Diplomityö biokaasulaitosten prosessiturvallisuudesta

Suomen Biokierto ja Biokaasu ry

Blogitekstin kirjoittaja on Miska Perkkiö, ylitarkastaja Tukes, joka Tukesin toimeksiannosta  on laatinut diplomityön Prosessivaarojen kartoitus biokaasuekosysteemeissä. Diplomityössä kartoitetaan biokaasua mädättämällä tuottavien reaktorilaitosten prosessiturvallisuuteen vaikuttavia vaaroja ja niiden aiheuttajia.

Diplomiotyössä tehtyjen havaintojen pohjalta suositellaan aihepiirin selkeää viestintää ja prosessiturvallisuuslainsäädännön uudistamista siten, että se huomioi biokaasun nykyistä paremmin.

Biokaasulaitosten lukumäärä on kasvanut 2000-luvulla Euroopassa voimakkaasti. Biokaasua tuottavia reaktorilaitoksia on Euroopan laajuisesti joitain kymmeniä tuhansia (1). Suomessakin biokaasulaitosten lukumäärä on 2010-luvulla noin kaksinkertaistunut (2), ja laitoksia on ilmaantunut eri puolille maata.

Turvallisuus- ja kemikaalivirasto Tukes valvoo laajamittaista vaarallisten kemikaalien käsittelyä ja varastointia Suomessa. Tukesissa on havaittu biokaasualan kasvu, ja biokaasulaitokset tulevat vastaan valvonnassa yhä useammin.

Alan valvonnan tueksi Tukes on kartoittanut biokaasun ympärille muodostuvien ekosysteemien prosessiturvallisuusvaaroja* tarkemmin. Tukesin toimeksiannosta laadittu diplomityö Prosessivaarojen kartoitus biokaasuekosysteemeissä valmistui keväällä 2020 (3). Työssä keskityttiin biokaasua mädättämällä tuottaviin reaktorilaitoksiin ja niiden prosessiturvallisuuteen. Diplomityössä vastattiin oheisiin tutkimuskysymyksiin.

 

TK 1: Minkälaisia merkittäviä asioita biokaasualalla on havaittu ja tulevaisuudessa odotettavissa?

Tutkimuskysymykseen 1 etsittiin vastauksia haastattelututkimuksella. Haastateltujen havaitsemia asioita ovat esimerkiksi biokaasua kohtaan osoitetun yleisen kiinnostuksen kasvu, alan heikko kannattavuus, toimijoiden ja teknisten ratkaisujen monipuolistuminen, biokaasun liikennekäytön kasvu ja biokaasuun kytkeytyvän aihepiirin laajuus. Tulevaisuudelta haastatellut odottavat mm. alaan liittyvää epävarmuutta, biokaasun liikennekäytön kasvua, uusien biokaasun tuotantoon ja jalostamiseen liittyvien teknologioiden kehittymistä sekä biokaasun tuotannon integroitumista teollisuuteen.

 

TK 2: Minkälaisia prosessiturvallisuuteen heikentävästi vaikuttavia tapahtumia tai ongelmia biokaasua tuottavilla tai käsittelevillä laitoksilla on havaittu?

Tutkimuskysymykseen 2 etsittiin vastauksia haastattelututkimuksella, kyselytutkimuksella sekä kirjallisuuskatsauksella. Haastattelujen perusteella biokaasulaitoksilla on havaittu prosessiturvallisuuteen negatiivisesti vaikuttavia asioita esimerkiksi toimijoiden toimintatavoissa, osaamisessa ja kokemuksessa sekä laitosten teknisissä toteutuksissa.

Kyselytutkimukseen saatujen laitetoimittajien vastausten perusteella suurimmat ongelmat ja toimintahäiriöt biokaasun tuotantoprosesseissa liittyvät syötteiden käsittelyyn. Syötteiden vaihtelevuus ja erilaiset epäpuhtaudet saattavat aiheuttaa syötteiden käsittelylaitteistossa mekaanisia ongelmia.

Kirjallisuuskatsauksessa läpi käydyt materiaalit keskittyivät pitkälti biokaasulaitoksilla sattuneiden onnettomuuksien käsittelyyn. Katsauksen perusteella prosessiturvallisuuteen liittyvät onnettomuudet ovat Euroopan biokaasulaitoksilla yleisiä muihin vastaaviin aloihin verrattuna. Aihepiirin tilastointi on kuitenkin hajanaista, joten kirjallisuuslähteiden tuloksiin liittyy epävarmuutta. Tyypillisiä onnettomuustyyppejä kirjallisuuslähteissä ovat palot, nestemäisen tai kaasumaisen aineksen vapautumiset tai räjähdykset.

 

TK 3: Mistä nämä ongelmat aiheutuvat?

Tutkimuskysymykseen 3 etsittiin vastauksia haastattelututkimuksella, kyselytutkimuksella sekä kirjallisuuskatsauksella. Haastattelujen perusteella biokaasuun liittyviä poikkeamia aiheuttavat osaajien vähäisyys, selkeiden toimintatapojen puute, sujuvoittamattomat hallinnolliset prosessit, alan vakiintumattomuus, raaka-aineen vaihtelevat ominaisuudet, lopputuotteen kovat laatuvaatimukset, prosessien vaativat olosuhteet, alhainen kannattavuus sekä puutteet toimijoiden osaamisessa ja toimintatavoissa.

Kyselytutkimukseen saatujen laitostoimittajien vastausten perusteella suurimmat ongelmat biokaasulaitoksilla aiheutuvat syötteen heterogeenisuudesta, mistä seuraa mm. raaka-aineen käsittelyn mekaanisia ongelmia sekä raakabiokaasun vaihtelevia ominaisuuksia. Syötteen käsittelyn mekaaniset ongelmat voivat pahimmassa tapauksessa muodostaa tulipaloriskin syötteen käsittelylaitteistojen tukkiutuessa tai käsitellessä syötettä, jota ei ole laitteiston suunnittelussa otettu huomioon. Raakabiokaasun vaihtelevat ominaisuudet taas saattavat aiheuttaa häiriöitä kaasunkäsittelyprosessissa. Joissain tilanteissa raakabiokaasuun voi muodostua odottamattomien syötteiden seurauksena yhdisteitä, jotka aiheuttavat laitteistossa korroosiota. Tästä voi seurata kaasumaisen tai nestemäisen aineksen vuotoja prosessista.

Läpikäydyn kirjallisuusmateriaalin perusteella yleisimpiä ongelmien ja onnettomuuksien aiheuttajia biokaasulaitoksilla ovat virheet operoinnin tai huoltotoimenpiteiden yhteydessä, puutteet laitossuunnittelussa sekä laitteistojen tai komponenttien vikaantuminen. Materiaaleista nousee vahvasti esiin inhimillisten tekijöiden osuus onnettomuuksien synnyssä. Prosessiteollisuuden ja öljy- ja kaasualan käytännöt suljettuihin tiloihin menemisen, huoltotoimenpiteiden ja operoinnin suhteen sekä esimerkiksi kaasuantureiden hankkiminen ja oikeaoppinen asentaminen olisivat ehkäisseet merkittävän osan kirjallisuuslähteissä analysoiduista onnettomuuksista.

 

TK 4: Minkälaisia biokaasun ympärille rakentuvia ekosysteemejä Suomessa on?

Tutkimuskysymykseen 4 etsittiin vastauksia kirjallisuuskatsauksella. Suomalaiset biokaasuekosysteemit ovat perinteisesti rakentuneet jätevedenpuhdistamojen yhteydessä olevien, puhdistamojen lietettä hyödyntävien biokaasulaitosten ympärille. Tässä, usein melko yksinkertaisessa ekosysteemissä tuotettu kaasu on hyödynnetty pääosin sähkön ja lämmön tuotannossa, joita on käytetty omaan tarpeeseen. Viimeisen 10 vuoden sisällä usein pienen mittakaavan maatalouden biokaasulaitokset sekä yleensä suuren mittakaavan yhteiskäsittelylaitokset ovat yleistyneet voimakkaasti, ja niistä on tullut biokaasun tuotannon valtavirtaa. Samalla biokaasun puhdistus- ja jalostusprosessit ovat yleistyneet ja käyttökohteet monipuolistuneet. Nykyisin biokaasuekosysteemi voi olla muodostunut maatalouden, teollisuuden, yhdyskuntien vedenpuhdistamojen tai biojätteen keräilyn ympärille ja tuotannon mittakaava voi vaihdella huomattavastikin laitosten välillä.

 

Biokaasualaan kohdistuu paljon odotuksia kotimaassa ja Euroopassa. Ala on monimuotoinen ja nopeasti kehittyvä. Alan toimintatavat ja tekniset ratkaisut eivät ole vakiintuneita, mikä osaltaan aiheuttaa sirpaleisuutta ja kirjavia käytäntöjä. Monimuotoisuus ja nopea kehitys aiheuttavat aihepiirin lainsäädännölle ja sitä valvoville viranomaisille haasteita, jotka voivat heijastuvat alan toimijoihin. Tämä voi ilmentyä esimerkiksi hajanaisena ohjeistuksena tai muuttuvina vaatimuksina. Prosessiturvallisuuslainsäädäntöä tulee kehittää vaarallisten kemikaalien sekä maakaasun osalta siten, että se huomioi näiden kahden aihepiirin väliin putoavan biokaasun paremmin ja tähän kohdistuvat vaatimukset tulevat selkeämmiksi. Selkeys lähtee lainsäädännöstä, mutta sitä valvovilla viranomaisilla on tässä myös merkittävä rooli. Biokaasua koskevien linjausten ja viestinnän tulee olla riittävää ja johdonmukaista.

Hyvänä esimerkkinä selkeästä viestinnästä on Kaasuyhdistys ry:n ja Tukesin yhteistyössä laatima Biokaasun turvallisuusopas.

 

*Prosessiturvallisuudella tarkoitetaan tekniikkaan ja organisaation toimintaan liittyviä menettelyitä, joilla estetään kemikaalien tai energian purkautuminen tavoilla, jotka voivat aiheuttaa vahinkoa ja rajoitetaan tällaisten tapahtumien seurauksia. Biokaasulaitoksella prosessiturvallisuuteen liittyvä onnettomuus voi olla esimerkiksi räjähdys, tulipalo tai rikkivetypitoisen biokaasun vapautuminen.

 

Lisätietoja: ylitarkastaja Miska Perkkiö

 

Lähteet:

1)      European Biogas Association: Annual report 2019. https://www.europeanbiogas.eu/wp-content/uploads/2020/01/EBA-AR-2019-digital-version.pdf .

2)      Winquist, E., & Rikkonen, P. (2018). Suomen biokaasualan haasteet ja mahdollisuudet. http://jukuri.luke.fi/bitstream/handle/10024/542787/luke-luobio_47_2018.pdf?sequence=1&isAllowed=y

3)      Perkkiö, M. (2020). Prosessivaarojen kartoitus biokaasuekosysteemeissä.  http://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202005034875

 

Suomen Biokierto ja Biokaasu ry

Suomen Biokierto ja Biokaasu ry, SBB, on ravinteiden kierrätyksestä ja biokaasun edistämisestä kiinnostuneiden yritysten ja yhteisöjen perustama valtakunnallinen yhdistys.

Diplomityö on luettavissa täällä.

Scroll to Top