BIOMATERIAPOHJAISTEN JA VAIHTOEHTOISTEN RAAKA-AINEIDEN SAATAVUUSSELVITYS

Transkriptio

1 PROSESSI- JA YMPÄRISTÖTEKNIIKAN OSASTO PROSESSIMETALLURGIAN LABORATORIO Hannu Suopajärvi BIOMATERIAPOHJAISTEN JA VAIHTOEHTOISTEN RAAKA-AINEIDEN SAATAVUUSSELVITYS Biomass raw material Thermochemical conversion Bio-based reducing agent Forest chips Industrial chips Energy crops Demolition wood Pulp mill residues Slow pyrolysis Torrefaction Fast pyrolysis Gasification Gasification + Methanation Charcoal Torrefied biomass Bio-oil Synthesis gas Synthetic natural gas Torrefied biomass, charcoal Biomass Coking plant Coal Biocoke BIOREDUCER: BIOMATERIAPOHJAISEN PELKISTYSAINEEN MAHDOLLISUUDET 201

2 PROSESSI- JA YMPÄRISTÖTEKNIIKAN OSASTO PROSESSIMETALLURGIAN LABORATORIO Hannu Suopajärvi Biomateriapohjaisten ja vaihtoehtoisten raaka-aineiden saatavuusselvitys Bioreducer: Biomateriapohjaisen pelkistysaineen mahdollisuudet

3 ESISANAT Tämä raportti on tehty osana Bioreducer Biomateriapohjaisen pelkistysaineen mahdollisuudet projektia ja kuuluu työpakettiin (WP) 2: Biomateriapohjaiset raaka-aineselvitykset. Bioreducer-projekti on Oulun yliopiston prosessimetallurgian laboratorion (PYOMET) koordinoima hanke, joka toteutettiin välisenä aikana. Bioreducer hanke kuului Tekesin Biorefine-ohjelmaan. Hankkeessa oli mukana laaja kirjo pien- ja suuryrityksiä sekä muita yhteistyötahoja. Työn vastuullisena johtajana PYOMET:ssa oli professori Timo Fabritius. Projektin pääasiallisena tutkijana ja projektipäällikkönä toimi Hannu Suopajärvi. Kokeellisessa työssä on ollut mukana Mikko Iljana, Juho Haapakangas ja Tommi Kokkonen. Projektissa mukana olleet yritykset ovat: Gasek Oy, Lassila & Tikanoja Oyj, Mustavaaran Kaivos Oy, Naturpolis Oy, Pohjolan Voima Oy, Rautaruukki Oyj, Sievin biohake Oy ja Suomen biosähkö Oy. Lisäksi mukana on ollut Taivalkosken kunta ja Pohjois-Pohjanmaan liitto sekä Tekes. Projektin aikana johtoryhmätyöskentely oli onnistunutta ja osanotto erittäin aktiivista. Yhteistyö TIE-hankkeen (Taivalkosken Innovatiiviset Energiaratkaisut) kanssa toi Bioreducer-projektiin laajuutta entisestään ja kontakteja laajemmin bioenergian kanssa työskentelevien tahojen kanssa. Bioreducer-projektin vastuullisena johtajana ja projektin vastuullisena tutkijana haluamme kiittää kaikkia projektin osapuolia antoisasta yhteistyöstä. Erityiskiitos kuuluu projektin suurimmalle rahoittajalle, Tekesille, jonka tuki EAKR-rahoituksen muodossa oli korvaamaton. Oulussa Prof. Timo Fabritius Hankkeen vastuullinen johtaja DI Hannu Suopajärvi Hankkeen päätutkija

4 SISÄLLYSLUETTELO ESISANAT JOHDANTO PUURAAKA-AINEEN SAATAVUUS Johdanto Alkuoletus bioraaka-aineen hankinta-alueesta Koko Suomen raaka-ainevarat pelkistysainekäyttöön Raahen integroidun terästehtaan lähimmät metsäkeskukset Puun käyttö Suomessa: data Metsien erilaiset jakeet Toisiinsa sidoksissa olevat tekijät BIOMASSAVAROJEN NYKYKÄYTTÖ Puuperäinen biomassa Metsäenergian käyttö Suomessa Hankinta-alueen metsäkeskusten raakapuun käyttö Hankinta-alueen metsäkeskusten metsähake Sahateollisuuden sivutuotteet Peltobiomassat Jätebiomassat (puu) ja muovit Turve BIOMASSA POTENTIAALI Metsien hakkuupotentiaali Metsähakepotentiaali Suomessa Metsähakepotentiaalin laskennan perusoletukset Suomen metsähakepotentialien laskenta Metsähakepotentiaali seitsemän metsäkeskuksen alueella eri tutkimusten mukaan Metsähakepotentiaali Laitilan et al. (2008) mukaan Metsähakepotentiaali Maidellin et al. (2008) mukaan Metsähakepotentiaali Kärhän et al. (2010) mukaan Pöyry Energian selvitys Yhteenveto metsähakepotentiaalista seitsemän metsäkeskuksen alueella Puun nykykäytön vertaaminen potentiaaliin Peltobiomassa potentiaali Jätepuupotentiaali Turvepotentiaali Selluteollisuuden sivutuotteet Mäntypikiöljy Ligniini Muut tulevaisuuden biopohjaiset pelkistinenergialähteet MUUT VAIHTOEHTOISET PELKISTIMET Muovit Auton kumit Koksaamon kiinteät sivutuotefraktiot Nesteytetty maakaasu (LNG) YHTEENVETO LÄHTEET

5 1. JOHDANTO Työpaketissa WP 2.1 Vaihtoehtoisten raaka-aineiden ja tuotteiden fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet tarkasteltiin erityyppisten biomassojen ja vaihtoehtoisten raaka-aineiden (muovit, kumit) kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia metallurgisen käytön kannalta. Kirjallisuudesta pystyttiin identifioimaan varsin mittava määrä soveliaita raaka-aineita, jotka olisivat käytettävissä esimerkiksi masuunikäytössä joko sellaisenaan tai esimerkiksi termokemiallisen konversion läpikäyneenä. Työpaketin WP2.2 tavoitteena on kartoittaa biopohjaisen raaka-aineen määrä, joka voisi olla suoraan joko rekka- tai junakuljetuksilla toimitettavissa Raaheen, käytettäväksi pelkistimenä kahdessa masuunissa. Tämän lisäksi tarkastellaan laajemmin koko Suomen biopohjaisten raaka-aineiden potentiaalista saatavuutta sekä muita vaihtoehtoisia pelkistimiä. Selvityksen lopputuloksena saadaan arvio siitä, millainen potentiaali on olemassa biopohjaisten ja muiden hyödynnettävien jakeiden käyttämiseksi raudan ja teräksenvalmistuksessa. 5

6 2. PUURAAKA-AINEEN SAATAVUUS 2.1 Johdanto Puuperäistä materiaalia on historiassa käytetty rautaoksidien pelkistämiseen ennen kivihiili-aikakautta. Nykyaikana biopohjaista materiaalia eli pääasiassa puuta lyhyen kierron metsistä käytetään Brasiliassa masuuneissa korvaamassa kivihiili-pohjaisia pelkistinaineita. Brasiliassa on yhteensä 16 puuhiilipohjaista minimasuunia, joista vuonna 2010 oli toiminnassa 68. Minimasuunien yhteenlaskettu kapasiteetti on noin 15 miljoonaa tonnia raakarautaa sisältäen myös valimotakkiraudan. Vuonna 2008 minimasuuneilla tuotettiin rautaa 9.4 Mt, kun vuonna 2010 tuotanto oli ainoastaan 5.8 Mt (Noldin Jr. 2011). Minimasuunit toimivat pelkällä puuhiilellä, mutta niiden koko on huomattavasti pienempi kuin moderneissa masuuneissa. Tyypilliset minimasuunin vuosituotannot ovat kt raakarautaa vuodessa ja tuotantotilavuus m. (Noldin Jr. 2011). Esimerkiksi Ruukin Raahen tehtaan masuunin vuosituotanto on noin 1.2 Mt vuodessa tuotantotilavuuden ollessa noin 1200 m. Euroopan suurimpien masuunien tilavuudet ovat Saksassa Thyssen Groupin 4796 m tilavuudella ja 4. Mt vuosikapasiteetilla ja Ranskassa ArcelorMittalin 940 m tilavuudella ja.5 Mt vuosituotannolla (Luengen et al. 2011). Minimasuuneissa puuhiili syötetään masuuniin palakoossa koksin tapaan masuunin huipulta. Moderneissa, suurissa masuuneissa puuhiilen mekaaninen kestävyys estää kuitenkin koksin korvaamisen palakoossa olevalla puuhiilellä. Lähivuosien aikana mielenkiinto käyttää uusiutuvia raaka-aineita, kuten puuta terästeollisuuden raaka-aineena on lisääntynyt Euroopassa. Puun mahdollisuuksia pelkistinaineena on tutkittu mm. Saksassa, Australiassa, Japanissa, Kanadassa ja Brasiliassa (mm. Babich et al. 2010, Mathieson et al. 2011, Ng et al. 2011, Noldin Jr. et al. 2005). Sen prosessitekniset mahdollisuudet esimerkiksi korvaamaan kivihiili-injektiota, polttoaineena sintrauksessa tai osana metallurgisen koksin kivihiiliseosta ovat mahdollisia. Pitkä aikavälin hyödynnettävyyttä on kuitenkin arvioitava myös raaka-aineen saatavuuden kannalta. Suomella on raju pyrkimys kasvattaa uusiutuvan energian käyttö 8%:iin loppuenergiankäytöstä vuoteen 2020 mennessä osana Euroopan Unionin uusiutuvien energianlähteiden lisäämistä. Tämä tarkoittaa myös rajua lisäystä biomassan käytössä. Tämä tarkoittaa mahdollisesti kovenevaa kilpailua biomassasta erilaisissa tuotantosovelluksissa, kuten lämmön- ja sähköntuotannossa, biopolttoaineiden tuotannossa ja sellunvalmistuksessa. Biomassan saatavuus nousee tällöin avainasemaan ja myös sen järkevä jakaantuminen käyttäjien kesken. Riippuen biomassan käyttötavasta, biomassan tarve riippuu hyvin paljon. Seuraavassa esitetään suuret linjat erilaisille skenaarioille, joita Suomessa voitaisiin biomassan hyödyntämiselle ajatella. Suomen suurin fossiilisten pelkistinaineiden käyttäjä on Ruukin Raahen integroitu terästehdas, joka vuonna 2010 käytti pelkistinaineita määrä, joka energiana vastaa 12.2 TWh:a (Ruukki 2011). Koksautuvaa kivihiiltä Ruukki kuluttaa vuodessa noin tonnia koksin valmistukseen ja erikoisraskasta polttoöljyä noin tonnia hormeilta injektoituna. (Kinnunen 2010, Kekkonen 2011) Biomassaa voitaisiin käyttää integroidussa terästehtaassa energiantuojana useassa yksikköprosessissa, mutta pelkistinkäytössä ainoastaan masuunissa. 6

7 Masuuniin biomassa voitaisiin tuoda erilaisissa muodoissa, jotka vaikuttavat tarvittavan biomassan määrään. Kuviossa 1 on esitetty skemaattisesti vaihtoehtoja, joissa kiinteä biomassa voitaisiin pelkistinaineena masuuniin syöttää. Tämän lisäksi masuuniin voitaisiin syöttää myös pelkistäviä kaasuja, joita saadaan biomassaa kaasuttamalla tai bioöljyä, jota saadaan nopealla pyrolyysilla. Biomassa Torrefiointi/Pyrolyysi Torrefioitu biomassa/puuhiili Puuhiili Puuhiili-injektio Biokoksi Koksaus Puuhiili Sisäiset kierrätysvirrat Briketöinti Biobriketti Kuvio 1. Kiinteän biopohjaisen pelkistinaineen käyttö Suurin potentiaali laskea fossiilisia hiilidioksidipäästöjä biomassaan perustuvalla pelkistinaineella lienee masuunin hormi-injektiossa. Nykyisellään hormiinjektoitavia pelkistimiä ovat mm. pulverisoitu kivihiili, öljy ja maakaasu. Raahessa Ruukin terästehtaalla käytetään erikoisraskasta pohjaöljyä ja kivihiilitervaa. Mikäli Raahen Ruukin tapauksessa otettaisiin käyttöön 200 kilon puuhiili-injektio hormeilta molemmille masuuneille, tarkoittaisi se usean miljoonan kuution puumäärää. Puuhiili-injektiomäärällä 200 kg/t rr, märän puun tiheydellä 850 kg/m, hitaan pyrolyysin saannolla 0.0, raakaraudan tuotannolla 2.6 Mt, tarvittavan puun määrä olisi 4.1 miljoonaa kuutiota vuodessa (noin 8.2 TWh). Tällöin yhden puuhiili tonnin tuottamiseen tarvitaan noin 7.8 m 50% kosteudessa olevaa puuperäistä biomassaa, joka vastaa hyvin kirjallisuudessa esiintyviä arvoja. Todennäköisin vaihtoehto kuitenkin on osittainen fossiilisen pelkistinaineen korvaaminen. 2.2 Alkuoletus bioraaka-aineen hankinta-alueesta Koko Suomen raaka-ainevarat pelkistysainekäyttöön Periaatteellisella tasolla vaihtoehtoisia pelkistimiä (esim. puuhiili) terästeollisuuden käyttöön voidaan tuottaa missä maailmankolkassa tahansa. 7

8 Tässä tarkastelussa pyritään pidättäytymään lähinnä kotimaassa tuotettuihin tai käytössä olleisiin (toisiokäyttö) materiaaleihin. Raahen Ruukin terästehtaan kannalta on kuitenkin olemassa useita mielenkiintoisia vaihtoehtoisia pelkistimiä (mm. nesteytetty maakaasu), jotka on otettu mukaan tarkasteluun. Nesteytetty maakaasu ja sen mahdollisen käyttöönoton myötä päivitettävä masuuniinjektioteknologia mahdollistaisi myös biopohjaisten kaasumaisten pelkistimien käytön. Erikseen tarkastelussa on Ruukin terästehdasta lähinnä olevat metsäkeskukset, jotka ovat logistisesti sellaisen kuljetusmatkan etäisyydellä, että raaka-ainetta voitaisiin toimittaa käyttöpaikalle ilman esikäsittelyä Raahen integroidun terästehtaan lähimmät metsäkeskukset Tällä hetkellä ei ole saatavilla yksikäsitteisiä arvioita siitä, mikä olisi terästeollisuuden puustamaksukyky, jos sitä käytettäisiin pelkistimenä ja miten se vertautuu energiantuotannon tai selluteollisuuden puustamaksukykyyn. Ensimmäisessä vaiheessa tarkasteltiin kuljetusetäisyyksiä, jotka ovat taloudellisesti kannattavia selluteollisuudessa, joka käyttää raaka-aineena kuitupuuta. Kuljetuksissa autolla kuljetettavat etäisyydet ovat noin km luokkaa. Junayhteyksiä käytettäessä voidaan kuljetusmatkoja kasvattaa, mutta puun kuljetusmuoto määrittelee kuinka pitkän matkan sitä on taloudellisesti kannattavaa kuljettaa. Tarkasteltavan hankinta-alueen laajuutta päätettiin kuitenkin kasvattaa (kuvio 2). Kuviossa ensimmäinen sektori on 200 km ja laajempi sektori 50 km. Tämän 50 km säteisen hankinta-alueen sisälle kokonaan tai osittain rajoittuu yhteensä 11 metsäkeskusta. Suomessa on varsin seikkaperäisesti tilastoitu puuvarojen kasvu, poistuma ja metsän pinta-alat metsäkeskuksittain. Metsäkeskus-jaottelua seuraamalla voidaan tarkastelua joko laajentaa tai keskittää. Määritetyn 50 kilometrin hankinta-alueen sisälle kokonaan tai osittain jää 7 metsäkeskusta. Ottamalla huomioon mahdolliset junaratayhteydet voidaan tarkastella kokonaisuudessaan näiden metsäkeskusten puuvarantoja. Kuvio 2. Biopohjaisen materiaalin kuljetusetäisyydet (sininen n. 200 km ja harmaa n. 50 km). 8

9 Määritetty tarkasteluala ei edusta taloudellista hankinta-aluetta, vaan on määritelty myös sen takia, että alueellisesti mm. Kainuun puun käyttö on vähentynyt merkittävästi paperiteollisuuden alasajon takia. Suomen metsävaroista ja niiden käytöstä eri teollisuudenaloilla on saatavissa kohtalaisen helposti ja tarkkaa tietoa. Muiden biomassojen osalta ja muiden pelkistyskäyttöön soveltuvien materiaalien osalta määrien arviointi on hieman hankalampaa. 2. Puun käyttö Suomessa: data Useimmat julkisesti saatavissa olevat arviot Suomen metsävaratiedoista perustuvat valtakunnan metsien inventointeihin (VMI). Tuorein näistä inventoinneista on VMI 10, joka on tehty vuosina Ennakkotietojen mukaan (VMI 11) Suomen metsien puuvarannoksi on saatu miljoonaa kiintokuutiometriä kuorellista runkopuuta (Ylitalo 2011). Männyn osuus puuston tilavuudesta on 49, kuusen 0, koivun 17 ja muiden lehtipuiden prosenttia. Energiapuuvaroja on arvioitu myös metsäyhtiöiden leimikkotietojen perusteella ja hakkuutilastojen perusteella Laitila et al. (2008). Laitilan et al. (2008) mukaan puuvaratietojen inventointi on rajoittunut lähinnä perinteisen teollisuuden jalostustarpeisiin kelvollisen ainespuun määrän arviointiin. Näin ollen energiantuotannossa hyödynnettävän metsäbiomassan määrä on jäänyt jatkuvan arvioinnin ulkopuolelle. Laitila et al. esittävät laskentaperiaatteen, jonka avulla voidaan ainespuun hakkuista johtaa arvio energiapuuksi saatavasta puumassasta. Lähtöaineena heidän laskelmissaan ovat VMI 10 ja Helynen et al. (2007). Metsätilastollisessa vuosikirjassa vuodelta 2011 on esitelty kokonaiskuva Suomen metsätaloudesta ja -teollisuudesta, metsävaroista ja puumarkkinoista. Nämä tilastot antavat kuvan siitä, millaisessa käytössä Suomen metsävarat ovat vuonna 2010 olleet. (Ylitalo 2011) Erilaisia käyttöskenaarioita metsävarojen käytölle on esitetty useissa lähteissä. Erityisesti on arvioitu mahdollisuutta lisätä energiapuun käyttöä osana yhteiseurooppalaista tavoitetta, jonka mukaan 20% Euroopan Unionin energiankulutuksesta tulisi perustua uusiutuviin energialähteisiin (Direktiivi 2009/28/EC). Suomi on kuitenkin asettanut suuremman, maakohtaisen tavoitteen, jonka mukaan 8% Suomen energiankulutuksesta tulisi vuonna 2020 tulevaisuudessa uusiutuvista energianlähteistä, joista 25 TWh tulisi metsähakkeesta (Kansallinen uusiutuvan energian toimintasuunnitelma 2011) Useat tahot Suomessa ovat arvioineet energiapuun käytön potentiaalia energiantuotannossa ja mahdollisesti myös nestemäisten biopolttoaineiden raakaaineena. Yleensä metsäenergiapotentiaaleja arvioitaessa potentiaalit on jaoteltu 1) teoreettiseen 2) teknis-ekologiseen ja ) teknis-taloudelliseen. Pellervon taloudellisen tutkimuslaitoksen tutkimuksessa Maidell et al. (2008) ovat arvioineet Suomen maakuntien metsäenergiapotentiaalia. Tutkimuksessaan he ovat jakaneet potentiaalit kolmeen tasoon: teoreettinen, teknis-taloudellinen ja tarjontahalukkuuspotentiaali. Kärhä et al. (2010) ovat jakaneet energialaitosten metsähakkeen potentiaalit teoreettiseen, teknis-ekologiseen ja teknistaloudelliseen. Muita tutkimuksia ovat mm. Laitila et al. (2008) ja Pöyry Energian (2007) tekemät selvitykset. Vuoden 2011 metsätilastollisessa vuosikirjassa on esitetty puun käytön lukuja vuodelta Raakapuun käyttö vuonna 2010 nousi 70.8 miljoonaan 9

10 kuutiometriin. Tuontipuuta käytettiin vuonna miljoonaa kuutiota. Metsätilastollisen vuosikirjan mukaisesti Suomen puuvirrat vuonna 2010 on esitetty kuviossa (miljoonaa kuutiometriä). Metsävarat (puuston runkotilavuus) Puuston tilavuuden muutos 2.2 Vuosittainen kasvu 10.7 Puuston poistuma 71.5 Luonnon poistuma 4.7 Metsähukkapuu 8.4 Hakkuukertymä 58. Raakapuun vienti 1.0 Kotimaahan jäävä raakapuu 57. Raakapuun tuonti 11.7 Raakapuuvarastot Pientalojen polttopuu 11.7 Raakapuun käyttö Suomessa 70.8 Lämpö- ja voimalaitosten polttopuu 11.7 Puutuoteteollisuus 24.6 Massateollisuus 7.9 Puulevyteollisuus ja muut 2.7 Sahatuoteteollisuus 21.9 kuori, puru, hake Selluteollisuus 7.9 Sivutuote- ja jätepuuvarastot Mekaaninen ja puolikemiallinen massat. 8.5 Jätepuun tuonti 0.4 Lastu- ja kuitulevyteollisuus 0.5 Energiantuotanto 14. Massateollisuus 6.4 Jätepuun vienti 0.4 Metsäjätepuu (kannot hakkuutähteet).2 Kuvio. Puuvirrat metsästä tehtaalle Suomessa vuonna 2010 (Ylitalo 2011). Kuviossa kotimainen raakapuu tarkoittaa markkinapuun osuutta eli sitä osuutta, joka menee teollisuuden käyttöön. Hakkuukertymässä on mukana kotimaisen raakapuun lisäksi myös polttopuu. 10

11 Miljoonaa kuutiota Puun määrä Suomen metsissä on kasvanut tasaisesti ja näin on myös tapahtunut vuonna 2010, vaikka puun käyttö lisääntyikin vuoden takaisesta. Kuviossa 4 esitetään miten Suomessa käytettävän raakapuun määrä on kehittynyt 2000-luvulla (Ylitalo 2011). Raakapuun käyttö metsäteollisuudessa on ollut korkeimmillaan yli 75 miljoonaa kuutiota. Raakapuun käyttö energiantuotannossa on kasvanut tultaessa kohti vuotta Vuonna 2010 kotimaisen raakapuun käyttö (5.15 milj. m ) lähestyi jo huippulukemia, tuontipuun määrän vähennettyä huomattavasti. Kotimaisen raakapuun käytöllä on merkittävä vaikutus saatavilla olevaan energiapuun määrään (hakkuutähde). Metsäteollisuus Energiantuotanto Tuontiraakapuu Kuvio 4. Raakapuun käyttö Suomessa 2000-luvulla milj. m (Ylitalo 2011). Puun määriä tarkasteltaessa on tarpeen määritellä mihin luokkaan mikäkin puujae lasketaan. Metla (2011) on esittänyt jaottelun, jota on käytetty Metsätilastollisen vuosikirjan puun käytön selvittämisessä. Puutavaralajit on jaettu raakapuuhun ja metsäteollisuuden sivutuotteisiin ja muuhun jätepuuhun. Käyttötarkoitukset on jaettu puun teolliseen käyttöön (metsäteollisuus) ja puun energiakäyttöön lämpö- ja voimalaitoksissa sekä pientaloissa. Taulukko 2 esittää Metlan käyttämän jaottelun. Puun käytön jaottelu Metlan mukaan (Metla 2011). PUUTAVARALAJI Käyttötarkoitus Raakapuu Metsäteollisuuden sivutuotteet ja muu jätepuu Puun teollinen käyttö Metsäteollisuus Tukki- ja kuitupuu (kotimainen ja tuontipuu) Tuontihake Sahahake ja puru Puun energiakäyttö (kiinteät puupolttoaineet) Lämpö- ja voimalaitokset Pientalot Muu energiapuu - Metsähake raakapuusta* Puupolttoaineet - metsähake, muu** - teollisuuden puutähdehake - sahanpuru ja muut purut - kuori - muu kiinteä polttoaine - puupelletit ja briketit - kierrätyspuu Polttopuu - metsähake raakapuusta* - rangat - halot - pilkkeet Jätepuu - metsähake, muu** - metsäteollisuuden sivutuotteet * Metsähake raakapuusta: karsitusta rangasta, kokopuusta ja järeästä runkopuusta valmistettu metsähake ** Metsähake, muu: hakkuutähteestä (oksa- ja latvusmassa) sekä kannoista ja juurakoista valmistettu metsähake 11

12 2.4 Metsien erilaiset jakeet Suomen metsistä otetaan puuta käyttöön hyvin erilaisiin käyttökohteisiin. Suurin käyttäjä on metsäteollisuus, joka käytti vuonna miljoonaa kuutiota tukkipuuta ja 5.7 miljoonaa kuutiota kuitupuuta. Energiantuotantoon puupolttoaineita käytettiin vuonna PJ edestä (arvio). Valtaosan eli 19 PJ muodostaa metsäteollisuuden jäteliemet ja muut sivu- ja jätetuotteet. Kiinteät puupolttoaineet muodostivat 17 PJ osuuden, joka jakautuu lämpö- ja voimalaitoksien käyttöön ja pientalojen käyttöön. (Ylitalo 2011) Määrällisesti lämpö- ja voimalaitokset kuluttivat vuonna miljoonaa kuutiota kiinteitä puupolttoaineita ja pientalot 6.7 miljoonaa kuutiometriä. Kiinteä polttoaine koostuu hyvin erilaisista jakeista. Lämpö- ja voimalaitosten käytöstä 6.2 milj. m koostui metsähakkeesta, 6.6 milj. m kuoresta, 1.8 milj. m sahanpurusta, 0.9 milj. m teollisuuden puutähteestä ja 0.5 milj. m muista. Pientalojen käytöstä halot, pilkkeet ja klapit muodostivat 4.7 milj. m, jätepuu 1. milj. m ja metsähake 0.7 milj. m (Ylitalo 2011). Metsähakkeen käytön lisääminen on viime vuosina saanut huomattavan paljon huomiota ja sen käyttö saavuttikin ennätyksensä vuonna 2010 (Ylitalo 2011). Metsähake on haketettua metsästä saatavaa biomassaa. Metsähaketta voidaan valmistaa eri jakeista kuten hakkuutähteistä, pienpuusta, runkopuusta, kannoista ja juurakoista Maidell et al. (2008). 2.5 Toisiinsa sidoksissa olevat tekijät Pohdittaessa erilaisia käyttötarkoituksia kotimaiselle biomassalle, päädytään väistämättä tilanteeseen, jossa eri teollisuuden alat jollakin tasolla joutuvat kilpailuasetelmaan raaka-ainehankinnassa. Tähän päivään menneessä metsäteollisuudella on ollut hyvin vahva rooli puun käytössä. Metsäteollisuuden puun käyttö ja sen kehitys on vahvasti ohjaillut sitä, miten raakapuun tarjonta ohjautuu käyttökohteisiinsa. Saha- ja selluteollisuuden rakennemuutokset voivat kuitenkin aiheuttaa sen, että aikaisemmin selluteollisuuden tarpeisiin menneelle kuitupuulle joudutaan keksimään uusia käyttökohteita. Energiantuotantoon ei välttämättä kannata kaikkia jakeita käyttää sillä paikallisesti monen taajaman ja alueen sähkön- ja lämmöntarve on tyydytetty. Metallurginen teollisuus pystyisi periaatteessa käyttämään kaikkia jakeita, joita metsästä saadaan rajoittavan tekijän ollessa raaka-aineen hinta. Mikäli metallurginen teollisuus, ennen kaikkea Raahe suurena pelkistinaineiden käyttäjänä, ryhtyisi käyttämään biopohjaisia pelkistimiä, voisi kilpailua syntyä kilpailutilanne useankin teollisuusalan kesken. Perinteisesti tukkipuu on ohjautunut mekaanisen metsäteollisuuden käyttöön. Tukkipuun hinta (kantohinta) on viimeisen vuoden aikana liikkunut koivun 8 /m 47 /m ja kuusitukin 54 /m 61 /m välillä. Samaan aikaan kuitupuun hinta on vaihdellut kantohinnan osalta koivukuidun15 /m 17.5 /m ja kuusikuidun 18.5 /m 21.5 /m välillä (MTK 2011). Todennäköisesti tukkipuun hinta on niin korkea, että se tulevaisuudessakin ohjautuu nykyiseen käyttöönsä. Jonkin verran tukkipuuta käytetään myös kemiallisessa metsäteollisuudessa, mutta määrät ovat pieniä. Kuitupuuta käytetään kemiallisessa metsäteollisuudessa eli sellunvalmistuksen raaka-aineena. Jonkin verran kuitupuu koon saavuttanutta puujaetta käytetään myös energiantuotannossa. Puhuttaessa kuitupuusta ja energiapuusta, joka koostuu ensiharvennuksista, ollaan lähestulkoon 12

13 samankokoisesta puujakeesta. Tulevaisuuden skenaariot selluteollisuuden kehittymisestä ennakoivat, että selluteollisuuden käyttämä kotimaisen raakaaineen käyttö tulee lähivuosikymmeninä tippumaan. Näin ollen kuitupuun mitat täyttävää puujaetta mahdollisesti vapautuisi muuhun käyttöön. Energiapuu eli metsähake on jae, jonka määrän lisäämiseksi on ennen kaikkea tehty suunnitelmia. Se soveltuisi myös metallurgisen teollisuuden käyttöön. Kierrätyspuu muodostaa myös yhden potentiaalisen raaka-ainelähteen. Kuvio 5 esittää puupohjaisen biomassan eri jakeiden käytön mahdollisen jakaantumisen ja mahdolliset kilpailutilanteet. Puupohjainen biomassa Tukkipuu Kuitupuu Energiapuu Mekaaninen metsäteollisuus Kemiallinen metsäteollisuus Energiateollisuus Terästeollisuus Kierrätyspuu Kuvio 5. Puupohjaisen biomassan kilpailutilanne Mahdollisen kilpailutilanteen lisäksi useat muut tekijät vaikuttavat biomassapohjaisen raaka-aineen käyttöön metallurgisessa teollisuudessa. Tarkempi tarkastelu tullaan tekemään WP5 raportin yhteydessä, mutta haasteita, jotka laajamittaisessa biomassan hyödyntämisessä tulee huomioida, on useita. Haasteita tulee esimerkiksi biomassan prosessointiin tarvittavan kapasiteetin osalta. Esimerkiksi tällä hetkellä Suomessa on hiiletyskapasiteettia (grillihiilen valmistus) noin kiloa. Mikäli esimerkiksi Raahen tehtaan erikoisraskas polttoöljy haluttaisiin korvata molemmilla masuuneilla puuhiilellä, puhutaan noin tonnin puuhiilitarpeesta riippuen kulloisenkin vuoden raakaraudan tuotannosta (Suopajärvi & Angerman 2011). Kapasiteetin lisäystarve olisi siis lähes 1000-kertainen nykyiseen verrattuna. Päästökaupalla voi myös tulevaisuudessa olla hyvinkin suuri vaikutus siihen, miten eri teollisuuden alojen energiantarve tullaan tyydyttämään. Euroopan Unionin ja Suomen poliittiset ohjauskeinot siirtymisessä uusiutuvien energianlähteiden käyttöön (mm. energiapuutuki) voivat osittain johtaa raakaaineiden käytön eri käyttökohteissa eri viivalle. Esimerkiksi metalliteollisuuden kannalta olennaista olisi, että biomateriaalien käyttö pelkistysprosesseissa huomioitaisiin täysimääräisenä prosessien (tuotannon) päästökertoimissa. Biomateriaalien käyttöön liittyvän tutkimustyön jatkaminen ja uuden tiedon tuottamisen mahdollistaminen lienevät parasta varautumista asiaan. 1

14 . BIOMASSAVAROJEN NYKYKÄYTTÖ Tässä kappaleessa arvioidaan sopivalla hankintaetäisyydellä (seitsemän metsäkeskusta) olevien biomassavarantojen käyttö tällä hetkellä. Oman kokonaisuutensa muodostaa puubiomassa, jonka käyttö jakaantuu metsäteollisuuden ainespuuhun (tukki- ja kuitupuu) ja puun käyttöön energiantuotannossa, johon luetaan energiapuu raakapuusta ja puupolttoaineet metsäteollisuuden sivutuotteista ja jätepuu. Suomessa käytettävistä muista biomassoista on tilastotietoa huonommin saatavissa kuin puuvarojen käytöstä. Muita mahdollisia, mutta vähemmällä käytöllä olevia vaihtoehtoja terästeollisuuden prosesseihin käytettäväksi voisivat olla yhdyskuntajätteet, kaatopaikkakaasut, leväperäiset polttoaineet. Teknologiat, joita näiden materiaalien hyödyntäminen vaatisi, käsitellään myöhemmissä osissa tätä raporttia ja vielä tarkemmin WP raportissa..1 Puuperäinen biomassa Tukkipuuta käytetään metsäteollisuuden raaka-aineena samoin kuin kuitupuuta. Näiden raaka-aineiden hankinnassa metsistä ja jatkoprosessoinneista tehtailla syntyy sivutuotteita, joita voidaan edelleen käyttää joko teollisuudessa tai energiantuotannossa. Hakkuutähteet (oksat, latvukset, kannot, juurakot) hyödynnetään metsähakkeena. Metsähaketta voidaan tehdä myös raakapuusta (karsittu ranka, kokopuu, järeä runkopuu). Puun kuorta hyödynnetään suuria määriä energiantuotannossa samoin kuin muita sivutuotejakeita. Kuviossa 6 on esitetty skemaattisesti eri mahdollisuudet metsäenergian tuotantoon. Puun lähteet Puupolttoaine metsästä ja pelloilta Teollisuus Mekaaninen ja kemiallinen metsäteollisuus Puun käyttö raaka-aineeksi Metsäenergia Yhdyskunta Puutuotteiden käyttö Puutuotteet Kierrätyspuu Toisasteiset puupolttoaineet Ensiasteiset puupolttoaineet Tuonti Termokemialliset jalostusprosessit Suora käyttö ja mekaaninen jalostus Puupolttoainelaadut: Polttopuu, pelletit, mustalipeä Vienti Käyttö Kotitalous Kauppa Teollisuus Lämmön- ja sähköntuotanto Kuvio 6. Puupolttoaineiden luokittelu (Alakangas 2000). Ei ole mitenkään sanottua, että raakaraudan- ja teräksenvalmistuksessa olisi syytä pidättäytyä alempiarvoisissa raaka-ainejakeissa. Tukki- ja kuitupuun käyttö ja käyttöpotentiaali otetaan myös huomioon raportissa ja 14

15 kustannusanalyysien perusteella voidaan myöhemmissä vaiheissa jättää nämä arvokkaammat jakeet huomiotta, mikäli siihen on aihetta..1.1 Metsäenergian käyttö Suomessa 2010 Metsäenergiaa käytettiin Suomessa varsin suuri määrä vuonna 2010 (kuvio 7). Mustalipeä, joka on selluteollisuuden sivutuote, oli suurin yksittäinen biopohjainen polttoaine energiantuotannossa (8 TWh). Kiinteitä polttoaineita käytettiin yhteensä 1 TWh edestä. Puuperäiset polttoaineet energiantuotannossa 2010 (TWh) Hake (pienpuu) Metsähake (hakkuutähteet) Kuori Sahanpuru Teollisuuden hake Muut Mustalipeä Kuvio 7. Puuperäiset polttoaineet energiantuotannossa Hankinta-alueen metsäkeskusten raakapuun käyttö Metsätilastollisessa vuosikirjassa (Ylitalo 2011) on esitetty raakapuun kokonaiskäyttö metsäkeskuksittain vuodelta Alustavassa taloudellisessa hankinta-alueessa oletettiin, että se olisi noin 50 kilometriä, jolloin seitsemän metsäkeskusta sopii tämän alueen sisälle. Näiden seitsemän; Etelä-Pohjanmaa, Keski-Suomi, Pohjois-Savo, Pohjois-Karjala, Kainuu, Pohjois-Pohjanmaa ja Lappi, yhteenlaskettu metsäteollisuuden raakapuun käyttö vuonna 2010 oli 25.2 miljoonaa kuutiota (sisältäen tuontihakkeen 0. milj. m ) ja energiantuotannon 4.1 miljoonaa kuutiometriä eli yhteensä raakapuuta käytettiin 29. miljoonaa kuutiota. Kuviossa 8 on esitetty miten raakapuun käyttö jakautuu eri jakeille. Kuviossa on erikseen esitetty kotimaisen ja tuontiraakapuun käyttömäärät metsäkeskuksittain. Tarkasteltujen metsäkeskusten alueella käytettiin varsin vähän tuontipuuta. Kotimaisen raakapuun käyttö jakaantui seuraavasti: tukkipuu 10.0 milj. m, kuitupuu 1.6 milj. m ja energiapuu 4.1 milj. m. 15

16 Miljoonaa kuutiota 4.5 Kuitupuu (kotimainen) Kuitupuu (tuonti) Tukkipuu (kotimainen) Tukkipuu (tuonti) Tuontihake Energiantuotanto Kuvio 8. Raakapuun käyttö vuonna 2010 seitsemän metsäkeskuksen alueella perustuen Metsätilastolliseen vuosikirjaan (Ylitalo 2011). Energiantuotannossa käytetään siis myös raakapuuta, joka haketetaan lämpö- ja voimalaitosten käyttöön. Pientalojen polttopuu on myös raakapuusta, josta valmistetaan halkoja ja pilkkeitä..1. Hankinta-alueen metsäkeskusten metsähake Kuten on jo aiemmin todettu, Suomessa on pyrkimys lisätä metsähakkeen käyttöä huomattavasti. Seitsemän metsäkeskuksen alueella, jotka alustavasti arvioitiin mukaan raaka-aineen hankinta-alueeksi, kiinteitä puupolttoaineita käytettiin vuonna 2010 yhteensä 10.2 miljoonaa kuutiometriä. Metsähaketta seitsemän metsäkeskuksen alueella käytettiin vuonna milj. m, joista pientaloissa käytettiin 0.7 milj. m. Lämpö- ja voimalaitoksissa käytettiin hakkuutähdettä sekä kantoja ja juurakoita 1.26 miljoonaa kuutiometriä, joka on 44.9% käytetystä metsähakkeen määrästä seitsemän metsäkeskuksen alueella. Suurempi osa metsähakkeen raaka-aineesta on siis peräisin karsitusta rangasta, kokopuusta ja järeästä runkopuusta, joita saadaan ensiharvennuksissa ja hylätyistä metsäteollisuuden ainespuista. Tarkemmat raaka-ainelähteet metsähakkeen valmistuksesta lämpö- ja voimalaitosten käyttöön seitsemän metsäkeskuksen alueella on esitetty kuviossa 9. 16

17 Pienpuu 1406 Hakkuu-tähteet 862 Kannot ja juurakkot 97 Järeä runkopuu m Kuvio 9. Lämpö- ja voimalaitoksissa käytetyn metsähakkeen raakaainelähteet seitsemän metsäkeskuksen alueella vuonna 2010 pohjautuen Metsätilastolliseen vuosikirjaan (Ylitalo 2011). Kuviossa 10 on esitetty lämpö- ja voimalaitosten puupolttoaineiden käyttö seitsemän metsäkeskuksen alueella vuonna 2010, joka oli yhteensä 7.08 miljoonaa kuutiometriä. Runkopuusta saadun metsähakkeen osuus oli 21.8% ja koko metsähakkeen osuus 9.6% (n. 2.8 miljoonaa kuutiota) lämpö- ja voimalaitosten puupolttoaineen käytöstä. Metsähake on siis metsässä olevasta sivutuotteesta saatava jae. Kuori, sahanpuru ja puutähdehake tulevat metsäteollisuuden jäteainevirroista. Metsähake Kuori Sahanpuru 1079 Teollisuuden puutähdehake 7 Muu m Kuvio 10. Kiinteiden polttoaineiden käyttö seitsemän metsäkeskuksen alueella lämpö- ja voimalaitoksissa vuonna 2010 pohjautuen Metsätilastolliseen vuosikirjaan (Ylitalo 2011). Metsähaketta käytetään jonkin verran myös pientalojen polttoaineena. Vuonna 2010 metsähakkeen käyttö oli kuitenkin sangen pientä, noin 0.7 miljoonaa kuutiometriä. Pientaloissa käytettiin vuonna 2010 noin 0.64 miljoonaa 17

18 kuutiometriä jätepuuta, johon määrittelyn mukaisesti kuuluu hakkuutähteestä (oksa- ja latvusmassa) sekä kannoista ja juurakoista valmistettu metsähake ja metsäteollisuuden sivutuotteet..2 Sahateollisuuden sivutuotteet Sahateollisuudessa syntyy päätuotteen eli sahatavaran lisäksi sivutuotteita, joita ovat kuori, sahanpuru ja hake. Vuonna 2010 sahateollisuus käytti raakapuuta (tukkeja) 21.9 miljoonaa kuutiota (Ylitalo 2011). Karhunen (2010) on esittänyt tukin jakautumisen eri jakeisiin. Esimerkiksi kuorellisesta tukista, joka saapuu sahalle, saadaan noin 45 50% sahatavaraa. Taulukossa on esitetty sivutuotteiden (hake, puru, kuori) osuus ja laskettu niiden määrä vuoden 2010 puun käytöllä (suluissa olevat osuudet). 2010) Arvioitu sahateollisuuden tuotteiden jakautuminen (Karhunen Saanti-% (45%) Sahatavara Hake Puru Kuori 28 2 (0%) (1%) (12%) Laskettu määrä (milj. m ) Esitetyt saantiprosentit pitävät varsi hyvin paikkansa. Vuonna 2010 Suomen sahoilla valmistettiin 9.5 miljoonaa kuutiometriä (Ylitalo 2011).. Peltobiomassat Peltobiomassoja on arvioitu huomattavasti vähemmän kuin puubiomassoja. Kuitenkin kirjallisuudesta löytyy tilastoja ja tulevaisuuden arvioita siitä, millainen rooli peltobiomassoilla voisi olla energiantuotannossa. Maa- ja metsätalousministeriölle vuonna 2007 luovutetussa raportissa todetaan, että peltoenergian tutkimus ja kehitystyö ovat alkuvaiheessa. Vielä ei ole kyetty muodostamaan selkeää kokonaiskuvaa siitä, mikä on kokonaistaloudellisin ja ympäristötehokkain pitkän aikavälin strategia hyödyntää peltoja energiantuotantoon (Rintala et al. 2007). Suomessa oli peltoa noin 2. miljoonaa hehtaaria vuonna 2007, joista yli miljoonalla hehtaarilla viljeltiin viljaa ja rehunurmikasveja 0.65 miljoonalla hehtaarilla. Ravinnon ja rehujen tuotantoon tarvitaan noin miljoonaa hehtaaria, jolloin energiantuotantoon tai muuhun soveltuvaan käyttöön jäisi noin miljoonaa hehtaaria elintarviketuotannon vaarantumatta. (Pahkala et al. 2009) Tällä hetkellä Suomessa ainoastaan ruokohelpeä kasvatetaan energiantuotantotarkoitukseen. Taulukossa 4 on esitetty peltobiomassat valittujen hankinta-alueiden osalta perustuen Pahkalan et al. (2009) esittämiin laskentoihin. Huomattavaa on, että tämänhetkinen energiamäärä esimerkiksi ruokohelvestä on noin 0.1 TWh seitsemän metsäkeskuksen alueella. 18

19 Viljan, öljykasvien ja ruokohelven viljelyala, sato ja korsibiomassan energiasisältö alueittain vuonna 2007 (Pahkala 2009). Viljat Oljykasvit Ruokohelpi Ala Jyväsato Olkisato Ala Sato Varsisato Ala Biomassa ha milj. kg milj.kg ka EJ ha milj.kg milj.kg ka EJ ha milj.kg ka EJ Etelä- Pohjanmaa E-05 Keski-Suomi E E-05 Pohjois-Savo E Pohjois-Karjala E Kainuu E-06 Pohjois- Pohjanmaa E E-05 Lappi E-05 Yhteensä Koko Suomi Peltobiomassojen käytön lisääminen energiantuotannossa on voimakkaasti poliittinen asia. Maa- ja metsätalousministeriön työryhmä esitti vuonna 2007 kansalliseksi tavoitteeksi, että ruokohelpeä viljeltäisiin ha alalla. Ruokohelpeä voidaan viljellä myös sellaisilla alueilla, joilla viljan viljely ei ole taloudellisesti kannattavaa. (Pahkala et al. 2009).4 Jätebiomassat (puu) ja muovit EU:n jätehierarkian mukaisesti jätteen synty pitäisi ensisijaisesti pyrkiä estämään. Jos jätteen syntyä ei voida ehkäistä, tulisi sen olla sellaista, että se pystytään hyödyntämään materiaalina. Jos jätettä ei pystytä hyödyntämään materiaalina, tulisi se hyödyntää energiana. Viimeisenä jätehierarkiassa on jätteen loppusijoitus kaatopaikalle. Vuonna 200 Suomessa kaatopaikalle meni noin 2.2 miljoonaa tonnia biohajoavaa jätettä. Yli puolet oli yhdyskuntajätettä ja noin 0.8 milj. tonnia teollisuusjätettä. Yhdyskuntajätettä poltettiin 8 prosenttia eli noin 0.2 milj. tonnia vuodessa. Potentiaali lisätä orgaanisen jätteen määrää energiantuotannossa on arvioitu olevan 6 TWh. (Rintala 2007) Mahdollinen pelkistinainepotentiaali on myös muovin käytössä. Useissa maissa muovin kierrätykseen on panostettu huomattavasti. Erityisen hyvin muovien kierrätys on saatu toimimaan Japanissa, jossa jopa 7% 9.9 miljoonan tonnin muovituotannosta saatiin hyödynnettyä vuonna 2007 (Punkkinen et al. 2011). Muovia voidaan käyttää mm. osana kivihiiliseosta tai injektoituna masuuniin suoraan. Esimerkkejä muovin käytöstä pelkistimenä voidaan löytää mm. Itävallasta VoestAlpinen tehtaalta (Plastics Europe 2009) ja Japanista (Asanuma et al. 2000). Maailmanlaajuisesti muoveja tuotettiin 20 miljoonaa tonnia vuonna Euroopan tuotanto oli noin 55 miljoonaa tonnia ja erilaisiin käyttötarkoituksiin hankittiin edelleen noin 45 miljoonaa tonnia muoveja. Suomessa yhdyskunnista peräisin olevia muovijätteitä syntyi noin tonnia vuonna 2007 (Punkkinen et al. 2011). Muovien käyttö pelkistinaineena perustuu siihen, että muovin kemiallinen energia saadaan paremmin talteen kuin suorassa poltossa. Muoveja on erilaisia laatuja, jotka vaikuttavat sen käyttöön. Suurin osa yhdyskunnissa syntyvästä muovista päätyy Suomessa kaatopaikalle (

20 tonnia). Ainoastaan noin tonnia päätyy kierrätykseen ja energiahyötykäyttöön noin (Punkkinen et al. 2011).5 Turve Suomi on maailman suurin turpeen tuottaja. Teknisesti soveltuvaa pinta-alaa turpeen tuotantoon Suomessa on runsaat 1.2 miljoonaa hehtaaria, joka sisältää TWh energiaa. Turve luokitellaan Suomessa hitaasti uusiutuvaksi biopolttoaineeksi IPCC: n luokitellessa sen omaksi polttoaineluokakseen. Turpeen polton CO 2 -päästöt sisällytetään kansallisiin päästöihin. (Leinonen 2010) Turpeen pääasiallinen käyttö on siis energiantuotannossa. Turpeen käyttö viime vuosina on ollut TWh, joka on noin 6 7% Suomen primäärienergian tuotannosta. Turve on kaikkea muuta kuin ympäristöystävällinen polttoaine. Turpeen energiakäyttö aiheuttaa kivihiilen luokkaa olevan kasvihuonevaikutuksen sadan vuoden tarkastelujaksolla. Verrattuna fossiilisiin polttoaineisiin turpeen energiakäytöllä on monia etuja: kotimaisuus, huoltovarmuus, työllisyyden parantuminen. (Leinonen 2010) 20

21 4. BIOMASSA POTENTIAALI 4.1 Metsien hakkuupotentiaali Kuten jo aikaisemmissa kappaleissa on mainittu, metsähakkeelle on esitetty erilaisia hyödyntämispotentiaaleja, joissa teoreettisen potentiaalin lisäksi on otettu huomioon erilaisia rajoitteita puu raaka-aineen käytölle. Tässä kappaleessa esitetään ensin yleisellä tasolla Suomen kestävän metsän käytön potentiaali ja erilaisten käyttöskenaarioiden johtaminen metsävaroista. Hakkuutähteet muodostavat merkittävän osan Suomen metsähakkeen raaka-aineesta, jolloin sen määrä on melko lailla suoraan verrannollinen ainespuuhakkuihin. Suomen metsien hakkuupotentiaalia ovat arvioineet esimerkiksi Nuutinen et al. (2007). Heidän arvionsa mukaan suurin kestävä hakkuupotentiaali on miljoonaa kuutiota vuodessa. Suomessa hakkuukertymä on vaihdellut luvulla noin miljoonan kuutiometrin välillä (Ylitalo 2011). Myös Metsätilastollisessa vuosikirjassa esitetään hakkuumahdollisuusarviot metsäkeskuksittain (Ylitalo 2011), jotka perustuvat valtakunnan metsien 10. Inventoinnin aineistoihin (vuosilta ). Taulukossa 5 on esitetty aineiston pohjalta hakkuumahto eli metsänhoitosuositusten mukaan hakattavissa oleva ainespuun määrä. Tämän lisäksi taulukossa esitetään kaksi hakkuumahdollisuusarvioita ja keskimäärin vuosina toteutunut ainespuun hakkuukertymä. Hakkuumahto tarkoittaa suurinta mahdollista määrää, joka metsistä voitaisiin ottaa ja se ei ota huomioon taloudellista kannattavuutta. Kaksi hakkuumahdollisuusarviota, jotka esitetään Metsätilastollisessa vuosikirjassa 2011, ovat nettotulojen nykyarvon maksimoiva hakkuukertymä ja suurin kestävä hakkuukertymä. Ensimmäisessä hakkuupotentiaaliarviossa hakkuukertymä on viiden prosentin tuottovaatimuksella kannattavasti korjattavissa oleva ainespuun määrä. Potentiaalissa ei oteta huomioon puuhuollon kestävyys- tai tasaisuusrajoitteita. Suurimman kestävän hakkuukertymän arviossa maksimoidaan nettotulojen nykyarvoa neljän prosentin tuottovaatimuksella siten, että hakkuukertymät ja metsästä saatavat nettotulot ovat jatkuvasti vähintään edellisen kymmenvuotiskauden tasolla, tukkikertymät vähintään ensimmäisen kymmenvuotiskauden tasolla ja puuston tuottoarvo on laskelmakauden lopussa vähintään samansuuruinen kuin laskelmakauden alussa. Tarkemmat tiedot laskennassa esitetyille hakkuukertymille on löydettävissä esim. Nuutinen et al. (2007) raportista. Seitsemän metsäkeskuksen alueella nettotulojen nykyarvon maksimoiva hakkuukertymä on 48.7 miljoonaa kuutiometriä vuodessa ja suurin kestävä hakkuukertymä 8. miljoonaa kuutiometriä. Vuosina toteutunut hakkuukertymä keskimäärin on ollut näiden metsäkeskusten alueella noin 0.0 miljoonaa kuutiometriä. Näin ollen keskimääräinen hakkuukertymä on ollut noin 78.% kestävästä hakkukertymästä. 21

22 Seitsemän metsäkeskuksen hakkuumahdollisuusarviot perustuen Metsätilastolliseen vuosikirjaan (Ylitalo 2011). Hakkuumahto Mänty Kuusi Nettotulojen nykyarvon maksimoiva hakkuukertymä Lehtipuut Lehti- Yht. Mänty Kuusi puut Yht. Mänty Kuusi Suurin kestävä hakkuukertymä Toteutunut vuotuinen hakkuukertymä keskimäärin Lehtipuut Yht. Mänty Kuusi Koko maa Etelä- Pohjanmaa Keski- Suomi Pohjois- Savo Pohjois- Karjala Kainuu Pohjois- Pohjanmaa Lappi Yhteensä 7 mk: ta Lehtipuut Yht. 4.2 Metsähakepotentiaali Suomessa Energiapuulla tarkoitetaan energiantuotantoon ohjautuvaa puuta. Energiapuu sisältää hyvin monenlaisia osia puusta, mutta koska kuiduttavan ja mekaanisen puunjalostusteollisuuden puustamaksukyky on parempi verrattuna sähkön- ja lämmöntuotannon puustamaksukykyyn, ainespuumittaista puuta ei juuri mene energiantuotantokäyttöön (Laitila et al. 2008). Laitila et al. (2008) toteavat, että puun energiakäyttöä rajoittaa markkinoilla olevan puun saatavuus. Puunjalostusteollisuuden sivutuotteet hyödynnetään jo täysimääräisesti, joten energiantuotantoon lisää puuta on käytännössä mahdollista hankkia ainoastaan kasvattamalla metsähakkeen tuotantoa. Metsähaketta voidaan tuottaa erilaisista jakeista ja myös saatavilla olevat arviot vaihtelevat sen mukaan mitkä kaikki jakeet on otettu huomioon laskelmia tehtäessä. Metsähakkeen raaka-aine on sellaista, joka ei sovellu puuta jalostavan teollisuuden tarpeisiin. Näitä ovat esim. nuorten metsien kunnostuskohteilta korjattava pieniläpimittainen kokopuu tai karsittu ranka, ainespuun korjuun yhteydessä metsään jäävä hukkarunkopuu ja latvusbiomassa sekä päätehakkuukohteilta korjattavissa oleva kanto- ja juuripuu. (Laitila et al. 2008) Metsähakepotentiaalin laskennan perusoletukset Hakkuutähteen ja kantojen teoreettisia ja teknis-ekologisia potentiaaleja metsähakkeen tuotannossa laskettaessa käytetään samankaltaisia oletuksia ja laskentatapoja läpi kaikkien tutkimuksien. Laskenta perustuu ainespuuhakkuisiin, joista metsäenergiaa oletetaan korjattavan päätehakkuilta. Kärhä et al. (2010) arvostelevat hieman tätä näkemystä, sillä tulevaisuudessa energiapuun korjuu voi olla monimuotoisempaa kuin nykyään. Yleensä oletetaan päätehakkuiden muodostavan noin 70% ainespuuhakkuista lopun ollessa harvennushakkuita. Monessa tutkimuksessa on kantojen korjaamisen osalta arvioitu ainoastaan kuusen kantoja, mutta myös koivun ja männyn kantoja saatetaan tulevaisuudessa käyttää enenevissä määrin energiantuotannossa. Kantojen ja hakkuutähteen potentiaali riippuu siis hyvin suuresti ainepuuhakkuiden määrästä. Hakkuutähteen ja kantojen määrän laskennassa 22

23 käytetään kertoimia, jotka on aikanaan johdettu erikseen Etelä-Suomen (Ahvenanmaa, Rannikko, Lounais-Suomi, Häme-Uusimaa, Kaakkois-Suomi, Pirkanmaa, Etelä-Savo, Etelä-Pohjanmaa, Keski-Suomi, Pohjois-Savo ja Pohjois-Karjala) ja Pohjois-Suomen metsäkeskuksille (Kainuu, Pohjois- Pohjanmaa, Lappi). Taulukossa 5 ja yhtälöillä (1)-(4) on havainnollistettu, miten voidaan karkealla tasolla arvioida kantojen ja hakkuutähteen teoreettisia ja teknis-ekologisia määriä metsäkeskuksittain. Hakkuutähteestä valmistettavan metsähakkeen teoreettinen määrä X1 voidaan laskea yhtälön (1) avulla. Yhtälössä tarvitaan tieto männyn, kuusen ja koivun ainespuumääristä päätehakkuiden osuudesta teoreettinen potentiaali Y1 (2)., saantokertoimet hakkuutähteelle n i n Etelä ja n Pohjoinen ja arvio. Samalla tavoin voidaan laskea kantojen X1 Y1 10 i1 1 i11 10 i1 1 i11 ( ( ( ( mänty mänty i Etelä mänty mänty i Pohjoinen mänty i mänty i mänty Etelä kuusi kuusi i Etelä mänty Pohjoinen kuusi kuusi i Pohjoinen kuusi i kuusi i kuusi Etelä koivu i kuusi Pohjoinen koivu i koivu Etelö koivu i ) koivu Etelä koivu i koivu Pohjoinen ) ) koivu Pohjoinen ) (1) (2) Teknis-ekologisessa potentiaalissa tulee rajoituksia saannoissa, ekologisesti kestävästi korjattavissa määrissä ja hakkuutähteen X2 ja kantojen Y2 energiaksi myyntihalukkuudessa () ja (4). X 2 10 i1 1 i11 ( ( i i mänty mänty i Etelä mänty mänty i Pohjoinen kuusi kuusi i Etelä kuusi kuusi i Pohjoinen koivu i koivu Etelö koivu i ) koivu Pohjoinen ) () 10 mänty mänty kuusi kuusi koivu koivu i( i Etelä i Etelä i Etelä ) i1 Y 2 1 (4) mänty mänty kuusi kuusi koivu koivu i( i Pohjoinen i Pohjoinen i Pohjoinen) i11 2

24 Yhtälöissä käytettyjen merkkien selitykset. mänty i kuusi i koivun i mänty Etelä kuusi Etelä koivu Etelä Kuusen ainespuuhakkuu metsäkeskuksessa i (m Koivun ainespuuhakkuu metsäkeskuksessa i (m M etsähakkeen saantokerroin hakkuutähteestä (m /m M etsähakkeen saantokerroin hakkuutähteestä (m /m M etsähakkeen saantokerroin hakkuutähteestä (m /m M etsähakkeen saantokerroin kannosta (m /m M etsähakkeen saantokerroin kannosta (m /m M etsähakkeen saantokerroin kannosta (m /m hakkuutähteen talteensaanto ekologinen rajoite hakkuutähteelle metsäkeskuksessa i i hakkuutähteen myyntihalukkuus mäntykantojen talteensaanto mänty Pohjoinen kuusi Pohjoinen koivu Pohjoinen mänty Etelä kuusi Etelä koivu Etelä mänty Pohjoinen kuusi Pohjoinen koivu Pohjoinen kuusi - Männyn ainespuuhakkuu metsäkeskuksessa männylle Etelä - Suomen metsäkeskuksissa i kuuselle Etelä - Suomen metsäkeskuksissa i koivulle Etelä - Suomen metsäkeskuksissa i M etsähakkeen saantokerroin hakkuutähteestä (m /m männylle Pohjois - Suomen metsäkeskuksissa i M etsähakkeen saantokerroin hakkuutähteestä (m /m kuuselle Pohjois - Suomen metsäkeskuksissa i M etsähakkeen saantokerroin hakkuutähteestä (m /m koivulle Pohjois - Suomen metsäkeskuksissa i männylle Etelä - Suomen metsäkeskuksissa i kuusellelle Etelä - Suomen metsäkeskuksissa i koivulle Etelä - Suomen metsäkeskuksissa i M etsähakkeen saantokerroin kannosta (m /m männylle Pohjois - Suomen metsäkeskuksissa i M etsähakkeen saantokerroin kannosta (m /m kuuselle Pohjois - Suomen metsäkeskuksissa i M etsähakkeen saantokerroin kannosta (m /m koivulle Pohjois - Suomen metsäkeskuksissa i ja koivukantojen talteensaanto ekologinen rajoite kannoille metsäkeskuksessa i i kantojen myyntihalukkuus i (m ) ) ) ainespuu) ainespuu) ainespuu) ainespuu) ainespuu) ainespuu) ainespuu) ainespuu) ainespuu) ainespuu) ainespuu) ainespuu) 24

25 Pienpuun teoreettisen ja teknis-ekologisen potentiaalin laskeminen eroaa jonkin verran hakkuutähde- ja kantopotentiaalien laskennasta, koska se ei ole suoraan sidottu ainespuuhakkuisiin. Niiden laskennassa käytettyihin oletuksiin palataan, kappaleessa 4., jossa tarkastellaan metsähakepotentiaalia tarkemmin Raahea lähinnä olevien metsäkeskusten osalta. Metsähakkeen teknis-taloudellinen potentiaali on myös monimutkaisempi laskettava, koska siihen vaikuttaa hyvin moni tekijä. Esimerkiksi Kärhä et al. (2010) laskivat jokaiselle teknis-ekologisen potentiaalin metsähake-erälle tuotantokustannukset, mukaan lukien mahdolliset tuotantotuet ja niitä verrattiin energialaitoksen puustamaksukykyyn. Jokaisella laitoksella on oma vertailupolttoaineensa, johon metsähakkeen hintaa verrataan. Yleisimmin se on turve Suomen metsähakepotentialien laskenta Tässä kappaleessa esitetään metsäkeskuksittainen teoreettinen ja teknisekologinen metsähakepotentiaali. Käytettävä laskentamenetelmä hakkuutähteen ja kantojen osalta (kuusi, mänty ja lehtipuu) pohjautuu yhtälöiden (1)-(4) käyttämiseen. Pienpuupotentiaalit otetaan suoraan Kärhän et al. (2010) tekemästä selvityksestä. Kuten jo useaan kertaan on todettu, on hakkuutähteen ja kantojen määrä riippuvainen ainespuuhakkuista. Ainespuuhakkuut taas riippuvat mm. metsäteollisuuden tuotantotasosta. Tehtäessä arviota saatavilla olevista hakkuutähteistä ja kannoista, tarvitaan arvio kotimaan markkinahakkuista. Esimerkiksi Maidell et al. (2008) ovat käyttäneet arviona vuoden 2006 toteutuneita tukkipuukertymiä. Kärhä et al. (2010) ovat luoneet vuodelle 2020 kolme erilaista metsäteollisuuden tuotanto ja puun tarjontaskenaariota perus-, minimi- ja maksimiskenaario (taulukko 7). Huomioon otettiin mm, miten puun tuonti Venäjältä kehittyy ja miten Suomen metsäteollisuuden rakenne tulee muuttumaan. Taulukossa on myös vuoden 2007 toteutuneet luvut. Metsäteollisuuden tuotanto ja puun tarjonta (Kärhä 2010) Perusskenaario Minimiskenaario Maksimiskenaario Puun kokonaistarjonta Kotimaan markkinahakkuut, milj. m Puun tuonti, milj. m Metsäteollisuuden tuotanto - Havusahatavara, milj. m Vaneri ja levyteollisuus, milj. m Massan valmistus, milj. t Puun kokonaiskysyntä, milj. m Tässä tarkastelussa käytetään hyväksi arvioita perusskenaarion ja maksimiskenaarion kotimaan markkinahakkuiden määristä. Minimiskenaarion oletuksena on se, että mm. massateollisuus vähenisi huomattavasti. Sitä ei tässä tarkastelussa oteta huomioon. Raportissa Kärhä et al. (2010) arvioivat metsäkeskuksittaisia markkinahakkuita perustuen: valtakunnan metsien inventoinnin (VM10) 25

26 suurimman kestävän hakkuumahdollisuuksien MELA-laskelmaan ja Metsäteho Oy:n isoimpien osakkaiden vuosien 2006 ja 2007 leimikkoaineistojen puutavaralajirakenteisiin. Taulukossa 8 on esitetty metsäkeskuksittaiset ainespuuhakkuut, jota käytetään perusdatana tässä tarkastelussa. Koska Kärhä et al. (2010) eivät ole eritelleet mänty, kuusi ja koivuhakkuiden osuutta, oletetaan niiden jakaantuneen vuoden 2007 tapaan (Peltola 2008) Ainespuuhakkuut metsäkeskuksittain laadituissa skenaarioissa (Kärhä 2010) Perusskenaario Ainespuuhakkuut, m Minimiskenaario Maksimiskenaario 0 Ahvenanmaa Rannikko Etelärannikko Pohjanmaa Lounais-Suomi Häme-Uusimaa Kaakkois-Suomi Pirkanmaa Etelä-Savo Etelä-Pohjanmaa Keski-Suomi Pohjois-Savo Pohjois-Karjala Kainuu Pohjois-Pohjanmaa Lappi Yhteensä Teoreettista potentiaalia laskettaessa oletetaan kantoja ja hakkuutähdettä kerättävän päätehakkuilta, joiden osuus oletetaan olevan metsäkeskuksessa (Kallio et al. 2011). Taulukossa 9 on esitetty saantokertoimet (m hakkuutähdettä/m runkopuuta), joilla lasketaan hakkuutähteen saanto eri puulajeille Etelä-Suomen ja Pohjois-Suomen metsäkeskuksissa (Ranta 2002, Helynen 2007). Saantokertoimien suuruus vaikuttaa jo sinällään varsin paljon hakkuutähteen määrän laskennassa. Esimerkiksi Kärhä et al. (2010) ovat käyttäneet hieman erilaisia kertoimia. =70% jokaisessa Hakkutähteen teoreettisen potentiaalin laskennassa käytetyt saantokertoimet (Ranta 2002, Helynen et al. 2007). Etelä-Suomen metsäkeskukset Pohjois-Suomen metsäkeskukset mänty Etelä Mänty Kuusi Koivu = 0.21 mänty Pohjoinen= 0.28 kuusi Etelä = 0.44 koivu Etelä = 0.21 kuusi koivu Pohjoinen= 0.68 Pohjoinen= 0.6 Kantopotentiaalia lasketaan käyttämällä samankaltaisia saantokertoimia. Yleensä kantopotentiaaleihin on laskettu ainoastaan kuusen kannot, koska ne on helpompi irrottaa maasta. Kärhä et al. (2010) ovat kuitenkin esittäneet saantokertoimet myös kuusen ja koivun kannoille (taulukko 10). 26

27 Kantojen teoreettisen potentiaalin laskennassa käytetyt saantokertoimet (Kärhä et al. 2010). Etelä-Suomen metsäkeskukset Pohjois-Suomen metsäkeskukset mänty Etelä Mänty Kuusi Koivu = 0.1 mänty Pohjoinen= 0.40 kuusi Etelä = 0.28 kuusi Pohjoinen= 0.2 koivu Etelä = 0.1 koivu Pohjoinen= 0.5 Kuviossa 11 on esitetty metsähakkeen teoreettinen potentiaali Suomen metsäkeskuksissa perustuen: Kärhän et al. (2010) maksimiskenaarioon ainespuuhakkuista, Taulukkojen 9 ja 10 saantopotentiaaleihin ja teoreettiseen pienpuupotentiaaliin (LIITE 1), joka on otettu suoraan lähteestä Kärhä et al. Tämän laskelman mukaisesti teoreettinen metsähakepotentiaali 67.9 miljoona kuution markkinahakkuilla olisi 57.2 miljoonaa kuutiota. Perusskenaariossa eli 56.6 miljoonan kuution markkinahakkuilla teoreettinen potentiaali olisi 52.1 miljoonaa kuutiota. Tarkemmin teoreettiset potentiaalit on esitetty liitteissä 2-. Teoreettinen potentiaali 2020 (1000 m ) Kuvio 11. Teoreettinen metsähakepotentiaali Suomen metsäkeskuksissa vuonna 2020 markkinahakkuilla 67.9 milj. m (perustuen suurelta osin lähteeseen Kärhä et al. 2010). Hakkuutähteen teknis-ekologisessa potentiaalissa otetaan huomioon metsästä teknisesti saatavissa oleva määrä kertoimella, joka on jokaiselle metsäkeskukselle 0.70 eli 70 prosenttia teoreettisesta hakkuutähdemäärästä on teknisesti korjattavissa (talteensaantoprosentti). Tämän lisäksi hyvään metsänhoitoon kuuluu se, että osa hakkuutähteestä jätetään ravitsemaan 27

28 maaperää. Tätä kuvataan ekologisella rajoitteella, joka kuvaa ekologisesti saatavilla olevaa hakkuutähdemäärää (korjuukohteen valinta). Kärhän et al. (2010) mukaan nämä kertoimet vaihtelevat välillä eri metsäkeskuksissa. Tämän lisäksi on vielä otettava huomioon hakkuutähteen tarjontahalukkuus, joka on oletettu olevan 0.90 kaikille metsänomistajaryhmille. Kantojen teknis-ekologisen potentiaalin laskenta seuraa samoja periaatteita kuin hakkuutähteen potentiaalin laskenta. Talteensaantoprosentti mäntykannoilla on 85% ja kuusi- ja lehtipuukannoilla vaihtelee metsäkeskuksittain 82 88%:n välillä ja kantojen tarjontahalukkuus 0.70 kaikille metsänomistajaryhmille. Pienpuun teknis-ekologista laskentaa ei ole tehty tässä yhteydessä, vaan on käytetty suoraan Kärhän et al. (2010) esittämiä arvoja. Talteensaantoprosentti pienpuulla on oletettu 95%, energiapuun korjuuseen sopivia kohteita oletettiin olevan 57 89% metsäkeskuksittain ja pienpuun tarjontahalukkuus vaihteli 80 91%:n välillä. Kuviossa 12 on esitetty metsähakkeen teknis-ekologinen hankintapotentiaali Suomen metsäkeskuksissa vuonna 2020 perustuen 67.9 milj. m markkinahakkuisiin. Liitteissä 4-5 on esitetty tarkemmin perus- ja maksimiskenaarioiden teknis-ekologiset hankintapotentiaalit. i = 90%. Korjuukelpoisuus i Teknis-ekologinen potentiaali 2020 (1000 m ) Kuvio 12. Teknis-ekologinen metsähakepotentiaali Suomen metsäkeskuksissa vuonna 2020 markkinahakkuilla 67.9 milj. m (perustuen suurelta osin lähteeseen Kärhä et al. 2010). Perusskenaariossa metsähakepotentiaali on 20.5 milj. m ja maksimiskenaariossa 2.0 milj. m. Kuviossa 1 on esitetty pylväsdiagrammein metsähakkeen teknis- 28

29 Metsähakkeen saatavuus ja käyttö (1000 m) ekologinen hankintapotentiaali perustuen yllä esitettyihin laskentaperusteisiin markkinahakkuiden ollessa 67.9 milj. m. Kuviossa esitetään myös teknistaloudellinen hankintapotentiaali (Kärhä et al. 2010) ja arvioitu tekninen potentiaali energialaitoksissa hyödynnettävästä metsähakkeesta. Teknistaloudellinen potentiaali perustuu jokaiselle tarkastelussa olleelle energialaitokselle määriteltyyn vertailupolttoaineeseen ja metsähakkeesta maksukykyyn. Päästöoikeuden hintana käytettiin 0 /t CO 2 ja oletuksia tehtiin myös energiantuotannon kanssa kilpailevan raaka-ainekäytön osalta. Laskenta perustui optimointimalliin, jossa tuottajan voitto maksimoitiin ja puupolttoaineerät toimitettiin eniten maksavalle käyttäjälle (Kärhä et al. 2010). Tarkemmat oletukset ovat löydettävissä Kärhän et al. raportista: Kiinteiden puupolttoaineiden saatavuus ja käyttö vuonna Käyttö energiantuotannossa perustuu arvioituun energialaitoskapasiteettiin. 000 Hakkuutähteet Pienpuu Teknis-taloudellinen saatavuus Kannot Käyttö energiantuotannossa Kuvio 1. Metsähakkeen teknis-ekologinen ja teknis-taloudellinen saatavuus ja arvioitu käyttö vuonna 2020 (data perustuen Kärhä et al. 2010). Yllä olevasta tarkastelusta voidaan havaita, että metsähakkeen osalta on olemassa teknis-ekologinen potentiaali lisätä sen käyttöä niin energiantuotannossa kuin mahdollisesti muissakin käyttökohteissa, kuten pelkistinainekäytössä. Tarkasteltaessa teknis-taloudellista metsähakepotentiaalia energiantuotannon kannalta voidaan todeta, että se on huomattavan paljon pienempi, jopa varsin korkealla CO 2 päästöoikeuden hinnalla. Kuviosta 1 voidaan edelleen havaita, että suurimmat metsäkeskuksittaiset teknis-ekologiset metsähakepotentiaalit ovat niissä metsäkeskuksissa, jotka ovat lähinnä mahdollista tulevaisuuden suurkäyttäjää Raahessa (Lapin, Pohjois-Pohjanmaan, Pohjois-Savon ja Kainuun metsäkeskukset). Koska metsähakepotentiaalin laskenta sisältää useampia epävarmoja tekijöitä, tarkastellaan seuraavassa useammassa tutkimuksessa esitettyjä arvioita metsähakepotentiaalista seitsemän metsäkeskuksen alueella, jotka ovat lähinnä Ruukin Raahen terästehdasta. 29

30 4. Metsähakepotentiaali seitsemän metsäkeskuksen alueella eri tutkimusten mukaan 4..1 Metsähakepotentiaali Laitilan et al. (2008) mukaan Laitila et al ovat arvioineet metsähakkeen määrää perustuen valtakunnalliseen metsien inventointiin (VMI) ja markkinahakkuutilastoihin. Saatavuuden osalta mukana olivat nuorten metsien harvennuksilta korjattava energiapuu ja päätehakkuukohteille ainespuun korjuun yhteydessä jäävä havupuiden latvusmassa ja kuusen kantobiomassa. Nuorten metsien energiapuu oletettiin korjattavan oksineen ns. kokopuumenetelmällä. Ainespuuharvennusten latvusmassa ja kantopuu rajattiin kertymätarkastelun ulkopuolelle, samoin kuin päätehakkuiden männyn kannot, koska nykyinen korjuuteknologia ei mahdollista niiden laajamittaista talteenottoa osana ainespuun hankintaa tai metsänuudistamista. Tutkimuksessa nuorten metsien energiapuukertymät perustuivat VMI 8 ja 9 metsäkeskuskohtaisiin koealatietoihin sekä monilähdeinventoinnin kuntakohtaisiin tietoihin. Koealatietoihin lisättiin biomassayhtälöiden avulla oksamassan määrä. Päätehakkuilta kertyvä latvusmassa ja kantojen kertymä on sidoksissa teollisuuden puunkäyttöön. Lähtötietona on käytetty toteutuneita metsäkeskuskohtaisia markkinahakkuumääriä vuodelta Latvusten, oksien, runkohukkapuun ja kantojen osuus suhteessa korjattuun ainespuumäärään arvioitiin taulukon 11 kertoimien avulla. Kantobiomassaan otettiin huomioon ainoastaan kuusen kannot ja oletuksena oli, että 65% kuusikoiden päätehakkuista on sopivia latvusmassan ja kantojen korjuukohteiksi. (Laitila et al. 2008) Latvusmassahakkeen ja kantobiomassan kertymät suhteessa ainespuumäärään ja korjuun talteensaantoprosentit (Laitila et al. 2008). Latvusmassa Etelä-Suomessa, % per kuusi ainespuu-m 44% Latvusmassa Pohjois-Suomessa, % per kuusi ainespuu-m 68% Latvusmassa Etelä-Suomessa, % per mänty ainespuu-m 21% Latvusmassa Pohjois-Suomessa, % per mänty ainespuu-m 28% Latvusmassan talteensaanto-% työmaalla 70% Kantobiomassa, % per kuusi ainespuu-m 28% Kantobiomassan talteensaanto-% työmaalla 95% Laitilan et al. (2008) laskelmien mukaan päätehakkuiden latvusmassa sekä kantobiomassan korjuupotentiaali vuoden 2004 tiedoilla oli 6.5 miljoonaa kiintokuutiometriä havupuiden latvusmassaa ja 2.5 miljoonaa kiintokuutiometriä kuusen kantobiomassaa. Nuorten metsien energiapuupotentiaali oli 6.9 miljoonaa kiintokuutiometriä. Eli yhteensä energiapuupotentiaali olisi koko Suomessa 15.9 miljoonaa kiintokuutiometriä, joka vastaa noin 2 TWh: n energiamäärää. Seitsemän metsäkeskuksen alueella energiapuupotentiaali Laitilan et al. (2008) laskettuna olisi noin 8.4 miljoonaa kuutiometriä vuodessa (kuvio 14). Energiapuupotentiaalit ovat ns. teknisiä korjuupotentiaaleja. Laitilan et al. (2008) mukaan kertymien hyödynnettävyyttä rajoittavat teollisuuden ainespuun korjuumäärien suhdannevaihtelut, metsänomistajien halukkuus luovuttaa hakkuutähteitä ja kantoja, nuorten metsien energiapuun tulo markkinoille, sekä nuorten metsien harvennuspuun korjuutukien määrä ja rahoitusehdot. 0

31 Tekninen korjuupotentiaali milj. m/vuosi Kuvio 14. Seitsemän metsäkeskuksen tekninen korjuupotentiaali perustuen Laitila et al. (2008) laskelmiin. Pienpuuhake on kallista verrattuna hakkuutähdehakkeeseen, koska puut joudutaan kaatamaan. Hakkuutähteen keskimääräinen korjuukustannus tienvarressa organisaatiokustannukset huomioiden on irtonaisella hakkuutähteellä 7 /m ja paalatulla hakkuutähteellä 12 e/m. Kantojen korjuukustannus tienvarteen toimitettuna on noin 1 /m ja pienpuun 18 /m. Pienpuuhakkeelle maksetaan kuitenkin korjuutukea (Kemera). (Laitila et al. 2008) 4..2 Metsähakepotentiaali Maidellin et al. (2008) mukaan Maidell et al. (2008) Pellervon taloudellisesta tutkimuslaitoksesta (PTT) ovat myös laatineet arvion metsäenergiapotentiaalista Suomen maakunnissa. Tutkimuksessa tarkasteltiin metsäenergiapotentiaalia kolmella eri tasolla: teoreettisella, teknis-taloudellisella ja tarjontahalukkuuteen perustuvalla tasolla. Samantapaisesti kuin Laitilan et al. (2008) tutkimuksessa, raaka-aineen metsähakkeelle muodostaa PTT: n tutkimuksessa 1) hakkuutähde, 2) pienpuu ja ) kantopotentiaali. Teoreettisella tasolla ei ole olemassa teknisiä, taloudellisia tai ekologisia rajoitteita. Kaikki kohteet ovat siten sopivia energiapuun korjuuseen. Tekninen saanto sekä metsänomistajien tarjontahalukkuus ovat 100%. Teknistaloudellisella tasolla korjuupotentiaalia on supistettu teknisten ja taloudellisten rajoitteiden mukaisesti. Tarjontahalukkuuden mukainen taso tarkoittaa potentiaalia, jossa teknis-taloudellista potentiaalia on supistettu metsänomistajien energiapuun tarjontahalukkuuden mukaisesti. (Maidell et al. 2008) Hakkuutähdepotentiaalien pohjana on käytetty vuoden 2006 toteutuneita markkinahakkuiden tukkipuukertymiä. Energiapuupotentiaali laskettiin tukkipuukertymistä käyttämällä kertoimia, jotka on esitetty taulukossa 12. Kertoimet sisältävät oksien ja neulasten biomassan sekä alle ainespuumittainen ja siksi metsään jäävä hukkarunkopuumassa. 1

32 Energiapuukertymä (m ) suhteessa päätehakkuissa hakattuun tukkipuukuutiometriin (Maidell et al. 2008). Mänty Kuusi Lehtipuut Etelä-Suomi Pohjois-Suomi Koko Suomen osalta teoreettiseksi hakkuutähdepotentiaaliksi saatiin 8.2 miljoonaa kuutiometriä. Teknis-taloudellista potentiaalia arvioitiin kirjallisuudesta löytyvien lukujen avulla. Kirjoittajat päätyivät käyttämään teknis-taloudellisena potentiaalina 40% teoreettisesta potentiaalista, jolloin Suomen teknis-taloudellinen hakkuutähdepotentiaali olisi. miljoonaa kuutiometriä. Tarjontahalukkuuteen perustuva hakkuutähdepotentiaali on 2.2 miljoonaa kuutiota. (Maidell et al. 2008) Pienpuupotentiaali koostuu taimikonhoidoista, nuoren metsän kunnostuskohteilta ja ensiharvennuksilta saatavista pieniläpimittaisesta puusta, jota ei kerry kaupallisesti hyödynnettäviä määriä tai, joka ei täytä ainespuun läpimittavaatimuksia. Maidell ym (2008) käyttävät teoreettista pienpuupotentiaalia laskiessaan useiden eri tutkimusten tietoja keskimääräisestä ainepuun kertymästä hehtaaria kohti. Ensiharvennuksilta kerätyn ainespuun perusteella energiapuun kertymäksi saatiin Etelä-Suomessa 29 m /ha ja Pohjois- Suomessa noin 2 m /ha. Taimikonhoidosta saatava pienpuupotentiaali on kokonaisuudessaan.4 miljoonaa kuutiometriä (6.5 TWh). Nuorten metsien kunnostuskohteilta saatava teoreettinen pienpuupotentiaali on koko maassa 4.8 miljoonaa kuutiometriä ja ensiharvennusten pienpuupotentiaali noin 5.2 miljoonaa kuutiometriä. Teoreettinen pienpuupotentiaali Suomessa on siis yhteensä 1.4 miljoonaa kuutiometriä. Teknis-taloudellista potentiaalia laskettaessa taimikoiden osuus jätetään kokonaan pois ja ensiharvennusten sekä kunnostuskohteiden saantoja pienennettiin. Teknis-taloudelliseksi saatiin 6.5 milj. m. Tarjontahalukkuuden mukainen pienpuupotentiaali oli 4. miljoonaa m. (Maidell et al. 2008) Kantopotentiaalia laskettaessa otetaan huomioon ainoastaan päätehakkuut, joilla juurakoiden nosto on mahdollista raskaan kaluston takia. Korjuukelpoinen juurakoiden kuivamassa on noin 2 25% rungon kokonaismassaan verrattuna, kun otetaan huomioon viiden sentin kokoiset ja sitä suuremmat juurenosat. Kantopotentiaali laskettiin perustuen vuoden 2006 markkinahakkuutilastoon tukkipuun osalta. Kaikkien puulajien kuutiomääräiset tukkipuukertymät metsäkeskuksittain laskettiin yhteen ja kertymään sovellettiin kerrointa Teoreettiseksi kantopotentiaaliksi saatiin 5.9 miljoonaa m. Teknis-taloudellista potentiaalia laskettaessa ainoastaan kuusen kannot otettiin huomioon ja näistä kuusen päätehakkuualoista 65% on sopivia kohteita kantojen korjuuseen ja näillä alueilla 95% kannoista on korjattavissa. Teknis-taloudelliseksi potentiaaliksi saatiin 2.2 miljoonaa m. Tarjontahalukkuuden mukainen korjuupotentiaali oli 1.4 miljoonaa m. (Maidell et al. 2008) Tutkimuksessaan Maidell et al. (2008) saivat Suomen teoreettiseksi metsäenergiapotentiaaliksi 27.6 miljoonaa m. Lämpöarvoltaan se vastaa noin 55.1 terawattituntia. Teknis-taloudelliseksi potentiaaliksi (4% teoreettisesta potentiaalista) saatiin 12.0 miljoonaa m (2.5 TWh). Tarjontahalukkuuden mukainen potentiaali oli 7.9 miljoonaa m (29% teoreettisesta potentiaalista, 15.4 TWh). 2

33 Kuviossa 15 on esitetty Maidellin et al. (2008) metsäenergiapotentiaali niiden seitsemän metsäkeskuksen osalta, jotka on oletettu tässä tarkastelussa olevan sopivalla etäisyydellä terästeollisuuden tarpeisiin. Teoreettinen potentiaali on 15.6 miljoonaa m, teknis-taloudellinen potentiaali 6.7 miljoonaa m ja tarjontahalukkuuteen perustuva 4. miljoonaa m. LAPPI Teor: 1.7 Tekn.tal: 0.7 Tarj: 0.4 ETELÄ- POHJANMAA Teor: 1.5 Tekn.tal: 0.7 Tarj: 0.5 KESKI- SUOMI Teor:.0 Tekn.tal: 1. Tarj: 0.9 POHJOIS- POHJANMAA Teor: 2.5 Tekn.tal: 1.2 Tarj: 0.8 KAINUU Teor: 1.8 Tekn.tal: 0.7 Tarj: 0.4 POHJOIS- SAVO Teor:.0 Tekn.tal: 1. Tarj: 0.8 POHJOIS- KARJALA Teor: 2.1 Tekn.tal: 0.8 Tarj: 0.5 Kuvio 15. Seitsemän metsäkeskuksen teoreettiset, teknis-taloudelliset ja tarjontahalukkuuteen perustuvat metsäenergiapotentiaalit (milj. m ) (Maidell et al. 2008). 4.. Metsähakepotentiaali Kärhän et al. (2010) mukaan Metsäteho Oy ja Pöyry Energy Oy ovat toteuttaneet syyskuun 2008 ja marraskuun 2009 välisenä aikana selvityksen puupolttoaineiden lisäysmahdollisuuksista ja sen kustannuksista Suomessa. Taustalla tutkimuksessa on EU:n ja Suomen ilmasto- ja energiapoliittiset linjaukset. Suomen Uusiutuvan energian velvoitepaketissa uusiutuvan energian käyttötavoite on 14 TWh primäärienergiana (loppukulutuksena 124 TWh). Puupolttoaineiden rooli on merkittävä ja vuonna 2008 uusituvan energian primäärikäytöstä (106 TWh) 78% oli tuotettu puupolttoaineilla. Vuonna 2020 Uusiutuvan energian velvoitepaketin mukaan puun energiakäyttö on 100 TWh. (Kärhä et al. 2010) Kärhä ym (2010) toteavat, että aikaisemmissa metsähakepotentiaalilaskennoissa on tehty suhteellisen tiukkoja rajauksia korjuukohteiden korjuuoloista. Mänty- ja lehtipuuvaltaiset päätehakkuut on jätetty kantojen noston osalta laskentojen ulkopuolelle. Samoin sellaiset ensiharvennusleimikot, joista kertyy ainespuuta yli 25 m /ha, on rajattu pienpuun korjuutoiminnan ulkopuolelle. He kuitenkin toteavat, että mikäli tavoitellaan korkeita metsähakkeen tuotanto- ja käyttömääriä, mielenkiinto myös mäntykantojen nostamiseen kasvaa. Metsäteollisuuden ainespuun käyttö,

34 raakapuun tarjonta ja energian tuotantorakenne ovat Kärhän et al. (2010) mukaan vahvasti kytköksissä toisiinsa. Energiantuotanto eri skenaarioissa rakennettiin Pöyry Energy Oy: n Kattilaja voimalaitostietokannan avulla. Perus- ja maksimiskenaariossa primäärienergian kokonaiskulutus oli TWh ja minimiskenaariossa 414 TWh vuonna Sähköntuotanto oli perusskenaariossa 100 TWh ja 104 TWh maksimiskenaariossa. Kaukolämmön tuotanto 6.2 TWh. Minimiskenaariossa sähköntuotanto oli 91 TWh ja kaukolämmöntuotanto 4.8 TWh. (Kärhä 2010) Tutkimuksessa luotiin kolme erilaista potentiaalia metsähakkeen määrälle ja eri skenaarioille. Teoreettinen hankintapotentiaali oli se määrä hakkutähteitä ja kantoja, mikä syntyi päätehakkuualueille ja se määrä pienpuuta, kun nuorten metsien kasvatushakkuut tehtiin ehdotusten mukaisesti ajallaan ja hakkuu tehtiin kokopuuna. Teknis-ekologinen hankintapotentiaali otti huomioon: talteenottoprosentti on alle 100, energiapuunkorjuu tehtiin suositusten mukaisesti, metsänomistajien tarjontahalukkuus, kaikki kuitupuu nuorista metsistä ei mene polttoon. Teknis-taloudellinen potentiaali ottaa huomioon teknis-ekologisten rajoitteiden lisäksi myös metsähakkeen tuotantokustannukset, tuotantotuet, päästöoikeuksien hinta jne. Kuviossa 16 on esitetty hankintapotentiaalien laskennassa käytetyt oletukset. (Kärhä 2010) TEKNIS-EKOLOGISEN POTENTIAALIN LASKENTA TEKNIS-TALOUDELLISEN POTENTIAALIN LASKENTA Talteensaanto < 100% Energiapuun korjuun suositukset Metsähakkeen tuotantokustannukset Tuotantotuet (mm. Kemera) ja syöttötariffi TEOREETTINEN POTENTIAALI TEKNIS-EKOLOGINEN POTENTIAALI TEKNIS-TALOUDELLINEN POTENTIAALI Integroitu korjuu nuorissa metsissä Metsänomistajien tarjontahalukkuus Energialaitosten tekninen käyttöpotentiaali Energialaitosten maksukyky Biojalostamot Vaihtoehtoisten polttoaineiden hinta Päästöoikeuden hinta Kuvio 16. Teoreettinen, teknis-ekologinen ja teknis-taloudellinen potentiaali metsähakkeen hankintapotentiaalin laskennassa (Kärhä et al. 2010). Teoreettinen hankintapotentiaali Kärhän et al. (2010) mukaan Suomessa on TWh ( milj. m ) eri skenaarioissa. Teknis-ekologinen hankintapotentiaali oli 4 50 TWh ( milj. m ). Teknis-taloudellinen hankintapotentiaali metsähakkeen osalta oli TWh ( milj. m ). Seitsemän metsäkeskuksen osalta perusskenaariolle lasketut hankintapotentiaalit on esitetty taulukossa 1 miljoonissa kuutioissa. Taulukosta voidaan nähdä, että teoreettinen metsähakepotentiaali seitsemän metsäkeskuksen alueella vastaa noin 61.5% koko Suomen teoreettisesta potentiaalista. Yksistään 4

35 Pohjois-Pohjanmaan teoreettinen potentiaali vastaa 11.5% potentiaalista. Teknisekologinen potentiaali on noin 41% teoreettisesta potentiaalista Suomen tasolla. Seitsemän metsäkeskuksen alueella teknis-ekologinen potentiaali vastaa Suomen tasoa. Teknis-taloudellinen potentiaali vastaa 25.8% teoreettisesta potentiaalista valtakunnallisella tasolla ja 19.% seitsemän metsäkeskuksen alueella. Seitsemän metsäkeskuksen teoreettinen, teknis-ekologinen ja teknis-taloudellinen hankintapotentiaali perusskenaariossa (Kärhä 2010). Teoreettinen potentiaali (milj. m ) Teknis-ekologinen potentiaali (milj. m ) Teknis-taloudellinen potentiaali (milj. m ) Koko maa Etelä-Pohjanmaa Keski-Suomi Pohjois-Savo Pohjois-Karjala Kainuu Pohjois-Pohjanmaa Lappi Yhteensä 7 mk: ta Lähteessä Kärhä et al. (2010) potentiaalit esitetty energiana (GWh), josta muunnettu käyttämällä likimääräistä notaatiota 1 m = 2 MWh metsähaketta. Teknis-taloudellinen potentiaali on erityisen matala verrattuna teoreettiseen potentiaaliin Kainuussa, Pohjois-Karjalassa, Etelä-Pohjanmaalla ja Lapissa. Tähän vaikuttaa varmasti selkeästi muiden polttoaineiden saatavuus ja mahdollisesti Lapissa ja Kainuussa harvemmassa oleva raaka-aine Pöyry Energian selvitys Pöyry Energia on arvioinut teoreettisen metsätähdepotentiaalin olevan vuonna TWh, joka tarkoittaa noin 8.4 miljoonaa kuutiota, kantopotentiaalin 18.6 TWh eli noin 9. milj. m ja pienpuupotentiaalin 17.2 TWh eli 8.6 milj. m. Arviot on tehty maakuntakohtaisesti, joiden määrä on korkeampi kuin metsäkeskusten, joten suoraa vertailua muiden tutkimusten kanssa ei tehdä tässä yhteydessä. Pöyry Energian (2007) esittämät teoreettiset ja teknis-taloudelliset metsähakepotentiaalit on esitetty liitteissä Yhteenveto metsähakepotentiaalista seitsemän metsäkeskuksen alueella Tässä raportissa on tarkasteltu neljää määrittelyiltään hieman toisistaan poikkeavaa tutkimusta, joissa on arvioitu metsähakkeen erilaisia potentiaalisia määriä (Kärhä et al. 2010, Maidell et al. 2008, Laitila et al ja Pöyry Energia 2007). Muita arvioita metsähakepotentiaaleista ovat esittäneet lisäksi mm. Leino et al. (2007) ja Vasara (2006). Kuviossa 17 on esitetty, miten kolmen eri tutkimuksen teknis-taloudelliset metsähakepotentiaalit eroavat totisistaan seitsemän metsäkeskuksen alueella. Suurimman potentiaalin on esittänyt Laitila et al. (2008) ja pienin hankintapotentiaali on Kärhän et al. (2010) perusskenaariossa. 5

36 milj. m Kärhä ym. (2010) perusskenaario Kärhä ym. (2010) maksimiskenaario Laitila ym. (2008) Maidell ym. (2008) Kuvio 17. Eri tutkimusten mukaiset arviot metsähakkeen teknistaloudellisesta hankintapotentiaalista. Laitilan laskelmissa potentiaalit ovat teknisiä potentiaaleja, kun taas muissa tarkasteluissa on otettu huomioon rajoittavia tekijöitä, kuten taloudellisia tekijöitä. Varteenotettava huomio on se, että Kärhän et al. (2010) teknisekologinen arvio potentiaalista on varsin suuri 1. miljoonaa kuutiota verrattuna Laitilan et al. (2008) arvioon teknisestä potentiaalista (8.4 milj.m ). Tästä voidaan päätellä, että potentiaalien arvioinnissa on hyvin suuria eroavaisuuksia, jotka johtuvat mm. käytetyistä saantokertoimista ja laskentaan mukaan otettavista raaka-ainejakeista. Esimerkiksi männyn- ja kuusen kantoja ei ole monessakaan tutkimuksessa laskettu mukaan potentiaaleihin Puun nykykäytön vertaaminen potentiaaliin Metsähakkeen käyttö on lisääntynyt viime vuosina, kuten myös Suomen uusiutuvan energian toimintasuunnitelmassa on toivottu. Kuviossa 18 on esitetty miten vuosien 2009 ja 2010 metsähakkeen käyttö vertautuu tekniseen potentiaaliin niin Laitilan et al. (2008) kuin Kärhän et al. (2010) arvioinneissa. Laitilan et al. tapauksessa kyse on teknisestä potentiaalista ja Kärhän teknisekologisesta potentiaalista. Vuoden 2009 ja 2010 metsähakkeen käyttöluvut ovat lämpö- ja voimalaitosten käyttölukuja. Tämän lisäksi pientalojen käyttö oli seitsemän metsäkeskuksen alueella hieman alle 0.4 miljoonaa kuutiometriä (Ylitalo 2010, Ylitalo 2011). 6

37 Milj. m Käyttö 2009 Käyttö 2010 Laitila ym. (2008) Kärhä ym. (2010) Kuvio 18. Metsähakkeen käyttö vuonna 2009 ja 2010 (Ylitalo 2010 ja 2011) verrattuna tekniseen (Laitila et al. 2008) ja teknis-ekologiseen potentiaaliin (Kärhä et al. 2010). Vuonna 2010 metsähakkeen käyttö nousi Suomessa 6.9 miljoonaan kuutioon sisältäen pientalojen käytön vuoden miljoonan kuutiometrin luvusta (Ylitalo 2011). Metsähakkeen käyttö ei kuitenkaan kasvanut kaikissa metsäkeskuksissa. Esimerkiksi Lapissa ja Pohjois-Pohjanmaalla energialaitosten käyttämän metsähakkeen määrä laski. 4.4 Peltobiomassa potentiaali Suomessa on noin hehtaaria peltoviljelyalaa käytettävissä energiakasvien tuotantoon. Tällä hetkellä tuosta määrästä on käytössä hyvin pieni osa ja energiakasveista vuonna 2007 ainoastaan ruokohelpeä viljeltiin pelkästään energiatarpeisiin. Ruokohelven viljelty pinta-ala koko maassa vuona 2007 oli hehtaaria. (Pahkala et al. 2009) Vastikään julkaistussa väitöskirjassa (Mikkola 2012), jossa tutkittiin suomalaisen peltokasvituotantoa useasta näkökulmasta (energiapotentiaali, energiasuhde ja nettoenergian määrä), todetaan että agrobiomassa voisi tuoda merkittävän potentiaalin Suomen energiantuotantoon. Taulukossa 14 on esitetty mahdollisten agrobiomassojen potentiaalia. Lanta voisi toimia energiantuotannossa mädätyksen kautta. Agrobiomassojen potentiaali ja käyttö (Mikkola 2012) Käytössä Käyttämätön potentiaali Prosenttia Agrobiomassa TWh/a TWh/a kokonaispotentiaalista Ruokohelpi Olki Lanta Yhteensä Erilaisia skenaarioita peltoenergian lisäämiseksi on luotu Suomessa tuleville vuosikymmenille. Peltokasveista voidaan jalostaa mm. biodieseliä, joka auttaisi 7

38 Suomea saavuttamaan EU: n ja omat tavoitteensa uusiutuvin liikennepolttoaineiden käytön osalta. Finbion peltoenergiastrategian mukaan vuonna 2020 energiakasvien viljelyala olisi hehtaaria ja oljen keruuta tehtäisiin hehtaarilta. Taulukossa 15 on esitetty tulevaisuuden mahdollisia peltoviljelyaloja ja energiamääriä, joita voitaisiin saada käyttämällä hyväksi peltoenergiaa (Pahkala et al. 2009). Peltoenergian tuotantoalat ja energiasisältö Suomessa vuoteen 2020 mennessä (Pahkala et al. 2009). Energian lähde Ruokohelpi Ala 1000 ha Rh 1000 t kuiva-ainetta Energia poltossa TWh Olki (vilja, öljykasvi) Korjattu ala 1000 ha Olki 1000 t ka Energiaa poltossa TWh Viljan jyvät Viljaa energiaksi 1000 ha Jyviä 1000 t ka EtOH 1000 t EtOH milj. litraa Etanolia TWh Rypsi ja rapsi (OK) Energiaksi 1000 ha ÖK 1000 t ka siementä Kasviöljyä 1000 t Biodieseliä 1000 t Biodieseliä TWh Yhteensä 1000 ha Yhteensä energiaa TWh Olki on viljelyn sivutuote, joten sitä ei lasketa mukaan energiakasvien kokonaisalaan 2 Etanolin tiheys on kg/l ja energiasisältö 2.6 MJ/kg Biodiesel: rypsiöljy tiheys 0.918, biodiesel tiheys kg/l ja energia MJ/kg, 1 l rypsiöljyä = 1 l biodieseliä. Rintala et al. (2007) ovat arvioineet biomassan lisäysmahdollisuuksia Suomessa pitkällä aikavälillä vuotta 2004 lähtötilanteena käyttäen. He eivät ole luoneet uusia energiajärjestelmämallilaskelmia, vaan he ovat luoneet kaksi erilaista skenaariota biopolttoaineiden käytölle. Heidän mukaansa vuonna 2015 nykyisellä toimintatavalla olisi mahdollista lisätä peltobiomassojen energiakäyttöä noin 4.7 TWh ja kiihdytetyillä toimenpiteillä jopa 7.5 TWh. Taulukossa 16 on lisäksi esitetty arvio muun bioenergian käytön lisäysmahdollisuudesta vuoteen 2015 vuodesta

39 Bioenergian käytön arvioitu lisäysmahdollisuus polttoaineittain vuoteen 2015 (Rintala et al. 2007). Polttoaine TWh Metsähake - päätehakkuilta - harvennuksilta Puu kiinteistöjen lämmitykseen - pelletit, hake, pilke Nykytuet, fossiilisten polttoaineiden nykyhintataso ja päästöoikeus 20 /tonni 6 2 Kiihdytetyt toimenpiteet ja/tai energian hintatason nousu Kierrätyspolttoaineet 2 6 Peltobiomassat - olki, naatit, lanta - ruokohelpi, uudet energiakasvit - vilja ja muut viljellyt biomassat liikenteen polttoaineiden valmistukseen Teollisuuden puutähteet - energiasisällön nostaminen kuivauksella/savukaasujen lauhdutuksella Turve 5 10 Lisäys yhteensä Yllä olevista arvioista voidaan nähdä, että peltokasveilla voisi olla tulevaisuudessa varsin merkittävä asema energiantuotannossa. Agrobiomassoissa on kuitenkin useita ominaisuuksia, jotka vähentävät sen mielenkiintoa terästeollisuuden raaka-aineena. Esimerkiksi oljen kalium ja klooripitoisuus ovat korkeita ja mahdollisen pyrolyysin jäljiltä biohiilen tuhkapitoisuus niin korkea, että soveltaminen masuuniprosessiin olisi haastavaa. 4.5 Jätepuupotentiaali Puujätettä hyödynnetään monella tavalla. Sitä syntyi vuonna 2007 noin tonnia, josta tonnia on peräisin rakentamisesta ja rakennusten purkamisesta (Pirhonen et al. 2011). Suuri osa käytöstä poistetusta puusta sijaitsee Etelä-Suomessa, Helsingin, Tampereen ja Turun muodostamilla talousalueilla. Tällä hetkellä teknis-taloudellisesti järkevin tapa on jätepuun polttaminen siihen luvan saaneissa laitoksissa. Kierrätyspolttoaineet (solid recovered fuels, SRF) sisältävät biomassan lisäksi myös muita fraktioita, useassa tapauksessa muovia, mikä ei kuitenkaan pelkistinainekäytön kannalta ole ratkaiseva tekijä. Kaupan ja teollisuuden erilliskerätystä kuivajätteestä valmistetun kierrätyspolttoaineen biomateriaalin keskiarvo oli Vesannon et al. (2007) tutkimuksessa 85.9 m-%, polttoaineen kosteus saapumistilassa 18.2 m-%, tuhkapitoisuus kuiva-aineessa 6.4 m-% ja tehollinen lämpöarvo saapumistilassa 16.7 MJ/kg. Teollisuuden erilliskerätystä tuotantojätteestä valmistetun kierrätyspolttoaineen biomateriaalin osuus oli 65.6 m-%, kosteus saapumistilassa 8.4 m-%, tuhkapitoisuus kuiva-aineessa 5.0 m-% ja tehollinen lämpöarvo saapumistilassa 22. MJ/kg. Teollisuuden erilliskerätystä tuotantojätteestä valmistetun kierrätyspolttoaineen suuremman lämpöarvon selittää suurempi muovin osuus. 9

40 Euroopassa ja Suomessa on laaja lainsäädännön ja standardien joukko, joka säätelee kierrätystoimintoja yleisesti, rakennus- ja purkujätteitä sekä puutuotteiden kierrätystä, jätepuun polttoa jne (Pirhonen et al. 2011). 4.6 Turvepotentiaali Turpeen käytöllä on energiateollisuudessa Suomessa vahva jalansija. Vaikka turpeen käyttö on hiilidioksidipäästöjen kannalta kivihiilen kanssa samalla viivalla, on se kotimaisena raaka-aineena ja monen aluetalouden kannalta tärkeä polttoaine. Turvepotentiaalia Suomessa on paljon. GTK: n arvion mukaan potentiaalinen teknisesti käyttökelpoinen laskennallinen turvetuotantoon soveltuva pinta-ala on runsaat 1.2 miljoonaa hehtaaria, joka sisältää energiaa noin TWh. Turpeen käyttö on vaihdellut energiantuotannossa TWh: n välillä viime vuosina, joka tarkoittaa kuutiona noin 22 2 miljoonaa kuutiota. Lisäksi turvetta käytetään kasvu- ja ympäristöturpeena noin 2.5 miljoonaa kuutiota. VTT on arvioinut, että energiaturpeen käyttö olisi vuonna 2020 noin 28 TWh (1 milj. m ) (Leinonen 2010). Turpeen käyttöä metalliteollisuuden prosesseissa on itse asiassa tutkittu jonkin verran metallurgisessa teollisuudessa. Suomessakin on ollut VAPO:n turvekoksitehdas alkaen vuodesta 1976 noin 1980-luvun loppupuolelle asti, joka tuotti turvekoksi ilmeisesti Norjaan erikoisterästen valmistukseen. Turvekoksin valmistus lopetettiin kuitenkin kannattamattomana. VAPO: n tehtaan kapasiteetti oli tonnia turvekoksia vuodessa. 4.7 Selluteollisuuden sivutuotteet Selluteollisuudessa syntyy huomattava määrä sivutuotteita, joita ei voida hyödyntää suoraan paperinvalmistuksessa, vaan ne menevät joko edelleen käsiteltäväksi kemianteollisuuden prosesseihin Mäntypikiöljy Raakamäntyöljyä syntyy Suomessa noin tonnia vuodessa selluntuotannossa. Osa raakamäntyöljystä viedään muihin maihin, osa käytetään energiantuotannossa ja osasta tuotetaan korkean arvon kemian tuotteita, mm. mäntyrasvahappoa, hartseja, jne. Suomessa on kaksi jalostamoa; Forchem raumalla ja Arizona Chemicals Oulussa, jotka jalostavat raakamäntyöljyä. Raakamäntyöljyn tislauksen sivutuotteena syntyy mäntypikiöljyä, joka on tislauksen raskain jae. Nykyään sitä käytetään kaivosteollisuudessa, kemianteollisuudessa, tienrakennuksessa ja energiantuotannossa (Heinimö & Alakangas 2006, Heinimö 2008) Mäntypikeä syntyy Forchemin tislaamolla vuosittain merkittäviä määriä. Ympäristöluvan mukaan mäntypien, esiöljyn, ejektoriöljyn ja pohjaöljyn määrä on vuosittain tonnia (Forchem ympäristölupa 2009), josta pikiöljy muodostaa suurimman osan. Hännisen ja Rytkösen (2006) mukaan Rauman satamassa käsiteltiin vuonna tonnia mäntypikiöljyä. Verrattaessa mäntypikiöljyn määrää Ruukin Raahen tehtailla käytettävään erikoisraskaaseen pohjaöljyyn ( /vuosi oletettu ERP:n lämpöarvo 11.4 MWh/t) (Ruukki 2012), voidaan todeta, että mäntypikiöljyn vuosituotanto on varsin merkittävä. 40

41 Arizona Chemicalsin tuotannossa Oulussa syntyy myös sivutuotteena mäntypikiöljyä, joka laivataan suurimmaksi Oulun satamasta. Vuonna 2011 Oulun sataman kautta lähteneen mäntypikiöljyn määrä oli tonnia, vuonna tonnia, vuonna tonnia, vuonna tonnia (Port of Oulu handbook 2012, Port of Oulu handbook 2009) Ligniini Ligniini on luontaisesti yksi puun rakenneosista. Selluntuotannossa ligniini erotetaan selluloosasta, jota käytetään paperituotteiden valmistuksessa. Perinteisesti ligniini poltetaan osana mustalipeää soodakattilassa, josta edelleen tuotetaan höyryä, lämpöä ja sähköä. Joissain tapauksissa, esimerkiksi haluttaessa nostaa sellutehtaan tuotantokapasiteettia, voi soodakattilasta muodostua tuotantokapasiteetin nostoa rajoittava tekijä (Laaksometsä et al. 2009). Tällöin yhdeksi vaihtoehdoksi voi tulla ligniinin osittainen erottaminen mustalipeästä. Ligniinin erottamiseen on kehitetty erilaisia tekniikoita. Pisimmällä lienee metson patentoitu LignoBoost-teknologia, jonka ensimmäinen kaupallinen tuotantolaitos toimitetaan Yhdysvaltoihin ja pitäisi olla käytössä vuoden 201 aikana (Metso 2012). Ligniinin erottamisen kapasiteettia mustalipeästä Ruotsissa on arvioinut Wallmo et al. (2009). Oletuksena oli, että ligniinin määrä yhtä ilmakuivaa sellutonnia on 90 kg, josta 25% voitaisiin erottaa ennen mustalipeän syöttämistä soodakattilaan. Ruotsissa tuotetaan sulfaattisellua 8 Mt/a, joka tarkoittaisi noin tonnia erotettua ligniiniä vuodessa. Ligniinin ylemmäksi lämpöarvoksi oletettiin 26 MJ/kg, jolloin ligniini energiana olisi 5.8 TWh, joka voisi tuoda energian jopa kotitaloudelle. Suomessa tuotettiin vuonna 2010 noin 6.7 miljoonaa tonnia kraft-sellua (Ylitalo 2011). Vuoden 2012 alussa Suomessa oli yhteensä 15 sellutehdasta (Metsäteollisuus.fi). Mikäli Suomessa erotettaisiin ligniiniä mustalipeästä Wallmon et al. (2009) oletuksilla, saataisiin sitä vuosittain erotettua noin tonnia. Ligniinin energiamäärä olisi noin 4.7 TWh. Ruukin Raahen terästehtaasta noin 200 km etäisyydellä sijaitsee neljä sellutehdasta (Kuvio 19 punaiset ympyrät, Ruukki musta ympyrä). Kemissä sijaitsevat Stora Enson ja Metsä Fiberin sellutehtaat, joiden kapasiteetit ovat ja tonnia sulfaattisellua. Oulussa sijaitsee Stora Enson sellutehdas, joka kapasiteetti on noin tonnia ja Pietarsaaressa UPM- Kymmenen sellutehdas, jonka kapasiteetti on noin tonnia. Yhteensä näiden neljän sellutehtaan selluntuotanto on noin 2.16 miljoonaa tonnia vuodessa. Mikäli näiden sellutehtaiden mustalipeästä voitaisiin erottaa ligniiniä samoin periaattein kuin yllä, saataisiin ligniiniä vuosittain noin tonnia, joka on energiana 1.5 TWh. 41

42 Kuvio 19. Ruukin Raahen terästehdasta lähimpänä sijaitsevat neljä sellutehdasta. 4.8 Muut tulevaisuuden biopohjaiset pelkistinenergialähteet Mikrolevät ovat maailman nopeimmin kasvavia kasveja, joiden painosta noin 50% on öljyä (Demirbas & Demirbas 2011). Mikrolevät kasvavat vedessä, joten ne eivät vie tilaa ruoantuotannolta. Mikroleviä on esitetty vaihtoehdoksi fossiilisille polttoaineille. Mikrolevät sisältävät noin 50% kuivapainostaan hiiltä, joka on erilaisissa yhdisteissä (Chisti 2007). Biodieselin lisäksi mikrolevästä voidaan tuottaa useita muitakin uusiutuvia biopolttoaineita, joita Chisti (2007) on listannut review-paperissaan. Näitä ovat mm. metaani, jota tuotetaan anaerobisella mädätyksellä leväbiomassasta sekä biovety. Levissä on huikea potentiaali ja niiden hyvä tuottavuus pinta-alaa kohti tekisi niiden tuottamisen varsin tehokkaaksi. Ne sisältävät komponentteja (hiili, vety), joita voidaan käyttää metallurgisissa prosesseissa pelkistykseen. Niiden prosessointiin tulisi kuitenkin paneutua tarkemmin. Biodieselin hinta tuotettuna mikrolevästä on tällä hetkellä huomattavan paljon kalliimpaa kuin muista biomateriaaleista. Mikäli mikrolevistä tuotettu biopolttoaine saadaan kustannusten osalta kilpailukykyiseksi, voisi se mahdollisesti korvata sellaisenaan esimerkiksi masuunin hormitasolta injektoitavia polttoaineita. Suomen olosuhteissa voi olla haastavaa kasvattaa mikroleviä suuressa mittakaavassa, mutta pienimittakaavaisia kokeiluja on tehty. Tällainen kokeilu on ollut mm. Kaakosta Voimaa-hanke Anjalankoskella. Kesällä 2010 rakennettiin levänkasvatusta varten kaksi 400 neliön rengasallasta, syvyydeltään noin 0.5 m (Vatanen 2010). 42

43 5. MUUT VAIHTOEHTOISET PELKISTIMET 5.1 Muovit Muovien hyödyntäminen pelkistinaineena on maailmalla varsin yleistä. Suomessa muovien käyttöä pelkistinaineena on aikanaan tarkasteltu jossain määrin. Muovien kierrätysaste materiaalina ja energiana on Suomessa vielä varsin matala Euroopan huippumaihin verrattuna. Kokonaishyödyntämisasteessa on kuitenkin päästy vuonna 2011 jo lähes 50%:n tasolle, mikä osoittaa, että muovien hyödyntämiseen on kiinnitetty huomiota. Vuonna 2008 kokonaishyödyntämisaste oli vain 5%. Kuviossa 20 on esitetty muovien kokonaishyödyntäminen Euroopassa. (Punkkinen et al. 2011, Plastics Europe 2012) Sveitsi Saksa Itävalta Belgia Tanska Ruotsi Norja Hollanti Luxemburg Ranska Viro Slovakia Italia Irlanti Tsekki Suomi Unkari Espanja Puola Portugali Slovenia Romania UK Latvia Liettua Bulgaria Kreikka Kypros Malta Kierrätysaste Energiahyötykäyttö 0% 10% 20% 0% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Kuvio 20. Muovien kokonaishyödyntäminen Euroopan maissa vuonna 2011 (data lähteestä: Plastics Europe 2012) Koko Suomen tasolla tuotettu muovijätteen määrä oli vuonna 2007 Moliisin et al. (2009) mukaan tonnia, joka oli 10% koko yhdyskuntajätteen määrästä. Moliis et al. (2009) ennustavat, että muovijätteen määrän kehitys tulee Suomessa olemaan maltillinen ja vuonna 2020, riippuen skenaariosta muovijätteen määrä tulisi olemaan tonnia (Taulukko 17). 4

44 Muovijätteen määrän ennuste vuosina 2016, 2020, 2025 ja 200 eri skenaarioille (Moliis et al. 2009) Ennuste (Mt) Jätelaji Perusura 1 Muovi Mukailtu perusura Muovi Vaihtoehto Muovi Suomessa muovien hyödyntäminen kierrätyksessä, energiantuotannossa ja mahdollisesti myös pelkistinainekäytössä vaatisi edelleen panostamista muovien keräysjärjestelmien kehittämiseen. Suomi on muovin keräyksen kannalta kuitenkin varsin pieni talous. 5.2 Auton kumit Suomessa syntyy vuosittain noin tonnia rengasromua, jota voitaisiin mahdollisesti hyödyntää myös pelkistinainekäytössä prosessoituna. Suomeen on tulossa renkaista öljyä tuottava laitos, joka pystyisi käsittelemään noin puolet Suomessa syntyvästä rengasromusta tuottaen rengasromusta polttoöljyä, kimröökiä, kaasuja ja teräsromua (Peatec 2012). 5. Koksaamon kiinteät sivutuotefraktiot Suomessa on yksi koksaamo Raahessa, jonka omistaa Ruukki. Koksaamossa tuotetaan metallurgista koksia (kappalekoko noin 50 mm), jota käytetään Raahen kahdessa masuunissa ylhäältä panostettavana pelkistimenä, tukimateriaalina ja polttoaineena. Vuosittain koksaamolla tuotetaan noin tonnia koksia koksautuvasta kivihiilestä, jota käytetään vuodesta riippuen noin tonnia. Kivihiiltä koksattaessa syntyy raakaa koksikaasua, joka puhdistetaan sivutuotelaitoksella. Siitä erotetaan mm. kivihiilitervaa ja bentseeniä. Puhdistettua koksikaasua käytetään mm. lämmitysuunien polttoaineena. Kivihiiliterva myytiin aikaisemmin tehtaan ulkopuolelle, mutta nykyään se injektoidaan toiseen masuuneista korvaamaan ERP:tä. Kivihiilitervaa syntyy noin tonnia, jolloin sitä injektoidaan toiseen masuuneista noin 0 kg/trr. Metallurgisen koksin käsittelyssä ja seulonnoissa syntyy hienompia jakeita, joista kaikkia ei voida tämänhetkisten käytänteiden mukaan hyödyntää tehtaan sisäisesti. Pähkinäkoksi, joka on palakooltaan noin 8 20 mm voidaan panostaa masuuniin, mutta sitä hienompien fraktioiden; koksimurska ( 8 mm), koksihiekka (0 mm) ja koksipöly (0 1 mm) panostaminen ei sellaisenaan ole mahdollista. Osa kiinteistä sivutuotefraktioista voidaan hyödyntää briketeissä, joita tuotetaan Raahessa tuotannossa syntyvistä rautapitoisista sivutuotteista ja jotka panostetaan masuuniin. Mikäli sivutuotteita voitaisiin hyödyntää sisäisesti pelkistimenä, voitaisiin vähentää joko koksin tai ERP:n määrää varsin merkittävästi. Kuviossa 21 on esitetty Raahen koksaamon sivutuotefraktioiden likimääräisesti vuonna Kuten voidaan havaita, puhutaan varsin suurista määristä. 44

45 Pähkinäkoksi (8-20 mm) Koksihiekka (0- mm) Kivihiiliterva Koksimurska (-8 mm) Koksipöly (0-1 mm) Kuvio 21. Koksaamon sivutuotefraktioiden likimääräinen määrä vuonna Prosessimetallurgian laboratoriossa tehtiin vuonna 2012 diplomityö, jossa arvioitiin mahdollisuutta kiinteä-neste injektiolle, jossa koksipölyä sekoitettiin ERP:n ja kivihiilitervan sekaan. Viskositeettimittausten perusteella pieniä määriä voitaisiin käyttää, mutta esimerkiksi koksipölyn abraasio injektointilaitteistoihin jätettiin arvioimatta (Salo 2012). 5.4 Nesteytetty maakaasu (LNG) Metallurgisessa teollisuudessa käytetään varsin suuria määriä nestekaasuja. Esimerkiksi Outokumpu Torniossa käyttää propaania 4.1 miljoonaa GJ ~ 1.14 TWh ja myös Ruukki käyttää nestekaasua 0.4 TWh vuodessa. Tulevaisuudessa maakaasu, oli se sitten toimitettu putkistoin tai nesteytettynä voi olla merkittävä energianlähde myös Suomessa. Tällä hetkellä maakaasuverkko kattaa Suomen kaakkois- ja eteläosan. Gasumilla on maakaasuverkkoa Suomessa 1186 km, siirtoputkiston läntisimmän pisteen sijaitessa Ikaalisten Kyröskoskella. Gasumilla on yksi LNG tuotantolaitos Suomessa, jossa tehdään nesteytettyä maakaasua. Sen kapasiteetti on t/a (Gasum 2012). Lähiaikoina on virinnyt keskustelu LNG terminaalien rakentamisesta Suomen länsirannikolle. Gasum on käynyt läpi YVA-ohjelman, jossa selvitetään millaisia ympäristövaikutuksia olisi nesteytetyn maakaasun terminaalin sijoittamisella Porvoon tai Inkoon läheisyyteen. Terminaalin koon on arvioitu olevan 20 TWh kaasua vuodessa eli noin 2 miljardia kuutiota, mikä on noin 50% Suomessa vuosittain käytettävästä maakaasusta. Terminaalista kaasu voidaan toimittaa käyttäjille joko höyrystettynä maakaasuverkkoa hyödyntäen tai nesteytettynä maakaasurekoilla (Finngulf LNG 2012). LNG-terminaalia on suunniteltu myös Tornioon, jossa se palvelisi lähinnä Outokumpua, mutta mahdollisesti myös Ruukkia ja SSAB:ta. Hanke, jonka nimi on Tornio ManGa LNG, on myös YVA-vaiheessa ja arviointiohjelma on saapunut ely-keskukseen marraskuun lopussa 2012 (Lapin ely-keskus 2012). Hankkeen tiedot ovat nähtävillä ely-keskuksen sivuilla. Rakennettavan säiliön koko olisi tai (kaksi säiliötä) kuutiota. Vuosittainen käyttö olisi kuutiota. 45