Metaania moottoriin

1vv Kyösti IsosaariBiokaasun liikennekäyttö on yleistynyt Suomessa harmillisen nihkeästi. Maatalouskoneiden polttoaineena biokaasu on vielä harvinaisempaa. Murros on onneksi käynnissä, ja biokaasutraktoreitakin on jo kaupan.

Biokaasun soveltuvuus polttoaineeksi on yleisesti tiedossa. Koostumuksen vaikutukset biokaasun käytettävyyteen tunnetaan sen sijaan huonommin. Yksi ratkaiseva tekijä on kaasun metaanipitoisuus.

Maatiloilla tuotettu raakabiokaasu sisältää tyypillisesti 40–75 prosenttia metaania. Loppuosa on pääosin hiilidioksidia. Lisäksi kaasun joukossa on kosteutta sekä erilaisia epäpuhtauksia.

Puhdas metaani on erinomaista polttoainetta. Kyse on yksinkertaisimmasta hiilivedystä, joten sen sisältämän vedyn ja hiilen suhde on hiilivetypolttoaineista korkein. Yhdenkään toisen hiilivedyn lämpöarvo ei ole massaan suhteutettuna yhtä suuri.

Biokaasun sisältämä hiilidioksidi ei osallistu palotapahtumaan käytännössä lainkaan. Poltettaessa kyse on biokaasun energiaa tuottamattomasta osuudesta. Moottorikäytössä hiilidioksidi vähentää palotilaan saatavan metaanin määrää.

Hyödyllisyydestään huolimatta biokaasu voi olla myös haitallista. Ilmaan päästessään sen sisältämä metaani toimii voimakkaana kasvihuonekaasuna. Kasvihuonevaikutusten vakavuus riippuu hieman laskutavasta, mutta tyypillisesti metaania pidetään noin 25 kertaa hiilidioksidia pahempana kasvihuonekaasuna.

Metaani kannattaakin ilmaan laskemisen sijasta polttaa vaikka soihtuna. Toki parempi olisi, jos metaania käytettäisiin tuottamaan hyödynnettävää lämpöä, sähköä tai liikettä.

Käytettävissä myös raakana

Niin sanottua raakabiokaasua voidaan hyödyntää teollisuusmittakaavan kaasumoottoreissa jopa sellaisenaan. Kaasumoottorien avulla tuotetaan esimerkiksi suurien vedenpuhdistamojen mädätysprosesseissa syntyneestä biokaasusta sähköä. Teollisuuskäytössä olevat kaasumoottorit jauhavat yleensä pitkiä käyntijaksoja vakiokierroksilla.

”Puhdistamatonta raakabiokaasua käyttävät kaasumoottorit eivät tuota kokoonsa nähden yhtä paljon tehoa kuin puhdistetulla biokaasulla toimivat ajoneuvomoottorit. Paikallaan olevissa voimakoneissa koolla ja painolla ei ole tosin samaa merkitystä kuin traktoreissa. Tehovaje voidaan korvata moottorin kokoa kasvattamalla”, Valtralle biokaasutraktorien tekniikkaa kehittävän Afcon Oy:n toimitusjohtaja Tapio Riipinen muistuttaa.

Sähköntuotannossa tai muussa teollisuuskäytössä biokaasun epäpuhtauksillakaan ei ole samaa merkitystä kuin ajoneuvojen moottoreissa. Suuret kaasumoottorit on suunniteltu siten, että niihin vaihdetaan osia lähes rutiininomaisesti. Vastaavaan käytäntöön tuskin kukaan traktorinomistaja suostuisi.

”Teollisten kaasumoottorien hinta on varsin pieni suhteessa niillä tuotettavaan hyötyyn. Niinpä niissä voidaan hyväksyä suurempi huolto- ja korjaustarve”, Riipinen arvioi.

Puhdistamatonta biokaasua käytettäessä polttoaine syntyy yleensä käyttöpaikan välittömässä läheisyydessä. Ajoneuvokäyttöön tarkoitettua biokaasua on sen sijaan varastoitava ja jopa kuljetettava, minkä lisäksi tankkauksien on sujuttava nopeasti. Puhdistamattomalla biokaasulla 200 baarin paineeseen perustuva polttoainelogistiikka ei yksinkertaisesti toimi.

Epäpuhtauksista ongelmia

Liikenne- ja muuta ajoneuvokäyttöä varten biokaasu paineistetaan. Paineistus mahdollistaa pienemmät varastotilavuudet sekä juohean tankkauksen.

Paineistuksen esteeksi nousee raakabiokaasun sisältämä hiilidioksidi ja vesi. Paineen noustessa vesi jäätyy ja hiilidioksidi nesteytyy.

Myös muista raakabiokaasun epäpuhtauksista on haittaa. Pahin ongelma syntyy rikkivedystä, jota raakabiokaasu sisältää käytännössä aina.

Syövyttävä ja myrkyllinen rikkivety on haitallista etenkin moottorin kuparia sisältäville osille. Lisäksi se happamoittaa moottoriöljyä ja aiheuttaa rikkipäästöjä.

Kilossa jakeluverkkoon syötettyä puhdistettua biokaasua saakin olla korkeintaan 20 milligrammaa rikkivetyä.

Jäteveden puhdistuksessa tai kaatopaikoilla tuotetun biokaasun ongelmana voivat olla myös siloksaanit. Niitä käytetään muun muassa hygienia- ja kauneudenhoitotuotteissa. Moottorissa ja katalysaattorissa siloksaaneista voi muodostua toimintaa haittaavia silikaattisia lasittumia.

Varsinkin kaatopaikoilla tuotetussa biokaasussa esiintyy usein myös halogeeneja, kuten fluoria ja klooria. Moottorissa halogeeneista saattaa syntyy syövyttäviä yhdisteitä. Lisäksi ne lyhentävät moottoriöljyn vaihtoväliä.

Mikäli raakabiokaasua tuotetaan syötteistä, joissa on paljon typpeä, epäpuhtautena saattaa esiintyä ammoniakkia. Moottorin hyvinvointiin ammoniakilla ei ole onneksi kovin suurta vaikutusta. Typpipäästöjä se kuitenkin lisää.

Varastointia ja jakelua ajatellen myös happea voidaan pitää biokaasun epäpuhtautena.