Kaasun käyttö2018-12-19T00:44:34+00:00

Energian tuotanto​

Kaasu on teknisesti ihanteellinen polttoaine energian tuotannossa. Kaasun poltossa syntyy häviävän pieni määrä lähipäästöjä ja vähemmän hiilidioksidipäästöjä kuin muista fossiilisista polttoaineista. Kaasuun perustuvaa energiantuotantoa on nopeaa säätää kysynnän muuttuessa. Maakaasun siirrossa tapahtuu hyvin vähän hävikkiä.

Yhteistuotanto

Yhteistuotannossa (combined heat and power CHP) tuotetaan sähköä ja lämpöä samassa voimalaitoksessa. Yhteistuotanto mahdollistaa yli 90 %:n hyötysuhteen energian tuotannossa.

Yhteistuotannossa syntyvää lämpöä käytetään yhdyskuntien kaukolämpöön sekä teollisiin prosesseihin. Yhteistuotantolaitos voi olla höyryvoimalaitos, kaasuturbiinilaitos, moottorivoimalaitos tai ns. kombivoimalaitos (combined cycle gas turbine CCGT), jossa voimalaitos koostuu sekä kaasu- että höyryturbiinista.

Lämmön ja sähkön kulutus on korkeimmillaan talvella. Kaasuvoimalaitoksen korkean rakennusasteen (sähkön tuotanto suhteessa lämmön tuotantoon) ansiosta sähköä saadaan paljon silloin, kun sitä eniten tarvitaan. Yhteistuotantovoimalassa voi myös säätää sähkön tuotannon osuutta sähkön markkinatilanteen mukaan.

Lämpökeskukset

Kaasu soveltuu keskitettyyn lämmöntuotantoon kauko- ja aluelämpöverkoissa. Lisäksi kaasukäyttöiset lämpökeskukset täydentävät yhteistuotantoa kovilla pakkasilla. Lämpökeskuksilla varmistetaan lämmön tarjonta huippukysynnän, voimalaitosten häiriötilanteiden ja huoltoseisokkien aikana.

Säätövoima

Kaasua voidaan käyttää uusiutuvan energian tasaamiseen, säätövoimaksi. Kaasumoottorivoimalaitokset sopivat tähän tarkoitukseen erinomaisesti, koska niiden käynnistämiseen ja säätämiseen menee vain minuutteja. Pohjoismaissa on toistaiseksi niin paljon vesivoimaa, ettei muuta säätövoimaa toistaiseksi tarvita, mutta tulevaisuudessa maa- tai biokaasua käytettäneen myös tähän tarkoitukseen.

Teollisuus

Maakaasua käytetään raaka-aineena ja polttoaineena teollisuuden prosesseissa. Kaasu on ihanteellinen polttoaine erityisesti tilanteissa, kun tarvitaan korkeita lämpötiloja, nopeaa säädettävyyttä ja epäpuhtauksien välttämistä.

Maakaasua käytetään raaka-aineena vedyn tuotannossa. Vetyä puolestaan käytetään raaka-aineena öljyn jalostuksessa ja muissa kemianteollisuuden prosesseissa. Vetyä käytetään myös eräissä teräs- ja metsäteollisuuden prosesseissa.

Suomessa kemianteollisuus ja metsäteollisuus ovat merkittävimmät maakaasun teollisuuskäyttäjät. Metsäteollisuudessa kaasua käytetään muun muassa paperin kuivaukseen, sekä muuhun laitoksen tarvitseman energian tuotantoon. Metallin jalostuksessa kaasu soveltuu moneen prosessivaiheeseen sulatuksesta karkaisuun.

Tulevaisuudessa uusiutuva kaasu voi korvata raudan valmistuksessa raaka-aineena käytettävää kivihiiltä.

Muita kaasulle sopivia teollisuuskohteita löytyy esimerkiksi elintarviketeollisuudessa, savi- ja lasiteollisuudessa, asfalttiteollisuudessa, pesuloissa sekä sementtiteollisuudessa.

Kotitaloudet, kiinteistöt ja ravintolat

Kaasua käytetään paikallisesti kiinteistöissä ja palvelusektoreilla. Kaasulla on monia käyttömahdollisuuksia: lämmityksen lisäksi kaasua voidaan hyödyntää ruuan valmistuksessa ja auton polttoaineena.

Lämmityskäyttö​

Kaasu soveltuu hyvin lämmityskäyttöön kohteissa, jossa on mahdollisuus liittyä kaasun jakeluverkkoon. Nykyaikaiset kaasukattilat ovat tehokkaita ja helppoja asentaa. Kaasu toimitetaan putkea pitkin, joten tilan tarve on pieni. Lämmönjakokeskuksesta kaasulla tuotettu lämpö johdetaan käyttöveden ja tilojen lämmitykseen.

Kaasukäyttöiset säteilylämmittimet soveltuvat hyvin esimerkiksi terassien tai korkeiden varastohallien lämmitykseen. Säteilylämmitin pitää valita käytettävän kaasun mukaan; metaania ja nestekaasua käyttävät lämmittimet eroavat toisistaan.

Kaasulämmitys on käyttövarmuudeltaan luotettava, sen säädettävyys on hyvä, huolto yksinkertaista ja laitteisto pitkäikäistä. Kaasun paikalliskäytössä syntyy olemattoman vähän lähipäästöjä.

Hybridijärjestelmät

Viime vuosina markkinoille on tullut kiinteistökohtaisia hybridienergiajärjestelmiä. Valitsemalla lämmitysjärjestelmäksi energiatehokkaan kaasukondenssikattilan rinnalle lämpöpumppu- tai aurinkoenergiaratkaisu, päästään erittäin alhaiseen primäärienergian kulutukseen.

Keittiökäyttö​

Kaasua käytetään yleisesti ruuanlaittoon. Erityisesti ravintolakeittiöissä käytetään metaania ja nestekaasua yleisesti, koska niillä saa kuumennettua ruuan nopeammin kuin sähköliedellä, ja kaasuliesi, ja -grilli ovat säädettävissä nopeasti.

Bio- ja maakaasu sopivat hyvin rakennuksiin, joissa on mahdollisuus liittyä kaasun jakeluverkkoon. Tämä on ihanteellinen tapa hoitaa kaasujakelu liesikäyttöön, koska asennus on kiinteä, eikä vaadi loppukäyttäjältä toimenpiteitä normaalissa käytössä. Jos liitäntämahdollisuutta jakeluverkkoon ei ole, kaasuliesissä käytetään nestekaasua, joka toimitetaan pulloissa.

Liikenne

Hiiletön liikenne vaatii siirtymistä puhtaampiin polttoaineisiin ja käyttövoimiin. Maa- ja biokaasu tarjoavat mahdollisuuden vähentää sekä hiilidioksidi- että lähipäästöjä. Ratkaisuja löytyy sekä maa- että meriliikenteeseen.

Henkilöautot

Kaasulla toimivia henkilöautoja on ollut markkinoilla jo pitkään, ja tekniikka on kypsää ja kilpailukykyistä. Maailmalla on yhteensä yli 25 miljoonaa kaasuajoneuvoa. Euroopan maista kaasuautoja on eniten Italiassa ja Saksassa. Suomessa myytävät kaasuautot käyttävät paineistettua metaania (compressed natural gas CNG, compressed biogas CBG), ja ne voivat käyttää polttoaineenaan myös bensiiniä. Näissä autoissa ei voi käyttää nestekaasua tai nestemäistä metaania.

Tarjolla on laaja valikoima tehdasvalmisteisia kaasuautoja eri valmistajilta. Nämä ovat alun perin tarkoitettu käytettäväksi sekä kaasulla että bensiinillä. Sen lisäksi nykyiset bensiini- ja dieselautot voidaan muuttaa kaasukäyttöisiksi.

Suomen kaasun tankkausasemaverkosto laajenee hyvää vauhtia.

Linkki Suomen tankkausasemakarttaan

Raskas tieliikenne

Raskaan tieliikenteen ajoneuvot käyttävät perinteisesti diesel-polttoainetta mm. dieselmoottoreiden tuottaman suuren väännön vuoksi.

Raskaassa liikenteessä vaihtoehdoksi ovat nousseet LNG-käyttöiset ajoneuvot . Myös niitä varten Suomeen on rakentumassa nesteytetyn maa- ja biokaasun asemaverkosto (liquefied natural gas LNG, liquefied biogas LBG). Nestemäisenä metaani tiivistyy kuudessadasosaan kaasumaiseen olomuotoon verrattuna, joten ajoneuvon LNG-tankkiin saadaan jopa noin tuhannen kilometrin toimintasäteen mahdollistava energiamäärä.

Meriliikenne

Nesteytettyä maakaasua voidaan käyttää laivojen polttoaineena. Verrattuna perinteisiin meriliikennepolttoaineisiin nesteytetty maakaasu tuottaa murto-osan lähipäästöjä ja noin neljänneksen vähemmän hiilidioksidipäästöjä. LNG-käyttöiset laivat yleistyvät nopeasti sekä maailmalla että Itämerellä. Viime vuosina Itämerelle on tullut useita LNG-käyttöisiä matkustaja- ja rahtialuksia sekä erilaisia erikoisaluksia.

Muutosta puhtaampiin meriliikennepolttoaineisiin ajaa ennen kaikkea kiristyvä kansainvälinen lainsäädäntö liittyen meriliikenteen päästöihin, erityisesti rikin ja typen osalta. Tietyille merialueille on jo tiukkoja päästörajoja, ja rajoitukset laajenevat kaikille merialueille vuoden 2020 alusta.

Kaasuteknologioista

Kaasuun perustuvissa energiantuotantolaitoksissa kaasumoottorit ja kaasuturbiinit ovat yleisimpiä vaihtoehtoja. Myös polttokennot ovat tulossa näille markkinoille.

Kaasun tuotantoteknologia kehittyy myös jatkuvasti. Maakaasu on tuontihyödyke, mutta uusiutuvaa kaasua voidaan tuottaa usealla eri teknologialla.

Biokaasulaitoksia on Suomessa jo useita kymmeniä ja niiden määrä kasvaa koko ajan. Biokaasulaitoksissa kaasun tuotanto perustuu mikrobieihin, jotka muuttavat orgaanista ainesta (jätteet, jätevedet, lietteet, lannat, vihermassa) metaaniksi. Muita uusituvan kaasun tuotantoteknologioita ovat synteesikaasu- ja power-to-gas -prosessit.

Kaasumoottorit

Moottorivoimalaitokset pystyvät tuottamaan sähköä 35-50 %:n hyötysuhteella. Lämpöä voidaan ottaa talteen pakokaasuista, moottorin jäädytyksestä sekä voiteluöljystä.

Kaasumoottoreita on yhdessä voimalaitoksessa yhdestä useisiin kymmeniin, yksikkökoon ollessa kilowateista noin kymmeneen megawattiin. Yksittäisiä moottoreita voidaan ajaa osakuormilla hyvillä hyötysuhteilla. Kaasumoottorin käynnistysaika on minuutteja, ja säätöaika sekunteja. Kaasumoottoreita käytetään paljon vara- ja huippuvoimaloissa.

Kaasuturbiinit​

Kaasuturbiinit ovat tyypillisesti neljästä megawatista yli sataan megawattiin yksikkökooltaan. Turbiinejakin voi olla useampia rinnakkain samassa laitoksessa. Turbiinien sähköhyötysuhde on yleensä 28-38 %, ja se laskee osakuormilla. Kaasuturbiini on käynnistettävissä tai sammutettavissa nopeasti.

Pakokaasujen lämpö voidaan ottaa talteen esimerkiksi kaukolämmöksi tai se voidaan johtaa höyrypiiriin (CCGT), jolloin sähköntuotanto kasvaa.

Pienemmissä kokoluokissa voidaan käyttää mikrokaasuturbiineita. Ne soveltuvat hyvin paikalliseen energiantuotantoon, ja voivat käyttää erilaisia polttoaineita, kuten biokaasua.

Polttokennot

​Polttokenno on elektrokemiallinen laite, joka muuntaa metaanin ja hapen sähköksi ja lämmöksi. Polttokennossa ei ole liikkuvia osia, joten sen toiminta on hiljaista, toimintavarmuus on hyvä, ja sillä on korkea sähkö- ja kokonaishyötysuhde.

Polttokennoteknologioita on erilaisia, ja ne soveltuvat hieman eri käyttötarkoituksiin. Esimerkiksi SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) soveltuu hyvin paikalliseen energiantuotantoon. Myös tulevaisuuden liikenteessä polttokennolla nähdään mahdollisuuksia.

Synteesikaasu (SNG)

Puusta, muusta biomassasta tai fossiilisista polttoaineista voi pyrolyysillä muuntaa raaka-aineen energiasisältö vety- ja häkäpitoiseksi kaasuksi, jota kutsutaan synteesikaasuksi (syngas).

Nykyään synteesikaasua käytetään ennen kaikkea sähkön tuotannossa, esimerkiksi polttomoottorin tai mikroturbiinin polttoaineena.

Synteesikaasu voidaan jatkojalostaa synteettiseksi maakaasuksi (synthetic natural gas SNG), jolloin se voidaan syöttää maakaasuverkkoon.

Synteesikaasua voidaan käyttää myös nestemäisten (bio)polttoaineiden tuotannossa käyttäen Fischer-Tropsch -menetelmää.

Power-to-gas​ (P2G)

Power-to-gas -prosessissa muunnetaan sähkö vedyksi elektrolyysillä, ja vety voidaan jatkojalostaa metaaniksi. Tämä mahdollistaa ylimääräisen sähkön varastoinnin kaasuverkkoon sekä uusiutuvien polttoaineiden valmistamisen korkeita lämpötiloja vaativiin teollisiin prosesseihin. Teknologialla voi olla tulevaisuudessa merkittävä rooli, kun uusiutuvien energianlähteiden (tuuli, aurinko) vaihtelevaa tuotantoa pitää tasata.

Konversioprosesseissa syntyy hävikkiä. Paras hyötysuhde olisi vedyn suorassa käytössä, mutta se edellyttäisi uutta infrastruktuuria vedyn kuljettamiselle ja sen käytölle. Metaanilla infrastruktuuri on jo olemassa.

Uusituvasta sähköstä tehty vetyä voidaan muuntaa myös muiksi kemikaaleiksi (Power-to-X). Nämä voivat olla polttoaineita (esim. power-to-methanol) tai kemianteollisuuden tuotteita (power-to-polymers, power-to-fertilizers). Myös ruuantuotantoa (power-to-protein) pilotoidaan.

Kemiallinen prosessi​

Kemiallisessa power-to-gas -prosessissa vettä (H2O) muunnetaan elektrolyysillä vedyksi (H2) ja hapeksi (O2). Vety voidaan edelleen muuntaa metaaniksi kaappaamalla hiilidioksidia (CO2) ilmasta tai savukaasuista, ja muuntamalla hiilidioksidi ja vety metaaniksi (CH4). Näissä prosesseissa syntyy myös happea ja lämpöä, joiden mahdollinen hyödyntäminen parantaa prosessien taloudellista kannattavuutta.

Biologinen prosessi​

Metanointiprosessi voi tapahtua myös biologisesti. Tietyt soilla esiintyvät mikrobit muuntavat hiilidioksidia ja vetyä metaaniksi. Biologisessa metanointiprosessissa on korkea konversiotehokkuus ja se sietää epäpuhtauksia paremmin kuin kemialliset prosessit. Toisaalta biologisella prosessilla on omat vaatimuksensa suolaisuuden ja lämpötilan suhteen. Biologisen metanointireaktorit soveltuvat toistaiseksi vain pieneen laitoskokoluokkaan, mutta reaktoreita voi laittaa useita rinnakkain.

Suomessa on kehitetty biometanointiprosessi, jossa puun kaasutuksessa syntyvä hiilimonoksidi tai biokaasulaitoksessa tuotetun biokaasun mukana oleva hiilidioksidi yhdessä vedyn kanssa muunnetaan mikrobien toimesta metaaniksi.