Puidugraanulid

Puidugraanul

Puidugraanulid (kõnekeeles pelletid) on biokütus, mis on kokku pressitud peenestatud puidust. Küttegraanuleid saab teha kõigist viiest suurimast biomassi kategooriast: tööstusjäätmetest ja -saadustest, toidujääkidest, põllumajandussaaduste ülejääkidest, energia tootmiseks kasvatatavatest taimedest ja toorpuidust. Puidugraanulid on kõige levinum graanulkütus ja on valdavalt tehtud saepurust ja muudest puiduga seotud tööstuse (sae-, mööbli- ja puidutööstus, ehitus) jääkidest. Teiste tööstusjäätmete hulka kuuluvad puuviljakasvatuse jäätmed, palmiseemnekestad, kookospähklikoored ja raiejäätmed (laasitud ladvad ja oksad). Niinimetatud mustad graanulid on tehtud biomassist, mis on viimistletud nii, et see meenutaks kivisütt, ja need töötati välja kivisütt tarbivate elektrijaamade jaoks.

Küttegraanuleid liigitatakse nende kütteväärtuse, niiskuse ja tuhasisalduse järgi. Neid saab kasutada kütusena elektri tootmiseks, ärihoonete või elamute kütteks ja pliidiga toiduvalmistamiseks. Puidugraanulid on suure tihedusega (üle 1 g/cm³, seega vees ei uju) ja väikese niiskusesisaldusega (peab olema alla 10%), mis võimaldab puidugraanuleid kasutada väga suure põlemisefektiivsusega. Tänu väikestele mõõtmetele ja korrapärasele kujule saab puidugraanuleid ahjukütmisel väga efektiivselt automaatselt doseerida. Neid saab koldesse sisestada kas tigu- või pneumotranspordi abil. Puidugraanulite suure tiheduse tõttu saab neid kompaktselt ladustada ja transportida. Puidugraanuleid saab ka mugavalt transpordivahendi punkrist pneumaatiliselt tarbija kinnistul asetsevasse ladustamispunkrisse või hoidlasse teisaldada. Puidugraanulite puistetihedus on vahemikus 600...700 kg/m³.

1980ndate keskpaigast on välja töötatud ja turustatud palju puidugraanulipliite, keskkütteahjusid ja muid kütteseadmeid. 1997. aastal tulid Austrias kasutusele täisautomiseeritud puidugraanuliboilerid, mida on sama mugav kasutada kui kütteõlil ja gaasil töötavaid boilereid. 2005. aasta fossiilkütuste hindade tõusuga on suurenenud puidugraanulitega kütmise populaarsus Euroopas ja Põhja-Ameerikas. Rahvusvahelise Energiaagentuuri Task 40 andmetel on puidugraanulite tootmine aastatel 2006–2010 kahekordistunud ning tootmine ületab 14 miljonit tonni. 2012. aasta aruandes väidab Biomassi Energeetiliste Ressursside Keskus, et puidugraanulite tootmine kahekordistub Põhja-Ameerikas järgmise viie aasta jooksul.

Tootmine

Graanuliauto täitmine graanulitehases Saksamaal

Graanuleid toodetakse, pressides kokku puitmaterjali, mis on eelnevalt käinud läbi vasarveskist, et tekiks ühtne jahutaoline mass. Mass söödetakse pressi, kus see surutakse läbi matriits-sõela, mille augud on vastavalt soovile (valdavalt 6 mm diameetriga, aga ka 8 mm või rohkem). Pressi suur surve toob puidumassis kaasa temperatuuri tõusu ja ligniin plastifitseerub osaliselt, tekitades naturaalse "liimi", mis hoiab graanuleid jahtumiseni koos.

Graanuleid saab teha ka rohust ja muust puitumata biomassist, mis ei sisalda ligniini – dosaatoriga lisatakse kuivatatud terasid, et tekiks vajalik vastupidavus. 2005. aastal Cornelli ülikoolis avaldatud uurimuses mainiti, et graanulite tootmine oli rohkem arenenud Euroopas kui Põhja-Ameerikas. See tõi välja rohu eelised toorainena, selle lühikese kasvuaja tõttu (70 päeva), ja kultiveerimise ning tootmise lihtsus. Artikkel tsiteeris Jerry Cherneyt, põllundusprofessorit, kes väitis, et hein annab 96% soojusest, mida annab puit, ning, et "Igat liiki heina, mis on lõigatud kesk- ja hilissuve vahel ning jäetud põllule kuivama ning seejärel pakendatud ja granuleeritud, on võimalik kasutada. Heina kuivatis kuivatamine ei ole granuleerimiseks vajalik, tehes tootmise puidu granuleerimisest odavamaks".

Riisikestagraanuleid pressitakse riisiterakestadest, mis on saadud riisikasvatuse kõrvalsaadusena. Sellised graanulid sarnanevad puidugraanulitega ja on keskkonnasõbralikud, sest tooraineks on jäätmed. Energiasisaldus on umbes 4–4,2 kcal/kg ja niiskusesisaldus on tavaliselt vähem kui 10%. Graanulite läbimõõt jäetakse umbes 6 mm diameeteriga ja silindrilise kujuga graanulite puhul pikkus on umbes 25 mm; kuigi suuremad silindrid või briketikujulisus ei ole ka ebaharilik. Sellised graanulid on odavamad kui sarnased suure energiasisaldusega graanulid, ja neid saab toota riisifarmis kohapeal, kasutades odavaid masinaid. Nisukasvatuspiirkondades saab ka nisukestadest toota graanuleid, mis sarnanevad riisikestagraanulitega.

CORRIM-i tehtud aruandes tuli välja, et graanulitoorme kuivatamiseks, graanulite valmistamiseks ja transpordiks kulub vähem kui 11% valmistoodangu energiasisaldusest, kui need tehakse saetööstuse puidujäätmetest (eelnevalt kuivatatud). Kui aga graanulid valmistatakse otse metsamaterjalist, siis kulub juba selle kuivatamiseks 18% energiat ja lisaks 8% valmistamisele ja transpordile.

Tootmise geograafia

Maailma liider on USA firma Enviva , mis tootis aastal 2020 5,4 mln tonni pellette.

Teisele kohale jõudis briti firma Drax (oli neljas suuruselt maailmas), mis ostis kolmandal kohal asuvat ameerika-kanada firma Pinnacle Renewable Energy Inc. ja prognoosi järgi toodab aastal 2021 4,9 mln. tonni pellette.

Kolmandal kohal on varem teisel kohal olev Eesti firma Graanul Invest AS, mille aastane toodang on 2,4 mln. tonni pellette.

Puidugraanuliahjude tööpõhimõte

On olemas kolme tüüpi puidugraanulitega töötavaid kütteseadmeid: eraldiseisvad, sisseehitatud ja puidugraanulipõletid. Puidugraanuliahjud näevad välja nagu traditsioonilised puuküttega ahjud, kuid nende tööpõhimõte on palju modernsem. Kütuse, puidu või muu biomassi graanuleid ladustatakse punkris, mis paigaldatakse seadme peale, küljele või seadmest eemale. Mehaaniline tigu juhib puidugraanulid automaatselt koldesse, kus seda põletatakse väga kõrgel temperatuuril ning tekib avasid mitteummistav kreosoot ja väga vähe tuhka. Soojusvaheti šaht juhib köetud õhu ruumi. Konvektsiooniventilaatori abil liigub soe õhk mööda šahti ruumi. Suurim erinevus puidugraanuliahju ja puukütteahju vahel on see, et puidugraanuliahjus on kõrgtehnoloogiline seade koos trükkplaadiga, termostaat ja ventilaatorid, mis töötavad kõik koos, et efektiivsemalt soojendada ja reguleerida ruumi temperatuuri.

Sisseehitatud puidugraanuliahi on paigaldatud olemasolevasse küttekehasse.

Puidugraanulipõletid on eraldiseisvad keskkütte- ja kuumaveesüsteemid, mis on kavandatud asendama traditsioonilisi fossiilkütuse süsteeme. Automaatsed puidugraanulipõletid koosnevad hoidlast suure hulga puidugraanulite ladustamiseks, kütuse etteandesüsteemist, mis liigutab kütust hoidlast koldesse, regulaatorit, mis reguleerib temperatuuri erinevates küttetsoonides, ja automaatset tuhaeemaldajat pikaajalise toimimise tagamiseks. 

Puidugraanulikorvid võimaldavad inimestel kütta kodu puidugraanulitega nii olemasolevates ahjudes kui ka kaminates.

Energia väljund ja tõhusus

Puidugraanulipõleti

Puidugraanulite energiasisaldus on umbkaudu 4,7–5,2 MWh tonni kohta.

Viimastel aastatel on välja töötatud suure kasuteguriga puidugraanulahjud ja -boilerid, mille kasutegur ületab tüüpiliselt 85%. Uuemad puidugraanulboilerid töötavad kondensatsioonimeetodil – põlemisgaasides sisalduv veeaur kondenseeritakse spetsiaalses soojusvahetis, saades kätte muidu korstnasse lenduva soojuse, ja seetõttu saavutavad tavaliste ahjudega võrreldes 12% suurema efektiivsuse. Võrreldes vedel- või gaasipõletitega on puidugraanulipõletil keerulisem juhtida põlemise alustamist, lõpetamist ja leegi intensiivsust, mistõttu sobivad need pigem vesiküttesüsteemidele, kuna veel on suurem soojusmahutavus. Graanulipõletuskolded on võimalik seadistada ka õlipõletile.

Õhusaaste

Heitmete (NO_x, SO_x ja lenduvad orgaanilised ühendid) koguse poolest on puidugraanulite põletusseadmed üldiselt väga madala tasemega võrreldes muudel kütustel töötavate seadmetega. Teine aspekt on aga graanulite tootmisest põhjustatud õhu saasteainete heitkogused. Tunnustatud probleem on peenosakeste heide, eriti linnapiirkondades, kus on puidugraanulitega küttesüsteemide suur kontsentratsioon, ning söe- või õliküttesüsteemide vahetus läheduses. Vanemate puidugraanuliahjude ja -katelde puhul võib PM2,5 peenosakeste heitkoguste lubatud ülempiir olla problemaatiliselt lähedal, eriti võrreldes maagaasi või biogaasiga, kuid suurte rajatiste puhul saab elektriliste tolmufiltrite, tsükloneraldajate või kottfiltritega peenosakeste heidet vähendada, kui neid seadmeid korralikult hooldatakse ja kasutatakse.

Globaalne soojenemine

Seni pole veel selgusele jõutud, kui palju mõjutab puidugraanulite põletamine, soojuse ja elektri tootmine, globaalset soojenemist, sama hästi kui mõju kliimale võrrelda mõjuga kasutades konkurentsivõimelisi soojusallikaid. Tegurid ebakindluses sisaldavad puidu allikat, süsinikdioksiidi eraldust töötlemisel ja transpordil ning põlemisel, ning kui suur ajaperiood on mõistlik järelemõtlemiseks.

Aruanne MANOMET Teaduskaitse keskuse poolt, "Biomassi jätkusuutlikkus ja süsiniku eeskirja Uuring" ilmus juunis 2010. Massachusetts Department of Energy Resources, järeldab, et põletades biomassi, näiteks puidugraanuleid või hakkpuitu, vabastab see õhku suurel hulgal CO₂, luues "süsiniku võla", mis ei ole kõrvale jäänud 20–25 aastat ning mille järel on puhas kasu. 2011. aasta juunis valmistus osakond esitama oma lõplikut määrust, lootes, et oluliselt paraneb kontroll biomassi kasutamisel energia tootmisel, sealhulgas puidugraanulite tootmine. Biomassi energia pooldajad on vaidlustanud MANOMET aruande järeldusi, ja teadlased on märkinud tähelepanematusest aruandes, mis näitab, et kliima mõju on hullem kui teatakse.

Kuni 2008. aastani arvati, isegi teadustöödes, et biomassi energia (sealhulgas puidugraanulid) on süsinikuvabad, suuresti tänu taimestiku juurdekasvule saadi aru, et süsinik eraldub õhku. Seejärel hakkas ilmuma teaduslikke pabereid, mis lükkavad ümber teadmise süsiniku neutraalsusest. Vastavalt biomassi energia ressursi keskusele, "on lõppenud arusaam, et süsiniku tagajärjed biomassist sõltuvad sellest, kuidas kütust koristati, sellest, millised metsatüübid, milliseid metsamajanduslike meetmeid rakendatakse ja kuidas kasutatakse biomassi aja jooksul ja kogu maastikul. "

2011. aastal võtsid 12 tuntud USA keskkonnaorganisatsiooni vastu eeskirja, millega tõstsid kõrge lati valitsuse stiimulitele biomassi energia tootmiseks, sealhulgas puidugraanulitele. Ta märgib, et "biomass allikate ja vahendite saamise soodumused peavad kaasnema madalama eluringiga, vähendades kasvuhoonegaaside heitkoguseid ja ookeani settivaid heitkoguseid 20 aasta jooksul ning ka pikemas perspektiivis, kasutades energia allikana, asendades konkurendid."

Jätkusuutlikkus

Puidu energeetikas kasutamise laiendamine suurendab konkurentsi toorainele, mida kasutatakse puittoodete tootmiseks.

Hind

Puidugraanulite kasutamise kiire kasvu tõttu võib tekkida probleeme puidugraanulite kättesaadavusega ja nende hind võib tõusta. See on oluline aspekt, kui plaanitakse osta puidugraanulipliite, -ahje, puidugraanulikorve või seadmeid, mis on tuntud kui Bradley põletid.

Puidugraanulite hinda võivad mõjutada ka saepuru ja lõikejääkide pakkumise muutused.

Vastavalt New Hampshire'i energia ja planeerimise kontori 5. oktoobri 2015 teadaandele uutest kütuste hindadest võib kohale tarnitud #2 kütteõli hinda võrrelda puidugraanulite hulgitarne hinnaga nende kütuste energiasisalduse kaudu: 1 tonn puidugraanuleid on energiasisalduselt võrdne 118,97 galloni #2 kütteõliga. See lähtub sellest, et üks tonn puidugraanuleid annab energiat 16 500 000 BTU ja üks gallon #2 kütteõli 138 690 BTU. Seega, kui #2 kütteõli maksumus kohale tarnitult on 1,90 dollarit gallon, siis samaväärne puidugraanulite hind on tarnitult 226,00 dollarit tonn.

Kasutamine regioonipõhiselt

Globaalse puidugraanulituru nõudluse mahuks hinnati 2008. aastal 12 miljonit tonni (~2 miljardit eurot). 2015. aastaks prognoositi nõudluse kahekordistumist.

Euroopa

Puidugraanulite kasutus Euroopas (mln tonni)
Riik	2013
Inglismaa	4,54
Itaalia	3,30
Taani	2,50
Holland	2,00
Rootsi	1,65
Saksamaa	1,60
Belgia	1,32

Euroopas on puidugraanulite kasutus erinev riikide valitsuste regulatsioonide tõttu. Belgias, Hollandis ja Suurbritannias kasutatakse puidugraanuleid peamiselt suurtes elektrijaamades. Taanis ja Rootsis kasutatakse neid samuti elektrijaamades, lisaks ka elamute kütmisel. Saksamaal, Austrias, Itaalias ja Prantsusmaal kasutatakse puidugraanuleid tööstuses ja elamute kütmisel.

Enamus puidugraanulitest toodetakse Rootsis, peamiselt põhjusega pakkuda alternatiivi senistele keskküttesüsteemidele. Austrias on 2/3 kodu soojusallikatest võimelised kütma puidugraanulitega. Itaalias on levinud isetäituvad puidugraanuliahjud. Siiski on Itaalia väike puidugraanulite kasutaja.

2014. aastal kasutas Saksamaa 2,2 mln tonni puidugraanuleid, kusjuures enamuse puidugraanulitest kasutasid väiketarbijad. Suurtarbijate hulgas ei ole puidugraanulite kasutus levinud.

Eesti

Puidugraanulite kasutus Eestis (tuhat tonni)
Aasta	Kogus
2008	6
2009	4
2010	4
2011	11
2012	11
2013	12
2014	23
2015	30
2016	92

Uus-Meremaa

2003. aastal tarbiti Uus-Meremaal 3000–5000 tonni puidugraanuleid. Uudne trend ehitada puidugraanulitehaseid on tootmismahtu suurendanud. 2010. aastal hinnati elurajoonides puidugraanulitel töötavate kollete arvuks 10 000. Lisaks oli rohkem kui 40 kooli küttesüsteem üle viidud puidugraanuliküttele, kasutatavate boilerite võimsus ulatus 1 MW-ni. 2010. aastal toodeti Uus-Meremaal u 60 000 tonni puidugraanuleid, mis 2014. aastaks pidi prognooside kohaselt kasvama 350 000 tonnini.

Ameerika Ühendriigid

Mõned ettevõtted impordivad Euroopast puidugraanuleid. 2009. aastal kasutas 800 000 ameeriklast kütteks puidugraanuleid.

Muud kasutusalad

Allapanu hobustele

Kui puidugraanulid saavad märjaks, siis need paisuvad ning lagunevad tagasi saepuruks. Tänu sellele omadusele sobivad puidugraanulid ka hobuste allapanuks. Lihtne ladustamine ja transport on kaks täiendavat eelist traditsioonilise allapanu ees. Kuid mõnede puuliikide, näiteks pähklipuu, graanulid võivad olla hobustele mürgised ja neid ei tohiks kunagi hobuste allapanuna kasutada.

Absorbendid

Puidugraanuleid kasutatakse ka nafta- ja õlireostuse tõrjel. Need sobivad reostustõrjeks hästi seetõttu, et suudavad siduda oma massiga võrreldes suhteliselt suure koguse õli ning kõlbavad hiljem koos kokku kogutud õlijääkidega energia tootmiseks ära põletada. Puit on ka loodusliku aineringe loomulik osa, mistõttu reostustõrjel puidugraanuleid absorbendina kasutades neist loodusesse jäävad väikesed kogused harilikult ei ohusta omakorda keskkonda, vaid lagunevad suhteliselt kiiresti. Veepinnalt reostuse kogumisel tuleb kasuks ka puidugraanulite ujuvus.

Välislingid

• European Biomass Association
• Pellet Fuels Institute
• Biomass Energy