Paineistus (CBG) ja nesteytys (LBG)

Teksti: Ari Lampinen, CBG100 Suomi, marraskuu 2016 (päivitetty alkuperäisestä, joka julkaistiin syyskuussa 2014)

 

Biokaasun ja muiden  uusiutuvan metaanilajien , kuten myös fossiilisten metaanilajien, käyttö liikennepolttoaineena edellyttää sen varastointia ajoneuvossa. Puhdasta metaania ei koskaan käytetä liikenteessä, vaan ainoastaan metaanipolttoaineita, joiden energiasisältö on pääasiassa metaanina. Tämän alan kehityksestä kerrotaan Tekniikan Waiheita -lehden artikkelissa.

Varastointitapoja on neljä:

 

1) Atmosfäärinen varastointi kaasupusseihin oli käytössä lyhyen aikaa biokaasulla 1940-luvulla Saksassa, mutta myöhemmin sitä on käytetty maakaasulla Kiinassa. Se on yksinkertainen, mutta erittäin paljon tilaa vievä tapa johtuen metaanipolttoaineiden, kuten kaikkien muidenkin kaasujen, alhaisesta tiheydestä. Siksi se on lähinnä kriisitilanteiden ratkaisuvaihtoehto. Kuitenkin se voisi tulla kysymykseen kevyissä laitteissa, esimerkiksi ruohonleikkureissa, samaan tapaan kuin 1940-luvulla Saksassa.

 

2) Paineistus oli alkuperäinen metaanipolttoaineiden varastointitapa, kun metaanipolttoaineet alunperin otettiin liikennekäyttöön 1920-luvulla Saksassa. Paineistettua metaanipolttoainetta kutsutaan CMG:ksi (Compressed Methane Gas), kun metaanin laatua ei eritellä. Paineistettu biokaasu (CBG, Compressed BioGas) ja paineistettu maakaasu (CNG, Compressed Natural Gas) ovat yleisimmin käytettyjä nykyään. Mikäli kyse on sekoituksesta, käytetään esim. CBG20-nimeä (20 % biokaasua, loppu maakaasua). CBG on ylivoimaisesti yleisin liikennebiokaasun varastointimuoto nykyään. Aikanaan 1920-1940-luvulla käytettiin 150-400 barin varastoja, joista 200 baria oli normaali autoissa, ja sitä korkeampia hyödynnettiin junissa ja tankkausasemilla. Nykyään kevyissä autoissa käytetään 200 barin varastointipainetta, joka siis on 200 kertaa tiheämpi kuin atmosfäärinen. Kuorma- ja linja-autoissa käytetään myös 250 barin tankkeja ja raskaammissa liikennevälineissä (offroad-kuorma-autot, junat, laivat, lentokoneet) korkeampiakin paineita, kuten 350 ja 400 bar. Nopean tankkauksen mahdollistavilla tankkausasemilla varastotankkien paine on korkeampi kuin ajoneuvojen tankeissa, jolloin tankkaus tapahtuu paine-eron avulla ilman tarvetta kompressoreille. Vedyn ajoneuvokäytölle on standardoitu 700 barin paine, mikä on mahdollinen myös metaanille. Mutta sekä vedylle että metaanille sitä korkeammatkin ovat mahdollisia. Alla olevassa kuvassa on yhtenä esimerkkinä 800 barin tankki.

 

3) Nesteytys oli toinen metaanipolttoaineiden varastointitapa, joka otettiin liikennekäyttöön 1920-luvulla Saksassa. Nesteytettyä metaania kutsutaan LMG:ksi (Liquefied Methane Gas), kun metaanin laatua ei eritellä. Nesteytetty biokaasu (LBG, Liquefied BioGas) ja nesteytetty maakaasu (LNG, Liquefied Natural Gas) ovat yleisimmin käytettyjä nykyään.  Mikäli kyse on sekoituksesta, käytetään esim. LBG20-nimeä (20 % biokaasua, loppu maakaasua). LBG on vielä suhteellisen harvinainen, mutta julkisia tankkauspaikkoja löytyy kuitenkin muutama esimerkiksi Ruotsissa. Nesteytys nostaa energiatiheyden 600-kertaiseksi atmosfääriseen verrattuna eli samaksi kuin 600 barin paineistetulla metaanilla.

 

4) Adsorbointi tai absorbointi mahdollistavat metaanipolttoaineiden varastoinnin kiinteään aineeseen sitoutettuna. Se on kokeiluvaiheessa olevaa teknologiaa. Adsorboitua/absorboitua metaanipolttoainetta kutsutaan AMG:ksi (Adsorbed/absorbed Methane Gas), kun metaanin laatua ei eritellä. Vastaava nimitys biokaasulle on ABG. Tämä menetelmä voisi muodostua erittäin tärkeäksi, mikäli sen avulla energiatiheys saataisiin suuremmaksi kuin paineistuksella ja nesteytyksellä. Demonstraatiokäytössä olevalla teknologialla niin ei vielä ole, mutta teoriassa se on mahdollista kiinteän varastoinnin takia. Eräs tämän teknologian mahdollisuus on hyödyntää varastointiin rakenteita, joita tarvitaan muutenkin. Tällöin nettovarastointitilan tarve voitaisiin minimoida.

 

Alla olevassa kuvassa vertaillaan joidenkin polttoainevaihtoehtojen energiatiheyksiä. Nesteytetty metaani puuttuu kuvasta, mutta se siis vastaa 600 barin paineistettua metaania. Nestemäinen oktaani vastaa bensiiniä. Kuvassa mittarina on ylempi lämpöarvo: se on todellisuutta vain polttokennoajoneuvoilla, jotka yleisimmin toimivat vedyllä, mutta osa toimii metaanilla. Polttomoottoriajoneuvoissa voidaan hyödyntää vain alempaa lämpöarvoa.

 

Lisätietoja:

  • Lampinen A (2015)  Biokaasun varastointi . Teoksessa: Kymäläinen M & Pakarinen O (toim.) Biokaasuteknologia – Raaka-aineet, prosessointi ja lopputuotteiden hyödyntäminen. Suomen Biokaasuyhdistys ry, HAMKin e-julkaisuja 36/2015, 168-171.
  • Lampinen A (2015) Biokaasun käyttö liikennepolttoaineena. Teoksessa: Kymäläinen M & Pakarinen O (toim.) Biokaasuteknologia – Raaka-aineet, prosessointi ja lopputuotteiden hyödyntäminen. Suomen Biokaasuyhdistys ry, HAMKin e-julkaisuja 36/2015, 158-161.