Onko peltobiomassan viljely ja jalostaminen energiaksi energiatehokasta - Syökö peltoenergiakasvien

Transkriptio

1 Jussi Esala, SeAMK Onko peltobiomassan viljely ja jalostaminen energiaksi energiatehokasta - Syökö peltoenergiakasvien tuotantoon ja jalostukseen kuluva energia kasveista saatavan energiahyödyn?

2 Bioenergiapotentiaali Vuosittain maahan saapuu EJ aurinkoenergiaa (= 9000 kertaa kokonaisenergian käyttö) Alueellinen vaihtelu suurta Kesällä parhaimmillaan W/m 2 kuukauden keskiteho Vuotuinen keskiteho vastaavasti W/m 2 Biologinen potentiaali C4 kasveilla n. 6.7 % (aurinkoenergiasta biomassan energiaksi) C 3 kasveilla n. 3.3 % Todellinen hyötysuhde vaihtelee läheltä nollaa > n. kahteen prosenttiin Globaali keskiarvo 0.13 % C JEsala 2

3 Bioenergiapotentiaali Tehoviljelykokeissa saavutettu 5 % taso (C4 kasvit) > teknologinen potentiaali 75 % biologisesta Suomessa suurimmat koeruutukuiva-ainesadot energiaheinillä n kgka/ha = n. 300 GJ energiaa = n l polttoöljyä Viiden kuukauden kasvukauden keskisäteilyteho on n. 200 W/m 2 > = GJ (n l Pö!) säteilyenergiaa hehtaarille kasvukaudessa > n. 1 % säteilyn energiasta muuttunut kasvibiomassan energiaksi C JEsala 3

4 Bioenergiataseet Energian tuotantoketjun rajaus Well to tank yleinen lähestymistapa Yleensä mukaan otetaan Suorat viljelypanokset, niiden sisältämä energia ja työn energiatarve Sadonkorjuun ja käsittelyn energia Kuljetukset» Sadon kuljetus» Myös tuotantotarvikkeiden kuljetus tehtaalta tilalle (mm. lannoitteet) Voi olla myös mukana koneiden valmistusenergia Yleisen infrastruktuurin vaatima energia mukana olo tapauskohtaista Usein katkaisu panoksia valmistavien tehtaiden kohdalla, ts. niiden valmistusenergiaa ja kuljetuksia ennen tehdasta ei mukana Tärkeintä kuvata tarkkaan lasketun tuotantosysteemin rajat ja oletukset sekä myyt lähtötiedot C JEsala 4

5 Viljanviljelytilat Viisi tilaa, neljä Etelä-Pohjanmaalla ja yksi Etelä- Suomessa KTT 1-16 ha KTT 2-21 ha KTT 3-58 ha KTT ha KTT ha Tiloilla pääasiassa kyntöön perustuva muokkaus, paitsi KTT 5, jossa kultivaattorimuokkaus pääroolissa Viljan satotaso keskimäärin 5000 kg/ha C JEsala 5

6 Viljanviljelytilan energian kokonaiskäyttö KTT 1 KTT 2 KTT 3 KTT 4 Energiasuhteet laskettu primäärienergiapohjalta C JEsala 6

7 Viljanviljelytilan energiasuhde 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 Energiasuhde, perus Energiasuhde,puinti 24 % Energiasuhde, sato - 20 % Energiasuhde, sato + 20 % Energiasuhde, matka maks 2 km 1,0 0,0 KTT 1 KTT 2 KTT 3 KTT 4 KTT C JEsala 7

8 Kuviot: Mikkola ja Ahokas C JEsala 8

9 Taulukko: Mikkola 2012 s C JEsala 9

10 Taulukko: Mikkola 2012 s C JEsala 10

11 Oljen ja ruokohelven tase Lähde: Mäkinen ym (VTT) C JEsala 11

12 Raakaöljystä öljyä takauspisteeseen C JEsala 12 European Commission WTT 2013 report

13 Bioenergiaraaka-aineesta lämmöksi, polttoöljyksi tai sähköksi Suora poltto lämmöksi: Energiatehokkain tapa hyödyntää raaka-aine Energiaa kuluu: Kuivaus, energiasuhteen taustalla kuiva-aineen energia > kattilatekniikasta riippuen jopa kymmeniä prosentteja hukkaan Kuljetus > n. 1 % energiasta; 20 tn ka kuorma, 150 km kuljetus Mahdollinen haketus tai muu hienonnus > 1 5 % energiasta Palamisen hyötysuhde parhaimmillaan % > n % tappiot Energiasuhteen ilmaisemasta energiasta hukataan puolet! C JEsala 13

14 Bioenergiaraaka-aineesta moottoripolttoaineeksi European Commission WTT 2013 report mukaan: Etanoliprosessi: % ohran energiasta bioetanoliksi (+sivutuotteen energia) Öljykasvin puristus ja esteröinti: % siemenien energiasta biodieseliksi (+ sivutuote) Biokaasuprosessi: lannan energiasta 70 % biokaasun energiaksi (- paineistuksen ja puhdistuksen energia) Puu: synteesikaasu ja FT, n. 40 % puun energiasta synteettiseksi biodieseliksi Laskelmassa lisäksi prosessien käyntienergia ja edellä esitetyt sivutuotteiden energiat sekä mahdollinen C JEsala 14 prosessilämmön hyödyntäminen muualla

15 Mäkisen 2006 laskelmissa tuo alussa mainittu tekijä C JEsala 15 ( punaisella) ei ole mukana. Bioenergiaraaka-aineesta moottoripolttoaineeksi Myöhemmin esitettävissä komission laskelmissa sinisissä palkeissa mukana biomassa muuntosuhde. Esimerkiksi jos kahdesta energiayksiköstä (MJ) vehnän jyviä tulee yksi energiayksikkö biopolttoainetta. Tällöin yksi yksikkö (MJ) tulee palkkiin mukaan. Tosin laskelmassa myös vähennetään mahdollisten sivutuotteiden energia substituutioperiaatteella. Toisaalta laskelmassa on kahden yksikön viljelyyn tarvittavat panostukset.

16 Ohraetanolin tuotannon primäärienergiakulutus Lähde: Mäkinen ym (VTT) C JEsala 16

17 Etanolia ja dieseliä Lähde: Mäkinen ym (VTT) C JEsala 17

18 Etanolia juurikkaasta ja vehnästä C JEsala 18

19 C JEsala 19

20 Etanolia juurikkaasta ja vehnästä C JEsala 20 European Commission WTT 2013 report

21 Biodieseliä öljykasveista C JEsala 21

22 Biodieseliä öljykasveista C JEsala 22

23 Biodieseliä öljykasveista European Commission WTT 2013 report C JEsala 23

24 Paineistettua kaasua biomassasta European Commission WTT 2013 report C JEsala 24

25 Biokaasua biomassasta Fossiilisen energia käyttö European Commission WTT 2013 report C JEsala 25

26 Sähkön tuotannon pääomanergiasuhde (Boyle 2003, Gagnon 2002, Elliot 1998) Sähköntuotantomuot o Pinta-alan tarve 1 TWh:n vuotuista sähköntuotantoa varten (km 2 ) Tuotettu energiamäärä/laitoksen rakentamisen ja ylläpidon energiamäärä Bioenergia: energiakasvit Bioenergia: sahausjäte Vesivoima: tekoaltaallinen Vesivoima: tekoaltaaton < 1 27 < < Tuulivoima Aurinkopaneelit < < 110 (vain jalusta --- myös välimaa-ala) < (vain jalusta, myös välimaa-ala) 80 9 Hiilivoima n Ydinvoima Maakaasu C JEsala 26

27 Sähköä biokaasusta European Commission WTT 2013 report C JEsala 27

28 Lämpöä fossiilisista ja bioenergiasta European Commission WTT 2013 report C JEsala 28

29 Lämpöä fossiilisista ja bioenergiasta C JEsala 29