Pyrolyysireaktori on ajoneuvojen häkäpönttötekniikasta kehitetty chp –voimala.

Teksti: Pekka Hietala

Bioenergiabuumi toi puukaasutuksen takaisin

Puun käyttö kaasumaisena polttoaineena ei ole uusi keksintö, vaan arkipäivää jo sodanajan ajoneuvoissa – Sittemmin puukaasutustekniikkaa kehiteltiin ensin enempikin kotinurkissa ja kun aika oli kypsä vaihtoehtoisille energiamuodoille, nähtiin puun kaasutustekniikassa useampikin esiinmarssi bioenergiamarkkinoille. Vaikka periaate 2000 –luvun häkäpönttölaitteissa on edelleen sama kuin sota-aikana, sen nokinen ja hankala käyttö on historiaa.

Sitkeä työ loi uudenaikaisen laitteen

Edesmennyt Sieviläinen Eero Kangasoja kehitteli vuosien varrella puukaasuttimen, jolla oli selkeitä yhtymäkohtia alkuperänsä kanssa. Sen sijaan kaasutettavan raaka-aineen vaatimukset ja laitteen tuottaman kaasun ominaisuudet olivat kokonaan toista luokkaa. Innovaatio saatiin sittemmin siirrettyä teolliseen tuotantoon ja ainakin aluksi se avasi mielenkiintoisia näkymiä alan markkinoille.

Ensimmäisessä pilottivoimalassa oli moottorina iso amerikkalainen V8.

Ensimmäisessä pilottivoimalassa oli moottorina iso amerikkalainen V8. Moottorissa ei tarvittu merkittäviä muutoksia puukaasukäyttöön. Kaasuttimen tilalla on läppälaitteisto, joka annostelee tuotekaasua tarpeen mukaan.

Kaikki alkoi yli 30 vuotta sitten kun Eero tarvitsi kesäasunnolleen sähkövirtaa. Niinpä tämä sodanajan ”häkäpönttöguru” Vilho Kangasojan poika suunnitteli puukaasulla toimivan sähköntuotantoyksikön, jossa Bedford pakettiauton kuutosmoottori jauhaa sähköä kotitalouteen. Tuotekaasu muodostuu reaktorissa, josta se ohjataan polttomoottorille, joka pyörittää 25kW generaattoria – Sittemmin sähköä on riittänyt ja ohessa muodostuu myös lämpöä.

Seurasi sarja kokeiluja ja sovelluksia, kunnes syntyi pyrolyysireaktori, jonka erittäin kuuman kaasutusprosessin ansiosta palamistuotteina syntyvä terva hajoaa pienemmiksi aineosiksi – Perinteisen häkäpöntön merkittävä ongelma, eli moottoria tukkeuttava ominaisuus oli eliminoitu.

Polttoaineeksi reaktorille kelpaa sekapuuhake ja kaasun tuottamisprosessissa syntyy vain puhdasta hiiltä ja kaasun palamisjätteenä moottorissa hiilidioksidia ja vettä.

Innovaatiotaan Kangasoja sovelsi myös ajoneuvokäytössä ja varusti vanhan Ford Transit pakettiauton uuden tekniikan häkäpönttölaitteistolla – Autolla on ajettiin yli 120000 kilometriä ja moitteettomasti toiminutta moottoria ei ole tarvinnut avata kertaakaan.

Reaktorilla varustettu auto on kuluttanut haketta noin litran kilometrillä, eli ostohaketta käytettäessä 100 kilometrin matka on sujunut 1-2 euron kustannuksilla.

Auto huippunopeus on 120 km/h, koska menoa rajoittaa tiheä peränvälitys. 2000 kg painavalla autolla on vedetty vaivatta painavaa peräkärryä ja vääntömomentti on riittävä, sillä nelosvaihteella voi ajaa melkein kävelyvauhtia.

Pyrolyysireaktori energiantuottajana

Kangasojan pyrolyysireaktorin kehitystyössä oli aluksi mukana Keski- Pohjanmaan Ammattikorkeakoulun tutkimus – ja kehitysyksikkö Centria, jonka kanssa yhteistyönä syntyi sähköenergian tuottamiseen suunnattu CHP- voimala, jossa polttomoottorilla tuotettiin n. 30kW sähköä ja 80kW lämpöenergiaa. Polttoaineena käytettiin sekapuuhaketta.

Laitteen ydin eli pyrolyysireaktori patentoitiin jo v. 2007 ja jo samana vuonna CHP-voimala esiteltiin yleisölle ensikertaa energiamessuilla. Sittemmin laitetta vielä jatkokehiteltiin ja teolliseen tuotantoon tähtäävä versio esiteltiin Farmi 09 maatalousnäyttelyssä.

Merikonttiin pakatun CHP-voimalan teollinen tuotanto käynnistyi Gasek tuotenimellä mutta pienemmän kokoluokan voimaloiden jäädessä ilman valtion sähkötariffia, markkinatilanne muodostui erittäin haasteelliseksi. Sittemmin yritys on keskittynyt suurempien, eli megawatin kokoluokan lämpövoimaloiden kehitystyöhön ja markkinointiin – Silti edelleen voimalan ytimen muodostaa Eero Kangasojan kehittämä kaasutusteknologia.

 Puukaasu CHP –voimalan perustiedot:

  • Voimala koostuu hakesäiliöstä, reaktorista, tuotekaasun puhdistimesta, lämmönvaihtimista ja polttomoottorista joka pyörittää sähkögeneraattoria,
  • Polttomoottori (esim. Sisu Acco kaasumoottori) pyörittää reaktorissa syntyvän tuotekaasun voimalla 30-50kW sähkögeneraattoria.
  • Raaka-aineena sekapuuhake
  • Yhdestä kilosta kuivaa puuta voidaan tuottaa kaasuttamalla 1kWh sähköä ja 3kWh lämpöä. Muutettuna tilavuusmitoiksi, 1kg kuivaa haketta on noin 5 litraa, eli keksikokoisen omakotitalon (9kWh) sähköt ja lämmöt voidaan tuottaa 72 litralla haketta vuorokaudessa.
Kaasutusvoimalan polttoaine on kotimainen sekapuuhake

Kaasutusvoimalan polttoaine on kotimainen sekapuuhake

Pyrolyysireaktioprosessi:

  • Puuhaketta hehkutetaan yli 1000 asteen lämpötilassa mutta vain murto-osassa palamisessa tarvittavasta happimäärästä. Syntyvä tuotekaasu sisältää vetyä ja häkää mutta terva hajoaa pienemmiksi hiukkasiksi.
  • Puhdistuslaitteessa 500 asteisesta tuotekaasusta erotellaan noki ja hiili. Puhdistusprosessin aikana tuotekaasu jäähtyy ja lämpöenergia otetaan talteen lämmönvaihtimella. Lämpöenergian määrä on noin 60% koko laitteen tehosta, eli 50-100 kW
  • Valmis tuotekaasu ohjataan polttomoottoriin, jossa ei ole kaasutinta, vaan läppämekanismi, joilla tuotekaasua voidaan annostella.
  • Moottorin päästöt sisältävät hiilidioksidia ja vettä, joukossa on häkää vain 0.4%.
  • Hakesyöttö on toteutettavissa samalla tavoin kuin hakekattiloissa ja myös prosessissa syntyvän jätehiilen käsittely voidaan automatisoida.
  • Voimalan toimintaa ohjaa (tietyissä rajoissa) tehontarve, eli kaasutusprosessi kiihtyy moottorin tarvitessa lisää tuotekaasua.

Voimalamalli maatiloille tai teollisuuslaitokseen

Megawatin kaasutusvoimala voimala tuottaa pelkästään lämpöä ja soveltuu liitettäväksi lämpöverkkoon, tai vaikkapa teollisuuslaitoksen prosessihöyryn tuottamiseen.

GASEK Oy:n toteuttamassa ratkaisuissa käytetään tulitorvi-tuliputkikattilaa, johon on asennettu puukaasupoltin. Kaasutin tuottaa puukaasua poltettavaksi kattilassa ja järjestelmä on tarkoitettu korvaamaan polttoöljy kotimaisella polttoaineella (lähde: Gasek Oy). Ensimmäiset voimalat on toimitettu tätä kirjoitettaessa jo asiakkaille.

Pienempi CHP voimala tuottaa myös sähköä (esim 30kW sähköä ja 80kW lämpö) ja soveltuu suurehkolle maatilalle, teollisuuslaitokseen ja tarvittaessa kykenee tuottamaan vaikka 10 omakotitalon sähkön – ja lämmöntarpeen.

Puun kaasuttamisen perustuvan CHP -voimalan on kehittänyt myös Kempeleläinen Volter Oy, jonka malliston ydin on kompakti (40kW sähkö/100kW lämpö) omasähkövoimala. Koska pienten voimaloiden sähkötariffi puuttuu edelleen ”biotalouden kärkimaana” pidetystä Suomesta, on panostettu vientiin – Siinä Volter on saavuttanut jo päänavauksen.

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s