Tulosta Tulosta Lähetä linkki Bookmark and Share

VTT selvitti sähkön tuotannon kannattavuutta pensashakkeella Namibiassa

14.01.2008


Pensasbiomassalla suuri energiantuotantopotentiaali

VTT on selvittänyt pensashakkeen käytön kannattavuutta sähkön tuotannossa Namibiassa, jossa pensaista saatavalla biomassalla on suuri energiantuotantopotentiaali. Namibia kärsii pensaan liikakasvusta, mikä haittaa esimerkiksi maan keskeistä elinkeinoa karjankasvatusta. VTT kehitti myös pensashakkeen tuotantoteknologiaa. Selvityksen mukaan hakkeen tuotanto voimalaitoksen tarpeisiin onnistuu teknisesti. Sähkön tuotanto tarkastelluissa 5–20 MW:n laitoksissa ei kuitenkaan ole taloudellisesti kannattavaa ilman investointitukea ja päästökaupasta saatavaa hyötyä. Sen sijaan maan pääkaupungin Windhoekin kivihiililaitoksessa yhden kattilan muuttaminen biomassalle on kannattavaa. Suurimmat menoerät sähkön tuotannossa muodostuvat polttoainekuluista ja laitosinvestoinnista.

Pensasbiomassa muodostaa merkittävän raaka-ainelähteen energian tuotannossa Afrikan eteläisessä kärjessä sijaitsevassa Namibiassa. On arvioitu, että pensaan liikakasvu vaivaa voimakkaasti noin 10 miljoonan hehtaarin aluetta pohjoisessa Keski- ja Itä-Namibiassa. Pensaiden lukumäärä tällä alueella vaihtelee välillä 1 000–10 000 pensasta hehtaarilla. Hehtaarikohtainen biomassamäärä alueella on 5–25 tonnia. Pensaan liikakasvua voidaan hoitaa harventamalla ja jättämällä 200–300 suurinta pensasta savannille kasvamaan. Keskimääräinen biomassasaanto harvennuksissa on noin 10 tonnia hehtaarilta. Korjatut pensaat lähtevät uudelleen kasvamaan juurista, ja harvennus on mahdollista tehdä uudelleen 10–15 vuoden kuluttua. Pensaan liikakasvun vaivaamalla alueella biomassamäärä on näin kaikkiaan 125 miljoonaa tonnia eli noin 500 TWh. Namibiassa kokonaisenergian kulutus oli vuonna 1999 yhteensä 12.6 TWh.

Pensaan liikakasvu haittaa Namibian mm. karjankasvatusta, sillä pensaat vähentävät ruohon kasvua ja liikkuminen tiheässä pensaikossa on lähes mahdotonta. Biosähkön tuottaminen edesauttaisi myös Namibian energiaomavaraisuutta, mikä tällä hetkellä on huono. Namibian käyttämä sähkö tulee pääosin Etelä-Afrikasta. Namibian pääkaupungissa Windhoekissa on kivihiilivoimala, mutta sitä käytetään satunnaisesti Etelä-Afrikan sähkön tuotannon tukena. Tällä hetkellä pensaita käytetään polttopuun valmistuksessa (noin 1 miljoonaa tonnia vuodessa) ja grillihiilen tuotannossa (0,3 miljoonaa tonnia vuodessa). Lisäksi Namibiassa on yksi brikettitehdas, mikä tuottaa pensashakkeesta brikettiä noin 6 000 tonnia vuodessa.

VTT:n tutkimukseen liittyvät hakkeen tuotantokokeet tehtiin CCF:n (Cheetah Conservation Fund) omistamalla maatilalla. Maatilan koko on 36 000 hehtaaria, ja se sijaitsee juuri pensasongelma-alueella noin 200 km pohjoiseen Windhoekista. Maatilalla tuotetaan haketta CCF:n omistamalle brikettitehtaalle.

CCF:n korjuuketjussa pensaat katkaistaan kirveellä. Hakkuun jälkeen pensaat kannetaan palstatien varteen. Palstateiden etäisyys on 50 metriä. Palstatien varressa pensaat kasataan aumoihin, joissa ne kuivataan 15–20 %:n kosteuteen. Namibian olosuhteissa pensas kuivuu tähän kosteuteen kahdessa kolmessa viikossa. Kun pensas on riittävän kuivaa, niin se haketetaan rumpuhakkurilla. Hakkuri puhaltaa hakkeen suoraan traktorin peräkärryyn, jolla se kuljetetaan brikettitehtaalle 40 km:n päähän. Traktoriin on kytketty kaksi peräkärryä, jotka on varustettu kippauslaitteistolla. 

Korjuukokeet tehtiin yhden hehtaarin kokoisilla koelohkoilla, joita tutkimuksessa oli kaikkiaan 13. Harvennuksen jälkeen hakkuualueelle jäi 200–250 pensasta. Hehtaarisaanto koelohkoilla oli keskimäärin 7,0 tonnia. Korjuukokeissa mitattiin eri työvaiheiden tuottavuus tonneina aikayksikköä kohti. Hakkuun tuottavuus oli 0,25 ha (1,7 tonnia) ja siirtelyssä 0,30 ha (2,0 tonnia) työmiestä kohti päivässä. Haketuksen tuottavuus oli 20,1 tonnia päivässä ja maantiekuljetuksen tuottavuus 10,5 tonnia päivässä 50 km:n kuljetusetäisyydellä.

Tarkastellun 5 MW:n biolaitoksen hakkeen käyttömäärä on 32 000 tonnia vuodessa 20 %:n kosteudessa. Käytössä olevalla ketjulla tarvitaan tämän määrän tuottamiseen koneiden ohella 198 miestä. 30 km:n kuljetusetäisyydellä lasketut hakkeen tuotantokustannukset ovat 5,1 euroa/MWh, suurin kuluerä on haketuskustannukset. 

Korjuukustannukset 15 % pienemmiksi

VTT tehosti myös käytössä olevaa hakkeen tuotantoketjua, josta konekokeiden pohjalta hahmoteltiin täysin koneellinen. Ketjussa pensaiden hakkuu tapahtuu pienoistraktorilla, jossa on pyörivä kaatopää ja siirtely keruukouralla varustetulla pienoistraktorilla. Haketukseen käytettäisiin kuormaimella varustettua rumpuhakkuria ja maantiekuljetukseen traktori-peräkärry -yhdistelmää lyhyen kuljetusmatkan takia. Uudella koneellisella ketjulla on VTT:n mukaan mahdollista alentaa korjuukustannuksia noin 15 % käytössä olevaan ketjuun nähden. Kun 50 MW:n sähköä tuottava laitos käyttää vuodessa 32 000 tonnia (20 %:n kosteudessa) haketta, niin työntekijöiden määrä tuotannossa on 32 henkilöä.

Sähkön tuotanto erillisissä 10 ja 20 MW:n laitoksissa on kannattavaa, kun laitosinvestoija saa 35 %:n investointituen ja päästökauppahyötyä 15 € hiilidioksiditonnia kohti. Tarkastelun mukaan 20 MW:n laitoksen takaisinmaksuaika on 7 vuotta ja 10 MW:n laitoksen 10 vuotta. Myydyn sähkön hinta tarkastelussa oli 40 euroa/MWh. 5 MW:n laitos on liian pieni, minkä vuoksi takaisinmaksuaika käytetyillä lähtöarvoilla on 16 vuotta. Laitokset voisivat sijaita pohjoisessa Namibiassa, jossa ovat suurimat biomassaresurssit.

Namibian pääkaupungissa Windhoekissa sijaitsee kivihiilivoimalaitos, jossa on neljä kattilaa. Projektissa tarkasteltiin laitoksen yhden kattilan muuttamista biomassalle. Kattilan teho biomassalla olisi noin 20 MW, mikä on jonkin verran pienempi kuin kivihiilellä. Kattilan muutostyö biomassalle olisi kannattava ilman tukia. Sähkön tuotantokustannukset olisivat 35,6 €/MWh:lta. Pääasialliset kustannukset ovat polttoainekustannukset (27,0 €/MWh). Pääomakustannusten osuus on 5,5 €/MWh. Investoinnin takaisinmaksuaika on 7 vuotta. 

Projekti oli Suomen ja Namibian valtioiden rahoittama, ja se toteutettiin vuosina 2006 ja 2007. Projektia koordinoi VTT. Mukana Suomesta laitostarkastelussa oli Chemitec Oy. Lisäksi käytettiin paikallisia namibialaisia asiantuntijoita.

Julkaisu: Leinonen, A. Wood chip production technology and costs for fuel in Namibia. Espoo 2007. VTT Tiedotteita – Research Notes 2417. 66 p. + app. 21 p.

Kuvia:
Pensaiden hakkuuta Namibiassa.
Hakatut pensaat siirretään tienvarteen ja kasataan aumoihin, joissa ne kuivataan.
Haketusta hakkurilla.

 

 

Lisätietoja

Arvo Leinonen
Johtava tutkija
puh. 020 722 2677