hajautettu energiantuotanto 2010 fi ulf-peter granö
Post on 27-Apr-2015
1.701 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
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.
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
top related