Biokaasu

Biokaasu on kaasuseos, jota syntyy kun biomassaa hajotetaan anaerobisesti mädättämällä. Biokaasu sisältää 60–65 % metaania (CH4) ja 30–35 % hiilidioksidia (CO2). Lisäksi biokaasussa on muun muassa vettä (H2O), typpeä (N2), happea (O2), vetyä (H2), ammoniakkia (NH3) ja rikkivetyä (H2S) syötteestä riippuen. Biokaasun lämpöarvo on hyvä, keskimäärin 6,4 kWh/m³. Biokaasun tuotantoon käy lähes kaikki biohajoava aines, ei kuitenkaan sellun valmistukseen soveltuva niin sanottu ligniinipitoinen puu. Maatiloilta saadaan raaka-aineiksi muun muassa lantaa ja eläin- ja kasvijätettä. Myös energiakasvit soveltuvat biokaasun tuotantoon. Kunnat voivat saada raaka-ainetta biojätteistä, puhdistamolietteistä ja saostuskaivolietteistä ja teollisuusyritykset muun muassa biohajoavista sivuvirroista. Valmistuksen jälkeen biokaasu ja maakaasu vastaavat käytännössä toisiaan. Ajoneuvokäyttö on puhdistamisen jälkeen teknisesti helppoa. 
Biopolttoaineilla, kuten biokaasulla, energiankulutuksen kasvihuonekaasupäästöjä voidaan alentaa, jos voidaan olettaa sen valmistuksessa käytetyn biomassan korvaantuvan uudella biomassalla. Euroopan unionin tavoitteiden mukaan biopolttoaineiden osuus liikenteen polttoaineista tulisi olla vähintään 5,75 % vuonna 2010, 10,00 % vuonna 2020 ja jopa 25,00 % vuonna 2030.
Biokaasun historia.
Ulkomailla.
Biokaasun käytöstä maatiloilla valaistukseen ja keittiökäyttöön on viitteitä muinaisesta Sumerista 3000 eaa. ja kirjallisia tietoja Kiinasta 1600 eaa. Liikennekäytön vaatima teknologia kaasun varastoimiseksi korkeassa 200 baarin paineessa teräksestä valmistetuissa kaasupullossa kehittyi 1930-luvun alussa, jolloin alkoi synteettisen, kivihiilipohjaisen metaanin käyttö liikennepolttoaineena Saksassa. AGA kehitti 1930-luvulla biokaasun puhdistustekniikan, joka otettiin liikennekaasun tuotantokäyttöön Boråsissa vuonna 1941 ja Tukholmassa vuonna 1942. Ruotsissa ajoneuvokäyttö on yleistä, muun muassa Linköpingin kaikki linja-autot toimivat sillä. 
Suomessa.
Suomessakin biokaasutekniikkaa oli tutkittu 1900-luvun alusta alkaen. Biokaasun hyödyntäminen alkoi Helsingissä 1930-luvulla Rajasaaren ja Kyläsaaren jätevedenpuhdistamoilla, ja kaasua siirrettiin Helsingin kaupunkikaasuverkostoon. Sota-aikana liikennepolttoaineista oli pulaa, joten vuonna 1941 Kyläsaaressa ja vuonna 1943 Rajasaaressa avattiin liikennebiokaasun tankkauspaikat. Autojen muuntosarjat sekä paineistus- ja tankkaustekniikan toimitti AGA eli silloinen Ab Gasaccumulator Oy, joka myös hoiti tankkausliiketoiminnan. Muuntosarjoja asennettiin kaupungin omistamiin autoihin, ja kaikkiaan 92 autolle annettiin lupa tehdä muutokset. Bensiinin tuonnin vapautuminen vuonna 1946 johti myös biokaasun tuotannon lopettamiseen. Päätöksen teki kaupunginhallitus, vaikka tuotanto oli taloudellisesti kannattavaa.
Biokaasun edut.
Kotimaisuus.
Biokaasu on kotimaista energiaa, jolla voi vahvistaa Suomen energiaomavaraisuutta ja luoda lisää työllisyyttä. Samalla se voi hyödyntää muun muassa energiakasveja biokaasuprosessissa ja maaseudun elinvoimaisuus lisääntyy.
Energiaomavaraisuus ja huoltovarmuus.
Biokaasu tarjoaa myös monia ratkaisuja tulevaisuuden kiertotalousyhteiskuntaan. Se parantaa maaseudun energiaomavaraisuutta ja huoltovarmuutta. Maatilakoon laitosta isomman mittakaavan keskitetty biokaasulaitos voi tulevaisuudessa olla biojalostamo, joka hyödyntää jäte- ja sivuvirtoja ja tuottaa niistä biokemikaaleja, liikennepolttoainetta ja kierrätyslannoitteita.
Uusiutuvuus.
Lisäksi biokaasu on uusiutuvaa energiaa, joka tuotetaan muun muassa yhdyskuntajätteistä. Biokaasun tuotannossa syntyneet sivutuotteet voidaan hyödyntää lannoitteena pelloillamme eli tuotantoprosessilla saadaan aikaan niin sanottu täydellinen kierto, jossa kaikki prosessin ainekset voidaan käyttää hyödyksi, ja lopulta aine palaa luontoon.
Ympäristöystävällisyys.
Näiden lisäksi biokaasu on ympäristöystävällistä energiaa, koska se vähentää ja pienentää lähi- ja hiukkaspäästöjä. Kaikista tunnetuista liikennepolttoaineista biokaasu tuottaa vähiten lähipäästöjä. Jalostetussa biokaasussa ei ole rikkiä eikä raskasmetalleja, sekä siinä on erittäin vähän typen oksideja.
Muita etuja.
Biokaasu on myös turvallista, koska jalostetun biokaasun poltosta ei synny myrkyllisiä pakokaasuja. Biokaasulla toimiva moottori on huomattavasti hiljaisempi kuin dieselpolttomoottori. Biokaasun valmistusprosessi poistaa lietteiden ja lannan hajuhaittoja.
Biokaasun tuotanto ja raaka-aineet.
Biokaasua voi tuottaa kaikesta orgaanisesta aineesta. Biokaasua kerätään kaatopaikoilta, jätevedenpuhdistamoiden lietteistä ja maatalouden tuotteista, kuten lannasta, oljista, metsäjätteistä ja energiakasveista. Raaka-aineen perusteella biokaasut voidaan jakaa kolmeen eri ryhmään: jätepohjainen biokaasu, peltopohjainen biokaasu ja puupohjainen biokaasu Bio-SNG.
Jäte- ja peltopohjainen biokaasu.
Jäte- ja peltopohjainen biokaasu syntyvät ohjatussa mädätysprosessissa, jossa biokaasua muodostuu mikrobien hajottaessa orgaanista ainesta. Hajoaminen tapahtuu mädäntymällä hapettomassa tilassa anaerobisten bakteerien vaikutuksesta. Näin syntyvä biokaasu sisältää metaania ja hiilidioksidia, noin 40–75 % metaania ja noin 30–45 % hiilidioksidia. Lisäksi biokaasu voi sisältää pieniä määriä muita yhdisteitä. Biokaasun lämpöarvo on noin 5,0–5,5 kWh/m³n.
Kaatopaikoilta talteen kerättävän raakakaasun koostumus vaihtelee kaikista eniten, koska se on syntynyt pääasiassa lajittelemattomista jätteistä.
Puupohjainen biokaasu.
Puupohjaista biokaasua prosessoidaan kaasuttamalla täysin kiinteää biomassaa. Kaasu käsitellään vastaamaan koostumukseltaan maakaasua, jolloin metaanipitoisuuden tulee olla vähintään 95 prosenttia.
Tuotannon vaiheet.
Raaka-aineista riippuen materiaalia hajotetaan reaktorissa välillä sekoittaen 15–50 päivän ajan. Biokaasun talteenotto vähentää syötteelle tyypillisiä hajuhaittoja ja vähentää metaanipäästöjä ympäristöön. Järjestelmästä saa sähköä, lämpöä ja lämmintä vettä maatalouskäyttöön.
Biokaasulaitostyypit.
Yleisin laitostyyppi tuotantoympäristössä on jatkuvasti toimiva märkäprosessi, mikä soveltuu hyvin jätevesilietteiden käsittelyyn ja on varma menetelmä. Käytettävän raaka-aineen mukaan laitostyypit voidaan jakaa seuraaviin tyyppeihin: 1) Maatilakokoluokan laitoksiin, jolloin syötteen perusmateriaali on yleensä lanta ja energiakasvit, 2) jäteveden puhdistamoiden biokaasulaitoksiin, jossa otetaan talteen jätevesilietteen biokaasu, 3) yhteiskäsittelylaitoksiin, missä voidaan käsitellä erilaisia raaka-aineita lannasta jätteisiin, 4) biokaasun suuret talteenottojärjestelmät kaatopaikalla.
Kansainvälinen energiajärjestön IEA:n mukaan lantakompostointi ei ollut vuonna 2005 kannattavaa ilman metaania tuottavaa lisäraaka-ainetta. Isoilla 5 000–6 000 kuutiometrin laitoksilla takaisinmaksuaika voi olla 3–10 vuotta, mutta se edellyttää hyvää suunnittelua. Tanskassa on keskitettyjä isoja maatalousbiokaasulaitoksia.
Biokaasua (90 % metaania + 10 % hiilidioksidia) muodostuu bakteerien hajottaessa orgaanisen materiaalin ilman happea eli anaerobisesti. Ravinteina käytettävän lietteen tilavuus pienenee. Maailmassa on ainakin 150 yhdyskunta- tai teollisuusjätettä käyttävää anaerobista laitosta ja 35 rakenteilla. Yli 5 miljoonaa tonnia jätettä tuottaa 600 MW. IEA:n mukaan se on taloudellisin jätteidenkäsittelytapa. Eläinten lanta on käytetyin materiaali. Saksassa, Itävallassa ja Tanskassa lanta alkaa jo olla käytössä, joten maanviljelijät etsivät vaihtoehtoisia lisämateriaaleja, kuten maissi, ohra, ruis ja ruohot. Saksassa maissista on taloudellisempaa tehdä sähköä kuin syöttää se eläinten rehuna. Vuonna 2005 Saksassa ja Itävallassa maksettiin korkeampaa syöttötariffia viljasta tehdylle sähkölle.
Biokaasun tuotantomäärät.
Maaseudulla pienimuotoiset hajotusyksiköt ovat tavallisia: Kiinassa on 8 miljoonaa yksikköä, Nepalissa 50 000, Saksassa 2 000, Itävallassa 120 ja Sveitsissä 69 (julkaisuvuosi 2005).
Euroopassa Iso-Britannia ja Saksa ovat johtavia biokaasun tuottajia 2006. EU tuotti vuonna 2006 biokaasua 5,4 miljoonaa toe (öljyekvivalenttitonnia) ja 4,7 miljoonaa toe (2005) eli 62 000 GWh (2006) ja 55 000 GWh (2005).
Saksassa tuotannon kasvu oli Euroopan suurinta vuosina 2003–2006. Kasvu perustui maanviljelijöiden sähkön syöttötariffiin ja 3 500 biokaasuyksikköön (määrä vuonna 2006) sähkön ja lämmön yhteistuotannossa. Saksan biokaasuyhdistyksen tavoite on nostaa kapasiteetti 1 000 MW:sta (2006) 9 500 MW:iin ja kymmenkertaistaa sähkömäärä 76 000 GWh:iin (2020), mikä olisi 1 % Saksan sähkönkulutuksesta. Vuonna 2006 Saksassa tuotettiin sähköä tuotettiin biokaasusta 7 300 GWh. Määrästä noin puolet 3 600 GWh kerättiin kaatopaikoilta biokaasuna.
Biokaasun tuotanto Suomessa.
Biokaasusta tuotettiin Suomessa sähköä vain 22 GWh vuonna 2006. Biomassajakeista saatava teknis-taloudellinen energiapotentiaali on uusimman tiedon valossa yli 9 TWh/a, josta suuri osa, noin 5,9 TWh on saatavissa peltobiomassoista. Suomen koko energiankulutuksen arvioitiin olevan vuonna 2010 noin 402 TWh vuodessa. Arvio perustuu peltoalueiden kestävään käyttöön ja vain ruokaketjun ulkopuolisiin jakeisiin. Kaasun lisäksi lopputuotteena saadaan kiinteää ja nestemäistä mädätysjäännöstä, jotka ovat arvokkaita ja ravinnepitoisia orgaanisia lannoitteita peltoviljelyyn. Biopohjaisten kaasujen yhteenlaskettu potentiaali Suomessa on ainakin 15 TWh, mikä on noin kolmannes nykyisen maakaasun käytöstä. Vuonna 2011 Gasum Oy:n tavoitteena oli saada 20 % maakaasun käytöstä biopohjaiseksi vuoteen 2020 mennessä.
Vuonna 2007 silloinen kauppa- ja teollisuusministeri Mauri Pekkarinen sääti biokaasulle syöttötariffin siten, että siitä oli tarkoitus saada sähköä kymmeniä tai satoja megawatteja viiden vuoden päästä.
Biokaasun tuotanto ulkomailla.
Saksassa.
Edellä esitetty vuonna 2007 asettu Suomen tavoite oli merkittävästi Saksaa vaatimattomampi. Saksa tukee biokaasun tuotantoa rinnan muiden uusiutuvien energiamuotojen kanssa. Suomen sähkönkulutus oli noin 90 000 GWh vuonna 2006.
Ruotsissa.
Ruotsissa biokaasu tuottaa sähköä. lämpöä, liikenteen biopolttoaineita ja korvaa maakaasua kaasuverkossa (1,8 miljoonaa kuutiometriä/a). Göteborgin jätevedenpuhdistamo tuottaa 1 600 kuutiometriä biokaasua/h yhteensä 6 MWh/a. Vuonna 2006 Ruotsissa oli 779 biokaasubussia, 4 500 biokaasuautoa ja 1 biokaasujuna. Biokaasun jakelu säädettiin pakolliseksi huoltoasemille, kuten myös biodieselin ja etanolin jako isoilla asemilla (yli 3 000 m³/a). Ruotsi päätti lokakuussa 2006 myöntää 30 prosentin veronkevennyksen biokaasuautoille.
Suomi ja biokaasun käyttö.
2000-luvun ensimmäisellä vuosikymmenellä.
Suomen kaatopaikoilla on käyttökelpoista kaasua 25 miljoonan öljylitran verran. Kaasua voi käyttää lämmön- ja sähköntuotantoon ja ajoneuvojen polttoaineena. Suomen kaatopaikoilta muodostuu vuosittain 200 miljoonaa kuutiometriä kaasua. Vuonna 2005 sitä kerättiin 118 miljoonaa kuutiometriä, josta hyödynnettiin 70 miljoonaa kuutiometriä. Kaatopaikkakaasua muodostuu 20–25 vuotta. Sen energiasisältö on 6 kWh/m³.
Biokaasun potentiaali on 20 % liikenteen polttoaineen tarpeesta, mikä auttaisi Suomea täyttämään biopolttoaineen lisäämissitoumuksensa. Vuoden 2007 hallitusohjelmassa luvattiin syöttötariffi Suomen biokaasulaitoksille. 
2010-luvulla.
Suomen vuoden 2011 hallitusohjelmaan kirjattiin biokaasun liikennekäytön edistäminen. Neuvottelutulokseen on kirjattu muun muassa, että liikennepolitiikassa kiinnitetään huomiota Suomen päästövähennystavoitteisiin liikennesektorilla. Lisäksi liikenteen päästöjä tullaan vähentämään muun muassa tukemalla joukkoliikennettä, autokannan uudistumista ja suosimalla vähäpäästöisiä ajoneuvoteknologioita. Biokaasun liikennekäyttöä edistetään.
Suomessa maa- ja biokaasua polttoaineen käyttäviä autoja maahantuovat muun muassa Fiat, Iveco, Volkswagen, Mercedes-Benz ja Opel sekä aiemmin myös Volvo. Suomessa on tällä hetkellä lähes 56 kaasuauton tankkausasemaa.
2020-luvulla.
Vuonna 2022 Suomi tuottaa noin yhden TWh edestä biokaasua. Suomen ympäristökeskuksen Jyri Seppälän mukaan teknistaloudellisesti Suomessa olisi mahdollista tuottaa noin 10 ja aivan enimmillään 25 TWh edestä biokaasua. 2020-luvulla biokaasua tuotetaan jätevesilaitoksien ja metsäteollisuuden lietteistä, yhdyskunta- ja maatalousbiojätteistä, elintarviketeollisuuden sivuvirroista sekä kaatopaikoilta.
Biokaasua tuottavat yritykset.
Saksalainen Linde AG.
Saksalainen Linde AG on yksi biokaasualan suurimmista yrityksistä. Suurimmat hankkeet ovat Beijing (73 000 tonnia jätettä/vuosi) ja Lille (Ranska) 62 000 t/a. Muita biokaasuyrityksiä on ranskalainen Valorga ja espanjalainen Urbaser. Eurobarometrin mukaan Valogra osaa markkinoida Kiinaan: Shanghaihin (227 500 tonnia + 41 000 t) ja Beijingiin (105 000 t). Saksalaisen Schmack Biogas AG liikevaihto kasvoi 34 miljoonaa euroa (2005) ja 90 miljoonaa euroa (2006). Sveitsiläinen Kompogas toimii myös Saksassa neljässä kohteessa. Belgialainen Organic Waste Systems (OWS) (Otaka) ja saksalainen BTA (Komoro) ovat saaneet markkinoita Japanissa. Linde AG:n ja Valorgan kapasiteetti on yli miljoonaa t/a, OWS:n 0,75 miljoonaa t/a, Biotechnische Abfallverwertung (Saksa) 0,6 miljoonaa t/a ja Kompogasin 0,4 miljoonaa t/a.
Suomalainen Gasum Oy.
Gasum Oy:llä on Suomessa seitsemän biokaasulaitosta: Huittisissa, Honkajoella, Kuopiossa, Oulussa, Riihimäellä, Turussa ja Vehmaalla. Lisäksi Gasum tuottaa biokaasua yhteistyössä Helsingin seudun ympäristöpalvelut HSY:n kanssa Espoossa, Kouvolan Veden kanssa Kouvolassa ja Labion kanssa Lahdessa. Ruotsissa Gasumilla on viisi biokaasulaitosta. Näiden laitosten lisäksi Gasum suunnittelee biokaasulaitoksen rakentamista Lohjalle.
Vuoden 2018 toukokuussa Gasumilla oli Suomessa 26 kaasutankkausasemaa, ja uusia asemia oli suunnitteilla Saloon, pääkaupunkiseudulle, Turkuun, Ouluun, Lahteen, Seinäjoelle ja Kuopioon sekä Ikea-myymälöiden yhteyteen Vantaalle, Raisioon, Tampereelle ja Kuopioon.
Muita toimijoita.
Julkisella sektorilla toimii myös monia isoja biokaasutoimittajia, joista suurin yksittäinen toimija on Ämmässuon kaatopaikka, joka tuottaa jopa 100 GWh/a energiaa hyötykäyttöön muun muassa lähelle rakennettavan asuinalueen Histan lämmitykseen.
Muita pienempiä toimijoita ovat muun muassa Envor Biotech Oy Forssassa, Vambio Oy Vampulassa, Ab Avfallservice Stormossen Jätehuolto Oy Vaasassa, Metener Oy Leppävedellä. Lisäksi seuraavilla jätevedenpuhdistamoilla on anaerobitekniikkaa jo käytössä: Helsingin Vesi, Espoon Vesi, Tampereen Vesi, Jyväskylän Seudun Puhdistamo Oy, Forssan Vesihuoltolaitos, Hämeenlinnan Seudun Vesi Oy, Joensuun Vesi, Kuopion Vesi, LV Lahti Vesi Oy ja Mikkelin Vesilaitos. Biokaasualan konsultointiin ovat erikoistuneet muun muassa Watrec Oy Forssassa, Bionova Consulting Helsingissä ja WELtec BioPower GmbH.