Biokaasun lähteet

Biokaasu on orgaanisen aineksen mädäntymisen seurauksena syntyvä kaasu. Sen koostumus on pääosin metaania (50 ... 60%) ja hiilidioksidia (40 ... 50%). Kaasussa on lisäksi pieninä pitoisuuksina rikki-, kloori ja fluoriyhdisteitä. Biokaasua voidaan sellaisenaan polttaa ja se käy myös moottorin polttoaineeksi.

Suuria määriä vanhaa biokaasua - maakaasua - saadaan öljynporauksen sivutuotteena, jolloin sitä kannattaa kuljettaa pitkiä matkoja. Uutta biokaasua syntyy runsaimmin luonnossa - suot, ravinnekerrokset - mutta niistä sen talteensaaminen ei ole nykykeinoin kannattavalla tavalla toteutettavissa. Syynä on pienet saantimäärät ja sijainti kaukana kulutuskohteista.

Yhteisötoiminnan tuloksena Suomessa on eräitä biokaasun lähteitä, joissa kaasua tuotetaan merkittäviä määriä. Suomessa on seitsemäntoista kunnallista jäteveden puhdistamoa, jotka käyttävät mädätystä jätevedestä erotetun lietteen käsittelyyn. Näiden mädättämöiden yhteenlaskettu kaasuntuotanto on noin 2400 m3/h. Kaasu joko poltetaan lämpökattilassa tai tuhotaan soihdussa.

Teollisia mädättämöitä on kuusi lähinnä elintarviketeollisuuden jäteveden puhdistuksessa. Kaasun tuotannon yhteismäärä on noin 200 MWh. Teollisten mädättämöiden toiminta on osin kausiluontoista - esimerkiksi sokerijuurikkaan tuotannon mukaisesti käyttö voi olla vain muutama kuukausi vuodessa.

Toinen yhteisötoiminnan alue, jossa on mädäntymisprosesseja ovat kaatopaikat. Yhdyskuntajätteen ja maa-aineksen lisäksi niihin on varastoitu runsaasti puhdistamolietteitä, teurasjätteitä ja muuta orgaanista ainesta. Yksi keskikokoisen suomalaisen kaupungin kaatopaikka tuottaa noin 200-400 m3/h metaanikaasua. Toteutettuja kaasun talteeottorakenteita oli vuonna 1997 setsemässä kaatopaikassa ja hyötykäyttöä kuudessa.

Kaatopaikkakaasun tuotannon määrä lisääntyy tämän vuoden (1998) lokakuussa voimaan tulleen valtioneuvoston päätöksen vuoksi. Päätös velvoittaa kaatopaikan pitäjää ottamaan kaasun talteen ja järjestämään sille hyötykäytön. Muussa tapauksessa se on tuhottava. Jätehuollon menetelmien järjestelyidenkin jälkeen Suomeen jää noin 250 kaatopaikkaa. Kaasun hyötykäyttö merkittävässä mittakaavassa koskee ainakin niitä 55 kaatopaikkaa, joissa jätemäärä on yli 500.000 m3.

Biokaasun oma käyttö

Jätevedenpuhdistamoiden tarkoituksena on tuottaa puhdasta vettä. Mädättämön tehtävä niissä on prosessissa syntyvän lietteen käsittely helposti hävitettäväksi jätteeksi. Mädättämöitä ei ole alun aikaenkaan rakennettu ensisijaisesti tuottamaan mahdollisimman paljon kaasua, vaan kaasu on hävitetty poittamalla. Myöhemmin kaasua on alettu käyttää kattilan tai kompressorin moottorin polttoaineena.

Mädättämölietteen pitäminen 37 asteen lämpötilassa vaatii runsaasti lämpöenergiaa. Toteutetuissa ratkaisuissa kaasu kerätään mädättämökammioista, puhdistetaan erottamalla liete ja kosteus erotinlaitteissa ja suodattimessa. Kaasun paine on noin 20-80 mbaria.

Kaasun koostumus on noin 65 % metaania, 34 % hiilidioksidia ja 1 % muita kaasuja. Kaasu siirretään puhaltimella tavallisimmin kaasukattilalle ja poltetaan lämmöksi. Kaasun määrä riittää noin 25% laitoksen kokonaisiämmöntarpeesta. Loput lämmöstä tuotetaan perinteisillä poittoaineilla.

Jyväskylän seudun puhdistamo Oy:ssä osa biokaasusta johdetaan kaasumoottorille, joka käyttää kompressoria. Kompressorin tuottama paineilma käytetään jäteveden ilmastukseen.

Nykyaikaiset jätevedenpuhdistamot ovat runsaasti sähköenergiaa kuluttavia laitoksia. Puhdistamon pumput ja erityisesti ilmastuksen kompressorit käyttävät sähköä.

Espoon vesilaitoksen Suomenojan puhdistamolla 290 m3/h mädättämön kaasua johdetaan kaasumoottorivoimalaan. Generaattorin teho on 740 kWe. Sähköenergia käytetään suurnopeusilmastinkompressorien sähkömoottorien käyttöön. Moottorin jäähdytysveden lämpö samoin kuin pakokaasun lämpö johdetaan lämmönvaihtimien kautta laitoksen lämminvesijärjestelmään. Lämpöteho on 960 kW, joka kokonaan kuluu mädättämöiden lämmitykseen.

Espoossa biokaasumoottorivoimalan investointikustannukset olivat noin 3,1 milj.mk. Vuotuinen käyttötuntilmäärä on noin 8400 h.

Noin 700 kW:n keskiteholla tuotetun sähkön hankintameno ostettuna olisi kustannukseltaan 2,3 milj. mk. Lämmityksen vaatiman polttoaineen säästön vuotuinen arvo on 0,64 milj. mk. Käyttömenot ovat noin 120.000 mk/vuosi. Laitteiston laskennallinen takaisinmaksuaika on noin 3,5 vuotta.

Lämmön tuotanto vai yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto

Lämmön tuotanto kaasusta kattilalla on vähän investointivaroja sitova toiminto. Haittapuolena on huono hyötysuhde.

Yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto sitoo pääomaa, mutta polttoaineen energiasisällöstä voidaan kaasumoottorivoimalaa käyttäen päästä jopa 88 % hyötysuhteeseen.

Suomessa biokaasun määrät ovat pieniä, ja yhdistetty tuotanto kannattaa toteuttaa kaasumoottorilla, joka on tehokkain ratkaisu alla 1 MW:n laitoksissa. Omassa käytössä kuormitusvaihtelut voivat olla suuria. Kaasumoottorin hyötysuhde muuttuu kuormituksen vaihdellessa vähemmän kuin kaasuturbiinin hyötysuhde.

Vuonna 1996 Jenbacherin valmistamista kaasumoottoreista 14% myytiin kaatopaikkakaasun ja 9% biokaasun käyttöön.

Biokaasun arvo

Biokaasun myyntihinta seuraa maakaasun hinnoittelua. Tavallisesti on käytetty hintaa, jossa 50 ... 65% metaania sisältävän kaasun normikuutiohinta on noin puolet maakaasun norrnikuutiohinnasta. Epäpuhtaudet laskevat myyntihintaa.

Biokaasua on vaikea säilöä tai kuljettaa pitkiä matkoja, joten biokaasun mahdollisten ostajien määrä rajoittuu kaasun lähteen läheisyydessä oleviin kuluttajiin. Ostajien määrä lisää meneillään oleva kehitys, jossa biokaasua - kuten myös maakaasua - on otettu liikkuvien laitteiden moottorien polttoaineeksi. Esimerkkinä on kunnalliseen liikenteeseen tarkoitettu kaasumoottorikäyttöinen Volvon bussi, joka Göteborgissa tankataan sikäläisellä biokaasuasemalla.

On kuitenkin vaikea kuvitella tilannetta, jossa biokaasun kysyntä ylittäisi tarjonnan. Tällainen saattaa syntyä vain kriisitilanteessa, jossa maakaasun saanti keskeytyy. Biokaasun vähäinen saatavissa oleva määrä estää kuitenkin sen käytön todellisena maakaasulle vaihtoehtoisena polttoaineena.

Biokaasun arvoon vaikuttaa myös se, että sen käyttämättä tai tuhoamatta jättämisestä rangaistaan taloudellisesti. Tämä ominaisuus on kaatopaikkakaasulla, joka edellämainitulla valtioneuvoston päätöksellä velvoitetaan ensisijaisesti hyötykäyttämään ja toissijaisesti tuhoamaan.

Biokaasulla on myyntiarvon lisäksi media-arvoa. Esimerkkinä käy viime elokuussa Vantaan Energia Oy:n ja MacDonaldsin julkistama sopimus, jossa jälkimmäinen ostaa biokaasumoottorivoimalalla tuotetun sähkön ja käyttää sen viidessä hampurilaisravintolassaan.

Biokaasun myynti raaka-aineeksi

Biokaasu voidaan teknisesti puhdistaa metaaniksi pesemällä hiilidioksidi ja muut kaasumaiset ainesosat pois. Puhdistettu kaasu syötetään kaasuverkkoon.

Tällaisia laitoksia on koeluonteisesti rakennettu Hollantiin. Niiden investointi- ja käyttökustannukset ovat olleet suuret saatuun jalostusarvoon verrattuna eikä taloudellista kannattavuutta ole voitu osoittaa.

Biokaasun myynti polttoaineeksi

Biokaasun kannattavuuden tarkastelu voidaan jakaa osiin silloin, kun kaasun tuottaja on eri kuin kaasun kuluttaja. Tällainen on kyseessä kun esimerkiksi kuntien omistama jäteyhtiö hankkii ja käyttää kaatopaikkakaasun taiteenottolaitosta ja myy kerätyn biokaasun voimayhtiölle. Kannattavuuslaskenta perustuu tällöin kaasun myynnistä saatuun kassavirtaan.

Vantaan Seutulan kaatopaikan kaasun taiteenottolaitoksen kokonaiskustannus oli noin 4,7 milj. mk, joka koostui seuraavasti: