TEKNOLOGIAJoustaakokattila?Jotta bioenergian laajamittainenhyödyntäminen voimalaitoksissamahdollistuu, vaaditaan olemassaolevaan kattilatekniikkaan soveltuviabiopolttoaineita. Uusia vaihtoehtojaovat biohiili ja kaasutettu biomassa.Teksti julia kristensen Kuva TOPI SAARIPohjoismaissa biopolttoaineitaonhyödynnetty jovuosikymmeniä teollisessakäytössä, kunmetsäteollisuuden sivutuotteetovat voimalaitoksissa jalostuneetenergiaksi ja lämmöksi. Täälläbiomassa on metsien ansiostaluonteva osa myös EU:n asettamiatavoitteita uusiutuvan energiankäytön lisäämisessä.Suurissa käyttökohteissabiopolttoaineiden osuuden merkittävässäkasvattamisessa onkuitenkin omat haasteensa, jotkatiivistyvät kahteen kysymykseen:miten nykyisten kattiloidenbiopolttoaineiden käyttökykyävoidaan lisätä ja miten taataanbiopolttoaineiden jatkuva jatasainen saatavuus?Kattilan tekniikka säätelee sitä,millaisia biopolttoaineita voimalaitoksessavoidaan käyttää jamiten suuren osan polttoaineestane voivat kattaa.– Lähtökohtaisesti biomassaon päästöjä ajatellen puhtaampaakuin fossiiliset polttoaineet,mutta biopolttoaineissa on klooriaja alkalimetalleja, jotka vaikuttavatkattilan likaantumiseen.Kattilan tekniikasta riippuu,miten suuri osa polttoaineestavoidaan korvata biopolttoaineillakäytettävyyttä vaarantamatta,teknologiajohtaja Satu HelynenVTT:ltä sanoo.– Valtaosa suurten voimalaitostenkattiloista on Suomessaja muualla Euroopassahiilipölykattiloita, joissa voidaankäyttää joko korkealaatuistabiopolttoainetta kutenPolttokattilatovat vuosikymmenteninvestointeja.metsäteollisuuden sivutuotteistavalmistettuja pellettejä tai hyvinhienojakoista biopolttoainetta,esimerkiksi sahajauhoa tiettyynrajaan saakka seospolttoaineena.Sen sijaan etenkin sähkön ja lämmönyhteistuotantoon rakennetutleijupetikattilat soveltuvat joluontaisesti monipolttokäyttöön,hän jatkaa.Näissä kattiloissa yksi vaihtoehtoon käyttää turvetta seosaineena,mikä vähentää kattilankorroosiota estämällä esimerkiksimetsähakkeen kloorin kertymisenlämmönsiirtopinnoille.Turpeen käyttö ei kuitenkaanilmastonmuutoksen kannaltaole ongelmatonta, sillä turve onhitaasti uusiutuva energialähde.20 forte 3/2010
FORTUM TUTKII JA KEHITTÄÄLämpöä ja sähköä oliivinkivistäFortum etsii jatkuvasti keinoja lisätä biopolttoaineidenkäyttöä omissa voimalaitoksissaan ja on mukana kehittämässäteknologioita, jotka mahdollistavat biopolttoaineiden paremmanhyödyntämisen.– Tutkimme useampia vaihtoehtoja biopolttoaineiden osuudenkasvattamiseksi erilaisissa laitostyypeissä. Varsinkin suurissa sähkönja lämmön yhteistuotantolaitoksissa (CHP) monipolttoainekattiloidentarjoama joustavuus on tärkeää, kehitysjohtaja Jukka HeiskanenFortumin Heat-divisioonasta sanoo.– Pyrimme myös lisäämään tutkimusta uusilla markkinoilla, esimerkiksiPuolassa, ja yhdistämään näin paikallista osaamista omaankansainväliseen kokemukseemme. Lisäksi olemme mukana useissatutkimuslaitosten hankkeissa, hän jatkaa.Yksi kiinnostavimpia kokeiluja on tehty Ruotsissa VärtaninCHP-voimalaitoksessa, joka on samalla yksi Fortumin suurimmistalämmöntuotantolaitoksista. Värtanilla tavoitteena on lisätä biopolttoaineidenosuus asteittain 50 prosenttiin vuoteen 2015 mennessä. KunVärtaverketin muut laitosyksiköt uudistetaan käyttämään uusiutuviapolttoaineita, osuus nousee 70 prosenttiin.– Värtanin voimalaitoksella energiaa tuotetaan ns. kombiprosessissasekä höyry- että kaasuturbiineilla ja polttaminen on paineistettu.Polttoaine syötetään kattilaan eräänlaisena ”tahnana”, joka koostuuhiilestä, vedestä ja dolomiitista. Tuotantomenetelmä aiheuttaa suuriavaatimuksia biopolttoaineille: biopolttoaine on voitava sekoittaahiilitahnaan. Olemme kokeilleet erilaisia vesipakoisia biopolttoaineita,kuten ligniiniä ja oliivinkiviä, joista jälkimmäinen on toistaiseksi ainoakaupallinen biopolttoaineemme. Kuluvan vuoden aikana kokeilemmeligniinin eri laatuja, palmun hedelmien ytimen kuorta, biohiiltä jabioöljyä, tutkimus- ja kehityspäällikkö Eva-Katrin Lindman Fortumiltakertoo.Värtanille on suunniteltu myös uutta, kokonaan biopolttoaineellatoimivaa yksikköä, joka otettaisiin kaupalliseen käyttöön vuonna 2016.Koska kattilat ovat suuriainvestointeja, jotka kestävätkäytössä vuosikymmeniä, hiilipölykattiloillesoveltuvien biopolttoaineratkaisujenkehittäminen ontarpeen.Polttoaineen saatavuudenkannalta on sitä parempi, mitäjoustavammin voimalaitos voikäyttää erilaisia biopolttoaineita.Voimalaitoksissa bioenergianhyödyntäminen edellyttääkuitenkin myös suurten biomassamäärienkuljetuksen javarastoinnin ratkaisemista, jottavoidaan varmistaa tasainen polttoaineensaanti vuodenajoista taikausivaihteluista riippumatta.– Varastoitavuus on tärkeäominaisuus voimalaitoskäyttöönsoveltuvalle biopolttoaineelle.Esimerkiksi pelletin laatu ei kärsikuljetuksen aikana ja tiiviinäse on hyvin varastoitavissa.Ruotsissa pellettiä käytetäänrunsaasti voimalaitoksissa.Suurkäytössä pelletti voi sisältääenemmän epäpuhtauksia kuinkotitalouskäytössä, ja voimalaitostenpolttoaineena käytettyjenpellettien raaka-aineeksi sopivatesimerkiksi maatalouden sivutuotteet,Helynen kertoo.Mahdollisia, parhaillaan kehitettäviäratkaisuja sekä kattilantekniikkaan että kuljetukseenja varastointiin liittyviin kysymyksiinovat biohiili, biomassankaasutus tai biomassan jalostusbioöljyksi.– Biohiili syntyy paahtamallakuivattua puuta noin 250–300asteessa. Se on vielä pellettiäkintiiviimpi ja pelletin tavoin hyvinkuljetettavissa ja varastoitavissaoleva polttoaine, joka soveltuukäytettäväksi hiilikattiloissa.Vaihtoehtoisesti kiinteä biomassavoidaan kaasuttaa ja syöttäähiilikattilaan, tai kaasu voidaanpuhdistaa synteettiseksi maakaasuksi,joka voidaan siirtääkäyttöpaikkaan maakaasuputkeapitkin. Se soveltuu bioöljyn tavoinyhtä hyvin pieniin kuin suuriinvoimalaitoksiin. Kaasuttimetvoidaan sijoittaa lähelle biomassavarojamaakaasuverkon läheisyyteen,eikä kiinteää biomassaatarvitse kuljettaa voimalaitoksille,Helynen kertoo.Toistaiseksi Euroopassa ontoiminnassa muutamia biomassankaasuttimia hiilikattiloidenyhteydessä. Kaasutettua polttoainettasuoraan maakaasuverkkoonsyöttävää suurimittaistalaitosta ei sen sijaan vielä olekäytössä.– Biohiilen täysimittaisettuotantolaitokset ovat vastarakennusvaiheessa Euroopassa,mutta teknologisten riskien eipitäisi olla niin suuria, etteiköbiohiili voisi olla laajassa käytössävuonna 2020, Helynen arvioi.Tämä olisi juuri passelistiEU:n tavoitteisiin nähden.forte 3/2010 21