Biohiili

Biohiili on biomassasta keinotekoisesti tuotettua hiiltä. Sitä saadaan aikaan pyrolyysillä eli kuivatislauksella, jossa biomassasta kaasutetaan haihtuvat ainesosat hapettomissa tai happiköyhissä oloissa muutamien satojen asteiden lämpötilassa, yleensä alle 700 °C. Alle 300 °C:n lämpötilassa kaasuttamista kutsutaan torrefioinniksi. Siinä biomassa ei kaasuunnu eikä hiilly yhtä pitkälle kuin korkeammissa lämpötiloissa, vaan torrefioinnin tarkoitus on lähinnä parantaa energiatiheyttä ja valmistella materiaali siten energiakäyttöä varten.

Historia 
Aikaisimmat tunnetut biohiilen sovellukset ovat Etelä-Amerikan intiaanien ajoilta 500–2 500 vuotta sitten. Terra Preta nimellä tunnetulla maanparannustekniikalla muutettiin köyhää maaperää ihanteelliseksi mustaksi viljelysmaaksi sijoittamalla maahan runsaita määriä biohiiltä. Tällä toiminnalla voitaisiin nykyaikana hillitä tehokkaasti ilmastonmuutosta, koska hiili on tässä muodossa maahan sijoitettuna erittäin pysyvässä tilassa. Samalla parannettaisiin huomattavasti viljelysmaiden kuntoa, sekä hillittäsiin maatalouden ravinnepäästöjä, sillä biohiili pidättää ravinteita tehokkaasti. Suomessa historiallista biohiileen ja pyrolyysiin liittyvää toimintaa on ollut tervanpoltto.

Koostumus ja tuotanto 
Biomassan pyrolyysi on itseään ruokkiva eksoterminen prosessi, eli vapautuvien kaasujen poltto tuottaa enemmän lämpöä kuin prosessi vaatii. Pyrolyysistä jäljelle jäävä kiinteä lopputuote on noin 90% hiiltä ja 10% tuhkaa. Prosessia voidaan säätää lähinnä raaka-aineen ja käytettävän lämpötilan osalta, vaikuttaen lopputuotteiden saantosuhteisiin, riippuen siitä, halutaanko pääasiassa poltettavaa kaasua esimerkiksi lämmöntuotantoon, tisleitä kaasusta tai biohiiltä eri tarkoituksiin. Pyrolyysillä tuotetaan yleisesti hiiltä mm. maanparannukseen, energiahiileksi, grillihiileksi sekä aktiivihiileksi teollisiin ja lääkinnällisiin sovelluksiin. Energiakäytössä biohiili on päästöneutraalia biopolttoainetta, joka vastaa ominaisuuksiltaan kivihiiltä. Biohiili ei sinänsä eroakaan oleellisesti luonnon muovaamasta hiilestä, vaan etuliite bio- juontuu muun muassa sen valmistuksesta biomassasta, biopolttoaineen luonteesta sekä maanparannuskäytöstä.

Pieniä määriä biohiiltä voi helposti tuottaa itse kotona. Tulisijan ja kaasuttimen voi rakentaa halvasta romusta, kuten tiilistä ja metallitynnyreistä. Kotitehtailijan tulee ottaa huomioon paloturvallisuuden lisäksi se, että jos prosessi ei ole tehokas, tulee tuottaneeksi päästöinä runsaasti mm. hiilidioksidia. Kaasutuslämpötila tulisi saada vähintään 450 °C tasolle senkin takia, että biohiilestä tulee maanparannukseen soveltuvaa.

Teollisessa mittakaavassa biohiiltä voitaisiin tuottaa esim. NSE Biofuels Oyn Varkauden laitoksessa 60 000 tonnia vuodessa, jos se optimoitaisiin tuohon tarkoitukseen. Torrec Oy puolestaan kaavailee 200 000 tonnin vuosituotoksen laitosta Ristiinaan.

Sovellukset 
Biohiilen käyttö maanparannusaineena kasvattaa suosiotaan lähinnä harrastelijapuutarhureiden keskuudessa. Parhaat tavat sijoittaa biohiiltä maahan ovat tärkeä tutkimuskohde. Suurimittainen sijoitus maaperään aktiiviviljelyssä on toistaiseksi taloudellisesti kannattamatonta, mutta hyötyjen takia laajasti tutkimuksen kohteena. Norjalaisten tutkimusten mukaan biohiilen tuottajan pitäisi saada 113 euroa sidottua hiilidioksiditonnia kohden kulujen kattamiseen. Maanparannuskäytön tutkimuskohteita ovat muun muassa

 Millä pyrolyysiprosessin säädöillä tuotettu biohiili on parasta maanparannuskäytössä.
 Mitkä maalajit hyötyvät eniten biohiilestä.
 Kuinka paljon biohiiltä kannattaa lisätä.
 Vaikutukset maaeliöstön toimintaan, maan rakenteeseen ja ravinteiden hyväksikäyttöön.
 Voidaanko biohiiltä käyttää myrkkyjen ja kasvinsuojeluaineiden jäämien imeyttämiseen.
 Tuleeko biohiili laittaa maahan raakana vai 'ladata', esimerkiksi imeyttää siihen lantaa.

Energiaksi biohiiltä voi käyttää tavallisen hiilen tavoin polttoaineena. Sitä voidaan siis polttaa tavanomaisissa hiilivoimalaitoksissa ja pienemmissä lämpölaitoksissa joko pelkästään tai sekaisin muiden polttoaineiden kanssa. Myös energiakäytössä biohiili on kivihiileen verrattuna kannattamatonta ilman yhteiskunnan tukia, vaikkakin se pärjää muille biopolttoaineille muun muassa suuremman energiatiheytensä ansiosta. Biohiileen liittyvä energiasovellus on myös kulkuneuvoissa ja liesissä hyödynnetty puukaasu.

Biohiilen hyödyntämistä kehittäviä yhtiöitä ja projekteja

Preseco 
Biocarbon (biohiili) on Preseco Oy:n tavaramerkki ja sen valmistustekniikka on patentoitu.

Presecon käyttämä tuotantotapa perustuu tehokkaaseen pyrolyysiin. Orgaaninen materiaali syötetään hiilletysuuniin () ja poltetaan kuivatislaamalla. Materiaali on hiilletysuunissa noin 10–20 minuuttia. Prosessin nopeus ja laatu riippuu syötetyn hakkeen koosta. Materiaalin tilavuus pienenee 60–90 prosenttia. Prosessi on jatkuva, joten sen energiatehokkuus on suuri.

Pyrolyysissa syntyvää kaasua poltetaan, jotta saadaan energiaa prosessiin ja lisäksi kaasun polttaminen vähentää päästöjä. Prosessi on joustava ja prosessin lämpötilan muutokset vaikuttavat lopputuotteen määrään. Prosessi on lämpöenergian suhteen omavarainen. Hiilen määrä lopputuotteessa vaihtelee raaka-aineen ja pyrolyysilämpötilan mukaan: sekamateriaalia varten prosessissa käytettävät arvot pitää laskea erikseen. Materiaali, jossa on paljon hiiltä (kuten puu ja oljet) tuottavat korkealaatuista polttoainetta ja alhaisemman hiilen materiaalit tuottavat hiiltä lannoitteisiin. Biohiilen laatu siis vaihtelee riippuen raaka-aineesta. Parhaimmillaan prosessin energiatehokkuus on 90%.

All Power Labs 
Berkeleyssä Kaliforniassa toimiva, 2008 toimintansa aloittanut All Power Labs tuottaa pienen mittakaavan yksiköitä sähköntuotantoon. Laitteistot koostuvat polttoainesäiliöstä, kaasuttavasta reaktorista, kaasun suodattimesta, sekä tavanomaisesta moottorista, joiden muodostamaa kokonaisuutta ohjaa tietokone. Kaupalliselle tasolle yhtiöllä on tarjota 10 ja 20 kW tehoiset laitteet, ja 100 kW prototyyppiä kehitetään. 20 kW yksikkö riittää toimitusjohtaja Tom Pricen mukaan noin neljän keskivertoamerikkalaisen kodin tarpeisiin.

BalBiC 
BalBiC-projektin tavoitteena on kehittää erityisesti teollisen biohiilen tuottamista ja markkinoita Baltian alueella. Tässä yhteydessä biohiili ymmärretään kiinteänä polttoaineena, joka on valmistettu hapettomissa olosuhteisessa esimerkiksi puuperäisestä biomassasta. Prosessissa valmistuu joko puuhiiltä tai melko alhaisissa lämpötiloissa torrefioitua puuta. Näistä kahdesta käytetään yleisnimitystä ”biohiili”.

Carbofex Oy 
Carbofex Oy perustettiin syksyllä 2016 valmistamaan biohiiltä ja edistämään biohiilen käyttöä. Yhtiö valmistaa kasvualustahiiltä ja kehittää aktiivisesti uusia sovelluksia biohiilen ympärille. Carbofex valmistaa myös biohiilentuotantolaitteistoja. Yhtiön ensimmäinen oma biohiililaitos valmistui Tampereen Hiedanrannan kaupunginosaan kesällä 2017. Teknologia perustuu ylipaineiseen ruuvireaktoriin ja jatkuvatoimiseen hidaspyrolyysiin, jossa pääpaino on hiilen tuotannolla. Laitos tuottaa myös pyrolyysiöljyä ja kaukolämpöä Tampereen Kaupungille (Sähkölaitokselle) 1.11.2017 Alkaen. Lämpölaitos on hiilinegatiivinen, sitoen n. 3,2 kg hiilidioksidia yhtä tuotettua biohiilikiloa kohden. Yhtiön toimitusjohtajana toimii bioenergia-alan pioneeri Sampo Tukiainen, ja hallituksen puheenjohtajana Veikko Kantero, ylempänä mainitun Preseco Oy:n entinen toimitusjohtaja. Teknologia perustuu osin Tukiaisen keksimään ja Presecon puitteissa kehitettyyn Carboniser-teknologiaan.

Suomen Biohiiliyhdistys 
Suomen Biohiiliyhdistys on vuonna 2017 perustettu voittoa tavoittelematon yleishyödyllinen yhdistys. Yhdistyksen tarkoitus on edistää biohiilen käyttöä, valmistusta ja siihen liittyvää tutkimusta. Yhdistyksen tehtävä on myös lisätä yleistä tietoutta biohiilestä ja edistää yritysten, tutkijoiden ja viranomaisten välistä yhteistyötä. Yhdistys järjestää erilaisia tapahtumia ja koulutuksia sekä kerää ja julkaisee alan kannalta tärkeitä tietoja verkkosivuillaan kuten biohiilen hankintaohjetta ja biohiilitoimijoista koottua biohiilikarttaa. Yhdistykseen voi liittyä henkilö- tai yritysjäseneksi.

SoilCare Oy 
SoilCare Oy on hiiliteollisuuteen ja maanparannukseen erikoistunut mikkeliläinen yritys.

Yli kahdenkymmenen vuoden kokemuksella ja vahvalla tutkimusyhteistyöllä mm. UEF, LUKE, XAMK ja HAMK SoilCare Oy tarjoaa sekä tuotteita, teknologiaa että koulutusta biohiilen valmistukseen ja käyttöön globaalisti. Ariterm Service Oy:n kanssa yhteistyössä kehitetty haketta polttoaineena käyttävä laitteisto, jota voidaan käyttää samanaikaisesti sekä kiinteistön lämmityksessä että biohiilen valmistuksessa on saatu valmiiksi ja testiajot suoritettu keväällä 2023.

Katso myös 
 Kuivatislaus
 Puukaasu
 Puuhiili
 Kivihiili
 Torrefiointi

Lähteet 

 Carbofex Oy:n kotisivut

Viitteet

Aiheesta muualla 

 Esitelmävideo aiheesta TEDx foorumilla youtube

Biopolttoaineet