Biogaas on gaasiline kütus, mida saadakse biomassist anaeroobse kääritamise või puitse biomassi gaasistamise teel.
Biogaas ja biometaan
Biogaas
Biogaas on anaeroobse kääritamise teel saadud gaasiline kütus, mis koosneb 45-70 % metaanist (CH4), 30-40 % süsinikdioksiidist (CO2) ja teistest komponentidest nagu N2, O2, NH4, H2S. Biogaas tekib looduses, kui keskkond on anaeroobses (hapnikuvaba) (näiteks soodes, sõnnikuhoidlates ja lehma maos). Kui samad tingimused luua tehislikult biogaasikääritis, st temperatuur vähemalt 37 °C, keskkond on anaeroobne ja olemas on piisav kogus biomassi, siis saab nimetatud gaasi tehislikult toota.
Biogaasi sisendina kasutatavat biomassi saab jagada põllumaal kasvavaks biomassiks (hein, teraviljad, õlikultuurid) ja tootmises tekkivaks biomassiks (sõnnik, reoveemuda ning orgaaniliselt lagunevad jäätmed). Lisaks on biogaasi võimalik saada nn "iseenesliku anaeroobse käärimise" protsessi käigus prügilatest (prügilagaas) ja see kokku koguda ning muundada kasulikuks energiaks. On oluline mainida, et puidupõhine biomass ei kääri ja seega puidust anaeroobse lagundamise teel biogaasi ei saa. Puidupõhist biomassi saab kas gaasistada või põletada energia saamiseks. Gaasistamise üks saadusi võib olla metaan, mida tihti nimetatakse sel juhul sünteetiliseks biogaasiks.
Biogaasi kütteväärtus jääb enamasti vahemikku 5-7 kWh/Nm3.
Biometaan
Biometaan on tehniliselt puhastatud biogaas, mille omadused vastavad loodusliku maagaasi kvaliteedile. Biometaani maagaasivõrku viimisel Eesti tingimustes peab see sisaldama vähemalt 98% (±1%) metaani (CH4).
Biogaasi puhastamisel biometaaniks saab kasutada mitmesuguseid meetodeid:
- keemiline absorbeerimine;
- veega pesemine;
- surve all adsorbeerimine;
- membraaneraldus;
- krüotehnoloogia.
Puhastusmeetodite eesmärk on tõsta metaani sisaldust ja vähendada süsinikdioksiidi ja teiste ainete osa biogaasis. Süsinikdioksiidi ja teiste ainete eemaldamine biogaasi puhastamine käigus tõstab biogaasi kütteväärtust ja vähendab ühtlasi korrosiooni teket süsteemides, mida põhjustab happeliste ühendite esinemine puhastamata biogaasis.
Biometaan on kasutatav kõikjal, kus täna kasutatakse maagaasi. See on kasutatav surugaasiautodes ilma piiranguteta nii puhtal kujul kui segus maagaasiga. Biometaani mootorikütusena kasutavad automootorid on sisuliselt ja tehniliselt täpselt samad, mis surumaagaasil töötavad automootorid. Mürgist vingugaasi on surugaasi ja biometaani sõidukite heitgaasides 75% vähem võrreldes bensiiniautoga ja kuni 50% vähem võrreldes diiselautodega. Tahked osised surugaasiautol praktiliselt puuduvad (alla 0,4%). Biometaan mootorikütusena on juba tänase tehnilise taseme juures tavakasutuses. Eestis annab biometaani tootmiseks lähitulevikus lootust asjaolu, et biometaan on ainuke biokütus, mille aktsiisivabastus jätkus ka peale 2011. aasta juulit, mil see vedelatele biokütustele lõppes. Juhul kui biometaani kasutatakse maagaasivõrgu väliselt, siis võib puhastusaste olla väiksem ja metaani sisaldus 90% või rohkem.
Sünteetilist päritolu gaaside kavliteeti ning biogaasi puhastamise kulu normaalkuupmeetri kohta kirjeldab ettekanne "Green gases".
Biogaas ja EL-i taastuvkütuste eesmärgid
Tulenevalt Euroopa Liidu taastuvenergia direktiivist 2009/28/EU peab Eesti tagama, et taastuvenergia osakaal moodustab summaarsest energia lõpptarbimisest 25%, kusjuures transpordis kasutatavates kütustest peavad taastuvad energiaallikad moodustama 10%. Biogaasil kui taastuvenergiaallikal on oluline roll nimetatud eesmärkide saavutamisel.
Kogu maailmas otsitakse pidevalt uusi tõhusaid tehnoloogiaid, mis jäätmeprobleemi leevendaksid. Üheks jäätmekäitlustehnoloogiaks on biojäätmete anaeroobne töötlemine ja selle käigus saadava biogaasi kasutamine energia tootmiseks. Selle tulemusel mitte ainult ei vähene saastekoormus, vaid saadakse soojust, elektrit, mootorikütust ning väärtuslikku väetist põldudele ja haljasaladele ning fossiilkütuste kasutamise asendamisel taastuvkütustega väheneb ka CO2 heide atmosfääri.
Vaatamata Eestis tegutsevatele üksikutele biogaasi tootmisüksustele tuleb tõdeda, et biogaasi valdkonna areng Eestis on algusjärgus nii oskusteabe omandamise, praktiliste lahenduste kasutusele võtmise kui poliitilise toetuse ja tugimeetmete pakkumise osas. Valdkonna arengutakistuste ületamiseks tuleb Eestis tegeleda nii ettevõtete ja arendajate sisemiste arengutakistuste ületamisega mikrotasandil kui ka luua biogaasi tootmist ja kasutamist soodustavad välised tingimused makromajanduslikult ja riigi tasemel.
Iga riigi energiasüsteemi ja transpordikütuse varustuskindluse seisukohast peab olema oluline energiaallikate ja kütuseliikide mitmekesisus, mistõttu biogaasi suuremahulisem tootmine rikastaks riigisisest energiaportfelli ning aitaks kaasa taastuvenenergiaallikatest toodetud elektrienergia ja mootorikütuse osakaalu kogutarbimise üldisele tõusule ning püstitatud eesmärkide osakaalu saavutamisele.
Biogaasisektori arendamine
Eesti biogaasi energeetiline ressurss
Eesti reaalselt aastas kasutatav biogaasi kogus on 2050. aastal 633 mln Nm3, millest 21 mln Nm3 moodustub prügilagaasist ( joonis 1). Biometaani saab sellest kogusest 380 mln Nm3 (9 mln Nm3 prügilagaasi). 1
2011. aastal tarbiti fossiilseid vedelkütuseid ~1 000 000 000 l. Kui '''80 % biometaani potentsiaalsest (304 mln Nm3) kasutatavast ressursist kasutada mootorikütusena, saaks asendada ~30 % 2011. aastal imporditud vedelkütustest.
|
Joonis 1. Biometaani potentsiaalsed kogused tooraine kaupa, mln Nm34 |
Biogaasi väärtusahel
Biogaasi tootmine ja tarbimine on mitmetahuline ja -suunaline. Seda mitmekesisust saab kirjeldada nii seoste kaudu teiste valdkondadega kui biogaasi väärtusahela ( joonis 2) abil.
|
Joonis 2. Biogaasi väärtusahelat kirjeldavad etapid5 |
|
|
Biogaasisektori seosed teiste valdkondadega
Biogaasi valdkond on tihedalt seotud teiste aladega, näiteks on tugevad seosed energeetika ja energiapoliitika, keskkonnakaitse, jäätmekäitluse, põllumajanduse, regionaalse arengu ning teadus- ja arendustegevusega. Järgnevalt on näidatud, milline on biogaasi tootmise ja kasutamise mõju – ja ühtlasi ka selle tähtsus Eesti erinevates eluvaldkondades:# Biogaasi tootmise energiapoliitilised seosed väljenduvad kohalike taastuvenergiaallikate kasutuselevõtus, mis vähendab sõltuvust importkütustest. Samuti edendab biogaasi tootmine hajutatud energiatootmist, mis ei sõltu ilmastikuoludest („biogaasi tootmine ei sõltu tuule tugevusest või päikese paistmisest või veetasemest“), mis omakorda tagab stabiilsema energiatootmise. Biogaasi saab kasutada elektri ja sooja tõhusaks koostootmiseks (kasuteguriga üle 85%, ainult soojuse ja elektri eraldi tootmisel ei ole kasutegur üle 40%). Tulevikus on võimalus puhastatud biogaasi ehk biometaani müüa maagaasivõrku või kasutada seda taastuva mootorikütusena.
- Biogaasi tootmise keskkonnakaitseline aspekt väljendub fossiilsete kütuste kasutamise ja sellega seostuva (õhu)saaste vähenemises, samuti vähenevad kasvuhoonegaaside emissioonid põllumajandusest. Biogaasi tootmise käärimisjääki saab kasutada väetisena 2, kusjuures on oluline laotada seda taime kasvuperioodil, mitte sügisel. Kääritamata läga laotamine põhjustab ebameeldivat lõhnaprobleemi, kuid biogaasi tootmisel tekkiv käärimisjääk ei haise laotamisel ja omab samaväärseid väetusomadusi nagu sõnnik või läga. Erinevate uuringute alusel paraneb taimedele toitainete kättesaadavus käärimisjäägist isegi kuni 10% võrreldes lägaga.
- Biogaasi seos jäätmemajandusega seisneb reoveesette kasutamises biogaasi tootmiseks, samuti on biolagunevad jäätmed sobivad sisendid biogaasi tootmiseks. Seetõttu ei saa õigeks pidada biolagunevate jäätmete masspõletamist olmejäätmete sees või eraldi. Biogaasi tootmist võib vaadelda kui jäätmekäitluslahendust - anaeroobne kääritamine ehk biogaasi tootmine on üks efektiivsemaid biojäätmete käitlemise ja energiaks muundamise tehnoloogiaid.
- Biogaasi põllumajandusega seotud mõju seisneb tahesõnniku ladustamise vajaduse kadumises, kuna see asendub vedela kääritamisjäägiga. Ühtlasi käitlemisprotsess lihtsustub. Biogaasi tootmisel hävivad sõnnikus olevad umbrohuseemned ja patogeenid ning vähenevad kulutused käärimist soodustavate preparaatide ostuks. Lisaks väheneb võimaliku “metaanmaksu” risk. Biogaasisektori areng tooks kaasa maamajanduse mitmekesistumise ja pakuks täiendavat tulu põllumajandustootjatele energiatooraine/energiataimede kasvatamisel, mida näiteks väetatakse biogaasi tootmise kääritusjäägiga. Samuti mitmekesistaks selline areng erinevate põllukultuuride kasutamist ning uute energiakultuuride kasvatamist.
- Biogaasi tootmise regionaalpoliitiline mõju seisneb väikeasulate mikrogaasivõrkude arendamises ja madalamas soojaenergia hinnas ning maapiirkondade täiendavas tööhõives. Biogaasi kasutuselevõtul on oma osa parema elukeskkonna loomises ja seeläbi piirkondade suurema konkurentsivõime tagamises (nt väiksem lõhnaprobleem, hooldatud põllud). Biogaasi võivad toota ka bioenergiaühistud, mis omab mitmeid positiivseid külgi – suureneb sotsiaalne sidusus ja koostöö, energiasõltumatus, väikemajapidamiste majanduslik toimetulek, jne.
Biogaasi tootmise majanduspoliitiline tahk on kohaliku tootmise/põllumajanduse/ehituse edendamine, täiendavate töökohtade loomine, investeeringute ja ettevõtete arendamises.
Biogaasi tootmisega kaasnev ühiskondlik kasu (avalikud hüved)
Biogaasi tootes saab ühiskond lisaks toodetud biogaasi ka kaudset kasu. Metoodikaid ühiskonna jaoks positiivsete mõjude ehk avalike hüvede või negatiivsete mõjude ehk keskkonnakoormuse mõõtmiseks on mitmeid. Eestis 2000-2011 kehtinud keskkonnatasude mõju makromajandusele ja ettevõtetele on analüüsitud uuringus "Keskkonnatasude mõjuanalüüs"3. Biometaani ja teiste taastuvkütuste tootmisel on keskkonnatasudel oluline roll, kuivõrd olukorras, kus negatiivsete mõjudega fossiilsete kütuste kasutamine on maksustatud kõrgemalt, muutub mingist hetkest taastuvate kütuste tootmine (sh biometaan)tasuvaks ja ilma toetuseta.
Biometaani kasutuselevõtuga kaasnevaid avalikke hüvesi on täpsemalt analüüsitud uuringus "Biometaani kasutamise avalikud hüved". Nimetatud uuringu tulemused on kajastatud tabel 1 ja joonis 3.
Biometaani tootmisega mahus 380 mln Nm3 ning uuringus defineeritud lähteelduste juures kaasnevate avalike hüvede maht on 275 mln €/a. Joonisel ja tabelis kirjeldatud suuruste kohta on võimalik täpsemalt lugeda uuringust.
|
|
|
Joonis 3. Biometaani tootmisega kaasnevad avalikud mõõdetavad hüved7 |
Biogaas maailmas
Alljärgnevalt on toodud informaterjale välismaiste biogaasi-initsiatiivide ning kogemuste kohta:
- Expanding the US Biogas - Fuel Cell Program
- European Biogas Association. Expanding the National Biogas Industry
- Ülevaade metaankütuste kasutamise kogemustest transpordis Rootsis, Saksamaal, Austria ja Itaalias
- E.ON Bioerdgas. Power Generation from Biogas – Energy Provider Perspective
- Biomethane as an Automotive Fuel
- The EU Renewable Energy Framework for Biogas
Täiendavat lugemist
Viited
- Oja, A. Biometaani kasutamise avalikud hüved, Tallinn-Ääsmäe-Viin 2013.↩︎
- IEA Bioenergy. Task 37 – Utilisation of digestate from biogas plants as biofertiliser, 2010.↩︎
- Lahtvee, V., Nõmmann, T., Runnel, A., Sammul, M., Espenberg, S., Karlõseva, A., Urbel-Piirsalu, E., Jüssi, M., Poltimäe, H., Moora, H., Keskkonnatasude mõjuanalüüs, Tallinn 2013.↩︎
- Mõnus Minek OÜ. Regionaalne biogaasistrateegia ning selle rakenduskava väljatöötamine, Tartu 2012.↩︎
- ENMAK 2030 kohalike transpordikütuste stsenaariumid↩︎