Biomassan kestävän käytön tutkimuksen toimintasuunnitelma 2020

Transkriptio

1 Keski-SUOMi Biomassan kestävän käytön tutkimuksen toimintasuunnitelma 2020

2 SISÄLTÖ TIIVISTELMÄ 4 JOHDANTO 6 TUTKIMUKSEN TOIMINTASUUNNITELMAN TAUSTA 7 TUTKIMUKSEN TOIMINTASUUNNITELMA YLEISKATSAUS VALITTUIHIN TUTKIMUSALUEISIIN 9 RATKAISUJA TUOTTAVAMPAAN PIENPUUN KORJUUSEEN 10 RATKAISUJA BIOMASSAN TUOTANTOKETJUJEN KEHITTÄMISEEN JA OHJAAMISEEN 13 RATKAISUJA BIOMASSAN POLTTOTEKNOLOGIAAN 17 Ratkaisuja monipolttoainevoimalaitosten käytettävyyden parantamiseen 17 Ratkaisuja kiinteiden polttoaineiden pienpolttoon 20 RATKAISUJA PIENEN KOKOLUOKAN YHDISTETTYYN SÄHKÖN- JA LÄMMÖNTUOTANTOON (PIEN-CHP) 24 RATKAISUJA TUOTTAVAMPIIN KUITUPROSESSEIHIN JA BIOJALOSTAMOIHIN 28 RATKAISUJA BIOMASSAN KESTÄVÄN KÄYTÖN MÄÄRITTELYYN JA ARVIOINTIIN 31 JULKISIA RAHOITUSOHJELMIA TOIMINTASUUNNITELMAN TOTEUTTAMISEKSI 34 JOHTOPÄÄTÖKSET JA SUOSITUKSET 35 LISTA JULKISISTA RAHOITUSOHJELMISTA JA MUISTA RAHOITUSINSTRUMENTEISTA 37 Keski-Suomen biomassatutkimusympäristöt ja tärkeimmät tutkimuslaitteet 38 Graafinen suunnittelu: Avalon Oy Painopaikka: Jyväskylän yliopistopaino Kannen kuva: Metsäntutkimuslaitos Metsäntutkimuslaitos The sole responsibility for the content of this publication lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the European Communities. The European Commission is not responsible for any use that maybe made of the information contained therein.

3 TIIVISTELMÄ Tässä julkaisussa esitellään Keski-Suomen biomassan kestävän käytön tutkimuksen toimintasuunnitelma 2020, joka perustuu alueen strategiseen tutkimusohjelmaan. Strategisen tutkimusohjelman tavoite on suunnata ja vahvistaa biomassan kestävään käyttöön liittyvää tutkimustoimintaa ja osaamista. Tutkimusohjelma esittelee Keski-Suomen tämänhetkiset strategiset osaamisalat sekä ne osaamisalat, joissa Keski-Suomen tutkimusvetoinen klusteri haluaa kehittyä edelleen. Toimintasuunnitelma kuvaa, miten strateginen tutkimusohjelma toteutetaan. Siinä kerrotaan, kuinka biomassojen kestävän käytön aluekehitystä, yhteistyötä ja tutkimusklusterin integraatiota tuetaan. Alueelliset tutkimus- ja kehitysorganisaatiot yhteistyössä paikallisviranomaisten ja yritysten kanssa ovat valinneet Keski-Suomen tutkimuksen toimintasuunnitelman painopisteet. Tavoitteena on ollut tunnistaa sellaiset osaamisalueet, jotka kasvattavat yritysten vientituloja ja kilpailukykyä sekä lisäävät alueen hyvinvointia. Toimintasuunnitelmaan on valittu seuraavat tutkimusalueet ja tavoitteet vuodelle 2020: Ratkaisuja tuottavampaan pienpuun korjuuseen Pienpuuhakkeen kustannuskilpailukyvyn parantamiseksi korjuukustannuksia tulisi pienentää 20 % parantamalla korjuukoneiden ja -menetelmien tuottavuutta. Myös metsänarvioinnin kehittäminen esimerkiksi laserkeilauksen avulla ja yksityismetsänomistajille tarkoitetut verkkosivustot voivat parantaa pienpuun saatavuutta ja toiminnan kannattavuutta. Ratkaisuja biomassan tuotantoketjujen kehittämiseen ja ohjaamiseen Keski-Suomessa panostetaan biomassan korjuuketjujen tuottavuuden ja ympäristövaikutusten tutkimukseen ja tuotekehitykseen. Tuotantoketjuissa käytetyistä menetelmistä ja teknologioista sekä niiden tuottavuuksista ja ympäristövaikutuksista kerätään tietoa ja analysoidaan sitä. Lisäksi perinteisen metsäteollisuuden ja energiantuotannon tuotantoketjuja analysoidaan ja optimoidaan. Ratkaisuja monipolttoainevoimalaitosten käytettävyyden parantamiseen Monipolttoainekäytön kehitystyössä keskitytään hyötysuhteen parantamiseen ja päästöjen pienentämiseen lämmön ja sähkön tuotannossa. Tavoitteena on kehittää uusia innovaatioita huonolaatuisten polttoaineiden polttoon ja ratkaista tuhkan sulamisen aiheuttamia ongelmia sekä arina- että leijupoltossa. Uusien prosessinohjausmenetelmien avulla sähköntuotannon hyötysuhdetta voidaan parantaa % nykytasosta. Alan ammattilaisten kansainvälisellä yhteistyöllä saadaan tietoa vähemmän tunnettujen biomassojen ominaisuuksista. Ratkaisuja kiinteiden polttoaineiden pienpolttoon Jyväskylän ammattikorkeakoulun uudessa Bioenergiakeskuksessa Saarijärvellä on kaksi koeympäristöä - kattilatestauslaboratorio ja kiinteiden biopolttoaineiden testauslaboratorio. Tavoitteena on tarjota tutkimus- ja tuotekehityspalveluja sekä tulla akkreditoiduksi laboratorioksi, jossa voidaan testata kattiloita aina 500 kw:iin asti EN standardin mukaisesti. Lisäksi Bioenergiakeskuksessa tutkitaan kiinteiden biopolttoaineiden ominaisuuksia ja määritellään, mihin laatuluokkaan ne kuuluvat. Ratkaisuja pienen kokoluokan yhdistettyyn sähkön- ja lämmöntuotantoon (pien-chp) Tavoitteena on luoda osaamista ja lisätä kokemusta pien-chp:n ratkaisuista ja konsepteista sekä siirtää tätä tietotaitoa Keski-Suomen bioenergiaklusterille ja muille suomalaisyrityksille. Tällä vahvistetaan teollisuuden tutkimusta ja tuotekehitystä sekä luodaan uusia ja entistä parempia liiketoimintamahdollisuuksia. Lisäksi alueellinen energiantuotanto Keski-Suomessa saa uusia mahdollisuuksia sitä mukaa kun uusia demonstraatio- ja/tai kaupallisia pien-chp-laitoksia kehitetään. Tämä hyödyttää myös tutkimusorganisaatioita Keski-Suomessa luomalla uuden osaamisalueen, joka on kasvuala Suomessa ja muualla maailmassa. Ratkaisuja tuottavampiin kuituprosesseihin ja biojalostamoihin Tavoitteena on parantaa kuituprosessien energia-, vesija raaka-ainetehokkuutta. Biojalostamotutkimus keskittyy erilaisten biomassakomponenttien tehokkaampaan käyttöön laajan tuotevalikoiman aikaansaamiseksi. Tutkimus on pitkälti integroitu massa- ja paperiteollisuuteen ja sitä kautta puupohjaisiin materiaaleihin. Tulevaisuudessa myös turpeen ja muiden biomassojen jalostamista tutkitaan lisääntyvässä määrin. Tutkimusalue Ratkaisuja biomassan kestävän käytön määrittelyyn ja arviointiin Biomassan tuotannon ja käytön kestävyys otetaan tulevaisuudessa aina huomioon tämän alan tutkimuksessa ja tuotekehityksessä. Kehittämällä ja hyödyntämällä uusia työkaluja ja laskentatapoja kestävyyden saavuttamiseksi voidaan biomassan monipuolista käyttöä lisätä. Keski-Suomessa on monilla eri tutkimusaloilla pitkä kokemus ja vahva osaaminen, joten näillä aloilla voidaan edetä yhä pidemmälle soveltavassa tutkimuksessa. Joillakin aloilla puolestaan tarvitaan perustutkimusta. Koulutus ja osaamisen kehittäminen vahvistavat alueellista tietotaitoa ja kilpailukykyä kansainvälisillä markkinoilla. Kehittämiskohteita tavoitteiden saavuttamiseksi Koulutus Perustutkimus Soveltava tutkimus Tuotekehitys (sis. demot) Ratkaisuja tuottavampaan pienpuun korjuuseen xx xx xxx xxx Ratkaisuja biomassan tuotantoketjujen kehittämiseen ja ohjaamiseen Biomassan tuotantoketjujen tuottavuus ja kestävyys Liiketoimintaympäristön kehittäminen Jatkokoulutuksen kehittäminen Ratkaisuja monipolttoainevoimalaitosten käytettävyyden parantamiseen Ratkaisuja kiinteiden polttoaineiden pienpolttoon Standardien käytön tukeminen liiketoiminnassa Biopolttoaineiden luokittelun ja laadunhallinnan kehittäminen ja tukeminen Ennakoivan kunnossapidon suunnittelu ja toteutus Ratkaisuja pienen kokoluokan yhdistettyyn sähkön- ja lämmöntuotantoon (pien-chp) Ratkaisuja tuottavampiin kuituprosesseihin ja biojalostamoihin Ratkaisuja biomassan kestävän käytön määrittelyyn ja arviointiin Biomassan virtuaalinen prosessointimalli Kestävyyteen liittyvä tilinpito, laskentatyökalu xx - xx x - - xxx - - xxx xxx x xx xx xx xxx xx x x - x - xx xxx xx xxx xx xxx xx x xxx xxx xx x xxx xx xxx x - - xxx xx x xxx xxx = erittäin tärkeä, xx = tärkeä, x = ei niin tärkeä 4 5

4 JOHDANTO Keski-Suomen tutkimusvetoisen klusterin tavoitteena on vahvistaa alueellista kehitystä, edistää kilpailukykyä ja varmistaa toiminnan jatkuvuus. Tämän vuoksi klusteri on laatinut vuoteen 2020 ulottuvan strategisen tutkimusohjelman. Ohjelmassa esitellään alueen toimijoiden yhteinen visio ja missio sekä yhteisesti tunnistetut strategiset tutkimusalueet. Visio 2020 Keski-Suomi tunnetaan biomassan kestävän käytön tutkimus- ja kehitystyön osaamiskeskittymänä. Erityisiä vahvuusalueita ovat bioenergia, metsäteollisuuden toimitusketjut sekä biomassaan perustuvan uuden liiketoiminnan lisääminen. Missio Vuonna 2020 Keski-Suomen tutkimusvetoinen biomassaklusteri tuottaa korkealaatuista tutkimusta sekä kehitys- ja testauspalveluja yrityksille, tutkimusorganisaatioille ja julkiselle sektorille. Palveluita tarjotaan biomassan kestävän tuotannon sekä bioenergian ja metsäteollisuuden alueilla. Tutkimusvetoinen klusteri tukee innovatiivista biomassojen käytön kehittämistä alueellisten biomassamarkkinoiden kehittämistä osaamisen ja teknologian vientiä Keski-Suomen strateginen tutkimusohjelma ohjaa ja vahvistaa tutkimustoimintaa sekä osaamisen kehittämistä valituilla biomassan kestävän käytön tutkimusalueilla. Ohjelma tukee asiantuntijuuden kehittämistä ja alueellisen tutkimusvetoisen klusterin yhteistyötä. Se määrittelee tulevaisuuden tutkimusaiheet ja tukee viranomaisia henkilöstöresurssien ja taloudellisten resurssien ohjauksessa. Strateginen tutkimusohjelma esittelee ne tutkimusalat, joilla Keski-Suomessa on jo vahvaa strategista tutkimusosaamista ja joissa Keski-Suomen tutkimusvetoinen klusteri toivoo kehittyvänsä edelleen. Keski-Suomen tutkimusvetoisen klusterin strategiset tutkimusalueet ovat: biomassan tuotanto, käsittely ja prosessointi biomassan tuotantoketjut biomassan polttoteknologiat kuituprosessit ja biomassan jalostaminen kestävyyden arviointi tutkimuksen jalostaminen tuotteiksi ja palveluiksi Nämä strategiset tutkimusalueet on määritelty konkreettisin toimenpitein, painopistealuein ja kehitystoimin tutkimuksen toimintasuunnitelmassa. Tutkimuksen toimintasuunnitelman tausta Tutkimuksen toimintasuunnitelma ottaa huomioon kansalliset ja alueelliset ohjauskeinot Tutkimuksen toimintasuunnitelma ottaa huomioon kansalliset ja alueelliset poliittiset toimet, jotka ohjaavat biomassavarojen käyttöä. Nämä strategiat ja ohjelmat osoittavat, mitä politiikan avulla halutaan tehdä. Lisäksi ne asettavat rajat toimintasuunnitelmalle. Kansallisilla luonnonvarojen käytön strategioilla ja ohjelmilla pyritään Suomen biomassavarojen kestävään käyttöön. Taloudellista ja teknologista kehitystä samoin kuin ympäristön- ja luonnonsuojelua pidetään kaikkia yhtä tärkeinä kestävyyden osa-alueina biomassan kestävässä käytössä. Maaseudun elinvoimaisuuden ylläpitäminen tulee myös esiin erilaisissa kansallisissa luonnonvarojen käytön strategioissa. Suomen kansallisissa strategioissa on lisäksi biomassan energiankäyttötavoitteita. Kansalliset ohjelmat ja strategiat pohjautuvat EU-lainsäädäntöön, muihin poliittisiin asiakirjoihin ja kansallisiin tarpeisiin. Keski-Suomessa biomassavarojen käytön teemat ovat samat kuin koko maassa. Alueellisten strategioiden ja ohjelmien tavoitteena on se, että biomassavarojen hyödyntämisellä edistetään maaseudun hyvinvointia ja bioenergiasektorin kilpailukykyä siten, että toiminta on ympäristön kannalta kestävää. Alueelliset toimet pohjautuvat sekä kansallisen tason että EU-tason lainsäädäntöön ja strategioihin sekä alueellisiin tarpeisiin. Yksi tärkeimmistä tavoitteista Keski-Suomen tutkimuksen toimintasuunnitelmassa on kehittää energiantuotantoa ilmastonmuutoksen kannalta hyväksyttävään suuntaan. Tavoite vuodelle 2015 on lisätä paikallisten energialähteiden (esim. puu, turve, peltokasvit ja jäte) käyttöä 3,4 TWh:lla (12,2 PJ:lla) verrattuna vuoteen Maakunnassa pyritään luomaan edellytyksiä paikallisten luonnonvarojen kannattavalle käytölle ottaen huomioon tekniikka, logistiikka ja ympäristövaikutukset. Yksi tärkeä tavoite Keski-Suomessa on edistää innovaatioiden ja tuotekehityksen tulosten kaupallistamista. Laajempi yhteenveto alueellisista ja kansallisista biomassavarojen käytön ohjauskeinoista on julkaistu erillisenä raporttina BIOCLUS-hankkeen verkkosivuilla. Keskeisimmät haasteet Keski-Suomen bioenergiasektorilla ovat elinkeinoelämän kilpailukyvyn säilyttäminen, Â Â liikeideoiden kaupallistaminen innovaatioiksi ja kestävyyden laaja-alainen arviointi. Maaseudun kehittämisen keskeisiä haasteita ovat maaseudun elinvoimaisuuden säilyttäminen ja maaseutuelinkeinojen toimintaympäristön epävakaisuus. Lisäksi työvoiman saatavuus voi rajoittaa biomassavaroihin liittyvän liiketoiminnan kehittymistä Keski-Suomessa. Vapo Oy 6 7

5 Tutkimuksen toimintasuunnitelman soveltamisalue ja tavoitteet Tutkimuksen toimintasuunnitelman tavoite on määritellä, kuinka tukea alueellista kehitystä, yhteistyötä ja tutkimusvetoisen klusterin integroitumista biomassavarojen kestäväksi käyttämiseksi ja mitä toimia tarvitaan seuraavien tavoitteiden toteuttamiseksi: Innovatiivisten, vähäpäästöisten kattiloiden ja polttotekniikoiden kehittäminen paikallisille bioenergiavaroille kaikissa kokoluokissa Kustannustehokkaiden ja kestävien biomassan toimitusketjujen kehittäminen Tutkimuspalveluiden tarjoaminen valmistajille tuotekehitysideoiden kaupallistamiseen Tutkimuksen toimintasuunnitelma määrittelee erityiset painopisteet, tarpeelliset toimenpiteet ja resurssit, vastuulliset organisaatiot ja aikataulut, joilla tavoitteet saavutetaan vuoteen 2020 mennessä. Siinä kerrotaan myös rahoitusmahdollisuuksista. Sidosryhmien rooli tutkimuksen toimintasuunnitelmassa Tutkimuksen toimintasuunnitelman ovat laatineet paikalliset tutkimus- ja kehitysorganisaatiot yhteistyössä paikallisviranomaisten ja yritysten kanssa. Tutkimuksen toimintasuunnitelman valmisteluprosessin aikana alueellisia sidosryhmiä kutsuttiin kahteen keskustelutilaisuuteen ja työpajaan keskustelemaan sekä päättämään olennaisimmista tavoitteista ja keinoista niiden saavuttamiseksi. Toimintasuunnitelma pohjautuu tutkimusohjelmaan, jonka laadinnassa haastateltiin sidosryhmien edustajia. Erityisesti yhdistetyn sähkön- ja lämmöntuotannon tärkeys nousi keskusteluissa esille ja se lisättiin toimintasuunnitelmaan sidosryhmien pyynnöstä. Keski-Suomessa on useita ohjaus- ja asiantuntijaryhmiä seuraamassa Keski-Suomen kärkiklusterien ja Jyväskylän seudun osaamiskeskusohjelman kehitystä ja menestystä. Tämän vuoksi Keski-Suomessa ei ole tarpeellista muodostaa erillistä ohjausryhmää seuraamaan tutkimuksen toimintasuunnitelman toteuttamista. Tutkimuksen toimintasuunnitelma 2020 Katsaus valittuihin tutkimusalueisiin Tutkimuksen toimintasuunnitelma 2020 määrittelee, kuinka aluekehitystä, yhteistyötä ja tutkimusvetoisen klusterin integraatiota biomassavarojen kestävän käytön kehitystyössä tuetaan. Alueelliset tutkimus- ja kehitysorganisaatiot yhteistyössä paikallisviranomaisten ja yritysten kanssa ovat valinneet Keski-Suomen tutkimuksen toimintasuunnitelmassa esitetyt tutkimusalueet. Lähtökohtana on ollut löytää keinoja, kuinka yritysten vientituloja voidaan kasvattaa ja luoda näin kilpailukykyä ja hyvinvointia koko alueelle. Keski-Suomessa toimivien yritysten mielestä valitut kehitystoi-menpiteet tuottavat heille liiketoiminnassaan lisäarvoa kansainvälisillä markkinoilla. Valitut tutkimusalueet ja tavoitteet vuodelle 2020 Keski- Suomen tutkimuksen toimintasuunnitelmassa ovat: Ratkaisuja tuottavampaan pienpuun korjuuseen Ratkaisuja biomassan tuotantoketjujen kehittämiseen ja ohjaamiseen Ratkaisuja monipolttoainevoimalaitosten käytettävyyden parantamiseen Ratkaisuja kiinteiden polttoaineiden pienpolttoon Ratkaisuja pienen kokoluokan yhdistettyyn sähkön- ja lämmöntuotantoon (pien-chp) Ratkaisuja tuottavampiin kuituprosesseihin ja biojalostamoihin Ratkaisuja biomassan kestävän käytön määrittelyyn ja arviointiin Metsäntutkimuslaitos Vapo Oy Kukin tutkimusalue on esitetty edellä mainitussa järjestyksessä seuraavissa luvuissa. Kuvauksissa on käsitelty tutkimusalueen tarkoitus, odotettu asiantuntijuuden taso vuonna 2020, odotetut vaikutukset, kehitystarpeet, organisaatiorakenne, välitavoitteet aikatauluineen ja riskianalyysi. Keski-Suomen biomassan kestävän käytön tutkimuksen toimintasuunnitelma 2020 on osa BIOCLUS-hanketta, joka on rahoitettu EU:n seitsemännestä puiteohjelmasta tutkimuksen ja teknologisen kehityksen edistämiseksi. BIOCLUS-hankkeessa keskitytään biomassavarojen kestävään käyttöön ja pyritään parantamaan alueellista kilpailukykyä ja kasvua viidellä Euroopan klusterialueella, joista Keski-Suomi on yksi. Vuoden 2012 loppuun mennessä hankekonsortio edistää tutkimuksen toimintasuunnitelman toteuttamista valmistelemalla alueellisia ja kansainvälisiä hankkeita sekä järjestämällä työpajoja ja vierailuja. Lisäksi alueelliset ja kansainväliset henkilöstövaihto-ohjelmat vahvistavat asiantuntijuutta, osaamista ja yhteistyötä. 8 9

6 Ratkaisuja tuottavampaan pienpuun korjuuseen Monissa tutkimusraporteissa todetaan, että Keski- Suomen suurin käyttämätön energiapuupotentiaali on nuorissa kasvatusmetsissä. Potentiaalista hyödynnetään vuosittain vain alle 25 %. Toisin sanoen harvennuspuuta voitaisiin toimittaa joka vuosi noin m 3 enemmän. Energiapuun kysyntä on jatkuvasti kasvussa toisaalta haastavien bioenergiatavoitteiden ja toisaalta yritysten uusien laitosinvestointien myötä. Esimerkiksi Jyväskylän Energia Oy otti käyttöön yli 400 MW uutta kapasiteettia vuonna Pienpuun korjuu ei ainoastaan tuo lisää puupolttoainetta markkinoille, vaan myös parantaa jäävän puuston laatua ja kasvua. Suurin osa pienpuusta voidaan korjata ensiharvennuksilta, jotka valitettavan usein jäävät tekemättä. Tähän on kaksi syytä. Ensiksi metsänomistajat eivät aina ole tietoisia tällaisten metsänhoitotoimien tärkeydestä. Toiseksi energiapuusta saatava hinta ei ole riittävän houkutteleva korjuukustannuksiin verrattuna. Pieniläpimittaisen puun korjuuseen liittyy useita haasteita. Ensinnäkin korjuu on varsin kallista. Pienen runkokoon vuoksi hakkuun tuottavuus jää liian alhaiseksi suhteessa hakkuukoneen käyttökustannuksiin. Joissakin tapauksissa metsuri on konetta edullisempi. Valitettavasti nykyään metsureista alkaa kuitenkin olla pulaa. Toiseksi, työskentely nuoressa metsässä on hyvin vaativaa, koska puita on tiheässä, alikasvustoa on runsaasti ja näkyvyys on heikko. Laadukkaaseen harvennukseen tulee pyrkiä, sillä sahatukkien laatu ratkaistaan ensiharvennuksissa. Kolmanneksi, läheskään aina ei ole helppoa saada riittävää määrää leimikoita markkinoille. Siksi metsänhoidon tärkeyttä pitäisi entisestään korostaa sekä lisätä energiapuuneuvontaa ja markkinointipalveluita metsänomistajille. Asiantuntijuus vuonna 2020 Suurin osa paikallisesti käytetystä biomassasta on puuta. Sitä käytetään mekaanisessa ja kemiallisessa metsäteollisuudessa sekä energiantuotannossa. Tutkimus on keskittynyt metsä- ja energiateollisuuden raaka-ainehankinnan toimitusketjuihin. Peltobiomassaa käytetään enimmäkseen rehuksi ja ruuantuotannossa sekä myös jonkin verran energiaksi. Lisäksi käytetään muita biomassoja, jotka ovat pääasiassa teollisuuden ja maatalouden jätteitä tai sivutuotteita. Biomassan tuotantoon, käsittelyyn ja prosessointiin käytettävän kaluston on oltava vaihteleviin sääolosuhteisiin ja ympärivuotiseen käyttöön sopivaa. Näiden koneiden kehitys Keski-Suomessa on keskittynyt enimmäkseen puunkorjuuteknologiaan kuten puutavarakouriin ja hakkuulaitteisiin, aines- ja pienpuun käsittelyyn sekä myös haketus- ja murskauskalustoon. Alueella on maailmanlaajuisesti toimiva traktoreita ja niiden monipuolisia lisälaitteita valmistava yritys kuten myös yrityksiä, jotka valmistavat kiinteitä ja nestemäisiä puupolttoaineita kotimaiseen käyttöön. Viime aikoina biomassan jalostus on tullut yhä tärkeämmäksi. Prosessit kuten biomassan kuivaus, pelletöinti ja biohiilen valmistus sekä toisaalta nestemäisten ja kaasumaisten polttoaineiden tuotanto tuovat lisäarvoa lopputuotteisiin. Jalosteiden tuotantoketjujen taloudellista kannattavuutta, energiatehokkuutta ja kestävyyttä on tutkittava lisää, erityisesti, kun jalostettujen tuotteiden käyttöä suunnitellaan laajennettavaksi suureen kokoluokkaan. Tämä puolestaan edellyttää suuria tuotantoketjuja, mikä tuo uusia haasteita biomassan hankintaan. Veli-Pekka Kauppinen (Metsäkeskus Keski-Suomi) Odotetut vaikutukset Pienpuun korjuun tehostamisessa on useita tavoitteita. Ensinnäkin, pienpuun kustannuskilpailukyvyn parantamiseksi korjuukustannuksia on pienennettävä 20 %. Tämä voidaan saavuttaa kehittämällä tehokkaampia koneita ja korjuumenetelmiä. Myös koko tuotantoketjua metsästä laitokselle tulee tarkastella huolella ja kriittisesti, jotta löydetään nykyistä edullisempia menetelmiä pienpuuhakkeen tuottamiseksi. Tässä yhteydessä tuotantoketjulla tarkoitetaan hakkuun, metsäkuljetuksen, varastoinnin, haketuksen ja kaukokuljetuksen muodostamaa kokonaisuutta. Toiseksi, korjuun laatua on parannettava myös 20 %. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että korjuun jälkeen epätyydyttävään kuntoon jääneiden leimikoiden määrän on vähennyttävä viidenneksellä. Tämän saavuttamiseksi tarvitaan sekä menetelmäkehitystä että koneenkuljettajien koulutusta. Kolmas tavoite on saada 50 % lisää energiapuun hakkuuseen soveltuva harvennusleimikoita markkinoille mm. uuden Metsään.fi-portaalin avulla. Se on Keski-Suomen metsäkeskuksen metsänomistajille tarjoama palvelu. Sama palvelu on saatavilla myös muualla maassa. Uusi laserkeilauksella saatu metsänmittaustieto on käytännössä havaittu luotettavaksi ja on jo linkitetty kyseiseen portaaliin. Kehitystarpeet ja toiminnan tavoitteet Ensimmäinen ja tärkein toimenpide on pienpuun korjuun tuottavuuden ja laadun parantamiseen tähtäävän kehityshankkeen käynnistäminen. Tämä tulee tehdä läheisessä yhteistyössä alueellisten konevalmistajien, puupolttoaineen toimittajien ja käyttäjien sekä kehitysorganisaatioiden kesken. Uuden teknologian, menetelmien ja liiketoimintamallien kehittäminen lisää liiketoimintamahdollisuuksia tällä alueella. Verkottuminen helpottaa myös kansainvälistymistä. Toinen tärkeä tehtävä on kehittää puupolttoaineen saatavuusselvityksiä ja markkinointimenetelmiä. Tässä tärkeimpiä työkaluja ovat uusi laserkeilausmenetelmä metsien arvioinnissa ja verkkoportaali yksityismetsänomistajien palveluna. Tätä työtä tehdään samanaikaisesti korjuuteknologian kehityksen kanssa, koska sopivien leimikoiden saatavuus on ensiarvoisen tärkeätä alueellisten energiayhtiöiden puupolttoaineen hankinnassa. Tutkimusympäristöjen kehitystä sekä VTT:llä että Jyväskylän ammattikorkeakoulun (JAMK) Bioenergiakeskuksessa on jatkettava ja kenttätöissä tarvitaan säännöllistä yhteistyötä. Koska Keski-Suomi on aina ollut metsämaakunta, alueella on paljon innovatiivisia konevalmistajia. Niiden hakkuulaitteet ja muut metsäkoneet ovat hyvin tunnettuja Suomessa ja myös useissa muissa Euroopan maissa, mutta pienille yrityksille laajempien markkinoiden saavuttaminen on työlästä. Niiden resurssit tutkimukseen ja tuotekehitykseen ovat myös rajallisia. Näin ollen tehokas verkottuminen ja yhteistyö tutkimuslaitosten kanssa voi merkittävästi auttaa kehityksessä ja kansainvälistymisessä. Ponsse Oyj Pienikokoisen harvennuspuun hakkuuta nuoressa metsässä. Hakkuuolosuhteiden parantamisella pieniläpimittaisen puun korjuu on edullisempaa. Potentiaali on suuri. PONSSE Dual yhdistelmäkone on sekä hakkuukone että kuormatraktori

7 Asiantuntijuus Kuvaus toimenpiteistä ja pääasiallisista tutkimuskumppaneista Koulutus: Koulutetaan enemmän tutkijoita/tohtoreita tutkimusalueelle Perus-/soveltava tutkimus: Lisätään tietoa pienpuun tuotantoketjuista ja soveltuvista teknologioista Tutkimus & tuotekehitys: Kehitetään ja kokeillaan uusia teknologioita, menetelmiä ja liiketoimintamalleja Tarvittavat resurssit Työvoima: 6 htv Kustannukset: 1,0 milj. euroa Rahoitusinstrumentit: EU-ohjelmat, aluekehitysrahastot, kansalliset rahoitusinstrumentit, teollisuus BIOCLUS-toiminta: Kansainväliset kehityshankkeet puupolttoaineiden korjuussa, varastoinnissa, haketuksessa ja laitosten polttoaineenkäsittelyssä. Hankevalmistelu käynnistetään BIOCLUS-kumppaneiden tutkimustapaamisissa. Organisaatiorakenne VTT vastaa tehtävistä tällä tutkimusalueella. Pääasialliset yhteistyökumppanit ovat Jyväskylän ammattikorkeakoulu, Keski-Suomen metsäkeskus sekä alueelliset hankintaorganisaatiot, energiayhtiöt ja konevalmistajat. Riskianalyysi Välitavoitteet - Ratkaisuja tuottavampaan pienpuun korjuuseen 1 htv 0,1 M Alueellinen pienpuukorjuun hankesuunnitelma valmistellaan ja lähetetään rahoittajille. 2 htv 0,4 M Kansainvälinen pienpuun hankesuunnitelma valmistellaan ja lähetetään rahoittajille. Hankkeen toteutus. Viime vuosina on ollut vaikea saada kansallista rahoitusta. Koska useimmat konevalmistajat ovat pieniä ja keskisuuria yrityksiä, riittävän rahoituksen saaminen näiltä tutkimushankkeisiin on epätodennäköistä. Puupolttoaineen hankinnan kannattavuus riippuu paljolti valtion avustuksista ja politiikasta, mm. päästökaupasta. Myös metsäteollisuuden tulevaisuuden kehitys vaikuttaa olennaisesti puunhankinnan kokonaisuuteen. Kuitupuun hinta ja kysyntä vaikuttavat myös energiapuumarkkinoihin. 3 htv 0,5 M Demonstraatio ja sovellusten kaupallistaminen. Kaupallisia sovellutuksia. Ratkaisuja biomassan tuotantoketjujen kehittämiseen ja ohjaamiseen Lähivuosina Keski-Suomessa investoidaan runsaasti biomassan käyttöön energiateollisuudessa ja muussa teollisuudessa. Esimerkiksi suuret yhdistetyt sähkön- ja lämmöntuotantolaitokset sekä biojalostamot muuttavat radikaalisti biomassamarkkinoita. Biomassan toimitusketjujen on oltava kustannustehokkaita ja luotettavia sekä tarjottava teollisuudelle oikeanlaatuista raaka-ainetta ympäri vuoden. Kestävällä pohjalla olevat toimitusketjut tarjoavat kilpailuedun tulevaisuudessa. Tuotantoketjuilla on paljon asiakkaita, kuten lämpöyrittäjät, kaukolämmöntuottajat, suuret voimalaitokset ja puunjalostusteollisuus. Jokaisella näistä on omat, yksilölliset tarpeensa. Koska biomassan käyttö lisääntyy, uusia biomassavarantoja otetaan käyttöön. Tämä on haaste toimitusketjulle. Erilaatuisten biomassojen käyttöä on edelleen optimoitava ja markkinoiden toimintaa tehostettava. Tämä edellyttää tutkimusta ja tuotekehitystä, monipuolista ja joustavaa asiantuntijuutta ja innovatiivista lähestymistä. Esimerkiksi seuraavanlaisia tutkimus- ja tuotekehitysaiheita on noussut esille: Tehokkaammat, kevyemmät, helppokäyttöisemmät ja vähemmän polttoainetta kuluttavat koneet Paremmat toiminnanohjausjärjestelmät toimitusten tehostamiseksi ja eri kuljetusmuotojen käytön optimoimiseksi Tuotannonohjausjärjestelmien parempi integrointi varmistamaan oikeanlaiset toimitukset (määrä, laatu, ajoitus) Soveltuvien käsittelyjen ja käsittelymenetelmien käyttöönotto; lisäarvon optimointi Varastokierron optimointi: välivarastointimenetelmien kehittäminen sekä varastointiaikojen lyhentäminen Kehittyneemmät mittausmenetelmät ja kaupalliset käytännöt myynnin edistämiseksi ja maksatusten nopeuttamiseksi Puubiomassa on eloperäistä materiaalia ja sellaisenaan hankalasti varastoitavaa aktiivisen bakteeritoiminnan ja sitä seuraavan maatumisen vuoksi. Varastoinnissa saattaa syntyä raaka-ainehävikkiä, energiasisällön alenemista, tulipaloja sekä raskasmetalli-, ravinne- ja kasvihuonekaasupäästöjä ja mikrobikasvustojen aiheuttamia terveysriskejä. Usein biomassan laatu heikkenee pitkäaikaisessa tienvarsivarastoinnissa. Biomassatoimitusten kuljetusten ja varastoinnin parantaminen vaatii toiminnanohjaus- ja hallintajärjestelmien kehittämistä sekä uuden teknologian ja käytäntöjen kehittämistä. Lisäksi kehittämistarvetta on resurssien kohdentamisessa sekä kuljetus- ja tuotantovälineiden valinnassa. Ongelmaa ei ole vielä täysin tiedostettu, koska esimerkiksi hakkeen varastointi on toistaiseksi ollut melko vähäistä. Pellettien laivakuljetusten aikana lämpötilaa ja kuljetustilan hiilidioksidipitoisuutta mitataan tarkasti. Biomassan lisääntyvä energiakäyttö asettaa omat haasteensa. Tuotantoketjut ovat usein kuumia ketjuja eli eri toiminnot ovat välittömästi peräkkäin ja yhden ketjun osan häiriö heijastuu välittömästi toiseen. Niiden on toimittava kaikissa sääolosuhteissa ympäri vuoden. Micael Granlund, Moisio Forest Oy Keski-Suomen biomassamarkkinat ovat merkittävät, koska maakunnassa on paljon raaka-ainetta hyödyntävää teollisuutta sekä energiantuotantoa. Biomassa kuljetetaan pääasiassa maanteitse. Viime aikoina varastointiin on kiinnitetty entistä enemmän huomiota ja siitä on tullut keskeinen tuotantoketjun kehittämiskohde. Puuta varastoidaan pääasiassa metsäteiden varrella. Moipu 300 ES on keskikokoinen, bioenergian korjuuseen soveltuva hakkuulaite sekä hakkuukoneisiin että kuormatraktoreihin. Se on yksi yleisimmistä bioenergiakäyttöön soveltuvista rullasyöttöisistä hakkuulaitteista Suomessa

8 Tulevaisuudessa on tarpeen analysoida ja verrata eri tuotantojärjestelmien sosiaalisia, taloudellisia ja ympäristövaikutuksia. Tämä edellyttää kokonaisvaltaista kuljetusten, metsätalouden, maankäytön, tiedonsiirron ja ympäristövaikutusten tutkimusta. Esimerkiksi biomassaterminaalien hyötyjä ja haittoja on tutkittava lisää ja verrattava vaihtoehtoisiin ratkaisuihin. Tutkimus-, tuotekehitys- ja innovaatiotyön tuloksia on edelleen demonstroitava ja vietävä käytäntöön. Tällöin edistynyt tuotantoketjun suunnittelu ja tarkoituksenmukaiset ohjausjärjestelmät, teknologiat ja käytännöt parantavat logistiikkaketjujen kannattavuutta ja kestävyyttä. Asiantuntijuus 2020 Luotettavat, tehokkaat ja kestävät biomassan toimitusketjut prosessiteollisuudelle sekä laajamittaiseen energiantuotantoon Kyky toimittaa tuotantoketjuasiantuntemusta muille biomassaa runsaasti käyttäville tai tuottaville alueille (muut biomassat, toisenlaiset ilmastot jne.) Tuotantoketjujen optimointi ja simulointi Tuotantoketjun ohjauksen ja liiketoimintojen tuki Tiedonvälitys (tutkimustieto, sovellukset, kuljetus- ja varastointikäytännöt, tiedonhallinta) Odotetut vaikutukset Edistetään asiantuntijuutta ja osaamista tuetaan alueellista/kansallista/kansainvälistä liiketoimintaa biomassan toimitusketjujen tehokkaiden toiminta- ja ohjauskäytäntöjen omaksumisessa Tuetaan kestävää kehitystä parannetaan toimitusketjujen kokonaistehokkuutta tuottamalla tietoa yrityksille Vahvistetaan alueen taloudellista kehitystä parannetaan tuotantoketjuja analysoimalla ketjuja ja esittelemällä uusia teknisiä sovelluksia; optimoidaan tuotantoketjun toimintoja (aika, etäisyys, asiakkaan tarpeet, koneiden työtunnit, käytettävien koneiden määrä, alue, henkilötyötunnit) Kehitystarpeet ja toiminnan tavoitteet Tutkimusohjelmassa tunnistettiin seuraavat kehitystarpeet: Luoda uusia toimintamalleja, käytäntöjä ja teknologioita tehokkaille ja laadukkaille toimitusketjuille (kuljetus, varastointi, hallinnointi ja ohjaus) Kokonaisvaltainen käsitys biomassan tuotannon, logistiikan ja maankäytön suhteista Laajempi yhteistyö eri alojen asiantuntijoiden kesken (kuljetus, metsätalous, maankäyttö, tiedonsiirto, ympäristö jne.) Kokonaisnäkemys tuotantoketjun kestävyydestä Tuotantoketjun hallintaan ja ohjaukseen liittyvän osaamisen lisääminen Viime vuosikymmeninä biomassan toimitusketjuja on kehitetty lähinnä puunjalostusteollisuuden tarpeisiin. Tällä hetkellä yksi suurimpia haasteita on perinteisen puunjalostusteollisuuden ja energiateollisuuden toimitusketjujen yhdistäminen, koska jokainen metsäpalsta on omanlaisensa ja yhdeltä palstalta tulee useita erilaisia tuotteita. Suomen talousmetsissä kiertoaika on vuotta ja kierron aikana puustoa harvennetaan tyypillisesti vähin- Pieniläpimittainen puu prosessiteollisuuteen Pieniläpimittainen puu energiantuotantoon Asiakkaat: sellutehtaat, sahat, muu prosessiteollisuus, sähköä ja lämpöä tuottavat laitokset, lämpölaitokset, metsänomistajat Tukit Metsätähteet (oksat, kannot...) Metsäbiomassan tuotantoketjuihin liittyy runsaasti erilaisia asiakkaita ja potentiaalisia tuotteita. Kirsi Knuuttila/ JAMK LHM Hakkurit Oy tään kolme kertaa. Harvennuksilta saadaan tyypillisesti puuta massanvalmistukseen ja energiakäyttöön. Päätehakkuista saadaan puuta sahoille, massanvalmistukseen ja energiakäyttöön (oksat, kannot jne.). Keski-Suomessa tutkimus ja tuotekehitys keskittyvät biomassan tuotantoketjujen tuottavuuteen ja kestävyyteen. Tuotantoketjujen tuottavuutta, käytäntöjä, teknologioita ja kestävyyttä tutkitaan ja analysoidaan. Kestävyydellä tarkoitetaan taloudellisia, kulttuurisia, sosiaalisia ja ympäristövaikutuksia ja sitä voidaan tarkastella myös elinkaarianalyysin avulla. Tuotantoketjuja voidaan optimoida asiakkaiden tarpeisiin. Tämä on mahdollista hyvien ohjaus- ja hallintajärjestelmien avulla. Jyväskylän ammattikorkeakoulu (JAMK) ja VTT osaavat tukea logistiikkaketjujen käytäntöjen ja teknologioiden kehityksessä. VTT:llä ja JAMK:lla on asiantuntemusta tuotantoketjun ohjauksesta ja esimerkiksi tuotantoketjun optimoinnista, simuloinnista sekä jonoteoriasta ja -hallinnasta. Tietämyksen soveltaminen yksittäiseen tuotantoketjuun on aina haastavaa. Jotta päätöksentekijöille voidaan tuottaa luotettavaa tietoa, kannattaa hyödyntää erilaisia järjestelmiä. JAMK:ssa käytetään esimerkiksi paikkatietojärjestelmiä (kuten MapInfo ja ArcMap) sekä kuljetusten optimointiohjelmia. Keski-Suomen klusterin tavoitteena on edelleen kehittää asiantuntemustaan ja kartoittaa entistä laajemmin soveltuvia tietoteknisiä järjestelmiä tuotantoketjujen dynaamisessa optimoinnissa, ohjauksessa ja kehityksessä. Myös varastointiin liittyvän lainsäädännön parempaa tuntemusta tarvitaan. Tätä asiantuntemusta voidaan ostaa myös ulkopuolelta. Puunkorjuu- ja käsittelykoneita kehitettäessä ympäristöasiat ovat tärkeässä roolissa. Tulevaisuudessa tuotantoketjujen energiankulutusta seurataan yhä tarkemmin ja laajemmin. Esimerkiksi kuljetusyritykset voivat liittyä energiankulutuksen ja ympäristövaikutusten seuranta- ja raportointijärjestelmään, EMISTRAan. Se on työkalu kulkuneuvojen polttoaineenkulutuksen ja päästöjen seurantaan. Lisäksi yrityksiä rohkaistaan liittymään energiatehokkuussopimuksiin. Keski-Suomen klusteri kehittänee käytäntöjä ja teknologioita tuotantoketjun kehittämiseen. Biomassan tuotantoketjujen tuottavuus ja kestävyys Tällä hetkellä biomassan toimitusketjuissa toimivat yritykset ovat usein pieniä ja keskisuuria. Monet ohjaavat toimintaansa kokemusperäisellä tiedolla. Osa yrityksistä hyödyntää toiminnanohjausjärjestelmiä, jotka auttavat päivittäisessä toiminnassa, mutta eivät tarjoa riittävästi tietoa tulevaisuuden suunnittelua ja kehitystä varten. Kilpailu yritysten välillä on kovaa ja niiden on kehitettävä toimintaansa ja toiminnan hallintaansa. Tämä voidaan toteuttaa omaksumalla uusia menetelmiä käytännön työhön ja hallinnointiin. JAMK voi tukea yrityksiä demonstraatioin ja biomassan toimitusketjujen dynaamisella optimoinnilla, jolloin toimitusketjun ohjattavuus ja hallittavuus paranee. Kuvaus toimenpiteistä ja pääasiallisista tutkimuskumppaneista Tutkimus ja tuotekehitys, sisältäen demot: Biomassan toimitusketjuihin liittyvät selvitykset, analyysit ja optimointi yhteistyössä toimitusketjun yritysten ja biomassan loppukäyttäjien kanssa. Tarvittavat resurssit Työvoima: 37 htv Työvoimakustannukset: 3,7 milj. euroa Muut kustannukset: 0,7 milj. euroa Rahoitusinstrumentit: Tekes, rakennerahastot, EU:n 7. puiteohjelma, CIP BIOCLUS-toiminta: Toimitusketjun, paikkatietojärjestelmien ja tuotannonohjausjärjestelmien asiantuntemuksen parantaminen Liiketoimintaympäristön kehittäminen Tutkimus- ja tuotekehitystoiminnan tuloksia voidaan hyödyntää liiketoiminnan päätöksenteossa ja toimintaympäristön kehittämisessä. Osallistuminen toimialan kansallisiin ja eurooppalaisiin työryhmiin ja forumeihin parantaa ymmärrystä liiketoiminnan haasteista

9 Jatkokoulutuksen kehittäminen Tutkimusorganisaatiot tarjoavat usein myös koulutusta. Tästä syystä on käytännöllistä levittää tutkimustyön tuloksia sekä hyödyntää tutkimustyössä saatu ymmärrys ja kokemusperäinen tieto. Organisaatiorakenne JAMKilla on päävastuu tästä tutkimusalueesta. Työtä tukevat myös tutkimusorganisaatiot kuten Jyväskylän yliopiston Agora Center, jolla on asiantuntemusta optimoinnista ja VTT, jolla on pitkä kokemus biomassan toimitusketjuista niin Suomessa kuin muuallakin maailmassa. Lisäksi tarvitaan simulointiosaamista ja yhteistyötä tiettyjen toimialaryhmittymien ja työryhmien kanssa. Mahdollinen yhteistyökumppani on esimerkiksi BIT Business Innovation Technology, joka on Aalto-yliopiston teknillisen korkeakoulun tutkimuskeskus. Riskianalyysi Biomassalogistiikka on kasvava liiketoiminta-ala. Useimmat yritykset ovat hyvin pieniä ja niillä on harvoin motivaatiota tai resursseja osallistua tutkimustyöhön. Siksi tutkimustoiminta on julkisrahoitteista tai sitä tehdään yhteistyössä muutamien yritysten kanssa. Keski-Suomessa on kolme tutkimuslaitosta, jotka toimivat tällä liiketoiminta-alueella: Jyväskylän Ammattikorkeakoulu, VTT ja Jyväskylän yliopisto. Suurimmat resurssit ovat tällä hetkellä JAMK:lla, jolla on vähintään 10 logistiikan ammattilaista. Tavoitteena on ylläpitää ja edelleen kasvattaa osaamista. Palvelutarjontaa on myös lisättävä. Tämän ohella organisaatioiden on hankittava lisää tuotantoteknologioiden, varastoinnin ja kuljetusteknologian ammattilaisia. Myös teollisuustalouden ammattilaisia tarvitaan. Välitavoitteet - Ratkaisuja biomassan tuotantoketjujen kehittämiseen ja ohjaamiseen Ratkaisuja biomassan polttoteknologiaan Ratkaisuja monipolttoainevoimalaitosten käytettävyyden parantamiseen Viime aikoina tutkimus on keskittynyt biomassan polton leijukerrosteknologioihin sekä biomassojen ja fossiilisten polttoaineiden rinnakkaispolttoon. Esimerkiksi tuhkan korkeissa lämpötiloissa tapahtuvan kemiallisen käyttäytymisen tunteminen on mahdollistanut uusia kaupallisia innovaatioita, jotka lisäävät jätteenpolton hyötysuhdetta. Hiilidioksidipäästöjen vähentäminen lisäämällä bioenergian osuutta lämmön ja sähkön tuotannossa on tärkeä tavoite niin Keski-Suomessa kuin muuallakin Euroopassa. Kiertoleijupolton etu on sen joustavuudessa polttoaineiden suhteen; palamisolosuhteet ovat suotuisat pienten typenoksidipäästöjen saavuttamiseksi. Paikalliset polttoaineet laajentavat kiertoleijukattiloiden polttoainevalikoimaa ja toisaalta heikentävät polttoaineiden laatua haastavien biomassapolttoaineiden ja erilaisten jätteiden polton myötä. Haastavia polttoaineita ovat esimerkiksi erilaiset maatalouden ja teollisuuden jätteet ja muut kasvipohjaiset biomassapolttoaineet. Fossiilisten polttoaineiden polton päästöjen vähentämiseen on myös kehitetty menetelmiä; VTT teki esimerkiksi ensimmäisenä maailmassa onnistuneita happipolttokokeita ja jatkaa yhä tutkimusta kyseisestä aiheesta. Happipoltto mahdollistaa hiilidioksidin talteenoton ja varastoinnin (CCS, Carbon Capture and Storage). Suuren kokoluokan polttotutkimuksen vahvuuksia Keski-Suomessa ovat ainutlaatuiset koelaitteet, koko prosessin hallinta biomassan tuotannosta polttoon ja tuhkan hyötykäyttöön sekä käytännön kokemusten ja teoreettisen tiedon yhdistäminen palamisprosessimalleiksi. Lisäksi Keski-Suomessa on jo ennestään vankkaa osaamista huollossa ja kunnossapidossa ja tätä vahvistetaan edelleen happipoltto- ja CCS-osaamisella. Suomen Akatemian asettama kansainvälinen raati arvioi Jyväskylän yliopiston kemiantutkimuksen korkealuokkaiseksi. Tuhkakemian tutkimuksen resurssien lisäys Asiantuntijuus 7 htv 0,8 M Kokemusta dynaamisesta optimoinnista 10 htv 1,2 M Tutkimusryhmä perustettu (vähintään 3 tutkijaa) 20 htv 2,4 M Paras biomassan toimitusketjujen asiantuntija Suomessa Suveko Oy / Kalevi Korhonen Keljonlahden sekä sähköä että lämpöä yhdistetyssä prosessissa tuottava monipolttoainevoimala yöllä

10 nostaa polttotekniikan tutkimuksen Keski-Suomessa uudelle tasolle. Tulevaisuudessa tavoitteena on tarjota tutkimuspalveluja laajemman sekä heikompilaatuisemman polttoainevalikoiman, kuten haastavien biomassojen ja jätteiden, poltossa myös CCS-sovelluksissa. Vaikka huonolaatuisten polttoaineiden ja jätteiden poltto ei lisäänny Suomessa yhtä nopeasti kuin muualla Euroopassa, tietämys näissä polttoprosesseissa tarvittavista teknisistä ratkaisuista on pidettävä hyvänä, jotta sekä kansallisesti että kansainvälisesti toimivia alan yrityksiä voidaan tukea tutkimuksellisesti. Siksi tämän alan tutkimus on valittu yhdeksi edistettäväksi painopistealueeksi BIOCLUS-hankkeessa. Asiantuntijuus 2020 Suuren kokoluokan polttotutkimuksen vahvuuksia Keski-Suomessa ovat ainutlaatuiset koelaitteet, koko prosessin hallinta biomassan hankinnasta polttoon ja tuhkan hyötykäyttöön sekä käytännön kokemusten ja teoreettisen tiedon yhdistäminen palamisprosessimalleiksi. Tulevaisuudessa tutkimus keskittyy tarjoamaan palveluita laajan mutta osin heikkolaatuisen polttoainevalikoiman, kuten haastavien biomassojen ja jätteiden, poltossa. Monipolttoainekäytössä tavoitteena on nostaa hyötysuhdetta sekä vähentää lämmön ja sähkön tuotannon päästöjä. Odotetut vaikutukset det ratkaisut tehostavat heikkolaatuisten polttoaineiden käyttöä. Tutkimus parantaa kiertoleijupolton osaamisen tasoa Keski-Suomessa sekä tukee Suomen energia- ja polttolaitevientiteollisuutta. BIOCLUS-hankkeen loppuun mennessä (2012) VTT:n ja Jyväskylän yliopiston yhteistyö on alkanut. Kumppanuudesta myös muiden BIOCLUS-hankkeen eurooppalaisten alueiden kanssa on keskusteltu ja hanke-ehdotus kansainväliseksi hankkeeksi tehty. Vuoteen 2020 mennessä kansainväliset ja teolliset hankkeet sekä VTT:n ja Jyväskylän yliopiston välinen yhteistyö ovat nostaneet biomassan polton asiantuntijuuden Keski-Suomessa uudelle tasolle ja luoneet yhden tai useampia kaupallisia sovelluksia. Kehitystarpeet ja toiminnan tavoitteet Tuhkakemian ymmärtämisen avulla voidaan kehittää ratkaisuja kattilan korroosioon ja likaantumiseen, erityisesti poltettaessa huonolaatuisia biomassoja leijupetikattiloissa. Tuhkakemian, biomassojen ja jätteiden polton, prosessidiagnostiikan ja prosessioptimoinnin tutkimustietoa voidaan käyttää polttoprosessien, mittaamisen ja tarkkailun sekä automaation kehittämiseen. Näiden työkalujen luominen antaa samalla yrityksille mahdollisuuden uuteen liiketoimintaan. Eksoottisempien biomassojen ja niiden ominaisuuksien tuntemusta lisätään kansainvälisellä yhteistyöllä alan ammattilaisten kanssa. Kuvaus toimenpiteistä ja pääasiallisista tutkimuskumppaneista Koulutus: Koulutetaan tutkijoita/tohtoreita tutkimusalueelle (on jo käynnissä) Perus-/soveltava tutkimus: Lisätään tietoutta eksoottisista biomassoista (hankinta, poltto, tuhkan käyttö) Tutkimus ja tuotekehitys: Kehitetään ja testataan luotuja sovelluksia Tarvittavat resurssit Työvoima: 30 htv Kustannukset: 3,5 milj. euroa Rahoitusinstrumentit: EU-ohjelmat, kansalliset rahoitusinstrumentit, teollisuus BIOCLUS-toiminta: Kansainvälinen hanke monipolttoainekäytöstä, polttoaineenkäsittelystä laitoksella ja tuhkan käytöstä. Valmistellaan tutkimusvierailuilla ja työpajoissa BIOCLUS-kumppaneiden kanssa. Organisaatiorakenne VTT vastaa tehtävistä tällä tutkimusalueella. Pääasialliset yhteistyökumppanit ovat Jyväskylän yliopisto, suomalaiset ja ulkomaalaiset energialaitokset, johtavat arina- ja leijukattiloiden valmistajat sekä eurooppalaiset yliopistot ja tutkimuslaitokset. Lisäksi tarvitaan kumppaneita toimittamaan koepolttoaineita ja mittaamaan päästöjä pilottilaitoksilla sekä kansainvälisiä kumppaneita toimittamaan eksoottisia biomassapolttoaineita. Riskianalyysi Jatko-opiskelijoiden saamisessa voi olla ongelmia ja tämä voi viivästyttää aikatauluja. Aivovuoto tutkimusalueelta voi lopettaa tai viivästyttää työn jollakin tutkimusalueella. Rahoitusongelmat voivat aiheuttaa viivästyksiä. Teollisuuden uudelleenjärjestelyt voivat vaikuttaa ratkaisevasti työhön tutkimusalueella. Kansainvälinen lainsäädäntö muuttuu jatkuvasti ja sen vaatimukset voivat vaikuttaa merkittävästi huonolaatuisten polttoaineiden ja jätteiden polttoon. Välitavoitteet - Ratkaisuja monipolttoainevoimalaitosten käytettävyyden parantamiseen Tavoitteena on luoda uusia innovaatioita ja konsepteja huonolaatuisten polttoaineiden polttoon sekä tuhkan käyttäytymisessä ja tuhkan hyötykäytössä ilmenevien ongelmien ratkaisemiseksi sekä arina- että leijupoltossa. Tätä keskisuomalaista tutkimusaluetta vahvistetaan parantamalla VTT:n ja Jyväskylän yliopiston pitkäaikaista yhteistyötä. Vuoteen 2015 mennessä tutkimuksen yhteistyöalueelle luodaan viisi uutta työpaikkaa. 9 htv 1,2 M Uusilla prosessin käsittelyratkaisuilla sähköntuotannon hyötysuhdetta voidaan nostaa nykytasosta 10 20%. Uu- Monipolttoainekäyttöön sopivien leijukattiloiden tutkimus mahdollistaa erilaisten biopolttoaineiden käytön hyvällä hyötysuhteella ja pienillä päästöillä. Eija Alakangas, VTT Asiantuntijuus 9 htv 1,0 M Monipolttoainekäytön hankesuunnitelma valmis ja lähetetty. VTT-JY-yhteistyö käynnistyy. 20 htv 1,3 M VTT-JY-yhteistyötä. Viisi väitöskirjaa valmiina. Kansainvälinen monipolttoainekäyttöhanke käynnissä. Kansainvälisiä ja teollisia monipolttoainehankkeita. Luotujen sovellusten demonstraatiot ja kaupallistaminen

11 Ratkaisuja kiinteiden polttoaineiden pienpolttoon Tällä hetkellä Keski-Suomessa noin 80 % lämmöstä tuotetaan kotimaisilla polttoaineilla, kuten puulla tai turpeella. Useimmat kuntakeskukset ja kylät lämmitetään pienillä bioenergiajärjestelmillä, kuten myös maatilat ja muut suuret rakennukset maaseudulla. Näin ollen Keski-Suomessa ja siellä toimivilla kattila- ja muilla lämmityslaitevalmistajilla on erinomaista käytännön kokemusta pienen kokoluokan bioenergiantuotannosta. Biomassan energiakäyttö kasvaa voimakkaasti Euroopassa. CEN (European Committee for Standardization) on hiljattain luokitellut biomassapohjaiset polttoaineet (EN 14961) ja uudistanut kiinteän polttoaineen kattiloiden testauksiin liittyvän standardin EN Myös muuta ohjeistusta ja lainsäädäntöä valmistellaan. Näin ollen on olennaista jakaa tätä tietoa ja valmistella teollisuutta tulevaisuuden energiatehokkuus- ja päästövaatimuksiin. Bioenergiakeskuksessa Saarijärvellä testataan kattiloita, kehitetään tuotteita ja analysoidaan kiinteitä biopolttoaineita. Lisäksi näitä uusia tiloja käytetään bioenergiakoulutukseen. Viime vuosina pienpolttotutkimus on keskittynyt erityisesti pienhiukkasiin ja parantamaan laitteiden hyötysuhdetta. VTT:n laaja testaus- ja tutkimuskokemus on hyödyttänyt erityisesti tulisijavalmistajia, mahdollistaen heille tiukkojen kansainvälisten päästörajoitusvaatimusten saavuttamisen. Tällä hetkellä VTT:llä on mahdollisuus akkreditoituna laitoksena EN 303-5:n mukaiseen testaukseen 300 kw:n tehoon saakka. Jyväskylän ammattikorkeakoulu on investoinut Bioenergiakeskuksen kattilatestausympäristöön. Keskus tarjoaa kehityspalveluita bioenergiajärjestelmien valmistajille ja käyttäjille. Soveltuva kokoluokka on 3 kw:sta 3 MW:iin lämpötehona ilmaistuna ja yhdistetyssä sähkön- ja lämmöntuotannossa 80 kw:n sähkötehoon saakka. Tällä hetkellä JAMKin Bioenergiakeskuksessa on kattilantestauslaboratorio ja kiinteiden polttoaineiden testauslaboratorio. Tavoitteena on tarjota tutkimus- ja tuotekehityspalveluja akkreditoidussa laboratoriossa, joka tarjoaa kattilantestauspalveluja EN standardin mukaan 500 kw:n kokoluokkaan asti. Laatujärjestelmänä on ISO Tutkimusta ja tuotekehitystä tehdään JAMK:ssa yhteistyössä VTT Expert Services Oy:n, Jyväskylän yliopiston ja muiden toimijoiden kanssa. Bioenergiakeskus keskittyy myös kiinteiden polttoaineiden ominaisuuksien määrittelyyn. Tulevaisuudessa päätavoitteena on tuottaa lämmitysjärjestelmiä sekä yhdistetyn sähkön- ja lämmöntuotannon järjestelmiä, joilla on parempi hyötysuhde ja pienemmät päästöt. Tuotannon on oltava asiakkaiden tarpeiden mukaista. EU:n asettamat bioenergiatavoitteet saavutetaan vain, jos monenlaiset bioenergiavarat saadaan käyttöön. Jotta uudet bioenergiaraaka-aineet, kuten viljeltävät energiakasvit saadaan käyttöön, edellyttää se runsaasti tutkimusta ja tuotekehitystä. Myös erilaisista käyttöympäristöistä tarvitaan lisätietoa. Lisäksi on tärkeä ymmärtää energiatehokkuus ja energiankulutuksen kestävyyden vaatimuksen erilaisissa lämmityskohteissa. Toni Kalliomäki, JAMK / Mika Juhani Luomansivu Asiantuntijuus 2020 Bioenergiajärjestelmien (enintään 3 MW lämpöä / enintään 80 kw sähköä) tutkimus-, testaus-, kehitys- ja koulutusympäristöt. Testaus yleisimpien standardien mukaan (bioenergiakattilat, kiukaat, kamiinat, liedet ja varaavat takat) Tutkimus- ja kehittämispalvelut Biopolttoaineiden luokittelu ja laadunhallinta Prosessinohjaus ja -hallinta (esimerkiksi päästöt ja hyötysuhde) Odotetut vaikutukset Tutkimus- ja kehitysorganisaatioiden, paikallisviranomaisten ja yritysten vahvistunut alueellinen yhteistyö Innovaatiojärjestelmien edistäminen, verkottaminen ja yhteistyö BIOCLUS-alueilla Pienpolton asiantuntemuksen lisääntyminen (päästöjenmuodostus ja -hallinta, hyötysuhde) Tukea yrityksille tuotteiden käytettävyyden ja hyötysuhteen parantamiseen sekä ympäristövaikutukseltaan vähäisempien tuotteiden kehittämiseen Keskittyminen laadukkaaseen tutkimukseen - parempia tuloksia Ennakoivan kunnossapidon huomioiminen suunnittelussa ja toteutuksessa Kehitystarpeet ja toiminnan tavoitteet Kehitetään uusia teknologioita ja käytäntöjä puun ja muiden biomassojen pienpolttoprosesseihin JAMK:lle hankitaan soveltuvien standardien (esimerkiksi EN 303-5) mukainen akkreditointi pienten bioenergiajärjestelmien testaamiseen Kehitetään ja tuetaan biopolttoaineiden luokitusta ja laadunhallintaa Tuetaan standardien käyttöä liiketoiminnassa ja jaetaan niihin liittyvää tietoa Parannetaan pienen kokoluokan bioenergiantuotannon ja ennakoivan kunnossapidon suunnittelun ja toteutuksen asiantuntemusta Standardien käytön tukeminen liiketoiminnassa Suomessa ei tällä hetkellä ole tiukkoja päästörajoituksia tai hyötysuhdevaatimuksia pienille bioenergiakattiloille. Useimmissa Euroopan maissa vaaditaan kuitenkin tyyppihyväksyntä. Näin ollen on tärkeätä hankkia tietoa vaatimuksista, testata tuotteet tarkoituksenmukaisesti ja kehittää niitä edelleen tarvittaessa. Tämä on mahdollista yhteistyössä sellaisen luotettavan tutkimuslaitoksen kanssa, jolla on sopiva laboratorioympäristö. Tutkimusorganisaatiot, kuten JAMK, VTT, Jyväskylän yliopisto, tuottavat tietoa standardien soveltamisesta ja tekevät polttokokeita erilaisilla biomassoilla ja kattiloilla. Lisäksi uusinta tietoa tutkimuksesta ja tuotekehityksestä jaetaan bioenergiakattiloiden valmistajille ja muille alan toimijoille. Kuvaus toimenpiteistä ja pääasiallisista tutkimuskumppaneista Tavoitteena on tukea standardien käyttöä liiketoiminnassa jakamalla kattilanvalmistajille ja järjestelmätoimittajille tietoa standardien eduista kansallisissa ja kansainvälisissä bioenergiatapahtumissa ja yhteistyöryhmissä. Koulutusta järjestetään yhteistyössä sopivien yritysten, eturyhmien, viranomaisten sekä tutkimusta ja tuotekehitystä tekevien organisaatioiden (kuten FINAS eli Finnish Accreditation Service, kattilanvalmistajat, kiinteistöala, MetsSta, joka on CENin Suomen edustaja näissä asioissa) kanssa. Tutkimus ja tuotekehitys, sisältäen demot: Testaus ja demonstraatiot toteutetaan yhdessä kattilanvalmistajien ja -maahantuojien, muiden laite- ja järjestelmätoimittajien (tiedonsiirto, mittaus) ja FINASin kanssa. Lisäksi tuetaan biokattiloiden valmistajien, tutkimuksen ja tuotekehityksen sekä kiinteistöalan yhteistyötä. Tarvittavat resurssit Työvoima: 10 htv Työvoimakustannukset: 1,0 milj. euroa Muut kustannukset: 0,2 milj. euroa Rahoitusinstrumentit: Tekes, rakennerahastot, EU:n 7. puiteohjelma BIOCLUS-toiminta: Seurataan päästöjen hallinnan ja energiatehokkuuden tutkimuksen, tuotekehityksen ja teknologioiden kehitystä, standardien käyttöönottoa, biomassapolttoaineiden ja erilaisten kattiloiden testausta, biomassojen polton tutkimusta ja tuotekehitystä ja standardisointia sekä kansallisia ja kansainvälisiä alan tapahtumia ja yhteistyöryhmiä. Lisäksi kehitetään 20 21

12 laatujohtamisen, standardien hallinnan, tulevaisuuden kansallisten ja EU-tason tutkimus- ja tuotekehitysvaatimusten, strategioiden, lainsäädännön ja muiden biomassojen polttoon liittyvien toimien asiantuntemusta. Biopolttoaineiden luokittelun ja laadunhallinnan kehittäminen ja tukeminen Viime vuosina CEN on luokitellut kiinteitä biopolttoaineita. Siitä huolimatta todelliseen testaamiseen perustuva tutkimustieto ei ole kattavaa. Tämän vuoksi tavoitteena on tehdä erilaisia kiinteän biomassan polttokokeita ja polttoaineanalyysejä. Tällä pyritään lisäämään tietämystä erilaisten polttoaineiden käyttäytymisestä ja ominaisuuksista erilaisissa polttoprosesseissa. Polttoprosessien kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia, kuten päästöjä ja palamisen hyötysuhdetta, analysoidaan. Kuvaus toimenpiteistä ja pääasiallisista tutkimuskumppaneista Koulutus: Väitöskirjat, pro gradu-, diplomi- ja kandidaatintyöt pienpolttoprosesseista, päästöjen muodostumisesta ja hallinnasta sekä polttoaineiden ominaisuuksien määrittelyistä ja luokituksista Perus-/soveltava tutkimus ja tuotekehitys: Kiinteän biomassan palamisprosessi, päästöjen muodostuminen ja hallinta, polttoaineen ominaisuuksien määrittely ja luokittelu yhteistyössä JAMK:n, VTT:n, VTT Expert Services Oy:n, Jyväskylän yliopiston ja yritysten sekä muiden tutkimus- ja tuotekehitysorganisaatioiden kanssa kansallisella ja EU-tasolla Ennakoivan kunnossapidon suunnittelu ja toteutus Bioenergian tuotannolla on pitkä historia, mutta alalle on viime aikoina myös tullut paljon uutta teollisuutta ja tekniikkaa. Tämän vuoksi lämpö- ja voimalaitosten ajettavuuteen liittyvät käytännöt eivät ole vielä riittävän vakiintuneita eikä kunnossapitotoimia ole aina etukäteen suunniteltu. JAMK:lla on pitkä kokemus ennakoivan kunnossapidon suunnittelusta ja toteutuksesta prosessiteollisuudessa. Tämän vuoksi JAMK kehittää tutkimus- ja tuotekehityspalvelujaan kattamaan ennakoivan kunnossapidon myös bioenergiatuotannossa. Käytännössä modernissa kunnossapidossa tarvitaan kunnossapitotoimien historiatietoja, tutkimustoimenpiteitä, kehittämismahdollisuuksien pohdintaa sekä luotettavuusmallinnusta ja -analyysiä. Laitteiden ja järjestelmien kuntoa on myös tarkasteltava. Kuvaus toimenpiteistä ja pääasiallisista tutkimuskumppaneista Koulutus: Lisätään lämmöntuotannon ja yhdistetyn sähkön- ja lämmöntuotannon osaamista; suunnittelu, rakentaminen, käyttö ja kunnossapito Soveltava tutkimus ja tuotekehitys: Pienimuotoisen lämmöntuotannon ja yhdistetyn sähkön- ja lämmöntuotannon luotettavuus-, käytettävyys- ja kunnossapidettävyysmallinnus ja -simulointi sekä riskitarkastelu, luotettavuusvaatimusten hallinta investointihankkeissa yhteistyössä energiantuottajien ja tutkimusorganisaatioiden (kuten yliopistojen ja tutkimuslaitosten) kanssa Organisaatiorakenne JAMK:lla on päävastuu pienpolton toimenpiteiden toteuttamisesta. Tärkeimmät yhteistyökumppanit ovat: yritykset, kuten kattilanvalmistajat ja -maahantuojat, muiden laitteiden ja järjestelmien toimittajat (tiedonsiirto, mittaus), energiantuottajat ja kiinteistöala   muut sidosryhmät, kuten FINAS, MetSta, FINBIO jne.   yliopistot ja tutkimuslaitokset kansallisella ja EUtasolla, kuten VTT Expert Services Oy, Jyväskylän yliopisto, VTT Riskianalyysi Tässä luvussa mainittujen toimenpiteiden toteutumiseen liittyy muutamia tunnistettuja riskejä. Ensinnäkin voi olla, että Bioenergiakeskus ei saa riittävästi asiantuntijoita käyttöönsä. Laadukasta palvelua voi tarjota vain ammattitaitoinen henkilöstö. Toisaalta myös akkreditointiprosessin viivästyminen tai epäonnistuminen hankaloittaa tavoitteiden saavuttamista. Tutkimuksen ja tuotekehityksen asiakkaat löydetään olemassa olevista verkostoista tai markkinoimalla palveluita. Markkinointi voi kuitenkin olla riittämätöntä tai se ei tavoita kohderyhmiään. Toimintaympäristön muutokset voivat myös vaikuttaa toimenpiteiden onnistumiseen. Muutoksia voi tapahtua kansallisella, paikallisella tai organisaatiotasolla. Kansallisella tasolla riskinä on se, ettei laatuvaatimuksia (kuten esimerkiksi päästörajoja tai standardeja) aseteta lähitulevaisuudessa. Tämän seurauksena kotimarkkinoille voidaan tehdä heikkolaatuisempia tuotteita eikä kotimarkkinoilta näin saada referenssejä vientiä ajatellen. Myöskään akkreditointipalvelujen kysyntä on tällöin vähäistä. Osallistuvien organisaatioiden, kuten JAMK:n rahoituksen tai tavoitteiden muuttuminen voi haitata suunnitelmien toteutumista. Välitavoitteet Ratkaisuja kiinteiden polttoaineiden pienpolttoon Tarvittavat resurssit Työvoima: 10 htv Työvoimakustannukset: 1,4 milj. euroa Muut kustannukset: 0,3 milj. euroa Rahoitusinstrumentit: Tekes, rakennerahastot, EU:n 7. puiteohjelma, Älykäs Energiahuolto-ohjelma BIOCLUS-toiminta: Edistetään palamisprosessien, päästöjen muodostumisen ja hallinnan, polttoaineen ominaisuuksien määrittelyn ja luokittelun sekä näiden tutkimuksen ja tuotekehityksen asiantuntijuutta käytännössä Tarvittavat resurssit Työvoima: 10 htv Työvoimakustannukset: 1,0 milj. euroa Muut kustannukset: 0,1 milj. euroa Rahoitusinstrumentit: Tekes, rakennerahastot, EU:n 7. puiteohjelma, CIP (kuten Intelligent Energy for Europe) BIOCLUS-toiminta: Osaamisen lisääminen (koulutus ym.) ja hankevalmistelu Asiantuntijuus 6 htv 0,7 M Pienen kokoluokan bioenergiajärjestelmien testauksen akkreditointi hankittu 10 htv 1,2 M Bioenergiakeskus on Suomen johtava asiantuntijakeskittymä pienimuotoisessa bioenergiantuotannossa 18 htv 2,1 M Bioenergiakeskus on tärkeä eurooppalainen asiantuntijakeskittymä pienimuotoisessa bioenergiantuotannossa

13 Ratkaisuja pienen kokoluokan yhdistettyyn sähkön- ja lämmöntuotantoon (pien-chp) EU:n uusiutuvan energian ja päästövähennysten tavoitteiden saavuttamisessa biomassa on tärkein yksittäinen uusiutuvan energian lähde fossiilisten polttoaineiden korvaajana. Yhdistetty sähkön- ja lämmöntuotanto (combined heat and power, CHP) puolestaan nähdään potentiaalisimmaksi ja energiatehokkaimmaksi biomassan energiankäyttömuodoksi. Monissa EU-maissa päähuomio on sähköntuotannossa, kun lämpö samasta prosessista hankittuna puolestaan on nähty sivutuotteeksi, jota voidaan vaihtelevissa määrin käyttää yhteistuotantonimekkeen saamiseksi. Taloudellista tukea tarjotaan yleensä tuotetulle sähkölle (mm. syöttötariffit ja vihreät sertifikaatit), ja lämmön hyödyntäminen huomioidaan vain sähkölle maksetun yhteistuotannon oikeuttaman tuen lisäyksen kautta. Lisäksi joissakin Etelä-Euroopan maissa syöttötariffit on suunniteltu sähkön erillistuotantoon, eivätkä huomioi yhteistuotantoa. Täten pien-chpteknologian optimointi suuremman sähköntuotannon osuuden aikaansaamiseksi suhteessa tuotettuun lämpöön ja kohtuullisin investointikustannuksin on tarpeen. Karstulan voimalaitos käyttää mekaanisen metsäteollisuuden puujätteitä. Se tuottaa höyryturbiinilla 1 MW sähköä sekä 9 MW prosessihöyryä ja kaukolämpöä. Energia- ja kustannustehokkuuden kannalta on tärkeää myös löytää optimaalisia hyödyntämistapoja CHP-tuotannosta saatavalle lämmölle. Esimerkiksi maissa, joissa lämmitystarve on pieni, voidaan CHP-lämmön käyttöä lisätä käyttämällä se jäähdytystä tuottavaan absorptiolämpöpumppuun. Tällaisia sovelluksia on jo Keski- ja Etelä-Euroopassa. Toisaalta lämmityksen energiantarve Keski- ja Pohjois-Euroopassa on jatkuvasti pienenemässä selvästi aiempaa rakennuskantaa energiatehokkaampien uudisrakennusten ja olemassa olevan rakennuskannan saneerausten vuoksi. Vuonna 2020 Euroopassa tavoitellaan yleisesti passiivi- ja nollaenergiatasoa uusissa rakennuksissa, mikä vaikuttaa merkittävästi CHPtuotannon mahdollisuuksiin. Näin ollen tarvitaan uuden CHP-teknologian lisäksi uusia konsepteja kauko- ja aluelämmön sekä jäähdytyksen tuotantoon. Yhdistetty, kiinteää biopolttoainetta käyttävä tuotanto on tavallisesti perustunut vesihöyryturbiini- eli Rankineprosessiin, jossa kokoluokka on ollut MW sähköä. Markkinatutkimusten mukaan suurin potentiaali bio- CHP-tuotannossa on kuitenkin sähkötehon kokoluokassa 50 kw - 3 MW, vastaten kattilatehona 1-15 MW. Tämä merkitsee siirtymistä huomattavasti erilaiseen kokoluokkaan, teknologiaan ja asiakastarpeisiin. Lyhyen ja keskipitkän aikavälin uusiutuvan energian investointeja ajatellen pien-chp on kasvava ja hyvin lupaava markkina-alue, joka siksi pitäisi huomioida tärkeänä bioenergiasektorin tutkimus- ja tuotekehitysalueena. Samalla kun valtiot ovat alkaneet merkittävästi tukea uusiutuvalla energialla tuotettua sähköä, on markkinoille tullut tai tulossa useita lupaavia pien-chp-teknologioita. Osa teknologioista on jo täysin kaupallistettu, kuten ORC (Organic Rankine Cycle)-laitokset. Esimerkiksi Keski-Euroopassa on rakennettu yli 150 sähköteholtaan 200 kw - 2 MW ORC-laitosta. Toisaalta suurempi sähköntuotannon osuus suhteessa tuotettuun lämpöön saavutetaan biomassan kaasutusteknologialla, yhdistettynä polttomoottoriin tai mikroturbiiniin. Tätä MW Power Oy HT Enerco Oy Kiinteät biopolttoaineet Vesi Ilma Kaasutus Bionear-kaasutin on keskisuomalaisen energiateknologiakehittäjän HT Enercon uusin tuote. Se on pienen kokoluokan kaasutinlaitos, joka tekee synteesikaasua termokemiallisessa prosessissa. Synteesikaasu voidaan muuntaa lämmöksi ja sähköksi. teknologiaa löytyy etenkin kokoluokassa 20 kw - 3 MW sähkötehoa. Biomassan kaasutukseen perustuvaa pien-chp-teknologiaa on yritetty kaupallistaa useita kertoja huonolla menestyksellä, vaikkakin teknologian kehittäjät Euroopassa ja myös Suomessa (kuten Fortel Components Oy ja GASEK Oy) kertovat nyt löytäneensä toimivia ratkaisuja. Toinen tulossa oleva ja selvästi markkinapotentiaalia omaava ratkaisu on pienhöyryturbiini, sähköteholtaan kw - potentiaalisimmissa sovellutuksissa sähköteho on tavallisesti yli 1 MW. Muita ratkaisuja ovat kuumailmaturbiinit ( kw sähköä) ja stirlingmoottorit (1-200 kw sähköä). Kaikista näistä stirlingmoottori on arvioitu heikoimmaksi nykyisen teknologisen kypsyytensä ja tulevaisuuden markkinapotentiaalinsa osalta. Keski-Suomen alueella pien-chp-tuotantoa tutkitaan Jyväskylän yliopistossa, jossa keskitytään pääasiassa puun kaasutus- ja stirlingteknologiaan. Lisäksi VTT:llä on biomassan kaasutuksen asiantuntemusta Espoossa. Pien-CHP ei tällä hetkellä ole Keski-Suomen bioenergian t&k-sektorin keskeisimpiä osaamisalueita. Siihen läheisesti liittyvää asiantuntijuutta kuitenkin löytyy, kuten biomassan eri kokoluokan polttoteknologioiden ja tuotantoketjujen osaamista. Lisäksi alueella on runsaasti kokemusta ja osaamista rakennusten lämmityksestä ja kaukolämmön tuotannosta biopolttoaineilla. Bioenergiaan liittyvä teollisuus ja liiketoiminta Keski- Suomessa ovat keskittyneet pienen ja keskisuuren kokoluokan kattiloihin, lämpölaitosteknologiaan ja puunkorjuuteknologiaan. Lisäksi yksi keskisuomalainen yritys on hiljattain alkanut valmistaa biomassan (pääosin puun) kaasutukseen perustuvia CHP-järjestelmiä (sähköteholtaan 120 ja 300 kw). Paluulämmön lämmönvaihdin Generaattori Lämmityskattila / lämpökeskus Jotta pien-chp-teknologiaan liittyvä suuri markkinapotentiaali Euroopassa ja globaalisti saadaan hyödynnettyä, on nykyistä bioenergian tutkimus- ja tuotekehitysosaamista kehitettävä edelleen kyseisen teknologian alueella. Asiantuntemuksen siirto ja yhteistyö paikallisen teollisuuden ja muiden Suomen bioenergiateknologiaalan yritysten kanssa vahvistaa teollisuuden tutkimusta ja tuotekehitystä sekä luo uusia liiketoimintamahdollisuuksia kasvaville markkinoille. Lisäksi alueelliset tutkimus- ja tuotekehitysorganisaatiot hyötyvät itse tästä uudesta osaamisesta. Asiantuntijuus 2020 Sähkö Lämpö Tutkimus- ja tuotekehityksen tavoitteena on huomioida seuraavat teknologiat ja sähköntuotannon kokoluokat: Pienen kokoluokan höyryturbiinilaitokset (1-10 MW sähköä) ORC-laitokset (200 kw - 2 MW sähköä) Kaasutus ja polttomoottorit/mikroturbiinit (50 kw - 3 MW sähköä) Kuumailmaturbiinit (400 kw - 1,5 MW sähköä) Asiantuntijuuden tulee keskittyä luomaan prosessikokonaisuuksia ja konsepteja, jotka voidaan kaupallistaa. Tämän saavuttamiseksi tutkimus- ja tuotekehitystoimien pitää olla vahvasti asiakastarve- ja markkinasuuntautunutta ja tarvitaan läheistä yhteistyötä näitä teknologioita kehittävien yritysten kanssa. Jotta kehitetyt konseptit kattavat tehokkaasti koko pien-chp:n arvoketjun, täytyy tähän yhdistää myös yhdistetyn kaukolämmön ja -jäähdytyksen tuotannon teknologian tutkimus ja tuotekehitys. Siten uusien kaukolämmön ja -jäähdytyksen konseptien (mukaan lukien absorptiolämpöpumput) 24 25

14 yhdistäminen olisi myös olennainen uusi lisäys Keski- Suomen tutkimus- ja tuotekehityspainotuksiin. Pienen kokoluokan CHP:n tutkimus- ja tuotekehitystoimissa voidaan hyödyntää nykyisiä alan vahvuuksia mm. seuraavilla alueilla Koelaitokset - kattila- ja laitostestaus Biomassan polton tutkimus ja tähän liittyvä osaaminen Biomassan toimitusketjun (hakkuu, logistiikka, jalostus, käsittely, varastointi) tutkimus ja osaaminen Koko biomassasta energiaksi -arvoketjun optimointi Käytännön havaintojen ja tutkimustiedon yhdistäminen pien-chp:n prosessimalleiksi Laitosten kunnossapidon osaaminen Erilaiset biomassapolttoaineet, mukaan lukien heikkolaatuiset ja jätepolttoaineet pien-chp:ssä Odotetut vaikutukset Tämän tutkimusalueen tavoitteena on luoda osaamista ja kokemusta pien-chp:n ratkaisuista ja konsepteista sekä siirtää tätä tietotaitoa Keski-Suomen bioenergiaklusterille ja muille suomalaisyrityksille. Tällä vahvistetaan teollisuuden tutkimusta ja tuotekehitystä sekä luodaan uusia ja entistä parempia liiketoimintamahdollisuuksia. Lisäksi alueellinen energiantuotanto Keski-Suomessa saa uusia mahdollisuuksia sitä mukaa kun uusia demonstraatio- ja/tai kaupallisia pien-chp-laitoksia kehitetään. Tämä hyödyttää myös tutkimusorganisaatioita Keski-Suomessa luomalla uuden osaamisalueen, jolla on selvästi potentiaalia Suomessa ja muualla maailmassa. Samalla kun asiantuntijuutta ja yhteistyötä VTT:n ja Jyväskylän yliopiston välillä kehitetään, tuetaan myös mahdollisuutta sisällyttää pien-chp:hen liittyvää tutkimusta ja palveluita JAMK:n Bioenergiakeskuksen kattilantestaus- ja tutkimusympäristöön (esimerkiksi eri prosessien ja aliprosessien mittaus, analysointi ja todentaminen hyötysuhteen, päästöjen ja tuotekaasun laadun osalta). Odotettujen vaikutusten saavuttamiseksi ja resurssien mahdollisimman tehokkaan käytön varmistamiseksi toimien tulee olla markkina- ja liiketoimintalähtöisiä. Myös verkottuminen kansallisten ja kansainvälisten tutkimusorganisaatioiden ja yritysten kanssa on tärkeää, jotta jo kerättyä kokemusta ja tietoa saadaan mahdollisimman pitkälle hyödynnettyä sekä verkostoiduttua T&K -ja liiketoimintamahdollisuuksien luomiseksi. Tavoitteena on, että BIOCLUS-hankkeen lopussa (2012) hankeyhteistyö VTT:n, Jyväskylän yliopiston, JAMK:n ja Benetin välillä on aihepiirissä käynnistynyt sekä myös verkottuminen kansallisten ja kansainvälisten merkittävien pien-chp:hen liittyvien t&k-toimijoiden ja yritysten kanssa on alkanut. Lisäksi kotimaisia ja kansainvälisiä yrityskumppaneita on löydetty ja yhteistyö heidän kanssaan aloitettu. Vuonna 2012 kotimainen hanke pien- CHP:n markkinalähtöisten ratkaisujen kehittämiseksi on käynnissä ja alustavia tuloksia saatu. Kansainvälinen hanke, joka tukee kehitystoimia ja sisältää hankekumppaneita sopivilta BIOCLUS-alueilta, on luonnosteltu. Vuoteen 2020 mennessä kansainväliset ja teolliset hankkeet ovat lisänneet tietämystä pien-chp-prosesseista Keski-Suomen alueella uudelle tasolle ja luoneet kaupallisia sovellutuksia. Lisäksi alueellista energiatasetta on parannettu lisäämällä uusiutuvilla biomassoilla tuotetun sähkön tuotantoa. Kehitystarpeet ja toiminnan tavoitteet Pien-CHP:hen liittyviä ratkaisuja ja konsepteja luotaessa tulee keskittyä luomaan ratkaisuja, joilla on kotimaisesta ja maakunnan näkökulmasta suurin markkinapotentiaali ja liiketoiminnallinen kiinnostavuus. Siten eri markkinoiden olosuhteiden ja asiakastarpeiden, sekä näihin liittyvien kehitystrendien huolellinen tutkiminen on tärkeää. Tämä voidaan osin toteuttaa aiheesta jo tehtyjä selvityksiä käyttäen. Konsepteja luotaessa on huomioitava myös uudet rakennus-, kaukolämpö- ja jäähdytyskonseptit (trigeneration). Kuvaus toimenpiteistä ja pääasiallisista tutkimuskumppaneista Koulutus: Koulutetaan tutkijoita/tohtoreita vahvistamaan tutkimusaluetta; koulutetaan markkinoilla toimijoita (potentiaalisia sijoittajia, lämpöyrittäjiä, laitosten käyttäjiä) jotta edistetään uusien teknologioiden käyttöönottoa. Perustutkimus: - Soveltava tutkimus: Lisätään pienen kokoluokan yhdistetyn tuotannon prosessien ja ratkaisujen osaamista; lisätään absorptiolämpöpumppuja käyttävien kaukokylmäjärjestelmien osaamista. Kehitetään pienen kokoluokan yhdistetyn tuotannon tutkimusta ja tuotekehitystä JAMK:n Bioenergiakeskuksessa. Asiantuntijuus Tutkimus ja tuotekehitys: Kehitetään pienen kokoluokan yhdistetyn tuotannon konsepteja, demonstroidaan/ testataan ja kaupallistetaan niitä; integroidaan uusia rakennus-, kaukolämmitys ja -jäähdytyskonsepteja pienen kokoluokan yhdistettyyn tuotantoon, demonstroidaan/testataan ja kaupallistetaan niitä. Tarvittavat resurssit Työvoima: 17 htv Kustannukset: 2,8 milj. euroa Rahoitusintrumentit: EU, kansalliset organisaatiot (Tekes, Sitra) ja teollisuus BIOCLUS-toiminta: Luonnostellaan alueellinen/kansallinen hanke markkinatutkimusten tekoon ja pien-chp:n kehittämiseen; luonnostellaan kansainvälinen hanke tukemaan pien-chp:n ja myös siihen liitetyn kaukokylmän kehittämistä ja käyttöä Organisaatiorakenne Pien-CHP:n ratkaisuja ja konsepteja kehitettäessä Jyväskylän yliopiston asiantuntemusta ja verkostoja rakennetaan edelleen, samoin kuin läheisempää yhteistyötä VTT:n Espoon yksikön kanssa. VTT:n Jyväskylän yksikkö ja Jyväskylän yliopisto ovat tämän tutkimusalueen tehtävien päävastuullisia ja Benet Oy toimii tukena liiketoiminnan kehittämiseen liittyvissä osa-alueissa. JAMK on mukana selvittämässä mahdollisuuksia kehittää edelleen tutkimus- ja tuotekehitystoimintaansa Bioenergiakeskuksessa. Muita tärkeitä kotimaisia kumppaneita ovat muut suomalaiset tutkimusorganisaatiot, joilla on pien-chpasiantuntemusta, kotimainen teollisuus potentiaalisina laite- ja komponenttivalmistajina sekä laitostoimittajina/veturiyrityksinä ja lisäksi kotimaiset energiayhtiöt ja -yrittäjät. Keskeisimpiä kansainvälisiä kumppaneita ovat eurooppalaiset yliopistot ja tutkimuslaitokset sekä energiayhtiöt, teknologian kehittäjät ja laitostoimittajat potentiaalisina t&k-toiminnan ja teknologian asiakkaina. Riskianalyysi Mahdolliset ongelmat hankkeiden rahoituksessa voivat viivästyttää toimintasuunnitelman toteutusta. Alan kotimaisen teollisuuden muutokset voivat vaikuttaa työhön tutkimusalueella. Kansalliset bio-chp:hen liittyvät tukipolitiikat (sähkön syöttötariffit, vihreät sertifikaatit, biopolttoaineiden tuet) voivat muuttua, millä voi olla merkittäviä vaikutuksia pien-chp:n kannattavuuteen ja eri teknologioiden sovellettavuuteen. Välitavoitteet - Ratkaisuja pienen kokoluokan yhdistettyyn sähkön- ja lämmöntuotantoon (pien-chp) 3 htv 0,5 M Syvennetään alueellista yhteistyötä ja luodaan verkostoja muiden kotimaisten tutkimusorganisaatioiden ja yritysten kanssa Kansallinen/alueellinen pien-chp:n kaupallinen konseptikehityshanke menossa; kansainvälinen pien-chp (sisältäen kaukojäähdytyksen) -hanke-ehdotus luonnosteltu. 6 htv 1,0 M Osaamisen tasoa nostettu ja markkinalähtöisiä pien-chp-prosessi- ja ratkaisukonsepteja luotu; osaamista kartutettu uusista absorptiolämpöpumppuja käyttävistä, pien-chp:hen yhdistetyistä lämmitys- ja jäähdytyskonsepteista; kansainvälinen pien-chp-hanke käynnissä. 8 htv 1,3 M Pien-CHP yksi keskeisistä osaamisalueista maakunnassa, konsepteja demonstroidaan ja kaupallistetaan Useita hankkeita käynnistetty, demonstraatiolaitoksia ja kaupallisia sovellutuksia käytössä

15 Ratkaisuja tuottavampiin kuituprosesseihin ja biojalostamoihin Tehokkaat kuituprosessit vaativat jatkuvaa panostusta kilpailukyvyn ylläpitämiseksi. Tämä varmistetaan panostamalla tutkimukseen ja tuotekehitykseen. Kehitettävät prosessit ovat energia- ja raaka-ainetehokkaita kestävän kehityksen mukaisesti, vesi mukaan lukien. Näin teollisuus säilyy elinvoimaisena Keski-Suomen alueella. Tästä syystä kuituprosessien ja biojalostamojen alan tutkimus on valittu yhdeksi painopistealueeksi BIOCLUS-hankkeessa. Alueellisesti alalla on pitkä historia. Jyväskylän seutu on tunnettu paperinvalmistusosaamisesta ja monet suuret metsäteollisuusyritykset toimivat alueella. Tutkimus ja tuotekehitys tapahtuvat pääasiassa VTT:llä ja Jyväskylän yliopistossa, joilla molemmilla on runsaasti laboratorioja pilot-mitan laitteistoja. Alan yritykset tukevat lukuisia kansainvälisiä tutkimusverkostoja. Tutkimusta tehdään yhteistyössä maailmanlaajuisten massa- ja paperiteollisuus-, paperikone-, laitevalmistus- ja kemikaaliyritysten sekä suuren tutkimusverkoston kanssa. VTT:llä on vankka asiantuntemus kuituprosessien energia-, vesi- ja raaka-ainetehokkuuden parantamisesta. Kuitupohjaisten tuotteiden kehitystä tehdään jatkuvasti. Perinteisen paperiteollisuuden tutkimuksen lisäksi Jyväskylän yliopisto ja VTT osallistuvat aktiivisesti biojalostamotutkimukseen, joka keskittyy erilaisten biomassakomponenttien tehokkaampaan käyttöön laajan tuotevalikoiman aikaansaamiseksi. Tutkimus on pitkälti integroitu massa- ja paperiteollisuuteen ja sitä kautta puupohjaisiin materiaaleihin. Tulevaisuudessa myös turvetta ja muita biomassoja tutkitaan lisääntyvässä määrin. UPM UPM Asiantuntijuus 2020 Kuituprosessit Kuituprosessien ja -tuotteiden energia-, vesi- ja raaka-ainetehokkuutta sekä kustannustehokkuutta parannetaan jatkuvasti Biojalostamot Vakiintunut asema selluloosaja hemiselluloosapohjaisten hiilihydraattikemikaalien, kemian tuntemuksen ja kemistien tuottajana Myös turve on biojalostamoiden raaka-aineena Odotetut vaikutukset Keski-Suomi osallistuu aktiivistesti biojalostamoiden ja kuituprosessien kehittämiseen. Tutkimusta tehdään yhteistyössä maailmanlaajuisten massa- ja paperiteollisuus-, paperikone-, laitevalmistus- ja kemikaaliyritysten sekä suuren tutkimusverkoston kanssa. Tutkimuksessa keskitytään erilaisten biomassakomponenttien tehokkaampaan käyttöön laajan tuotevalikoiman aikaansaamiseksi ja kuituprosessien energia-, vesi- ja raaka-ainetehokkuuden parantamiseksi. Toiminta on vähintään yhtä laajaa kuin nykyään tai hiukan laajempaa. Vuoteen 2020 mennessä kansainväliset ja teolliset projektit ja VTT:n ja Jyväskylän yliopiston yhteistyö ovat lisänneet Keski-Suomessa tietämystä kuituprosesseista ja biojalostamoista uudelle tasolle sekä jatkaneet kaupallisten sovellutusten tuottamista. Kehitystarpeet ja toiminnan tavoitteet Kuituprosessit Kehitetään uusia konsepteja laajan kuitupohjaisen tuotevalikoiman aikaansaamiseksi ja kuituprosessien uusien raaka-aineiden hyödyntämiseksi yhteistyössä kansallisten ja kansainvälisten kumppaneiden kanssa Hyödynnetään mallinnus- ja simulointityökaluja sekä yhdistetään mallintamista ja kokeellista tutkimusta tuloksellisesti Kehitetään paperinvalmistuksen yksikköprosesseja ja konsepteja sekä parannetaan näin vesi- ja energiatehokkuutta laatu huomioiden Biojalostamot Biomassapohjaisten tuotteiden valmistuksen ympäristövaikutusten tutkiminen Turpeen suuren kokoluokan uusien jalostusmenetelmien tuotanto ja hallinta, myös ei-energiakäyttöön Bio Valley-konsepti: yhdistetään Keski- Suomen metsäteollisuuden tuntemus sekä VTT:n ja Jyväskylän yliopiston monipuolinen biomassatutkimus ja kansainvälinen biomassan käytön yhteistyö. VTT Tätä keskisuomalaista tutkimusaluetta vahvistetaan syventämällä VTT:n ja Jyväskylän yliopiston pitkäaikaista tutkimusyhteistyötä. Vuoteen 2015 mennessä luodaan neljästä viiteen uutta tutkijan paikkaa

16 Kuvaus toimenpiteistä ja pääasiallisista tutkimuskumppaneista Koulutus: Koulutetaan tutkijoita/tohtoreita biojalostamoiden ja kuituprosessien tutkimusalueella Perustutkimus: Parannetaan tietämystä/seurataan kansainvälistä kehitystä Soveltava tutkimus: Kehitetään uutta prosessi-ideaa ja tehdään esikokeet (sisältäen investoinnit tutkimusympäristöön) Tutkimus ja tuotekehitys: Kehitetään ja kokeillaan sovellusta Tarvittavat resurssit Työvoima: 20 htv Kustannukset: 2,9 milj. euroa Rahoitusinstrumentit: EU, kansalliset rahoitusorganisaatiot kuten Tekes ja teollisuus BIOCLUS-toiminta: Kansainvälinen kuituprosessihanke, joka liittyy biojalostamoihin ja energiankäyttöön. Valmistelu aloitetaan tutkimusvierailuilla BIOCLUS-alueille. Organisaatiorakenne VTT vastaa tämän tutkimusalueen tehtävistä. Pääasialliset tutkimuskumppanit ovat eurooppalaiset, aasialaiset ja amerikkalaiset yliopistot ja tutkimuslaitokset. Kansallisia ja kansainvälisiä teollisuuskumppaneita (pienistä suuriin) ja rahoitusta tarvitaan myös. Riskianalyysi Ongelmat opiskelijoiden rekrytoinnissa ovat mahdollisia ja voivat viivästyttää suunniteltuja aikatauluja. Aivovuoto tutkimusalueelta voi mahdollisesti lopettaa tai viivästyttää työtä. Mahdolliset ongelmat suunniteltujen hankkeiden rahoituksessa voivat viivästyttää työtä. Kehittävätkö paikalliset, suuret teollisuusyritykset liiketoimintaansa alueellisesti? Pienemmillä toimijoilla on rajoitetut tutkimus- ja tuotekehitysmahdollisuudet. Suuremmat toimijat voivat keskittyä kehittämään liiketoimintaansa muualla. Teollisuuden muutoksilla voi olla merkittävää vaikutusta työhön. Kansainvälisen lainsäädännön vaatimukset ovat muuttumassa ja saattavat vaikuttaa suunnitelmiin. Ratkaisuja biomassan kestävän käytön määrittelyyn ja arviointiin Kestävyyden arviointi on keskeinen teema strategisessa tutkimusohjelmassa. Tulevaisuudessa biomassan tuotannon ja käytön kestävyyden arvioinnin on oltava pysyvä osa tutkimus- ja kehitystoimintaa. Arviointi on tehtävä sekä prosessitasolla että järjestelmätasolla. Kestävyydellä on myös kasvava rooli päätöksenteossa. On tärkeätä selvittää, ovatko paikalliset toimet ja tavoitteet suunnitellulla kehitysuralla. Tulevaisuudessa kestävyydestä on tiedettävä enemmän, kun kehitetään uusia teknologioita ja käytäntöjä. Tähän tarvitaan uusia työkaluja ja arviointimenetelmiä, enemmän prosessi- ja suorituskykytietoa sekä asiantuntijoita tekemään arvioita ja vertailuja ratkaisujen kestävyydestä. Pääasiallisesti seuraavassa esitettyjen toimien toteuttajat ovat yrityksiä (kilpailukyky), tutkimusryhmiä (tutkimukselliset päämäärät) ja viranomaisia (paikallisten kehitysresurssien suunnittelu). Asiantuntijuus 2020 Biomassan tuotanto- ja käyttöjärjestelmien monitieteellinen ja monipuolinen kestävyyden arviointimenetelmä ja asiantuntijuus. Näiden avulla tarjotaan korkeatasoisia arviointityökaluja ja tietoa esimerkiksi tutkimuksen ja tuotekehityksen tiekarttojen laatimiseksi, liiketoimintamahdollisuuksien selvittämiseksi ja päätöksentekijöiden avustamiseksi. Alueelliset asiantuntijat tarjoavat kestävyysarviointipalveluja myös yrityksille ja viranomaisille sekä kansallisesti että kansainvälisesti. Odotetut vaikutukset Voimalaitoksia, laitteistoja ym. ei voida ostaa, ellei paikallisesti määriteltyjä kestävyyskriteerejä ole arvioitu. Koska indikaattorit voivat erota toisistaan eri alueilla, arviointityökaluja on voitava soveltaa paikallisiin olosuhteisiin. Välitavoitteet - Ratkaisuja tuottavampiin kuituprosesseihin ja biojalostamoihin 12 htv 1,9 M Asiantuntijuus 1 htv 0,1 M Kansainvälinen hankesuunnitelma. Tuetaan myöhempien toimien valmistelua. Hanke-ehdotus lähetetty. 7 htv 0,9 M Luodaan Bio Valley -tutkimus- ja koulutusverkosto. Vakiintunut asema selluloosa- ja hemiselluloosapohjaisten hiilihydraattikemikaalien, kemian tuntemuksen ja kemistien tuottajana. Koulutus käynnissä, koulutusyhteistyötä teollisuuden kanssa. Konsortiohankkeita energia-, vesi- ja raakaainetehokkaiden sekä kustannustehokkaiden kuituprosessien ja -tuotteiden kehittämiseksi. Uuden konsepti-idean kehittäminen ja kokeilu Pauliina Uusi-Penttilä, JAMK

17 Kehitystarpeet ja toiminnan tavoitteet Yhteistyötä eri tutkimusalojen, systeemianalyysin ja prosessien tutkimus- ja tuotekehitysasiantuntijoiden kesken kuten myös tutkijoiden ja päätöksentekijöiden välillä tarvitaan enemmän. Näin voidaan kehittää arviointimenetelmiä ja määrittää, mitä indikaattoreita tarkastellaan. Kestävyyden arviointia tarvitaan kahdella tasolla: biomassan tuottamisessa tarkkailumenetelmiä, joilla voidaan paikan päällä seurata talteenoton tasoa sekä ravinne- ja hiilitaseita jotka palvelevat myös yleistä sertifiointia/luokittelua tuotanto-, jalostus- ja käyttöketjujen osalta. Ensin mainittuun päästään lisäämällä yhteistyötä muiden alojen asiantuntijoiden kanssa. Kehitystoimenpiteet keskittyvät jälkimmäiseen, koska tutkijat Keski-Suomessa ovat mallintaneet tuotantoketjujen kestävyyttä 1990-luvun puolivälistä lähtien ja myös poikkitieteellistä tutkimusta tällä alueella on jo tehty. Näitä toimia tukevan ympäristön kehittäminen: koulutusta, joka tukee tämäntyyppistä tutkimusta ja kehitystä on jo jonkin verran yliopistotasolla (ympäristöjohtaminen, ympäristötieteet ja -teknologia). Koulutustoimintaa on lisättävä ja poikkitieteellistä lähestymistapaa vahvistettava uusien potentiaalisten tutkijoiden kasvattamiseksi. Biomassan virtuaalinen prosessointimalli Kehitetään menetelmiä, mallintamista, demonstrointia ja testausta sekä otetaan käyttöön uusia indikaattoreita ja mukautetaan mallia muille alueille. Prosesseihin perustuva lähestymistapa. Pääindikaattorit: aine-, hiili-, energia- ja päästövirrat. Muut indikaattorit: kannattavuus ja työllisyys. Kuvaus toimenpiteistä ja pääasiallisista tutkimuskumppaneista Koulutus: Yliopistokoulutus, vuosittain järjestettävä kurssi maisteri- ja tohtoriopiskelijoille Soveltava tutkimus: Tutkimushankkeet, menetelmäkehitys. Tohtoritason tutkimus. Yritykset ja tutkimusryhmät. Tutkimus ja tuotekehitys: Tutkimushankkeet: viedään menetelmät käytäntöön. Yritykset ja tutkimusryhmät. Tarvittavat resurssit Työvoima: 32 htv (3 tohtoriopiskelijaa, 1 tutkijatohtori, 1 vanhempi tutkija) Työvoimakustannukset: 2,2 milj. euroa Muut kustannukset: 0,4 milj. euroa Rahoitusinstrumentit: Julkinen 90 %, kansallinen 80 % BIOCLUS-toiminta: 0,5 htv (Jyväskylän yliopisto) Kestävyyteen liittyvä tilinpito, laskentatyökalu Menetelmän kehitys, demonstrointi ja testaus, soveltaminen ja päivittäminen (myös muille alueille). Pääindikaattorit, joilla arvioidaan alueellista biomassan kasvua ja käyttöä. Työllisyys. Lisäarvo. Energiataseet ja konversiohyötysuhde. Hiili- ja kasvihuonekaasutaseet. Keskeiset ravinnetaseet. Suurin osa työstä tehdään Kuvaus toimenpiteistä ja pääasiallisista tutkimuskumppaneista Koulutus: Koulutus, kun arviointityökalu on valmis (JAMK tai Jyväskylän yliopisto), viranomaiset Soveltava tutkimus: Tutkimushanke, menetelmäkehitys. Tohtoritason tutkimus. Viranomaiset ja yritykset. Tutkimus ja tuotekehitys: Demonstrointi, koulutus ja käyttöönotto. Viranomaiset ja yritykset. Tarvittavat resurssit Työvoima: 9 htv (tohtoriopiskelija, jota avustaa vanhempi tutkija, 1 tutkijatohtori) Työvoimakustannukset: 1,0 milj. euroa Muut kustannukset: 0,1 milj. euroa Rahoitusinstrumentit: Julkinen 90 %, kansallinen 100 % BIOCLUS-toiminta: 0,5 htv (Jyväskylän yliopisto) Asiantuntijuus Organisaatiorakenne Jyväskylän yliopisto, yhteistyössä VTT:n ja JAMK:n kanssa, vastaa toimenpiteistä tällä tutkimusalueella. Läheinen yhteistyö muiden ammattilaisten, yliopistojen, tutkimuslaitosten ja yritysten kanssa kansallisella ja kansainvälisellä tasolla on tarpeen. 1 htv 0,1 M Hankesuunnitelmia lähetetty rahoittajille Kaksi tieteellistä artikkelia lähetetty Aihetta tukevaa koulutusta säännöllisesti tarjolla. 10 htv 1,2 M Kaksi väitöskirjaa valmiina Kansallisesti testattu arviointimenetelmä Kansainvälisiä verkostoja Kansainvälisiä hankkeita käynnissä. Riskianalyysi Puuttuva yliopistotasoinen koulutus tai kiinnostuksen puute tämän alan koulutukseen voi johtaa pätevien tutkijoiden ja asiantuntijoiden puutteeseen. Kestävyyden arvioinnin indikaattorivalikoima voi muuttua, mutta kehitettyjä malleja, laskentaperiaatteita ja tiedonkeruumenetelmiä ei kyetä mukauttamaan riittävän nopeasti. Liian monimutkaiset mallit voivat johtaa siihen, että esimerkiksi tiedonkeruusta tulee liian raskasta. Tiedon laatu voi olla heikko tai sitä ei ole dokumentoitu sopivalla tavalla. Mallinnukset ovat heikkotasoisia tai laskelmat kattavat vain osan biomassan käyttöketjuista. Kansainvälisen lainsäädännön vaatimukset muuttuvat jatkuvasti ja muutoksilla on vaikutusta esimerkiksi siihen, minkälaiset arvioinnit asetetaan etusijalle. Välitavoitteet - Ratkaisuja biomassan kestävän käytön määrittelyyn ja arviointiin 21 htv 2,4 M Kansainvälisen tason tutkimusta ja kaupallisia arviointipalveluja. Kaksi uutta väitöskirjaa valmiina Säännöllinen vuosittainen arviointi vuodesta 2015 alkaen

18 Julkisia rahoitusohjelmia toimintasuunnitelman toteuttamiseksi Sekä lyhyen että pitkän aikavälin kehitystoimien toteuttamiseen tarvitaan rahoitusta. Yliopistojen, tutkimuslaitosten ja yritysten asiantuntijuuden kehittämiseksi sekä uusien palvelujen ja tuotteiden luomiseksi on olemassa useita julkisia rahoitusohjelmia ja muita rahoitusinstrumentteja. Alla olevassa kuvassa on esitetty tutkimuksen toimintasuunnitelman kannalta niistä lyhyellä aikavälillä tärkeimmät. Tarkempi kuvaus käynnissä olevista ohjelmista on sivuilla Tutkimuksen toimintasuunnitelman kannalta tärkeimmät julkiset rahoitusohjelmat Koulutuksen rahoitusohjelmat: Elinikäinen oppiminen, FP7 (7. puiteohjelma) Ihmiset, ESF Perustutkimuksen rahoitusohjelmat: FP7 Ideat, Suomen Akatemian rahoitus Keski-Suomen tutkimusvetoinen klusteri: Innovatiivisten, vähäpäästöisten kattiloiden ja polttotekniikoiden kehittäminen paikallisille bioenergiavaroille kaikissa kokoluokissa Kustannustehokkaiden ja kestävien biomassan toimitusketjujen kehittäminen Tutkimuspalveluiden tarjoaminen valmistajille tuotekehitysideoiden kaupallistamiseen Tutkimuksen, tuotekehityksen ja demonstroinnin rahoitusohjelmat: FP7: Yhteistyö, FP7: PK-yritykset, CIP, Life +,TULI, Sitra, Groove, Green Growth, BioRefine, Kestävä yhdyskunta, FICCA, energiateknologian klusteriohjelma Rahoitusohjelmat asioiden edistämiseen ja yhteistyöhön: CIP IEE, CIP ICT PSP, CIP Innovaatiotoiminta Interreg-ohjelmat, ERDF, ESF, alueellinen rahoitus Biomassan innovatiivisen käytön kehittäminen Alueellisten biomassamarkkinoiden kehittäminen Asiantuntemuksen ja teknologian vienti JOHTOPÄÄTÖKSET JA SUOSITUKSET Keski-Suomi on tunnettu kansainvälisesti verkottuneista tutkimuslaitoksistaan ja yrityksistään, jotka toimivat bioenergia-alalla. Tuotteiden ja palvelujen laatu tunnustetaan, vaikkakin laatua on jatkuvasti parannettava toiminnan ylläpitämiseksi. Tutkimuksen toimintasuunnitelman menestyksekkään toteutuksen takaamiseksi tarvitaan soveltuvaa rahoitusta. Lyhyellä aikavälillä rahoitusta on saatavissa tutkimuksen toimintasuunnitelmassa määriteltyjen tehtävien aloittamiseksi. Kuitenkin, vuoden 2013 lopussa monet EU:n rahoitusohjelmat ja kansalliset rahoitusohjelmat päättyvät. Tämä luo sekä haasteita että mahdollisuuksia toimenpiteiden toteuttamiseen. Keskustelutilaisuuksissa ja työpajoissa, jotka järjestettiin tutkimuksen toimintasuunnitelman valmisteluvaiheessa, yritysten edustajat korostivat, kuinka tärkeätä on parantaa tiedonsiirtoa tutkimuslaitosten ja yritysten välillä. Tämän tiedonsiirron tavoitteena on parantaa tutkimustulosten hyödyntämistä liiketoiminnassa. Yritysten edustajat painottivat erityisesti keskisuurten yritysten ja tutkimuslaitosten välisen yhteistyön tärkeyttä, koska keskisuurilla yrityksillä on pieniä yrityksiä paremmat mahdollisuudet päästä vientimarkkinoille. Tällä hetkellä on käytettävissä useita rahoitusinstrumentteja uuden yrityksen perustamiseen sekä tutkimukseen ja tuotekehitykseen. Lisäksi tarvitaan julkista rahoitusta yrityksen elinkaaren muihin vaiheisiin. Tarjolla tulisi olla rahoitusinstrumentteja, jotka tukevat yritysten tuotteiden ja palveluiden markkinoimista sekä markkinointitutkimusten toteuttamiseen. On tärkeätä, että tulevaisuuden rahoitusohjelmia suunnitellaan tukemaan kansainvälistymistä ja liiketoiminnan kehitystä laaja-alaisesti. Toimintasuunnitelmassa esitettyjen kehitystoimien toteuttamiseksi arvioidaan vuoteen 2020 mennessä tarvittavan työtä kaikkiaan 176 henkilötyövuotta ja rahoitusta 22,3 miljoonaa euroa. Arvioitu työvoiman ja rahoituksen tarve tutkimuksen toimintasuunnitelman tavoitteiden toteuttamiseksi Tutkimusalue Työvoima Kustannukset Vastuuorganisaatio Ratkaisuja tuottavampaan pienpuun korjuuseen 6 htv 1,0 M VTT Ratkaisuja biomassan tuotantoketjujen kehittämiseen ja ohjaamiseen Ratkaisuja monipolttoainevoimalaitosten käytettävyyden parantamiseen 37 htv 4,4 M JAMK 30 htv 3,5 M VTT Ratkaisuja kiinteiden polttoaineiden pienpolttoon 34 htv 4,0 M JAMK Ratkaisuja pienen kokoluokan yhdistettyyn sähkönja lämmöntuotantoon (pien-chp) Ratkaisuja tuottavampiin kuituprosesseihin ja biojalostamoihin 17 htv 2,8 M Benet Oy 20 htv 2,9 M VTT Ratkaisuja biomassan kestävän käytön määrittelyyn ja arviointiin 32 htv 3,7 M Jyväskylän yliopisto YHTEENSÄ 176 htv 22,3 M 34 35

19 Laura Vertainen, JAMK Tutkimuksen toimintasuunnitelman johtopäätökset ja suositukset ovat seuraavat: Keski-Suomen tutkimuksen toimintasuunnitelman kehittämistoimenpiteet ja päämäärät vuodelle 2020 on valittu alueen nykyisen osaamisen ja biomassavarojen perusteella. Keski-Suomella on kiinnostusta muitakin tutkimusaloja kohtaan, joissa muilla suomalaisilla ja kansainvälisillä tutkimusyhteisöillä on vahvempi osaaminen. Ammattilaisten yhteistyö luo win-win-tilanteita osaamisten täydentäessä toisiaan. Teollisuutta kiinnostavat tutkimustoimet, joissa teollisuus näkee kansallisia ja kansainvälisiä liiketoiminnan kasvun mahdollisuuksia Tutkimustoimet on valittu alueellisesta näkökulmasta, mutta tuloksia voidaan soveltaa maailmanlaajuisesti Tiivis yliopistojen, tutkimuslaitosten ja yritysten yhteistyö on olennaista Paikallista rahoitusta suositellaan panostettavan tutkimuksen toimintasuunnitelmassa esiteltyihin kehittämistoimenpiteisiin Useita rahoitusohjelmia ja muita rahoitusinstrumentteja tarvitaan tutkimuksen toimintasuunnitelman toteuttamiseen Keski-Suomessa Sekä EU-tason että kansallisen tason politiikkaan on vaikutettava alueellisten päämäärien saavuttamiseksi Metsäntutkimuslaitos LISTA JULKISISTA RAHOITUSOHJELMISTA JA MUISTA RAHOITUS- INSTRUMENTEISTA Katsaus käynnissä olevista biomassan kestävää käyttöä tukevista rahoitusohjelmista, muista rahoitusinstrumenteista ja teknologiayhteisöistä alueellisella, kansallisella ja Euroopan tasolla. EU-tason ohjelmat FP7 Tutkimuksen 7.puiteohjelma FP7 Yhteistyö, tutkimusaihealue: Energia   FP7-Valmiudet, Pk-yrityksiä ja toimialoja hyödyttävä tutkimus   FP7 Ihmiset   FP7 Ideat CIP Kilpailukyky ja Innovointi Euroopan Älykäs Energiahuolto ohjelma (IEE)   Eco-innovation   Yrittäjyys ja innovaatio Muut EU-tason ohjelmat EUREKA Eurostars-rahoitusohjelma   Life+   Pohjoisen periferian ohjelma Teknologiayhteisöt (Technology Platforms) European Biofuels Technology Platform ( European Technology Platform on Renewable Heating & Cooling (

20 Kansalliset ohjelmat Groove - Uusiutuva energia, kasvua kansainvälistymisestä Tie kestävään talouteen BioRefine Uudet Biomassatuotteet Kestävä yhdyskunta TULI Tutkimuksesta liiketoimintaa Ilmastonmuutos vaikutukset ja hallinta tutkimusohjelma (FICCA) Suomen Akatemian tutkimusohjelmat Suomen metsäklusterin tutkimusportaali Strategisen huippuosaamisen keskittymä, Energia ja ympäristö, CLEEN Oy Alueelliset ohjelmat Manner-Suomen ESR-ohjelma, Euroopan sosiaalirahasto Länsi-Suomen EAKR-ohjelma, Euroopan aluekehitysrahasto and Maakunnan kehittämisraha (Keski-Suomi) Keski-Suomen Kehittämisrahasto Energiateknologian klusteriohjelma and Manner-Suomen maaseudun kehittämisohjelma Keski-Suomen biomassatutkimusympäristöt ja tärkeimmät tutkimuslaitteet Jyväskylän yliopiston tärkeimmät tutkimusympäristöt bioenergian ja metsäteollisuuden tutkimukseen Jyväskylässä: NanoCenter tutkimuslaboratorio Soveltavan kemian tutkimuslaboratorio Tieteellinen laskenta ja mallintaminen (mm. AgoraCenter, IT-tiedekunta) Uusiutuvan energiaohjelman tutkimuslaitteet Ympäristötieteen ja teknologian laboratorio Jyväskylän ammattikorkeakoulu (JAMK): Bioenergiakeskus Kattilantestauslaboratorion tutkimus- ja tuotekehityspalvelut sekä analyysi- ja mittauspalvelut: Standardin EN mukaista mittaustoimintaa alle 1 MW:n teholuokassa Hyötysuhde-, omakäyttösähkö- ja tehomittaukset Polttoaineanalyysit (lämpöarvo, kosteus, kemiallinen koostumus, tuhkapitoisuus) Savukaasuanalyysit (CO, CO 2, O 2, THC, NOX, SO 2, hiukkaset) Biodieselin valmistus maatilakokoluokassa ja laatumääritykset Tutkimusympäristö polttoaineiden kuivaukseen Biokaasureaktori Teknologian tutkimuskeskuksen (VTT) tärkeimmät tutkimuslaitteet bioenergian ja metsäteollisuuden tutkimukseen Jyväskylässä: biopolttoaineiden käsittelyominaisuuksien tutkimuslaite varustettuna on-linemittauksin sekä muita murskauksen, seulonnan ja polttoaineen syötön tutkimuslaitteita liikuteltava vasaramurskain pellettien ja biopolttonesteiden raaka-aineiden valmistukseen laboratorio- ja täydenmitan pelletointitutkimuslaitteet tietokoneohjattu sää- ja kenttäolosuhdesimulaattori sekä liikuteltavia sääasemia erilaisille biomassoille soveltuva lämminilmakuivuri pilotmitan kiertoleijupolton ja kerrosleijupolton tutkimuslaite biomassan ja jätteen polton ja happipolton tutkimukseen laboratoriomitan kerros-/kiertoleijukoelaite biomassan ja jätteen polton tutkimukseen tulipesän kerrostumien tutkimussondi arinapolton koelaite erilaisille biopolttoaineille Saarijärven täydenmitan lämpölaitos käytännön kokeita varten akkreditoitu pienpolton tulisija- ja kattilatestausympäristö (VTT Expert Services Oy) kalorimetrinen huone lämmön luovutuksen tutkimukseen (VTT Expert Services Oy) akkreditoitu biopolttoaineiden tutkimuslaboratorio (ENAS Oy) kiertovesisimulaattori (Kisu) monipuolisin mittauksin massa- ja paperilaboratoriot (mm. massan hajotus, jauhatus, fraktiointi, arkitus, erityisesti massojen lujuusominaisuudet myös märkänä) paperin rakenneanalyysilaboratorio (formaatio, näytteiden mikroskopointi, kerrokselliset analyysit) lyhyenkierron, formeerauksen ja puristuksen pilotmitan tutkimusympäristö (SUORA) erotustekniikan laboratorio (kalvosuodatuslaitteisto, painesuodatussimulaattori, fraktiointi, linko) vesikemian laboratorio (mm. ph, COD, sameus, kaasukromatokrafi) virtaustekniikkalaboratorio (kuitususpensioiden tutkimusympäristö) Lisätietoja tutkimusympäristöistä ja tutkimuslaitteista: => Julkaisut => 2. Alueelliset julkaisut => Suomalaisen klusterin julkaisuja => Selvitys Keski-Suomen tutkimusympäristöistä Sitra - Energiaohjelma