Suomalaisen muotoilijan suunnittelema CHP-voimalaitos tuottaa hajautetusti sähköä, lämpöä ja haluttuja erilaisia hiilivetyjalosteita.

Olimme tulleet seminaariin hyvissä ajoin ja asetuimme aamukahville saman pöydän ympärille. Miesten nimilapuissa luki ”ForestGas”, mutta päätin kysyä tarkemmin. Sitten asia alkoi kuulostaa mielenkiintoiselta.

Puhdasta kaasua korkealla hyötysuhteella

ForestGasin hanke on mikropyrolyysilaitos tai CHP-voimalaitos tai hiilivetyjen jalostuslaitos – arvioijan näkökulmasta riippuen. Lähtökohtana on tuottaa puusta energiaa ja erilaisia hiilivetyjalosteita lähes hapettomissa olosuhteissa, korkeassa paineessa ja kuumuudessa.

Laitos tai laite on pieni, noin 2 x 3 x 4 metriä mitoiltaan ja tehontuotoltaan luokkaa yksi megawatti. Laitteeseen syötetään puuhaketta noin 100 kg kuiva-ainetta tunnissa. Puun lisäksi tarvitaan vettä ja korkea paine ja kuumuus veden saattamiseksi ylikriittiseen olotilaan. Painetta vähintään 225 baria ja lämpötila tuhannen celsius-asteen luokassa.

Näissä olosuhteissa puun hiili reagoi veden sisältämän vedyn kanssa, eli vesi hajoaa vedyksi ja hapeksi ja hiili reagoi niiden kanssa. lopputuloksena on tuotekaasua, joka pitää sisällään ainakin 50% vetyä (H₂), 25% häkää (CO) ja 25% metaania (CH₄). Prosessi toimii laskelmien mukaan hyvinkin 90% hyötysuhteella.

Pieni osa tuotekaasusta palautuu tuottamaan järjestelmän toiminnan vaatiman energian, loppu käytetään hyödyksi joko sellaisenaan tai jalostettuna esimerkiksi Fischer-Tropschin reaktiolla nestemäisiksi hiilivedyiksi. Jalosteita voivat olla vaikkapa etanoli, metanoli ja erilaiset olefiinit eli alkeenit, joista voidaan edelleen jalostaa vaikkapa uusiutuvaa dieseliä. Toisaalta kaikki vety voidaan muuttaa Sabatierin reaktiolla metaaniksi, kun käytetään lisäksi hiilidioksidia.

Puun kaasutusta ilman perinteisiä ongelmia

ForestGasin bioenergiajalostamo on toistaiseksi olemassa vain paperilla, mutta suunnitelmat ovat pitkällä. Laitteen keksijä on teollinen muotoilija Teuvo Karvonen, jolla on 30 vuoden kokemus muotoilusta ja tuotekehityksestä. Yhtiökumppaneinaan hänellä on joukko muita, monipuolisen teknisen ja kaupallisen kokemuksen omaavia henkilöitä.

– Olen muotoilijana suunnitellut muun muassa uuneja ja perehtynyt puun kaasuuntumiseen ja palamiseen, kertoo Teuvo Karvonen. – Puuta ei pidä tuhota polttamalla, kun siitä voidaan jalostaa arvokkaita tuotteita ja raaka-aineita. Toisaalta risuja ja pienpuuta ei kannata kuljettaa kovin pitkälle, jalostuksen pitää tapahtua mahdollisimman lähellä.

Karvonen kertoo perehtyneensä puun kaasutukseen ja erilaisiin ”häkäpönttöihin”, joilla on tunnetut ongelmansa. Tuotekaasu sisältää yleensä 50-60% typpeä ja hiilidioksidia, jotka ovat hyödyttömiä kaasun jatkokäytön kannalta. Lisäksi terva ja hiukkaset aiheuttavat ongelmia ja jatkuvaa puhdistustarvetta. Kaasutettavan puun tulee olla myös hyvin kuivaa. ForestGasin jalostamossa nämä ongelmat on Karvosen mukaan ratkaistu.

Hiilivetyjen jalostuslaitos sarjatuotantona

Karvosen ideana on rakentaa jalostuslaitos, joka on mahdollista tuottaa sarjatuotantona ja joita voidaan sijoittaa hajautetusti lähelle raaka-ainetta ja/tai hyödyntämiskohdetta.

Laskelmien lähtökohtana yksi jalostamo käyttää puuhaketta noin 100 kg kuiva-ainetta tunnissa eli 2 000 kiintokuutiometriä vuodessa, enemmänkin on mahdollista. Jalostamon tuottoa voidaan eri toteutusvaihtoehdoilla säätää hyvin laajasti. 100 kg syötöllä lämpöä tulee aina minimissään 200 kilowattia (kW) ja enintään noin 600 kW, eli 1,5-4,5 gigawattituntia (GWh) vuodessa. Sähköteho on 0-400 kW eli 0-3 GWh/a. Hiilivetyjalosteita laitos tuottaa 0-125 kg tunnissa.

Jalostamoon syötetään märkää puuta syklisesti hydraulimännällä. Ylikriittisen veden tuottamiseksi kammiossa on vähintään 221 barin paine ja 700 Kelvin-asteen kuumuus. Loppu on orgaanista prosessikemiaa.

Laitoksen myyntihinnaksi on arvioitu 0,7-1,4 miljoonaa euroa toteutuksesta riippuen. Jalostamon tuottamien energian ja jalosteiden myyntiarvoksi ForestGas on laskenut parhaimmillaan puoli miljoonaan euroa vuodessa.

– Suuret laitokset ovat aina ”protoja” tai joka tapauksessa yksilöllisiä, jatkaa Karvonen. – Meidän laitoksestamme ei tehdä projektia asiakkaan luona, vaan jalostamo rakennetaan valmiiksi tehtaalla ja toimitetaan asiakkaan osoittamaan paikkaan. Lopputuloksena on sarjatuotantolaitos, joka on vapaa lastentaudeista, toimintavarma ja edullinen.

– Yhden ydinvoimalan hinnalla voidaan rakentaa 5 000 – 10 000 tällaista jalostamoa ja ne tuottavat toteutuksesta riippuen pelkästään sähköä yhtä paljon tai monta kertaa enemmän kuin ydinvoimala – kaikista muista jalosteista puhumattakaan.

Talous tasapainoon ja työtä maaseudulle

ForestGas avaa jalostamohankkeensa esittelyn kansantaloudellisella näkökulmalla, jossa jalostamot voisivat korvata tuontienergiaa ja tuottaa säätövoimaa. Lisäksi tuhannet maaseudulle sijoitetut laitokset toisivat työtä maaseudulle ja antaisivat paremmat mahdollisuudet hyödyntää muuten vähäarvoiseksi jäävää pienpuuta ja hakkuutähteitä. Tärkeä ja kannatettava näkökulma on myös ratkaisu kansallisen sitoumuksen mukaisen liikennepolttoaineiden bio-osuuden jakeluvelvoitteen täyttämiseen.

Jalostuslaitosten sijoituspaikkoina tulisi ForestGasin mukaan olla kohteita, jossa tarvitaan jonkin verran – vähintään 1 500 megawattituntia (MWh) vuodessa – lämpöenergiaa. Tällaisia ovat muun muassa yksityiset lämpöyrittäjät (yli 500), kaupalliset suurkasvihuoneet (noin 500), kunnat, teollisuuslaitokset sekä suuret maatilat (12 000). Yhtiön tavoitteena on myydä 5 000 bioenergiajalostamoa vuoteen 2030 mennessä.

Jalostamon raaka-aineena olisi läheltä hankittu risu ja pienpuu. Sijoituspaikalla hyödynnettäväksi tulisi aina jonkin verran lämpöä ja muut jalosteet olisi helppo kuljettaa muualle edelleen hyödynnettäviksi.

5 000 jalostamoa käyttäisi 10 miljoonaa kiintokuutiometriä puuta, mikä olisi hallittavissa oleva määrä. Pienpuun korjuutekniikkaan tulisi samalla merkittävä kehityskannuste. Öljy-yhtiöt kuljettavat säiliöautoillaan polttoaineita maakuntaan. Nyt ne voisivat ottaa paluukuormaan hiilivetyjä jalostamoilleen vietäväksi.

Visioissa on paljon muutakin kehitystä. Korkeassa paineessa ja kuumuudessa atomeiksi hajotetut puu ja vesi voisivat yhtiön mukaan antaa mahdollisuuden myös monien energiaa arvokkaampien hiilivetyjen tuottamiseen sekä erilaisten kemikaalien uuttamiseen biomassasta.

Tehdään mieluummin Suomessa kuin Saksassa

Oulun yliopiston prosessikemian laitoksella on tehty kemiantekniikan näkökulmasta laskelmat suunnitelman massa- ja energiataseesta. Kemiantekniikan tohtori Juha Ahola Oulun yliopistolta toteaa, että periaatteellista estettä laitoksen toiminnalle ei kemian kannalta ole. Perusidea tuntuu käyttökelpoiselta ja energia- ja ainetaseet täsmäävät. Seuraava askel olisi rakentaa koko konstruktio ja testata sen toimivuus.

Hankkeen eteneminen on Karvosen mukaan kiinni suhteellisen pienestä riskirahoituksesta. Protolaitoksen rakentamiskustannuksiksi hän arvioi 1,5 miljoonaa euroa. 70 prosentille rahoituksesta on olemassa periaatteellinen hyväksyntä, kunhan ForestGas hankkii puoli miljoonaa omaa rahaa. Tähän asti kertyneet kulut yhtiö on kattanut itse, mutta nyt haetaan kumppania puolen miljoonan sijoittajaksi.

– Useammat rahoittajatahot ovat sanoneet, että tehkää proto, niin sen jälkeen rahaa löytyy miten paljon tahansa, sanoo Karvonen. – Olemme saaneet Speyerin kaupungista Saksasta viestiä, että rahaa on tarjolla ja he haluavat ehdottomasti pilotin. Vaarana tietysti on, että koko hanke menisi sitten Saksaan ja tämä olisi ihan Suomen juttu. Laite antaa mahdollisuuden aivan uudenlaiseen biotalouteen ja todelliseen markkinamurrokseen. Haluaisimme tehdä sen mieluummin Suomessa kuin Saksassa.

Jouko Lampila | Lähde: ForestGas