Kaasun vihreät vaihtoehdot ja tulevaisuus Energiaekonomistien syyseminaari 19.1.2018 Kristian Melin ja Ilkka Hannula 30.11.2018 VTT – beyond the obvious.

Esitys aiheesta: "Kaasun vihreät vaihtoehdot ja tulevaisuus Energiaekonomistien syyseminaari 19.1.2018 Kristian Melin ja Ilkka Hannula 30.11.2018 VTT – beyond the obvious."— Esityksen transkriptio:

1 Kaasun vihreät vaihtoehdot ja tulevaisuus Energiaekonomistien syyseminaari Kristian Melin ja Ilkka Hannula VTT – beyond the obvious

2 Esityksen sisältö Toimintaympäristön muutos
Mahdolliset ratkaisut kaasun käyttökohteissa nyt ja tulevaisuudessa Kaasun vihreät vaihtoehdot Biokaasun ja biometaanin tuotanto ja tuotannonkehitystarpeet Synteettisen maakaasun (SNG) tuotanto biomassasta Sähkömetaanin tuotanto Sähköboostattu metaanin tuotanto Esimerkki Pohjois-Euroopalle tyypillisen kausivaihtelun tasaamiseen soveltuvasta biopolttoaineen tuotantokonseptista Vety ja bionestekaasu Yhteenveto ja johtopäätökset VTT – beyond the obvious

3 Toimintaympäristön muutos
Mittavia investointeja tarvitaan etenkin uusiutuvan energia ja polttoaineiden tuotantoon sekä hiilidioksidin hyötykäyttöön % Kasvihuonekaasupäästövähenemät suuri haaste! Uusia teknologioita sähköautot, lämmönvarastointi polltokennot 2030 EU tavoite >40 % Kasvihuonekaasupäästö vähenemät Kansalliset tavoitteet suomessa Puolitetaan öljyn käyttö 30 % uusiutuvaan tieliikenteessä Kaasunmyynti vapautuu LNG käyttö lisääntyy Tuuli ja aurinkovoiman kilpailukyky kasvaa Biokaasun käyttö lisääntyy Kiristyvät päästölainsäädännöt tieliikenteessä ja laivapolttoaineissa Energiakulutus lämmityksessä pienenee Haaste: Uusien teknologioiden kustannus ja poliittikset riskit Investoijille Maakaasun käyttö voimalaitosten polttoaineena vähenee 1990

4 Mahdolliset ratkaisut kaasun käyttökohteissa nyt ja tulevaisuudessa
Kevyen liikenteen polttoaine Raskas tieliikenne Matalalämpötila lämmitys ja kuivaus Lämmitys korkeaan lämpötilaan esim. prosessiuuneissa Sähkötuotanto (erityisesti joustava sähköntuotanto) Työkoneet Laivapolttoaine Lämpöpumput, öljy, aurinkolämmön varastointi maakaasu, biokaasu nestekaasu maakaasu, biokaasu, polttokaasu, nestekaasu, puunperäiset nesteet ja kaasut, fossiliset ja uusiutuvat öljyt Tuulivoima, Aurinkovoima Vesivoima biokaasu, maakaasu, biomassa, Kierrätyspolttoaineet esim. RDF Hiili, turve Bensiini Diesel Etanoli Maakaasu Biometaani Sähkö Diesel biometaani Diesel Paineistettu tai nesteytetty maakaasu tai biometaani Raskas polltoöljy nesteytetty maakaasu Metanoli Sähkö Kuvat: Wikimedia Common VTT – beyond the obvious

5 Kaasun vihreät vaihtoehdot
Biokaasu Biokaasusta jalostettu biometaani Synteettinen maakaasu (SNG) Sähkömetaani Sähköboostattu metaani Vety Bio-Nestekaasu Koostumus maakaasun kaltainen ja yhteensopiva olemassa olevan maakaasuinfrastruktuurin kanssa! VTT – beyond the obvious

6 Biokaasun ja biometaanin tuotanto
CO2 Biokaasun-puhdistus ja CO2 erotus Biokaasun loppukäyttö esim. liikennekaasuna Biokaasun tuotanto mädätyksellä Puhdistetun biokaasun-paineistus Mädäte esim. Kierrätys-lannoitetuontantoon

7 Biokaasun tuotannon kehitystarpeet
Raaka-aine potentiaalin täysimääräinen hyödyntäminen liikennepolttoainetuotantoon Sekä pienet maatilaluokan lähteet että teollisuuden mm. puunjalostusteollisuuden sivuvirrat ! Biokaasun laitosten mädätteen kiintoaineen ja erotetun rejektiveden prosessointi lannoitetuotteeksi Biokaasulla on alhainen hiilijalanjälki jo nyt mutta, syntyvän hiilidioksidin hyötykäytöllä voitaisi päästä jopa negatiivisiin CO2 päästöihin. Biometaanin käytön edistäminen tuottamalla Kustannustehokkaammin biometaaniksi pienessä kokoluokassa ja luomalla uusia käyttökohteita maatalouden työkoneisiin VTT:llä on käynnissä BioMEt2020 Business Finlandin rahoittama projekti Biometaanin kustannustehokkaampi nesteytys mahdollistasi biometaanin laajemman käytön öljytuotteiden korvaajana esim. teollisuuden lämmityspolttoaineena, raskaassa tieliikenteessä sekä laivojen polttoaineena

8 Synteettisen maakaasun (SNG) tuotanto biomassasta
H2 , CO2 CO ja vesi SNG Kaasutus ja kaasun puhdistus Metanointi korotetussa lämpötilassa

9 Ison mittakaavan synteettisen maakaasun tuotantolaitoksen lohkokaavio
Air ASU N2 Steam O2 Steam Steam Forest residues BELT DRYER OXYGEN GASIFIER HOT-GAS FILTER ATR POX REFORMER SOUR SHIFT SCRUBBER COOLER CENTRIFUG. COMPR. Bypass Filter ash POWER GENERATION EQUIPMENT Flue gas AUXILIARY BOILER CO2 COMPRESSION HIGH TEMP METHANATION (5 REACTORS) WET CO2 REMOVAL WET SULPHUR REMOVAL BIOMETHANE (SNG) H2S H2SO4 WSA

10 GoBiGas biometaanilaitos
“Maailman ensimmäinen synteettistä biometaania kaasutuksella tuottava laitos” Sijainti: Göteborg, Ruotsi Käynistyi: 2013 Polttoaineteho: 30 MW Metaaniteho: 20 MW 1. kustannusarvio: 888 MSEK 2. kustannusarvio: 1075 MSEK (+ 21%) Tot. kustannukset: 1480 MSEK ( +38%)

11 Ensimmäisen laitoksen tuotantokustannus 100 MWSNG kokoluokassa (150 MWbiom)
Laskentakorko 8 %, taloudellinen elinikä 20 v, sähkö 60 €/MWh, lämpö 40 €/MWh, jakelu- ja komprimointi 32 €/MWh, alv. 24 %. *Gasum Oy:n verkkosivut: Liikennekaasun hinta maakaasulla 75 c/L (1,17 €/kg) ja biokaasulla 93 c/L (1,45 €/kg).

12 Oppimisen mahdollinen vaikutus ensimmäiseen viiden laitoksen kustannuksiin
Oppimiskerroin 20 % (Brasilian EtOH)

13 Sähkömetaanin tuotanto
Metanointi korkeassa lämpötilassa kemiallisesti tai matalassa lämpötilassa biologisessa prosessissa elektrolyysi

14 Case: Audi E-gas Plant Sijainti: Werlte, GER Käynnistyminen: 2014
Elektrolyyserit: 3 x 2 MWe Hyötysuhde metaaniksi: 54 % (LHV) Prosessitalous Investointi: 20 M€ Tuotantokustannus ilman EEGtä: 150 €/MWh EEG Umlage 63 €/MWh Tuotantokustannus EEGllä: 250 €/MWh

15 Sähkömetaanin tuotantokustannusesimerkki*
kiinteät kustannukset muuttuvat kustannukset *Laskentakorko 8 %, taloudellinen elinikä 20 v, sähkö 50 €/MWh. Laskelmassa ei huomioitu sivutuotehapen ja –lämmön myynnistä tai säätösähkömarkkinoille osallistumisesta mahdollisesti saatavia lisätuloja.

16 Sähkön ominaispäästöjen (gCO2/kWh) vaikutus tuotetun polttoaineen khk-päästöihin
Lähde: Koponen, Hannula, GHG emission balances and prospects of hydrogen enhanced synthetic biofuels from solid biomass in the European context, Applied Energy, Volume 200, 15 August 2017, Pages , ISSN ,

17 Esimerkkejä biologisesta metanoinnista
Toimijoita: Qvidja Kraft Suomessa, mahdollisuus syöttää myös kaasutinkaasua hiilidioksidin lisäksi Electrochea Tanskassa VTT – beyond the obvious

18 Sähköboostattu metaanin tuotanto
elektrolyysi Metanointi korkeassa lämpötilassa Kaasutus ja reformointi

19 Esimerkki Pohjois-Euroopalle tyypillisen kausivaihtelun tasaamiseen soveltuvasta konseptista
H2020-project FLEXCHX

20 Esimerkki Pohjois-Euroopalle tyypillisen kausivaihtelun tasaamiseen soveltuvasta konseptista
H2020-project FLEXCHX

21 Vety ja bionestekaasu Vety: Bionestekaasu
Vedyn tuotanto sähköstä ja biomassasta on helpompaa kuin metaanin tuottaminen ja sitä voidaan tuottaa korkeammalla hyötysuhteena! Lisäksi vetyä voi metaania helpommin käyttää esim. polttokennoissa Vedyn varastointi on kuitenkin metaania hankalampaa VTT on meneillään tutkimusprojekti, jossa vetyä sidotaan orgaanisiin hiilivetyihin Bionestekaasu Voi olla samoja yhdisteitä kuin perinteisessä nestekaasussa esim. (propaani ja butaani) tai esim. Dimetyylietteriä (DME). Propaania syntyy nykyisten ja tulevaisuuden biopolttoaineprosessien sivutuotteena mm. Nesteen NeXBTL laitoksissa. DME tuotanto ja liikennekäyttö, jolla voi korvata dieselin on demonstroitu Ruotsissa VTT – beyond the obvious

22 Yhteenveto Maakaasun hiilijalanjälkeä olisi edelleen mahdollista alentaa CO2:sen talteenotolla ja laajamittaisella käytöllä, haasteena syntyvän CO2:sen määrä verrattuna käyttökohteisiin Biokaasusta ja siitä tuotettu biometaanin ovat tällä hetkellä halvimpia uusiutuvia vaihtoehtoja mutta saatavan raaka-aineen määrä on rajallinen. Synteettistä Metaania voitaisi tuottaa metsätähteistä kaasuttamalla jo lähivuosina, mutta haasteena ovat korkeat tuotantokustannukset varsinkin ensimmäisellä laitokselle , vaadittaisi edistäviä ohjauskeinoja ja investointitukea Metaani hiilidioksidista ja vedestä sähkön avulla Kytkentä suoraan voimalaitokseen  matalat päästöt, mutta korkeat kustannukset Kytkentä sähköverkkoon  matalammat kustannukset, mutta korkeat päästöt Valtava raaka-ainepotentiaali (CO2)  valtava tarve vähähiiliselle sähkökapasiteetille Metaani metsätähteistä ja sähköstä Kustannukset erillisten teknologioiden puolivälissä Integrointihyödyt: hapen hyödyntäminen & lämpöintegrointi Mahdollisesti kiinnostava konsepti kausivaihtelujen tasaamiseen Vedyn käytön laajuus riippuu metaanin/vedyn käytön eduista ja haitoissa varastoinnissa ja käyttökohteissa.

23 Kiitos mielenkiinnosta ! Yhteystiedot: Kristian Melin@vtt.fi
VTT – beyond the obvious