Wood2Biogas

Hankkeen tiedot

Hanke	Wood2Biogas
Kesto	1.1.2022 – 31.5.2024
Toteuttajat	Hämeen ammattikorkeakoulu, Biopir Oy, Doranova Oy, Svenska lantbrukssällskapens förbund r.f. (SLF), Xylo Gas Oy
Rahoittajat	Euroopan maaseudun kehittämisen maatalousrahasto, Manner-Suomen maaseudun kehittämisohjelma 2014–2020 EU:n elpymisrahaston lisävarat, maaseudun innovaatioryhmät EIP
Budjetti	299 992 €

Kehitämme teknologiaa biokaasulaitoksen energiatuotannon parantamiseksi. Hankkeessa kehitetään ja demonstroidaan puun kaasutusta ja puukaasun käyttöä biometaanin raaka-aineena lannan, nurmirehun ja biojätteiden rinnalla. Näin voidaan parantaa biokaasulaitoksen biometaanin tuotantoa ilman, että mädätysjäännöksiä muodostuu lisää. Lisäksi kehitetään biohiilen tuotantoa puun kaasutusprosessin rinnalla. Hankkeessa luodaan kestävä ja taloudellisesti kannattava uusi kokonaiskonsepti. Puun pyrolysointi-/kaasutustekniikan kehityksestä vastaa Xylo Gas Oy ja biometanointiprosessessin kehityksestä Doranova Oy. HAMK tukee kehitystyötä ja testiajoja tarkoituksenmukaisilla analyyseillä ja tulostarkasteluilla.

Biokaasun tuotantoprosessi on erinomainen kestävä tapa jalostaa ravinnepitoisia maatalouden sivuvirtoja energiaksi, biopolttoaineeksi (biometaani) sekä kierrätyslannoitteksi. Hajautetulla tuotannolla, kuten paikallisesti toimivilla biokaasulaitoksilla on hyvät mahdollisuudet hyödyntää maatalouden biomassavirtoja logistisesti kestävällä tavalla ja edistää näin ravinnekierrätystä ja vähentää maatalouden ilmastopäästöjä.

Maatalouden biomassoihin pohjautuvasta biokaasutuotannosta on ollut kuitenkin haastava saada kannattavaa toimintaa. Haasteita aiheuttavat yleensä pieni tuotantokapasiteetti, saatavilla olevien raaka-aineiden alhainen energiapotentiaali, laitoksella tuotettujen energiatuotteiden alhainen hinta ja mädätteen ravinteiden rajallinen alueellinen hyödynnettävyys.

Innovaatiohankkeessa haetaan ratkaisua näihin haasteisiin parantamalla maatalouden sivuvirtoja hyödyntävien biokaasulaitosten toimintamahdollisuuksia ja niiden kannattavuutta laajentamalla biokaasutuotannon raaka-ainepohjaa tavanomaisista syötteistä (lannat, hukkarehut ja kesantonurmet) puuenergiaan. Puuenergialla täydennetty raaka-ainepohja mahdollistaa suuremman biometaanituotannon ilman, että mädätysjäännöksiä muodostuu lisää ja samalla myös biokaasulaitoksen lämpötalous paranee. Tähän päästään yhdistämällä uutta kaasutusteknologiaa perinteiseen biokaasulaitosprosessiin. Wood2Biogas -hankkeen pyrkimyksenä on luoda tästä kokonaisuudesta kestävä ja taloudellisesti kannattava synergiaratkaisuja tuottava kokonaiskonsepti.

Kohderyhmä

Biokaasulaitosten omistajat ja biokaasulaitosinvestointiin tähtäävät toimijat Suomessa ja vientimarkkinoilla.

Toiminta-alue

Toteutusvaiheessa toiminta-alue on Varsinais-Suomi, Pirkanmaa, Uusimaa ja Kanta-Häme.
Hankkeessa kehitettävän konseptin toimintakenttä sijoittuu kuitenkin laajasti koko Suomeen, joten toiminta-alueen laajeneminen hankkeen edetessä on luonnollinen tavoite. Kansainväliseksi suunniteltu konsepti laajentaa toiminta-aluetta entisestään.

Kaaviokuva Wood2Biogas-konseptia vastaavasta kokonaisprosessista. Kaaviossa on pienillä kuvakkeilla esitetty pääprosessit ja nuolilla niihin tulevat syötteet ja vastaavasti niistä poistuvat tuotteet. Pääprosessit ovat pyrolysointi-kaasutusprosessi, biokaasulaitosprosessi ja biometanointiprosessi. Pyrolysointi-kaasutusprosessiin tulee syötteenä puubiomassa ja sieltä poistuu biohiili, synteesikaasu ja lämpö. Tämä lämpö syötetään biokaasulaitokseen, johon syötteenä tulee biojäte- ja sivuvirtoja, ja josta tuotteena poistuu biokaasu ja lannoitteet, jonka yhteydessä on mainittu suluissa biohiili. Biokaasu ja edellä mainittu synteeesikaasu -nuolet menevät biometanointiprosessiin, josta lähtee nuoli jalostuksen kautta biometaanituotteeksi. — Wood2Biogas -konseptin pääprosessit, raaka-aineet ja tuotteet

Hyödynnettävyys

Innovaatioryhmän teknologiakehitystyön rinnalla Wood2Biogas-projektissa kehitetään yhteistyön ja viestinnän keinoin agrisymbioosia, jossa biotalousyrittäjät ja maaseudun toimijat voivat saada synergiaetuja toiminnalleen. Biometaanin, lämpöenergian, lannoite- ja maanparannustuotteiden lisäksi tuoteportfolio sisältää kaasutusprosessin ohessa syntyvän biohiilen. Näitä kestävyyskriteerit täyttäviä tuotteita eri tahot voivat hyödyntää tavoitellessaan hiilineutraaliutta.

Työpaketit

HAMK toimii projektissa hankkeen hallinnoijana ja koordinoi innovaatioryhmän toimintaa. Innovaatiohankkeen muut osapuolet ovat Biopir Oy, Doranova Oy, SLF ja Xylo Gas Oy. Yhteistyötä rakennetaan ja laajennetaan hankkeen aikana huomioiden myös kansainväliset yhteistyömahdollisuudet, kuten EIP-AGRI-verkosto ja HAMKin RUN Eurooppa-yliopistoyhteistyöverkosto.

Tässä pilotoidaan Wood2Biogas -konseptiin liittyviä osakokonaisuuksia. Doranova ja Xylo Gas vastaavat asiantuntijuudellaan pilotointiin vaadittavien laitteistojen kehittämisestä, rakentamisesta ja huolehtivat testiajoista yhteistyössä Biopirin kanssa. Testataan Xylo Gasin pyrolysointi/kaasutuslaitteistoa puun kaasutukseen ja Doranovan biometanointiprosessia Biopirin biokaasulaitoksella syntyvän biokaasun metaanipitoisuuden nostamiseksi. HAMK tukee tässä tehtäviä testiajoja ja kehittämistyötä tarkoituksenmukaisilla analyyseillä ja tulostarkasteluilla. Tulosten perusteella tarvittaessa jatkokehitetään testattuja teknologioita ja laitteistoja.

Seuraamme ja arvioimme kokeellisten toimenpiteiden vaikutuksia analysoimalla koeajojen yhteydessä otettuja prosessi- ja tuotenäytteitä. Prosessiseurannasta ja -analysoinnista vastaa HAMK.

Arvioimme Wood2Biogas -konseptia jo toiminnassa olevan Biopir Oy:n biokaasulaitoksen yhteydessä eri näkökulmista, hyödyntäen tässä hankkeessa saatuja tuloksia. Arvioinnissa painotetaan alkutuotannon ongelma- ja tarvekohtia eli pyritään antamaan tarkennettuja konkreettisia vastauksia, mitä parannuksia tässä hankkeessa testatulla ratkaisulla voidaan saavuttaa.

Ympäristöllisesti ja taloudellisesti kannattavan toiminnan varmistamiseksi Wood2Biogas -konseptin ympärille kehitetään toimivaa agrisymbioosimallia (verkosto ja toimintamalli). Innovaatioryhmä sekä viestinnälliset toimenpiteet edesauttavat agrisymbioosin rakentumista ja tiedon välittymistä niin kansallisille kuin kansainvälisille toimijoille.

Saatujen tulosten pohjalta arvioidaan Wood2Biogas -konseptin sovelluskohteita ja kaupallista potentiaalia laajemmin sekä Suomessa että kansainvälisesti.

Innovaation tuoma ratkaisu maatalouden biosivuvirtoja hyödyntävien biokaasulaitosten taloudellisen kannattavuuden parantamiseksi ansaitsee runsaasti huomiota. Tässä viestintään painottuvassa työpaketissa varmistetaan hankkeen tulosten levittäminen eri viestintäkanavissa mahdollisimman laajalle niin kansallisesti kuin kansainvälisestikin. HAMK vastaa viestinnän toteutumisesta.

Projektin eteneminen

Pyrolysointi-kaasutuslaitteiston rakentaminen Inkoossa

Xylo Gas Oy on siirtynyt kesäkuussa 2022 uuden kaasutuslaitteiston suunnittelusta käytännön rakentamiseen. Haasteitakin projektissa on kohdattu.

Maailmanlaajuinen komponenttipula on viivästyttänyt materiaalihankintoja suunnitellusta aikataulusta jonkin verran. Maailmantilanteesta johtuva teräksen hinnannousu on nostanut laitteiston tuotantokustannuksia merkittävästi.

Xylo Gas Oy:n puun pyrolysointi- ja kaasutuslaitteiston rakentaminen etenee. Laitteiston sijoittamista varten hankitun kontin modifiointi ja varustelu on alkamassa marraskuussa 2022.

Biometanoinnin testiajot käynnistyvät

Doranova on käynnistänyt biometanoinnin testiajot konttiin sijoitetulla laitteistokokonaisuudella yrityksen toimipisteellä Vesilahdella (syksy 2022 – kevät 2023). Koeajojen pohjalta jatketaan Wood2Biogas-hankkeessa toteutettavan isomman kokoluokan ratkaisun teknistä suunnittelua ja kustannuslaskentaa.

Suunnittelu jatkuu yhteistyössä Biopirin kanssa, jonka biokaasulaitokselle Vehmaalle tullaan sijoittamaan lopullinen biometanointi-pilotyksikkö.

Doranovan konttimittakaavan laitteistokokonaisuuteen kuuluu biokaasureaktori, josta saatua rejektiä on käytetty reaktorissa tuotetun biokaasun ex-situ metanointireaktorissa ravinnelähteenä. Biokaasun metanointiin on testattu sekä puukaasua simuloivaa tuoteseoskaasua että puhdasta pullovetyä. Biometanointia tehdään täytekappaleilla varustetussa Trickle-bed tyyppisessä reaktorissa (TBR), tilavuudeltaan 1 m3.

Biometanoinnin koeajot käyntiin Vehmaalla

Biopirin biokaasulaitoksen yhteyteen Vehmaalle sijoitettu Doranovan biometanointiyksikkö on valmistunut ja koeajot ovat alkamassa lokakuussa 2023. Reaktoritilavuus on kasvanut konttimittakaavasta noin viisinkertaiseksi. Puukaasua ei ole käytettävissä, joten biometanointitestien toteutus aloitetaan vetykaasun avulla.

Loppusyksyn ja alkutalven poikkeuksellisen kylmät olosuhteet ja siitä aiheutuneet, kuin myös muut alkuvaiheen tekniikkaongelmat ovat tuoneet haasteita biometanoinnin koetoiminnalle Vehmaalla, ja yhtenäiset testijaksot ovat jääneet suunniteltua lyhyemmiksi. Ensimmäiset tulokset loppuvuodelta 2023 kuitenkin jo osoittavat, että prosessi toimii ja ainakin hetkellisesti on saavutettu korkeita metaanipitoisuuksia, n. 80-90 %. Koetoiminta keskeytetään kylmimmän talven ajaksi. Biometanointikokeita jatketaan Vehmaalla maaliskuussa 2024.

Pyrolysointi-kaasutuslaitteisto valmistumassa

Xylo Gas Oy:n pyrolysointi-kaasutusyksikkö alkaa olla automatisointiviimeistelyjä vailla valmis starttaamaan ensimmäisiin koeajoihin tammikuussa 2024.

Biometanoinnin koeajot jatkuvat Vehmaalla

Kevätauringon lämmön myötä Doranovan biometanointikoeajoja on päästy jatkamaan Vehmaalla (maalis-huhtikuu 2024). Nyt onnistuttiin toteuttamaan yhtenäisempää prosessiajoa verrattuna syksyn ja alkutalven tilanteeseen. Ulostuleva kaasu sisältää jonkin verran ylijäämävetyä, mutta kun tämän vaikutus jätetään huomiotta niin päästään metaanipitoisuudessa yli 90 %:n (kuvaaja).

Kuvaaja esittää Biopirin biokaasulaitokselta tulevan biokaasun ja sen biometanoinnin tuloksena saatavan tuotekaasun metaani- ja hiilidioksidipitoisuuksien erot.

Pyrolysointi-kaasutuskokeet käyntiin Inkoossa

Xylo Gas:n pyrolyysi-kaasutusyksikkö, polttoaineteholtaan 1 MW, saatiin vihdoin, ja juuri vielä hankeajan puitteissa startattua. Ensimmäiset koeajot näytteenottoineen ja mittauksineen ovat käynnistyneet Västankvarnin tilalla Inkoossa 19.4.2024.

Xylo Gasin koeajoissa saavutetaan erinomaisen hyvälaatuista synteesikaasua, joka on tervatonta ja jossa on korkea, yli 50 %:n vetypitoisuus. Korkealaatuisen kaasun lisäksi saadaan korkean hiilipitoisuuden (91-95 %) omaavaa biohiiltä.

Lupaavia tuloksia jatkokehittelyä varten

Xylo Gas:n pyrolysointi-kaasutuskoeajoen tulosten pohjalta laadittu koostekuva biohiilen ja synteesikaasun tuotannosta:

Hankkeen päättyessä (31.5.2024) voidaan onnistuneiden koeajojen pohjalta todeta, että puun pyrolysointi-kaasutusprosessilla saatiin tuotettua lupaava synteesikaasu biokaasun metanointiin, mikä on Wood2Biogas-konseptin perusajatus. Tämän synteesikaasun käyttöä ei ehditty hankkeen puitteissa testaamaan, mutta sitä simuloineen vetykaasun käyttöön perustuvan biometanoinnin tulokset olivat myös lupaavia. Hankkeessa saatiin merkittäviä tuloksia ja testatut osakokonaisuudet saatiin toimimaan teknisesti onnistuneesti.

Hanke päättyy, kehitystyö kohti kaupallistamista jatkuu!

Materiaalit

Hankkeen tuloskooste

Avaa hankkeen tuloskooste tästä

Maataloustieteen päivät 2024, poster

Tiedotteet

Uusi biokaasun tuotantotapa tavoittelee hiilinegatiivisuutta
Tiedote 5.4.2022

Ajankohtaista

Digimaatalous Webikahvit

Wood2Biogas on mukana Työtehoseuran järjestämillä DigiMaatalous webikahveilla 25.10.2023 oli aiheena Biokaasutuotannon uudet teknologiat.

Ohjelma:
13:00 Tervetuloa
13:05 Puukaasutus ja metanointi biokaasun tuotantoa kasvattamassa, Milla Salmela, Hämeen ammattikorkeakoulu HAMK
13:25 Metanoinnin kannattavuus maatilamittakaavassa, Mauno Harju, Jyväskylän ammattikorkeakoulu JAMK
13:45 Prosessiin tehoa optimoinnilla – ennustava malli rakenteilla, Petri Österberg, Oulun yliopisto
14:05 Mitä uudet teknologiat merkitsevät alan näkymille?, Antti Myllärinen, Doranova Oy

Wood2Biogas mukana KoneAgriassa

Wood2Biogas mukana KoneAgriassa Tampereen Messukeskuksessa Maaseutuverkoston Innovaatiotorilla (0sast0 C101) 12.-14.10.2023. Osastolla on mahdollista tutustua biometanointilaitteistoon. Hankkeen puheenvuoro Innovaatiotorin lavalla lauantaina 14.10. klo 11.00.
Lisätiedot tapahtumasta.

Lehtiartikkeli

Fredrik Ek bygger anläggning där träflis ska brännas nästan helt utan utsläpp Wood2Biogas -projektissa Xylo Gas Oy:n ja SLF:n edustajana mukana oleva Fredrik Ek kertoo puukaasuttimesta ja sen kehitystyöstä. YLE Svenskan lehtijuttu 15.3.2023.