|
|
|
Hankekoodi: A77889
Hankkeen nimi: Hajautettu biometaanin resurssitehokas tuotanto Keski-Suomessa (HABA)
Toimintalinja: 8. REACT-EU:n EAKR-toimenpiteet
Erityistavoite: 12.2. Tutkimus- ja innovaatiotoiminnan kehittäminen erityisesti digitalisaation edistämisen ja yhteiskunnan hiilineutraalisuustavoitteen toteutumisen näkökulmasta
Suunnitelman mukainen toteutusaika: Alkaa 1.9.2021 ja päättyy 31.8.2023
Toiminnan tila: Toiminta päättynyt
Vastuuviranomainen: Pirkanmaan liitto
Hakijan virallinen nimi: Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy
Organisaatiotyyppi: Tutkimuslaitos
Y-tunnus: 2647375-4
Jakeluosoite: Tekniikantie 21
Puhelinnumero: 020 722 111
Postinumero: 02150
Postitoimipaikka: Espoo
WWW-osoite: http://www.vtt.fi
Hankkeen yhteyshenkilön nimi: Kirsikka Kiviranta
Yhteyshenkilön asema hakijaorganisaatiossa: Tutkija
Yhteyshenkilön sähköpostisoite: kirsikka.kiviranta(at)vtt.fi
Yhteyshenkilön puhelinnumero: +358 40 671 9516
Hakijoiden lukumäärä tai tuen siirto -menettely:
Biokaasun tuotannon jalostusasteen nosto tarvitsee uusien teknologisten ratkaisuiden pilotointia ja kannattavuuden arviointia eri toiminta- ja markkinaympäristöissä. Hajautettu biometaanin resurssitehokas tuotanto Keski-Suomessa (HABA) -hankkeen tavoitteena on pilotoida biokaasun ja sen sivuvirtojen jalostusasteen nostoon tähtääviä teknologioita, kuten mädätyksen vetyrikastusta (in-situ metanointia) ja biokaasun tuotannossa syntyvän hiilidioksidin puhdistusta ja paineistusta tuotelaatuiseksi kaasuksi unohtamatta mädätysjäännöksen käsittelyä. Biokaasun jalostusarvoa nostetaan myös siirtämällä kustannustehokkaasti biokaasun sisältämä hiilidioksidi membraanin läpi absorbenttiliuokseen, joka voi toimia lannoitteena. Hankkeen tavoitteena on tarkastella pilotoitavien teknologioiden ohella myös muiden biokaasun jalostusasteen kustannustehokkaaseen nostoon tähtäävien teknologioiden, kuten pienen kokoluokan biometaanin nesteytyksen, taloudellista kannattavuutta eri toiminta- ja markkinaympäristöissä. Hankkeessa pilotoitavat ja arvioitavat teknologiat tähtäävät biokaasun tuotantopotentiaalin sekä yksittäisten biokaasulaitosten kapasiteettien kasvattamiseen, uusiin tuotteisiin sekä biokaasun tuotannon kustannus- ja resurssitehokkuuden parantamiseen. Hanke on yleishyödyllinen, sen tulokset ovat julkisia, ja niistä tiedotetaan avoimesti koko biokaasualalle esimerkiksi olemassa olevien verkostojen kautta.
Rinnakkaisessa investointihankkeessa investoidaan vedyn syöttölaitteistoon mädätyksen vetyrikastusta varten, merikontti-kokoluokan hiilidioksidin tuotteistuslaitteistoon, merikontti-kokoluokan biokaasunpuhdistuslaitteistoon sekä merikontti-kokoluokan neste-kiintoaine-erotuslaitteistoon mädätysjäännöksen käsittelyyn. Investoitavat teknologiat yhdistetään tässä tutkimushankkeessa hyödynnettävään mobiiliin ja liikuteltavaan biokaasun tutkimusinfraan. Hankeparin kautta luodaan mahdollisuus tutkia pilot-mittakaavassa uusia biokaasun ja sen sivuvirtojen jalostusasteen nostoon tähtääviä teknologioita joustavasti eri toimintaympäristöissä. Hankeparissa syntyvillä tuloksilla tutkimuslaitokset kykenevät pienentämään teknologioiden käyttöönottoon ja sovellettavuuteen liittyviä riskejä, joita alalla toimivat yritykset joutuvat huomioimaan harkitessaan mahdollisia investointeja. Hankeparissa investoitavat laitteistot jäävät osaksi VTT:n tutkimusinfrastruktuuria, jossa ne ovat tutkimushankkeiden käytettävissä myös hankkeen jälkeen.
Yritykset (teknologian valmistajat, biokaasun tuottajat, jätehuoltoyhtiöt, teollisuuden toimijat ym.), tutkimus- ja koulutusorganisaatiot, kunnat, kuntayhtymät, julkinen sektori, kolmas sektori
Opiskelijat, palvelusektorin yritykset (esim. kuljetustoimijat)
Myönnetty EU- ja valtion rahoitus: 429 212
Toteutunut EU- ja valtion rahoitus: 377 753
Suunniteltu julkinen rahoitus yhteensä: 511 519
Toteutunut julkinen rahoitus yhteensä: 453 907
Maakunnat: Kanta-Häme, Keski-Suomi
Seutukunnat: Jämsän, Forssan, Saarijärven-Viitasaaren, Jyväskylän
Kunnat: Saarijärvi, Jokioinen, Jyväskylä, Jämsä
Jakeluosoite:
Postinumero:
Postitoimipaikka:
Suunniteltu: 0, joihin työllistyvät naiset 0
Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joihin työllistyvät naiset 0.00
Suunniteltu: 0, joista naisten perustamia 0
Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joista naisten perustamia 0.00
| Välitön | Välillinen | |
| Ekologinen kestävyys | ||
| Luonnonvarojen käytön kestävyys | 9 | 9 |
| Hanke tähtää luonnonvarojen älykkäämpään käyttöön. Hankkeessa luodaan uusia ratkaisuja jäte- ja sivuvirtojen hyödyntämisen tehostamiseksi. Hankkeessa luodaan biokaasuprosessin hukkavirroille arvoa hyödyntämällä ne uusina tuotteina. | ||
| Ilmastonmuutoksen aiheuttamien riskien vähentäminen | 9 | 9 |
| Merkittävä merkitys ilmastonmuutoksen hallinnassa. Uusiutuvan energiantuotannon edistäminen ja hiilidioksidin hyödyntäminen. | ||
| Kasvillisuus, eliöt ja luonnon monimuotoisuus | 2 | 5 |
| Hiilidioksidipäästöjen hallinta ja ilmastonmuutoksen hillintä edistää luonnon monimuotoisuutta | ||
| Pinta- ja pohjavedet, maaperä sekä ilma (ja kasvihuonekaasujen väheneminen) | 4 | 9 |
| Keskeinen tavoite on ilmastonmuutoksen hillintä ja biokaasuprosessissa syntyvän hiilidioksidin tuotteistaminen lisäarvotuotteeksi. | ||
| Natura 2000 -ohjelman kohteet | 0 | 0 |
| Ei suoranaista vaikutusta. | ||
| Taloudellinen kestävyys | ||
| Materiaalit ja jätteet | 9 | 9 |
| Hankkeessa luodaan uusia ratkaisuja biokaasun tuotannossa syntyvien jäte- ja sivuvirtojen hyödyntämisen tehostamiseksi. Hankkeessa luodaan biokaasuprosessin hukkavirroille arvoa hyödyntämällä ne uusina tuotteina. Myös teollisuuden vetysivuvirran hyötykäyttöä biokaasun tuotannossa selvitetään. | ||
| Uusiutuvien energialähteiden käyttö | 9 | 9 |
| Hanke edistää mm. biokaasun hyödyntämistä liikennepolttoaineena, joka korvaa suoraan fossiilisia polttoaineita. Samalla hanke kasvattaa biokaasuntuotantopotentiaalia, joka edistää uusiutuvien energialähteiden käyttöä. | ||
| Paikallisen elinkeinorakenteen kestävä kehittäminen | 4 | 5 |
| Luo uusia liiketoimintamahdollisuuksia alueelle, ja sitä kautta uutta kasvua. | ||
| Aineettomien tuotteiden ja palvelujen kehittäminen | 4 | 8 |
| Hankkeen yksi tavoite on luoda yrityksille tietopohjaa ja näkemystä biokaasun jalostuksen ja sen sivutuotteiden tuotteistuksen mahdollistamista uusista arvoketjuista. Hyötyjiä ovat paikalliset yritykset ja hankkeen osatoteuttajat. | ||
| Liikkuminen ja logistiikka | 4 | 7 |
| Biokaasun tuotannon jäte-ja sivuvirtojen paikallinen hyödyntäminen vähentää tarvittavaa logistiikkaa. Hanke tähtää paikallisen biokaasuntuotannon kasvattamiseen ja biokaasun suora hyödyntämisreitti on polttoainekäyttö. | ||
| Sosiaalinen ja kulttuurinen kestävyys sekä yhdenvertaisuus | ||
| Hyvinvoinnin edistäminen | 3 | 6 |
| Hanke edistää hyvinvointia luomalla uutta kasvua alueelle. Samalla paikallisen biokaasutuotannon kasvattamisen vähentää tuontienergian käyttöä. | ||
| Tasa-arvon edistäminen | 2 | 2 |
| Hankkeen toiminta on lähtökohtaisesti neutraalia. liiketoimintamahdollisuuksien kautta edistää tasa-arvoa. Työtä löytyy liiketoiminnan arvoketjun eri vaiheista. | ||
| Yhteiskunnallinen ja kulttuurinen yhdenvertaisuus | 1 | 1 |
| Kestävät ratkaisut ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi edistävät globaalia tasa-arvoisuutta. | ||
| Kulttuuriympäristö | 3 | 4 |
| Mahdollistaa uuden liiketoiminnan kautta maaseutujen elinvoimaisuutta ja näin kulttuuriympäristöjen säilymistä. | ||
| Ympäristöosaaminen | 7 | 9 |
| Kiertotalous ja biokaasu on osa kehittyvää ympäristöosaamista. Hankkeessa kehitettävät ratkaisut auttavat vähentämään ympäristökuormitusta ja luo puhtaampaa energiaa. Hankkeen osatoteuttajana on myös JAMK, joten hankkeella on liityntä suoraan myös koulutusorganisaatioon. | ||
Biokaasun tuotannon jalostusasteen nosto tarvitsee uusien teknologisten ratkaisuiden pilotointia ja kannattavuuden arviointia eri toiminta- ja markkinaympäristöissä. Hajautettu biometaanin resurssitehokas tuotanto Keski-Suomessa (HABA) -hankkeen tavoitteena oli pilotoida biokaasun ja sen sivuvirtojen jalostusasteen nostoon tähtääviä teknologioita sekä arvioida pilotoitavien teknologioiden kannattavuutta ja niiden mahdollistamia liiketoimintamahdollisuuksia eri toiminta- ja markkinaympäristöissä. Pilotoitaviin teknologioihin kuului mädätyksen vetyrikastus (in-situ metanointi), biokaasun tuotannossa syntyvän hiilidioksidin tuotteistus, membraanikontaktorin käyttö metaanin ja hiilidioksidin erotuksessa sekä mädätysjäännöksen neste-kiintoaine-erotuksen tehostus.
Mädätyksen vetyrikastukseen liittyen hankkeessa hankittiin käyttöön biokaasuntuotannon pilot-laitteisto, joka päivitettiin teknisesti erityisesti ATEX-turvallisuuden vaatimukset täyttäväksi, ja johon laadittiin räjähdyssuoja-asiakirja (RSA). Laitteiston ATEX-vastaavuuden varmisti Tukesin hyväksymä tarkastaja, minkä lisäksi viranomaisluvat työhön saatiin pelastusviranomaiselta ja ympäristöviranomaiselta. Vetyrikastuskokeita varten suunniteltiin ja rakennettiin biokaasuntuotannon pilot-laitteistoon integroitava vedynsyöttölaitteisto, sekä siihen liittyvät ohjaus- ja datankeruujärjestelmät. Vedynsyöttökokeiden tavoitteena oli tutkia biokaasun sisältämän hiilidioksidin konvertoimista metaaniksi prosessiin syötetyn vedyn avulla. Kokeissa havaittiin, että vedynsyöttölaitteisto oli toimiva ja turvallinen, mutta kokeissa jäi kuitenkin spekuloitavaa vedynsyötön vaikutuksista, erityisesti pitkällä aikavälillä. Kokeet hitaassa biokaasuprosessissa olisi vaatinut enemmän aikaa ja mittauksia olisi ollut hyvä asentaa enemmän.
Mädätyksen vetyrikastuksen laboratoriokokeissa etsittiin parhaita olosuhteita vedyn in-situ metanoinnille muuttamalla reaktorien sekoituksen tiheyttä sekä 37°C että 55°C asteessa. Vedyn lisäys ja sekoituksen tihentäminen nostivat metaanintuottoa reaktoreissa ja suurimman tuotot saavutettiin 37°C lämpötilassa jatkuvassa sekoituksessa, jolloin tuotettiin noin 22,4 % enemmän metaania kuin ilman vetysyöttöä olevassa reaktorissa. Korkeammassa lämpötilassa tuotettiin parhaimmillaan 15 s sekoitustauolla 15,2 % enemmän metaania kuin ilman vetysyöttöä olevassa reaktorissa, mutta toisin kuin 37°C jatkuva sekoitus selkeästi vähensi metaanintuottoa.
Hankkeessa selvitettiin myös membraanikontaktoritekniikan toimivuutta hankkeessa rakennetulla pilot-mittakaavan laitteistolla biokaasun jalostusarvon lisäämiseksi. Parhaimmillaan tällä tekniikalla hiilidioksidipitoisuus biokaasussa laski 40 %:sta nollaan ja metaanipitoisuus puolestaan nousi 60 %:sta > 98 %. Täten raakabiokaasusta voitaisiin membraanikontaktoritekniikalla saada liikennekäyttöön soveltuvaa polttoainetta. Absorbenttiliuosta, väkevää kaliumhydroksidia (KOH), kului kaasun puhdistuksessa paljon, mutta tuotettua kaliumkarbonaattiliuosta (K2CO3) pystyttäisiin hyödyntämään konsentraation ja puhtauden puolesta suoraan lannoitteena.
Hankkeessa pilotoitiin myös biokaasulaitokselta erotettavan hiilidioksidin puhdistusta ja paineistusta hankkeessa investoidulla hiilidioksidin paineistus-, puhdistus- ja nesteytyslaitteistolla. Laitteiston käyttöönotto ja hankinta kestivät ennakoitua kauemmin, koska menetelmän tarkoitus oli olla hankintahinnaltaan huomattavasti kaupallisia hiilidioksidin nesteytyslaitteita halvempi. Käytännön pilot-kokeita tehtiin kunnallisen kokoluokan biokaasulaitoksella. Pilotointien aikana laitteistoa säädettiin biokaasulaitoksen vaihtelevasti vapautuvan hiilidioksidin mukaan, korjattiin laitteistossa havaittuja puutteita mahdollisuuksien mukaan ja pyrittiin saamaan hyödyntämiskelpoista hiilidioksidia pullopatteriin. Lopulta kokeiden aikana onnistuttiin saamaan hiilidioksidia talteen ja nesteyttämään se pullopatteriin.
Mädätysjäännöksen käsittelyn osalta hankkeessa kartoitettiin kemikaloinnin (koagulointi, flokkaus) ja suodatusapuaineiden vaikutusta mädätysjäännöksen kuivan jakeen kuiva-ainepitoisuuteen ja rejektin puhtauteen. Kemikaloinnin ja suodatusapuaineiden toimivuus verifioitiin kokeellisesti ruuvipuristimella. Mahdollisimman kuiva kiinteä jae olisi helposti jatkokäsiteltävä ja mahdollisimman kiintoainevapaa rejekti olisi puolestaan jatkossa tuotteistettavissa vaikkapa ravinneliuokseksi tai jopa lannoitteeksi. Tutkimuksissa havaittiin, että mädätysjäännös on erittäin hankala materiaali vedenerotuksessa etenkin nestejakeen puhtauden osalta. Mädätysjäännöksen kuivan jakeen kuiva-ainepitoisuutta saatiin nostettua kemikaloinnilla ja suodatusapuaineilla, mutta nestejakeeseen jäi vielä liian paljon kiintoaietta. Kirjallisuuskatsauksessa tarkasteltiin muita mahdollisia laiteratkaisuja mädätysjäännöksen neste-kiintoaine-erotukseen.
Hankkeessa toteutettiin teknistaloudellisia tarkasteluja mädätyksen vetyrikastukselle sekä biokaasusta erotetun hiilidioksidin tuotteistukselle. Lisäksi membraanikontaktorin käytön taloudellisia vaikutuksia tarkasteltiin yleistasolla. Teknistaloudellisten laskemien perusteella hiilidioksidin talteenotto ja tuotteistus voisi olla jo taloudellisesti kannattavaa suurimmilla biokaasulaitoksilla mahdollistaen uuden tulovirran biokaasulaitokselle. Hiilidioksidin ja biometaanin markkinoita, arvoketjuja ja liiketoimintamahdollisuuksia Keski-Suomessa ja yleisellä tasolla tarkasteltiin hankkeessa toteutetussa kirjallisuuskatsauksessa ”Hiilidioksidin ja biometaanin potentiaaliset markkinat ja käyttökohteet Keski-Suomessa ja lähialueilla”.
Hankkeen loppuraportit on julkaistu hankkeen nettisivuilla osoitteessa www.habahanke.fi. Nettisivuilta löytyvät seuraavat raportit:
Hankkeen aikana toteutettujen pilotointien tulokset:
• Mädätysprosessin valmistelu pilot-kokoluokassa vetyrikastusprosessia varten
• Biokaasun jalostusarvon parantaminen vetyrikastuksen avulla
• Membraanikontaktori: Uusi konsepti biokaasun jalostukseen
• Biokaasusta erotetun hiilidioksidin talteenotto
• Mädätysjäännöksen jatkokäyttömahdollisuuksien tehostaminen
Kirjalliset katsaukset:
• Hiilidioksidin ja biometaanin potentiaaliset markkinat ja käyttökohteet Keski-Suomessa ja lähialueilla
• Katsaus hajautetusti tuotetun biometaanin nesteytykseen
• Potential technologies for dewatering of digestion reject
Liitteet:
• Taustalaskelmat: Biokaasulaitosten massa- ja energiataseet, tuotantopotentiaali ja kustannusrakenteet