htklusterit.fi

Mitä on bioenergia?

Bioenergia

Fossiiliset polttoaineet, jotka on tehty alunperin orgaanisesta aineesta, ovat kehittyneet tuhansien vuosien ajan biologisten ja geologisten prosessien kautta. Ne ovat yleensä uusiutumattomia luonnonvaroja. Tässä artikkelissa käsittelemme yhtä fossiilista polttoainetta, joka on myös uusiutuva luonnonvara.

Bioenergia on yksi uusiutuva fossiilisen polttoaineen muoto. Sen tuottamiseen käytettyä orgaanista ainetta kutsutaan biomassaksi, tai bioenergian raaka-aineiksi. Bioenergia saa alkunsa fotosynteensin avulla tuotetusta auringonvalosta, mikä tekee siitä merkittävän uusiutuvan energian lähteen. Biomassan tuottamaa energiaa voidaan muuntaa sähköksi, lämmöksi tai biopolttoaineiksi. Bioenergia on maailman eniten käytetty uusiutuva energia, ja se tuottaa noin 10% maailman kaikesta energiasta. Suurimmaksi osaksi sitä käytetään lämmitykseen.

Biomassan tyypit

Biomassan lähteinä ovat suurimmaksi osaksi viljelyskasvit, eläin- ja kasvijätteet, levät, puu ja orgaaniset asuin- ja teollisuusjätteet. Biomassan tyyppi määrittää tuotettavan energian tyypin ja määrän, sekä energian tuottamiseen käytettävän teknologian.

Esimerkiksi viljelyskasveja – kuten maissia ja rapsia – käytetään nestemäisten biopolttoaineiden – kuten biodieselin ja etanolin – valmistamiseen. Märkäjätteitä, kuten lantaa, taas käytetään esimerkiksi biokaasun valmistamiseen anaerobisen mädätyksen avulla. Mädätyksen avulla jätteet poltetaan sähkön taikka lämmön tuottamiseksi, tai niistä voidaan valmistaa kuljetuspolttoainetta, eli biometaania.

Miten bioenergiaa tuotetaan?

Bioenergian tuottamiseen on monia lähestymistapoja. Parhaan valmistustavan valinta riippuu biomassan materiaalista ja siitä, minkä tyyppistä bioenergiaa halutaan tuottaa. Jotkut prosessit saattavat olla melko helppoja, kuten kasvattaminen, sadonkorjuu ja puun polttaminen lämmön tuottamiseksi.

Muut hieman monimutkaisemmat tavat tuottaa bioenergiaa tarvitsevat usein erityistoimenpiteitä. Esimerkiksi levän hyödyntämisessä polttoaineeksi tarvitaan kontrolloitu kasvatusympäristö, ja kasvattamiseen käytetään mikroalalajeja. Levät käsitellään sitten bioöljyiksi jalostettujen öljyjen erottamiseksi.

Biomassan muuntamiseen bioenergiaksi voidaan käyttää erilaisia muunnosreittejä lämmön, sähkön tai polttoaineiden muodossa. Biomassan muunnosreittejä ovat mm. termiset, biokemialliset, tai mekaaniset – joko yksinään tai yhdistelmänä. Biomassaa pystytään muuntamaan energiaksi yksinkertaisten puun polttolämmittimien, kattiloiden ja biodigestereiden avulla. Biodigesterit tuottavat eräänlaista kaasua lämmön tuottamiseksi, tai moottoreille tai turbiineille virtaa antamaan.

On olemassa laitoksia, jotka muuntavat biomassaa erilaisiksi polttoaineiksi, tai muiksi biotuotteiksi. Ne toimivat monesti samalla periaatteella kuten öljynjalostamot. Polttokennot muuntavat biomassasta saadun vedyn sähköksi – kiinteäksi, tai kuljetettavaksi.

Biomassan muuntamistekniikat

Biomassan muuntamiseen käytetään monia erilaisia raaka-aineita, prosesseja ja teknologioita. Yleensä muuntaminen tapahtuu palamisen, kaasuttamisen, pyrolyysin tai anaerobisen pilkkomisen avulla. Mutta kuinka muuntaminen tapahtuu?

Palaminen

Polttaminen on yleisin bioenergian muuntamistekniikka. Yleensä polttamisesta saatua energiaa käytetään lämmön tai sähkön tuottamiseen. Yleensä biomassasta saadaan hyödynnettyä tällä keinolla vain noin 20-35 % sähköön, mutta modernit, pelkästään lämpöä käyttävät tekniikat voivat nostaa tämän luvun jopa 85 prosenttiin.

Yhteispoltoksi kutsutaan sitä prosessia, jossa yhdistetään erilaisia biomassapolttoaineita. Esimerkiksi biokaasua tai sahanpurua yhdistetään toisen yleisen polttoaineen – kuten hiilen tai nestekaasun – kanssa. Yhteispoltto voi olla hyvinkin tehokas tapa vähentää fossiilisten polttoaineiden kasvihuonekaasupäästöjä, sekä säästää resursseja.

Useita polttoaineita voidaan polttaa kivihiiltä käyttäen. Kivihiilellä polttamisen yksi hyöty on se, että prosessointi on minimaalista verrattuna haketukseen, murskaukseen tai kuivaukseen. Polttoaineita on myöskin helpompi kuljettaa, käsitellä ja varastoida, kun ne on käsitelty. Eli tiivistetty pelleteiksi tai briketeiksi, jotka ovat tiheitä, sekä tasaisia laadun ja kosteuden suhteen.

Yhteistuotanto tarkoittaa lämmön ja sähkön yhteistä tuotantoa. Tällainen muuntaminen on todella kustannus- ja muuntotehokasta. Ylimääräinen lämpö sähkön tuotannosta otetaan talteen, ja käytetään tilan tai veden lämmitykseen, tai jäähdytykseen.

Yhteistuotantoa käytetään usein prosesseissa, joissa lämmitystä tai jäähdytystä vaaditaan jatkuvasti, ja joissa sähkön voi käyttää heti. Yksi esimerkki yhteistuotannosta on perinteisten höyryturbiinien jätelämmön talteenotto ja käyttö.

Kaasutus

Kaasutus on prosessi, jossa biomassaa kuumennetaan 800 – 1000 -asteisessa kaasuttimessa, jossa on rajallisesti happea. Polttoainetta poltetaan tällaisissa olosuhteissa pelkästään osittain. Suurilta osin se muunnetaan niin sanotuksi “synteesikaasuksi”, joka koostuu metaanista, vedystä, hiilimonoksidista, hiilidioksidista sekä typestä. Synteesikaasua käytetään useimmiten suoraan, esimerkiksi kaasua käyttävien moottoreiden, turbiinien tai yhdistettyjen syklien tehojärjestelmiin.

Kaasutus on kannattavampi lähestymistapa muuntamiseen, jos muunnosta halutaan tulokseksi sähköä. Se on kuitenkin melko vaativa prosessi massan kosteuspitoisuuden sekä hiukkaskokojen osalta. Myöskin päästöt voivat olla kovat, jos synteesikaasua käytetään kaasumoottorissa energian tuottamiseksi.

Plasman kaasutusmenetelmä taas käyttää sähköä kaarikaasuttimen kanssa. Yhdessä ne luovat korkean lämpötilan, sekä hajottavat biomassaa ja epäorgaanista ainetta synteesikaasuksi. Sitä sitten käytetään energian tuottamiseen. Yleensä tätä menetelmää käytetään lähinnä jätteenkäsittelyssä.