Bensiinin korvaajia kehitetään jätteistä
16.01.12
Tulevaisuuden liikennepolttoaineet voivat hyvinkin olla biopohjaisia tuotteita, joita on valmistettu jätteistä, teollisuuden sivuvirroista ja kaatopaikkakaasuista. Suomen Akatemian Kestävä Energia -tutkimusohjelmassa on lupaavin tuloksin tutkittu sekä nestemäisten että kaasumaisten liikennepolttoaineiden valmistusta jätteistä.
Öljypohjaisen bensiinin korvaajana butanoli näyttää ominaisuuksiltaan sopivan paremmin kuin nyt autobensiiniin lisättävä etanoli. Butanolia voidaan valmistaa teollisessa mittakaavassa elintarviketeollisuuden jätteistä tai metsäteollisuuden ylijäämistä.
Butanolimolekyylin hiiliketju on etanolia pitempi ja täten butanoli on etanolia raskaampi alkoholi. Polttoaineena se on energiatehokkaampi ja lähestyy ominaisuuksiltaan bensiiniä. Koska butanoli liukenee huonosti veteen, se aiheuttaa ajoneuvojen polttoaineena vähemmän korroosiota kuin etanoli.
"Butanoli soveltuu lähes suoraan liikennepolttoaineeksi nykyisiin ajoneuvoihin ja nykyiseen jakelujärjestelmään", toteaa professori Ulla Lassi Oulun yliopistosta. Hän johtaa yliopiston Kokkolassa toimivaa soveltavan kemian tutkimusryhmää, joka tutkii alkoholipohjaisia liikennepolttoaineita. Ryhmässä on mukana Oulun yliopiston tutkijoiden ohella myös Åbo Akademin tutkijoita ja lisäksi tehdään kansainvälistä yhteistyötä Ranskan ja Itävallan tutkijoiden kanssa.
"Koska bensiiniin jo lisätään etanolia, butanolin käytölle liikennepolttoaineena ei ole teknisiä esteitä. Keskeisin kysymys on, mistä raaka-aineista ja missä mittakaavassa butanolin valmistus liikennepolttoaineeksi on taloudellista", Lassi sanoo.
Perunajätteistä butanolia
Butanolia voidaan valmistaa käymisreaktiolla. Sopiva biomassa pilkotaan sokereiksi joko entsyymeillä tai kemikaaleilla. Näin saadaan ravintoa mikrobeille, jotka teollisessa käymisprosessissa, eli fermentoinnissa, tuottavat butanolia. Käymisreaktio Clostridium-bakteereilla, josta syntyy pääasiassa butanolia, asetonia ja etanolia, tunnetaan jo lähes sadan vuoden takaa.
"Olemme tutkineet erilaisten biomassojen sopivuutta raaka-aineeksi, esimerkiksi metsäteollisuuden sivutuotteita ja elintarviketeollisuuden jätteitä, etenkin perunajätteitä", Lassi sanoo.
"Metsätuotteiden lignoselluloosa on aina hankalaa pilkkoa sokereiksi ja lisäksi raaka-aineen käytölle biodiesel tulee kilpailijaksi. Tärkkelys sen sijaan pilkkoutuu helpommin, joten biomassa jäteperunoista ja perunakuorista vaikuttaa potentiaaliselta raaka-aineelta."
Fermentoinnilla on omat hankaluutensa. Päätuote butanoli on liuotin, jota käymisbakteerit eivät siedä liian suurina pitoisuuksina. Jotta fermentointi olisi jatkuva, butanolia on koko ajan poistettava prosessista.
"Olemme tehneet todella paljon työtä selvittääksemme, miten butanolia saadaan pois fermentoinnin aikana. Voi olla, että teollisuusmittakaavassa tämä on koko prosessin suurimpia kompastuskiviä", Lassi sanoo.
Ryhmä on myös tutkinut toista reittiä butanolin valmistukseen, eli biomassan kaasutusta ja bio-synteesikaasun käsittelyä joko fermentoimalla, syntetisoimalla alkoholiseokseksi tai syntetisoimalla etanoliksi, jota voi konvertoida butanoliksi. Näissä reaktioissa tarvitaan tehokkaita katalyyttejä, joita tutkimusryhmä on valmistanut itse ja testannut kymmenittäin.
Katalyytit ovat kuitenkin kalliita. Tällaisissa prosesseissa niitä pitää voida kierrättää ja samalla ne vähitellen ikääntyvät.
"Katalyyttireitillä voidaan valmistaa polttoaineiden erikoiskomponentteja. Veikkaan kuitenkin, että butanolin valmistus kaupallisessa mittakaavassa toteutuu entsymaattisella reitillä fermentoimalla. Lopputuotteella pitää kuitenkin olla aika hyvä hinta, jotta prosessista tulisi kannattava."
Kaatopaikkakaasua autotankkiin
Kestävä Energia -tutkimusohjelmassa on myös tutkittu biokaasun käyttöä uutena liikenteen polttoaineena. Suomalais-chileläisessä yhteishankkeessa selvitettiin kaatopaikkakaasun puhdistamista autojen käyttöön.
Mädättämällä tuotettua metaania hyödynnetään jo laajasti lämmön ja sähkön tuotantoon. Samalla tavalla hyödynnetään melko hyvin kaatopaikoilta kerättävää biokaasua, joka myös suurelta osin on metaania. Jalostuksen jälkeen biometaani soveltuu hyvin myös kaasuajoneuvojen polttoaineeksi.
"Kun vanhasta kaatopaikasta kerätään alipaineella kaasuja putkistoon, vain osa on hajoamisessa muodostunutta metaania. Loput on pääosin muodostunutta hiilidioksidia sekä keräyksen kautta tullutta happea ja typpeä", sanoo professori Jukka Rintala. Hän on Jyväskylän yliopistossa johtanut hanketta kaatopaikkakaasun puhdistamiseksi liikennekäyttöön. Nyt Rintala toimii Tampereen teknillisessä yliopistossa.
Kaatopaikkakaasun keräys ja sen puhdistus tehtiin Mustankorkean jäteasemalla Jyväskylässä. Kokeissa selvitettiin kaatopaikkakaasun pieninä pitoisuuksina sisältämiä yhdisteitä ja niiden poistamista.
"Kun biokaasua syötetään maakaasuverkkoon, metaanipitoisuuden pitäisi olla noin 95 prosenttia. Autot pystyvät käyttämään alhaisempiakin pitoisuuksia, mutta silloin kaasun jakelu voi tapahtua vain erillisessä tankkauspisteessä. Biokaasun jakeluun olisi järkevää pääsääntöisesti käyttää olemassa olevaa maakaasuverkkoa", Rintala toteaa.
"Kaatopaikkakaasun vesipesulla pesutornissa voidaan nostaa metaanipitoisuutta lähes 90 prosenttiin. Jäljelle jäävä typpi ja hiilidioksidi eivät vahingoita automoottoreita, mutta laskevat kaasun energiapitoisuutta."
Kaasun muista ainesosasista siloksaanit ovat hankalimmat, koska ne voisivat muodostaa sakkoja ja tukkeumia automoottoriin. Siloksaanit ovat orgaanisia piiyhdisteitä, jotka eivät poistu pesemällä, mutta joita voidaan poistaa lähes kokonaan kuivaamalla kaasu pesun jälkeen. Myös kaasun sisältämät halogeeniyhdisteet, tolueeni ja bentseeni poistuvat pesun ja kuivauksen yhteydessä.
"Tutkimallamme tekniikalla pääsemme kaasun 80–90 prosentin metaanipitoisuuteen. Halogeeneista saamme pois yli 90 prosenttia ja siloksaaneista yli 99 prosenttia", Rintala toteaa.
"Hintataso tuotetulle kaasulle on vielä ehkä liian korkea. Laitosinvestointi ei ole kovin suuri, mutta käyttövesi ja pumppujen tarvitsema sähkö maksavat. Kaatopaikkakaasun hyödyntäminen riippuu yleisesti kaasumaisen liikennepolttoaineen käytöstä. Biokaasua liikenteen polttoaineeksi voidaan jatkossa tuottaa etenkin jätteistä, lietteistä ja energiakasveista. Lisäksi kaatopaikoistamme saataisiin kaasua ainakin 10–20 vuotta."
Teksti: Harriet Öster
Henkilökuvat: Anita Westerback
Muut kuvat: Pixmac.fi