Biokaasun puhdistus liikennepolttoaineeksi

RE-maatila |

Timo Seppälä, Haapajärven ammattiopisto

Biokaasun puhdistus liikennepolttoaineeksi

Biokaasun puhdistus liikennepolttoaineeksi

Biokaasu on erinomainen polttoaine ajoneuvoihin. Se on uusiutuvaa, kotimaista, edullista ja sen käyttö aiheuttaa huomattavasti bensiiniä tai dieseliä pienemmät päästöt. Biokaasun tuotanto on kotimaista energiaa. Raaka-aineina käytetään anaerobisesti hajoavia raaka-aineita kuten lantaa, biojätteitä, puhdistamolietteitä, peltobiomassoja jne. Biokaasun käyttö liikennepolttoaineena on edullista. Säästö normaaliin bensiini- tai dieselautoon on noin 30 -50%. Tyypillisen biokaasuauton VW Golfin kulutus on 3,4 kg /100 km, vastaten noin 5€ / 100 km. Biokaasun ekvivalentti hinta on noin 0,93€/l. Tämä on yli 30 % edullisempaa kuin normiautoilla.

Biokaasuauton hiilidioksidi- ja hiukkaspäästöt ovat huomattavasti pienemmät kuin bensiini- tai dieselautoilla. Hiilidioksidipäästöt ovat jopa 1/3 bensiiniauton päästöistä. Vuoden 2013 CNG VW Passat hiilidioksidi päästöt olivat 38g/100km. Keskiarvo muilla autoilla on 140g/100km.

Biokaasun puhdistus

Raaka biokaasureaktorin biokaasu ei sellaisenaan kelpaa liikennepolttoaineeksi. Se on ennen käyttöä puhdistettava epäpuhtauksista ja paineistettava.

Biokaasun pääkomponentit:

CH4                  55 – 70%

CO2                  30 – 45%

H2S                   0 – 3000 ppm

Ajoneuvokäytön vaatimukset:

CH4                                 95 -99 %

H2O                  < 32 mg/Nm3

CO2 + O2 + N2 <5 vol%

Rikkiä yht.       <23 mg/Mm3

Liikennepolttoaineena käytettävästä biokaasusta on poistettava hiilidioksidi, rikkivety ja muut epäpuhtaudet kuten siloksaanit, joita esiintyy mm. kaatopaikkakaasuissa.

Puhdistusmenetelmiä on useita:

Yleisin puhdistusmenetelmä on vesiabsorbtio, jossa hiilidioksidi ja muut epäpuhtaudet liukenevat virtaavaan paineistettuun veteen. Hiilidioksidi liukenee veteen huomattavasti paremmin kuin metaani, joten metaani rikastuu kaasuvirtaukseen. Käytetty vesi voidaan puhdistaa hiilidioksidista painetta alentamalla, jolloin kaasu vapautuu vedestä ja vesi voidaan käyttää uudelleen.

Kuva 1. Kaasun puhdistus vesiabsortiolla

Veden asemesta voidaan käyttää myös muita nesteitä, kuten polyetyleeniglygolia, joiden hiilidioksidin absorbtiokyky on parempi, kuin vedellä. Tällöin saavutetaan pienempi energiankulutus kuin vedellä.

PSA eli paineenvaihtelu adsorptio on myös yleinen puhdistusmenetelmä. Tässä kaasu johdetaan korotetussa paineessa adsorptiomateriaalin, kuten aktiivihiilen tai molekyyliseulan, läpi. Tällöin hiilidioksidi tarttuu aktiivihiileen ja metaani poistuu kaasuvirtauksen mukana. Puhdistus materiaali voidaan aktivoida uudelleen alentamalla painetta, jolloin hiilidioksidi poistuu ja materiaali voidaan käyttää uudelleen.

Membraanipuhdistuksessa, eli kalvopuhdistuksessa puhdistus perustuu kaasujen erilaiseen läpäisykykyyn kalvojen läpi. Hiilidioksidi läpäisee kalvon helpommin kuin metaani. Tällöin metaani rikastuu alkuperäiseen kaasuvirtaukseen ja hiilidioksidi toiseen. Yleensä kalvoja käytetään useita peräkkäin, jolloin päästään haluttuun puhdistusasteeseen.

Kuva 2. Mebraanin toimintaperiaate

Kyrotekniikassa puhdistettava kaasu jäähdytetään korotetussa paineessa. Hiilidioksidi nesteytyy -78°C ja metaani vasta -160°C, jolloin nämä voidaan erottaa toisistaan. Menetelmällä voidaan poistaa myös typpi kaasusta. Menetelmä on kallis.

Biokaasunpuhdistus maatiloilla

Yleisin järjestelmä on ollut vesiabsorbtio. Tällaisia puhdistusjärjestelmiä on tarjolla kotimarkkinoillakin useilla valmistajilla. Laitteiston hintaluokka on noin 150 000 – 200 000 €.  Membraanipuhdistuksen hintaluokka on noin 50 000 – 100 000€. Ongelmana on ollut kotimaisten valmistajien puuttuminen ja membraanien vaikea saatavuus. Biokaasun paineistus- kotitankkauslaitteistojen hinnat alkavat noin 15 000€. Kotimaista valmistusta ei ole ja kaikki markkinoilla olevat laitteet ovat tuontitavaraa.

Kuva 3. Tyypillinen kotitankkauslaitteisto pullopattereineen.

Haapajärven Ammattiopisto investoi biokaasureaktorin yhteyteen membraanipohjaisen biokaasun puhdistus- paineistus ja tankkauslaitteiston. Laitteisto toimitetaan kesän 2017 aikana ja saadaan toimintakuntoon syksyn aikana.

 
 
DMS