Metanolin pientuotanto maatiloilla ja käyttö maataloustyökoneissa

Abstract

Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää soveltuuko metanoli maataloustyökoneissa yleisesti käytettyjen puristussytytteisten polttomoottoreiden polttoaineeksi. Soveltuvuutta tutkittiin metanolin palamisominaisuuksien, materiaalien soveltuvuuksien sekä metanolin käytön aiheuttamien rajoitteiden ja edellytysten kautta. Lisäksi tavoitteena oli löytää erilaisia maatalouteen soveltuvia pientuotantomenetelmiä. Tutkimus suoritettiin, koska maatalouskoneet tuottavat suuria määriä kasvihuonekaasu- ja paikallispäästöjä, joiden määrää on vähennettävä merkittävästi ilmaston vuoksi. Metanoli on polttoaineena hyvin monipuolinen, koska sitä voidaan käyttää useissa erilaisissa sovelluksissa, ja lisäksi sitä voidaan tuottaa sekä biopolttoaineena että uusiutuvana synteettisenä polttoaineena. Metanolin tuotanto ja käyttö mahdollistavat siten myös irtautumisen riippuvuudesta fossiilisiin polttoaineisiin.

Metanolin soveltuvuutta puristussytytteisiin polttomoottoreihin tarkasteltiin kirjallisuuskatsauksen kautta. Tämän osalta käytettävänä aineistona ovat pääosin tieteelliset tutkimukset. Maatalouden metanolin pientuotantopotentiaalia tutkittiin osin kirjallisuuskatsauksena. Lisäksi pientuotantopotentiaalia ja maataloudessa muodostuvia sivuvirtoja tutkittiin tapaustutkimuksen muodossa, jossa haastateltiin keskikokoisen maitotilan yrittäjää, joka omistaa työn aihepiiriin liittyvän biokaasun tuotantolaitoksen. Haastattelun tuloksia verrattiin kirjallisuuskatsauksesta saatuihin tietoihin. Tuotantopotentiaalia koskevan kirjallisuuskatsauksen sisältämät aineistot koostuvat tieteellisistä tutkimuksista, artikkeleista sekä tietosivustoista.

Metanoli voi soveltua useimpiin puristussytytteisiin polttomoottoreihin, mikäli moottoreissa otetaan huomioon materiaalien soveltuvuus metanolin kanssa ja polttoaineen syöttöjärjestelmien soveltuvuus lisääntyvään polttoaineen kulutukseen. Metanolia voidaan käyttää puristussytytteisissä polttomoottoreissa sekä dieselsekoituksena että kaksoispolttoainemenetelmällä. Näistä kaksoispolttoainemenetelmä osoittautui tehokkaammaksi keinoksi, koska metanolin ja sytytyspolttoaineen suhdetta voidaan vaihdella optimaalisen palamisen mahdollistamiseksi. Lisäksi tutkimuksessa havaittiin, että maataloudella on potentiaalia tuottaa metanolia sivuvirroistaan. Tehokkaimmat tavat tuottaa metanolia perustuvat metanolisynteesiin, jossa raaka-aineena käytetään synteesikaasua tai hiilidioksidin ja vedyn seosta.

The aim of this master’s thesis was to investigate whether methanol is suitable as a fuel for compression-ignition internal combustion engines commonly used in agricultural machinery. Suitability was examined through the combustion characteristics of methanol, compatibility with materials, and the restrictions and prerequisites associated with its use. Additionally, the goal was to identify various small-scale production methods suitable for agriculture. The research was conducted because agricultural machinery produces significant amounts of greenhouse gas and local emissions, which need to be cut down for climate reasons. Methanol is a versatile fuel that can be used in various applications, and it can be produced both as a biofuel and as a renewable synthetic fuel. Therefore, the use and production of methanol also enable a transition away from fossil fuels.

The suitability of methanol for compression-ignition internal combustion engines was studied through a literature review. The primary sources for this were scientific studies. The potential for small-scale methanol production in agriculture was also explored through a literature review. Additionally, the study investigated production potential and byproducts generated in agriculture using a case study approach. The case study involved interviewing a medium-sized dairy farm owner who owns a biogas production facility related to the topic. The interview results were compared to information obtained from the literature review. The literature review on production potential included scientific research, articles, and informational websites.

Methanol can be suitable for most compression-ignition internal combustion engines if engine materials’ compatibility with methanol and the suitability of fuel delivery systems for increased fuel consumption are considered. Methanol can be used in compression-ignition engines either as a diesel blend or through dual-fuel methods. Among these, the dual-fuel method proved more efficient because it allows for varying the ratio of methanol to ignition fuel for optimal combustion. Furthermore, the study found that agriculture has the potential to produce methanol from byproducts. The most effective methods for methanol production rely on methanol synthesis, using raw materials such as synthesis gas or a mixture of carbon dioxide and hydrogen.