Production of synthetic natural gas from energy crops in Finland: Techno-economic review

Synteettisen maakaasun (SNG) valmistaminen ei sinänsä ole uusi asia, mutta kaasun tulon Venäjältä lakattua, se on kuitenkin ehkäpä ajankohtaisempi kuin ikinä. Vuonna 2022 asetettiin myös uusia, kunnianhimoisempia, päästövähennystavoitteita niin Suomen valtion kuin EU:n tasollakin. Tämä tekee erityisen kiinnostavaksi SNG:n valmistamisen biomassoista, eli bio-SNG:n tuotannon. Vaikka kaasutuksen teoria ja käytännön toteutus tunnetaankin, asettaa biomassojen kaasutus erityisiä haasteita. Tässä diplomityössä tarkasteltiin biomassojen kaasutuksen fysikaalista perustaa ja nykyaikaisen biomassojen kaasutuslaitoksen toimintaa. Työssä laadittiin simulointimalli 50 MW synteettistä maakaasua tuottavasta laitoksesta. Simuloinnissa mallinnettiin synteettisen kaasun tuotanto, aina biomassan kuivauksesta valmiiseen synteettiseen maakaasuun. Hiilidioksidin erotuksesta on laadittu lisäksi erillinen kineettinen malli. Saatujen massa- ja energiataseiden avulla arvioitiin laitoksen teknistä suorituskykyä, sekä laajamittaisen SNG:n tuotannon taloudellisia kantimia Suomessa. Tuotantoketjun kokonaispäästöjen selvittämiseksi käytettiin viimeaikaisia lyhytkieroviljelyn ja RED II päästöjen tutkimuksia. Kaasutuslaitoksen CGE hyötysuhteeksi saatiin 65,5 % ja kokonaishyötysuhteeksi 71,8 %. Tuotetun bio-SNG hinta (LCOE) oli kallis, 75 €/MWh. Tukipolitiikalla havaittiin olevan keskeinen merkitys taloudelliselle kannattavuudelle. Nykyinen tukipolitiikka ei mahdollista tuotantoa, mutta syöttötariffin ulottaminen bio-SNG:lle muuttaisi tilannetta oleellisesti. Bio-SNG täytti oletetusti RED II asettamat kestävyys vaatimukset. Sitä ei kuitenkaan pidetty kovinkaan uskottavana keinona päästöjen vähentämiseksi.The production of synthetic natural gas (SNG) is not a new thing in itself, but since the gas supply from Russia has stopped, it is perhaps more relevant than ever.In 2022, new, more ambitious emission reduction targets were also set both at the level of the Finnish state and the EU. This makes the production of SNG from biomass particularly interesting, i.e. the production of bio-SNG. Although the theory and practical implementation of gasification are known, the gasification of biomass poses special challenges. This thesis examined the physical basis of biomass gasification and the operation of a modern biomass gasification plant. In this thesis, a simulation model of a 50 MW synthetic natural gas producing plant was created. In the simulation, synthetic gas production was modelled, from biomass drying to finished synthetic natural gas. A separate kinetic model has also been constructed for the separation of carbon dioxide. The obtained mass and energy balances were used to evaluate the technical performance of the facility, as well as the financial implications of large-scale SNG production in Finland. In order to find out the total emissions of the production chain, recent studies of short-rotation farming and RED II emissions were used. The CGE efficiency of the gasification plant was 65.5 % and the total efficiency was 71.8 %. The price (LCOE) of the produced bio-SNG was expensive, 75 €/MWh. The support policy was observed to be of central importance for financial profitability. The current support policy does not enable production, but extending the feed-in tariff to bio-SNG would change the situation substantially. Bio-SNG presumably met the sustainability requirements set by RED II. However, it was not considered a very plausible way to reduce emissions