Turvepohjainen F-T-diesel on kasvihuonevaikutukseltaan tarkastelun rajoista, lähtöti-lanteesta ja jälkikäytöstä riippuen vaihtelevassa asemassa verrattuna fossiiliseen diese-liin sekä metsätähde- ja ruokohelpipohjaiseen F-T-diesediese-liin. Työssä on laskettu kasvi-huonevaikutus useissa ketjuissa koskien raakaturpeen hankintaa, prosessointia, suon pohjan jälkikäyttöä ja käytetyn sähkön päästöjä. Tutkimuksessa ei ole arvioitu, miten realistisia laskennassa oletetut lähtöarvot ja rajaukset ovat.
Useissa ketjuissa turvepohjaisen F-T-dieselin kasvihuonevaikutus on fossiilista dieseliä suurempi. Ilmastovaikutusta saadaan pienemmäksi suuntaamalla tuotantoa erityisesti suopelloille, jotka ovat tällä hetkellä voimakkaita kasvihuonekaasujen lähteitä. Myös uudet teknologiset parannukset turpeen tuotantoon vähentävät ilmastovaikutusta. Jos turvetuotantoalueen pohja hyödynnetään uusiutuvan biomassan tuotantoon, joka jälleen hyödynnetään biodieseliksi, ilmastovaikutus alenee. Kun pohditaan uusia liiketoimin-tamalleja turpeen hyödyntämiseksi, olisi tärkeää ottaa huomioon, mistä ja miten turve on tuotettu, sekä edelleen, miten alue tulisi jälkikäsitellä ja miten sitä voisi ekologisesti ja taloudellisesti hyödyntää.
Käytetyn turvevaran lisäksi turve-F-T-dieselin kasvihuonevaikutukseen vaikuttavat eri-tyisesti polttoaineen jalostus (häviöt ja käytetty sähkö) sekä loppukäyttö. Normaalisti uudessa sähköä kuluttavassa toiminnassa kulutettava sähkö tulee arvioida marginaa-lisähköksi, mutta tietyissä erikoistapauksissa myös marginaalisähköstä poikkeava vähä-päästöinen sähkö voi tulla kyseeseen. Tässä tutkimuksessa arvioitiin jalostuksessa käy-tetyn sähkön päästöjä tyypillisen nykyisen marginaalisähkön että 0-päästöisen sähkön mukaan, jotta sähkön tuotannon päästöjen merkitys tulisi selvästi tuloksissa esille. Säh-kön arvottaminen marginaalisähköstä poikkeavaksi, esim. vähäpäästöiseksi sähköksi, vaatisi sen, että tarkasteltavan prosessin voitaisiin objektiivisesti osoittaa lisäävän kysei-sen vähäpäästöikysei-sen sähkön tuotantoa, jota ei ilman prosessin toteuttamista tapahtuisi.
Marginaalisähköstä poikkeaminen sähkön arvottamisessa voi olla käytännössä hankalaa.
Turvepohjaisen F-T-dieselin kasvihuonevaikutus metsäteollisuuteen integroidussa tuo-tannossa on fossiilista dieseliä pienempi, kun tuotuo-tannossa oletetaan käytettävän 0-päästöistä sähköä ja turvemaata hyödynnetään liikennepolttoaineiden tuottamiseen kokonaisvaltaisesti: ensin hyödynnetään turve F-T-dieseliksi, jonka jälkeen alueen jäl-kikäytössä syntynyttä biomassaa hyödynnetään myös F-T-dieselin tuotannossa. Myös CCS-tekniikan sisällyttäminen F-T-tuotantoprosessiin vähentää F-T-dieselin tuotanto- ja hyödyntämisketjujen kasvihuonevaikutusta. Prosessista saadaan päästönä hiilidioksi-dia, joka ilmaan päästämisen sijasta voidaan periaatteessa puristaa kokoon ja kuljettaa hiilidioksidin varastointiin sopivaan geologiseen muodostumaan.
Yksityiskohtaiset tulokset on esitetty luvun 6 kuvissa. Fossiilisesta raakaöljystä valmis-tettua dieseliä pienemmän kasvihuonevaikutuksen 100 vuoden tarkasteluajalla aiheutta-vat metsätähde- sekä ruokohelpipohjaiset diesel-ketjut, sekä turvepohjaiset F-T-diesel-ketjut, joissa turve on tuotettu suopelloilta ja jalostuksessa on käytetty nollatöistä sähköä. Tarkasteluissa tulee huomata, että yhteen ketjuun on yhdistetty eri pääs-tövähennyskeinoja.
300 vuoden tarkasteluajalla turveraaka-aineeseen perustuvien ketjujen asema suhteessa 100 vuoden tarkasteluaikaan paranee verrattaessa fossiilisesta maaöljystä tehtyyn diese-liin. Tällöin useat turpeen käyttöön perustuvat ketjut aiheuttavat maaöljyketjua pie-nemmän kasvihuonevaikutuksen erityisesti, jos turve on tuotettu suopelloilta. Myös metsäojitetuilta soilta tuotetun turpeen jalostus F-T-dieseliksi on edullisempaa ilmas-tonäkökulmasta kuin fossiilisen dieselin hyödyntäminen, jos myös jälkikäytössä synty-nyt biomassa hyödynnetään ja jalostuksessa käytetään vähäpäästöistä sähköä. Ruoko-helven viljely on hieman ilmastoystävällisempi jälleenkäsittelyvaihtoehto kuin metsitys.
Uusi turpeen tuotantomenetelmä vähentää kokonaiskasvihuonevaikutusta verrattuna perinteiseen jyrsinturvetuotantomenetelmään. Integroitu F-T-dieselin tuotanto (esim.
metsäteollisuuden laitokseen) on hieman edullisempi ilmastonäkökulmasta kuin stand-alone-tuotanto.
Lähdeluettelo
Aro, L. & Kaunisto, S. 2003. Jatkolannoituksen ja kasvatustiheyden vaikutus nuorten mäntymetsiköiden ravinnetilaan sekä puuston ja juuriston kehitykseen paksuturpeisella suonpohjalla. Suo 54(2), s. 49–68. Suoseura – Finnish Peat Society. Helsinki.
Edwards, R., Griesemann, J.-C., Larivé, J.-F. & Mahieu, V. 2003. Well-to-Wheels Analysis of Future automotive Fuels and Powertrains in the European Context. Jointly carried out by EUCAR, CONCAWE and JRC/IEA. Well-to-Tank Report Version 1, December 2003.
EU:n direktiivi 2003/30/EY. Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2003/30/EY, annettu 8. päivänä toukokuuta 2003, liikenteen biopolttoaineiden ja muiden uusiutuvien polttoaineiden käytön edistämisestä. EUVL L 123, 17.5.2003. S. 42–46.
Commission of the European Communities 2006. Communication from the Commis-sion – An EU Strategy for Biofuels. COM(2006) 34 final. Brussels 8.2.2006.
Commission of the European Communities 2007. Communication from the Commission to the Council and the European Parliament – Biofuels Progress Report;
Report on the progress made in the use of biofuels and other renewable fuels in the Member States of the European Union. COM(2006) 845 final. Brussels 10.1.2007.
Holmgren, K., Kirkinen, J. & Savolainen, I. 2006. The climate impact of energy peat utilisation – comparison and sensitivity analysis of Finnish and Swedish results. IVL B-rapport 1681, Stockholm, Sweden.
IPCC. 2007a. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Summary for Policymakers. Saatavilla [http://www.ipcc.ch/SPM2feb07.pdf].
IPCC. 2007b. Climate Change 2007: Mitigation of Climate Change. Summary for Policymakers. Saatavilla [http://www.ipcc.ch/SPM040507.pdf].
ISO 14040. 1997. Environmental management, Life cycle assessment, Principles and framework. International Organization of Standardization. 12 s.
Kirkinen, J., Hillebrand, K. ja Savolainen, I. 2007a. Turvemaan energiakäytön ilmasto-vaikutus – maankäyttöskenaario Espoo. VTT Tiedotteita – Research Notes 2365. 49 s. + liitt. 2 s. 978-951-38-6890-1; 6891-8.
Kirkinen, J., Minkkinen, K., Penttilä, T., Kojola, S., Sievänen, R., Alm, J., Saarnio, S., Silvan, N., Laine, J. and Savolainen I. 2007b. Greenhouse impact due to different peat fuel utilisation chains in Finland – a life-cycle approach. Boreal Env. Res. 12, s. 211–223.
Kirkinen, J., Palosuo, T., Holmgren, K. & Savolainen, I. Toimitettu julkaistavaksi.
Environmental Management. Greenhouse impact due to the use of combustible fuels – Life cycle viewpoint and Relative Radiative forcing Commitment. Lähetetty 17.8.2007.
Leinonen, A. & Hillebrand, K. 2000. Turpeen asema bioenergiana, Loppuraportti.
Jyväskylä: Finbio, Julkaisu 15. 66 s. + liitt. 2 s.
Liski, J., Palosuo, T., Peltoniemi, M. & Sievänen, R. 2005. Carbon and decomposition model Yasso for forest soils. Ecological Modelling. 189, s. 168–182.
McKeough, P. and Kurkela, E., Detailed comparison of efficiencies and costs of producing FT liquids, methanol, SNG and hydrogen from biomass, 15th European Biomass Conference, Berlin, Germany, May 7–11, 2007.
Monni, S., Korhonen, R. and Savolainen, I. 2003. Radiative forcing due to anthropogenic greenhouse gas emissions from Finland: methods for estimating forcing of a country or an activity. Environmental Management, Vol. 31, No. 3, s. 401–411.
Mäkinen, T., Soimakallio, S., Paappanen, T., Pahkala, K. & Mikkola H. 2006. Liiken-teen biopolttoaineiden ja peltoenergian kasvihuonekaasutaseet ja uudet liiketoiminta-konseptit. Espoo: VTT Tiedotteita – Research Notes 2357. 134 s. + liitt.. 19 s. ISBN 951-38-6825-7; 6826-5.
Nilsson, K. & Nilsson, M. 2004. The Climate Impact of Energy Peat Utilisation in Sweden. The Effect of Former Land-use and After-treatment. IVL Swedish Environmental Research Institute, IVL report B1606. 91 s.
Saviharju, K. and McKeough, P., Integrated forest biorefinery concepts, PulPaper 2007, Helsinki, Finland, June 5–7, 2007.
Savolainen, I., Hillebrand, K., Nousiainen, I. & Sinisalo, J. 1994. Greenhouse impacts of the use of peat and wood for energy. Espoo: VTT Tiedotteita – Research Notes 1559.
65 s. + liitt. 9 s. ISBN 951-38-4439-5.
Tilastokeskus 2007. Energiatilastot: Taulukko 1. Energian kokonaiskulutus energialäh-teittäin (TJ) ja CO2-päästöt (Mt). Saatavilla [http://www.stat.fi/til/ehkh/2006/03/
ehkh_2006_03_2006-12-20_tau_001.xls]
Uppenberg, S., Zetterberg, L. & Åhman, M. 2001. Climate Impact from Peat Utilization in Sweden. Stockholm: IVL Swedish Environmental Research Institute, IVL Report B 1423. 39 s.
Virtanen, K., Hänninen, P., Kallinen, R.-L., Vartiainen, S., Herranen, T. & Jokisaari, R.
2003. Suomen turvevarat 2000. Geologian tutkimuskeskus (GTK). Tutkimusraportti 156. 101 s. + liitt. 7 s.
Julkaisun sarja, numero ja raporttikoodi
VTT Tiedotteita 2418 VTT–TIED–2418
Tekijä(t)
Kirkinen, Johanna, Soimakallio, Sampo, Mäkinen, Tuula, McKeough, Paterson &
Savolainen, Ilkka
Nimeke
Turvepohjaisen F-T-dieselin tuotannon ja käytön kasvihuonevaikutukset
Tiivistelmä
Liikennepolttoaineiden korvaaminen biopohjaisilla polttoaineilla on yhtenä keinona ilmastonmuutoksen hillinnässä ja öljyriippuvuuden vähentämisessä. Suomessa kehitetään biomassan kaasutukseen perustuvia synteettisen biodieselin, ns.
Fischer-Tropsch-dieselin, tuotantotekniikoita. Yhtenä raaka-aineena F-T-dieseliin on mahdollista käyttää turvetta, mikä herättää paljon mielenkiintoa Suomen suurten turvevarojen takia. Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin turve-F-T-dieselin kasvihuonevaikutusta elinkaarinäkökulmasta. Turpeen ja turvemaan eri hyödyntämistapauksille laskettuja ketjuja ver-rattiin fossiiliseen dieseliin sekä metsätähde- ja ruokohelpipohjaiseen F-T-dieseliin. Kasvihuonevaikutuksen arvioimi-seen käytettiin säteilypakotetta. Työssä laskettiin kasvihuonevaikutus useissa tuotantoketjuissa käyttäen erilaisia oletuk-sia. Työssä ei arvioitu eri oletusten realistisuutta. Laskennallisina tarkasteluaikajänteinä käytettiin 100 ja 300 vuotta.
Turvepohjainen F-T-diesel on ilmastovaikutukseltaan tarkastelun rajoista, lähtötilanteesta ja jälkikäytöstä riippuen vaihtelevassa asemassa verrattuna fossiiliseen dieseliin sekä metsätähde- ja ruokohelpipohjaiseen F-T-dieseliin. Useissa ketjuissa kasvihuonevaikutus on fossiilista dieseliä suurempi. Jos turve tuotetaan suopelloilta, jotka ovat voimakkaita kasvihuonekaasujen päästölähteitä, on kasvihuonevaikutus pienempi kuin, jos turve tuotetaan metsäojitetuilta soilta. Jos aluetta hyödynnetään turvetuotannon jälkeen kasvattamalla siinä metsää tai viljelemällä ruokohelpeä ja jälkikäytössä tuotettu biomassa hyödynnetään edelleen F-T-dieseliksi, alenee ketjussa tuotetun F-T-dieselin hyödyntämisen koko-naisvaikutus. Fossiiliseen dieseliin verrattuna turvepohjaisen F-T-dieselin aiheuttama kasvihuonevaikutus on pitkällä tarkasteluajalla alhaisempi siinä tapauksessa, että turve tuotetaan suopelloilta.
Käytetyn turvevaran lisäksi merkittävimmin turve-F-T-dieselin kasvihuonevaikutukseen vaikuttavat polttoaineen pro-sessointi (häviöt ja käytetty sähkö) ja loppukäyttö. Prosessissa käytetyn sähkön tuottamisessa aiheutuvilla päästöillä on suuri vaikutus kasvihuonevaikutukseen. Tavallisesti uudessa sähköä kuluttavassa toiminnassa kulutettava sähkö on arvioitava marginaalisähköksi, mutta tietyissä erikoistapauksissa myös marginaalisähköstä poikkeava vähäpäästöinen sähkö voisi tulla kyseeseen. Tässä tutkimuksessa prosessissa kulutettavan sähkön tuotannossa syntyvät päästöt arvioitiin sekä nykyisen tyypillisen marginaalisähkön että nollapäästöisen sähkön mukaan, jotta sähkön tuotannon päästöjen merkitys tulisi selvästi tuloksissa esille. Turvepohjaisen F-T-dieselin kasvihuonevaikutus metsäteollisuuteen integ-roidussa tuotannossa on fossiilista dieseliä pienempi, kun tuotannossa oletetaan käytettävän nollapäästöistä sähköä ja turvemaata hyödynnetään liikennepolttoaineiden tuottamiseen kokonaisvaltaisesti, siis tuotetaan ensin turve-F-T-dieseliä ja jälkikäytössä (metsitys) syntynyttä puubiomassaa jalostetaan myös F-T-dieseliksi.
Työssä arvioitiin myös hiilidioksidin talteenoton ja varastoinnin (CCS) hyödyntämistä F-T-dieselin tuotannossa. Kan-sainvälinen ilmastopaneeli on listannut CCS:n yhdeksi merkittäväksi ilmastonmuutoksen hillinnän keinoksi tulevaisuu-dessa. F-T-dieselin tuotantoprosessissa erotetaan hiilidioksidia prosessiteknisistä syistä, ja erotetusta hiilidioksidista (häviöstä) on mahdollista saada talteen suuri osa, mikä vähentää biomassapohjaisen (turve, metsätähde ja ruokohelpi) F-T-dieselin kasvihuonevaikutusta. Jos F-F-T-dieselin tuotantoon on sisällytetty CCS, vähenee 300 vuoden tarkasteluajalla turve- ja biomassapohjaisen F-T-dieselin tuotannon kasvihuonevaikutus fossiilisen dieselin vaikutuksen tasolle tai sen alle ketjusta riippuen.
ISBN
978-951-38-6976-2 (nid.)
978-951-38-6978-6 (URL: http://www.vtt.fi/publications/index.jsp)
Avainnimeke ja ISSN Projektinumero VTT Tiedotteita – Research Notes
1235-0605 (nid.)
1455-0865 (URL: http://www.vtt.fi/publications/index.jsp)
20829
Julkaisuaika Kieli Sivuja
Joulukuu 2007 Suomi, engl. tiiv. 45 s.
Projektin nimi Toimeksiantaja(t) Turvedieselin tuotannon ja käytön ilmastovaikutukset Vapo Oy
Avainsanat Julkaisija transportation fuels, substitution, biofuels, environmental
impacts, climatic change, greenhouse impacts, life cycle assessment, radiative forcing, biodiesel, biomass, peat, logging residues, reed canary grass, gasification
VTT
PL 1000, 02044 VTT Puh. 020 722 4520 Faksi 020 722 4374
Series title, number and report code of publication
VTT Research Notes 2418 VTT–TIED–2418
Author(s)
Kirkinen, Johanna, Soimakallio, Sampo, Mäkinen, Tuula, McKeough, Paterson &
Savolainen, Ilkka
Title
The greenhouse impact of the production and use of peat-based F-T-diesel
Abstract
Substituting transportation fuels with biomass-based fuels is presented as one of the options in climate change mitigation and reducing dependency on fossil oil. In Finland, production techniques of synthetic biodiesel have been developed which are based on the gasification of biomass (i.e. Fischer-Tropsch diesel). As a raw material for F-T-diesel production, peat can be used, which raises a lot of interest due to the large peat reserves in Finland. In this study, the greenhouse impact of peat-based F-T-diesel from the life cycle point of view was assessed. The utilisation chains of peat and peatlands assessed were compared to fossil diesel and F-T-diesel based on logging residues and reed canary grass. The greenhouse impact is assessed by radiative forcing. In this study, the greenhouse impact of different production chains was calculated using different assumptions. The reality of different assumptions was not assessed. Calculational time spans were 100 and 300 years.
The impact of peat-based F-T-diesel on the climate depends on the system boundaries, the initial situation and the after-treatment, and it varies when compared to the climate impact of fossil diesel as well as logging residues and reed canary grass-based fuels. Greenhouse gas impact of peat-based F-T-diesel is higher compared to fossil diesel in many of the chains considered. If peat is produced from cultivated peatlands, which are powerful sources of greenhouse gases, the greenhouse impact is lower than if peat is produced from forestry-drained peatland. If peatland is utilised after peat production for afforestation or cultivation of reed canary grass and the produced biomass is then utilised for F-T-diesel, it lowers the total greenhouse impact of the F-T-diesel produced in the certain chain. When peat-based F-T-diesel is compared to fossil fuel, the greenhouse impact is lower when the peat is produced from the cultivated peatland.
In addition to peat resource utilised the most remarkable impact on the greenhouse impact of peat-based F-T-diesel is the processing of fuel (losses and electricity) and end-use. The greenhouse gas emissions from the production of the electricity used in the production process of F-T-diesel have a major impact on the total greenhouse impact. Usually in a new function, which consumes electricity, the used electricity should be considered as marginal electricity, but in certain special cases, the used electricity can be low-emission electricity. In this study, the used electricity in the F-T-diesel refining process was assessed to be both current typical marginal electricity and zero-emission electricity, which enables us to emphasize the impact of the emissions due to the electricity used. The greenhouse impact of the peat-based F-T-diesel produced as an integrated production in the forest industry plant is lower than fossil fuels, when zero-emission electricity is used in the process and peatland is used comprehensively in F-T-diesel production, i.e.
first peat-F-T-diesel is produced and then biomass produced in the after-treatment (afforestation) is also processed as F-T-diesel.
The use of carbon capture and storage in the F-T-diesel production process was also assessed. The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) has listed CCS as one of the significant means to mitigate climate change in the future. In the production of F-T-diesel, carbon dioxide is separated in the process and major part of the separated CO2
(losses) can be captured, which reduces the greenhouse impact of biomass-based (peat, logging residues and reed canary grass) F-T-diesel. If CCS is included in the F-T-diesel production, it decreases the greenhouse impact of peat and biomass-based F-T-diesel to the same level of impact as that of fossil diesel or below depending on the F-T-diesel production chain.
ISBN
978-951-38-6976-2 (soft back ed.)
978-951-38-69768-6 (URL: http://www.vtt.fi/publications/index.jsp)
Series title and ISSN Project number VTT Tiedotteita – Research Notes
1235-0605 (soft back ed.)
1455-0865 (URL: http://www.vtt.fi/publications/index.jsp)
20829
Date Language Pages
December 2007 Finnish, Engl. abstr. 45 p.
Name of project Commissioned by Turvedieselin tuotannon ja käytön ilmastovaikutukset Vapo Oy
Keywords Publisher transportation fuels, substitution, biofuels, environmental
impacts, climatic change, greenhouse impacts, life cycle assessment, radiative forcing, biodiesel, biomass, peat, logging residues, reed canary grass, gasification
VTT Technical Research Center of Finland P.O.Box 1000, FI-02044 VTT, Finland Phone internat. +358 20 722 4520 Fax +358 20 722 4374
VTT TIEDOTTEITA 2418Turvepohjaisen F-T-dieselin tuotannon ja käytön kasvihuonevaikutukset
ESPOO 2007
VTT TIEDOTTEITA 2418
Johanna Kirkinen, Sampo Soimakallio,
Tuula Mäkinen, Paterson McKeough & Ilkka Savolainen
Turvepohjaisen F-T-dieselin tuotannon ja käytön kasvihuonevaikutukset
VTT on arvioinut turpeesta tuotetun dieselin tuotanto- ja käyttöketjun kasvihuonekaasutaseita. Turvepohjainen F-T-diesel on kasvihuone-vaikutukseltaan tarkastelun rajoista, aikajänteestä, lähtötilanteesta sekä jälkikäytöstä riippuen vaihtelevassa asemassa verrattuna fossiiliseen dieseliin. Työssä on laskettu kasvihuonevaikutus useissa ketjuissa koskien raakaturpeen hankintaa, prosessointia, suon pohjan jälkikäyttöä ja käy-tetyn sähkön päästöjä. Käykäy-tetyn turvevaran lisäksi turve-F-T-dieselin kasvihuonevaikutukseen vaikuttavat eniten polttoaineen jalostus (häviöt ja käytetty sähkö) sekä loppukäyttö. Useissa ketjuissa kasvihuonevaikutus on fossiilista dieseliä suurempi. Periaatteessa on mahdollista päästä fossiilista dieseliä pienempään kasvihuonevaikutukseen erityisesti, jos turveraaka-aineen tuotanto tapahtuu suopelloilta ja jos prosessissa voidaan käyttää vähäpäästöistä sähköä.
Julkaisu on saatavana Publikationen distribueras av This publication is available from
VTT VTT VTT
PL 1000 PB 1000 P.O. Box 1000
02044 VTT 02044 VTT FI-02044 VTT, Finland
Puh. 020 722 4520 Tel. 020 722 4520 Phone internat. + 358 20 722 4520
http://www.vtt.fi http://www.vtt.fi http://www.vtt.fi