BH10A0202 Energiatekniikan kandidaatintyö
BIOKAASU JA SEN KÄYTTÖ LIIKENNE- POLTTOAINEENA
Lappeenrannassa 3.6.2021 Hanna Karjalainen
TIIVISTELMÄ
Lappeenrannan-Lahden teknillinen yliopisto School of Energy Systems
Energiatekniikka Hanna Karjalainen
Biokaasu ja sen käyttö liikennepolttoaineena Kandidaatintyö 2021
Tarkastaja: Professori TkT, Esa Vakkilainen Ohjaaja: Professori TkT, Esa Vakkilainen 24 sivua, 12 kuvaa
Hakusanat: biokaasu, biopolttoaine, kiertotalous, kaasuauto Keywords: biogas, biofuel, circular economy, natural gas vehicle
Tässä kandidaatin työssä tutkitaan biokaasun valmistusta, ilmastovaikutuksia sekä käyttöä liikennepolttoaineena. Biokaasu on biopohjainen polttoaine, jolla pystytään korvaamaan ilmastoa kuormittavampia fossiilisia polttoaineita, ja sitä voidaan valmistaa orgaanisista biojätteistä mädättämällä. Jotta biokaasu kelpaa liikennepolttoaineeksi, on sitä puhdistettava ja jalostettava. Tulevaisuudessa biojätteen määrä tulee kasvamaan, mikä lisää biojätteen käsittelyn ja hyödyntämisen tarvetta.
Jotta biokaasun koko potentiaali saadaan käyttöön, tarvitaan useampi biokaasulaitos käsittelemään kasvavaa jätemäärää. Biokaasutuotannon lisääminen luo enemmän paikallisia työpaikkoja, vähentää riippuvuutta fossiilisiin polttoaineisiin, vakauttaa taloutta, lisää omavaraisuutta ja alentaa ympäristöpäästöjä. Tällä hetkellä Suomessa biokaasun lasketusta potentiaalista hyödynnetään alle 20 %.
SISÄLLYS
TIIVISTELMÄ
SISÄLLYSLUETTELO
1 JOHDANTO ... 4
2 BIOJÄTTEESTÄ BIOKAASUKSI ... 5
2.1 Biokaasun muodostuminen ... 6
2.2 Mädätys ... 6
2.2.1 Märkämädätys ... 7
2.2.2 Kuivamädätys ... 7
2.3 Kiertotalous ... 8
2.3.1 Valtakunnallinen jätesuunnitelma ... 9
2.3.2 Biotalousstrategia ... 9
3 BIOKAASU LIIKENNEPOLTTOAINEENA ... 11
3.1 Liikennekäyttö ... 12
3.2 Tukipolitiikka ... 14
4 BIOKAASU SUOMESSA ... 15
4.1 Hyötyjä ja haasteita ... 15
4.2 Biokaasutuotanto Suomessa ... 16
4.2.1 Kouvolan biokaasulaitos ... 17
4.2.2 Biokaasulaitosratkaisu maatiloille ... 18
4.2.3 Kaukaan biojalostamo ... 20
4.3 Suomen ilmasto- ja ympäristötavoitteet ... 21
5 YHTEENVETO ... 23
LÄHTEET ... 25
1 JOHDANTO
Biokaasu on kasvava, uusiutuva ja biopohjainen polttoaine. Sitä voidaan valmistaa biojätteistä, jätevesistä, viemärilietteistä, lannasta ja muista helposti hajoavista ja orgaanisista yhdisteistä. Biokaasun potentiaalia pyritään ottamaan laajemmin käyttöön ja biokaasun jakeluverkostoa liikennekäytössä yritetään kasvattaa, jotta kaasuautoilu yleistyisi.
Tämän kandidaatintyön tavoitteena on luoda katsaus biokaasun tämänhetkisestä tilanteesta ja kartoittaa sen hyödyntämätöntä potentiaalia Suomessa; miten biokaasutuotantoa saadaan kasvatettua ja onko se taloudellisesti kannattavaa. Lisäksi keskeisenä kysymyksenä on kaasuautoilu ja sen yleistymismahdollisuudet lähivuosina; minkälainen tulevaisuudennäkymä biokaasuautoilulla on bioasemaverkoston kehittyessä.
Kandidaatintyössä tutkitaan biokaasun valmistusprosessia ja kiertokulkua sekä perehdytään suomalaisiin biokaasulaitoksiin.
Ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi Suomi pyrkii saavuttamaan hiilineutraaliuden vuoteen 2035 mennessä. Tämä edellyttää fossiilisten polttoaineiden korvaamista kestävillä ja uusiutuvilla energiaratkaisuilla (Ympäristöministeriö, 2021). Hyvä polttoainevaihtoehto korvaamaan maakaasua on kotimainen ja hiilineutraali biokaasu (Motiva Oy. 2020).
Perinteiseen bensiiniin verrattuna biokaasu on edullisempi polttoaine ja sen käyttö vähentää ilman typpioksidipäästöjä ja haitallisia hiukkaspäästöjä. (Jubilo, 2021)
2 BIOJÄTTEESTÄ BIOKAASUKSI
Biokaasua voidaan valmistaa orgaanisista raaka-aineista kuten jätteistä. Yleisimpiä raaka- aineita biokaasutuotannossa ovat kotitalouksien biojätteet ja maataloudesta saatava lanta.
Raaka-aineeksi kelpaavat myös viemärilietteet, elintarviketeollisuuden jätevedet, helposti hajoavat, orgaaniset yhdisteet sekä kasvibiomassat (Bioste, 2014). Kuvassa 1 kuvataan biokaasun matkaa alkulähteeltä lopputuotteeksi.
Kuva 1. Ravinnekierto. (Jepuan Biokaasu, 2021)
2.1 Biokaasun muodostuminen
Biokaasun muodostumisprosessi voidaan tyypillisesti neljään osaan: liukoistuminen, happokäyminen, etikkahappokäyminen sekä metaanikäyminen. Nämä biokaasun muodostumisvaiheet tapahtuvat yhtäaikaisesti. (Motiva, 2013)
Ensimmäisessä vaiheessa eli liukoistumisessa kiinteä biojäte alkaa hajota aineessa olevien pieneliöiden entsyymien avulla. Rasvojen, hiilihydraattien ja valkuaisaineiden molekyylirakenteet alkavat hajota ja sidokset rikkoutua. Nämä liukenevat veteen muodostaen sokereita ja happoyhdisteitä. Ensimmäinen vaihe on biohajoamisprosessin hydrolyysi. (Motiva, 2013)
Toisessa vaiheessa hapot muodostavat vieläkin yksinkertaisempia yhdisteitä, rasvahappoja.
Näitä ovat muun muassa propioni- ja voihappo, jotka pilkkoutuvat edelleen etikkahapoksi ja hiilidioksidiksi. Kolmannessa ja neljännessä vaiheessa nämä yhdisteet muodostavat vedyn kanssa metaania. Metaania muodostuu myös eri reaktiovaiheiden välituotteena.
Etikkahappo- ja metaanikäymisissä muodostuvia vetyä ja rasvahappoja poistuu tasaisesti niiden muodostuessa. Tämä on tärkeää biojätteen eliöiden kannalta. (Motiva, 2013)
2.2 Mädätys
Biokaasua valmistetaan mädättämällä. Mädätyksessä biokaasua syntyy, kun orgaaninen aine tai esimerkiksi jäte alkaa mädättyä anaerobisissa olosuhteissa. Tätä mädätystä tapahtuu sekä luonnollisesti että pakotetusti. Biokaasulaitoksilla biokaasua saadaan valmistettua mahdollisimman optimaalisesti hallitussa ympäristössä, jossa muodostumisprosessia pystytään kontrolloimaan. Biomassa hajoaa ja muuttuu biokaasuksi noin kuudessa viikossa (Taavitsainen, 2019). Luonnossa biokaasua voi muodostua esimerkiksi kaatopaikoilla, soissa ja muissa hapettomissa olosuhteissa. Bioaineen hajoaminen tapahtuu kompostoitumalla hapellisissa olosuhteissa. (Motiva, 2013)
Mädätyksessä syntyvä biokaasu on pääosin metaania (tyypillisesti 50–70 %). Lisäksi siinä on noin neljäsosa hiilidioksidia. Se voi sisältää myös mädätyksen tai mädätettävien aineiden vuoksi vettä, happea, rikki- tai typpiyhdisteitä sekä epäpuhtauksia. (Motiva, 2013)
2.2.1 Märkämädätys
Märkämädätys on suosituimpia mädätysprosesseja, ja siihen vaadittavat reaktorit ovat varmoja sekä yksinkertaisempia kuivamädätykseen verrattaessa. Märkämädätystä käytetään lietteille, kun taas kuivamädätystä kuivemmille, kiinteille raaka-aineille.
Märkämädätyksessä hajoamisprosessi ja biokaasun muodostuminen ovat hallitumpia ja tasaisia, mutta suurimpana ongelmana prosessille on mädätteen jälkihyödyntäminen, jota märkäprosessissa syntyy kuivaprosessia enemmän. Elintarviketurvallisuusvirasto Evira on luokitellut mädätteen jätevedeksi, eikä hyväksy sen käyttöä lannoitteena maataloudessa.
Mädätteestä voidaan kuitenkin erotella neste ja kiinteä aine, jolloin se saadaan hyödynnettyä peltoviljelyssä lannoitteena tai siitä voidaan valmistaa multaa. (Bioste, 2014) Märkämädätys tapahtuu märkämädätysreaktoreilla, joihin syötetään tasalaatuista lietettä, joka on suurimmaksi osaksi vettä. Liiat epäpuhtaudet prosessissa voivat aiheuttaa kellumis- ja sedimentoitumisongelmia (Suomen Biovoima, 2021). Jotta tarpeeksi korkea vesipitoisuus saavutetaan, massaa liuotetaan veteen. Ominaisia haittoja märkäprosessille ovat putkitukokset, korkea energian-ja vedenkulutus sekä raa’an biomateriaalin sekoittuminen mädätejäännökseen. (Eneferm, 2021)
2.2.2 Kuivamädätys
Kuivamädätysprosessissa käsitellään märkämädätystä kuivempia syötteitä, jopa kiinteitä raaka-aineille kuten heinää ja lantaa (Bioste, 2014). Lietteitä voidaan myös kuivata ennen mädätysprosessia, jolloin mädätykseen liittyviä logistiikkakustannuksia saadaan alennettua. Kuivamädätykseen syötettävän lietteen ei tarvitse olla yhtä tasalaatuista kuin märkämädätysprosessissa. (Suomen Biovoima, 2021)
Prosessiin menevän syötteen kuiva-ainepitoisuus vaihtelee 22–40 % välillä.
Energiankulutus on märkäprosessia vähäisempää ja usein reaktorit pienempiä.
Märkämädätykseen verrattaessa pienemmän vesimäärän tarve prosessissa helpottaa myös mädätejäännöksen jatkokäsittelyä sekä hyödyntämistä maatiloilla. Pienempien, jatkuvatoimisten kuivamädätyslaitosten avulla biokaasulaitoksia saadaan lähemmäksi biojätteen lähdettä ja näin kuljetusmatkoja ja lisäkäsittelyjä vähennettyä. (Eneferm, 2021)
2.3 Kiertotalous
Biokaasun tuotannon ansiosta biojätteestä ja muusta orgaanisesta aineesta saadaan talteen polttoaineeksi kelpaavaa energiaa ja ravinnerikasta mädätettä kuvan 2 havainnollistamalla tavalla. Näin ympäristöhaitat sekä jätemäärät pienenevät. Lannan tai muiden bioprosessin sivuvirtojen hyödyntäminen energiatuotannossa ei haittaa ruoantuotantoa. Kiertotalouden merkitys tulee saamaan lähivuosikymmeninä entistä merkittävämmän roolin, sillä biojätteen määrän arvioidaan kaksinkertaistuvan vuodesta 2019 vuoteen 2025. Valitettavan suuri määrä biojätteestä menee yhä esimerkiksi sekajätteen sekaan. (Virolainen-Hynnä, 2019)
Kuva 2. Biokaasun tuotannon kiertotalous. (Virolainen-Hynnä, 2019)
Suomen Biokierto ja Biokaasu ry:n mukaan seuraavana vuosikymmenenä kaatopaikoilla tuotettu biokaasun määrä tulee vähenemään, kun taas reaktorilaitosten määrä kasvaa.
Maatalouden sivuvirtoja ja maatalousjätteitä hyödynnetään enemmän ja paremmin.
Biojätteen määrä sekajätteessä pyritään pienentämään (Taavitsainen, 2019). Suomen
pyrkiessä kohti hiilineutraaliutta biojätteen kierrättämisen, käsittelyn ja hyödyntämisen tärkeys suurenee.
2.3.1 Valtakunnallinen jätesuunnitelma
Vuonna 2018 julkaistiin valtakunnallinen jätesuunnitelma, jossa käsitellään tavoitteita vuoteen 2023 mennessä ja siitä eteenpäin pidemmälle ajanjaksolle 2030 saakka.
Kiertotalous on suuressa osassa suunnitelmaa. Tavoitteena vuoteen 2030 on puolittaa ruokahävikki ja saada ainakin 60 % kaikesta biojätteestä kierrätykseen. Osana tätä tavoitetta on saada kierrätetystä biojätteestä lannoitteita maatalouteen, jolla saataisiin korvattua neitseellisesti valmistettua lannoiteainetta. (Ympäristöministeriö, 2018)
Biokaasulaitoskapasiteettiä tulisi kasvattaa etenkin maatilojen yhteyteen käsittelemään maatalousjätettä. Kompostointilaitosverkostoa tulisi korvata biokaasulaitoksilla, jolloin biokaasuintraa saataisiin entisestään kasvatettua ja uudistettua. Biokaasuprosessista syntyvän mädätteen ja lietteiden käsittelyä ja ravinne-erittelyä tulisi kehittää. Kehitetyn kiertotalouden avulla päästään lähemmäksi Suomelle asetettuja ympäristö- ja ilmastotavoitteita. (Ympäristöministeriö, 2018)
2.3.2 Biotalousstrategia
Biotalouden ytimessä on uusiutumattomien fossiilisten luonnonvarojen vähentäminen uusiutuvien avulla. Tavoitteena on luonnonvarojen monipuolinen hyödyntäminen, talouskehityksen edistäminen, ekosysteemin köyhtymisen ehkäisy sekä toimiva kiertotalous. Suomen 2014 biotalousstrategian mukaan tärkeimpinä seikkoina biotalouden edistämisessä ovat kilpailukykyinen toimintaympäristö, biotalouden uusi liiketoiminta, vahva osaamisperusta sekä biomassojen kestävyys ja käytettävyys (Työ- ja elinkeinoministeriö, 2014). Nämä ovat tarkemmin selitettynä kuvassa 3.
Kuva 3. Biotalousstrategian strategiset päämäärät. (Työ- ja elinkeinoministeriö, 2014)
Kansallinen biotalousstrategia on tarkoitus päivittää vuoden 2021 aikana. Päivityksen tavoitteena on tuoda strategia ajan tasalle EU:n päivitetyn biotalousstrategian kanssa.
Päivityksen keskiössä ovat talouskasvun tukeminen, työllisyyden lisääminen, sekä hiilineutraaliuden edistäminen. (Työ- ja elinkeinoministeriö, 2020)
3 BIOKAASU LIIKENNEPOLTTOAINEENA
Liikennekäyttöä varten biokaasua on jalostettava. Raakakaasu käsitellään, puhdistetaan ja kaasun metaanipitoisuutta nostetaan mahdollisimman lähelle 100 prosenttia. Tällöin biokaasu on hyödynnettävissä kaasuautoissa. Nesteytettyä biokaasua puolestaan käytetään raskaan liikenteen ja laivaliikenteen polttoaineena nimellä LGB. (Virolainen-Hynnä, 2019)
Kuva 4. Biokaasun tankkausasema Hyvinkäällä. (Nivos, 2021)
Biokaasun liikennekäyttöön vaikuttavia tekijöitä ovat kaasukäyttöisten autojen saatavuus ja kannattavuus, muiden puhtaiden käyttövoimien (sähkö, uusiutuva diesel) kehitys sekä biokaasun saatavuus ja tuotannon kannattavuus. Saatavuuteen puolestaan vaikuttavat tuotanto, jakelu sekä tankkauspisteiden määrä ja sijainnit (Energiavirasto, 2020). Kuvassa 4 näkyy ajoneuvolle tarkoitettu biokaasun tankkausasema.
3.1 Liikennekäyttö
Suomen sisäinen maakaasun ja biokaasun jakeluverkoston muodostavat käyttö-, jakelu, ja siirtoputkistot. Vain jalostettua biokaasua voi syöttää tähän maakaasuputkiverkkoon (Turvallisuus- ja kemikaalivirasto, 2015). Maakaasuverkon yhteyteen on perustettu tankkausasemia kaasuautoilua varten. Huhtikuussa 2021 päivitettyjen tietojen mukaan Suomessa on 71 tankkausasemaa ja tulevia tai suunnitteilla olevia 56 (Kaasuautoilijat, 2021). Kuvassa 5 on esitetty olemassa olevien ja kuvassa 6 suunnitteilla olevien tankkausasemien sijainnit. Vihreällä värillä merkityiltä asemoilta saa tankattua vain biokaasua, sinisillä merkityiltä saa myös maakaasua ja tummansinisillä merkityiltä saa sekä maakaasua että nesteytettyä biokaasua. Kuvan 6 merkit kuvaavat suunnitteilla olevan aseman valmistumisen tilannetta. Kuvista huomaa, että tankkausverkosto on painottunut enimmäkseen Suomen eteläosiin.
Kuva 5. Suomen kaasun jakeluasemat. (Kaasuautoilijat, 2021)
Kuva 6. Suunnitteilla olevat kaasun tankkausasemat Suomessa. (Kaasuautoilijat, 2021)
Biokaasun suurimmat kilpailijat liikennemarkkinoilla ovat bensiini ja sähkö. Laajemmat jakeluverkostot tekevät sähkö- tai bensiiniauton hankinnasta helpompaa ja etenkin pohjoisessa kannattavampaa. Sähköauton hankintaa puoltaa mahdollisuus lataamisen sähkötolpasta kotona tai esimerkiksi kauppakeskuksessa (Hulkkonen, 2019).
Kaasuautoilua mainostetaan myös huomattavasti vähemmän ja vähemmän tunnettu kuluttajille. Jakeluverkostoa pyritään laajentamaan ja kehittämään, jotta se vaikuttaisi kannattavammalta vaihtoehdolta kuluttajille. Kehitys on kuitenkin hidasta ja kallista eikä suuria muutoksia ole näkyvissä lähitulevaisuudessa.
Biokaasuautoilun hyötyjä ovat edullisempi hinta nestemäiseen polttoaineeseen verrattuna ja hiukkaspäästöjen väheneminen. Lisäksi suurin osa Suomessa käytettävästä biokaasusta on kotimaista ja sitä pidetään hiilineutraalina vaihtoehtona (Motiva Oy. 2020). Vuoden 2020 tilastojen mukaan kaasuautoja Suomessa on yhteensä 10 360. Näistä 181 on kuorma- autoja, 54 linja-autoja ja 745 pakettiautoja. (Tuomo Hulkkonen, 2020)
3.2 Tukipolitiikka
Biokaasu on vähäpäästöinen vaihtoehto fossiilisiin polttoaineisiin verrattuna ja
kaasuautoilua pidetään nykypäivänä ekotekona. Sähkö- ja kaasuautoilun kannattavuuteen kuluttajan näkökulmasta voidaan vaikuttaa esimerkiksi verotuksella (polttoaine- ja hankintaveroilla), hankinta- ja muunnostuilla, informoinnilla ja tankkausinfran
investointituilla. Infrastruktuurituella edistetään kansallista energia- ja ilmastostrategiaa ja tuen kohteena ovat sähkön lataus- sekä kaasun tankkausverkoston investoinnit. Infratuen kohteena ovat biokaasun tankkausasemat maakaasuverkon ulkopuolella, joukkoliikenteen latausverkosto, suuritehoinen latausjärjestelmä sekä peruslatausjärjestelmä. (Tuomo Hulkkonen, 2020) Jotta biokaasun kannattavuutta saadaan nostettua, se tulee vaatimaan paljon tukea ja resursseja. Biokaasun valmistamisen ja myymisen tulee olla kannattavaa ekologisuuden lisäksi. Ilman tukia biokaasun kannattavuus tällä hetkellä on hyvin heikko.
4 BIOKAASU SUOMESSA
Biokaasu luokitellaan uusiutuvaksi energianlähteeksi ja sillä pystytään korvaamaan fossiilisia polttoaineita. Toisin kuin bensiiniä, biokaasua pystytään tuottamaan ympäri Suomea, lähellä kulutuskohdetta. Biokaasutuotannon lisääminen vähentää polttoaineen tuonnin tarvetta ulkomailta (Jubilo, 2021)
4.1 Hyötyjä ja haasteita
Ekologisuuden lisäksi biokaasua pidetään turvallisena polttoaineena. Pakokaasuihin ei synny myrkyllisiä yhdisteitä ja pakoputken päästä mitattuna sen biokaasun ovat 20 % bensiiniä alhaisemmat. Tämä luku arvioi päästöt uusiutuvien polttoaineiden osalta liian alhaisiksi, sillä sen laskennassa ei huomioida alkuperää tai tuotannon kuormitusta ilmastolle. (BioHauki, 2021)
Biokaasutuotannosta on paljon hyötyjä yksityisille tahoille, paikallisille asukkaille sekä ympäristölle. Biojätteen keräämisellä alennetaan ympäristöpäästöjä, partikkelit ja hiilidioksidin määrä ilmassa vähenee, biokaasu syrjäyttää fossiilisia polttoaineita sekä luo kuntiin työpaikkoja ja vakauttaa taloutta. Biokaasutuotantoa kasvattamalla lisäämme Suomen omavaraisuutta ja edistämme valtion ilmastotavoitteita (BioHauki, 2021). Kuva 7 havainnollistaa mahdollisten hyötyjen laajuutta kunnan sisässä. Vaikka kuva ei pysty esittämään kaikkia mahdollisia hyötyjä, se osoittaa kuinka ristikkäin ja laajalle hyödyt ulottuvat.
Kuva 7. Biokaasun hyötyjä kunnan sisällä. (Helenius et al., 2018)
Haasteita biokaasutuotannossa ovat sen huono kannattavuus yksityishenkilöille, asema markkinoilla sekä kapasiteetti. Suomessa tuotetaan biokaasua tällä hetkellä vain hieman yli 1,5TWh vuodessa, kun taas energian kokonaiskulutus liikenteessä on noin 45TWh.
Biokaasun tuotantokapasiteetiksi arvioidaan olevan 10-15TWh, joten se ei yksin riitä korvaamaan bensiiniä tai muita fossiilisia polttoaineita. Vaikka tavoitteena ei olisi tuottaa biokaasulla kaikkea liikenteen vaatimaa energiaa, tarvitaan suuria muutoksia, jotta koko mahdollinen kapasiteetti saataisiin käyttöön. Kaasuautoista täytyy maksaa myös käyttövoimaveroa. Veroa maksetaan, mikäli polttoaineena käytetään jotain muuta kuin bensiiniä. Käyttövoimaverossa ei kuitenkaan huomioida tankataanko esimerkiksi fossiilista maakaasua vai uusiutuvaa biokaasua. (BioHauki, 2021)
4.2 Biokaasutuotanto Suomessa
Biokaasua valmistetaan tänä päivänä maatiloilla ja jätevedenpuhdistamoilla biokaasulaitoksissa sekä yhteiskäsittelylaitoksissa. Valmistamisen lisäksi biokaasua
saadaan keräämällä esimerkiksi kaatopaikoilta (Suomen Biokierto & Biokaasu, 2021).
Kuvassa 8 esitetään Suomen biokaasulaitokset kartalla. Vihreät merkit kuvaavat biokaasulaitoksia, jotka käsittelevät muun muassa maatalousjätteitä, tummanpunaiset teollisuusjätteitä ja -lietteitä, keltaiset elintarviketeollisuuden jätteitä, siniset jätevesilietteitä ja harmaat esittävät jätekeskuksia.
Kuva 8. Suomen biokaasulaitokset kartalla. (Suomen Biokierto & Biokaasu, 2021)
4.2.1 Kouvolan biokaasulaitos
Gasum Oy osti vuonna 2019 Kouvolan Mäkikylän biokaasulaitoksen Kouvolan Vesi Oy:lta. Biojätettä laitokselle tulee kotitalouksista sekä kaupan, ravintoloiden ja elintarviketeollisuuden puolelta sekä puhdistamoilta. Kiinteän biojätteen lisäksi biokaasulaitos vastaanottaa jätevesiä, puhdistamolietteitä, biolietteitä sekä rasvakaivolietettä eli ravintola ja suurkeittiöissä muodostuvaa jätelietettä (Gasum, 2020).
Laitos jalostaa biokaasua ensisijaisesti liikennekäyttöön ja prosessista syntyvä kuivattu mädäte hyödynnetään maatalouksissa lannoitteina sekä mullanvalmistuksessa. (Kaakkois- Suomen ELY-keskus. 2021)
Kuvassa 9 näkyvään biokaasulaitokseen on tarkoitus tehdä laajennustöitä lähivuosien aikana. Laajennuksen tavoitteena on parantaa ja tehostaa laitosta samalla, kun sen kokoa kasvatetaan (Gasum, 2020). Uudistetun laitoksen avulla saadaan hallittua ympäristöpäästöjä tehokkaammin, parannettua ravinnekiertoa sekä turvattua taloudelliset toimintaedellytykset. (Kaakkois-Suomen ELY-keskus. 2021)
Kuva 9. Kouvolan biokaasulaitos ennen laajennustöitä (Kouvolan Vesi, 2019)
Uudistuksen tarkoituksena on myös luoda yhteys biokaasulaitoksen ja Kouvolan Vesi Oy:n jätevedenpuhdistamon välille. Biokaasulaitoksen tuottamaa lämpöä saadaan näin jätevedenpuhdistamon käyttöön. Samoin jätevedenpuhdistamon biojätteet ja lietteet saadaan kiertoon ja hyödynnettyä biokaasulaitoksessa. Biokaasulaitos ja jätevedenpuhdistamo voivat toistensa materiaalivirtoja, jolloin ympäristöpäästöt myös kuljetusten osalta vähenevät. (Gasum, 2020)
4.2.2 Biokaasulaitosratkaisu maatiloille
Kestävänä ratkaisuna maatilojen jätteidenkäsittelyyn Demeca Oy rakennuttaa biokaasulaitoksia maatalouksien yhteyteen. Demeca on rakennuttanut biokaasulaitoksia muun muassa Turussa, Haapavedellä ja Karijoella. Biokaasulaitokset käyttävät kuiva- ja
märkämädätystekniikoiden yhdistelmää, mikä mahdollistaa myös kuivempien massojen käsittelemisen. Kuvassa 10 näkyy Demeca:n biokaasulaitosratkaisu. Biokaasulaitos maatilan yhteydessä säästää ympäristöä logistiikan kautta, maatilan sivuvirrat saadaan hyödynnettyä energiana ja resursseja säästetään omavaraisuudessa. (Demeca, 2021)
Kuva 10. Demeca:n biokaasulaitosratkaisu maatiloille. (Demeca, 2021)
Maatilalta saatava massa käsitellään hienojakoiseksi ja tarvittaessa liuotetaan ennen reaktoriin pumppaamista. Prosessista syntyvä biokaasu puhdistetaan, kuivataan ja paineistetaan, jonka jälkeen se syötetään generaattoriin energiantuotantoa varten.
Haluttaessa biokaasu voidaan myös jalostaa ja syöttää maakaasuverkostoon biopolttoaineeksi. Ulkoisen energiantarpeen lisäksi biokaasulaitos vähentää maatilan lannan hajuhaittoja ja mädätettä voidaan käyttää lannoituksessa tai jatkojalostettuna kuivikkeena navetassa (Demeca, 2021). Kuva 11 esittää biojätteen kiertoa maatilalla ja siitä saatavia hyötyjä.
Kuva 11. Maatilan yhteyteen rakennetun biokaasulaitoksen kiertokulku. (Demeca, 2021)
Innovatiiviset ratkaisut lähellä jätteen syntylähdettä edistävät kiertotaloutta ja auttavat ilmastotavoitteiden saavuttamisessa. Biokaasutuotannon tarpeen kasvaessa tarvitaan myös pienempiä biokaasulaitoksia tukemaan energiantuotantoa ja lisäämään omavaraisuutta.
4.2.3 Kaukaan biojalostamo
Kanteleen Voima Oy omistaa 411MW voimalaitoksen Haapavedellä (Kanteleen Voima, 2018). NordFuel Oy, Kanteleen Voiman tytäryhtiö, suunnittelee biojalostamon rakennuttamista lauhdevoimalan yhteyteen. Kuvassa 12 näkyy voimalaitos ennen uudistustöitä. Uuden jalostamon tavoitteena on luoda 250 paikallista työpaikkaa ja tuottaa voimalalle energiaa sekä valmistaa liikenteeseen bioetanolia ja jopa 150 GWh biokaasua (NordFuel, 2021). Jalostamosta saataisiin energian ja biopolttoaineiden lisäksi ligniiniä sekä lietettä, joita voidaan jatkokäyttää kestävästi. (Kangas, 2020)
Kuva 12. Kaukaan Voiman Haapaveden voimalaitos. (NordFuel, 2021)
Biojalostamon avulla lauhdevoimalassa voitaisiin siirtyä turpeen polttamisesta puupohjaisiin polttoaineisiin. Jalostamon ansiosta pystyttäisiin omavaraisesti tuottamaan voimalaitoksen tarvitsema energia jäähdytys- ja lämmitystarpeisiin. Sijainnin ansiosta pystytään säätämään ympäristöä ja resursseja raaka-aineiden kuljetuksista (Strengell, 2019). Raaka-aineiden hankinta ja järkevä käyttö ovat suunnitelman keskiössä.
Uudistuksissa pyritään resurssitehokkuuteen sekä sivutuotteiden hyödyntämiseen energiantuotannossa. (Strengell, 2019)
4.3 Suomen ilmasto- ja ympäristötavoitteet
Suomen pääministerin Sanna Marinin hallitusohjelman päätavoitteena on saavuttaa hiilineutraalius vuoteen 2035 mennessä. Tavoite edellyttää välitöntä toimintaa ja päästöjen vähentämistä kaikilla pääsektoreilla (Ympäristöministeriö, 2021). Jotta tavoitteisiin päästään, tarvitaan muutoksia myös energia-alalla. Marinin hallituksen antama esitys biopolttoaineiden käyttöön liittyen sai huhtikuussa 2021 hyväksynnän Valtioneuvostolta.
Esityksen pääsisältönä on muuttaa ja kehittää biopolttoaineisiin liittyviä lakeja. Tavoitteena
esitykselle on laajentaa polttoainevalikoimaa, jotta esimerkiksi bensiiniriippuvuudesta päästäisiin eroon. Tämä edistää liikennepolttoaineiden ja jakeluverkon kehitystä sekä pyrkimyksiä kiertotalouden kehittämiseen. (Valtioneuvosto, 2021.)
Biokaasun potentiaaliin Suomessa vaikuttavat epäsuorasti muun muassa media ja yleinen mielipide, politiikka, poliittiset tavoitteet, preferenssit, insentiivit ja tuet.
Liikennebiokaasun saatavuuteen vaikuttavat biokaasutuotannon haasteet, joihin kuuluvat raaka-aineiden kuljetushaasteet ja mädätysjäännöksen hyötykäyttö, kaasuverkon laajentamisen hitaus ja liiketoiminnan keskittyminen muutamalle toimijalle.
(Energiavirasto, 2020) Näihin biokaasutuotannon haasteisiin Suomen pääministeri hallituksineen pyrkii vaikuttamaan.
Jotta ilmastotavoitteisiin päästään, tarvitaan panostusta etenkin bio-, kierto- ja energiatalouteen. Biokaasun tuotantoa ja kulutusta tulee lisätä ja vesistöjen kuormitusta pienentää mädätelannoitteen käytön avulla. (Valtioneuvosto, 2021.) Biokaasun käyttö liikennepolttoaineena auttaa tavoitteiden saavuttamisessa, sillä liikenteen aiheuttamat ilmastopäästöt ovat merkittävän osa Suomen kokonaispäästöistä. Biokaasun käyttö vähentää liikenteen aiheuttamia ilman typpioksidipäästöjä ja haitallisia hiukkasia sekä tekee Suomesta energiaomavaraisemman. (Jubilo, 2021) Vaikka tilanteeseen pyrittäisiin puuttumaan mahdollisen nopealla aikataululla, vie uuden suunnitteleminen ja rakentaminen aikaa. Sekä yksityiseltä että julkiselta sektorilta tarvitaan panostusta uusiutuvien energiavaihtoehtojen lisäämiseen ja jo olemassa olevien fossiilisten vaihtoehtojen karsimiseen. Tämä vie paljon aikaa ja resursseja, joita on Suomessa hyvin rajoitetusti maailmanlaajuisen pandemian johdosta. Lähitulevaisuudessa ei siis tulla näkemään suuria muutoksia energiasektorilla.
5 YHTEENVETO
Kandidaatintyössä perehdyttiin biokaasun valmistukseen, merkitykseen kiertokulussa ja käyttömahdollisuuksiin liikenteessä. Työssä tutustuttiin tarkemmin kolmeen eri biokaasulaitosratkaisuun ja tutkittiin erinäisten toimien vaikutusta biokaasun tilanteeseen.
Työn olennaisena osana oli myös pohtia biokaasun asemaa tulevaisuuden Suomessa.
Biojätteen määrän arvioidaan nousemavan, mikä tulee lisäämään kiertotalouden merkitystä ja tarvetta biojätteen käsittelylle. Jotta pystytään vastaamaan ympäristö- ja jätteidenkierrätystavoitteisiin, biokaasulaitoskapasiteetin on kavettava ja sillä on korvattava vanhaa kompostointiverkostoa. Erilaisilla pakotteilla saadaan biojätteen kierrätysprosenttia kasvamaan ja sen osuutta sekajätteessä vähenemään. Tämä kaikki on välttämätöntä myös, mikäli halutaan biokaasun koko tuotantokapasiteetti käyttöön. Tarvitaan sekä isompia biokaasulaitoksia vastaamaan kotitalouksien ja teollisuuden biojätteistä että pienempiä ratkaisuja maatalouksiin lähelle jätelähdettä. Näin pystytään vastaamaan erilasiin jätehuollon ja energiantuoton tarpeisiin ja lisätään sekä kuntien että valtion omavaraisuutta.
Kaasuautojen lisääntyminen vähentää riippuvuutta fossiilisiin polttoaineisiin, etenkin bensiiniin. Kuluttajan näkökulmasta kaasuautoilun täytyy olla sekä houkuttelevaa että kannattavaa. Uusiutuvana polttoaineena biokaasu on vähemmän tunnettu esimerkiksi sähköön verrattuna, mikä hidastaa kaasun yleistymistä. Yksi suurimmista haasteista kaasuautoilussa on jakeluverkoston laajentamisen hitaus. Tankkauspisteitä löytyy pääosin Suomen eteläosista, eikä esimerkiksi Lapissa kaasuautoilu ole vielä mahdollista polttoaineen heikon saatavuuden takia. Biokaasu ei myöskään pysty yksin vastaamaan liikenteen vaatimaan energiantarpeeseen. Vaikka kaasuautojen määrä saataisiin reilusti nousemaa, biokaasun rinnalle tarvittaisiin myös jokin muu polttoaine. Edellä mainittujen syiden takia suurta muutosta Suomessa kaasuajoneuvojen määrissä ei tulla lähivuosina näkemään, mutta pidemmällä aikavälillä ne auttavat hiilineutraaliuden tavoittelussa.
Biokaasun tuotannosta ja sen kasvattamisesta on paljon hyötyä ympäristölle, valtiolle sekä kuntien asukkaille. Biokaasutuotannon kautta jätteistä saadaan energiaa hyötykäyttöön, ilmastopäästöjä alennetaan ja biokaasulla korvataan uusiutumattomia, ympäristölle
haitallisia polttoaineita. Valmistuksesta saadaan ravinnerikasta mädätettä, jota voidaan jatkokäsitellä lannoitteeksi tai mullaksi vähentäen ylimääräisten raaka-aineiden tarvetta.
Biokaasu on kotimainen polttoaine ja sen tuotannon kasvattaminen vähentää muiden polttoaineiden tuonnin tarvetta ulkomailta.
Biopohjaisten polttoaineiden kysyntä kasvaa jatkuvasti Suomen pyrkiessä hiilineutraaliuteen 2035 vuoteen mennessä. Kehitys on kuitenkin hidasta ja kallista eikä biokaasutuotanto ole tällä hetkellä kannattavaa ilman tukitoimia. Vaikka biokaasulle nähdään tulevaisuudessa merkittävä rooli Suomen energiantuotannossa, ei lähitulevaisuudessa ole näkyvissä suuria muutoksia.
LÄHTEET
BioHauki Oy. 2021. BIOKAASUN HYÖDYT JA HAASTEET [verkkoaineisto]. [viitattu 23.5.2021] Saatavissa: https://www.biohauki.fi/hyodyt-ja-haasteet/
Bioste Oy. 2014. Biokaasu [verkkoaineisto]. [viitattu 24.2.2021]. Saatavissa:
https://bioste.fi/bioenergia/biokaasu/
Demeca Oy. 2021. Biokaasu – Demeca maatilan biokaasulaitos [verkkoaineisto]. [viitattu 31.5.2021] Saatavissa: https://demeca.fi/biokaasu/
Eneferm Oy. 2021. Kuivamädätys [verkkoaineisto]. [viitattu 30.5.2021] Saatavissa:
https://eneferm.fi/teknologiat/kuivamadatys/
Energiavirasto. 2020. Biokaasun tuotannosta liikennekäyttöön – missä tökkii?
[verkkoaineisto]. [viitattu 6.2.2021]. Saatavissa:
https://energiavirasto.fi/documents/11120570/16249680/Biokaasu-tuotannosta- liikennekäyttöön-Mutikainen-Mirja.pdf/9b75a422-3831-74a6-91c0-
131455a20bf6/Biokaasu-tuotannosta-liikennekäyttöön-Mutikainen-Mirja.pdf
Gasum Oy. 2020. Biokaasulaitoksen laajennus - YMPÄRISTÖVAIKUTUSTEN ARVIOINTISELOSTUS 2020 [verkkoaineisto]. [viitattu 2.3.2021] Saatavissa:
https://www.ymparisto.fi/download/noname/%7BA644A190-6956-4E3D-B944- AA10D112F1E4%7D/163302
Helenius Juha, Koppelmäki Kari ja Virkkunen Elina. 2017. Agroekologinen symbioosi ravinne- ja energiaomavaraisessa ruoantuotannossa [verkkoaineisto]. Ympäristöministeriö.
Ympäristöministeriön raportteja 18/2017 [viitattu 31,5,2021] Saatavissa:
https://julkaisut.valtioneuvosto.fi/bitstream/handle/10024/80004/YMra_18_2017.pdf?sequ ence=1
Hulkkonen Tuomo. 2019. Lataus- ja tankkausinfratuki ajosädeahdistusta poistamassa [verkkoaineisto]. Energiavirasto. [viitattu 6.2.2021] Saatavissa:
https://energiavirasto.fi/documents/11120570/12991636/Uusiutuva_2019_HulkkonenTuo mo.pdf/b1bc6182-a0be-b785-e873-1a2e80d482c0/Uusiutuva_2019_HulkkonenTuomo.pdf Hulkkonen Tuomo. 2020. Riittämätön infra hidastaa sähkö- ja kaasuautoilun kehittymistä [verkkoaineisto]. Energiavirasto. [viitattu 6.2.2021] Saatavissa:
https://energiavirasto.fi/documents/11120570/16249680/Riittääkö-infra-sähkö-kaasuautot- Hulkkonen-Tuomo.pdf/0a774497-ae4d-0533-5a16-a27688153232/Riittääkö-infra-sähkö- kaasuautot-Hulkkonen-Tuomo.pdf
Jepuan Biokaasu Oy. 2021. Mitä biokaasu on? [verkkoaineisto]. [viitattu 31.5.2021]
Saatavissa: https://jeppobiogas.fi/yritys/mita-biokaasu-on/
Jubilo Oy. 2021. Jätteistä biokaasua [verkkoaineisto]. [viitattu 29.5.2021] Saatavissa:
https://jubilopaper.fi/oppaat/jatteista-biokaasua
Kaakkois-Suomen ELY-keskus. 2021. Gasum Oy biokaasulaitoksen laajennus Kouvola
[verkkoaineisto]. [viitattu 31.5.2021] Saatavissa:
https://www.ymparisto.fi/gasumbiokaasulaitoksenlaajennuskouvolaYVA
Kaasuautoilijat ry. 2021. Kaasun tankkaaminen [verkkoaineisto]. [viitattu 30.5.2021]
Saatavissa: https://kaasuautoilijat.fi/2019/07/24/tankkausverkosto/
Kangas Seppo. 2020. Haapaveden jättihankkeelle 24,5 miljoonaa euroa valtion tukea – Biojalostamon työllisyysvaikutus satoja työpaikkoja [verkkoaineisto]. [viitattu 31.5.2021]
Saatavissa: https://www.keskipohjanmaa.fi/uutinen/589329
Kanteleen Voima Oy. 2018. Kanteleen Voima Oy:n Haapaveden voimalaitoksen turvallisuustiedote [verkkoaineisto]. [viitattu 31.5.2021] Saatavissa:
https://www.kanteleenvoima.fi/assets/Turvallisuustiedote.pdf
Kouvolan Vesi Oy. 2019. Mäkikylän biokaasulaitos on myyty Gasumille [verkkoaineisto].
[viitattu 31.5.2021] Saatavissa: https://kouvolanvesi.fi/makikylan-biokaasulaitos-myyty- gasumille/
Motiva Oy. 2013. Biokaasun tuotanto maatilalla [verkkoaineisto]. [viitattu 23.2.2021].
Saatavissa: https://www.motiva.fi/files/6958/Biokaasun_tuotanto_maatilalla.pdf
Motiva Oy. 2020. Maakaasu ja biokaasu [verkkoaineisto]. [viitattu 20.4.2021] Saatavissa:
https://www.motiva.fi/ratkaisut/kestava_liikenne_ja_liikkuminen/nain_liikut_viisaasti/valit se_auto_viisaasti/energialahteet/maakaasu_ja_biokaasu
Nivos Oy. 2021. Palopuron luomubiokaasun tankkausasema [verkkoaineisto]. [viitattu 31.5.2021] Saatavissa: https://www.nivos.fi/kaasu/palopuron-luomubiokaasun- tankkausasema
NordFuel Oy. 2021. Biojalostamo [verkkoaineisto]. [viitattu 31.5.2021] Saatavissa:
https://nordfuel.fi/biojalostamo/
Strengell Timo. 2019. NordFuel – uusi, moderni biojalostamo Haapavedelle
[verkkoaineisto]. [viitattu 31.5.2021] Saatavissa:
https://lisaakauppaa.fi/file/download&file_id=296/
Suomen Biokierto & Biokaasu ry. 2021. Biokaasun tuotanto [verkkoaineisto]. [viitattu 29.5.2021] Saatavissa: https://biokierto.fi/biokaasu/tuotanto/
Suomen Biovoima Oy. 2021. Biokaasulaitos [verkkoaineisto]. [viitattu 24.5.2021].
Saatavissa: https://biovoima.com/ratkaisut/biokaasulaitos
Taavitsainen Toni. 2019. Biokaasun käyttökohteet ja kulutus Suomessa 2020-luvulla [verkkoaineisto]. Suomen Biokierto ja Biokaasu ry, Biokaasuvaliokunta. [viitattu 6.2.2021]
Saatavissa: https://energiayrittajyys.fi/sites/energiatehokkaasti/files/biokaasun- kayttokohteet-ja-kulutus-suomessa-2020-luvulla-rantasalmi-3.10.2019.pdf
Turvallisuus- ja kemikaalivirasto. 2015. Maakaasu ja biokaasu [verkkoaineisto]. [viitattu 30.5.2021] Saatavissa: https://tukes.fi/teollisuus/maakaasu-ja-biokaasu
Työ- ja elinkeinoministeriö. 2014. Biotalousstrategia [verkkoaineisto]. Biotalous. [viitattu 30.5.2021] Saatavissa: https://www.biotalous.fi/suomi-kehittaa/biotalousstrategia/
Työ- ja elinkeinoministeriö. 2014. Suomen biotalousstrategia, Kestävää kasvua biotaloudesta [verkkoaineisto]. Biotalous. [viitattu 30.5.2021] Saatavissa:
https://www.biotalous.fi/wp-
content/uploads/2015/01/Suomen_biotalousstrategia_2014.pdf
Työ- ja elinkeinoministeriö. 2020. Suomen biotalousstrategia päivitetään: tavoitteena tukea kestävää kasvua ja ilmastotavoitteita [verkkoaineisto]. [viitattu 29.5.2021] Saatavissa:
https://tem.fi/-/suomen-biotalousstrategia-paivitetaan-tavoitteena-tukea-kestavaa-kasvua- ja-ilmastotavoitteita
Valtioneuvosto. 2021. Hallituksen esitys TEM/2021/56, Hallituksen esitys eduskunnalle laiksi biopolttoaineiden käytön edistämisestä liikenteessä annetun lain muuttamisesta ja eräiksi muiksi laeiksi [verkkoaineisto]. [viitattu 31.5.2021] Saatavissa:
https://valtioneuvosto.fi/paatokset/paatos?decisionId=0900908f8071a324
Valtioneuvosto. 2021. 3.1 Hiilineutraali ja luonnon monimuotoisuuden turvaava Suomi, [verkkoaineisto]. [viitattu 31.5.2021] Saatavissa: https://valtioneuvosto.fi/marinin- hallitus/hallitusohjelma/hiilineutraali-ja-luonnon-monimuotoisuuden-turvaava-suomi
Virolainen-Hynnä Anna. 2019. Biokaasun liikennekäyttö 2019 ja potentiaali 2020-luvulla [verkkoaineisto]. 11. valtakunnalliset biotalouspäivät. Suomen Biokierto ja Biokaasu ry.
[viitattu 6.2.2021]. Saatavissa: https://jatehuoltoyhdistys.fi/wp- content/uploads/2019/10/Biokaasun-liikennekäyttö-ja-potentiaali.pptx.pdf
Virolainen-Hynnä Anna. 2019. Näin kiertotalous ja biokaasun tuotanto toimii – termit tutuiksi [verkkoaineisto]. Biokaasuyhdistys ry. Gasum Oy. [viitattu 24.2.2021]. Saatavissa:
https://www.gasum.com/ajassa/tulevaisuuden-energia/2019/nain-kiertotalous-ja- biokaasun-tuotanto-toimii--termit-tutuiksi/
Ympäristöministeriö. 2021. Suomen kansallinen ilmastopolitiikka [verkkoaineisto].
[viitattu 31.5.2021] Saatavissa: https://ym.fi/suomen-kansallinen-ilmastopolitiikka
Ympäristöministeriö. 2018. Valtakunnallinen jätesuunnitelma vuoteen 2023 [verkkoaineisto]. Suomen ympäristö 01/2018. Kierrätyksestä kiertotalouteen. [viitattu
2.3.2021] Saatavissa:
https://julkaisut.valtioneuvosto.fi/bitstream/handle/10024/160441/SY_01_18_FI_Kierratyk sesta_kiertotalouteen.pdf?sequence=4&isAllowed=y
