkaasti päästä eroon. Bakteerien

viljelyn täytyy tapahtua oikeantyyppisistä bakteereista ja oikeassa mittakaavassa, jotta

fermentointiprosessia varten voidaan jatkuvasti lisätä uusia mikro-organismeja.

Paikallisia jalostajia

Tulevaisuudessa on kaikki edellytykset olemassa, että myös pienet paikalliset ja hajautetut

yksiköt suorittavat alustavan jatkojalostuksen Bio-synteesikaasun (biomassan kaasutuksesta)

tiivistetyksi polttoaine raaka-aineeksi.

Nestemäisiä raaka-aineita tai polttoaine-tiivisteitä voidaan sitten kuljettaa absolutointilaitok-

selle ja jalostamolle, jossa raaka-aineet jatkojalostetaan ja lopullinen polttoaine tuotetaan.

82

12. Bio- Synteesikaasun Fermentointi

Bio-synteesikaasun fermentointi on mikrobinen prosessi. Monet mikro-organismit voivat

tuottaa ”polttoainetta ja kemikaaleja” Bio-synteesi-kaasusta. Sopivissa olosuhteissa mikro-

organismit tuottavat sen tyypin alkoholia, johon ne ovat ”spesialisteja”, kuten esim. etanolia tai

butanolia.

Biomassan kaasutus

Ennen fermentointia saadaan Bio-synteesikaasu valmistettua kaasuttamalla. Biomassan kaasu-

tuksessa on reaktorin lämpötila usein lämpötilavälillä 700 - 1200 ˚C. Lämmöllä muuntaminen

on termokemiallinen prosessi, jossa kiinteä biomassa hajoaa kemiallisiksi osiksi. Reaktorista

ulos-tulevaa kaasua kutsutaan puukaasuksi sekä myös raakakaasuksi tai tuotekaasuksi.

Jäähdytyksen ja puhdistuksen jälkeen saadaan puukaasusta Bio-synteesikaasua.

Katsaus biomassan jalostusreitistä kaasutuksen, puhdistuksen ja fermentoinnin kautta, sekä jatkoreitti alkoholin

kierrätyksen ja jalostuksen kautta polttoaineeksi tai polttoainesekoitukseksi polttoainepumppuun.

83

Yksi suurimmista ongelmista ympäri maailmaa on saada tervan määrä minimoitua puukaasusta.

Tervasta pitäisi päästä eroon tai krakata se heti kaasutuksen jälkeen. Suomessa on kehitetty

muutama lupaava kaasutusreaktori, jotka tuottavat puhdasta tai melkein tervatonta Bio-

synteesikaasua. HighBio-projektissa seurataan noiden kahden reaktorin teknisiä ratkaisuja ja

analysoidaan sopiviksi vaihtoehdoiksi biomassan hajautetussa jalostuksessa.

Bio-synteesikaasua puubiomassasta

Synteesikaasua kaasutuksesta

Puubiomassasta kaasutettu Bio-synteesikaasu on vedyn H2, hiilimonoksidin CO ja hiilidiok-

sidin CO2 sekoitus, jossa esiintyy lisäksi myös vaihtelevissa määrin ammoniakkia NH3,

rikkivetyä H2S, vettä H2O, tervaa, pölyä, ym. Kaasutusprosessin raaka-aineista ja kaasun

puhdistuksesta riippuen laitteistosta lähtevässä kaasussa voi esiintyä vaihtelevia määriä myös

muita aineita.

Lisäksi syntyy tuhkaa tai hiiltä sekä jäähdytys- ja pesuvettä, jotka voivat sisältää tervaa, pölyä,

ym.

Bio-synteesikaasun (puubiomassasta) fermentointilaitteisto

Laboratoriolaitteisto

Viime vuosina ovat muutamat yliopistot analysoineet ja huomanneet Bio-synteesikaasun

fermentoinnin edut. Tällä tavoin voidaan tuottaa alkoholeja, joita voidaan käyttää suoraan

liikennepolttoaineena tai polttoaineensekoituksena.

Tutkimuslaitteisto Bio-synteesikaasun fermentointia varten laboratoriomiljöössä Iowa State Universityn

laboratoriossa. Kuva, Iowa State University, USA.

84

Fermentoinnin päätarkoituksena on ollut pystyä hyödyntämään sopivia mikro-organismeja ja

saada ne tuottamaan etanolia tai butanolia. Muun muassa USA:ssa sijaitsevat Iowa State

University ja University of Oklahoma ovat satsanneet Bio-synteesikaasun fermentoinnin

tutkimukseen.

Esimerkki puubiomassan tiestä Bio-synteesikaasuksi, metsästä, käsittelystä, hajottamisesta kaasutusreaktoria

varten ja jäähdytyksestä ja puhdistuksesta.

Kokkolan Pilottilaitos

Kokkolan kampuksen kemianlaboratorioon kuuluu Chemplant-laitos. Se on pilottilaitos eli

kemian minitehdas. Chemplant-laitoksen avulla voidaan mm. fermentoida ja tislata.

Lähitulevaisuudessa tullaan myös Bio-synteesikaasun fermentointia suorittamaan pilottimitta-

kaavassa. Ensin pitää kuitenkin ratkaista käytännön ongelmat pienemmän fermentointi-

laitteiston avulla.

Yksi suurista haasteista on tarpeeksi tehokkaiden mikro-organismien kehittäminen, jotka

”selviävät” tarpeeksi pitkään fermentointimiljöössä. Mikro-organismien miljöötä täytyy myös

pystyä sopeuttamaan oikealla tavalla, jotta organismit tuottaisivat mahdollisimman tehokkaasti

sopivia alkoholeja ajoneuvopolttoaineiksi.

85

Chemplant-pilottilaitosta Kokkolan kampuksella käytetään yhteistyössä Keski-Pohjanmaan Ammattikorkeakoulun,

Centrian ja Kokkolan yliopistokeskus Chydeniuksen välillä.

Mikro-organismien kehittäminen

Saavuttaakseen hyvän alkoholivaihdon ja tehokkaan fermentoinnin, vaaditaan Bio-

synteesikaasun fermentointiin käytettäviltä mikro-organismeilta paljon. Yksi vaativimmista

tutkimuspanoksista on esim. sopivien bakteerien kehittäminen, sopeuttaminen ja lisääminen.

Tavallisesti näissä fermentointiprosesseissa käytetään ”kilttejä” bakteereja, mutta mikro-

organismien kehittämistä ja viljelyä varten tarvitaan kuitenkin aina sopivat ja suojatut tilat.

Tulevaisuudessa hajautettua jalostusta!

Kehittämällä tekniikkaa ja metodeja sopivalla tavalla voi meillä tulevaisuudessa olla hyvät

edellytykset saada hajautettuja biomassan jalostuslaitoksia biopolttoaineiden raaka-aineiden

valmistamiseksi. Jää nähtäväksi, että miten pitkälle paikallinen jalostus voidaan viedä.

Ensimmäinen askel, Bio-synteesikaasun tuottaminen kaasuttamalla, voi varmasti toimia lähellä

metsäraaka-ainetta. Se, miten Bio-synteesikaasun sopiva jatkojalostuksen kehitys teknisesti ja

taloudellisesti pystytään parhaiten toteuttamaan alueellisissa fermentointilaitoksissa, jää

selvitettäväksi. Kehitysmahdollisuuksia löytyy, koska me tulevaisuudessa voimme saada

kuljetuspolttoaineiden raaka-aineita sekä Suomen että Ruotsin metsistä.

86

Raakakaasun/tuotekaasun kulun periaate kaasunpuhdistuksen kautta bioreaktoriin ja edelleen alkoholin

talteenottoon ja väkevöintiin, tuloksena puhdasta etanoli- tai butanolialkoholia.

87

13. Logistiikkaesimerkki biomassalle

Biomassan saattamiseksi kaasutukseen vaaditaan toimiva logistiikka eli käsittelyketju.

Logistiikka riippuu käytettävän raaka-aineen tyypistä sekä laadusta. Usein käytetty peukalo-

sääntö on, että mitä homogeenisempi sekä puhtaampi raaka-aine on, sitä yksikertaisemmaksi

kaasutuksen jälkeinen puhdistusprosessi tulee.

Lähtökohtana on usein raaka-aineen saatavuus sekä se mihin tuotekaasua Bio-SNG (Bio-

synteesikaasua) tullaan käyttämään. Tuotetun kaasun suora poltto paikallisessa CHP- yksikössä

(lämpövoimalaitos) asettaa alhaiset vaatimukset tuotekaasun puhtaudelle. Muuta käyttöä varten

puhdistusta lisätään.

Metsästä saatavan biomassan korjuu, esikäsittely sekä käsittely tai prosessointi voidaan tehdä

eri tavoin, pääasiassa myyjästä sekä ostajasta riippuen. Usein suurin ero käsittelyketjussa on

siinä onko kyse suuresta asiakkaasta, lämpövoimalaitoksesta, vai paikallisesta asiakkaasta

kuten energiaosuuskunnasta.

Yksinkertaistettu katsaus reiteistä joilla biomassaa voidaan hankkia, energiametsästä, harvennuksista tai pääte-

hakkuista. Valintoja on useita ja biomassan käyttömahdollisuudet sekä kilpailu lisääntyvät.

Pienimuotoisessa kaasutuksessa maaseudulla on ensisijaisesti kyse kaasutuslaitoksen sekä

paikallisen CHP- yksikön yhdistämisestä sekä lämmön että sähkön tuottamiseksi. Kaasutus-

laitoksesta riippuen biomassalle voidaan tarvita enemmän tai vähemmän kuivausta ennen kuin

se voidaan hienontaa ja käyttää kaasutukseen.

88

Biomassaa harvennuksilta

Harvennuksilta saatavan biomassan korjuu- sekä käsittelykalustona käytetään usein pienempiä

koneita sekä kalustoa kuin mitä loppuharvennuksessa, jossa puuaines on paksumpaa ja mukana

on suurempi osuus tukkipuuta. Ohessa on ainoastaan pari esimerkkiä koneista sekä kalustosta.

Korjuu

Pieni harvesteri varustettuna MTH- aggregaatilla, ainespuun sekä harvennuksista saatavan biomassan korjuussa.

Pieni korjuuaggregaatti oikealla on varustettu ketjusyötöllä sekä veitsillä karsintaa varten, aggregaatissa on

tekniikka MTH- korjuuseen.

Maataloustraktori varustettuna korjuulaitteella, jossa on sykesyöttöinen ainespuun korjuuaggregaatti. Oikealla

yksinkertainen harvennetulle energiapuulle tarkoitettu MTH- aggregaatti, josta puuttuvat syöttörullat sekä

karsintaveitset.

89

Kuljetus

Ainespuun sekä biomassaraaka-aineen kuljetus harvennuksilta suoritetaan usein pienillä metsä-

traktoreilla tai kuormatraktorilla.

Vas. Energiapuun kuormaus kuormatraktoriin. Oikealla, leikkaustoiminnalla varustetulla pienellä tukkikouralla

voidaan myös leikata tai kaataa pieniä runkoja raivauksessa.

Puunkorjuu

Ainespuun ja/tai biomassan yhdistettyyn korjuuseen sekä kuljetukseen voidaan käyttää pientä

korjuria. Yksinkertaisin on usein kuormatraktori, joka on varustettu sopivalla nosturilla sekä

tehtävään soveltuvalla korjuu-aggregaatilla. Otettaessa pieniä määriä ainespuuta voi korjuu-

aggregaatti olla yksinkertaisempi malli, joka on varustettu karsintaveitsillä. Karsinta voidaan

täten suorittaa tarttumalla puuhun ja ohjaamalla aggregaatti puun myötä ylös niin korkealle että

ainespuu saadaan karsittua. Jäljelle jäävät oksat ja latva voidaan korjata talteen biomassana.

Pieni kuljetin energiapuun korjaamiseksi harvennukselta. Oikealla pieni, ilman karsintaleikkureita oleva MTH-

aggregaatti biomassan korjuuseen harvennuksilla.

90

Biomassaa päätehakkuilta

Päätehakkuista saatavan ainespuun ja biomassan korjuussa sekä käsittelyssä voidaan usein olla

”täysikasvuisia” koneita. Erityisesti mikäli metsässä on suuri osa tukkipuuta tarvitaan reilun

kokoiset laitteet. Seuraavassa pari esimerkkiä koneista sekä laitteista.

Korjuu

MTH- aggregaatilla varustettu suuri korjuukone raivauksilta saatavan ainespuun sekä biomassan korjuuseen.

Oikealla olevaa MTH- aggregaattia käytetään useiden energiapuiden poimimiseen samalla kertaa. Koska aggre-

gaatissa on karsintaveitset voidaan sillä myös karsia poimitut puut nipussa mikäli halutaan energiapuuta ”ilman

vihreitä osia”, esim. puupellettien valmistukseen.

Suuressa korjuukoneessa voi olla korjuuaggregaatti joka soveltuu tukeille, mutta joka on varustettu käyttörullilla

jotka soveltuvat myös useiden energiapuurunkojen keräämiseen samaan nippuun yhteiskarsintaa varten. Oikealla

lähikuva sellaisesta MTH- aggregaatista tukkien, massapuun sekä biomassan korjuuseen.

91

Kuljetus

Kuljetuskapasiteetti päätehakkuilla voi olla korkea, sillä suurille koneille on hyvin tilaa.

Ainespuun sekä hakkuutähteen kuljetus samantyyppisellä korjuukoneella mutta eri kerroilla

riippuu siitä, halutaanko oksat sekä latvat kuivattaa hakkuualueella vai kasassa metsäautotien

varressa.

Vas. Ainespuun kuormaus kuormatraktoriin. Oik. hakkuutähdet kuormataan kuormatraktoriin kuljetettavaksi

metsäautotielle haketukseen sekä jatkokuljetukseen.

Puunkorjuu korjurilla

Ainespuun ja/tai biomassan yhdistettyyn korjuuseen sekä kuljetukseen voidaan käyttää myös

korjuri. Korjurissa voi olla yhdistetty kuormaustila johon voidaan samanaikaisesti laittaa aines-

sekä energiapuuta.

Korjuri tukkien korjuuseen.

92

Biomassan paalaus

Suuret lämpövoimalaitokset voivat paalata hakkuutähteet vaihtoehtoisena käsittelynä hakkuista

tulevista energiaraaka-aineista. Risunipuissa olevat hakkuutähteet voivat olla tulevaisuuden

vaihtoehto myös biomassan kaasutusta tekeville laitoksille.

CRL tai risutukkien paalatus, oikealla metsäautotien varressa kuivuva risutukkikasa. (CRL=Composite Residue

Logs)

Biomassaa energiametsästä

Koneet biomassan korjuussa ja käsittelyssä energiametsässä voivat usein olla samantyyppisiä

kuin harvennusmetsässä käytettävät koneet ja laitteet.

Hieskoivun korjuu

MTH- aggregaatilla varustettu korjuukone ainespuun sekä biomassan korjuuseen viljeltyä hieskoivua sisältävässä

energiametsässä. Hieskoivu voi olla hyvä vaihtoehto lyhytkiertoiseksi energiametsäksi.

93

Pajun korjuu

Nopeakasvuisia pajulajeja viljellään peltomailla. Menetelmiä istutukseen, viljelyyn sekä

korjuuseen on kehitetty mm. Ruotsissa, Tanskassa sekä Hollannissa, missä viljely on hyvin

mittavaa Suomessa tehtävään vaatimattomaan kokeiluun verrattuna. Myöskin paras tietous on

saatavissa näissä maissa. Paju on myös vaihtoehtoinen raaka-aine biomassan kaasutukseen.

Pajua (Salix) viljellään eniten Ruotsissa, Tanskassa ja Hollannissa. Täällä käytetään myös erityisiä korjuukoneita

tehokkaaseen korjuuseen. Kuva, Claas, Saksa.

Raaka- eli kostean hakkeen korjuu

Biomassaraaka-aineen laatu heikkenee nopeasti mikäli sienet, bakteerit sekä hyönteiset

pääsevät lisääntymään nopeasti varastoinnin aikana. Tämä riski on aina olemassa raaka- eli

kostealla hakkeella lämpimissä olosuhteissa.

94

Hakkuujätteen haketus

Suuret lämpö- ja lämpövoimalaitokset (CHP- yksiköt) käyttävät kahta menetelmää

hakkujätteen haketukseen. Osin vihreää eli tuoretta raaka-ainetta, mutta enimmäkseen ruskeaa

eli ilmakuivattua raaka-ainetta.

Päätehakkuun vihreän hakkuutähteen haketus kuormatraktoriin kiinnitetyllä suurella haketuslaitteella.

Raaka-aineen hajoamisen estäminen varastoinnin aikana

Biomassaraaka-aineen laatu heikkenee nopeasti mikäli sienet, bakteerit sekä hyönteiset

pääsevät lisääntymään nopeasti varastoinnin aikana. Hajoamisriskiä voidaan alentaa oikein

suoritetulla kuivauksella.

95

Haketus metsässä

Tavallisesti hienontaminen eli haketus suoritetaan metsäauto-tien varressa. Mutta on olemassa

myös kuormattavalla yksiköllä varustettu laitteisto, joka sopii biomassan haketukseen metsässä.

Laitteiston käyttö-edellytyksenä on, että energia-raaka-aine on helposti saatavilla ja se on

puhdaslaatuista ilman mukana olevaa maa- sekä kiviainesta.

Metsätraktoriin integroitu siirrettävä haketusyksikkö. Kuva, Silvaro Ab.

Luonnollinen kuivaus

Luonnollinen ilmakuivaus on edullisin vaihtoehto raaka-aineen suurimman kosteuspitoisuuden

poistamiseksi. Peittely ennen syyssateiden alkamista voi alentaa energiaraaka-aineen kosteus-

pitoisuutta vähintään 5 %-yksikköä peittämättömään pinoon verrattuna.

Hyvin peitetty energiaraaka-aine antaa kuivemman lopputuotteen. Ominaisuuksista riippuen voidaan raaka-

aineen kosteuspitoisuus saada alle 30 %.

96

Hienontaminen

Hienontaminen suoritetaan usein hakkurilla tai murskaimella. Murskainta käytetään mikäli

kyseessä on matalalaatuisempi raaka-aine ja on olemassa riski että mukana on epäpuhtautena

maata. Hakkuukasoilla saattaa murskain olla monesti toimintakelpoisempi kuin hakkuri.

Suuressa hakkurissa on laitteisto nopeaan haketukseen, mikä varmistaa myös tasaisen sekä hyvälaatuisen

hakkeen.

97

14. Laitteisto biomassan pienentämiseen

Metsästä saatavan biomassan käyttämiseksi lämpölaitoksissa tai pienissä CHP- yksiköissä tulee

materiaali pienentää hakkeeksi tai murskeeksi. Puupolttoaine käytetään nykyään usein hake- tai

pellettimuodossa.

Kuiva vai märkä hake

Korkean kosteuspitoisuuden omaava märkä hake (30 - 50%) on ollut tavallisin pienissä

suomalaisissa lämpölaitoksissa. Käytettäessä puuhaketta lämmitykseen asuinrakennuksissa

sekä maataloudessa on opittu, että terveysriskejä voidaan alentaa tuntuvimmin käyttämällä

kuivattua haketta. Nyrkkisääntönä on, ettei kosteaa haketta käytetä alle 50 m etäisyydellä

asutuksesta olevissa lämpölaitoksissa. Homeitiöt muodostuvat nopeasti kosteaa haketta

sisältävissä kasoissa.

Puuhakkeen käyttöön asuinrakennuksessa voidaan käyttää seuraavaa nyrkkisääntöä, hakkeen

kosteuspitoisuus korkeintaan 20 %. Tämä tarkoittaa jonkinlaisen jälkikuivatuksen suorittamista.

Kaasutusreaktoriin tarkoitetulle hakkeelle on tavallista, että hake jälkikuivataan alle 25 %

kosteuspitoisuuteen. Kehitteillä on kaasutusreaktoreja, jotka selviytyvät jopa 45 - 55 %

kosteuspitoisuuksista.

98

Katsaus

Edellisillä sivuilla on yleiskatsaus muutamista vaihtoehtoisista väylistä metsästä saatavan

biomassan pienentämisen jälkeen lämmöksi tai sekä sähköksi ja lämmöksi, vaihtoehtona

biopolttoaineeksi tai kemialliseksi raaka-aineeksi.

Pienet tai suuret urakoitsijat

Kehitys maaseudulla on osoittanut, että yhä useammin erilaiset konepalvelut luovutetaan

urakoitsijoiden tehtäväksi. Tämä koskee myös laajamittaisempia mekaanisia metsätöitä. Aines-

sekä energiapuun korjuu sekä kuljetus, hakkuutähteiden paalaus, haketus jne. tapahtuvat

pienten tai suurten urakoitsijoiden toimesta. Pienet urakoitsijat ovat usein paikallisia

yksityisyrittäjiä. Omatoimiset metsänomistajat voivat oman työnsä ohessa suorittaa

pienimuotoista urakointityötä naapureille sekä muille kyläläisille.

Ohessa on ainoastaan joitakin esimerkkejä laitteistoista joiden voidaan ajatella sisältyvän

pieniin tai suuriin koneketjuihin.

Esimerkki pienten sekä suurten urakoitsijoiden välisestä erosta. Suurten urakoitsijoiden haketuslaitteistojen

kapasiteetti on usein yli 150 m3/h. Suuria liikuteltavia murskaimia käytetään lähinnä päätehakkuissa suurille

lämpövoimalaitoksille, esim. kantojen tai purkupuutavaran murskaamiseen.

99

Hyvälaatuinen energiaraaka-aine edesauttaa myös hyvälaatuisen loppu-tuotteen saamisen.

Energiapuuta koskevana nyrkkisääntönä on luonnollisen ilmakuivauksen hyödyntäminen sekä

bakteerien ja sienien aiheuttaman raaka-aineen hajoamisen välttäminen. Peittämällä raaka-

ainepino oikealla tavalla ennen syyssateiden alkamista on odotettavissa vähintään 5 prosentti-

yksikköä kuivempi materiaali

Hakkurit

Hakkureiden rakenteita on useita erilaisia mitä tulee niiden kokoon sekä tekniseen

rakenteeseen. Ne voivat usein olla tyypiltään laikka- tai rumpuhakkureita. Suuret hakkurit

voidaan kiinnittää omaan vaunuun tai kuorma-autoon ja ne voidaan varustaa omalla

moottorilla. Hakkuri voidaan myös kiinnittää tai integroida metsäkoneeseen.

Omatoimiselle metsänomistajalle pieni hakkuri voidaan mitoittaa oman tarpeen sekä

naapuriyhteistyön mukaisesti. Ne ovat usein malliltaan yksinkertaisia laikkahakkureita joita

syötetään käsin tai pienellä kuormaimella.

Pieni traktorivetoinen, käsisyöttöinen laikkahakkuri voi olla sopiva vaihtoehto pienelle omatoimiselle metsän-

omistajalle.

Hakkurit pienurakoitsijoille

Hakkeen kysynnän kasvaessa on markkinoille tullut myös useita urakoitsijoita jotka tarjoavat

haketusta suuremmilla sekä pienemmillä laitteistoilla. Monet pienet urakoitsijat hankkivat

tunnetun merkkisen käytetyn hakkurin. Traktorivetoinen hakkuri on tavallisin pienurakoitsi-

joiden keskuudessa. Ne, joilla on pitempikestoinen sopimus lämpölaitoksen kanssa, hankkivat

ehkä omalla moottorilla varustetun keskisuuren hakkurin, jonka kapasiteetti on n. 150 m3

100

haketta tunnissa (m3/h).

Kaksi esimerkkiä pienurakoitsijoiden hakkureista, vas. Kesla Foresteri omalla 200 kW moottorilla, oik. käytetty

traktorivetoinen Bruks -rumpuhakkuri.

Hakkurit suururakoitsijoille

Haketusta tarjoavat suururakoitsijat käyttävät erityyppisiä laitteistoja. Kuorma-autoon

kiinnitetyillä liikuteltavilla hakkureilla suoritetaan haketus metsäautotieltä.

Metsätraktoriin kiinnitetyillä suurilla liikuteltavilla hakkureilla voidaan myös liikkua

hakkuualueella sekä tietyn tyyppisillä harvennuksilla.

Vasemmalla, Suuri liikuteltava Bruks- hakkuri kuormatraktoriin kiinnitettynä. Kapasiteetti n. 200 m3 haketta/h.

Siinä on oma 450 hv moottori. Kun tyhjennettävät hakekontit ovat täynnä ajetaan kuorma metsäautotielle ja hake

tyhjennetään kuorma-autoon. Oikealla, Suuri liikuteltava LHM- hakkuri kuorma-autoon kiinnitettynä. Kapasiteetti

n. 200 m3 haketta/h. Siinä on oma 600 hv moottori + apuna oleva 400 hv kuorma-auton moottori.

101

Vihreä tai ruskea hakkuutähde

Hakkuutähde (oksat sekä latvat) käsitellään mm. kahdella menetelmällä:

o ilman kuivatusta = vihreä hakkuutähde

o kuivatuksella = ruskea hakkuutähde.

Useimmat biomassan raaka-aineiden käyttäjistä antavat nykyään hakkuutähteen kuivua

hakkuualueella tai metsäautotien varressa.

Oksat sekä latvat (hakkuutähde) asetettuna kasaan tai pinoon metsäautotien varteen kuivatettavaksi ruskeaksi

hakkuutähteeksi.

Logistiikka tärkeää korkean kapasiteetin kannalta

Suoraan kuorma-autoon hakettaville suururakoitsijoille asetetaan suuria vaatimuksia

kuljetusten logistiikan toimimisen suhteen. Kapasiteetiltaan 150 - 200 m3 tunnissa olevissa

suurissa hakkureissa vaaditaan energia-puun tai hakkuutähteen hyvää ja joustava saatavuutta,

minkä ohessa hakkeen kuljetukseen käytetyn rekan tulee olla paikalla oikeaan aikaan. Suuren

mittakaavan hakkeenkäsittelyyn on valtava määrä erilaisia teknisiä ratkaisuja. Tässä ainoastaan

muutama esimerkki.

Hakkuutähteen ajaminen kuormatraktorilla hakkuualueelta metsäautotielle. Hakkuutähteen paalaus risutukeiksi

(CRL) paalausyksiköllä varustetulla kuormatraktorilla.

102

Ilmakuivattua hakkutähdettä sekä risutukkeja jotka odottavat haketusta paikan päällä tai kuljetusta termi-naaliin

haketukseen tai pienentämiseen murskaimessa

Omalla hakkurilla varustettu rekka helpottaa haketuksen sekä haketetun hakkutähteen kuljetuksen yhteensovitta-

mista. Hakkurin painon vuoksi hakekuljetuksen hyöty-kuorma pienenee.

Murskaimet

Biomassan murskaamista tehdään lähinnä päätehakkuissa suurille lämpövoimayksiköille.

Vastaavia laitteita käytetään myös lämmitykseen tarkoitetun rakennusjätteen pienentämiseen.

103

Suuri kantojen murskaamiseen tarkoitettu murskauslaitteisto käytössä Alholmens Kraft:n suuressa CHP-

laitoksessa Pietarsaaressa.

Kantojen lämpöenergialla voi olla suuri merkitys. Kantojen irrotuksen jälkeen kannot asetetaan kasaan ja niiden

annetaan kuivua vuoden ajan. Samalla irtoaa kannoista maa- ja kiviainesta.

104

Suora haketus

Vuosien aikana on tullut useita uuden tyyppisiä käsittelymenetelmiä haketukseen markkinoille.

Laitteiston yhdistäminen samanaikaisen korjuun sekä haketuksen suorittamiseksi on osoittautu-

nut hankalaksi. On olemassa hyvin massiivisia koneita jotka voivat liikkua metsässä, mutta

samalla koko käsittelyketju tullee haavoittuvaksi mikäli logistiikka ei toimi hyvin.

Haketuksella metsäautotien varressa olevasta isosta kasasta voidaan hyödyntää haketus-

laitteiston suurta kapasiteettia.

Silvaro on metsäkoneeseen integroitu suuri liikuteltava hakkuri, joka edistää metsäraaka-aineen kuljetusta

metsäautotien läheisyydessä. Koneella voidaan myös liikkua sujuvasti ajourissa/sivuteillä metsässä sekä hakettaa

suurissa tai pienissä kasoissa olevaa energiapuuta. Kuva, Silvaro Ab

Tasakokoinen hake helpottaa jälki-käsittelyä.

105

Erityyppiset raaka-aineet voivat antaa erilaatuista polttoainetta riippuen siitä minkälainen jälkikäsittely valitaan.

106

15. Kaasutukseen tarkoitetun metsähakkeen jälkikuivaus

Biomassan kaasutus voidaan suorittaa useilla erityyppisillä kaasuttimilla tai reaktoreilla.

Pienimuotoiseen kaasutukseen käytetään usein jonkin tyyppistä kiinteä arina kaasutinta. Kaksi

tyypillisintä ovat niin kutsutut myötävirtakaasutin (Downdraft gasifier) sekä vastavirtakaasutin

(Updraft gasifier).

Biomassan kaasutuksessa vaaditaan useimpien kaasutinten yhteydessä jonkin muotoista

kuivausta kosteuspitoisuuden saamiseksi alle 20 – 25 %. Kehitteillä on kuitenkin kaasutin-

reaktoreita, joissa kaasuttimeen syötettävän puuhakkeen tai biomassan voi olla jopa 45 %

kosteuspitoisuus.

Luonnollisen kuivauksen hyödyntäminen

Energiaraaka-aineen laadun ylläpitämiseksi tulee hyödyntää luonnollista kuivausta. Paras

kuivauskausi on tietenkin kesäkuukaudet, jolloin lämpötilat ovat korkeita ja ilmankosteus

alhainen.

Yleiskatsaus pienimuotoisessa kuivauksessa käytettäviin eri tyyppisiin kuivaimiin pienurakoitsijoille tai energia-

osuuskunnille.

107

Huonoin kausi on sateinen syksy jolloin ilmankosteus on suuri, jolloin tapahtuu usein

kostumista. Erityisesti, mikäli energiaraaka-ainekasa on jätetty peittämättä, menetetään

korkeissa kosteuspitoisuuksissa helposti useita prosenttiyksikköjä. Peittelyyn käytetään eri-

tyyppisiä materiaaleja, useiden vuosien ajan käytettävistä pressuista voimapaperiin, joka on

luonteeltaan kertakäyttöinen ja joka lisäksi voidaan syöttää hakkuriin haketuksessa.

Tutkimuksen mukaan hyvin peitetyn energiaraaka-aineen kosteuspitoisuus voi olla 5 - 10

prosenttiyksikköä alhaisempi kuin peittelemättömän materiaalin. Peittelemättömän

energiaraaka-aineen kosteuspitoisuus kuivauksen jälkeen voi olla 35 – 45 %, kun taas peitellyn

raaka-aineen kosteuspitoisuus saman kuivausjakson jälkeen on 30 – 35 %. Optimaalisilla

varastointi- sekä peittelyolosuhteilla voidaan energiaraaka-aineen kosteuspitoisuus saada alle

30%.

Useita erityyppisiä kuivaimia

Hakkeen kuivaukseen on useita ajateltavissa olevia kuivaimia, joiden valinta usein riippuu siitä

miten laajaa toimintaa suoritetaan, mitä on olemassa ennestään, millaiset ovat valmiudet

kehittämiseen sekä investointien suuruudesta.

Yleiskatsaus pienimuotoisessa kuivauksessa käytettäviin erityyppisiin kuivaimiin pienurakoitsijoille sekä energia-

osuuskunnille.

108

Tavallisimpia hakekuivaukseen käytettyjä kuivaajia ovat,

• Tasapohjakuivain (ajettavalla alustalla)

• Siilokuivain

• Rumpukuivain

• Hihnakuivain

• Monihihnakuivain

Lisäksi on olemassa vaunukuivaimia pienempään kuivaustarpeeseen. Erityisesti kesällä

voidaan hake kuivata nopeasti vaunukuivaimessa, jota voidaan samanaikaisesti hyödyntää

hakkeen siirtämiseksi hakevarastoon.

Ajettava tasapohjakuivain

Tasapohjakuivainta voidaan käyttää erityisesti pienessä kuivaustarpeessa sekä lisäkuivaimena.

Valitettavasti kuivuminen tapahtuu epätasaisesti alhaalta päin. Osalla tiloista on ennestään esim.

viljalle käytettyjä ajettavia tasapohjakuivaimia, joten niiden käyttäminen luonnollisesti on

etusijalla. Kuivaimessa voi olla lämmin ilma jota puhalletaan hakekerroksen läpi. Erityisissä

monivaihe- tai monihihnakuivaimissa voi olla myös kuumaa vettä tai kuumaa öljyä jota

kierrätetään kuivaimessa.

109

Aurinkokerääjä

Mikäli mahdollista, niin tasapohjakuivain varustetaan yksinkertaisella aurinkokerääjällä.

Yksinkertainen mustasta muovista oleva aurinkokerääjä, muutamalla salvalla kiinnitettynä, voi

olla yksinkertaisin lämmönkerääjä kuivumisen nopeuttamiseen. Aurinkokerääjä rakennetaan

sille seinälle jossa tuloilmakanava sijaitsee. Täten tuulettimeen saadaan esilämmitettyä ilmaa,

jonka lämpötilan nousu voi usein olla 2-5 ˚C ajankohdasta sekä aurinkokerääjän koosta

riippuen.

Mustasta muovista on tehty aurinko-kerääjä, joka toimii esilämmitetyn ilman tuloilmakanavana puhaltimelle.

110

Jatkuvatoiminen kuivausrumpu

Teollisuudessa sekä laajamittaisessa toiminnassa, esim. pellettituotannossa, ovat

kuivausrummut hyvin yleisiä. Kuivausrummussa oleva puuhake tai sahanpuru siirtyy hitaasti

eteenpäin kuivauksen aikana rummun pyöriessä, sisääntulosta ulosviennin suuntaan.

Pyörimisen seurauksena hake sekoittuu mikä johtaa tasaiseen kuivumiseen.

Periaatekuva pyöritettävästä kuivausrummusta, jossa kuumennettua ilmaa puhalletaan ja imetään

kuivausrummussa olevan hakkeen läpi. Hakkeen siirtymisnopeus ulosviennin suuntaan määrää kosteuspitoisuus.

Keskimmäisessä osassa ylhäällä on hakkeen syöttö, taaempi eristetty osa on pyörivä kuivausrumpu joka ohjaa

materiaalia kuivauksessa ulosviennin suuntaan.

111

Kuivausrumpu on kallistettu ulosviennin suuntaan. Pyörimisnopeus ohjaa hakkeen liikettä

poistumissuuntaan ja sitä ohjataan kosteuspitoisuuden mittauksella ulostulon yhteydessä..

Siilokuivain

Hyvin rakennettua siilokuivainta voidaan käyttää puuhakkeen kuivaukseen. Edellytyksenä on

että siilo, ulostulo sekä kuljettimet mitoitetaan siten että hakkeen holvaantuminen sekä

takertuminen voidaan välttää. Mikäli ajatellaan käytettävän vanhaa viljankuivainta, asettaa sen

käyttö suuria vaatimuksia sen kunnostamiseksi oikealla tavoin hyvän läpäisevyyden

varmistamiseksi. Muuten on odotettavissa suuria toimintahäiriöitä. Myös kuljettimet tulee

mitoittaa puuhakkeen ja seassa olevien tikkujen mukaan tai muuten seurauksena on helposti

pysähdyksiä.

Siilokuivaimen periaatekuva. Syöttö voidaan suorittaa kuljettimella joka ohjaa hakkeen kuivaimen yläosaan.

Täällä esim. ruuveilla hake jaetaan koko siilon leveydelle. Kuivattu hake poistetaan siilokuivaimen pohjalta.

Kuumaa kuivausilmaa puhalletaan hakkeen läpi ja kostunut ilma imetään ulos. Hakkeen poistonopeus riippuu

hakkeen kosteuspitoisuudesta ulosviennin yhteydessä.

112

Kuva jatkuvatoimisesta siilokuivaimesta. Kuivain sijaitsee CHP- laitoksessa Lestijärvellä, Keski-Pohjanmaalla.

Jatkuvatoiminen hihnakuivain (Kerroskuivain)

Hihnakuivaimessa voidaan kuivata sahanpurua sekä puuhaketta. Hihnakuivainta kutsutaan

myös kerroskuivaimeksi. Kuivainyksikkö voi olla yksi- tai monikerroksinen.

Hihnakuivaimen (kerroskuivaimen) toimintaperiaate

Märän hakkeen syötössä kuivaimeen levitetään hake koko kuivaimen leveydelle syöttöruuvin

avulla. Kuivauksessa hakekerros liikkuu hitaasti eteenpäin. Kuumaa kuivausilmaa, 80 - 120

astetta, puhalletaan hakekerroksen alapuolelta ja se johdetaan hakekerroksen läpi jossa

kuivuminen tapahtuu. Kuivuminen tapahtuu alhaalta päin, jolloin ylimmät kerrokset ovat

enemmän tai vähemmän kosteita. Ulostulon yhteydessä kuoritaan ylin kostea hakekerros pois ja

se johdetaan uuteen kuivaukseen. Ruuvi kuorii kostean hakkeen pois sopivalta korkeudelta

riippuen hakekerroksen kosteuspitoisuudesta.

Poistuvaa lämmintä ja kosteaa ilmaa voidaan myös käyttää uudelleen ja johtaa se

kuivainkerroksen alkuun hakkeen esilämmittämiseksi, ja tällä tavoin nopeuttaa kuivausta.

Kuivauslämpötila on usein 80 – 110 °C.

113

Hihnakuivaimen (kerroskuivaimen) periaatekuva. Kuivaimessa on ketjuohjattu tasapohja jolla materiaalia

vedetään kuivauksen aikana eteenpäin ulosviennin suuntaan. Hakkeen liikkuessa hitaasti eteenpäin puhalletaan

kuumaa kuivausilmaa hakekerroksen läpi.

On olemassa myös monihihnakuivaimia, joissa käytetään kuivausväliaineena kuumaa öljyä.

Öljyä kierrätetään hakekerroksen alla putkissa, tuuletin voidaan liittää kuivausilman

ohjaamiseksi kuivauskerroksen läpi.

114

Monihihnakuivaimen (Monikerroskuivaimen) periaatekuva. Tässä kuivaimessa kuivaus suoritetaan useissa

kuivainkerrosten tasoissa, haketta liikutetaan eteenpäin ja alaspäin samalla kun kuumaa ilmaa johdetaan

kerrosten läpi alkaen alhaalta ensimmäisen hakekerroksen läpi ja jatkuen ylöspäin seuraavaan kerrokseen.

Hakkeen tasainen koko helpottaa mahdollisuutta saada nopeasti tasainen loppukosteuspitoisuus.

On olemassa monia erityyppisiä sekä mallisia kuivaimia

Nykyisissä suurissa pellettitehtaissa on monia erityyppisiä hakkeen sekä sahanpurun kuivaimia.

Nopeaan kuivaukseen käytetään kehittyneemmissä kuivaimissa väliaineena ns. tulistettua

höyryä (SSD, Superheated Steam Dryer). Se on korkeassa paineessa sekä lämpötilassa, 120 -

220 °C (tai korkeammassa) olevaa kuivaukseen käytettävää höyryä.

115

16. Esimerkkejä pienen mittakaavan CHP-yksiköiden laitteistojen

valmistajista

Kun kansainvälinen kiinnostus bioenergiaa kohtaan on kasvanut, niin viime vuosikymmenien

aikana on tapahtunut positiivista bioenergian jalostukseen liittyvien laitteistojen ja tekniikoiden

kehitystä. Näin ollen myös pienen mittakaavan CHP-yksiköiden teknisten ratkaisujen ja

laitteistojen tarjonta on myös lisääntynyt.

Tässä annetaan vain lyhyt yleissilmäys yrityksistä, jotka valmistavat sellaisia laitteistoja, jotka

voivat sopia pienemmille CHP-laitoksille.

Yleissilmäys sellaisista laitteiston on jaettu seuraaviin ryhmiin;

o Biomassan Kaasutus

- 0,1-2 MW kaasutin

o Lämpömoottori - turbiini generaattorin käyttöyksikkönä

- ORC yksikkö

- Kuumailmaturbiinit

- Stirling yksiköt

- Höyryturbiinit

- Höyrymoottorit

o Polttomoottori generaattorin käyttöyksikkönä

- Kaasumoottorit - Mäntämoottorit

- Mikroturbiinit

- Kaasuturbiinit

o Polttokennot

- MCFC (Molten Carbonate Fuel cell)

- SOFC (Solid Oxide Fuel cell)

o Lämpökattilat ja laitokset 300 - 5000 kW

o Puuhakekuivurit

- Siilokuivurit

- Tasapohjaiset kuivurit

- Vastavirtakuivurit

- Rumpukuivurit

- Hihnakuivurit – Patjakuivuri

- Monitasoiset patjakuivurit

116

Yritysten Internet-osoitteet voivat muuttua. Alla olevat osoitteet olivat käytössä ja toimivat

tammikuussa 2010.

Biomassan Kaasutus (0,1-2 MW) suomalaiset yritykset

CCM-Power

Oulunsalo, Suomi

Myötävirta-vastavirtakaasutin

o 0,1-0,3 (-> 1) MW polttoaineteho

http://www.ccm-power.fi/

http://www.ccm-

power.fi/index.php?name=Content&nodeIDX=7&parentI

DX=1&rootIDX=0

Entimos

Tervola, Suomi

Myötävirtakaasutin

o 1 (–> 7) MW polttoaineteho

http://www.entimos.fi

http://www.entimos.fi/kuvia.htm

http://www.entimos.fi/inenglish.htm

GasEk

Reisjärvi, Suomi

Myötävirtakaasutin

o 0,1-0,2 (-> 1) MW polttoaineteho

http://www.gasek.fi/http://www.gasek.fi/epages/PPO.sf/sv

_SE/?ViewObjectID=299751

117

Vapor Finland

Nivala, Suomi

Biomassakaasutin kehitteillä

http://www.vaporfinland.com/

http://www.vapor.fi/

Lämpöemoottorit – turbiinit

ORC yksiköt

Turboden Italia

ORC yksiköt

o 0,2 - 2,2 MWe

http://www.turboden.eu/en

http://www.turboden.eu/en/products/products-chp.php

Maxxtec AG Saksa

ORC yksiköt

o 0,3 - 2,0 MWe

http://en.maxxtec.net/

http://www.adoratec.com/productnav.html

http://en.maxxtec.net/products/renewable-energies/orc-

module/

Kohlbach Group Itävalta

ORC yksiköt

o 0,45 – 1,7 MWe

http://www.kohlbach.at/

http://www.kohlbach.at/?siid=11&sip=2&prod=11&laid=2

118

Polytechnik

Itävalta

ORC yksiköt

o 0,2 – 5 MWe

http://www.polytechnik.com

http://www.polytechnik.com/modules/ContentExpress/img

_repository/downloads/Folder/Polytechnik_engl.pdf

Höyryturbiinit

Polytechnik Itävalta

Höyryturbiinit

o 0,15 - 4 MWe http://www.polytechnik.com/

Siemens Saksa

Höyryturbiinit

o 0,1 - 10 MWe

http://www.energy.siemens.com/ http://www.energy.siemens.com/hq/en/power-generation/steam-

turbines/ http://www.energy.siemens.com/hq/pool/hq/power-

generation/steam-turbines/downloads/E50001-W4100-A100-X-

4A00_Pre-Designed_Steam%20Turbines_E_f_screen.pdf

Dresser-Rand USA

Höyryturbiinit

o 0,5 - 10 MWe

http://www.dresser-rand.com/

http://www.dresser-rand.com/aboutus/default.asp

119

Kuumailmatsturbiinit

HTI - Heat Transfer International,

USA - Italia

Kuumailmaturbiinit

o 2 - 10 MWe

http://www.heatxfer.com/

http://www.heatxfer.com/products/airturbines.html

Höyrymoottorit

Energiprojekt Ab Ruotsi

Höyrymoottori CHP-yksiköt

o 500 kWe http://www.energiprojekt.com/

Spilling Energie Systeme Saksa

Höyrymoottoreita CHP-yksiköille

o 100 -1500 kWe http://www.spilling.de /

http://www.spilling.de/english/index.php

Polytechnik Itävalta

Höyrymoottoreita CHP-yksiköille

o 280 kWe

http://www.polytechnik.com

http://www.polytechnik.com/modules/ContentExpress/img

_repository/downloads/Folder/Polytechnik_engl.pdf

BIOS BIOENERGIESYSTEME GmbH

Itävalta

Ruuvi- ja höyrymoottoreita CHP-yksiköille

o 730 kWe (Hartberg testilaitos)

http://www.bios-bioenergy.at/http://www.bios-

bioenergy.at/en/working-field/research-development.html

120

Polttomoottorit

Kaasumoottorit - mäntämoottorit

Jernbach Itävalta

Kaasumoottorit

o 0,25 - 4 MW

http://www.power-technology.com/ http://gepower.com/prod_serv/products/recip_engines/en/index.ht

m

http://gepower.com/prod_serv/products/recip_engines/en/downlo

ads/type2_feb08_brochure.pdf

MWM Saksa

Kaasumoottorit

o 0,4 – 4,3 MW

http://www.mwm.net/modules/home/

http://www.mwm.net/modules/wfdownloads/singlefile.php

?cid=17&lid=85

Kaasuturbiinit

ORPRA Hollanti

Kaasuturbiini

o 0,5 - 2 MW

http://www.opraturbines.com/en

http://www.opraturbines.com/upload/Products/General%2

0brochure%20OPRA%20hi-res,%20rev0.pdf

Vericor USA

Kaasuturbiinit

o 0,5 – 3,5 MW

http://www.vericor.com/

http://www.vericor.com/products/productsTFSeries.html

121

Mikroturbiinit

Capstone USA

ORC Mikroturbiiniyksiköt

o 30 - 200 kWe

http://www.capstoneturbine.com/ http://www.capstoneturbine.com/prodsol/products/index.asp

Ingersoll Rand USA

ORC Mikroturbiiniyksiköt

o 250 kWe

http://www.ingersollrandproducts.com/ http://www.ingersollrandproducts.com/IS/Category.aspx-am_en-

18218

Stirling yksiköt

Stirling DK Lyngby, Tanska

Stirling yksiköt

o 35 - 140 kWe

http://www.stirling.dk/

http://www.stirling.dk/index.php?What_We_Offer

HTI - Heat Transfer International USA - Italia

Stirling yksiköt

o 20 - 100 kWe

http://www.heatxfer.com/

http://www.heatxfer.com/products/stirlingengines.html

122

Polttokennot

MCFC (Molten Carbonate Fuel cell)

MTU Onsite Energy Saksa

CHP-Polttokennot

o 345 kWe

http://www.mtu-online.com/

http://www.mtu-

online.com/mtuonsiteenergy/products/fuel-cell-systems

FuelCell Energy

USA

CHP-Polttokennot

o 300 - 1500 kWe

http://www.fuelcellmarkets.com//

http://www.fuelcellmarkets.com//products_and_services/3,

1,11275,17,14241.html

Polttokennot

SOFC (Solid Oxide Fuel cell)

Wärtsilä

Suomi

CHP- Polttokennot

o 20-50 kWe

http://www.wartsila.com/ http://www.wartsila.com/,en,productsservices,0,product,E5BF1B

55-B877-4139-8E2E-F4667EC39BD9,5CA49D21-7B6C-45CC-

BA6B-D894FB826B5C,,.htm

http://www.wartsila.com/Wartsila/global/docs/en/products_servic

es/fuel_cells/wartsila-fuel-cell-WFC20-brochure.pdf

123

Puuhakekuivurit

Siilokuivurit

CCM-Power Suomi

Siirrettävä Kuivuritorni

Kuivaa n. 70 m³ haketta/vuorokausi

http://www.ccm-power.fi/

http://www.ccm-

power.fi/index.php?name=Content&nodeIDX=64&parentI

DX=1&rootIDX=0

Rumpukuivurit

DIEFFENBACHER GMBH Saksa

Rumpukuivuri, 5-65 t/h

http://www.dieffenbacher.de/enhttp://www.dieffenbacher.d

e/en/wood-based-panel-division/osbosl-lines/drum-

dryer.html

Stela Laxhuber BmbH

Saksa

Eri kokoisia pyöriviä rumpukuivureita

http://www.stela.de/content_englisch/

http://www.stela.de/content_englisch/trommeltrockner_e/d

rum_drier_e.htm

Energy Unlimited Inc USA

Eri kokoisia rumpukuivureita

http://www.rotarydrumdryers.com/

http://www.energyunlimitedinc.com/products.html

Recalor, S.A

Espanja

Eri kokoisia rumpukuivureita

http://www.recalor.com/

http://www.recalor.com/dataeng/prod-dryers.asp

124

AB Torkapparater Ruotsi

Eri kokoisia rumpukuivureita

http://www.torkapparater.se

http://www.torkapparater.se/pdf/ABT_5referenser_060601

_sve.pdf

GEA Barr-Rosin Inc Kanada

Eri kokoisia rumpukuivureita biomassaa varten

http://www.barr-rosin.com/

http://www.barr-rosin.com/english/pdf/rotary.pdf

http://www.barr-rosin.com/products/rotary-dryer.asp

Lehra Fuel Tech Private Limited Intia

Eri kokoisia rumpukuivureita biomassaa varten

http://www.indiamart.com/lehra/index.htmlhttp://www.indi

amart.com/lehra/biomass-briquetting-plant-

machinery.html#rotary-drum-dryer

Tasapohjaiset kuivurit

Akron Ruotsi

Tasapohjaiset kuivurit puuhaketta varten

o 15,5 ja 32m³

http://www.akron.se/

http://www.akron.se/sida.asp?MenuID=185

Vastavirtakuivurit

Svensk rökgasenergi

Ruotsi

Vastavirtakuivureita puuhaketta varten

http://www.sre.se/ http://www.sre.se/eng/torksystem.html

http://www.sre.se/pdf/broschyr.pdf

125

Patjakuivurit – Hihnakuivurit

Bruks

Ruotsi - Saksa

Eri kokoisia patjakuivureita

http://www.bruks.com/en /

http://www.bruks.com/en/Products/Bed-Dryer1/

http://www.mamut.net/svegro/dryer_swe_low.pdf

EXERGY Engineering & Consulting, Ruotsi

Eri kokoisia patjakuivureita

http://www.exergyse.com/

http://www.exergyse.com/Downloads.htm

Stela Laxhuber BmbH

Saksa

Hihnakuivurit

http://www.stela.de/http://www.stela.de/content_englisch/

http://www.stela.de/content_englisch/belt_drier_e/bandtroc

kner_hackschnitzel_e/bandtrockner_hackschnitzel_prospe

kt_e/saegespaenetrockner_11_06_e.pdf

Monitasoiset patjakuivurit

R. Sjöstrand Ab

Ruotsi

Termisellä öljyllä toimiva monitasoinen

patjakuivuri puuhaketta varten

http://www.sjostrand.se/http://home.swipnet.se/sjostrandab/ http://www.sjostrand.se/tork.html

Stela Laxhuber BmbH

Saksa

Monihihnakuivuri (Monitasoinen patjakuivuri)

http://www.stela.de/

http://www.stela.de/content_englisch/

http://www.stela.de/content_englisch/belt_drier_e/bandtroc

kner_hackschnitzel_e/bandtrockner_hackschnitzel_prospe

kt_e/saegespaenetrockner_11_06_e.pdf

126

Lämpökattilat ja -keskukset

o 300 - 5000 kW (suomalaiset valmistajat)

Actorit, Heinola, Suomi

Värmeanläggningar

o 0,3 – 5 MW

http://www.actorit.fi/

http://www.actorit.fi/tuotteet.html

JPK-Tuote, Joensuu, Suomi

Lämpökeskukset

o 120 – 760 kW

http://www.jpk-tuote.fi/

http://www.jpk-tuote.fi/lampokeskukset

Laatukattilat, Tampere, Suomi

Lämpökeskukset ja -kattilat

o 0,2 - 10 MW

http://www.laka.fi/

http://www.laka.fi/pdf/Laka-Y,%20engl.%2026.2.2008.pdf

Sykäke, Sykäräinen, Suomi

Lämpökeskukset ja -kattilat

o 0,3 – 5 MW

http://www.sykake.fi

http://www.sykake.fi/index.php?id=14

Livite, Seinäjoki, Suomi

Lämpökeskukset ja -kattilat

o 0,4 – 15 MW

http://www.livite.fi/

127

Vaasan Kuljetuskanavat Oy, Vasa, Suomi

Lämpökeskukset

o 0,3 - 5 MW

http://www.kuljetuskanavat.fi/

http://www.kuljetuskanavat.fi/tmp_vaasankuljetuskanavat_

site_0.asp?lang=1&sua=1&q=y&s=20

Vapor Finland, Nivala, Suomi

Kuumavesi ja höyrykattilat

o 0,5 – 10 MW

http://www.vaporfinland.com/

http://www.hlr-energia.fi/ http://www.vaporfinland.com/en/products/hot-water-boilers

Säätötuli, Kauhajoki, Suomi

Lämpökeskukset ja -kattilat

o 50 - 1500 kW

www.saatotuli.fi

Tulimax, Haapamäki, Suomi

Lämpökeskukset ja -kattilat

o 30 - 1000 kW

http://www.htenerco.fi/en/

http://www.htenerco.fi/en/farming_industry_municipalities

/?id=263

Tulostekniikka, Kyyjärvi, Suomi

Lämpökeskukset

o 0,3 – 3 MW

http://www.tulostekniikka.com/

http://www.tulostekniikka.com/index.php?sisalto=tuotteet

128

Masa-Tuote, Kiuruvesi, Suomi

Lämpökeskukset

o 250 – 1000 kW

http://www.masatuote.fi/

http://www.masatuote.fi/250_1000.html

MW Power, Suomi

(Metso-Wärtsilä)

Hakekattilat

o 4 – 18 MW

http://www.mwpower.fi/

http://www.mwpower.fi/mwpower/mwpower_pages.nsf/W

ebWID/WTB-090422-22575-F2C82?OpenDocument

Nakkilan Konepaja, Kauhajoki, Suomi

Lämpökeskukset ja -kattilat

o 1 - 8 MW

http://www.nk.fi/

http://www.nk.fi/Default.aspx?id=32

MW Power, Suomi

(Metso-Wärtsilä)

BFB kattilat (Bubbling fluidized bed)

o 3 – 10 MW

http://www.mwpower.fi/

http://www.mwpower.fi/mwpower/mwpower_pages.nsf/W

ebWID/WTB-090422-22575-10279?OpenDocument

Renewa, Tampere - Oulu, Suomi

Lämpökeskukset ja -kattilat

o 2 – 12 MW grate boilers

o 3 – 12 MW FB boilers

http://www.renewa.fi/

http://www.renewa.fi/en/references/grate-boilers.html

129

Megakont, Hellamaa, Suomi

Lämpökeskukset

o 300 - 500 kW

http://www.kuljetuskanavat.fi/

http://www.kuljetuskanavat.fi/tmp_vaasankuljetuskanavat_

site_0.asp?lang=1&sua=1&q=y&s=20

Lämpökeskukset ja -kattilat

o 300 - 5000 kW (ruotsalaiset yritykset)

Osby, Osby, Ruotsi

Lämpökeskukset ja -kattilat

o 350 - 3000 kW

http://www.osbyparca.se/ http://www.osbyparca.se/osbyparca/p26182/files/Transport._Osb

y_PB2_low.pdf

Ariterm Sweden AB, Kalmar, Ruotsi

Lämpökeskukset ja -kattilat

o 40 - 3000 kW

http://www.Ariterm.se http://195.198.92.151/ariterm/H_Arimax_Bio_120-3000_kW.pdf

Svebo Bioenergy, Ruotsi

Lämpökattilat, Osby och Arimax -kattilat

o 50 - 3000 kW

http://www.swebo.com/

http://www.osbyparca.se/

Mekano i Malung Ab, Malung, Ruotsi

Lämpökeskukset ja -kattilat

o 120 - 3000 kW

http://www.mekano.nu/

http://www.mekano.nu/pc700.pdf

Huomaa, että yllä olevassa koosteessa on mukana vain osa yrityksistä ja heidän tuotteistaan.

Eri yritysten yhteystiedot voivat muuttua nopeasti. Tällöin voi käydä niin, että kaikki Internet-osoitteet

eivät välttämättä toimi enää jonkun ajan kuluttua.

130

17. Esimerkkejä biomassan kaasuttimien valmistajista

Kaikkialla maailmassa on meneillään laajaa tutkimusta ja kehitystä tehokkaiden biomassan

kaasuttimien kehittämiseksi. Yhtenä ongelmista, jota monet yhtiöt yrittävät ratkaista, on voida

valmistaa tervatonta Bio-synteesikaasua.

Tässä annetaan vain lyhyt yleissilmäys joistakin yhtiöistä, jotka tekevät kehitystyötä

pienempien biomassan kaasuttimien parissa. Huomaa, että Internet-osoitteiden yhteystiedot

voivat muuttua nopeasti. Nämä linkkiosoitteet olivat käytössä tammikuussa 2010. Pienemmät

biomassan kaasuttimet voivat rakentua monien eri konseptien mukaan. Osaksi ne voivat olla

rakennettu siirrettäviksi yksiköiksi tai pysyviksi kokoonpanoiksi. Kaasutusyksikkö voi myös

olla rakennettu tehdasvalmiista moduleista, mikä helpottaa asennusta paikanpäällä.

Kaasuttimien jako toimintaperiaatteiden mukaan voi olla seuraavanlainen;

- Myötävirtakaasutin (Down draft gasifier)

- Vastavirtakaasutin (Updraft gasifier)

- Ristivirtakaasutin (Crossdraft gasifier)

- Entrained-flow-kaasutin (Entrained-flow gasifier)

- BFG-kaasutin (Bubbling fluidised bed gasifier, BFB-gasifier)

- CFG-kaasutin (Circulating fluidised bed gasifier, CFB-gasifier).

Pienemmille kaasuttimille ovat lähinnä kolme ylintä vaihtoehtoa sopivia. Niissä on kiinteä

arina.

Yleissilmäys biomassan kaasuttimien valmistajista

Biomassan Kaasuttimet (yritykset Kanadassa)

Enerkem

Montréal, Kanada

Biomassan kaasutin

- FBG (fluidized bed gasifier)

BTL-process, Etanol

http://www.enerkem.com/

http://www.enerkem.com/index.php?module=CMS&id=6

&newlang=eng

131

AgriTherm

University of Western Ontario

London, Ontario, Kanada

Biomassan kaasutin

http://www.agri-therm.com/solution.html

Westwood

Kamloops, BC, Kanada

Biomassan kaasutin

- Synteesikaasun suora poltto

http://westfibre.com/ http://westfibre.com/gasifier2.html

http://www.maxwestenergy.com/downloads/MaxWest%20

FWEA%20Presentation%20September%202007

Nexterra

Vancouver, Kanada

Kaasutin ja CHP-yksiköitä

http://www.nexterra.ca/

http://www.nexterra.ca/technology/index.cfm

Förgasare för Biomassa (företag i Holland)

HoSt B.V.

Enschede, Hollanti

Biomassan kaasutin

- FBG (fluidized bed gasifier)

http://www.host.nl/en/

http://www.host.nl/en/gasifiers/

132

Biomassan Kaasuttimet (yritykset Englannissa ja Irlannissa)

ITI Energy LimitedYork, GB

Innovation Technology Centre

Biomassan kaasutin

http://www.iti-energy.com/

http://www.iti-energy.com/technology.php

THOMPSON SPAVEN London, GB

Biomassan kaasutin moduleissa

http://www.thompsonspaven.com/ http://www.thompsonspaven.com/acatalog/gasification.html

Destin Biomass CHP Ltd

Antrim, Northern Irlanti

Biomassan kaasutin

http://www.biomasschp.co.uk/

http://www.biomasschp.co.uk/internal.php?page=ourtech

Biomassan Kaasuttimet (yritykset Itävallassa)

ANDRITZ AG

Graz, Itävalta

Kaasutin ja CHP-yksiköitä

ANDRITZ Carbona gasifier

Pressurized bubbling fluidized bed (BFB)

http://www.andritz.com/

http://www.andritz.com/iss_20.pdf

133

REPOTEC - Renewable Power Technologies

Güssing, Itävalta

Kaasutin ja CHP-yksiköitä

http://www.repotec.at/

http://www.repotec.at/cms/index.php?id=1&L=1

Biomassan Kaasuttimet (yritykset Belgiassa)

Xylowatt SA

Belgia

Kaasutin ja CHP-yksiköitä

http://www.xylowatt.com/

http://www.xylowatt.com/MainTechnologyEN.htm

http://www.xylowatt.com/Folders/XW_EN_A4.pdf

Biomassan Kaasuttimet (yritykset USA:ssa)

HTI - Heat Transfer International Kentwood, Michigan , US

Kaasutin ja CHP-yksiköitä

http://www.heatxfer.com/

http://www.heatxfer.com/products/fixedbed.html

Thermogenics, Inc New Mexico, US

Biomassan kaasutuslaitoksia

http://www.thermogenics.com/

http://www.thermogenics.com/process_flow.html

RER - Recovered Energy Resources Washington, US

Biomassan kaasutus

http://www.recoveredenergyresources.com/ http://www.recoveredenergyresources.com/how_rerpp_work.stm

134

Destin Energy

Alabama, US

Siirrettäviä biomassan kaasutusyksiköitä

http://www.destinenergy.com/

http://www.destinenergy.com/news_item.asp?NewsID=12 http://www.nrmdi.auburn.edu/SpecialFeatures/BiomassGasificati

on.php

Frontline

Ames, Iowa, US

Biomassan kaasutus

http://www.frontlinebioenergy.com/

http://www.frontlinebioenergy.com/en/products/

Community Power Corporation Colorado, US

Biomassan kaasutin moduleissa

http://www.gocpc.com/products.html

http://www.gocpc.com/evolution/bm75.html#nogo

http://www.gocpc.com/evolution/bm50.html

ZeroPoint Clean Tech, Inc New York, US

Biomassan kaasutuslaitoksia

http://www.zeropointcleantech.com/

http://www.zeropointcleantech.com/technology.html

EPI Energy Products of Idaho

Idaho, US

Biomassan kaasutuslaitoksia

- FBG (fluidized bed gasifier)

http://www.energyproducts.com/EPITechnology.htm http://www.energyproducts.com/documents/Publication5a.pdf

135

PrimeEnergy

Oklahoma, US

Biomassan kaasutuslaitoksia

http://www.primenergy.com/

http://www.primenergy.com/Gasification_idx.htm

Biomassan Kaasutus (yritykset Suomessa)

CCM-Power Oulunsalo, Suomi

Myötävirta-vastavirtakaasutin

o 0,1-0,3 (-> 1) MW polttoteho

http://www.ccm-power.fi/

http://www.ccm-

power.fi/index.php?name=Content&nodeIDX=7&parentI

DX=1&rootIDX=0

Entimos Tervola, Suomi

Myötävirtakaasutin

o 1 (–> 7) MW polttoteho

http://www.entimos.fi

http://www.entimos.fi/kuvia.htm

http://www.entimos.fi/inenglish.htm

GasEk Reisjärvi, Suomi

Myötävirtakaasutin moduleissa

o 0,1-0,2 (-> 1) MW polttoteho

http://www.gasek.fi/http://www.gasek.fi/epages/PPO.sf/sv

_SE/?ViewObjectID=299751

136

Vapor Finland

Nivala, Suomi

Biomassakaasutin kehitteillä

http://www.vaporfinland.com/

http://www.vapor.fi/

Biomassan Kaasutus (yritykset Saksassa)

Mothermik GmbH

Pfalzfeld, Saksa

Biomassan kaasutin CHP-yksikössä

http://www.mothermik.de/engl/index.html http://www.mothermik.de/Bilder/download/BroschEngl_1.10.08.

pdf

http://www.mothermik.de/Bilder/download/HolzverstrEngl_16.5.

08.pdf

BHKW-Anlagen Ltd

German Biomass & Renewable Engineering

Buende, Saksa

Talbotin Biomassan kaasutin

http://www.nrg-consultants.com/http://www.nrg-

consultants.com/downloads/bg25infopack.pdf http://www.nrg-

consultants.com/biomass/biomassfromelectrity3474kwstirlingpo

wer/54003099f811eab01/index.html#54003099f812aba17

Biomassan Kaasutus (yritykset Sveitsissä)

CTU - Conzepte Technik Umwelt AG Winterthur, Sveitsi

Biomassan kaasutin

http://www.ctu.ch/

http://www.ctu.ch/front_content.php?idcat=76 http://www.ctu.ch/front_content.php?&idcat=164&changelang=2

&idart=230

137

Pyroforce Energietechnologie AG

Emmenbrücke, Sveitsi

Biomassan kaasutin

http://www.pyroforce.ch/?id=c

Biomassan Kaasutus (yritykset Tanskassa)

Babcock & Wilcox Vølund A/S

Esbjerg, Tanska

Biomassan kaasutin

http://www.volund.dk

http://www.volund.dk/solutions_references/gasification_so

lutions http://www.volund.dk/news/more_news/news_archive/third_bio

mass_gasification_plant_in_japan_licensee_jfe_environmental_s

olutions_sells_new_plant

Dall Energy Horsholm, Tanska

Biomassan kaasutin

http://www.dallenergy.com/

http://www.dallenergy.com/Biomass+Gasification+Plants.

12.aspx

Biomassan Kaasutus (yritykset Ranskassa)

Martezo Paris, Ranska

Biomassan kaasutin

http://www.martezo.fr/

http://www.martezo.fr/GB/plansite.html

138

Biomassan Kaasutus (yritykset Uudessa Seelannissa)

Fluidyne Gasification

Californian Andes Class Gasifier

California, Alabama, US

http://www.fluidynenz.250x.com/May09b/calandies.html

http://www.fluidynenz.250x.com/Dec09/dec09.html

Biomassan Kaasutus (yritykset Intiassa)

Radhe

Radhe Renewable Energy Development Pvt.

Ltd. Rajkot, Intia

Biomassan kaasutin

http://www.radheenergy.com/prod1_intro.htm

http://www.radheenergy.com/prod1_tech.htm

INFINITE ENERGY PVT. LTD New Delhi, Intia

Biomassan kaasutin

http://infinitenergy.tradeindia.com/

http://infinitenergy.tradeindia.com/Exporters_Suppliers/Ex

porter10181.1223C.25472P/Gasifier.html

Biomassan Kaasutus (yritykset Etelä-Afrikassa)

CARBO CONSULT & ENGINEERING (Pty)

Ltd

Johannesburg, Etelä Afrika

Biomassan kaasutin

http://www.carboconsult.com/

http://www.carboconsult.com/gas-producer.asp

http://www.carboconsult.com/pdfs/08-

2007%20INTRODUCTION%20BROCHURE.pdf

139

Tätä suppeaa yleissilmäystä tulee katsoa vain esimerkkinä yrityksistä, joilla on eri kokemusta

biomassan kaasuttimien kehityksestä. Kaikille jää vielä tehtäväksi käytännössä ratkaista

ongelmat tervavapaan tuotekaasun saamiseksi ja tehokkaan puhdistuksen kehittämiseksi, jotta

kaasutuslaitoksesta saadaan korkealaatuista Bio-synteesikaasua.

140

18. Joitakin käytettyjä lyhenteitä sekä termejä

Yhä useammin törmäämme erilaisiin lyhenteisiin sekä termeihin. Erityisesti bioenergian alalla

käytetään lukuisia uusia termejä ja erilaisia lyhenteitä menetelmille, tehtäville, prosesseille sekä

systeemeille. Käyttöön otetaan usein englannin kielestä otettuja uusia sanoja, kuten useimmat

lyhenteet. Monet näistä englantilaisista sanoista, termeistä ja lyhenteistä on nykyisin siirretty

käytettäväksi sekä ruotsin- että suomenkielisiin kirjoituksiin ja raportteihin.

Tässä lehtisessä annetaan ainoastaan lyhyt katsaus osaan näistä käytetyistä lyhenteistä yhdessä

lyhyen selvityksen kanssa niiden alkuperästä.

Kupliva leijukerros(kattila tai

kaasutin)

Bubbling Fluidized Bed (Boiler or

Gasifier) BFB

Biomassasta saatu kaasu Biomass Derived Gas BDG

Alkalinen polttokenno Alkaline Fuel Cell AFC

Leijukerroshöyrykattila (leijuva

kerros)

Atmospheric Fluidized-Bed

Combustor

AFBC

Anaerobinen mädätys (esim.

biokaasureaktorissa) Anaerobic Digestion AD

selvitys Lyhenne on peräisin, Lyhenne

Biomassan kaasutuksen sekä

yhdistetyn kierrätyksen integroitu

kombinaatio

Biomass Integrated Gasification

Combined Cycle

BIGCC

Biokemiallinen

metaanipotentiaali Biochemical Methane Potential BMP

Brittiläinen lämmön yksikkö,

termi

British thermal unit

3,413 Btu = 1 kWh Btu

Biomassa nestemäiseen,

synteettiseen dieseliin esim. FT-

menetelmällä

Biomass To Liquid

BTL

selvitys Lyhenne on peräisin, Lyhenne

141

Anaerobinen mädätys (AD) biokaasureaktorissa jossa tuotetaan biokaasua (metaanikaasua),jota voidaan käyttää

lämmitykseen sekä sähköntuotantoon CHP- laitoksessa.

Yhdistetty kierrätysjärjestelmä

Combined Cycle System CCS

Yhdistetty kierrätys (jakso) Combined Cycle CC

Kustannusten sekä hyödyn

vertailuanalyysi Cost Benefit Analysis CBA

Lämpövoimalaitos, tuottaa

lämpöä sekä sähköä

Combined Heat and Power CHP

Hiili/typpi-suhde

Carbon/Nitrogen ratio C/N

“Risutukiksi” yhdistetty

hakkuujätepino Composite Residue Logs CRL

Kierrätettävä leijupeti. On

kahdentyyppisiä leijupetejä -

Kuohuva kerros korkealla

partikkelitiheydellä sekä - leiju-

kerros (kierrätettävä), nopea

leijupeti huomattavasti alhaisem-

malla partikkelitiheydellä.

Circulating Fluidized Bed

CFB

Lämpövoimayksikkö, tuottaa

jäähdytystä, lämpöä sekä sähköä

Combined Cooling, Heating and

Power

CCHP

selvitys Lyhenne on peräisin, Lyhenne

142

Entsyymi-sokerialusta

Enzyme Sugar Platform ESP

(exajoule) ExaJoule -1018 joules EJ

Lämpövoimakone ulkoisella

lämmitykselläEsim.

Mäntämoottori tai turbiini

External Combustion

EC

Suorametanolipolttokenno

(Tavallisesti PEFC- tyyppinen)

Direct Methanol Fuel Cell DMFC

Dieselmoottoriin soveltuva

polttoaine

Di-Methyl-Ether DME

Sähköntuotanto lähellä kuluttajia

- lämpövoimalaitos

Distributed Generation -

Combined Heating and Power

DG-CHP

Tavaralajimenetelmä

hakkuumenetelmä jossa puuaines

katkaistaan osiin

Cut-To-Length

CTL

selvitys Lyhenne on peräisin, Lyhenne

Kaasun suorapoltto turbiinissa,

yksinkertainen kierto

Direct Fired Gas Turbine (simple

cycle) DF-GT

Tavaralajimenetelmä (käytetään

lähinnä Pohjoismaissa)

Nordic Cut-To-Length Nordic CTL

143

Kaasuturbiini Gas Turbine GT

selvitys Lyhenne on peräisin, Lyhenne

Tekniset puutuotteet

Engineered Wood Products EWP

Kaasuteknologian instituutti

Gas Technology Institute GTI

Kaasusta nestemäiseksi

Gas -To-Liquid GTL

Hakkuujätteet

GRenar Och Toppar GROT

Kasvihuonekaasu

GreenHouse Gas GHG

Rikin poisto pakokaasuista

Flue Gas Desulfurization FGD

FT- kaasutusmenetelmällä

valmistettu tekninen diesel

Fischer-Tropsch -diesel FT-diesel

Katalyyttinen kemiallinen

prosessi synteesikaasun

muuntamiseksi poltto-aineeksi

(esim. FT- diesel)

Fischer-Tropsch

FT

Ajoneuvo jossa on mukautuva

polttoainejärjestelmä, ajoneuvo

jossa käytetään useita tai

yhdistettyjä polttoaineita, esim.

etanolia ja bensiiniä

Flexible Fuel Vehicle

FFV

Polttokennoakku Fuel Cell Battery (fuel cell bus) FCB

Keinotekoinen veto esim.

pakokaasutuuletuksessa)

Forced Draft FD

Kiinteäpeti (lämmitys-kattiloissa

ja kaasuttimissa)

Fixed Bed FB

Metanoliperäinen biodiesel

Fatty Acid Methyl Ester FAME

Etanoliperäinen biodiesel

Fatty Acid Ethyl Ester FAEE

Risutukkien kasaus (CRL). Hakkuujätteen käsittelyä

kasoihin käyttävät lähinnä suuret lämpövoimalaitokset.

Peukalosääntönä on, että yhdessä hakkuujätekasassa

on noin 1 MWh energiaa.

144

Korkea paine

High Pressure HP

Korkean lämpöarvon omaava

polttoaine – polttoaineen

kalorimetrinen lämpöarvo

High Heating Value

HHV

Kilowattia lämpöä Kilowatt of thermal heat kWth

Kilowattia sähköä Kilowatt of electricity kWe

selvitys Lyhenne on peräisin, Lyhenne

Gigawatti

(1GW = 1 000 000 kW)

GigaWatt 109 watt

(1GW = 1 000 MW) GW

Gigawattitunti GigaWatt -hour 109 watt-hours GWh

Lämmönvaihdin

Heat EXchanger HEX

Teho Kilowatt kW

(IGT gasifier) IGT kaasutin Institute of Gas Technology IGT

Integroitu kaasutus ja

polttokenno

Integrated Gasifier Fuel Cell IGFC

Integroitu kaasutus yhdistetyssä

kierrossa

Integrated Gasifier Combined

Cycle

IGCC

Mäntämoottori sisäisellä

lämmityksellä

Internal Combustion Engine ICE

Lämpövoimakone sisäisellä

lämmityksellä, esim.

mäntämoottori tai turbiini

Internal Combustion

IC

Korkea kuiva-ainepitoisuus (matala kosteuspitoisuus)

High Solids

HS

Lämmön talteen ottava

höyrygeneraattori

Heat Recovery Steam Generator HRSG

Korkea lämpötila

High Temperature HT

145

Kilowattitunti Kilowatt - hour kWh

Nestemäinen kiviöljykaasu

(raakaöljykaasu) Liquefied Petroleum Gas LPG

Kaatupaikkakaasu LandFill Gas LFG

Alhaisen lämpöarvon omaava

polttoaine – polttoaineen

kalorimetrinen lämpöarvo

Low Heating Value

LHV

Nestemäinen maakaasu Liquefied Natural Gas LNG

Alhainen paine

Low Pressure LP

selvitys Lyhenne on peräisin, Lyhenne

Sulakarbonaattipolttokenno

Molten Carbonate Fuel Cell MCFC

Mekaaninen biologinen käsittely

Mechanical Biological Treatment MBT

Matala lämpötila

Low Temperature LT

Käytetään katodimateriaalina

polttokennoissa

Lanthanum Strontium Manganite LSM

Alhainen kuiva-ainepitoisuus (korkea kosteuspitoisuus)

Low Solids LS

Saksalainen MTU-CFC Solutions valmistaa

polttokennolla varustettuja CHP- yksiköitä. Tämän

kuvan yksikön koko on 250 kWe sekä 180 kWth

Kuva. MTU CFC

146

Hyvin pieni lämpövoimalaitos

(Mikro CHP) joka tuottaa

lämpöä sekä sähköä

Micro Combined Heat and Power

MCHP

selvitys Lyhenne on peräisin, Lyhenne

MCHP – Mikrolämpövoimalaitos. SPM (Stirling Power Module)

sekä KWB:n lämpövoimayksikkö kyliin joissa lämmitetään

puupelleteillä..

Kuvan yksikön teho on 1 kWe (sähköä) ja 15 kWth (lämpöä).

Megajoule (miljoner Joule) (1 J = 1

N x m) 1 Wh = 3600 J)

Mega Joule - 106 joules

(1 watt hour = 3600 J) MJ

Metanoli-hapetusreaktio

Methanol Oxidation Reaction MOR

Monivaiheinen

Multi-Stage MS

Kiinteä yhdyskuntajäte

Municipal Solid Waste MSW

Kiinteän yhdyskuntajätteen

orgaaninen fraktio

organic fraction of Municipal Solid

Waste

ofMSW

Mikroturbiini. Pieni turbiini sekä

generaattori, 30-250 kWe Micro-Turbine MT

Manufacturing and Technology

Conversion International

MTCI

147

Mikroturbiinit (MT). Amerikkalainen

Capstone on yksi suurista kokoluokaltaan

30-250 kWe olevien mikroturbiinien

valmistajista.

Joukkokorjuukäsittely,

keräävällä korjuuaggregaatilla

Multi-Tree Handling

(Multi-tree harvesting)

MTH

selvitys Lyhenne on peräisin, Lyhenne

MTH aggregaatti joukkokorjuuseen,

keräävä korjuuaggregaatti.

Käytetään harvennuksesta saatavan energiapuun

korjuuseen. Kuvan MTH aggregaatti on varustettu

jousirullilla sekä leikkureilla oksintaa varten.

148

ORC – moduuli CHP- yksikköön.

ORC- moduuleja valmistetaan kokoluokissa 200 kW – 2 MW. Eräs suurista valmistajista Euroopassa on

italialainen Turboden. Nykyisin on käytössä 70-luvulta olevia laitoksia Keski-Euroopassa.

Megawatti MegaWatt MW

Megawattia sähköä MegaWatt of electricity MWe

Megawattitunti MegaWatt –hour MWh

Megawattia lämpöä MegaWatt of thermal heat MWth

Normaali kuutiometri. Käytetään

esim. hiukkaspäästöjen

kokoyksikkönä (100 mg/MJ

vastaa n. 270-280 mg/Nm3 )

Normal (standard) cubic meter

Nm3

Anodimateriaali polttokennoissa

Nickel Oxide (Nickelous Oxide) NiO

Maakaasu (pääosin metaania)

Natural Gas (mostly methane) NG

Turbiini jossa käytetään

vesihöyryn sijaan orgaanista

öljyä

Organic Rankine Cycle

ORC

Kokonaislämmönjohto-kerroin Overall Heat Transfer Coefficient OHTC

selvitys Lyhenne on peräisin, Lyhenne

149

Prosessinkehitysyksikkö Process Development Unit PDU

Jätepolttoaine Refuse Derived Fuel RDF

Fotosähköinen (esim. aurinkopaneeli) Photo Voltaic PV

Esim. Aurinkopaneeli joka

muodostaa sähköä, Photo Voltaic Photo Voltaic Generator PVG

Painevaihteluiden absorptio Pressure Swing Absorption PSA

Sertifikaatti uudistuvalle

energialle Renewable Energy Certificates REC

Uusiutuvaan energiaan

keskittynyt yritys Renewable Energy Corporation REC

Biodiesel rypsistä/rapsista

Rapeseed Ethyl Ester REE

Biodiesel rypsistä/rapsista Rapeseed Methyl Ester RME

Sähköä tuottavat uusiutuvan

energian järjestelmät

Renewable Energy Systems -

Electricity

RES-E

Pyyhkäisyelektroni-mikroskopia

Scanning Electron Microscopy SEM

Polymeerielektrolyytti-polttokenno

Polymer Electrolyte Fuel Cell PEFC

Polymeerielektrolyytti-

membraanipolttokenno

Polymer Membrane Electrolyte

Fuel Cell

PEMFC

Keraamiseen elektrolyyttiin

pohjautuva polttokenno

Protonic Ceramic Fuel Cell PCFC

Jauhehiili Pulverized Coal PC

Prosessi-ilmanlämmitin Process Air Heater PAH

Fosforihappopolttokenno

Phosphoric Acid Fuel Cell PAFC

Happipelkistysreaktio Oxygen Reduction Reaction ORR

selvitys Lyhenne on peräisin, Lyhenne

150

Biosynteettinen maakaasu,

valmistetaan esim.

synteesikaasun kaasutuksella tai

mädätyksellä (metaanikaasu)

Bio Synthetic Natural Gas

Bio-SNG

Höyryreformointi metaanille Steam Methane Reforming SMR

Synteettinen maakaasu,

valmistetaan esim. kivihiilistä

Synthetic Natural Gas SNG

selvitys Lyhenne on peräisin, Lyhenne

Selektiivinen ei-katalyyttinen

pelkistys

Selective Non-Catalytic Reduction SNCR

Selektiivinen katalyyttinen

pelkistys

Selective Catalytic Reduction SCR

151

Kiinteäoksidipolttokenno

Solid Oxide Fuel Cell SOFC

selvitys Lyhenne on peräisin, Lyhenne

Sokerialusta, hydrolyysi hapon

ja/tai entsyymien avulla

Sugar Platform SP

Höyrypaine

Steam Pressure SP

Höyryturbiini

Steam Turbine ST

152

Kilowattitunti = 1000 Wh =

3 600 000 Joule

(1 kWh = 3,6 MJ (MegaJoule)

KiloWatt hour (= 1000 Wh =

3 600 000 J)

1 kWh = 3,6 MJ

1 kWh

”Sinkki/ilma”- tyyppinen

polttokenno

Zinc Air Fuel Cell ZAFC

Aktiivinen katodi

polttokennossa voi olla esim.

LSM/YSZ anodi polttokennossa

voi olla esim. NiO/YSZ

Yttria Stabilized Zicronia

YSZ

Vesikaasun siirto. Kun

hiilimonoksidi (CO) reagoi

veden kanssa korkeassa

paineessa muodostuu vetykaasua

(H2) ja hiilidioksidia (CO2).

Tätä seosta kutsutaan

vesikaasuksi.

Water Gas Shift

WGS

Kosteuspitoisuus (kuivaamaton)

wet basis wb

Terawattitunti Tera Watt hour TWh

Terawatti (1 TW= 1 000 000 MW) Tera Watt 1012

watt (1 TW = 1 000 gigawatt

TW

Orgaanisen hiilen koko-

naismäärä

Total Organic Carbon TOC

Raaka-aine teflonin

valmistukseen

TetraFluoroEthylene (C2F4 ) TFE

selvitys Lyhenne on peräisin, Lyhenne

153

References

Bain, R. Overend, R., Craig, K. Biomass-Fired Power Generation, National Renewable Energy Laboratory,

Golden CO, 1996.

Barp, B. Designing a SOFC fuel cell system for household energy supplies, Proceedings, Fuel Cells in the

Energy Market, 1996.

Craig K., Mann M., Cost and Performance Analysis of Three Integrated Biomass Combined Cycle Power

Systems, National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO, 2002.

Datar Rohit P., Shenkman Rustin M., Fermentation of Biomass-Generated Producer Gas to Ethanol,

Biotechnology and bioengineering 86, 587-594, 2004.

Evans R.J., Milne T.A., Chemistry of Tar Formation and Maturation in the Thermochemical Conversion of

Biomass. Developments in Thermochemical Biomass Conversion, Vol. 2, 1997.

H.A.M. Knoef, Handbook on Biomass Gasification, BTG biomass technology group B.V. Enschede, The

Netherlands, 2005

Johansson T. B., Kelly H. , Reddy A. K. N., Williams R. H.. Renewable Energy, Sources for fuels and electricity.

ISBN 1-55963-139-2

Klasson K.T., Elmore, B.B., Vega, J.L., Biological Production of Liquid and Gaseous Fuels from Synthesis

Gas, Applied Biochemistry and Biotechnology 24/25, 857-873, 1990.

Lampinen Ari, Uusiutuva liikenne-energian tiekartta, Pohjois-Karjalan ammattikorkeakoulun julkaisuja B:17,

Joensuu, Finland 2009, 439p

Milne T.A., Evans R.J., Biomass Gasifier Tars: Their Nature, Formation, and Conversions, National

Renewable Energy Laboratory, Golden, CO. NREL/TP-570-25357. (1998).

Nathanael Greene, Hpw Biofuels Can HelpEnd Americ´s OilDependence, NRDC ,2002

Rajvanshi Anil K., Biomass Gasification , Nimbkar Agricultural Research Institute, Maharashtra,

India, 1986 (pgs. 83-102.).

Reed T.B., Gaur S., Survey of Biomass Gasification—1998, Volume 1 Gasifier Projects and Manufacturers

around the World, Golden, CO: The National Renewable EnergyLaboratory and The Biomass Energy

Foundation, Inc., 1998

Reed Thomas B. and Siddhartha Gaur, A Survey of biomass gasification 2000. Gasifier projects and

Manufacturers around the World., The national renewable energy laboratory and the Biomass Energy

Foundation, Inc. Golden CO, USA, 1999”.

Sinnot R K, Coulson & Richardson’s Chemical engineering, volume 6, 1998

Uil H., Mozafarrian, M., et. al, New and Advanced Processes for Biomass Gasification. Netherlands Energy

Research Foundation (ECN), (2000)

USDOE, Fuel Cell Handbook, 5th edition, 2000.

154