Teknologiavalinnan monta muuttujaa

Viskaalin tilan bio­kaasu­laitoksen rakentaminen etenee. Emäntä Tuula Kukkola-Räinä jatkaa hanketta kuvaavaa juttu­sarjaa kertomalla teknologia­valinnan haasteista.

Teknologiavalinta on nyt tehty. Tilallemme Muhokselle rakennetaan korkeakuormitteinen märkämädätykseen perustuva yksireaktorinen biokaasulaitoskokonaisuus, joka soveltuu myös puolikuivan raaka-aineen käsittelyyn. Laitoksen käsittelymäärä on maksimissaan 34 000 tonnia vuodessa. Vuoden 2022 lopulla laitoksen vaatima lämmin tila oli jo valmis, samoin reaktorin pohja. Hankkeen arvioitu valmistuminen on loppuvuodesta 2023.

Laitoksen teknologiatoimittajan valintaprosessissa eniten päänvaivaa aiheuttivat ELY-keskuksen tuen rajaama kahden miljoonan euron budjetti sekä laitoksen keskimääräistä maatilaa yli kymmenen kertaa suurempi kokovaatimus. Ne tiputtivat lopulta osan hyvistä laitostoimittajista pois. Lisäksi käsiteltävä raaka-aine ja teknologian mahdollinen soveltuvuus esimerkiksi kaasun erityyppiseen puhdistukseen vaikuttivat valintaan.

 

Haastavat raaka-aineet

Halusimme toimijan, jolla on kokemusta puoli­kuivaa karjanlantaa, biojätteitä ja teurastamo­jätteitä yhdistävän syötteen onnistuneesta kaasuntuotosta. Referenssit siis vaikuttivat valintaamme.

– Teurasjätteet ovat haastava raaka-aine. Ne tarvitsevat tehokkaan esikäsittelyn ja Ruokaviraston vaatiman hygienisoinnin, toisin kuin lanta ja muut maatilan jätteet. Toisaalta teurasjätteistä saatava kaasuntuotto on niihin verrattuna moninkertainen, Viskaalin laitoshankkeen asiantuntija Ilkka Kovalainen Hiilikierto Oy:stä sanoo.

Hygienisoinnin kustannustehokkaimmaksi ratkaisuksi todettiin jälkihygienisointi eli vasta reaktorista kaasuntuotannon jälkeen syntyvä mädätysjäännös hygienisoidaan.

– Viskaalin reaktoriin menevä raaka-aine on puolikuivaa ja se olisi ollut koostumukseltaan hankala hygienisoida. Mädätysjäännös on siihen sopivan notkeaa, Kovalainen sanoo.

Esikäsittelyratkaisu on vielä kesken. Siihenkin on useita vaihtoehtoja, mutta lopullinen valinta tarkentuu, kunhan määrittelemme vielä tulevan raaka-aineen määrät tarkemmin. Kaasuntuotannon kannalta on oleellisen tärkeää, että reaktoriin menevä raaka-aine on oikeassa muodossa.

Resurssiviisas ratkaisu

Ainutlaatuisen raaka-aineyhdistelmän vuoksi itse biokaasutuksen teknisen ratkaisun valinta oli haastavaa. Lopulta meidänkin valintamme oli toimivaksi todettu ja maatiloilla yleisimmin käytössä oleva märkämädätysprosessi, mutta uudella tavalla.

Perinteisesti märkämädätyksessä kuivan syötteen sekaan lisätään nestemäisiä jakeita, ­lietelantaa tai joskus jopa vettä, mutta Viskaalin ratkaisussa kierrätetään lisäksi mädätysjäännöksessä syntyvää nestettä takaisin prosessiin. Näin vältytään turhalta vedenkäytöltä ja liialta takaisinkierrätykseltä, mutta kuiva raaka-aine saadaan märkämädätysprosessiin soveltuvaksi ja kaasuntuotto maksimoitua. Samalla nestemäistä mädätysjäännöstä syntyy vähemmän ja se soveltuu paremmin jatkojalostukseen. Varastointikin on helpompaa.

– Viskaalin kokonaisratkaisusta saadaan näin ainutlaatuisen resurssiviisas. Haasteena tietysti on uusi tapa tehdä asioita, mutta mahdolliset ongelmakohdat on pyritty minimoimaan laitostoimittajan kanssa jo nyt suunnitteluvaiheessa, Ilkka Kovalainen sanoo.

 

Reaktori ja sekoitus tärkeitä

Reaktori ja sen sekoitustapa ovat teknologian kriittisimmät osat, koska siellä itse kaasuntuotanto tapahtuu. Me päädyimme yhteen suureen betonirakenteiseen reaktoriin, jonka tilavuus on 4 000 kuutioita, halkaisija 26 metriä ja korkeus kahdeksan metriä. Reaktorista kolme metriä on maan sisällä, koska maa toimii tukirakenteena ja reaktorisekoittimien huolto on helpompaa.

Reaktorin katteena on jo pitkään reaktoreissa käytetty kaksoismembraanikate, johon kaasu varastoituu.

– Iso reaktori on Viskaalin laitokselle teknistaloudellisesti järkevin, mutta yleensä maatilojen ratkaisuissa se on 5–10 kertaa pienempi. Tärkeää kokonaisuudessa on myös huomioida mahdolliset vuotokohdat, Ilkka Kovalainen sanoo.

Reaktoreiden sisään tuleva sekoitus­tekniikka on yksi kriittisimmistä valinnoista, sillä syötemassan kunnollinen sekoitus maksimoi prosessin kaasuntuotannon. Sekoitustapa vaikuttaa myös kaasun puhtauteen. Viskaalin reaktoriin tulevat järeät lapasekoittimet, joilla pystytään prosessoimaan myös korkeita kiintoainepitoisuuksia ja yhdistämään märkä- ja kuivamädätyksen parhaat puolet.

– Tämä ratkaisu mahdollistaa syötteen kuiva-ainepitoisuuden vaihtelun, pienen sähkönkulutuksen ja maksimaalisen kaasun­tuotannon, Kovalainen sanoo.

Viskaalin laitoksen prosessi voidaan toteuttaa myös joko mesofiilisena (lämpötila 35–43°C) tai termofiilisena (50–55°C). Alkuun lähdetään mesofiilisesti.

Säästöä itse tekemällä

Viskaalin ratkaisussa teknologia on esi­käsittelyä lukuun ottamatta laitostoimittajan kokonaisuus, ja muu infra rakennetaan tai hankitaan itse. Kaasun puhdistaminen ja jalostusteknologia ei alun alkaenkaan sisältynyt tarjoukseen. Se toteutetaan hankkeen toisessa vaiheessa.

Biokaasulaitoksen toimittajat tarjoavat usein laitoksen kokonaisratkaisua avaimet käteen -periaatteella. Me päädyimme rakentamaan osan itse, koska tilallamme on alan osaamista ja tekijöitä. Esimerkiksi laitoksen vaatiman lämpimän tilan olemme rakentaneet itse, samoin reaktorin vaatiman pohjan.

Keskustelimme teknologiatoimijan kanssa aluksi mahdollisuudesta rakentaa myös reaktori, mutta siitä luovuimme, koska on varmempaa, että teknologiatoimija vastaa laitoksen toimivuuden kannalta kriittisimmästä rakentamisesta.

– Itse tekeminen vaatii jo suunnitteluvaiheessa tarkkuutta kummaltakin osapuolelta, jotta rajapinnat ovat tiedossa ja yhteensopivia. Kustannustehokkuuden hakemisessa ei kannata tinkiä liikaa laadusta tai toiminnallisuudesta, Ilkka Kovalainen sanoo.

Seuraava vaihe Viskaalin biokaasulaitoksen rakentamisessa on sitten suunnitelmien tarkentaminen ja heti, kun kevät alkaa lämmittää maata, aloitamme reaktorin valutyöt. Jatkoa seuraa.

 

Miten valita oikea teknologia maatilan laitokseen?

Kaikissa biokaasulaitoksissa on samat pääprosessi­vaiheet: raaka-aineen esikäsittely ja varastointi, reaktorissa tapahtuva mädätys ja kaasun muodostuminen sekä kaasun talteenoton jälkeen muodostuvan mädätysjäännöksen käsittely ja varastointi. Tarjoajia on lukuisia, mutta miten valita se oikea?

Tärkein valintaperuste laitoksen valinnassa on raaka-aine eli syöte, sillä märän (kuiva-ainepitoisuus TS <15 %), puolikuivan (TS 15–20 %) ja kuivan (TS >20 %) syötteen mädätykseen käytetään pääsääntöisesti eri tekniikoita.

Teknologiat erottaa toisistaan myös mädätysprosessin lämpötila; aina tasalaatuiselle syötteelle käy termofiilinen (50–55°C) ja vaihtelevalaatuisemmalle mesofiilinen (35–43°C) ratkaisu.

Maatilojen lietelanta luokitellaan märäksi syötteeksi, kuiva­lanta ja peltobiomassat (jäterehut ja nurmi) puolikuivaksi syötteeksi. Syötteen koostumus ja määrä vaikuttavat syöttötapaan eli siihen, onko laitos jatkuva- vai panostoiminen, samoin reaktorin kokoon, sekoitustekniikoihin ja lisäosien, kuten pumppujen, tarpeeseen.

Tällä hetkellä maatilojen biokaasulaitosten käytetyin tekniikka on jatkuvatoiminen märkämädätys, joka on tuotoltaan heikoin mutta varmin. Pelkkä nestemäinen lietelanta ei riitä raaka-aineeksi vaan mukana on oltava myös kuiva-aineita, kuten peltobiomassoja.

Tärkeintä on saada raaka-aineyhdistelmä juuri sopivan kosteaksi optimaaliseen kaasuntuotantoon.

Laitostoimittajan valinnassa olennaista on myös se, mihin kaasu halutaan käyttää. Mitä enemmän kaasua halutaan tuottaa ja jalostaa, sitä suuremmat ovat myös kustannukset. Kaasun jalostaminen liikennekäyttöön vaatii yleensä yhteistyötä useamman maatilan kesken, jotta syötettä saadaan riittävästi ja voidaan investoida esimerkiksi kaasun jalostamis- ja varastointiteknologiaan.

Yksinkertaisin, varmin ja kustannustehokkain ratkaisu esimerkiksi maitotiloille on tällä hetkellä lietelantaa ja jäterehua hyödyntävä, märkämädätystekniikalla toimiva laitos, jonka tuotos puhdistetaan lämmöksi ja sähköksi. Jos kaasua halutaan käyttää traktorien ja koneiden polttoaineena, vaatii se jo suurempaa panostusta puhdistustekniikkaan, samoin moottoreiden muuttamista kaasukäyttöisiksi.

Raaka-aineen ja käyttötarkoituksen lisäksi laitostoimittajien valintaan vaikuttavat toimittajan referenssit, takuut ja kunnossa­pito sekä huoltopalvelu. Suomen olosuhteissa pitää huomioida myös käytetyt materiaalit ja lämmöneristys, samoin mädätys­jäännöksen käyttö ja varastointi.

Lähteet: Ilkka Kovalainen, Hiilikierto Oy, Biokaasu­teknologia: Raaka-aineet, prosessointi ja loppu­tuotteiden hyödyntäminen, M. Kymäläinen, O. Pakarinen (toim.), Suomen Biokaasu­yhdistys ry, HAMK.