Bioenergiutredning. Teknik och lönsamhet samt tillgång till biomassa för biobaserad värme- och kraftvärmeproduktion i Pargas stads skärgårdsdelar

Transkript

1 Bioenergiutredning Teknik och lönsamhet samt tillgång till biomassa för biobaserad värme- och kraftvärmeproduktion i Pargas stads skärgårdsdelar Anders Bäckman Pargas 2014

2 Förord Intresset för bioenergi har ökat starkt under senare tid. Den miljövänliga bioenergin är ett intressant alternativ inte minst på landsbygden där skogsägare och lantbrukare därmed får användning för restprodukter som annars skulle gå till spillo. Även inom EU satsar man starkt på bioenergi, i strukturfonderna för perioden är den koldioxidsnåla ekonomin ett genomgående tema. Man betonar en övergång från en ekonomi baserad på fossila råvaror till en resurseffektivare ekonomi grundad på förnyelsebara råvaror och en hållbar användning av ekosystemtjänster. Denna utredning har gjorts på imitativ av Pargas stads näringslivstjänster för att utreda förutsättningarna för bioenergi i stadens skärgårdsdelar. Den är gjord i samarbete med EETU projektet, ett EU-finansierat projekt som har som målsättning att ge rådgivning åt företagare och samfund i energifrågor via ett nätverk av energirådgivare i Egentliga Finland. 1

3 Innehållsförteckning 1 Introduktion Om utredningen Speciella utmaningar 7 1.3Allmänt om Bioenergi Bioenergi i Pargas stad idag 8 2 Tidigare Bioenergiutredningar Nagu Kyrkbacken år Kyrkbacken år Korpo Utredningen för Korpo Kyrkby Utredningen för området Stenbrink-Kviståker Houtskär Utredningen för Träsk skola Utredningen för Klemetsåker Utredningen för Houtskärs folkhögskola 11 3 Förbehandling av biomassa för utvinning av bioenergi Mekanisk behandling Termisk behandling dvs. värmebehandling Förgasning Fermentering dvs. biologisk behandling Biogas Rötrest Substrat för biogas Kemisk behandling av biomassa Förestring av biologiska oljor 20 2

4 4 Tekniker för värme- samt kraftvärmeproduktion Värmeproduktion i panna ORC(Organic Ranking Cycle) Varmluftsturbin Stirlingmotor Mikroturbin Diesel/gas-motor Ångmotor Bränsleceller 26 5 Lagar och bestämmelser som reglerar produktionen av bioenergi Bestämmelser om avfallsförbränning Hygienisering av avfall för biogasproduktion Tariffsystem Tariffer och premier för el- och värmeproduktion med biogas Tariffer kraftvärmeproduktion med trä som råvara Investeringsstöd år Typer av tillgänglig biomassa och hur bioenergi kan utvinnas ur dem Bioavfall från restauranger och enskilda hushåll Biomassa ur avloppssystem Avlopsslam Svartvatten Vass Torv Trä Halm från spannmålsodling Vallodling Övriga jordbruksrester Potatis och sockerbeta 40 3

5 6.8.2 Växthus och bärodling Gödsel Slaktrester och självdöda djur Fiskrester 42 7 Lönsamhetsberäkningar Lönsamhet för biogas Biogas med spannmålshalm som substrat Biogas med kogödsel som substrat Lönsamhet för värmepannor Lönsamhet för ORC-anläggningar Lönsamheten för varmluftsturbiner Lönsamhet för mikroturbiner Lönsamhet för gasmotorer 49 8 Sammanfattning och Slutsatser Slutsatser för de enskilda typfallen Typfall 1: Nagu Kyrkby Typfall 2: Korpo Kyrkby Typfall 3: Stenbrink-Kviståker Typfall 4: Träsk skola Typfall 5: Klemetsgård Typfall 6: Houtskärs folkhögskola 54 4

6 Bilagor 56 BILAGA 1 Lönsamhetskalkyl för Tallbotts BG 100 varmluftturbin 56 BILAGA 2 Lönsamhetskalkyl för Stirlingmotorer 57 BILAGA 3 Lönsamhetskalkyler för mikroturbiner för de olika typfallen 58 BILAGA 4 Lönsamhetskalkyler för Gasmotorer för de olika typfallen 61 BILAGA 5 Lönsamhetskalkyler för ORC-anläggningar 64 BILAGA 6 Lönsamhet för värmepannor 71 BILAGA 7 Kalkyler för biogas 77 Referenser 79 Lista på bilder Bild1 Motströmsförgasare 15 Bild 2 Medströmsförgasare 16 Bild 3 Processen för biogasbildning 17 Bild 4 Processen för biogastillverkning och förädling 18 Bild 5 Flisbaserad värmecentral i Klemetsgård på Houtskär 22 Lista på tabeller Tabell 1 Tidigare Bioenergiutredningar 9 Tabell 2 Gas- och energipotential för avloppsslam i skärgården 32 Tabell 3 Gas- och energipotential för Svartvatten i skärgården 32 Tabell 4. Mängden vass och dess energipotential vid förbränning 33 Tabell 5 Kostnad för vinterskörd av vass 33 Tabell 6 Metan- och energipotential vid våtrötning av vass 34 Tabell 7 Metan- och energipotential vid torrötning av vass 34 Tabell 8 Uppskattning av odlingsarealer för halm 37 5

7 Tabell 9 Uppskattning för halmskörden kommundelsvis 37 Tabell 10 Uppskattning för restproduktspotentialen för halm kommundelsvis 37 Tabell 11 Uppskattning för biogaspotentialen för halm kommundelsvis 38 Tabell 12 Uppskattning för energipotentialen vid förbränning för halm kommundelsvis 38 Tabell 13 Åkerareal, skördepotential och energipotential för vallodling 39 Tabell 14 Uppskattning av mängden kor och höns kommundelsvis 41 Tabell 15 Uppskattning av mängden hästar och ponnyhästar kommundelsvis 41 Tabell 16 Uppskattning av metan- och energipotential för djurgödsel kommundelsvis 41 Tabell 17 Typfall för lönsamhetsberäkningar 44 Tabell 18 Lönsamhetsberäkningar för biogas baserad på kogödsel för typfall Tabell 19 Lönsamhetsberäkningar för värmepannor med halm som bränsle för typfall Tabell 20 Lönsamhetsberäkningar för värmepannor med trä som bränsle 46 Tabell 21 Lönsamhet för ORC med trä som bränsle 46 Tabell 22 Lönsamhet för ORC med halm som bränsle 47 Tabell 23 Lönsamhet för mikroturbiner 48 Tabell 24 Lönsamhet för gasmotorer 49 Tabell 25 Nyckeltal för lönsamhet för Typfall 1 51 Tabell 26 Nyckeltal för lönsamhet för Typfall 2 52 Tabell 27 Nyckeltal för lönsamhet för Typfall 3 52 Tabell 28 Nyckeltal för lönsamhet för Typfall 4 53 Tabell 29 Nyckeltal för lönsamhet för Typfall 5 54 Tabell 30 Nyckeltal för lönsamhet för Typfall

8 1 Introduktion 1.1 Inledning Bioenergi har blivit aktuellt på senare år pga. stigande olje- och energipriser. Detta har gjort att många lösningar baserade på biobränslen som tidigare inte har varit ekonomiskt konkurrenskraftiga nu är det. Energi- och oljepriserna förväntas stiga i framtiden, vilket också kan ses som en orsak att utreda lönsamheten för olika bioenergilösningar. Att bioenergilösningar har fått större ekonomisk konkurrenskraft har också gjort att den till dem relaterade tekniken har utvecklats och kommersialiserats. Också detta har gjort det motiverat att utreda lönsamheten för olika bioenergilösningar. Syftet med denna utredning är att utreda förutsättningarna för värmeproduktion samt kraftvärmeproduktion centralt, dvs. för flera än ett hushåll. I utredningen har en uppskattning för mängden potentiella råvaror och en översikt över för ändamålet lämpliga tekniker gjorts. Både tekniska och ekonomiska aspekter samt lagstiftningens inverkan på verksamheten och villkor för utbetalning av olika stöd har beaktats. På basis av detta har olika bränslens och teknikers lämplighet för olika behov i skärgården bedömts. Tidigare utredningar för fjärrvärme i kommunens skärgårdsdelar har använts som typfall för olika scenariers lönsamhet och resultaten för dem torde kunna ses som riktgivande för andra liknande fall. Detta är en förstudie, vilket innebär att den ger en grov uppskattning av ämnesområdet som studien behandlar. Det kan finnas betydande felkällor och de numeriska resultaten kan kasta tiotals procent. Då data till studien har samlats in från många olika källor av varierande ålder är de heller inte helt jämförbara inbördes. Studiens ändamål är att ge en överblick över området det behandlar och att ge riktlinjer för fokus på kommande mera detaljerade studier. Detta är heller ingen vetenskaplig studie, utan har formen av en konsultrapport. Detta har möjliggjort bortlämnande av referenser i sådana fall där de har ansetts som oviktiga eller störande för läsupplevelsen. Det har också varit ett medvetet val att välja denna form för att kunna lämna bort t.ex. namn på personer med vilka inofficiella samtal har förts från listan på referenser. 1.2 Speciella utmaningar Skärgården är unik på många sätt, med vilket följer många möjligheter, men också utmaningar. I skärgården är den mesta verksamheten småskalig och samhällsstrukturen splittrad. Transportsträckorna är ofta långa och kommunikationerna är sämre än på fastlandet. Detta medför att många frågor ofta måste lösas lokalt med lokalt tillgängliga resurser. Detta gäller till stor del också energiförsörjningen. 7

9 1.3 Allmänt om Bioenergi Bioenergi är energi som baserar sig på biomassa. Bioenergi är inte synonymt med miljövänlig energi eller ekologiskt hållbara energilösningar då t.ex. vindenergi och jordvärme inte betraktas som bioenergi och då användning av torv som energikälla kan anses som skadligt för miljön. Bioenergilösningar kan användas för produktion av el, värme eller drivmedel. Då energin utvinns sker alltid en förbränning av biomassan. Detta innebär att elproduktion baserad på biomassa inte är möjligt utan att man samtidigt producerar värme, även om man i vissa fall kan välja att inte utnyttja värmen. Därför används biomassa ofta till kombinerad el- och värmeproduktion, även om också produktion av enbart värme är allmänt förekommande. Kombinerad el och värmeproduktion kallas för CHP-(Combined Heat and Power Production) produktion eller för kraftvärmeproduktion. Före förbränningen har biomassan i allmänhet förbehandlats antingen mekaniskt, termiskt dvs. värmehandlats, fermenterats dvs. behandlats av bakterier, eller behandlats kemiskt. Typiska källor för biobränslen är trä och andra rester från skogsbruk, jordbruksrester, energigrödor, avföring från boskapsdjur, biomassa från avloppssystem, bioavfall från enskilda hushåll och restauranger samt rester från livsmedelsindustrin. (U. S. Environmental Protection Agency 2007) Förutom dessa har även möjligheten att utvinna bioenergi ur slaktrester, rester från fiske och fiskodling, pälsodling samt vass och torv studerats i utredningen. 1.4 Bioenergi i Pargas stad idag I dagens läge baserar sig utvinning av bioenergi i Pargas stad huvudsakligen på förbränning av träflis. Pargas fjärrvärme har en biovärmecentral i Lövnäs med en flispanna med effekten 8 MW för värmeproduktion och en till flispanna med effekten 4 MW byggs där som bäst. Det finns också mindre flisvärmepannor som producerar närvärme vid Träsk skola och Klemetsåker på Houtskär. Fettet från fiskrenseriet på Lyckans fisk på Iniö transporteras till Nystad där det används till att producera biodiesel. 8

10 2 Tidigare Bioenergiutredningar Det har gjorts ett antal tidigare utredningar för olika bioenergialternativ för produktion av näroch fjärrvärme genom förbränning av träflis på Nagu, Korpo och Houtskär. Dessa har använts som grund för denna utredning när det gäller energi och effektbehov samt längd på värmenätverk osv. Dessa studier kan också ses som typfall för andra liknande platser. Här följer en kort genomgång av de tidigare studierna. Data om dem finns också sammanställt i tabell 1. Tabell 1. Tidigare Bioenergiutredningar Utredning Värmeenergibehov MWh Effektbehov MW Längd på värmenätverk m Nagu , Nagu , Korpo Kyrkby 957 0, Stenbrink-Kviståker 563 0, Träsk Skola 225 0,185 0 Klemetsgård 563 0, Houtskärs Folkhögskola 448 0, Nagu För Nagu kyrkbacke har två studier gjorts. Den första gjordes av Nagu kommun år 2005 och den andra gjordes av Väståbolands stad i samarbete med kustens skogscentral år Efter detta har några av fastigheterna skaffat jordvärme, vilket sänker energibehovet om ersättande fastigheter inte kopplas in Kyrkbacken år 2005 Utredningen är gjord för ett område med det totala årliga värmebehovet 3447 kwh och effektbehovet 1520 kw. I utredningen föreslogs anskaffandet av en flispanna med effekten 0,8 MW, samt en oljepanna för värmeproduktion då värmekonsumtionen är som högst. Längden på värmenätverket uppskattades till 3447 m Kyrkbacken år 2011 Utredningen är gjord för ett område med det totala årliga värmebehovet 3461 kwh och effektbehovet 1473 kw. I Utredningen föreslogs anskaffandet av en flispanna med effekten 1 MW, samt en oljepanna för värmeproduktion då värmekonsumtionen är som högst. Längden på värmenätverket uppskattades till 3200 m. 9

11 2.2 Korpo För Korpo Kyrkby har en studie gjorts år 2012 av Pargas stad i samarbete med kustens skogscentral. Därtill har en studie för närvärme i området Stenbrink-Kviståker gjorts. Utredningen för Området Stenbrink-Kviståker har gjorts av BioEnergy Team Finland Oy år Utredningen för Korpo Kyrkby Utredningen är gjord för ett område i kyrkbyn som också innefattar Stenbrink och Kviståker som en tidigare utredning gjordes om Utredningen är gjord för ett område med det totala årliga värmebehovet 957 kwh och effektbehovet 407 kw. I utredningen gjordes uppskattningen att ca 700 m värmekulvert behövdes Utredningen för området Stenbrink-Kviståker Det totals beräknade årliga värmeenergibehovet var 323 MWh för Stenbrink och 240 MWh för Kviståker dvs. totalt 563 MWh. Effektbehovet för Stenbrink var 186 kw och effektbehovet för Kviståker var 119 kw. Sammanlagt var effektbehovet 305 kw. Enligt undersökningen fanns behov att bygga en värmeledning på 150 m från värmecentralen. 2.3 Houtskär På Houtskär har utredningar för närvärme gjorts för Träsk skola, Klemetsåker och för Houtskärs folkhögskola. Samtliga dessa har gjorts av BioEnergy Team Finland Oy år I dagens läge drivs flispannor av Pargas stad vid Träsk skola och Klemetsåker Utredningen för Träsk skola Enligt utredningen var det totala årliga värmebehovet 225 MWh och effektbehovet 185 kw. Inget värmenätverk har räknats med i kalkylen då alla fastigheterna vid Träsk skola ligger såpass nära varandra. Efter utredningen har en flispanna byggts på platsen Utredningen för Klemetsåker Det totals beräknade årliga värmeenergibehovet är 353 MWh för Fridhem och 115 MWh för Ängeshuset dvs. totalt 563 MWh. Effektbehovet för Fridhem är 173 kw och effektbehovet för Ängeshuset är 45 kw. Det Sammanlagt är effektbehovet är 218 kw. Enligt undersökningen fanns behovet att bygga värmeledning på 150 m från värmecentralen. Efter utredningen har en flispanna byggts på platsen. 10

12 2.3.3 Utredningen för Houtskärs folkhögskola På Houtskärs folkhögskola finns två olika husgrupper på 100 meters avstånd från varandra. Den ena husgruppen ligger vid stranden och också havsvärme har övervägts för den i utredningen. Husgruppen som ligger en bit bort från stranden har ett årligt värmebehov på 296 MWh och ett effektbehov på 148 kw. Byggnadsgruppen vid havet har ett värmebehov på 152 MWh och ett effektbehov på 76 kw. Sammanlagt har de värmebehovet 448 MWh och effektbehovet 224 kw. 11

13 3 Förbehandling av biomassa för utvinning av bioenergi Biomassa måste i praktiken alltid förbehandlas före den kan användas till att producera el och värme eller användas som drivmedel. Olika förhandsbehandlingssätt kan grovt indelas i mekanisk förbehandling, termisk behandling, fermentering samt kemisk behandling. Ofta används kombinationer av flera behandlingssätt. Mekanisk behandling innebär att biomassan sönderdelas mekaniskt eller pressas till t.ex. pellets. Biomassans kemiska sammansättning förändras inte. Ett typiskt exempel på mekanisk behandling är flisning av trävirke. Biomassa som har utsatts för mekanisk behandling förbränns vanligen i pannor för fasta bränslen. Termisk behandling innebär att biomassan värmebehandlas varigenom dess kemiska struktur ändras. Då biomassa värmebehandlas uppkommer i allmänhet brännbara produkter i både gas-, vätske- och fast fas. Detta kallas för pyrolys. Beroende på hur man styr reaktionen bildas olika stora mängder av gasformiga, vätskeformiga och fasta produkter. Fermentering innebär att man behandlar biomassa, som i detta sammanhang kallas för substrat, med bakterier så att en del av biomassan omvandlas till önskvärd form. Fermentering används t.ex. vid produktion av biogas och jäsning till etanol. Kemisk behandling är ganska ovanligt i CHP-sammanhang, men används t.ex. vid framställning av biodiesel från vegetabiliska eller animaliska biooljor. Vid förbränning och förädling av biomassa för kraftvärmeproduktion är bränslets fukthalt, förbränningstemperaturen samt tillgången till luft av avgörande betydelse. I allmänhet sjunker mängden energi som kan utvinnas från ett bränsle desto fuktigare det är då en del av den utvunna energin måste användas till att förånga fukten i bränslet. För hög fukthalt kan också störa termisk förgasning av biomassa, medan en viss fukthalt hos substratet är nödvändig vid biogastillverkning. Beroende på förbränningstemperaturen bildas olika produkter vid förbränning. Desto högre temperaturen är, desto fullständigare är i allmänhet förbränningen och desto färre skadliga produkter bildas. För höga temperaturer kan dock orsaka problem relaterade till smält aska. Vid värmebehandling dvs. pyrolys av biomassa styrs förhållandet mellan de bildade produkterna på ett avgörande sätt av temperaturen. Vid biogastillverkning är upprätthållandet av rätt temperatur viktigt då bakterierna som tillverkar biogasen är som aktivast i vissa bestämda temperaturintervall. Vid förbränning är det viktigt att det finns tillgång till tillräckligt med luft så att förbränningen blir fullständig så att skadliga förbränningsprodukter inte uppkommer. För mycket lufttillförsel kan ändå vara skadligt då luften kan sänka förbränningstemperaturen och föra bort ofullständigt förbrända gaspartiklar som kan vara skadliga för miljön. Termisk behandling av biomassa och tillverkning av biogas bör ske i syrefattig eller syrefri miljö, dvs. med liten eller ingen tillgång till luft. 12

14 3.1 Mekanisk behandling Vid mekanisk behandling insamlas och förbehandlas biomassa på ett sådant sätt att den lämpar sig för förbränning eller för att möjliggöra andra typers förbehandling. Typiska sätt att förbehandla biomassa mekaniskt är torkning, avvattning och sönderdelning genom malning, krossning, rivning eller flisning. Biomassa kan också sammanpressas till t.ex. briketter eller pellets eller samlas i balar för att underlätta transport och förbränning. Också pressandet av vegetabiliska oljor ur t.ex. oljeväxter är mekanisk förbehandling. Bränslen som enbart mekanisk förbehandling ofta tillämpas på är träbaserade bränslen, halm, torv samt vass. I många länder bränns också avföring från djur samt avloppsslam efter enbart mekanisk behandling, men i Finland är detta av lagstiftningsskäl möjligt att göra bara i storskaliga avfallsförbränningsanläggningar och behandlas följaktligen inte i denna utredning. I den här studien har detaljerade studier på lönsamheten för förbränning av enbart träflis samt halm, som bara genomgått mekanisk behandling, gjorts. Den tillgängliga mängden torv inom kommunen bedömdes som för låg och enligt preliminära beräkningar för vass är värdet på vassens totala förbränningsenergi lägre än priset för skörd och transport av vass till en förbränningsanläggning. Träflis och halm kan brännas i pannor för fasta bränslen för att skapa värme för när- och fjärrvärmenätverk. Om också elektricitet skall produceras måste en elgenerator kopplas till förbränningsanläggningen. Ett vanligt sätt att producera el från förbränningsvärme är ett klassiskt kondenskraftverk där värme används för att upphetta vatten som förångas och driver en turbin som i sin tur driver en elgenerator. Kondenskraftverk med ångturbin har i allmänhet en total verkningsgrad på ca 90 %, där ca 60 % av energin kan tillvaratas som värme och ca 30 % av energin kan tillvaratas som el. Det har visat sig att kraftvärmeanläggningar med eleffekter på under 2 MW inte är ekonomiskt lönsamma(bionova consulting 2011). Då värmebehovet på olika orter i skärgården är betydligt lägre än värmemängden som bör kunna avsättas för att göra kraftvärmeproduktion baserad på ångturbinteknik lönsam, har inga lönsamhetskalkyler på denna teknik gjorts i utredningen. I stället har lönsamhetskalkyler gjorts på CHP-anläggningar som baserar sig på ORC(Organic Ranking Cycle) och varmluftsturbiner gjorts. Det visade sig att ORC-anläggningar vid rätt betingelser kan tillämpas för ekonomisk kraftvärmeproduktion i Pargas stads skärgårdsdelar. 3.2 Termisk behandling dvs. värmebehandling Då biomassa värmebehandlas vid tillräckligt höga temperaturer i syrefattig miljö ändrar dess kemiska sammansättning samt också delvis fas som en följd av värmebehandlingen. Detta kallas för pyrolys. Produkternas energiinnehåll är teoretiskt sätt det samma som för råvaran, men kan vara lättare att utvinna i praktiken som en följd av pyrolysen, varför det kan vara motiverat att använda energi för upphettningen av materialet. I praktiken erhålls energin till processen ofta genom att en del av råvaran förbränns för att tillverka värmeenergi för processen. Detta kräver en viss kontrollerad lufttillförsel. 13

15 Vid pyrolys av biomassa uppkommer i de flesta fall alltid produkter i både gas- och vätskefas samt fast fas. Beroende på huvudsakligen pyrolystemperaturen ombildas olika stora andelar av biomassan till produkter i gasfas, flytande fas och fast fas Höga temperaturer styr pyrolysreaktionen i en sådan riktning att det produceras huvudsakligen produkter i gasfas. Pyrolysgas består huvudsakligen av väte(h 2 ), metan(ch 4 ), kolmonoxid (CO), samt koldioxid(co 2 ). Den kan förbrännas i gasmotorer eller gasturbiner för kraftvärmeproduktion. Det finns flera olika typers kommersiella anläggningar i olika storlekar för kraftvärmeproduktion genom förgasning av biomassa. Tekniken för detta är relativt ny. Vid lägre pyrolystemperaturer på ca 500 C uppkommer huvudsakligen s.k. pyrolysolja som är en blandning av olika biooljor. Pyrolysolja har i allmänhet lägre värmevärde än vanlig brännolja och sämre lagringstålighet. Trots detta används den i viss utsträckning för att ersätta brännolja. Den kan också vidareförädlas till biodiesel. Själva tekniken för produktion av pyrolysolja är gammal, t.ex. tjära är en typ av pyrolysolja, men tekniken har börjat användas kommersiellt först relativt nyligen. Kommersiella anläggningar för produktion av pyrolysolja är relativt storskaliga. De producerar minst tiotals ton pyrolysolja om dagen. Det finns inga kommersiella tillämpningar i en sådan storleksklass som lämpar sig för småskalig produktion i skärgården. Vid pyrolystemperaturer på C uppkommer huvudsakligen fasta produkter. En sådan behandling av biomassa kallas för torrefiering. Detta innebär att man rostar biomassan så att fukt och en del lättflyktiga pyrolysgaser avgår, vilket förbättrar produktens förbränningsegenskaper och höjer dess energivärde i förhållande till dess vikt. Till exempel träkol tillverkas genom torrefiering. Tekniken för kommersiell torrefiering av biomassa för kraftvärmeproduktion har tillsvidare få kommersiella tillämpningar. Det finns flera pilotanläggningar för torrefiering av biomassa, men de har såpass stor kapacitet att de inte är lämpade för småskaligt bruk i Pargas stads skärgårdsdelar. Då den enda typen av kraftvärmeanläggningar för termisk behandling av biomassa som brukas kommersiellt i liten skala är förgasningsanläggningar har enbart dessa studerats i detalj i denna utredning. Enligt preliminära lönsamhetskalkyler kan sådana anläggningar i vissa fall vara ekonomiskt självbärande i Pargas stads skärgårdsdelar Förgasning Vid förgasning av biomassa utsätts biomassan i en kort tid på temperaturer på över 700 C varvid den i praktiken förgasas helt. Gas tillverkad på detta sätt kallas för syngas. Processen är ganska känslig och kräver jämn kvalitet och framför allt jämn fukthalt hos den inmatade biomassan. En fukthalt som överstiger den förväntade sänker temperaturen i förgasningskammaren och stör förgasningsprocessen, vilket kan leda till ökad produktion av tjära, dvs. pyrolysolja. Av denna orsak måste biomassa som skall förgasas i allmänhet torkas före förgasningen. Den måste också sönderdelas till lämplig storlek genom olika mekaniska processer. Förgasningsprocessens känslighet har gjort att kraftvärmeproduktion genom 14

16 förgasning har ansetts som opålitlig. En ändamålsenlig förbehandling och lagring av biomassan som skall förgasas torde dock kunna åtgärda denna problematik. Det finns flera olika typer av förgasare, men för småskaliga lösningar används enbart förgasare med fast bädd. Förgasaren kopplas i sin tur till en anläggning för elproduktion. I liten skala används s.k. Stirling-motorer för eleffekter på 2-20 kw, mikroturbiner för eleffekter på kw och diesel/gasmotorer för eleffekter upp till 2000 kw. Bränsleceller för detta ändamål håller på att utvecklas, men har inte slagit kommersiellt igenom ännu när det gäller kraftvärmeproduktion baserad på syngas. Stirlingmotorer och Mikroturbiner har i allmänhet en elverkningsgrad på % och en verkningsgrad på % för värmeproduktion. Diesel/Gasmotorer har i allmänhet en elverkningsgrad på % och en verkningsgrad på % vid värmeproduktion. (Europaeus 2014) Småskaliga fastbädds förgasare kan grovt indelas i två typer; medströmsförgasare och motströmsförgasare. I båda typerna inmatas bränslet från toppen av förgasaren. Luft matas in från botten i motströmsförgasaren och rör sig i motsatt riktning i förhållande till bränslet och produktgasen tas ut i toppen på reaktorn varpå den kan förbrännas eller lagras. (Svenskt Gastekniskt Center AB 2011) Bild 1. Motströmsförgasare Källa: Svenskt Gastekniskt Center AB (2011) I en medströmsförgasare inmatas också bränslet från toppen på förgasaren och produktgasen tas ut i botten på reaktorn. Motströmsförgasare har i allmänhet bättre tålighet för fuktigt bränsle, men en högre halt av tjära dvs. pyrolysolja i produktgasen än motströmsförgasare. (Svenskt Gastekniskt Center AB 2011) 15

17 Bild 2. Medströmsförgasare Källa: Svenskt Gastekniskt Center AB (2011) Beroende på med vilken teknik produktgasen förbränns för kraftvärmeproduktion kan olika lönsamheter erhållas. Beroende på hur pass storskalig kraftvärmeproduktionen är kan olika motorer eller turbiner användas. I den här utredningen har enbart Stirling-motorer, mikroturbiner och diesel/gasmotorer studerats närmare då det endast för dessa finns belägg för kommersiell kraftvärmeproduktion i liten skala samt pålitliga ekonomiska data på deras drift- samt investeringskostnader. Det är också tekniskt möjligt att den producerade gasen bränns i en värmepanna med värmeväxlare kopplad till t.ex. en ångturbin, ORC-modul eller varmluftturbin, men det har varit svårt att hitta information om kommersiella applikationer för detta. 3.3 Fermentering dvs. biologisk behandling Den överlägset vanligaste fermenteringstekniken för att förädla biomassa till bränsle för kraftvärmeproduktion är fermentering till biogas. I Brasilien förekommer också att etanol som framställts genom jäsning används som bränsle i kraftverk, men detta har inte närmare studerats i denna utredning då detta är ett nytt fenomen och då samtliga etanolkraftverk i drift är relativt stora och därmed dåligt lämpade för småskaliga skärgårdsförhållanden. I Finland används etanol som framställts genom jäsning i stället som tillsats till drivmedel Biogas Biogas uppkommer då bakterier nedbryter lättnedbrytbart organiskt avfall i en syrefri miljö. Den brännbara komponenten i biogasen består huvudsakligen av metan (CH 4 ). Andra, icke brännbara 16

18 beståndsdelar är koldioxid och vatten. All biomassa är inte lämpad för biogasframställning, utan den måste vara biologiskt lätt nedbrytbar. Följaktligen är trä inte lämpat för biogasproduktion då det tar länge för trä att ruttna. Att röta halm är inte heller helt oproblematiskt, då det liksom trä innehåller lignin som stör rötningsprocessen. Trots detta kan halm användas till biogasproduktion då lignininnehållet för halm är lägre än för trä, men det kräver längre rötningstider och därmed en större biogasreaktor i förhållande till andra rötbara substrat. Till exempel avföring från boskap, avloppsslam samt slaktrester och fiskrens är däremot utmärkta substrat för biogasproduktion. Biogasframställning är en trestegsprocess där flera olika typers bakterier samverkar. Det första steget i processen är hydrolys där ämnena i biomassan sönderdelas i mindre beståndsdelar; kolhydrater, fetter och proteiner som i sin tur bryts ner av enzymer till socker, glycerol och aminosyror. I det andra steget i processen, syrabildningen, omvandlas dessa till koldioxid, vätgas och ättiksyra. I det sista steget av processen, metanbildningen, bildas metan huvudsakligen från ättiksyran, men också från vätgasen. Alla dessa processer sker i praktiken samtidigt när fermenteringen har kommit igång och är på flera sätt kopplade till varandra i ett komplicerat beroendemönster. Bland annat temperaturen som processerna sker i och ph-värdet, dvs. surheten har en avgörande inverkan på hur bra biogasframställningsprocessen framskrider. (Pettersson 2013) Bild 3. Processen för biogasbildning Källa: Ek (2007) Beroende på rötningstemperaturen kan biogasproduktionen kategoriseras som mesofil eller termofil. Beroende på temperaturen kan olika steg i rötningsprocessen gynnas då de biokemiska processerna är temperaturkänsliga. Mesofil rötning sker vid temperaturer på C, med termofil rötning sker vid temperaturer på över 45 C. Vid temperaturer på över C avstannar metanproduktionen. (Pettersson 2013) 17

19 Vid biogasproduktion skiljer man också på våtrötning och torrötning. Våtrötning är den överlägset vanligaste processen av dessa två. Det innebär att man röter biomassa med högst 15 % torrhalt. Fördelen med våtrötning är att substratet blir lätthanterligt då det är pumpbart. Substratet bör vara finfördelat och omröras under rötningsprocessen. Vid våtrötning kan substrat kontinuerligt inmatas i rötkammaren medan torrötning sker satsvis. Torrötning lämpar sig i första hand för rötning av fasta substrat som energigrödor och hästgödsel. Vid torrötning är torrhalten hos substratet ofta % och substratet röts i fast fas. Vanligen är uppehållstiderna för substratet i rötkammaren längre vid torrötning än vid våtrötning. I den här utredningen har enbart våtrötning studerats i detalj då den tillgänliga mängden hästgödesl var såpass liten att det inte är möjligt att basera biogasproduktion på hästgödsel. Användning av energigrödor har uteslutits, då de är tillgängliga bara i små mängder och då en betydande andel av skärgårdens åkrar borde användas för odling av dem för att de skulle ha någon som helst ekonomisk betydelse. Beroende på vilket substrat man använder kan olika stora utbyten av biogas erhållas. Vid blandning av olika substrat kan man ofta uppnå större utbyten än vid rötning av bara ett substrat. Detta kallas för samrötning. I allmänhet dimensioneras rötkamrar så att substratet har en uppehållstid på dagar i rötkammaren då biogasanläggningens primära substrat är avföring eller gödsel av någon form. Därefter avtar gasutbytet så småningom. Biogasanläggningar består av ett antal olika delar och är vanligen mera utrymmeskrävande än andra anläggningar för kraftvärmeproduktion baserade på biomassa då förbehandlingen av biomassan är betydligt mera tidskrävande för biogasanläggningar än för andra former av energiproduktion baserade på biomassa. Av denna orsak är små biogasanläggningar ofta dyra jämfört med andra småskaliga biomassabaserade kraftvärmelösningar. Bild 4. Processen för biogastillverkning och förädling. Källa: Hushållssällskapens förbund (2007) 18

20 Biogasanläggningar vars primära substrat är någon form av avföring, gödsel eller slam samlar i allmänhet substratet först i en blandningsbrunn eller annan liknande anläggning där de blandas. Därifrån pumpas det till en rötkammare där själva biogasproduktionen sker. I vissa fall pumpas också substratet rakt in i rötkammaren. Substrat tillförs kontinuerligt till rötkammaren. I rötkammaren omvandlas det till biogas under konstant omblandning. Rötkammare är i allmänhet stora behållare av stål eller betong med volymer på tiotals kubikmeter eller mer. De är ofta täckta med plast för att isolera rötkammaren. Från rötkammaren leds gasen vidare antingen till ett gaslager, direkt till förbränning, eller till en anläggning för rening och eventuell vidareförädling. Biogas renas och vidareförädlas huvudsakligen då det används som drivmedel eller som råvara i kemiindustrin. Detta sker huvudsakligen i stora anläggningar Rötrest Den under processen överblivna rötresten bortförs kontinuerligt till en efterrötningskammare varefter den kan användas som biogödsel som har ett återförsäljningsvärde som har beaktats i de ekonomiska kalkylerna. I själva verket är rötresten vanligen ett bättre gödsel än substratet som var dess ursprung då näringsämnena i rötresten som en följd av rötningsprocessen är mera lättillgängliga för odlingsväxter Substrat för biogas I den här studien har potentialen för rötning av avloppsslam, svartvatten, sommarskördad vass, halm, blast från potatis och sockerbetsodling samt avföring från kor, hönor, hästar och mårdhundar övervägts. Det bästa tänkbara substratet för biogasproduktion som potentiellt finns till förfogande i skärgården är fiskrens och skräpfisk, men det visade sig att fiskrester i skärgården redan utnyttjas till andra ändamål. Trä lämpar sig inte som substrat för biogasproduktion för att det ruttnar såpass långsamt. För många biogasanläggningar är portavgifter för biologiskt avfall en betydande inkomstkälla. Detta innebär att biogasanläggningen får betalt för att ta emot substrat av en producent som betraktar det som avfall. Det verkar inte finnas några leverantörer av substrat som skulle vara färdiga att betala för behandling av det i Pargas skärgårdsdelar. Det visade sig att mängderna biogas som kan utvinnas från svartvatten och avloppsslam var så små att de saknade praktisk betydelse. Också biogasmängderna som kunde erhållas genom fermentering av potatisblast och sockerbetsblast visade sig vara för små för att sakna praktisk betydelse. Dessutom finns det för tillfället inga tekniker för uppsamling av blast i stor skala. Slutligen visade det sig att avföring från kor var det enda substratet av vilket det fanns tillräcklig tillgång på både Nagu och Korpo för ekonomiskt självbärande kraftvärmeproduktion baserad på biogas. Mängderna avföring från hästar, hönor och mårdhundar var för små, men avföring från dessa kan tänkas att användas som komplement till kogödsel vid biogasproduktion. 19

21 3.4 Kemisk behandling av biomassa Teoretiskt sätt finns det oändligt med tänkbara sätt att på kemiskt sätt behandla biomassa för användning i energisammanhang. I den här utredningen har enbart produktion av biodiesel av animaliska och vegetabiliska fetter ansetts vara relevant då enbart tekniken för detta utnyttjas kommersiellt i liten skala. Till exempel biodieselproduktion från träråvaror förekommer bara i stor skala Förestring av biologiska oljor Biodiesel producerad med animaliska eller vegetabiliska fetter som råvara används huvudsakligen som drivmedel, t.ex. Mariehamns stads bussar drivs på biodiesel framställt av fiskrester från Storfjärdens fisk Ab i Eckerö. Också användning av brännolja baserad på biomassa, som är samma sak som biodiesel kemiskt fast annorlunda ur beskattningssynvinkel, för uppvärmning av fastigheter förekommer. Företaget Feora Ecofuel i Nykarleby tillverkar och säljer biodiesel baserad på animaliska fetter som både drivmedel och för uppvärmning av fastigheter. Själva tillverkningsprocessen för biodiesel är enkel, i själva verket skapades tekniken för dieselframställning ursprungligen för att göra bränsle av vegetabiliska oljor. Animaliska restprodukter måste förbehandlas genom upplösning i syra före biodieseltillverkning. Vegetabiliska oljor kräver inte samma förbehandling. Då man tillverkar biodiesel låter man råvaran reagera med metanol med natrium- eller kaliummetoxid som katalyt, vilket försnabbar reaktionen. Som produkter får man biodiesel samt glycerol, som t.ex. kan användas som substrat i biogasproduktion eller som råvara i den kemiska industrin. Denna typ av reaktion är känd som en förestringsreaktion. Biodieseltillverkning i liten skala torde kunna sägas vara lönsamt trotts att det inte har varit möjligt att hitta siffror som stöder påståendet, då det finns flera mindre företag som tillverkar biodiesel i liten skala. T.ex. är produktionskapaciteten på Storfjärdens fisk bara 400 l i dagen. Att använda t.ex. ryps- eller rapsolja för biodieselproduktion kan enligt Vihma, Aro-Heinilä & Sinkkonen (2006) också vara lönsamt för enskilda gårdar förutsatt att de producerade volymerna är tillräckligt stora. För Pargas stads skärgårdsdelar torde tillgången till råvaror och det att befintliga råvaror redan utnyttjas annanstans vara ett hinder för produktion av biodiesel baserad på animaliska fetter. Pälsnäringen i kommunen är såpass liten att de animaliska restprodukterna därifrån inte ensam torde räcka till för biodieseltillverkning. Dessutom används slaktresterna redan som djurfoder. Det finns heller inga slakterier i Pargas. Den enda tänkbara råvarukällan för biodieselproduktion i Pargas är följaktligen fiskrester. Det finns två större fiskrenserier samt fiskeriskolan i Kirjala som kan tänkas producera tillräckliga mängder fiskrester för biodieselproduktion. Fisket och den övriga fiskförädlingsindustrin producerar för små mängder rester för att dessa skulle vara värda att beakta. Det har dock visats sig att det ena fiskrenseriets rester redan tillverkas till biodiesel i Nystad, medan den andra producenten får ett högre pris för sina rester genom att sälja dem 20

22 annanstans. Tanken är att fiskeriskolans rester i framtidens skall användas för biodieselproduktion på den experimentella anläggningen i Tuorla. Om nya fiskrenserier grundas i skärgården kan det dock vara värt att överväga biodieselproduktion av fiskrens i anslutning till renseriet. 21

23 4 Tekniker för värme- samt kraftvärmeproduktion Förbehandlat biobränsle kan antingen brännas för värmeproduktion eller i kombinerad el- och värmeproduktion. Produktion av el utan tillhörande värmeproduktion har inte studerats i den här utredningen då all energi som frigörs vid förbränning av biobränslen aldrig kan omvandlas till el, utan en betydande del frigörs alltid som värme. Enbart elproduktion sker i allmänhet bara om den producerade värmen inte kan avsättas. Vanligen är verkningsgraden vid förbränning för värmeproduktion betydligt större än verkningsgraden för elproduktion. 4.1 Värmeproduktion i panna Bild 5 Flisbaserad värmecentral i Klemetsgård på Houtskär Förbränning av biomassa för enbart värmeproduktion ställer de lägsta kraven på bränslet och förbränningsanläggningen. Beroende på pannan kan bränslen i både fast fas, vätskefas eller gasfas användas. I princip kan hur högt förädlade bränslen som helst användas, men i den här utredningen enbart mekaniskt behandlade bränslen studerats närmare då bränslen i allmänhet förädlas vidare enbart om man har som mål att tillverka också elektricitet eller drivmedel. När biomassa förbränns till enbart värme bränns den i en panna varefter värmen tillvaratas i en värmeväxlare där värmen tillförs en fluid, vanligen vatten, som sedan pumpas runt i värmerör som går till byggnader som man önskar uppvärma. Det finns ingen tydlig gränsdragning mellan närvärme och fjärrvärme, skillnaden är att närvärme produceras nära konsumenten, medan fjärrvärme produceras längre bort. Värmeproduktion på detta sätt är allmänt förekommande och 22

24 vanligen lönsam. Att driva värmepannor på lägre kapacitet än den de är planerade för kan ofta vara svårt av tekniska skäl. I många fall har detta åtgärdats genom att bygga flera pannor med låg kapacitet istället för en stor och vid behov elda i bara vissa av dessa pannor. (Kjällquist 2011) Beroende på pannan kan ett eller flera bränslen användas för värmeproduktion. Ofta uppnås verkningsgrader på 90 %. Den vanligaste typen av pannor för värmeproduktion är pannor för eldning av träflis. Det finns också pannor för t.ex. träpellets eller träbriketter och halm i olika former. I halmpannor kan vanligen också trä eldas. I princip kan vilka som helst brännbara ämnen brännas i värmepannor. Priset på värmecentraler varierar mellan / MW nominell kapacitet. Kommunala värmecentraler för fjärrvärme rör sig i allmänhet i prisklasser nära / MW, dvs. maximipriset i lönsamhetsberäkningarna. I den här studien har lönsamhetsberäkningar gjorts enbart för värmeproduktion med träflis och halm då träpelletsproduktion huvudsakligen sker i stor skala och följaktligen är svårt att anpassa till de småskaliga förhållandena i skärgården. Det visade sig att lönsam värmeproduktion med när- och fjärrvärme är möjligt för både förbränning av träflis och halm också i liten skala med de i studien använda priserna för bränslen och värme. Då den småskaliga förbränningen av träflis för värmeproduktion på Houtskär bevisligen är ekonomiskt hållbar kan det konstateras att det finns praktiska exempel på ekonomiskt hållbar värmeproduktion baserad på småskalig förbränning av fasta träbaserade bränslen inom Pargas stads skärgårdsområde. Då lönsamheten för kraftvärmelösningar i allmänhet är bättre för större anläggningar och lösningar för värmeproduktion av denna typ är lönsamma till och med för enskilda fastigheter, kan lönsamheten för flisförbränning också i större skala bedömas som god. 4.2 ORC (Organic Ranking Cycle) ORC-tekniken bygger på samma funktionsprincip som ångturbinen. Den skiljer sig från ångturbiner genom att man i stället för vatten använder sig av organiska vätskor med en lägre kokpunkt än vatten som värmeförmedlande medium i turbinen i ett slutet system. Detta möjliggör att kraftvärmeanläggningar baserade på ORC-teknik drivs vid lägre temperaturer än konventionella ångturbiner. Som en följd av detta är de tekniska kraven på anläggningen mindre då den inte måste tåla lika höga tryck och temperaturer och ORC anläggningar är följaktligen i allmänhet billigare än konventionella kondenskraftverk. Att temperaturen i ORC-anläggningar är relativt låg gör att tjockare rör än konventionellt behövs för värmerör vid produktion av när- eller fjärrvärme. Rören uppskattas bli 6 % dyrare än konventionella rör (Rowshanzadeh 2010) Driftskostnaderna är i allmänhet låga och ORC-anläggningar kräver ofta bara ett besök av underhållspersonal i veckan. Annars kan driften skötas på distans. Värmeverkningsgraden på en ORC-anläggning är i allmänhet ca 80 % och elverkningsgraden är ca 18 %. ORC-anläggningar kan vid behov drivas med bara 10 % av toppkapaciteten. Tekniken för användning ORC vid småskalig kraftvärmeproduktion är väl etablerad kommersiellt och det finns ca.120 anläggningar i Europa med eleffekter på mellan 0,2 och 2,5 MW. Elproduktionen kan drivas också på enbart 23

25 överloppsvärme från värmeproduktionen.(turboden 2010) I Finland togs den första anläggningen för kraftvärmeproduktion med ORC-tekniken i bruk i Toholampi år 2013(Vihanta 2013) ORC-anläggningar kan i princip drivas på både nästan vilken typs bränsle som helst. Följaktligen är det ekonomiskt fördelaktigt att använda bränslen med låg förädlingsgrad om sådana är tillgängliga. Då det också har varit svårt att hitta ekonomiska data om användning av gasformiga bränslen har lönsamhetskalkyler på ORC-tekniken enbart gjorts för träflis och halm. ORCmoduler kan också monteras på existerande anläggningar för att producera el på spillvärme. 4.3 Varmluftsturbin Varmluftsturbinen bygger på samma funktionsprincip som ORC-tekniken och ångturbinen, men använder varm luft för att driva en turbin som driver en generator. Luften uppvärms i en värmeväxlare och kommer därmed inte i kontakt med rökgaser och aska. Detta gör att problematik orsakad av dessa kan undvikas vid användning av varmluftturbiner. (Talbott 2005) Tekniken för varmluftsturbiner är relativt ny och under utveckling. Det finns bara ett fåtal leverantörer av kraftvärmesystem baserade på varmluftsturbiner och driftsäkerheten är ännu dålig. Varmluftsturbiner är konstruerade för att drivas vid en specifik produktionsnivå av värme och el. Den enda varmluftsturbinen som information om investeringskostnader och driftskostnader kunde hittas för var Tallbotts BG 100, som producerar 100 kw el och 200 kw värme. (CBCL Limited Consulting Engineers 2011) Liksom ORC-anläggningar kan också varmluftsturbiner i princip drivas med bränslen av olika förädlingsgrad. Då Tallbotts BG 100 enbart använder trä som bränsle har enbart lönsamhetskalkyler för träflis gjorts. Enligt kalkyler baserade på de i studien använda priserna för träflis som bränsle samt el och värme och driftskostnaderna kan kraftvärmeproduktion med Tallbotts BG 100 inte vara lönsam i skärgården vid nuvarande verksamhetsförutsättningar. Kalkylerna återfinns i bilaga Stirlingmotor Stirlingmotorn är en kolvmotor där förbränningen sker utanför cylindern, vilket gör att ett brett urval av bränslen kan användas. Funktionsprincipen bygger på att kolven innehåller en gas som expanderar vid uppvärmning. Kolven används till att driva en generator. Den används för småskalig kraftvärmeproduktion.(sundberg, Svensson & Johansson 2011) Baserat på investeringskostnader samt driftskostnader enligt Europaeus(2014) drogs slutsatsen att kraftvärmeproduktion med stirlingmotor kan vara lönsam med nuvarande el- och värmepriser. Då stirlingmotorer enligt Europaeus (2014) har en elproduktionskapacitet på 2-20 kw, kan de inte godkännas till tariffsystemet för träbaserad el och värmeproduktion pga. den låga kapaciteten. Stirlingmotorers värmeeffekt är såpass låg att de inte passar något av de studerade 24

26 typfallen. Av denna orsak har stirlingmotorer inte studerats vidare i denna utredning. Lönsamhetskalkyler för Stirlingmotorer återfinns i bilaga Mikroturbin Mikroturbiner bygger på en relativt ny teknik som håller på att etableras på marknaden. De används för gasförbränning. Tekniken är ännu inte helt etablerad i första hand på grund av det höga priset. En mikroturbin består av en roterande axel med en kompressor samt en eller flera turbiner samt en generator. Kompressorn komprimerar luft som inmatas i en brännare där bränslet förbränns. Avgaserna som utvidgas då de hettas upp används sedan för att driva en eller flera turbiner som driver en generator för elproduktion. Den producerade värmen kan efter detta steg användas för uppvärmning. (Sundberg, Svensson & Johansson 2011) Enligt Europaeus(2014) har mikroturbiner eleffekter på kw. Då gränsen för att vara en del av tariffsystemet som möjliggör utbetalning av elinmatningstariffer och värmepremier är en eleffekt på minst 0,1 MW faller mindre anläggningar utanför tariffsystemet, medan eltariffer och värmepremier kan betalas åt anläggningar med mikroturbin som är större än detta. Lönsamhetskalkylerna visade att kraftvärmeanläggningar med mikroturbiner som bränner syngas är lönsamma för samtliga typfall när det gäller rörelseresultatet, även om återbetalningstiderna för anläggningarna i vissa av de mest pessimistiska scenarierna verkar vara längre än deras förväntade livslängd. Lönsamhetskalkyler för Stirlingmotorer för de olika typfallen återfinns i bilaga Diesel/gas-motor Med små modifikationer kan traditionella förbränningsmotorer, dvs. dieselmotorer också köras med gas som bränsle och kallas då för gasmotorer. Gasmotorer har traditionellt varit den mest konkurrenskraftiga tekniken för småskalig kraftvärmeproduktion. (Sundberg, Svensson & Johansson 2011) I en gasmotor sker förbränningen av bränslet inne i själva motorn. Det ökade trycket inne i motorn används för att flytta en kolv som i sin tur driver en elgenerator. Motorer av denna typ är allmänt förekommande ute i samhället i t.ex. bilar där bensinen förbränns i gasfas. Enligt lönsamhetskalkylerna kan kraftvärmeproduktion med gasmotorer vara lönsam för alla typfall åtminstone när det gäller rörelseresultatet, även om återbetalningstiderna för anläggningarna i vissa av de mest pessimistiska scenarierna verkar vara längre än deras uppskattade livslängd. Lönsamhetskalkyler för gasmotorer för de olika typfallen återfinns i bilaga Ångmotor I dagens läge finns det kommersiell teknik för kraftvärmeproduktion med ångmaskiner som lämpar sig för mindre anläggningar med den maximala eleffekten 1 MW. Tekniken för 25

27 ångmaskiner är gammal och har varit i bruk sedan 1700-talet. Den bygger på att ångtryck från förångat vatten som används för att flytta en kolv som driver en generator. Ångmotorer skiljer sig från ångturbiner i huvudsak genom att ånga används för att driva en kolvmotor istället för en turbin och att de i allmänhet är mindre(svensson 2011) Det har inte varit möjligt att hitta någon information om kommersiellt producerade ångmaskiner vars värmeproduktion skulle vara tillräckligt liten för att motsvara behovet i Pargas stads skärgårdsdelar. Utbudet på ångmaskiner för kraftvärmeproduktion är överlag litet. Följaktligen har inte lönsamhetskalkyler för ångmaskiner gjorts. 4.8 Bränsleceller I bränsleceller omvandlas kemisk energi till elektrisk energi. Detta sker genom att ett reduktionsmedel, dvs. bränsle som t.ex. vätgas reagerar med ett oxidationsmedel som t.ex. luftens syre i en bränslecell. Reaktionen tvingar elektroner genom en elkrets, vilken alstrar elektrisk ström. Funktionsprincipen är den samma som för ett batteri, med skillnaden att bränsle hela tiden tillförs. Bränslecellstekniken är förhållandevis dyr och därför finns få kommersiella applikationer för kraftvärmeproduktion, speciellt i liten skala. 26

28 5 Lagar och bestämmelser som reglerar produktionen av bioenergi Ett antal statliga lagar och bestämmelser reglerar möjligheterna och lönsamheten för kraftvärmeproduktion med biobränslen. Dessa bestämmelser kan indelas i bestämmelser som reglerar själva produktionen och dess förutsättningar och i regelverk för subventioner. Regelverk som rör produktionen som bör beaktas är regler som rör avfallsförbränning baserade på lagen om avfallsförbränning samt regler om förbehandling av substrat vid biogasproduktion. Subventionsrelaterade regelverk är regler som gäller investeringsstöd och inmatningstariffer samt värmepremier vid kraftvärmeproduktion. 5.1 Bestämmelser om avfallsförbränning Lagen om avfallsförbränning bygger på EU:s avfallsdirektiv som stipulerar att sådant som betraktas som avfall får förbrännas enbart i anläggningar för avfallsförbränning. Kraven på tekniken och utsläppen i sådana anläggningar är såpass höga att avfallsförbränning i för det ändamålet ämnade anläggningar enbart är möjlig i stor skala i stora dyra anläggningar. Avfallet från Åbo-trakten förbränns för till fället i förbränningsverket i Oriketo, men det har inte fått förnyat miljötillstånd och måste stänga efter årsskiftet. Åbonejdens avfallsservice har planer på att bygga en ny förbränningsanläggning för avfall. Anläggningar av denna typ verkar vara alldeles för stora och dyra för skärgårdförhållanden. Enligt statsrådets förordning om avfallsförbränning 151/2013 finns det undantag till lagen om avfallsförbränning. Dessa undantag möjliggör kraftvärmeproduktion med vissa tekniker och från vissa typers avfall också i liten skala. Lagen om avfallsförbränning tillämpas inte på förgasningsoch pyrolysanläggningar om de gaser som uppstår genom termisk behandling av avfall renas i sådan utsträckning att de innan de förbränns inte längre utgör avfall och de inte kan orsaka större utsläpp än de som uppstår vid förbränning av naturgas. Följaktligen berör lagen om avfallsförbränning vanligen inte anläggningar för biogasproduktion och termisk förgasning, med reservation för att bestämmelsen om att utsläppen inte bör vara större än utsläppen som uppstår vid förbränning av naturgas i vissa fall kan leda till att lagen måste tillämpas. Lagen gäller inte heller anläggningar där endast vegetabiliskt jord- och skogsbruksavfall eller vegetabiliskt avfall från livsmedelsindustrin förbränns. Detta förutsätter att värmen utnyttjas vid förbränning av avfall från livsmedelsindustrin. Detta innebär alltså att dessa typer av avfall kan förbrännas vid värme- eller kraftvärmeproduktion i liten skala. Förbränning av alla andra bränslen som kan betraktas som avfall, men inte energigrödor, ved, vass, torv o.s.v. som inte betraktas som avfall, är därmed utesluten. Animaliskt avfall bör förbrännas i en avfallsförbränningsanläggning. Det finska domstolsväsendet har en egen tolkning av avfallsdirektivet då avföring från boskap och andra djur som livnär sig på växter inte betraktas som vegetabiliskt avfall utan som animaliskt avfall enligt HFD:2009:61 och kan följaktligen bara förbrännas i anläggningar för avfallsförbränning. I vissa andra EU-länder betraktas boskapsavföring som vegetabiliskt avfall och i många länder är det också ett viktigt bränsle som ofta förbränns småskaligt. 27