Carbon sources for Power-to-Gas applications in the Finnish energy system

Abstract

This thesis is done as a part of the NEOCARBON project. The aim of NEOCARBON project is to study a fully renewable energy system utilizing Power-to-Gas or Power-to-Liquid technology for energy storage. Power-to-Gas consists of two main operations: Hydrogen production via electrolysis and methane production via methanation. Methanation requires carbon dioxide and hydrogen as a raw material. This thesis studies the potential carbon dioxide sources within Finland. The different sources are ranked using the cost and energy penalty of the carbon capture, carbon biogenity and compatibility with Power-to-Gas. It can be concluded that in Finland there exists enough CO2 point sources to provide national PtG system with sufficient amounts of carbon. Pulp and paper industry is single largest producer of biogenic CO2 in Finland. It is possible to obtain single unit capable of grid balancing operations and energy transformations via Power-to-Gas and Gas-to-Power by coupling biogas plants with biomethanation and CHP units.

Tämä diplomityö tehdään osaksi NEOCARBON projektia. NEOCARBON tutkii Power-to- Gas ja Power-to-Liquid teknologiaa energian varastointimuotona 100% uusiutuvassa energiajärjestelmässä. Power-to-Gas koostuu kahdesta päävaiheesta: vedyn tuotanto elektrolyysillä ja metaanin tuotanto metanoinnilla. Metanointi vaatii hiilidioksidia ja vetyä raaka-aineeksi. Tämän diplomityön tarkoitus on kartoittaa soveltuvia hiilidioksidilähteitä suomessa. Eri lähteitä on arvioitu hiilidioksidin talteenoton kustannusten ja energiankulutuksen, hiilen bioperäisyyden ja Power-to-Gas yhteensopivuuden mukaan. Voidaan todeta että Suomessa on riittävä CO2 tuotantopotentiaali kansallisen PtG järjestelmän toimintaan. Paperiteollisuus on suurin yksittäinen biogeenisen CO2 päästöjen lähde. Yhdistämällä biometanointi biokaasulaitoksiin ja yhdistetyn lämmön ja sähkön tuotantoon voidaan saavuttaa yksikkö joka kykenee Power-to-Gas ja Gas-to-Power energianmuunnoksiin ja sähköverkon tasapainottamiseen.