Kuuntelin mielenkiinnolla Bioenergian Talvipäivien (28.1.2021) esitystä, jossa Bioenergy Europe -yhdistyksen Giulia Cancian raportoi Brysselistä bioenergian tilannekatsausta. EU-maissa biomassan käyttö lämmityksessä on kasvanut tasaisesti vuodesta 2000 lähtien. Giulia Cancianin Eurostatin tilastoon perustuneen esityksen mukaan vuonna 2018 biomassan käytön osuus lämmityksessä oli 16,7 prosenttia. Vuoteen 2030 luvun tulisi nousta 25 prosenttiin. Bioenergy Europe ennustaa, että biomassan käyttö kasvaa eniten asumisen ja teollisuuden sektoreilla.

Tilannekatsaus linkittyi luonnollisesti EU:n Green Dealiin ja EU:n energiajärjestelmän hiilivapaaksi saattamiseen. EU:n kasvihuonekaasupäästöistä yli 75 prosenttia on peräisin energian tuotannosta ja käytöstä. Giulia Cancian mukaan vuonna 2017 EU-maista eniten bioenergiaa käyttivät Unkari, Liettua, Viro, Latvia, Luxemburg, Puola ja Suomi. EU:n isot maat kuten Ranska ja Saksa jäivät vertailussa kauas taakse.

Bioenergy Europen mukaan bioenergian hyödyntäminen nojaa pääasiallisesti biomassojen kestävään käyttöön. Kysymys onkin, mitkä asiat hidastavat siirtymistä fossiilisista polttoaineista biomassan polttamiseen voimalaitoksissa? 

Fakta 1: 

Biomassamateriaali voi olla mitä tahansa oljen korsista hakkuujätteeseen, oksan palasista kasvien lehtiin.

Ratkaisu: Prometecin Q-Robot ottaa automatisoidun näytteen materiaalista voimalaitokseen saapumishetkellä ja lähettää datan sekä voimalaitokselle että materiaalin kuljettajalle. Q-Robot pystyy ottamaan näytteet kaikenlaisista murskatuista ja rakeisista materiaaleista.

 

Fakta 2: 

Suuri osa voimalaitoksista käyttää biomassanäytteiden analysoinnissa uunikuivausmenetelmää, joka tulos valmistuu noin kahden vuorokauden päästä näytteenotosta. Laatutietoa ei voi hyödyntää prosessin tai polton optimoinnissa.

Ratkaisu: Prometecin Q-Robot toimii reaaliajassa. Laatudata saadaan hyödynnettäväksi jo silloin, kun materiaalia kuljettava rekka on näytteenottopisteellä. Se mahdollistaa prosessin optimoinnin: huonolaatuista biomassaa kuljettava rekka voidaan käännyttää, tietyn laatuista biomassaa voidaan varastoida terminaaleihin vaikkapa pakkasjaksoja varten. Esimerkiksi kuiva biomassa kannattaa ohjata terminaalivarastoon ja kosteampi suoraan poltettavaksi, koska kostean biomassamateriaalin säilyvyys on tutkimuksissa todettu huonommaksi. Näytteenotto kestää alle 10 minuuttia.

Eri biomassoja voidaan sekoittaa optimaalisen polttoaineseoksen muodostamiseksi. Kun laatudataa hyödynnetään ennakoivasti, voimalaitoksen purkutaskuihin pystytään esimerkiksi ohjaamaan vuorotellen kuivaa ja kosteaa biomassaa, jotta polttoaineen kosteusvaihtelut tasoittuvat kattilan syötössä.

 

Fakta 3:

Osa voimalaitoksista valtuuttaa rekkakuskin ottamaan näytteen kuljettamastaan biomassasta. Kuljettaja saattaa toimia joko tiedostaen tai tiedostamattaan väärin näytettä ottaessaan. Kuljettajat ottavat tutkitusti kuivempia näytteitä kuin polttoainekuorma todellisuudessa on, koska se vaikuttaa kuorman hintaan heille edullisesti. Näytteenottoon linkittyy myös työturvallisuusriski: purkupaikalla toimimiseen voi liittyä putoamisen tai loukkaantumisen vaara.

Ratkaisu: Q-Robot ottaa näytteen aina systemaattisesti satunnaisesti koko kuorman alueelta eri syvyyksiltä. Lisäksi robotin näytteenottimen kaira on aina puhdas ja materiaali ei koskaan sekoitu toimittajien eikä lajien välillä. 

 

Fakta 4:

Skandinaavisissa ja pohjoiseurooppalaisissa olosuhteissa biomassarekan tuomassa kuormassa voi olla talvisin lunta ja jäätä, jotka vaikuttavat kuorman painoon ja biomassan laatuun.

Ratkaisu: Q-Robot kertoo polttoaineen tarkan energiasisällön ja kosteuden. VTT:n tutkimuksen mukaan biomassojen laadunmäärityksessä tapahtuu jopa 2 prosenttiyksikön virhe kosteudessa, joka osaltaan vaikuttaa polttoaineesta maksettuun hintaan, polttoainelogistiikan optimointiin ja polttoprosessiin. Nämä yhdessä vaikuttavat biomassojen polton kannattavuuteen suhteessa esimerkiksi kivihiileen.

Yhtiömme on perustettu vuonna 2012 ja tällä hetkellä työllistämme 15 työntekijää. Toimimme kolmessa maassa. Q-Robotteja on parhaillaan käytössä Suomessa, Ruotsissa ja Baltian maissa. Uskomme, että kokonaisratkaisumme tulee olemaan lähivuosikymmeninä olennaisessa roolissa EU:n Green Dealin fossiilisten polttoaineiden käytön vähentämisessä – myös Aasia tulee olemaan merkittävä markkina-alueemme.

 

Samaan uskoo myös Deloitte: Prometec Tools sijoittui tammikuussa Suomen nopeimmin kasvavien teknologiayritysten listalle sijalle 23. 

 

Henna Karlsson, liiketoimintajohtaja

Suomen uusi kesällä 2021 valmistuva  biotalousstrategia tulee ottamaan aiempaa vahvemmin kantaa kiertotalouden ratkaisuihin ja uusiutuvien luonnonvarojen hyödynnettävyyteen. Strategiatyöstä on kerrottu julkisuuteen, että sen avulla aiotaan turvata uusiutuvien luonnonvarojen kestävää käyttöä osana EU:n ilmastotavoitteita. Kasvihuonepäästöistä merkittävä osa syntyy energian tuotannossa. Meillä Suomessa lähes puolet energiasta on peräisin kasvihuonekaasupäästöjä tuottavista fossiilisista polttoaineista, kuten turpeesta ja kivihiilestä.

Osana biotalousstrategian laatimista maa- ja metsätalousministeriö ja työ- ja elinkeinoministeriö järjestivät viime syksynä useita alueellisia biotalousfoorumeita webinaareina, joita myös meillä Prometecillä seurattiin. Oli silmät avaavaa nähdä eri maakuntien biotalous-osaamista ja toimijoita. 

Mitä kansalliset strategia an kirjattavat vuoteen 2035 mennessä saavutettavat hiilineutraalisuustavoitteet tarkkaan ottaen ovatkin, tulee ratkaisumme Q-Robot osaltaan helpottamaan voimalaitoksia siirtymään kivihiilen ja turpeen polttamisesta biomassojen polttoon. 

Kun turvetta aletaan Suomessa korvata biomassalla, se vaikuttaa myös rekkaliikenteeseen. Yksi turverekka sisältää keskimäärin 130 megawattia energiaa, mutta kun se korvataan saman kokoisella biomassarekalla, se sisältääkin 100 megawattia energiaa. Tämän myötä biomassaan siirryttäessä rahdattavan materiaalin määrä kasvaa.

 

Miljoonan euron vuosittainen säästö voimalaitokselle

Turve ja kivihiili ovat materiaaleina homogeenisiä eli tasalaatuisia, jolloin siirtyminen biomassaan tarkoittaa epähomogeenisemmän materiaalin polttamista. Tällöin avainasemaan nousee se, miten laatu saadaan määritettyä luotettavasti ja miten se huomioidaan kattilan poltossa. Esimerkiksi metsätähdehakekuormassa kosteus voi vaihdella 30–60% välillä. Tällöin on todella tärkeää, että näyte otetaan systemaattisesti oikein ja luotettavasti, jotta otettu näyte vastaa mahdollisimman tarkasti kuormassa olevaa materiaalia.

Biomassojen laadun määrityksen merkitystä on tutkittu sekä meidän, että muun muassa VTT:n toimesta. Yksi tutkimustuloksista on biomassojen laadunmäärityksessä todennettu iso, keskimäärin 2 prosentin virhe kosteustuloksessa. Virhe johtuu manuaalisesta näytteenotosta, kun biomassarekan kuljettaja ottaa kuormastaan näytteen esimerkiksi lapiolla sellaisesta kohdasta kuormaa, josta näyte on helpoiten saatavissa. Suurimpana ongelmana on ollut lumen ja jään vaikutus talviajan mittaustuloksiin. Kosteusvirheestä koituu voimalaitokselle iso ylimääräinen kustannus – vuositasolla se voi tarkoittaa viittä prosenttia polttoaineen hankintahinnasta. 

Suuren voimalaitoksen polttoaineen käyttö voi olla tuhat gigawattia vuodessa. Energian tasevirheen ollessa 5 prosenttia ja biopolttoaineen megawattihinnan ollessa 20 euron luokkaa, nousee vuosittainen kustannus miljoonaan euroon. Tämä toki vaikuttaa biomassojen polton kannattavuuteen suhteessa esimerkiksi kivihiileen.

 

Laatutieto auttaa minimoimaan CO2-päästöjä

Q-Robotin luotettava biomassan vastaanottotarkastus antaa reaaliaikaisen tiedon kuorman laadusta. Näin ollen biomassoista maksetaan oikea hinta ja polttoaineen laatuvaihtelut otetaan huomioon voimalaitoksen kattilan polttoaineseoksen muodostamisessa. Biomassahan saattaa olla esimerkiksi hakkuiden, metsänhoidon ja metsäteollisuuden sivutuotetta. Laatutieto mahdollistaa CO2-päästöjen minimoinnin, kun laitokselle tuodaan oikea-aikaisesti oikeanlaatuista materiaalia ja polttoprosessia voidaan optimoida.

Energia-alan vähähiilisyystiekartan mukaisesti fossiilisista polttoaineista luovutaan liikenteessä, palveluissa, työkoneissa, teollisuudessa, lämmityksessä ja maataloudessa. 

Tällä hetkellä EU:n komissio näkee Suomen EU-alueen biotalouden esimerkkimaana. Tämän edelläkävijäroolin säilyttämisessä kansallisella biotalousstrategialla on iso rooli. Prometecin laadunmittauksen ratkaisu tulee tukemaan biotalousstrategian toteutumista eri toimialoilla – esimerkkinä käytetyn voi lämpö- ja voimalaitosten lisäksi sellu-, kaivos- ja elintarviketeollisuudessa. 

 

Fakta: miten Q-Robotin reaaliaikaista laatutietoa voidaan käyttää?

• Polttoaineen laadun valvonnassa
• Polttoainelogistiikan ohjauksessa 
• Optimaalisen polttoaineseoksen muodostamisessa
• Polttoprosessin optimoinnissa
• Varastotaseiden laskennassa
• Hankinnan suunnittelussa

 

Lue lisää Prometecin ratkaisuista

• lämpö- ja voimalaitoksille
• selluteollisuudelle
• kaivosteollisuudelle
• elintarviketeollisuudelle

 

Henna Karlsson, liiketoimintajohtaja

Kiinteiden biopolttoaineiden laadunvalvonnassa on jo vuosia kehitetty tekniikoita, miten kuormista kerättävien näytteiden kosteus olisi mahdollista saada analysoitua jo heti näytteenoton yhteydessä tai välittömästi sen jälkeen. Etenkin täällä pohjolassa, suurimpana ongelmana on talviaikana lumen ja jään vaikutus mittaustuloksiin. Lisäksi vaikeuskerrointa nostaa jatkuvasti vaihtuvat mitattavat polttoainelajit, jotka kukin täytyy kalibroida mittalaitteisiin erikseen. Nyt ratkaisua haetaan Suomessa kahden huippuammattilaisyrityksen voimin.

Biopolttoaineiden laadunvalvonnassa on ollut jo pitkään kaksi suurta ongelmaa. Ensimmäinen haaste on edustavien näytteiden otto automaattisesti jokaisesta kuormasta ja toinen on reaaliaikaisen tiedon saaminen materiaalin kosteudesta ennen kuorman purkua. Kajaanista lähtöisin oleva biopolttoaineiden laadunvalvontaan keskittynyt Prometec on ratkaissut ensimmäisen ongelmista tuomalla markkinoille täysin automaattisen näytteenottolaitteiston, joka ottaa näytteet kairaamalla jokaisesta saapuvasta polttoainekuormasta. Tällä hetkellä Prometec toimii kolmessa eri maassa.  Nyt Prometec on keskittynyt toisen suuren ongelman ratkaisemiseen yhdessä kuopiolaisen mittalaitteita valmistavan Puumit Oy kanssa. Puumit:in mittalaite on ollut pilotointi-testissä Kajaanissa koko talven ja kevään ajan menestyksekkäästi. Mittaustekniikoita innovatiivisesti yhdistävä Puumit mahdollistaa Prometecin Q-Robot näytteenottimella kerättyjen näytteiden kosteuden analysoinnin ja tulosten saamisen välittömästi näytteenoton jälkeen ennen kuin rekka lähtee pois näytteenottopaikalta. Näin ollen, kuljettajaa voidaan opastaa polttoaineen laadun mukaan ajamaan tietyille purkupaikoille ja reaaliaikaista dataa kuorman kosteudesta saadaan niin voimalaitokselle kuin toimittajallekin.

 

Edustavien näytteiden mittaaminen reaaliajassa

Toisin kuin tyypilliset sähkömagneettiset kosteuden mittausmenetelmät kuten mikroaallot tai radioaallot, Puumit Oy hyödyntää sähkömagneettisen spektrin taajuusaluetta, jossa jään permittiivisyys vastaa veden permittiivisyyttä. Näin ollen impedanssispektroskopialla on mahdollista mitata tarkasti kosteutta myös jäätyneestä materiaalista. Hyödyntämällä koneoppimismenetelmiä ja tekoälyä, spektrianalyysit voidaan tehdä yksilöidysti erilaisille biopolttoaineille. Menetelmä on myös itseoppiva, mikä osaltaan parantaa menetelmän tarkkuutta ja luotettavuutta.

”Näytteiden otto ja mittaaminen ovat tärkeimpiä prosesseja polttoaineen laadun määrityksessä. Laskutus perustuu näihin näytteisiin. Nyt kun saisimme vielä yhdistettyä luotettavan mittalaitteen Q-Robottiin, saisimme puuttuvan palasen kohdalleen tarjoamaamme”, pohtii Prometecin toimitusjohtaja Juha Huotari.

”Yhteistyö Prometecin kanssa on meille elintärkeää. Näin saamme satoja näytteitä mitattua ja analysoitua kuukaudessa ja voimme kehittää tuotettamme tarkemmaksi, Elmo-rahoitus on mahdollistanut tämän uuden tekniikan kehittämisen”, sanoo Puumit Oy:n toimitusjohtaja Heikki Sonninen.

Perinteisesti biopolttoaineita kuljettavista rekka-autoista näytteet on otettu lapiolla. Siitä aiheutuu virhettä kosteusmääritykseen, koska edustavien näytteiden saaminen manuaalisesti on erittäin haastavaa ja aikaa vievää. Yhtä kuormaa kohden ei voida kuluttaa liikaa aikaa näytteenottoon, kun lasteja saattaa saapua toista sataa lämmityskauden kiireisimpinä aikoina. Prometecin näytteenotin kerää näytteet automaattisesti, luotettavasti ja edustavasti ennen kuorman purkamista.

”Meiltä on monesti kysytty, että joko meillä on mahdollista myös mitata näytteiden kosteus reaaliajassa. Siksi olemme lähteneet tähän kehitysprojektiin mukaan, koska asiakkaamme näitä ratkaisuja toivovat ja haluamme palvella heitä mahdollisimman hyvin. Näemme itse näytteiden mittauksen haastavana, mutta mahdollisena tehtävänä. Se on selvä, että jokaiseen Q-Robottiin tullaan integroimaan mittalaitteisto, koska sillä on asiakkaille niin paljon hyötyjä”, kertoo Huotari Prometeciltä.

Tulevaisuuden laadunvalvonta on kokonaisvaltaista. Niin näytteenotto kuin laadun mittaaminen tulisi olla automaattista ja tarkkaa. Yhdistämällä automaattinen näytteenotin Q-Robot ja Puumitin mittalaitteisto tämä suuri loikka kohti automaattista laadunvalvontaa heti vastaanottopisteellä, on mahdollista tehdä.