Biohiili

Biohiili on biomassasta keinotekoisesti tuotettua hiiltä. Sitä saadaan aikaan pyrolyysillä eli kuivatislauksella, jossa biomassasta kaasutetaan haihtuvat ainesosat hapettomissa tai happiköyhissä oloissa muutamien satojen asteiden lämpötilassa, yleensä alle 700 °C[1]. Alle 300 °C:n lämpötilassa kaasuttamista kutsutaan torrefioinniksi. Siinä biomassa ei kaasuunnu eikä hiilly yhtä pitkälle kuin korkeammissa lämpötiloissa, vaan torrefioinnin tarkoitus on lähinnä parantaa energiatiheyttä ja valmistella materiaali siten energiakäyttöä varten.[2]

Kotitekoista biohiiltä.

Historia

Aikaisimmat tunnetut biohiilen sovellukset ovat Etelä-Amerikan intiaanien ajoilta 500–2 500 vuotta sitten. Terra Preta nimellä tunnetulla maanparannustekniikalla muutettiin köyhää maaperää ihanteelliseksi mustaksi viljelysmaaksi sijoittamalla maahan runsaita määriä biohiiltä. Tällä toiminnalla voitaisiin nykyaikana hillitä tehokkaasti ilmastonmuutosta, koska hiili on tässä muodossa maahan sijoitettuna erittäin pysyvässä tilassa. Samalla parannettaisiin huomattavasti viljelysmaiden kuntoa, sekä hillittäsiin maatalouden ravinnepäästöjä, sillä biohiili pidättää ravinteita tehokkaasti.[3][4] Suomessa historiallista biohiileen ja pyrolyysiin liittyvää toimintaa on ollut tervanpoltto[2].

Koostumus ja tuotanto

Biomassan pyrolyysi on itseään ruokkiva eksoterminen prosessi, eli vapautuvien kaasujen poltto tuottaa enemmän lämpöä kuin prosessi vaatii. Pyrolyysistä jäljelle jäävä kiinteä lopputuote on noin 90% hiiltä ja 10% tuhkaa. Prosessia voidaan säätää lähinnä raaka-aineen ja käytettävän lämpötilan osalta, vaikuttaen lopputuotteiden saantosuhteisiin, riippuen siitä, halutaanko pääasiassa poltettavaa kaasua esimerkiksi lämmöntuotantoon, tisleitä kaasusta tai biohiiltä eri tarkoituksiin.[5] Pyrolyysillä tuotetaan yleisesti hiiltä mm. maanparannukseen, energiahiileksi, grillihiileksi sekä aktiivihiileksi teollisiin ja lääkinnällisiin sovelluksiin. Energiakäytössä biohiili on päästöneutraalia[6] biopolttoainetta, joka vastaa ominaisuuksiltaan kivihiiltä.[7] Biohiili ei sinänsä eroakaan oleellisesti luonnon muovaamasta hiilestä, vaan etuliite bio- juontuu muun muassa sen valmistuksesta biomassasta, biopolttoaineen luonteesta sekä maanparannuskäytöstä.

Pieniä määriä biohiiltä voi helposti tuottaa itse kotona. Tulisijan ja kaasuttimen voi rakentaa halvasta romusta, kuten tiilistä ja metallitynnyreistä[8][9]. Kotitehtailijan tulee ottaa huomioon paloturvallisuuden lisäksi se, että jos prosessi ei ole tehokas, tulee tuottaneeksi päästöinä runsaasti mm. hiilidioksidia. Kaasutuslämpötila tulisi saada vähintään 450 °C tasolle senkin takia, että biohiilestä tulee maanparannukseen soveltuvaa.[10]

Teollisessa mittakaavassa biohiiltä voitaisiin tuottaa esim. NSE Biofuels Oyn Varkauden laitoksessa 60 000 tonnia vuodessa, jos se optimoitaisiin tuohon tarkoitukseen[11]. Torrec Oy puolestaan kaavailee 200 000 tonnin vuosituotoksen laitosta Ristiinaan[12].

Sovellukset

Biohiilen käyttö maanparannusaineena kasvattaa suosiotaan lähinnä harrastelijapuutarhureiden keskuudessa. Parhaat tavat sijoittaa biohiiltä maahan ovat tärkeä tutkimuskohde.[10] Suurimittainen sijoitus maaperään aktiiviviljelyssä on toistaiseksi taloudellisesti kannattamatonta, mutta hyötyjen takia laajasti tutkimuksen kohteena. Norjalaisten tutkimusten mukaan biohiilen tuottajan pitäisi saada 113 euroa sidottua hiilidioksiditonnia kohden kulujen kattamiseen[13]. Maanparannuskäytön tutkimuskohteita ovat muun muassa

  • Millä pyrolyysiprosessin säädöillä tuotettu biohiili on parasta maanparannuskäytössä.
  • Mitkä maalajit hyötyvät eniten biohiilestä.
  • Kuinka paljon biohiiltä kannattaa lisätä.
  • Vaikutukset maaeliöstön toimintaan, maan rakenteeseen ja ravinteiden hyväksikäyttöön.
  • Voidaanko biohiiltä käyttää myrkkyjen ja kasvinsuojeluaineiden jäämien imeyttämiseen.
  • Tuleeko biohiili laittaa maahan raakana vai 'ladata', esimerkiksi imeyttää siihen lantaa.

Energiaksi biohiiltä voi käyttää tavallisen hiilen tavoin polttoaineena. Sitä voidaan siis polttaa tavanomaisissa hiilivoimalaitoksissa ja pienemmissä lämpölaitoksissa joko pelkästään tai sekaisin muiden polttoaineiden kanssa. Myös energiakäytössä biohiili on kivihiileen verrattuna kannattamatonta ilman yhteiskunnan tukia, vaikkakin se pärjää muille biopolttoaineille muun muassa suuremman energiatiheytensä ansiosta[12]. Biohiileen liittyvä energiasovellus on myös kulkuneuvoissa ja liesissä hyödynnetty puukaasu.

Biohiilen hyödyntämistä kehittäviä yhtiöitä ja projekteja

Preseco

Biocarbon[14] (biohiili) on Preseco Oy:n tavaramerkki ja sen valmistustekniikka on patentoitu.[15]

Presecon käyttämä tuotantotapa perustuu tehokkaaseen pyrolyysiin. Orgaaninen materiaali syötetään hiilletysuuniin (engl. carboniser) ja poltetaan kuivatislaamalla. Materiaali on hiilletysuunissa noin 10–20 minuuttia. Prosessin nopeus ja laatu riippuu syötetyn hakkeen koosta. Materiaalin tilavuus pienenee 60–90 prosenttia. Prosessi on jatkuva, joten sen energiatehokkuus on suuri.[15]

Pyrolyysissa syntyvää kaasua poltetaan, jotta saadaan energiaa prosessiin ja lisäksi kaasun polttaminen vähentää päästöjä. Prosessi on joustava ja prosessin lämpötilan muutokset vaikuttavat lopputuotteen määrään. Prosessi on lämpöenergian suhteen omavarainen. Hiilen määrä lopputuotteessa vaihtelee raaka-aineen ja pyrolyysilämpötilan mukaan: sekamateriaalia varten prosessissa käytettävät arvot pitää laskea erikseen. Materiaali, jossa on paljon hiiltä (kuten puu ja oljet) tuottavat korkealaatuista polttoainetta ja alhaisemman hiilen materiaalit tuottavat hiiltä lannoitteisiin. Biohiilen laatu siis vaihtelee riippuen raaka-aineesta. Parhaimmillaan prosessin energiatehokkuus on 90%.[15]

All Power Labs

Berkeleyssä Kaliforniassa toimiva, 2008 toimintansa aloittanut All Power Labs tuottaa pienen mittakaavan yksiköitä sähköntuotantoon. Laitteistot koostuvat polttoainesäiliöstä, kaasuttavasta reaktorista, kaasun suodattimesta, sekä tavanomaisesta moottorista, joiden muodostamaa kokonaisuutta ohjaa tietokone. Kaupalliselle tasolle yhtiöllä on tarjota 10 ja 20 kW tehoiset laitteet, ja 100 kW prototyyppiä kehitetään. 20 kW yksikkö riittää toimitusjohtaja Tom Pricen mukaan noin neljän keskivertoamerikkalaisen kodin tarpeisiin.[16][17]

BalBiC

BalBiC-projektin tavoitteena on kehittää erityisesti teollisen biohiilen tuottamista ja markkinoita Baltian alueella. Tässä yhteydessä biohiili ymmärretään kiinteänä polttoaineena, joka on valmistettu hapettomissa olosuhteisessa esimerkiksi puuperäisestä biomassasta. Prosessissa valmistuu joko puuhiiltä tai melko alhaisissa lämpötiloissa torrefioitua puuta. Näistä kahdesta käytetään yleisnimitystä ”biohiili”.

Carbofex Oy

Carbofex Oy perustettiin syksyllä 2016 valmistamaan biohiiltä ja edistämään biohiilen käyttöä. Yhtiö valmistaa kasvualustahiiltä ja kehittää aktiivisesti uusia sovelluksia biohiilen ympärille. Carbofex valmistaa myös biohiilentuotantolaitteistoja. Yhtiön ensimmäinen oma biohiililaitos valmistui Tampereen Hiedanrannan kaupunginosaan kesällä 2017. Teknologia perustuu ylipaineiseen ruuvireaktoriin ja jatkuvatoimiseen hidaspyrolyysiin, jossa pääpaino on hiilen tuotannolla. Laitos tuottaa myös pyrolyysiöljyä ja kaukolämpöä Tampereen Kaupungille (Sähkölaitokselle) 1.11.2017 Alkaen. Lämpölaitos on hiilinegatiivinen, sitoen n. 3,2 kg hiilidioksidia yhtä tuotettua biohiilikiloa kohden.[18] Yhtiön toimitusjohtajana toimii bioenergia-alan pioneeri Sampo Tukiainen, ja hallituksen puheenjohtajana Veikko Kantero, ylempänä mainitun Preseco Oy:n entinen toimitusjohtaja. Teknologia perustuu osin Tukiaisen keksimään ja Presecon puitteissa kehitettyyn Carboniser-teknologiaan.

Suomen Biohiiliyhdistys

Suomen Biohiiliyhdistys on vuonna 2017 perustettu voittoa tavoittelematon yleishyödyllinen yhdistys. Yhdistyksen tarkoitus on edistää biohiilen käyttöä, valmistusta ja siihen liittyvää tutkimusta. Yhdistyksen tehtävä on myös lisätä yleistä tietoutta biohiilestä ja edistää yritysten, tutkijoiden ja viranomaisten välistä yhteistyötä. Yhdistys järjestää erilaisia tapahtumia ja koulutuksia sekä kerää ja julkaisee alan kannalta tärkeitä tietoja verkkosivuillaan kuten biohiilen hankintaohjetta ja biohiilitoimijoista koottua biohiilikarttaa. Yhdistykseen voi liittyä henkilö- tai yritysjäseneksi.[19]

Katso myös

Lähteet

Viitteet
  1. Frequently asked questions about biochar. 2013. International Biochar Initiative. Viitattu 20.10.2013. Saatavana: http://www.biochar-international.org/biochar/faqs
  2. Agar, D. Järvinen, T. 2012. Torrefiointi - tutkijanvaihtokokemuksia Espanjan Navarrasta. Koneviesti, BioEnergia -liite, 23.2.2012, nro 1, s. 38-40. Helsinki: Otavamedia Oy.
  3. Lehmann, J. Terra Preta de Indio. Cornell University. Department of Crop and Soil Sciences. Viitattu 20.10.2013. Saatavana: http://www.css.cornell.edu/faculty/lehmann/research/terra%20preta/terrapretamain.html
  4. American Chemical Society. 2010. From the ancient Amazonian Indians: 'Biochar' as a modern weapon against global warming. ScienceDaily. Viitattu 20.10.2013. Saatavana: http://www.sciencedaily.com /releases/2010/01/100113172252.htm
  5. Collins, H. Garcia-Perez, M. Granatstein, G. Kruger, C. Yoder, J. 2009. Use of Biochar from the Pyrolysis of Waste Organic Material as a Soil Amendment. Center for Sustaining Agriculture and Natural Resources. Washington State University. 6. Viitattu 20.10.2013. Saatavana: https://fortress.wa.gov/ecy/publications/publications/0907062.pdf
  6. Tarkoittaa polttoaineen elinkaaren (tuottamisesta polttamiseen) aikana kulutettujen päästöjen ja tuotettujen päästöjen toistensa kumoamista
  7. Starck, Jerkko: Biohiili Lappeenrannan teknillinen yliopisto, Teknillinen tiedekunta.
  8. Make your own BioChar and Terra Preta. Instructables.com. Viitattu 20.10.2013. Saatavana: http://www.instructables.com/id/Make-your-own-BioChar-and-Terra-Preta/
  9. CarbonZero Experimental Biochar Kiln. Biochar Info. Carbon Zero Project. Sveitsi. Viitattu 20.10.2013. Saatavana: http://biochar.info/biochar.CarbonZero-Experimental-Biochar-Kiln.cfml
  10. Rice University. 2012. Cooking better biochar: Study improves recipe for soil additive. ScienceDaily. Viitattu 20.10.2013. Saatavana: http://www.sciencedaily.com /releases/2012/03/120322131508.htm
  11. Biohiiltä voidaan tuottaa monen mittakaavan laitoksissa. Käytännön Maamies, 17.12.2010, nro 14, s. 27. Helsinki: Otavamedia Oy.
  12. Suomen ensimmäinen biohiilen koetehdas nousee Mikkeliin. Yle uutiset. Viitattu 23.10.2013. Saatavana: http://yle.fi/uutiset/suomen_ensimmainen_biohiilen_koetehdas_nousee_mikkeliin/6896496
  13. Edling, L. 2010. Biohiilellä peltoon tuottavuutta. Käytännön Maamies, 17.12.2010, nro 14, s. 28-29. Helsinki: Otavamedia Oy.
  14. Preseco Biocarbon preseco.eu. Viitattu 2012-2-6.
  15. PROCESS OF PRESECO CARBONISER PLANTS Preseco. Arkistoitu 12.1.2019. Viitattu 5.9.2009.
  16. Terdiman, D. 2013. Carbon-negative energy, a reality at last -- and cheap, too. Cnet News. Viitattu 20.10.2013. Saatavana: http://news.cnet.com/8301-11386_3-57608281-76/carbon-negative-energy-a-reality-at-last-and-cheap-too/
  17. Info. All Power Labs. Viitattu 20.10.2013. Saatavana: http://www.gekgasifier.com/
  18. Sampo Tukiainen ehti saada kylähullun maineen, nyt hänen johtamansa biohiilitehtaan tuotanto viedään käsistä: "En ole ikinä epäilijöitä säikähtänyt" Yle, 2020
  19. Etusivu Suomen Biohiiliyhdistys. Viitattu 24.4.2020.
  20. Biohiili | FIN | Carbofex Oy Biohiili | FIN | Carbofex Oy. Viitattu 4.8.2017.

    Aiheesta muualla
    This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.