Biovoiman keskeinen toimintaperiaate on toimia teknologiaintegraattorina. Tämä tarkoittaa, että asiakkaidemme menestyksen avain piilee laitteistovalinnoissamme eri prosessivaiheisiin: mitä, miksi ja miten ne toimivat yhdessä. Päätökset tehdään aina projektikohtaisesti asiakkaan budjetin ja laitoksessa tavoiteltavien suoritusarvojen perusteella.
Vossin laitoksen osalta, jossa loppuasiakkaana toimii BIR AS – Norjan Bergenin alueen suurin jätehuoltoyhtiö – vaatimukset määriteltiin julkisessa tarjouskilpailussa.
Sukelletaanpa itse prosessivaiheisiin!
Jätteiden vastaanotto
BIR toimittaa kotitalouksien, ravintoloiden ja päivittäistavarakauppojen biojätettä biometaanilaitokselle pakkaaja-autoilla ja konteilla. Lisäksi nestemäistä lantaa vastaanotetaan säiliöautoilla tuotuna suoraan paikallisilta maatiloilta. Hajujen leviämisen estämiseksi ja kuljettajille miellyttävämmän työympäristön takaamiseksi kaikki jätteen vastaanotto tapahtuu sisätiloissa.
Koska laitos sijaitsee arktisessa ilmastossa, on erityisen tärkeää, että vastaanottosiilot ovat tarpeeksi vankkoja kestämään myös (enemmän tai vähemmän) jäätyneiden jätekuljetusten purkamisen. Myös vastaanoton ja esikäsittelylaitteiston saumatonta yhteistyötä tarvitaan, jotta jätteen syöttö esikäsittelyjärjestelmään ja edelleen biokaasuprosessiin olisi vakaa.
Tästä syystä kaikki jatkoprosessin laitteet on tilattu Mavitec Green Energyltä, Biovoiman läheiseltä kumppanilta. Heillä on laaja kokemus sekä jätteen vastaanotosta että esikäsittelystä. Näin voimme luottaa siihen, ettei jätteen käsittelyn alkuvaiheeseen synny turhauttavia pullonkauloja.
Jätteen esikäsittely
Kuten jätteen vastaanoton yhteydessä mainittiin, myös jätteen esikäsittelystä vastaa Mavitecin teknologia. Käytännössä tämä tarkoittaa orgaanisen jakeen erottamista pakkausmateriaaleista, ja edelleen pastörointia varten vaaditun enimmäishiukkaskoon saavuttamista. Esikäsittely suoritetaan lapajauhattimella (paddle mill-laitteella), joka on yksi parhaista vaihtoehdoista silloin, kun tavoitteena on:
- käyttää mahdollisimman vähän laimennusvettä, mutta samalla
- saavuttaa riittävän korkea orgaanisen aineksen puhtausaste, jotta biokaasuprosessista tuleva mädäte täyttää Euroopan orgaanisten lannoitelakien enimmäissallittujen epäpuhtauksien prosenttiosuuden ilman lisäkäsittelyä.
Esikäsittelyvaiheen jälkeen orgaaninen liete pumpataan puskurisäiliöön, jossa se sekoitetaan lietelannan kanssa. Sekoituksen jälkeen syöte on valmis biokaasuprosessiin. Pakkausmateriaalit kerätään korkealaatuisena RDF-polttoaineena (refuse-derived fuel) kuljetuskontteihin ja lähetetään BIR:n polttolaitokselle jatkoenergian tuotantoa varten.
(Mavitec road show)
Hygienisointi ja lämmön talteenotto
Hygienisointi on EU:n edellyttämä prosessi, jossa orgaaninen materiaali kuumennetaan 70 °C:een tunnin ajaksi salmonellan ja muiden taudinaiheuttajien eliminoimiseksi. Tämä on välttämätöntä, jotta mädätettä voidaan käyttää lannoitteena turvallisesti.
Vossin laitoksen hygienisointijärjestelmä on Biovoiman oma tuote, BIOpasteurizer – niin sanottu ”jatkuva panosprosessi”. Tässä prosessissa yksi erä valmistellaan tunnin viipymää varten, toinen pidetään 70 °C:ssa tunnin ajan ja kolmas tyhjennetään. Tällainen jatkuva toiminta optimoi lämmön talteenoton.
Käytännössä hygienisointijärjestelmä koostuu tankeista, pumpuista, putkistoista, venttiileistä ja lämmönvaihtimista. Oikeilla teknisillä ratkaisuilla jopa 70 % käytetystä lämpöenergiasta voidaan ottaa talteen. Vossin laitoksella lämpö otetaan talteen kahdessa vaiheessa: ensin tuleva materiaali esilämmitetään reaktoreista (~40 °C) saadulla lämmöllä, minkä jälkeen esilämmitystä jatketaan edellisen pastörointierän (~70 °C) avulla. Näin saavutetaan korkea lämpötila jo ennen varsinaista kuumennusta! Tämä onnistuu ainutlaatuisilla liete-liete -lämmönvaihtimilla, jotka toimittaa Westcome Heat Exchangers.
Hajunhallinta
Koska biokaasulaitos sijaitsee lähellä asuinaluetta, jätevarastoinnissa ja -käsittelyssä syntyvät hajukaasut on puhdistettava huolellisesti ennen niiden päästämistä ilmakehään. Tässä kohtaa kuvaan astuu Scandinavian Centriair AB:n teknologia. Kaikki merkittävät hajulähteet on varustettu kohdepoistojärjestelmällä, ja tämä erittäin tiivistetty ilma käsitellään eri teknologioilla, jotka on valittu kunkin hajulähteen erityisten kaasujen mukaan. Ennen ilmakehään vapauttamista hajukaasujen jäännöskomponentit hajotetaan aktiivihiilen ja UV-reaktorien yhdistelmällä.
Biokaasuprosessi
Vossin biometaanilaitoksessa biokaasun tuotanto tapahtuu Kanadevia Inovan biokaasureaktoreissa, joissa hyödynnetään Schmack Biogasin reaktoriteknologiaa. Schmackin teknologian ainutlaatuisuus perustuu valtaviin Remex-sekoittimiin. Nämä hitaasti pyörivät lapasekoittimet kuluttavat vain vähän sähköä, mutta mahdollistavat silti korkeamman kiintoainepitoisuuden reaktoreissa verrattuna perinteisiin märkämädätysreaktoreihin (tunnetaan myös nimellä CSTR-reaktorit). Tämä puolestaan vähentää laitoksen lämmönkulutusta, sillä vähemmän vettä tarvitsee lämmittää prosessilämpötilaan, joka on tyypillisesti noin 40 °C.
Toinen Schmackin reaktoriteknologian erityispiirre on puinen ”valekatto”-rakenne, joka muodostaa mikrofilmipinnan rikkivedyn (H₂S) poistoon. Tämän ansiosta noin 50 % muodostuneesta rikkivedystä poistuu jo reaktorin sisällä, mikä pienentää investointitarvetta lisähajunpoistoteknologioihin, kuten aktiivihiileen tai pesureihin – erityisesti huollon näkökulmasta.
Biolannoite
Kun jätteen orgaaninen aines on muuttunut biokaasuksi, jäljelle jää märkä ja ravinteikas liete, jota kutsutaan mädätteeksi – eli orgaaniseksi lannoitteeksi. Mädäte sisältää samat ravinteet kuin lähtömateriaalinsa (tässä tapauksessa 1/3 ruokajätettä ja 2/3 naudan lietelantaa), mutta hygieenisemmässä ja liukoisemmassa (= paremmassa) muodossa.
Vossin projektissa biolannoite erotellaan (kuten usein tehdään) kiinteään ja nestemäiseen jakeeseen. Laitteiston valintaan vaikutti kuitenkin paikallisten viljelijöiden erityisvaatimukset. Vossin alueella on tärkeää tarkasti säädellä pellolle levitettävän fosforin määrää, joten erotusteknologia valittiin ensisijaisesti parhaan fosforin erotustehokkuuden perusteella.
Erotusprosessia tehostaa Alfa Lavalin dekantterilingon käyttö. Lingolla saavutetaan korkeampi erotustehokkuus fosforille (kiinteään jakeeseen) ja typelle (nestemäiseen jakeeseen) verrattuna esimerkiksi ruuvipuristimiin. Tämä mahdollistaa viljelijöille ravinteiden tarkan säätelyn ilman ylilannoituksen riskiä.
Biokaasun jalostus biometaaniksi
Biokaasureaktoreissa muodostuva biokaasu jalostetaan edelleen biometaaniksi eli puhdistetaan hiilidioksidista (CO₂) ja muista kaasukomponenteista biokaasun puhdistusjärjestelmässä.
Biokaasun puhdistukseen on olemassa useita eri teknisiä ratkaisuja. Neljä pääteknologiaa ovat vesipesu, aminipesu, membraanteknologia ja PSA (Pressure Swing Adsorption). Vesipesu on edullinen ratkaisu, mutta siihen liittyy biometaanin laatuun liittyviä riskejä, erityisesti kylmissä olosuhteissa. Aminipesu on paras vaihtoehto silloin, kun ylimääräistä lämpöä on runsaasti saatavilla, mutta kallis projekteissa, joissa näin ei ole. Lopullisessa valinnassa olivat mukana membraaniteknologia ja PSA, koska tarjouspyynnössä edellytettiin mahdollisimman vähäistä veden ja kemikaalien käyttöä.
Vaikka Biovoimalla on oma membraaniteknologiaan perustuva biokaasun jalostustusteknologia BIOupgradeCH4 ,Vossin projektiin valittiin PSA-järjestelmä Provedalilta. Membraaniteknologia on tällä hetkellä maailman suosituin biokaasun jalostustusmenetelmä ja sillä on houkutteleva investointikustannus, mutta hieman korkeampi sähkönkulutus. Mitä suurempi biokaasuvirta, sitä nopeammin alhaisemmat käyttökustannukset (vähemmän sähköä ja huoltoa) tekevät PSA:sta taloudellisesti kannattavamman. Koska Vossin projektissa elinkaarikustannus oli tärkein valintaperuste, kallistui ratkaisu PSA:n puolelle. Molemmat tuottavat kuitenkin yhtä korkealaatuista lopputuotetta – biometaania.
Kaasun paineistus
Kun biokaasusta on jalostettu biometaania, sen tyypillinen loppukäsittelyvaihe on syöttö maakaasuverkkoon, jossa se uusiutuvana vaihtoehtona korvaa fossiilisen kaasun samanlaisilla ominaisuuksilla. Vossin alueella ei kuitenkaan ole maakaasuverkkoa, joten kaasu on puristettava mahdollisimman pieneen tilavuuteen – joko kustannustehokasta kuljetusta varten teollisille käyttäjille kaasunsiirtokonteissa tai BIR:n omien jäteautojen polttoaineeksi.
Tämän korkeapaineisen (250 bar) metaanikompressorin toimittaa italialainen Fornovo Gas, joka on markkinajohtaja yli 2 500 kompressoriasennuksellaan. Fornovo Gas on myös pitkäaikainen yhteistyökumppani Biovoimalle.
Kaasuntankkausasema
Kuten aiemmin mainittiin, tuotettu biometaani käytetään 100-prosenttisesti uusiutuvana polttoaineena sekä teollisuudessa että BIR:n ja sen kumppaneiden jäteautoissa. Teollisuuskäyttäjille kaasu toimitetaan korkeapaineisissa kaasusiirtokonteissa. Laitoksen automaatiojärjestelmä seuraa tarkasti kuhunkin konttiin täytettyä kaasumäärää, mikä helpottaa BIR:n logistiikan ja laskutuksen hallintaa.
Sama käytännöllinen järjestelmä koskee myös laitoksen omaa Biovoiman kaasuntankkausasemaa, BIOparkia. Kuljettajalle tankkausprosessi on yhtä yksinkertainen kuin tavallisella huoltoasemalla. Kaasun hinta määräytyy automaattisesti BIR:n ja kaasua tankkaavien yritysten välisten sopimusten mukaisesti. Kaasu tunnetaan yleisesti CBG:nä (compressed biogas), joka on kemiallisesti vastaava kuin CNG (compressed natural gas), mutta uusiutuvana ja ympäristöystävällisenä vaihtoehtona.
Automaatio
Jotta useiden eri laitteiden välinen toiminta olisi saumatonta, automaatiojärjestelmälle asetetaan korkeat vaatimukset. Koska Valmet Automationilla on kokemusta maailman monimutkaisimmista biojalostamoista, se valittiin tarjoamaan ”kattojärjestelmä” myös koko Vossin biokaasulaitokselle. Korkea käyttäjäystävällisyys yhdistettynä suomalaiseen laatuun, erinomaiseen turvallisuuteen ja helppoon erilaisten osajärjestelmien integrointiin olivat Valmetin valinnan keskeiset kriteerit.
Yhteenveto ja yleistä tietoa Vossin laitoksesta
Vossin biokaasulaitos on ensimmäinen laatuaan Vestlandin maakunnassa Norjassa. Se tuottaa biokaasua alueelta kerätystä biojätteestä ja paikallisilta maatiloilta saatavasta lannasta. Laitoksen käsittelykapasiteetti on yhteensä 54 000 tonnia orgaanista jätettä vuodessa. Suurin osa prosessissa syntyvästä biolannoitteesta korvaa naudanlannan käytön lannoitteena, mikä vähentää merkittävästi maatalouden metaanipäästöjä ja hajuja. Parempien lannoiteominaisuuksien ansiosta tämä voi myös vähentää lannoitteiden tuontitarvetta.
Laitoksessa tuotettu biometaani käytetään pääasiassa BIR:n raskaiden ajoneuvojen polttoaineena sekä fossiilisen maakaasun ja nesteytetyn maakaasun (LNG) ympäristöystävällisenä vaihtoehtona teollisuussektorilla Vossin alueella. Paikallisen biokaasun hyödyntämiseksi suunnitteilla on myös kaasuntankkausasema Vossin keskustaan. Ajoneuvot tulevat siis kirjaimellisesti kulkemaan paikallisesta biojätteestä ja naudanlannasta saadulla energialla – loistava esimerkki kiertotalouden käytännön sovelluksista!
Biovoima on ylpeä ja iloinen saadessaan olla mukana toteuttamassa tätä projektia!
Lisätietoa projektista:
Jani Kangasaho
Myyntijohtaja, Osakas
Tero Kemppi
Projektipäällikkö
+358 50 408 7100