Biohiilen käyttömahdollisuudet - Kiira Happonen, Helsingin

Biohiilen
käyttömahdollisuudet
BalBiC-aloitusseminaari
9.2.2012
Kiira Happonen
Helsingin Energia
© Helsingin Energia
Esityksen sisältö
•
•
•
•
•
Biohiilen valmistusprosessi ja ominaisuudet
Miksi biohiili kiinnostaa energiayhtiöitä
Biohiilen tekniset ja kaupalliset käyttömahdollisuudet
Biohiilen käyttö- ja tuotantosuunnitelmia
Biohiilitutkimusta Helsingin Energialla: Elinkaariselvitys ja
muita hankkeita
© Helsingin Energia
Mitä on biohiili?
= Torrefioitua eli paahdettua biomassaa, joka usein
vielä pelletöidään – voi siis käyttää myös termiä
paahtopelletti
= Biopolttoaine, jolla korkea
lämpöarvo
ja ”hiilimäisiä”
ominaisuuksia
Kuva: ECN
= Lupaava seospolttoaine
kivihiililaitoksiin
© Helsingin Energia
Biohiilen valmistusprosessi
– massa- ja energiataseet
Kuvat: ECN
© Helsingin Energia
Yhdistetty torrefiointi ja pelletöinti
Kuvan lähteet: Bergman (2005),
Novox (2010)
© Helsingin Energia
Biohiilen ominaisuuksia
Polttoaine
Kosteus-%
Irtotiheys,
kg/i-m3
Tehollinen
lämpöarvo,
MWh/t
Energiatiheys,
MWh/i-m3
Metsätähdehake
30-60
250-400
1,7-3,6
0,8
Puupelletti
7-10
600-650
4,5
3
Torrefioitu
biomassa
3
230
5,5
1,3
Torrefioitu pelletti
1-5
750-850
6
4,8
Kivihiili
5-10
900-1000
7
6,5
© Helsingin Energia
Miksi biohiili kiinnostaa energiayhtiöitä?
• Korkea lämpöarvo ja energiatiheys (pelletöitynä)
• Muita hyviä ominaisuuksia
– Matala kosteusprosentti
– Lähes hydrofobinen, ei-biohajoava
– Hyvä jauhautuvuus
• Logistisia etuja verrattuna esim. hakkeeseen ja pellettiin
• Voidaan päästä korkeisiin seospoltto-osuuksiin
• Ei välttämättä edellytä suuria muutoksia voimalaitospäähän
=> Biohiili on lupaava seospolttoaine etenkin kivihiililaitoksiin!
© Helsingin Energia
Biohiilen käyttömahdollisuudet
• Tekniset käyttömahdollisuudet
– Voidaan päästä jopa 50-60 % seospoltto-osuuksiin ilman
merkittäviä muutoksia laitokseen
– Ideaalitilanteessa biohiilen voi varastoida, jauhaa ja
syöttää hiilen tapaan
– Lisää kokemuksia biohiilen logistiikasta, varastoinnista ja
käytöstä kuitenkin tarvitaan!
• Kaupalliset käyttömahdollisuudet riippuvat…
– Torrefaction-teknologian kehittymisestä
– Biohiilen ja sen raaka-aineiden saatavuudesta
– Biohiilen ja kilpailevien (bio)polttoaineiden hinnoista ja
mahdollisista tuista
© Helsingin Energia
Biohiilen tuotanto- ja käyttösuunnitelmia
Tuotanto
• Useita demolaitoksia jo
toiminnassa, lisää
rakenteilla
• Kaupallinen tuotanto
käynnistymässä – uusia
biohiilen tuotantolaitoksia
suunnitteilla ja rakenteilla
sekä Eurooppaan että
Amerikkaan
• Ensimmäiset
toimitussopimukset tehty
© Helsingin Energia
Biohiilen tuotanto- ja käyttösuunnitelmia
Käyttö
• Kivihiililaitoksia omistavat
yhtiöt potentiaalisia käyttäjiä
• Isoista energiayhtiöistä
kiinnostuksensa biohiileen
ovat ilmaisseet mm. RWE ja
Vattenfall
Tavoite 2020: uusiutuvien energialähteiden osuus 20 %
Vuoteen 2014 mennessä 5-10 % pellettiä tai muuta
biomassaa Hanasaareen/Salmisaareen
© Helsingin Energia
• Helsingin Energian
kehitysohjelmassa biohiili
nähdään yhtenä
vaihtoehtona uusiutuvien
osuuden lisäämisessä
Biohiilitutkimusta Helenillä
• Elinkaariselvitys osana lopputyötä:
Torrefied wood pellets as an alternative fuel to coal:
Climate benefits and social desirability of production and use
• Torrefaction – Integration and Suitability for CO-firing
(TISCO-hanke)
© Helsingin Energia
Biohiilen elinkaari (polttoaineen tuotantoketju)
Metsän kasvatus
Energiapuun korjuu ja metsäkuljetus
Jos metsätähde ajatellaan
sivutuotteeksi, sen ”elinkaari”
alkaa tästä
Haketus (tienvarressa tai terminaalissa)
Kuljetus biohiilen tuotantolaitokselle
Biohiilen tuotantoprosessi
Kuljetus loppukäyttäjälle
Varastointi terminaalissa tai laitoksella
Poltto (oletus: suora seospoltto hiilen
kanssa)
Tuhkan käsittely
© Helsingin Energia
Case-esimerkki: Biohiiltä Salmisaareen? (1/2)
Kuvitteellinen case, jossa metsähakkeesta tuotettua biohiiltä
poltetaan Salmisaaressa hiilen seassa.*
– Nettoilmastohyöty kivihiilen korvaamisesta biohiilellä?
– Yksityinen ja yhteiskunnallinen kannattavuus?
Oletukset:
– Biohiiltä käytetään hiilen seassa 100 kton/vuosi (vastaa reilua 20 %
polttoaine-energiasta)
– Biohiililaitos on integroitu turvetta ja puuta käyttävään CHP-laitokseen
– Biohiili tehdään sekahakkeesta (40 % ht, 45 % pp, 15 % kanto)
*Case-tarkastelu on osa Helenillä tehtyä pro gradu -työtä:
Torrefied wood pellets as an alternative fuel to coal: Climate benefits and social desirability of production and use
(Kiira Happonen, 2011)
© Helsingin Energia
Case-esimerkki: Biohiiltä Salmisaareen? (2/2)
Päästösäästö korvattaessa kivihiiltä 100 kton määrällä biohiiltä
• 211 000 t CO2-ekv.
• 162 000 t CO2-ekv. (hiilivaraston muutos, 100 v aikajänne)
• 89 000 t CO2-ekv. (hiilivaraston muutos, 20 v aikajänne)
Saavutettava ilmastohyöty (kun päästövähennyksen arvo
yhteiskunnalle on 22 € / t CO2-ekv.)
• 4,64 M€
• 3,57 M€ (hiilivaraston muutos huomioitu, 100 v aikajänne)
• 1,96 M€ (hiilivaraston muutos huomioitu, 20 v aikajänne)
Biohiilen ilmastovaikutuksen laskennassa on huomioitu metsätähteen korjuun, metsäkuljetuksen ja haketuksen, hakkeen
kuljetuksen, biohiiliprosessissa tarvittavan apuenergian tuotannon ja biohiilen laivakuljetuksen kasvihuonekaasupäästöt.
Vertailukohtana ovat kivihiilen tuotannon ja polton päästöt. Metsätähteen korjuun aiheuttamien metsämaan
hiilivarastomuutosten vaikutusta tuloksiin on tarkasteltu erikseen 20 ja 100 vuoden aikajänteellä.
© Helsingin Energia
TISCO-hanke
Tavoite
Tutkimushankkeen tavoitteena on varmistua torrefaction-teknologian soveltuvuudesta
voimalaitosintegraatioon ja metsäperäisen biomassan jalostamiseen sekä tutkia tällä teknologialla
jalostetun biopolttoaineen soveltuvuus kivihiililaitoksen polttoaineeksi seospoltossa.
Tavoitteeseen päästään
UPM: raaka-aineosaaminen, saatavuus ja logistiikka
Metso: raaka-aineen esikäsittely, torrefaction ja voimalaitosintegrointi
PVL: voimalaitosintegrointi, raaka-aineen esikäsittely ja biohiilen käyttö
Helen: biohiilen logistiikka, varastointi ja biohiilen käyttö
Hankkeessa käydään läpi koko biohiilen arvoketju!
Raaka-aine
© Helsingin Energia
Torrefaction
Voimalaitos
KIITOS MIELENKIINNOSTA!
Kysymyksiä tai kommentteja?
Yhteystiedot: [email protected]
© Helsingin Energia