Teollisuuden jätteistä kehitetään bensiinin korvaajia

18.10.11

Teollisuuden jätteiden ja ylijäämien käytöstä uusien liikennepolttoaineiden kehittämisessä on saatu hyviä tuloksia. Suomen Akatemian Kestävä Energia -tutkimusohjelmassa on tutkittu sekä biobutanolin että biokaasun jalostusta liikennepolttoaineeksi. Elintarviketeollisuuden jätteistä ja metsäteollisuuden ylijäämistä jalostettava butanoli näyttäisi sopivan hyvin bensiinin korvaajaksi. Biokaasusta tuotettu metaani on puolestaan todettu elinkaaritarkastelussa tuotantoketjultaan yhdeksi parhaimmista liikennepolttoaineista.

”Butanoli on hyvin energiatehokas ja se soveltuu etanolin tapaan valmistettavaksi teollisessa mittakaavassa”, professori Ulla Lassi Oulun yliopistosta kertoo. Butanolia valmistetaan mikrobiologisesti hajottamalla raaka-aineet ensin sokereiksi ja käsittelemällä niitä edelleen mikrobien avulla. Mikrobit muuttavat hiiliyhdisteitä tehokkaasti butanoliksi. Butanolin hiiliketju on etanolia pidempi, ja sen vuoksi se on etanoliin verrattuna myös energiatehokkaampaa.

Toisena valmistustapana tutkitaan kemiallista synteesiä, jossa glyserolista, metanolista tai etanolista valmistetaan katalyyttien avulla suoraan polttoainekäyttöön soveltuvia alkoholeja kuten butanolia, pentanolia ja eri alkoholien seoksia. Lassin mukaan esimerkiksi glyserolin käyttö polttoaineen valmistuksessa voisi olla taloudellista, sillä glyserolia syntyy biodieseltuotannon sivutuotteena.

Haasteena monimutkainen käsittelyprosessi

Suurimmat haasteet mikrobiologisessa butanolin valmistuksessa liittyvät bioraaka-aineen hajottamiseen sokereiksi, joita voidaan edelleen käsitellä esimerkiksi fermentoimalla. Haasteena on myös sokerien monimutkainen ja monivaiheinen käsittelyprosessi sekä muodostuvat hajoamistuotteet, jotka estävät fermentointia. Biobutanolin valmistusta vaikeuttaa myös se, että mikrobien toiminta saattaa heikentyä prosessin aikana suuren liuotinainepitoisuuden takia tai käytettävä liuotin saattaa hajota.

”Tutkimuksessa viime aikoina saavutetut edistysaskeleet ovat tosin ratkaisseet joitakin näistä ongelmista. Uusien nestemäisten polttoaineiden valmistaminen edellyttää kuitenkin täysin uusien kemiallisten reaktioreittien löytämistä sekä tähän liittyvää katalyyttikehitystä”, Ulla Lassi sanoo. Biobutanolin valmistusta tutkineessa hankkeessa on Oulun yliopiston lisäksi mukana tutkijoita Åbo Akademista.

Kaatopaikkakaasusta polttoainetta

Biokaasun käyttöä uutena liikenteen polttoaineena on tutkittu Kestävä Energia -tutkimusohjelman suomalais-chileläisessä yhteishankkeessa, jossa selvitettiin kaatopaikkakaasun puhdistamista liikennepolttoaineeksi. ”Kiinnostus biokaasuteknologiaan teollisuuden sivutuotteiden ja jätteiden hyödyntämisessä energiantuotannossa on viime vuosina lisääntynyt ja joissakin maissa teknologiaa on jo otettu laajamittaiseen käyttöön”, professori Jukka Rintala kertoo.

Biokaasuprosessissa voidaan hyödyntää useita erilaisia materiaaleja biohajoavista jätteistä energiakasveihin.”Prosessissa tuotettu biokaasu on monipuolinen energialähde. Se voidaan käyttää lämmön ja sähköntuotantoon, jalostaa liikennepolttoaineeksi tai syöttää maakaasuverkkoon. Lisäksi biokaasuprosessin käsittelyjäännös voidaan käyttää lannoitteena tai maanparannusaineena.”

Biokaasusta tuotettu metaani on todettu tuotantoketjultaan yhdeksi parhaista liikennepolttoaineista ja se täyttää myös EU:n lähivuosina voimaan tulevat vaatimukset biopolttoaineiden kestävyydestä.

Rintalan johtaman hankkeen kokeita tehtiin Mustankorkean jäteasemalla Jyväskylässä ja niissä perehdyttiin erityisesti biokaasussa pieninä pitoisuuksina esiintyvien yhdisteiden käyttäytymiseen prosessissa. ”Yleisesti liikennekäyttöön tarkoitetun kaasun metaanipitoisuuden pitäisi olla yli 95 prosenttia. Tutkimuskohteessa käytimme vesipesuprosessia, ja saimme kaatopaikkakaasusta tuotetun kaasun metaanipitoisuudeksi 80-90 prosenttia. Loppuosa puhdistetusta kaasusta on hiilidioksidia ja typpeä”, Rintala kertoo.

Typpi ei vahingoita autojen moottoreita, mutta se laskee tuotetun kaasun energiapitoisuutta. ”Jotta tällä prosessilla saavutettaisiin korkeampi metaanipitoisuus, typen pääsy kaatopaikkakaasuun pitäisi estää jo kaasun keräysvaiheessa kaatopaikalla. Myöskään hiilidioksidi ei vahingoita moottoreita, mutta se laskee energia-arvoa.”

Rintalan mukaan jatkossa pitäisi tutkia prosessiparametrien vaikutuksia kaasun puhdistuksen kustannuksiin sekä paineistamisen vaikutusta yhdisteiden poistamiseen. ”Biomassoilta ei lähtökohtaisesti edellytetä mitään muuta kuin sitä, että mikrobit pystyvät hajottamaan ne hapettomissa olosuhteissa. Biokaasujen koostumus kyllä vaikuttaa tuotetun biokaasun koostumukseen ja edelleen puhdistusprosessin valintaan. Kaatopaikkakaasuja pidetään ehkä haastavimpina jalostaa.”

Lisätietoja:
Professori Ulla Lassi, Oulun yliopisto/Kokkolan yliopistokeskus Chydenius, p. 0400 294 090, ulla.lassi(at)oulu.fi
Professori Jukka Rintala, Jyväskylän yliopisto, Tampereen teknillinen yliopisto,  p. 040 506 2425, jukka.rintala(at)tut.fi

Kestävä Energia -tutkimusohjelmasta
Ohjelmapäällikkö Saila Seppo, Suomen Akatemia, p. (09) 7748 8335, saila.seppo(at)aka.fi
www.aka.fi/energia

Suomen Akatemian viestintä
Riitta Tirronen
tiedotuspäällikkö
p. (09) 7748 8369
riitta.tirronen(at)aka.fi