Biokaasua ja biometaania maatiloilta (BioKaMa)

Lue uusimmat näkökulmat biokaasun tuotantoon ja käytön edistämiseen.

Kestävää energiaa biokaasusta, Mäenpää Simo

Vaihtoehtojen puntarointi fossiilisille käyttövoimille, Imppola Ritva

Kirjoittaja: Ritva Imppola, Oulun ammattikorkeakoulu, luonnonvara-ala, BioKaMa -hanke

Maailma on todellisessa kaaoksessa. Kukaan ei osaa kertoa millaiseen aamuun heräämme kahden viikon kuluttua. Kuitenkin sen tiedämme, että energiantuotanto tulee kokemaan rajuja muutoksia. Energiatuotannon omavaraisuus kaikilla tasoilla on nyt yhtäkkiä arvokkaampaa kuin kuukausi sitten osasimme aavistaa.

Kaikki keinot tullaan ottamaan käyttöön ja biokaasun tuotanto ja hyödyntäminen on yksi niistä. 

Nyt tarvitaan yhteistä tahtoa ja yhteistyötä pitkään mietittyjen suunnitelmien toteuttamiseksi.

Kirjoittaja: Tapio Kyngäs, Koulutuskuntayhtymä OSAO, Haukiputaan yksikkö 

BioKaMa-hankkeen osa-alueet määritettiin hanketta suunniteltaessa. Yksi näistä alueista oli kaasulla toimivan traktorin muuntaminen tavallisesta dieselkäyttöisestä maataloustraktorista. Kuningasajatus oli tutkia, mitkä mahdollisuudet teknisesti ja taloudellisesti on muuttaa maatilalla jo olemassa oleva traktori toimimaan kaasulla. Näitä konversioita on jo jonkin verran olemassa ja monilla traktorinvalmistajilla on tarjolla kaasukäyttöisiä traktoreita.

Muutoslupahakemus on Traficomin käsittelyssä, mielenkiintoista on nähdä, minkä kannan Trafi ottaa asiaan. (Ajoneuvolaki 143§) Traktorille ei ole olemassa kansallista ohjeistusta rakennemuutoksen  muutoksen suhteen ja näinollen on kaksi vaihtoehtoa: a) Osoittaa EU-säännösten täyttyminen b) Liikenne- ja viestintäministeriön (Traficom) poikkeamislupa. Luvan hakeminen maksaa 380 € riippumatta siitä, onko päätös myönteinen vai kielteinen. Palataan lupahakemukseen sitten, kun Traficomin päätös saapuu.

BioKaMa projekti alkoi miltei samanaikaisesti koronapandemian kanssa. Korona vaikutti tähänkin asiaan, niin kuin moneen muuhunkin. Konversiossa tarvittavia osia valmistetaan paljon Italiassa, jota korona-aalto on erityisesti runnellut. Niinpä kun projektin alkuvaiheessa tiedusteltiin konversiossa tarvittavia osia, vastaus oli: ”kunhan italiassa saadaan taas sorvit pyörimään” neuvotellaan asiasta lisää.

Syksyllä 2021 osille löytyi  kuitenkin uusi Puolalainen toimittaja Stag, joka pystyi toimittamaan konversiossa tarvittavat osat. (www.stag.pl) Osat välitti Oulun Kellossa toimiva Holstinmäen Autohuolto Oy, joka on maanlaajuisen TerraGas ketjun paikallinen edustaja. (www.holstinmäenautohuolto.com) Toimittaja oli myös TerraGas ketjulle uusi kumppani, nyttemmin he ovat asentaneen kyseisen yrityksen valmistamia muunnossarjoja useampaan ajoneuvoon. (www.terragas.fi) Muunnosprojektia tehdään yhteistyössä Holstinmäen Autohuollon kanssa.

Kuva 1. Konversiossa tarvittavat osat.

Syksyn ohjelmaan kuului myös konversioon sopivan traktorin hankinta. Sen sijoituspaikaksi tulee OSAOn Muhoksella toimiva maatila. Teholuokaltaan koneen tulisi olla n. 150 hv ja kokoluokka maatilan yleiskäyttöön soveltuva, keskikokoinen traktori.

Useiden vaiheiden jälkeen päädyttiin ostamaan vuosimallia 2014 oleva New Holland T6.140. Koneella on ajettu n. 3500 tuntia, joten koneella on edessään vielä paljon työvuosia.

Kuva2. Traktori ennen konversiota.                                      Kuva:Tapio Kyngäs

Biokaasu on 100% uusiutuva polttoaine ja sitä on mahdollista tuottaa myös maatilalla. Biokaasu sisältää pääasiassa metaania ja hiilidioksidia.

Yleisiä kysymyksiä puhuttaessa konversiosta on:

a)       Kaasun kulutus

Kaasun kulutusta tutkitaan traktorin valmistuttua ajoon. Yleensäottaen käyttäjäkokemukset ovat olleet positiivisia myös kulutuslukemien suhteen. Muistettava on, että tällainen konversoitu kone kuluttaa hieman myös dieseliä, kokemusperäisesti 20-50 %. Dieselin kulutukseen vaikuttaa suuresti, minkä tyyppinen dieselin suihkutuslaitteisto koneessa on ja kuinka sen suihkutusmäärää voidaan säätää. Konversoitu kone tarvitsee dieseliä kaasun syttymiseen. (On olemassa myös tehtaan tekemiä dual-fuel koneita.)

b)      Moottorin teho

Biokaasuun energiasisältö on hyvä ja useiden biokaasukoneilla ajaneiden mielipide on, että koneen tehot eivät ainakaan laske biokaasulla ajettaessa. Joidenkin mielestä vääntömomentti on parempi biokaasulla kuin dieselillä ajettaessa. Tämän projektin aikana on tarkoitus vertailla konversiotraktorin ominaisuuksia eri ajettaessa joko dieselillä tai biokaasulla. Peruskokeita on jo tehty ennen muutostöitä. Kone lastattiin maksimi kuormaan mursketta ja tutkittiin sen nousukykyä tietyllä mäen profiililla. Tätä samaa mäkeä on tarkoitus käyttää vertailupohjana myös myöhemmissä vertailuissa.

c)       Muunnostyön hinta

Muunnostyössä suurta osaa näyttelee kaasusäiliöiden sijoittaminen. Näinkin uudessa traktorissa kuin kohdekoneemme on, on jo ad-blue laitteisto Euro 6 normit täyttävä moottori. Sen ad-blue säiliö ja pakokaasujen puhdistusjärjestelmä vievät tilaa koneen rungon viereltä, johon muuten olisi mahdollista sijoittaa säiliöt. Tämän koneen tapauksessa säiliöille rakennettiin kokonaan oma runko, jonka avulla ne pystyttiin sijoittamaan ohjaamon yläpuolelle rasittamatta ohjaamon alkuperäisiä rakenteita. Yksi paikka säiliöiden sijoittamiselle olisi koneen etupuoli, mutta se rajoittaa etukuormaajan asentamista koneeseen.

Kuva 3. Kaasusäiliöille rakennettu koneen runko koneen takaosassa. Kuva: Tapio Kyngäs

d)      Kaasun saatavuus

Kaasun saatavuus maatilalle, jolla ei ole omaa biokaasun tuotantoa on ongelma. Paineistetun biokaasun kuljettaminen on varsin tehotonta, 15 000 kg painoisella kontilla voidaan kuljettaa 3000 kg kaasua. Tämä johtuu korkeasta paineesta säiliöiden sisällä, paine on n. 200 bar ja kontit joudutaan rakentamaan paine huomioon ottaen. Käytännössä kontin sisällä on paljon samanlaisia säiliöitä, joita käytetään myös ajoneuvoissa. Biokaasu tankkausasemia on suhteellisen harvassa ja sellaista ei osu monenkaan maatilan lähialueelle.

Seuraavassa kuvasarjassa esitetään mitä kaikkea traktoriin tarvitsee muunnostyössä asentaa.

Kuva 4. Traktoriin asennettavat kaasusäiliöt. Vesitilavuus 115 litraa, kaasua yhteen säiliöön mahtuu 18,4 kg. Säiliön halkaisia on 358 mm ja pituus 1200 mm . 18,4 kg Biokaasua vastaa n. 29 l bensiiniä, dieseliin verrattuna luku on hieman suurempi dieselin eduksi. Säiliöt sijoitetaan koneen katon yläpuolelle, oman rungon varaan. Kuva: Tapio Kyngäs.

Kuva 5. Tankkausliitin. Tankkausliitin sijoitetaan näkyvään paikkaan. Kaasun tankkaaminen kestää ajallisesti hieman kauemmin kuin nestemäisen polttoaineen. On olemassa vaara, että liitin unohtuu paikoilleen ajamaan lähdettäessä ja tankkaus asema tai ajoneuvo vaurioituu. Monissa autoissa tankkausliitin on asennettu konepellin alle. Kuva: Tapio Kyngäs.

Kuva 6. Paineensäädin. Paineensäädin alentaa 200 bar pullopaineen sopivaksi suihkutettavaksi moottoriin. . Siihen on johdettu moottorin jäähdytysnestelinja jotta kaasua saadaan lämmitettyä ennen imusarjaan suihkutusta. Kuva: Tapio Kyngäs.

Kuva 7. Paineensäätimeltä kaasu johdetaan kaasun jakotukille. Jakotukissa sijaitsee magneettiventtiilit, jokaiselle sylinterille omansa. Kuvassa näkyvät myös suihkutussuuttimet, jotka sijoitetaan moottorin imusarjaan tai imuputkeen. Kuva: Tapio Kyngäs.

Kuva 8. Nakutusanturi. Nakutusanturi sijoitetaan moottorin sylinterilohkon keskivaiheille. Sen tehtävä on antaa ohjainlaitteelle tietoa palamistapahtumasta. Kuva: Tapio Kyngäs.

Kuva 9. Pakokaasujen lämpötila-anturi. Lämpötila-anturi sijoitetaan pakoputkistoon mahdollisimman lähelle pakosarjaa/turboa. Se antaa tietoa ohjainlaitteelle pakokaasujen lämpötilasta eli sitä kautta palamistapahtumasta. Jos esim. suutin vioittuu ja antaa liian paljon kaasua saa ohjainlaite siitä tiedon lämpötila-anturin kautta. Kuva: Tapio Kyngäs.

Kuva 10. ECU eli ohjainlaite. Kaasujärjestelmälle asennetaan oma ohjainlaitteensa, joka saa tietoa eri antureilta ja säätää anturitietojen mukaan kaasun suihkutusmäärää. Omien antureiden lisäksi ECU saa tietoa muutamilta koneen omilta antureilta. Jos konvertoitava kone on varustettu nk. mekaanisella syöttöpumpulla, joudutaan koneeseen asentamaan muutamia lisäantureita. Mm. pyörimisnopeus, lämpötila ja kaasupolkimen asentoanturi. Kuva: Tapio Kyngäs.

Kuva11. Kalvoventtiili. Kuva: Tapio Kyngäs.

Traktorimuunnoksen blogisarjalle tulee jatkoa, kun muunnostyö etenee. Pysy kuulolla.

Kirjoittaja: Ritva Imppola, Oulun ammattikorkeakoulu, luonnonvara-ala, BioKaMa -hanke 

Tänään on hyvä päivä kirjoittaa blogia biokaasusta. Juuri tulleen tiedon mukaan Vuorenmaan tilalta Haapavedellä täytetään vastedes maitoauton tankkeihin sekä biokaasua että maitoa. Maito noudetaan tilalta H. Vähäaho Oy:n uudella maitoautolla ja samalla auton polttoaineeksi tankataan tilalla tuotettua biokaasua. Kätevää.

Biokaasu on kotimainen ja uusiutuva energialähde, jota voidaan käyttää energiatuotantoon ja puhdistettuna liikenteen polttoaineena. Suomessa biokaasun liikennekäyttö on pitkään ollut pienimuotoista, mutta nyt kaasuautojen rekisteröinti on nousussa ja vuonna 2021 ylitettiin 14 000 kaasuajoneuvon määrä. Tätä on vauhdittanut biokaasun tankkausasemaverkoston laajeneminen. Biokaasua voi tankata nyt yli 60 asemalla. Tällä hetkellä pohjoisin kaasutankkausasema Suomessa on Oulussa, mutta suunnitelmia uusien kaasutankkausasemien perustamiselle myös Lappiin on tehty. Etelä-Suomessa tankkausasemista ei ole enää puutetta, joskin lisää vielä mahtuu.

Suurin osa kaasuajoneuvoista on henkilöautoja, mutta myös raskaassa liikenteessä teillä kulkee yhä enemmän kaasukäyttöisiä rekkoja, linja-autoja, pakettiautoja ja jäteautoja. Liikennekäytön lisäksi biokaasua voisi käyttää myös traktoreissa ja työkoneissa. Ympäristön kannalta biokaasun käyttöön siirtyminen liikenteessä ja myös energiantuotannossa öljyä korvaavana vähentää merkittävästi kasvihuonekaasupäästöjä. Bensiiniin verrattuna biokaasun kasvihuonekaasupäästöt ovat n. 85 % pienemmät.

Biokaasun positiiviset ympäristövaikutukset eivät rajoitu pelkästään liikennekäyttöön, vaan biokaasun tuotanto on kiertotaloutta parhaimmillaan. Maatilan yhteydessä olevassa biokaasulaitoksessa raaka-aineena käytetään pääosin lantaa ja ylijäänyttä nurmirehua, mutta raaka-aineeksi soveltuvat lukuisat muut orgaaniset raaka-aineet. Biokaasulaitoksen läpikäynyt raaka-aine, jäännös, on oivallista lannoitetta pelloille. Sen ravinteet ovat muuttuneet käsittelyssä kasveille helpommin hyödynnettäviksi, rikkojen itävyys ja kasvitaudinaiheuttajat ovat lähes hävinneet. Biokaasulaitoksen jäännös korvaa tuontilannoitteita ja vähentää lannoitekuluja maatilalla.

Suomalaiset maatilat ovat avainasemassa biokaasun tuotannon kasvun moottoreina. Maatiloilla on potentiaalia nykyistä paljon laajempaan biokaasun tuotantoon ja hyödyntämiseen. Etenkin kasvava biometaanin käyttö liikenteessä tuo mahdollisuuksia maaseudun yrityksille, kuten Vuorenmaan tilalla nyt nähdään. Tilojen yhteydessä olevia tankkausasemia mielellään näkisi jatkossa tiheämmässäkin. Vuorenmaan tila Haapavedellä toimii hienona esimerkkinä siitä, kuinka ennakkoluulottomuudella, sitkeällä työllä, yritysten välisellä yhteistyöllä ja luottamuksella rakennetaan pala palalta kestävää maaseutua ja yhteiskuntaa.

 Vuorenmaan tilan tankkausasema. Kuva: Simo Mäenpää