Yhteenveto turpeen tuotanto ja käyttöteknologioiden tutkimuksesta ja ehdotus turpeen tuotannon ja käytön kehittämishankekokonaisuudesta

Transkriptio

1 TUTKIMUSRAPORTTI VTT-R { Loppuraportti Yhteenveto turpeen tuotanto ja käyttöteknologioiden tutkimuksesta ja ehdotus turpeen tuotannon ja käytön kehittämishankekokonaisuudesta Toimittanut: Arvo Leinonen Luottamuksellisuus: Julkinen Jyväskylä

2 Raportin nimi: Yhteenveto turpeen tuotanto ja käyttöteknologioiden tutkimuksesta ja ehdotus turpeen tuotannon ja käytön kehittämishankekokonaisuudesta Asiakkaan nimi, yhteyshenkilö ja yhteystiedot Asiakkaan viite Työ- ja elinkeinoministeriö Hanne Siikavirta ja Aimo Aalto Projektin nimi Esiselvitys koskien turpeen tuotanto- ja käyttöteknologioiden tutkimus- ja kehitystyötä sekä taustatyö kansallista suo- ja turvemaiden strategiaa varten Raportin laatija(t) TEM/4026/ Projektin numero/lyhytnimi TEMTURVE Sivujen/liitesivujen lukumäärä Toim. Arvo Leinonen 34 s. + liitt. 65 s. Avainsanat Raportin numero Turve, tuotanto, käyttö, tutkimus ja kehitys Tiivistelmä Selvitys on tehty VTT:ssä työ- ja elinkeinoministeriön tilauksesta. Tässä raportissa on esitetty yhteenveto turpeen tuotantoon ja käyttöön liittyneestä julkisesta tutkimuksesta ja ehdotus turpeen tuotannon ja käytön kehittämishankekokonaisuudesta. Lisäksi raportissa on esitetty Suomen turvevarat ja niiden käyttö sekä tällä hetkellä käytössä oleva turpeen tuotanto- ja käyttöteknologia. Työ palvelee suo- ja turvemaiden strategiatyöryhmän työtä. Turpeen tuotannon haasteet tällä hetkellä keskittyvät uusien tuotantoalueiden avaamiseen, turvetuotannon ympäristövaikutuksiin sekä tuotantoalueiden koon pienenemiseen. Uutta tuotantoalaa tarvitaan vuoteen 2020 mennessä noin ha. Turvetuotannon ja turpeen käytön ympäristövaikutuksia on mahdollista vähentää edelleen kehitystyön avulla. Turpeella on monia vahvuuksia, joita tulee Suomen energiantuotannossa hyödyntää. Näitä ovat: turvevarat ovat suuret, turpeen käyttö seospoltossa vähentää polton päästöjä, turpeen tuotannon ja käytön ympäristövaikutuksiin voidaan vaikuttaa, sillä se tapahtuu Suomen rajojen sisällä, turve kotimaisena polttoaineen työllistää suomalaisia ja turve kotimaisena raaka-aineena lisää energiantuotannon omavaraisuutta ja huoltovarmuutta. Turvetta käytetään paljon myös kasvu- ja ympäristöturpeena. Ehdotetun kehittämishankekokonaisuuden tavoitteet ovat: Turpeen tuotannon ja käytön kasvihuonekaasuvaikutusten vähentäminen (1), Turpeen tuotannon ja käytön ympäristövaikutusten vähentäminen (2), Turpeen tuotannon kustannustehokkuuden parantaminen ja sääriippuvuuden vähentäminen (3), Turvetuotantoalueiden jälkikäytön kehittäminen (4) ja Innovatiivisten uusien turvepohjaisten tuotteiden kehittäminen (5). Turvetuotannon ja käytön kasvihuonekaasupäästöjä voidaan vähentää (1) valitsemalla turvetuotantoon runsaspäästöisiä soita ja käyttämällä kuivempaa energiaturvetta sekä hiilidioksidin talteenotolla ja varastoinnilla biopolttoaineiden tuotannossa. Turpeen ympäristöpäästöjä voidaan vähentää (2) pienentämällä turvesuon vesistöpäästöjä ja kehittämällä turpeen polton tuhkan lannoitekäyttöä vähentämällä arseenipitoisuutta tuhkassa. Turpeen tuotannon kustannustehokkuutta (3) voidaan parantaa kehittämällä tuotantoteknologiaa pienille soille ja sääriippuvuutta voidaan vähentää kehittämällä tehdasmaista turvetuotantoa. Turvetuotannon jälkikäyttöä (4) voidaan kehittää tutkimalla ja kehittämällä turvesuon uudelleen soistamista ja energiapuun kasvatusta suopohjalla. Kehitettävät turvetuotteet (5) ovat teolliset turvetuotteet etanoli, turvepohjaiset kuitutuotteet sekä erilaiset kasvu- ja ympäristöturpeet. Hankekokonaisuuden kesto on viisi vuotta. Kokonaisbudjetti on 12,6 milj.. Hankekokonaisuus toteutetaan yhteistyössä eri suomalaisten tutkimuslaitosten ja turvetuottajien kanssa. Hankekokonaisuudessa tehdään myös yhteistyötä ruotsalaisten, irlantilaisten ja virolaisten tutkimuslaitosten kanssa. Luottamuksellisuus Luottamuksellinen Jyväskylä Laatija Arvo Leinonen Johtava tutkija VTT:n yhteystiedot Jakelu TEM 2 kpl + VTT 5 kpl. Tarkastaja Satu Helynen Teknologiajohtaja Hyväksyjä Jouni Hämäläinen Teknologiapäällikkö VTT:n nimen käyttäminen mainonnassa tai tämän raportin osittainen julkaiseminen on sallittu vain VTT:ltä saadun kirjallisen luvan perusteella.

3 Alkusanat Selvitys on tehty VTT:ssä työ- ja elinkeinoministeriön (TEM) tilauksesta. Tässä raportissa on esitetty yhteenveto turpeen tuotantoon ja käyttöön liittyneestä tutkimuksesta ja ehdotus turpeen tuotannon ja käytön kehittämishankekokonaisuudesta. Lisäksi raportissa on esitetty turvevarat ja niiden käyttö sekä 2000-luvun turpeen tuotanto- ja käyttöteknologia Suomessa, mikä on ollut lähtökohtana kehittämishankekokonaisuuden laadinnalle. Koko työ palvelee meneillään olevaa suo- ja turvemaiden strategiatyöryhmän työtä. Kehittämishankekokonaisuuden sisällön ovat laatineet VTT:n, Metsäntutkimuslaitoksen ja Suomen ympäristökeskuksen tutkijat yhdessä turvetuottajien asiantuntijoiden kanssa. Yhteenvedon turpeen tuotantoon ja käyttöön liittyneestä julkisesta tutkimuksesta sekä luvun turpeen tuotanto- ja käyttöteknologiasta ovat tehneet VTT:n tutkijat Arvo Leinonen, Ari Erkkilä, Kari Hillebrand, Kirsi Immonen, Leena Fagernäs ja Martti Flyktman. Projektin vastuuhenkilönä on toiminut TkT Arvo Leinonen. Ehdotetussa turpeen tuotannon ja käytön kehittämishankekokonaisuudessa esitetyt hankkeet edustavat hankkeen vastuuorganisaationa toimineen VTT:n näkemystä aihealueen tärkeimmistä tutkimustarpeista ja tarvittavasta kehitystyöstä. Työ- ja elinkeinoministeriöstä yhteyshenkilöinä selvityksessä ovat toimineet ylitarkastajat Hanne Siikavirta ja Aimo Aalto. Projektin loppuraporttia sen luonnosvaiheessa ovat heidän lisäksi kommentoineet Kari Mutka ja Pirkko Selin Vapo Oy:stä, Jaakko Silpola Turveteollisuusliitto ry:stä, Jari Kostama ja Matti Nuutila Energiateollisuus Ry:stä, Jatta Jussila Cleen Oy:stä, Kimmo Virtanen, Markku Mäkilä ja Riitta Korhonen GTK:sta sekä Matti Jauhiainen ja Risto Leukkunen Huoltovarmuuskeskuksesta. Jyväskylä Tekijät 1

4 Sisällysluettelo Alkusanat Johdanto Turvetuotannon haasteet ja mahdollisuudet Haasteet Mahdollisuudet Ehdotus turpeen tuotannon ja käytön kehittämishankekokonaisuudeksi Hankekokonaisuuden tavoitteet Hankekokonaisuuden sisältö Turpeen tuotannon ja käytön kasvihuonevaikutusten vähentäminen Turpeen tuotannon ja käytön ympäristövaikutusten vähentäminen Turpeen tuotannon kustannustehokkuuden parantaminen ja sääriippuvuuden vähentäminen Turvetuotantosuon jälkikäytön kehittäminen Innovatiivisten uusien turvepohjaisten tuotteiden kehittäminen Yhteenveto hankekokonaisuudesta...33 LIIITTEET 2

5 1 Johdanto Valtioneuvoston päätös kotimaisen energian lisäämisestä 1970-luvun energiakriisin seurauksena käynnisti pitkän kehitysketjun, jonka tuloksena turpeen tuotannosta ja käytöstä on syntynyt monialainen teollisuuden ala. Turve työllistää tällä hetkellä merkittävän määrän suomalaisia ja sillä on tärkeä asema Suomen energiajärjestelmässä. Lisäksi turvetta käytetään laaja-alaisesti myös ympäristö- ja kasvuturpeena. Turpeen tuotannon ja käytön teknologiaa lähdettiin kehittämään Suomessa voimakkaasti heti turpeen laajemman hyödyntämisen myötä. Turpeen tuotanto tapahtui aluksi silloisesta Neuvostoliitosta tuodulla teknologialla ja koneilla. Turpeen käyttö energian tuotannossa pohjautui suomalaiseen teknologiaan ja laitteisiin, sillä Suomessa oli tällöin voimakas kattilateollisuus. Vuonna 1980 perustettiin VTT:n Kotimaisten polttoaineiden laboratorio Jyväskylään, mihin keskitettiin kotimaisten polttoaineiden kuten turpeen tuotannon ja polton tutkimus. Tutkimus- ja kehitystyön tuloksena turpeen tuotantoteknologia ja laitteet pohjautuvat tällä hetkellä suomalaiseen osaamiseen ja valmistukseen. Turpeen käyttöön ja tuotantoon on kohdistunut ja kohdistuu monia haasteita. Suurimmat haasteet ovat liittyneet turpeen kilpailukykyyn, tuotannon sääriippuvuuteen ja tuotannon ympäristövaikutuksiin. Kuitenkin kehitys- ja tutkimustyön tuloksena turpeesta on saatu kilpailukykyinen ja toimitusvarma kotimainen polttoaine. Tutkimus- ja kehitystyön tuloksena turpeen tuotannon ja käytön ominaispäästöt ovat vähentyneet. Turpeen tuotannon ja käytön haasteita voidaan pyrkiä ratkaisemaan tutkimus- ja kehitystyöllä. Tässä raportissa esitetään alustava sisältö turpeen tuotannon ja käytön kehittämishankekokonaisuudeksi. Raportissa esitetään alustava hankkeiden sisältö, tavoite, toteutus ja budjetti. Laadinnassa on käytetty hyväksi CLEEN Oy:lle tehtyä Kiinteiden biopolttoaineiden tuotannon ja käytön -ohjelman valmistelua. Tähän SBFC-ohjelmaan kuului yhtenä osana turpeen tuotannon kehittäminen. Ohjelma ei kuitenkaan käynnisty ja näin SBFCohjelman turveosuutta on sisällytetty tähän esitettyyn hankekokonaisuuteen. Raportissa on myös esitetty kehittämishankekokonaisuuden lähtökohdaksi turpeen nykyinen käyttö ja ennuste tulevasta käytöstä. Lisäksi on esitetty turpeen tuotantoon ja käyttöön liittynyt tutkimus, joka on tehty vuosina Lisäksi esitetään tämän hetkinen turpeen tuotanto ja käyttöteknologia. 3

6 2 Turvetuotannon haasteet ja mahdollisuudet 2.1 Haasteet Seuraavassa on esitetty turpeen tuotantoon liittyviä haasteita. 1. Uusien soiden hyödyntämisen aloittaminen turvetuotannossa on vaikeaa. Tuotannon aloittamiseen tarvittavien ympäristölupien saanti on ajoittain hidasta ja haasteellista. Lupien myöntämisessä ollaan tarkkoja ennen kaikkea turvetuotannon vesistövaikutuksista. Lupahakemusten valitusten käsittely vie aikaa. 2. Monien kansalaisten suhtautuminen turpeen käyttöön on kriittistä. Tavalliset kansalaiset kiinnittävät huomiota turpeen tuotannon ympäristövaikutuksiin ja ennen kaikkea vesistövaikutuksiin. 3. Työntekijöitä on vaikea saada turvetuotantoon. Turpeen tuotanto on sesonkiluonteista ja työajat ovat sääriippuvaisia. Maatilojen viljelypinta-alat ovat kasvaneet ja näin viljelijöiden aika sivutoimeen on vähentynyt kesäisin. Lisäksi maaseudulta on muuttanut pois ihmisiä ja työvoima on vähentynyt. 4. Ilmaston muutos vaikuttaa turpeen tuotantoon. Myönteisenä asiana on kesien lämpeneminen ja turpeen tuotannon tehostuminen. Kielteisenä vaikutuksena on talvien tulo leudommiksi ja sateisemmiksi. Suot ovat pitempään sulina ja vesistöpäästöt kasvavat. Lisäksi turpeen toimitukset hankaloituvat roudan vähentymisen vuoksi. 5. Tuotanto- ja kuljetuskustannukset kasvavat. Tähän on vaikuttamassa polttoaineen hinnan kallistuminen. Tuotantosuot ovat entistä pienempiä ja kauempana käyttöpaikoista, mikä lisää tuotanto- ja kuljetuskustannuksia. 6. Turpeen toimituksissa on ollut vaikeuksia viime vuosina. Tämän on johtunut sääoloiltaan huonoista kesistä, erityisesti jos nämä ovat osuneet peräkkäisiksi kesiksi. Tasausvarastoja ei ole ollut riittävästi. Lisäksi mataloituvilta soilta, jotka ovat lisääntyneet viime vuosina turvetuotannossa, tuotanto on haastavampaa kuin uusilla suoalueilla. 7. Turpeen veromuutoksen vaikutus turpeen käyttöön 8. Turpeen tuhkalle on löytynyt huonosti hyötykäyttöä. Tämä johtuu turve-puu - sekatuhkan kemiallisesta koostumuksesta. Ilman käsittelyä se sopii huonosti uusiokäyttöön. 9. Jäteveron vaikutus tuhkan uusiokäyttöön 10. Turpeen polton CO 2 -päästöt ovat merkittävät. 2.2 Mahdollisuudet 1. Suomen turvevarat ovat suuret. 2. Turpeen käyttö lisääntyy kasvu- ja ympäristöturpeen tuotannossa tulevaisuudessa. 3. Turpeen käyttö mahdollistaa huonompien biomassapolttoaineiden käytön ja vähentää poltossa niiden päästöjä. 4. Turve kotimaisena polttoaineena lisää energiantuotannon omavaraisuutta ja huoltovarmuutta 5. Turve kotimaisena polttoaineen työllistää suomalaisia. 4

7 6. Turpeen tuotannon ja käytön ympäristövaikutuksiin voidaan vaikuttaa, sillä se tapahtuu Suomen rajojen sisällä. 7. Ympäristöturpeen käyttö pienentää useiden toimialojen ympäristövaikutuksia (karjatalous, peltoviljely, jätteiden käsittely ja jätteiden loppusijoittaminen) 8. Turvetta voidaan jalostaa uusiksi innovatiivisiksi tuotteiksi. 5

8 3 Ehdotus turpeen tuotannon ja käytön kehittämishankekokonaisuudeksi 3.1 Hankekokonaisuuden tavoitteet Turpeen tuotannon käytön haasteiden pohjalta turpeen kehittämishankekokonaisuuden tavoitteiksi on määritelty: - Turpeen tuotannon ja käytön kasvihuonekaasuvaikutusten vähentäminen - Turpeen tuotannon ja käytön ympäristövaikutusten vähentäminen - Turpeen tuotannon kustannustehokkuuden parantaminen ja sääriippuvuuden vähentäminen - Turvetuotantoalueiden jälkikäytön kehittäminen - Innovatiivisten uusien turvepohjaisten tuotteiden kehittäminen Seuraavassa on tavoite- ja tutkimuskohtaisesti uusia tutkimushankkeita. Hankekuvauksessa on esitetty ongelma ja aiheeseen liittyen tähän mennessä tehty tutkimustyö. Tämän pohjalta on luotu hankkeen tavoite, sisältö, toteutus ja budjetti. 6

9 3.2 Kehittämiskokonaisuuden sisältö Turpeen tuotannon ja käytön kasvihuonevaikutusten vähentäminen Metsäojitettujen soiden vaihtoehtoiset käyttömuodot Ehdotuksen laatija Lähtökohta ja tutkimustarpeet Kari Hillebrand VTT Jukka Laine Metla - Suot muodostavat Suomessa maaperän suurimman hiilivaraston. Luonnontilaisina suot ovat hiiltä kerryttäviä ekosysteemejä. Alun perin lähes 10 miljoonasta suohehtaarista on ojitettu metsätalouskäyttöön yli 5 milj. ha ja maatalouteen n. 0,7 milj. hehtaaria. - Suomen kansallisen suostrategian mukaan turvetuotanto ehdotetaan jatkossa suunnattavaksi luontoarvonsa menettäneille soille, eli muille, kuin luonnontilaisille soille, sekä alueille, joilla ilmastovaikutukset minimoituvat. Metsätaloudesta vapautuu merkittävä ala puuntuotannollisesti kannattamattomia turvemaita, joista osaa voitaisiin käyttää turvetuotantoon. - Turvetuotannon ilmastovaikutukset voidaan minimoida suuntaamalla tuotantoa sellaisille soille, jotka nykykäytössä tuottavat runsaasti kasvihuonekaasuja ilmakehään, mutta eivät sovellu muuhun käyttöön. Nykytiedon mukaan näitä ovat typen suhteen runsasravinteiset suot, jotka kärsivät kivennäisravinteiden puutteesta (P, K, Mg). Näillä alueilla puuntuotantoa voitaisiin jatkaa ainoastaan lannoittamalla, mikä tekee puuntuotannon kannattamattomaksi. Erityisesti lehtipuuvaltaiset, alkuperältään avoimet ja hyvin märät suot ovat tällaisia. - Hyvin karut ojitetut suot päästävät yleensä vähemmän kasvihuonekaasuja ilmakehään. Suomessa on kuitenkin ojitettu ja lannoitettu runsaasti kaikkein karuimpia soita (rahkaiset ja lyhytkortiset rämeet ja nevat). On mahdollista, että erityisesti lannoitus on muuttanut tällaiset alueet kasvihuonekaasujen lähteiksi, ja niitä olisi sen vuoksi järkevää käyttää turvetuotantoon. Karujen soiden käyttöönottoa puoltaa, että ne ovat yleensä paksuturpeisia soita, jolloin niiden energiasisältö on suuri. - Tietoa runsasravinteisten soiden päästöistä on kerätty edellisissä tutkimusohjelmissa (Metla, HY). Valmiita päästökertoimia ei kaikille suotyyppiryhmille (kuten lehtipuuvaltaiset alkuperältään avoimet suot) ole käytettävissä. Päästökertoimet on kuitenkin mahdollista tarvittaessa tuottaa mallituksen ja lisätiedon keruun avulla. - Metsäntutkimuslaitoksella on tilastoja erilaisten suometsien pinta-aloista ja jakaumista eri puolella Suomea. Aineistojen avulla voidaan tuottaa tieto runsasravinteisten lehtipuuvaltaisten alueiden määristä, jotta voitaisiin arvioida niiden riittävyys ja laajuus turvetuotantoon. - Kaikkein karuimpien ojitettujen soiden päästöjä ei ole juurikaan tutkittu edellisissä tutkimusohjelmissa, koska ne ovat olleet metsätaloudellisesti kiinnostamattomia. Vallitseva hypoteesi on ollut, että niiden KHK-taseet eivät merkittävästi poikkea luonnontilaisten soiden KHK-taseista, koska muutokset näiden turvemaiden kasvillisuudessa ja hydrologiassa ovat olleet, ojituksesta huolimatta, vähäisiä. Lannoitus on kuitenkin voinut ojituksen ohella lisätä päästöjä. Päästökertoimien määrittämiseksi tarvitaan uutta tutkimusaineistoa karuilta, lannoitetuilta ojitetuilta soilta. - Osa metsätaloudesta vapautuvista soista tullaan ennallistamaan. Nykytiedon mukaan ennallistaminen lisää hiilidioksidin sidontaa mutta samalla metaanin päästöjä. Ennallistamisen KHK-vaikutuksista on kerätty jonkin verran tietoa edellisissä tut- 7

10 kimusohjelmissa (Metla, HY), mutta esim. metaanin suhteen aineistot ovat vielä käsittelemättä ja kvalitatiivisesti tieto on vielä keskeneräistä. - Vaihtoehtoisten käyttömuotojen ilmastovaikutusta voidaan tarkastella elinkaaritarkastelun avulla, joka ottaa huomioon maankäytön muutosten ajallisen vaikutuksen kasvihuonekaasujen taseisiin. Eri maankäyttöketjut johtavat hyvinkin erilaisiin ilmastovaikutuksiin. Elinkaaritarkastelussa tarvitaan tieto erilaisten turvemaan maankäyttömuotojen päästökertoimista. Tavoite - Tavoitteena on arvioida vaihtoehtoisten maankäyttömuotojen elinkaaren ilmastovaikutukset. Tarkasteltavia suon käyttömuotoja ovat seuraavat kolme vaihtoehtoa: (1) metsäojitettu suo säilytetään ennallaan nykyisessä muodossaan, (2) suo ojitetaan turvetuotantoa varten, tuotannon loputtua alue metsitetään, (3) metsäojitettu suo ennallistetaan. - Turvetuotannon osalta selvitetään: 1) voidaanko ilmastovaikutuksia merkittävästi vähentää suuntaamalla tuotantoa runsaspäästöisille metsäojitusalueille, 2) kuinka suuri hyödyntämispotentiaali tällaisissa alueissa on ja 3) mikä on jälkikäytön vaikutus ilmastovaikutukseen. Sisältö - Tutkimus jakaantuu seuraaviin osatehtäviin: Toteutus Tulos Osatehtävä 1. Päästökertoimien muodostaminen Hankitaan tiedot erilaisten metsäojitettujen soiden päästökertoimista, erityisesti metsätaloudesta poisjäävien ravinteikkaiden lehtipuuvaltaisten sekä karujen, lannoitettujen soiden päästöistä sekä ennallistamisen päästöistä / sidonnoista. Tutkimusmenetelmä: Olemassa olevien aineistojen käsittely, mallitus, uusien aineistojen keruu. Osatehtävä 2. Pinta-alajakaumat ja hyödyntämispotentiaali Määritetään erilaisten turvetuotantoon soveltuvien metsäojitusalueiden pinta-alat ja käytettävissä oleva turvemäärä eri alueilla Suomessa VMI-aineistojen perusteella Osatehtävä 3. Metsäojitettujen soiden eri käyttömuotojen ilmastovaikutuksen laskenta Lasketaan erilaisten runsaspäästöisten metsäojitettujen soiden kasvihuonekaasuista aiheutuva ilmastovaikutus. Laskennassa sovelletaan elinkaarilähestymistapaa ja ilmastovaikutus lasketaan säteilypakotemallilla suon kolmelle eri käyttömuodolle. Osatehtävä 4: Metsäojitettujen soiden muut vaikutukset Selvitetään myös metsäojitettujen soisen eri käyttömuotojen taloudelliset vaikutukset - Tutkimus tehdään yhteistyössä VTT:n, Metlan ja Helsingin yliopiston kanssa. Metla ja HY laativat päästökertoimet ja pinta-alaestimaatit. VTT laskee suon eri käyttömuotojen elinkaaren mukaisen ilmastovaikutuksen säteilypakotemallilla. Tutkimuksessa hyödynnetään aikaisemmin tehdyt tutkimukset. - Tunnetaan erilaisten metsäojitettujen soiden vaihtoehtoisten käyttömuotojen aiheuttamat ilmastovaikutukset. Tunnetaan metsäojitettujen soiden paras käyttömuoto, joka minimoi kasvihuonekaasuista aiheutuvan ilmastovaikutuksen. Voidaan arvi- 8

11 oida paremmin turvetuotannon suuntaamisen mahdollisuudet ilmastovaikutuksen hillinnässä. Aikataulu ja budjetti - Tutkimus on kolmevuotinen ja kokonaisbudjetti

12 Turpeen tuotanto- ja käyttötekniikan kehittäminen polton päästöjen vähentämiseksi Ehdotuksen laatija Jouni Hämäläinen ja Ari Erkkilä VTT Lähtökohta ja tutkimustarpeet - Polttoturpeen kosteus vaikuttaa CO 2 -päästöihin ja samalla päästökertoimeen. Tällä hetkellä turpeen polton CO 2 -päästökerroin on 105,9 g/mj ja kivihiilen 94,6 g/mj. Turpeen kosteus käytössä tulisi pienetä noin 45 p-%;sta noin 25 p-%:iin, jotta turpeen polton CO 2 -päästö laskisi arvoon 100 g/mj. - Jyrsinpolttoturpeen toimituskosteus on nykyisin noin 45 % ja palaturpeen vähän alle 40 %. Jyrsinturpeen ja palaturpeen kosteudelle on laitoskohtaiset alarajat käsittelyturvallisuuden vuoksi. Toimituserän keskikosteus saa olla jyrsinturpeella alle 40 % ja palaturpeella alle 30 % vain, jos vastaanottava laitos on suunniteltu arvojen alittavan turpeen turvalliseen käyttöön. Tavoite Sisältö - Tutkimuksen tavoitteena on tutkia perusteet ja kehittää energiaturpeen tuotanto- ja käyttöteknologia, jolla voidaan tuottaa ja käyttää nykyistä selvästi kuivempaa turvetuotetta (25 p-%). - Tutkimus koostuu seuraavista osatehtävistä: - Osatehtävä 1: Kuivan turvetuotteen käyttöominaisuudet ja tuotantomenetelmät sekä käsittelymenetelmät erilaisissa käyttökohteissa Määritetään nykyistä selvästi kuivemmalta turvetuotteelta vaadittavat turvetuotteen ominaisuudet käsittelyn ja polton kannalta. Käyttöturvallisuuden kannalta suurin ongelma on jyrsinturpeen pölyäminen ja sen kerääntyminen kuljetuslaitteisiin laitoksella. Tässä ensisijaisesti tarkastellaan kuivan palaturpeen kaltaisen tuotteen tuottamista aurinkoenergiaan perustuvalla kuivausteknologialla. Palaturpeella pölyäminen on vähäisempää. - Osatehtävä 2. Kostean turpeen kuivaaminen laitoksella Tarkastellaan tekniset ja taloudelliset mahdolliset nykyisen jyrsinturpeen (kosteus 45 p-%) kuivaamiseen voimalaitoksella. Lisäksi tarkastellaan mahdolliset muutostarpeet käsittelylaitteille sekä tarkastellaan tuotteen poltto-ominaisuudet. - Osatehtävä 3: Kuivan turvetuotteen tuotantomenetelmän kehittäminen Tutkitaan ja kehitetään osatehtävässä 1 määritettyjen vaatimusten mukaisen turvetuotteen tuotantoa. Laboratoriossa kuivauskoelaitteen avulla aluksi optimoidaan tuotteen kuivumisominaisuuksia ja sen jälkeen tehdään tuotantokokeet turvekentällä. Kenttäkokeissa tutkitaan tuotteen kuivuminen, tuottavuus ja kausisaanto. - Osatehtävä 4: Käsittelytekniikan kehittäminen kuivalle turpeelle Kehitetään laitos- ja käsittelytekniikkaa, mikä mahdollistaa kuivan turpeen käytön laitoksella turvallisesti. Tässä käydään läpi koko polttoaineen käsittelyketju vastaanotosta polttoaineen syöttöön kattilaan asti. 10

13 - Osatehtävä 5: Turve-puuseoksen valmistaminen Mikäli kuivan turpeen käyttöä ei sada kehitettyä riittävän turvalliseksi, niin tutkitaan kuivan turpeen ja kostea hakkeen sekoittamista toisiinsa. Myös tällä tavoin turpeen käytön kasvihuonekaasupäästöjä on mahdollista saada pienemmiksi. - Osatehtävä 6: Polttokokeet Toteutus Tulos Tehdään polttokokeet niin kuivalla kuin myös kuivan turpeen ja kostean hakkeen seoksella. Kokeet tehdään käytännössä. Kokeissa tutkitaan polttoaineen paloturvallisuutta, polttoa ja polton päästöjä. - Tutkimus tehdään VTT:n, turvetuottajien, laitevalmistajien ja voimalaitosten yhteistyönä. Projektissa määritetään optimaaliset turvetuotteen ja turve-puu-seoksen ominaisuudet, kehitetään tuote laboratoriomitan ja käytännön kokein ja tutkitaan käytännön mittakaavan tuotanto- ja käyttökokein. - Tutkimustuloksena syntyy uusi kuivan turpeen tuotanto- ja käyttöteknologia, jossa turpeen polton päästöt ja erityisesti CO2-päästöt ovat nykyistä pienemmät. Aikataulu ja budjetti - Tutkimus on 3-vuotinen ja kokonaisbudjetti

14 Hiilidioksidin talteenotto turvetta raaka-aineena käyttävän Fischer-Tropschsynteesilaitoksen yhteydessä Ehdotuksen laatija Matti Nieminen VTT Tausta - Suomeen on suunniteltu rakennettavaksi useampia ns. toisen sukupolven biodiesellaitoksia. Näissä laitoksissa biomassa kaasutetaan, kaasu puhdistetaan erittäin puhtaaksi synteesikaasuksi, joka käytetään ns. Fisher-Tropsch-synteesin (F-T-synteesi) raaka-aineena. Lopputuloksena saadaan ns. F-T-vahaa, josta voidaan edelleen valmistaa mm. synteettistä dieselpolttoainetta. Synteesikaasun puhdistuksen yhteydessä kaasusta poistetaan mm. hiilidioksidi, joka saadaan talteen käytännössä puhtaana CO 2 :na. Biodiesellaitosten suunnittelupolttoaineet ovat ensisijaisesti puuperäisiä sivujakeita, kuten metsätähde, metsähake ja kuori, mutta teknisesti raaka-aineeksi sopii myös turve. - Fossiilisia polttoaineita käyttävien voimalaitosten CO 2 -päästöjen vähentämistekniikaksi on kehitetty ja osin jo demonstroitukin ns. CCS-teknologiaa (Carbon Capture and Storage eli hiilidioksidin talteenotto ja varastointi), jossa CO 2 erotetaan savukaasusta tai polttoainetta kaasutettaessa saatavasta synteesikaasusta ja erotettu ja puhdistettu CO 2 kuljetetaan varastoitavaksi ensisijaisesti geologisiin varastoihin. CCS-teknologian kallein vaihe on CO 2 :n erottaminen. Synteettistä dieseliä F-Ttekniikalla valmistavan laitoksen yhteydessä CO 2 saadaan talteen prosessin sivutuotteena eli sen talteen ottamiseksi ei tarvitse tehdä CCS:n kannalta lisäinvestointeja. Koko CCS-ketjun toteuttamiseksi F-T-prosessin yhteydessä erotetun CO 2 :n puhtauden on kuitenkin täytettävä geologisen varastoinnin asettamat vaatimukset, CO 2 -logistiikka on järjestettävä ja CO 2 :lle on löydettävä sopiva loppusijoituspaikka. Tavoite - Hankkeen tavoitteena on arvioida tekniset edellytykset F-T-laitoksen yhteydessä talteen otettavan CO 2 :n saattamiseksi pysyvästi eristykseen ilmakehästä. Samalla arvioidaan alustavasti toiminnan avulla saatavat hyödyt sekä toiminnan kustannusvaikutukset. Hankkeeseen sisällytetään myös puuperäisiä tai muita biomassoja raaka-aineena käyttävien F-T-laitosten sivuvirtana saatavan CO 2 :n, sillä erotetun CO 2 :n kannalta nämä ovat samanlaisia tapauksia. Tehtävät - Osatehtävä 1. Tekniset toimenpiteet Arvioidaan F-T-laitoksen yhteydessä erotettavan CO 2 :n prosessoinnin vaatimat tekniset toimenpiteet, logistiset vaihtoehdot (välivarastointi ja kuljetus) sekä loppusijoitusvaihtoehdot. Arviointi toteutetaan siten, että se kattaa myös puuperäisiä tai muita biomassoja raaka-aineena käyttävien F-T-laitosten tarpeet. - Osatehtävä 2. Kustannukset Toteutus Arvioidaan osatehtävä 1:stä saatavien eri vaihtoehtojen kustannukset ja vaikutukset ilmastonmuutoksen torjuntaan. - Tutkimuksen toteuttaa VTT. 12

15 Tulos - Hankkeen tuloksena saadaan teknis-taloudellinen arvio F-T-prosessin yhteydessä erotettavan CO 2 :n puhdistamisen, logistiikan ja varastoinnin teknisistä edellytyksistä, vaadittavista teknisistä ratkaisuista sekä arvio kustannuksista ja vaikutuksista hiilidioksidipäästöihin. Aikataulu ja budjetti - Hankkeen kokonaisbudjetti kahdelle vuodelle on noin

16 3.2.2 Turpeen tuotannon ja käytön ympäristövaikutusten vähentäminen Eri maankäyttömuotojen vesistövaikutukset ja niiden vähentäminen Ehdotuksen laatija Kaisa Heikkinen SYKE Tausta - Suomessa on juuri käynnistynyt EU:n vesipolitiikan puitedirektiivin (VPD) toteuttamisen ensimmäinen kuusivuotiskausi, jonka tavoitteena on parantaa vesien tilaa. Vesienhoidon toimenpiteitä suunniteltaessa valuma-alueita tarkastellaan kokonaisuuksina. Tämä merkitsee sitä, että suunniteltaessa toimenpiteitä vesistökuormituksen vähentämiseksi otetaan huomioon kaikki vesistöön kohdistuva kuormitus ja sen vesistövaikutukset. Kokemuksia valuma-alueiden kokonaisvaltaisesta vesiensuojelun suunnittelusta on kuitenkin vielä vähän. Tässä hankkeessa näitä kokemuksia pyritään hankkimaan kolmelta turvevaltaiselta jokialueelta eri puolelta Suomea. Lisäksi hankitaan vesiensuojelussa tarvittavaa tietoa maankäytön vesistökuormituksesta. Seurannan kohteeksi pyritään löytämään erityisesti sellaista toimintaa, jonka aiheuttamasta vesistökuormituksesta tietoja on vielä vähän. Tavoite - Hankkeen tavoitteena on arvioida eri maankäyttömuodoista (maatalous, metsätalous ja turvetuotanto) aiheutuva vesistökuormitus ja vesistövaikutukset sekä vesiensuojelun tarpeet ja kustannustehokkuus pienehkön jokivaluma-alueen eri osissa. Lisäksi tavoitteena on hankkia vesiensuojelussa tarvittavaa tietoa maankäytön vesistökuormituksesta. Tehtävät - Osatehtävä 1. Koealueiden valinta Osatehtävässä valitaan tutkimukseen kolme valuma-aluetta, jotka edustavat maastollisesti erityyppisiä (savimaavaltainen, vaaramaavaltainen) sekä elinkeinorakenteellisesti /sijainnillisesti erilaisia kohteita. Kohdealueiksi valitaan tyypillinen pienehkö jokivesistö (esimerkiksi Kärsämänjoki tai Neittävänjoki Pohjois-Pohjanmaan alueelta). - Osatehtävä 2. Arvio vesistöön kohdistuvasta kuormituksesta valuma-alueen eri osissa Kuormitusarviossa huomioidaan kaikki SYKE:n tilastoimat elinkeinot: metsätalous (kivennäismaat ja suot), maatalous, turvetuotanto, turkistarhaus, vakituinen ja loma-asutus. Lisäksi huomioidaan typen osalta myös laskeuma. Kuormitusarviot tehdään ympäristöhallinnossa käytössä olevalla VEPS-työkalulla ja RiverLifeGIS-työkalulla sekä tarpeen mukaan myös SYKE:n vesistömallijärjestelmää hyödyntämällä. Tarkastelussa hyödynnetään mahdolliset aiemmin suoritetut mittaukset. - Osatehtävä 2. Lisätiedon hankinta maankäytön vesistökuormituksesta Vesiensuojelussa tarvittavan maankäytön vesistökuormitusta koskevan lisätiedon hankkimiseksi jokaiselle kohdevaluma-alueelle tai sen läheisyyteen perustetaan 3 mittausasemaa. Näistä yhdessä seurataan metsätalouden puitteissa tehtävästä energiapuun korjuusta (esim. kannonnostosta) aiheutuvaa vesistökuormitusta. Muilla mittausasemilla seurataan vesiensuojelukosteikkojen puhdistustehokkuutta ylä- ja alapuolisin vesimäärien sekä kiintoaineen, ravinteiden, raudan ja orgaanisten aineiden pitoisuuksien mittauksin. Seurannan kohteeksi otetaan 1 turvetuotannon ja 1 14

17 metsätalouden vesiensuojelukosteikko. Projektin puitteissa tehtävistä seurannoista saatavia tuloksia käytetään vesistölle tehtyjen kuormitusarvioiden tarkentamiseen. - Osatehtävä 3. Selvitys vesistöjen tilasta ja kuormituksen vähentämistarpeesta valuma-alueen eri osissa Tarvetta vesistökuormituksen vähentämiseen kohdealueilla arvioidaan pääasiassa vesistön tilan ja vesistössä esiintyvien eliöiden asettamien tarpeiden pohjalta, tavoitteena VPD:n vesienhoidolle asettama vesistön hyvä tila. Vesistön tila selvitetään alueelta olemassa olevan tiedon (vedenlaatu ja ekologista tilaa kuvaava eliöstö) perusteella. Tätä tietoa tarkennetaan ottamalla näytteitä erityisesti tutkimuskohteena olevan joen sivuhaaroista ja latvapuroista, joiden tilaan maan käytöstä aiheutuvalla kiintoaine- ja ravinnekuormituksella on suurin vaikutus. Kuormituksen vähentämistarpeen arviointityökaluina käytetään Osatehtävässä 1 mainittuja kuormituksen arviointityökaluja. - Osatehtävä 4. Arvio mahdollisuuksista saavuttaa vesistön hyvä tila käytettävissä olevalla vesiensuojelutekniikalla (vesipolitiikan puitedirektiivin mukaisilla nykykäytännön mukaisilla toimenpiteillä ja lisätoimenpiteillä) Toteutus Tulos Mahdollisuudet saavuttaa vesistön hyvä tila käytettävissä olevalla vesiensuojelutekniikalla (VPD:n tavoitteiden toteuttamiseen liittyvillä nykykäytännön mukaisilla toimenpiteillä ja lisätoimenpiteillä) arvioidaan näistä menetelmistä olemassa olevan tiedon (puhdistustehokkuus ja kustannukset) perusteella. Arviointityökaluina käytetään Osatehtävässä 1 mainittuja kuormituksen arviointityökaluja. - Tutkimus tehdään SYKE:n, Oulun yliopiston, turvetuottajien, maanviljelijöiden sekä metsänomistajien yhteistyönä. Tutkimuksessa hyödynnetään aikaisempien tutkimusten tulokset. - Hanke antaa tietoa maankäytön vesiensuojelun tarpeista ja mahdollisuuksista pohjoissuomalaisessa jokivesistössä, jonka valuma-alueella on maataloutta, metsätaloutta ja turvetuotantoa. Turvetuotanto on Suomessa keskittynyt suurelta osin juuri tällaisten jokivesien valuma-alueille. Aikataulu ja budjetti - Hankkeen kokonaisbudjetti kolmelle vuodelle on noin

18 Polton puu/turve-seostuhkaan prosessointi metsälannoitteeksi arseenin vähentäminen ja ravinteiden lisäys Ehdotuksen laatija Kirsi Korpijärvi VTT Lähtökohta ja tutkimustarpeet - Turpeessa on tuhkaa noin 5 %. Monipolttoainekattiloiden käytön yleistymisen myötä poltossa syntyvät tuhkat ovat seostuhkia - yleisimmin turpeen ja puun seostuhkia. Yhteensä energian tuotannossa syntyy noin tonnia puutuhkaa ja tonnia turve/puutuhkaa. Turpeen ja puun polton tuhkia käytetään kaatopaikkarakenteissa, tierakentamisessa ja muussa maarakentamisessa sekä lannoitevalmisteena. Hyötykäyttöaste vaihtelee voimalaitoksittain ja on koko maassa arviolta 50 %. - Lannoitevalmisteena voidaan käyttää puhtaan puun, turpeen tai peltobiomassojen tuhkaa, joka täyttää lannoiteasetuksen MMMa 12/07 vaatimukset. Tuhkien ja tuhkatuotteiden, joita valmistetaan markkinoille on kuuluttava kansalliseen lannoitevalmisteiden tyyppinimiluetteloon (LL 539/2006). Epäorgaanisina lannoitevalmisteina sellaisenaan käytettävien sivutuotteiden ryhmässä on määritelty tyyppinimet Peltotuhka ja Metsätuhka. Metsätuhkaa saa käyttää ainoastaan metsälannoitukseen. Lannoitevalmisteen haitallisten metallien pitoisuudet eivät saa ylittää annettuja enimmäispitoisuuksia ja ravinteiden osalta on määritelty vähimmäispitoisuudet. - Turpeen ja puun polton tuhkien hyötykäyttöä on tutkittu erilaisissa hankkeissa. Tutkimusten mukaan tuhkien laatu voi vaihdella paljon eri voimalaitosten välillä kuten myös yksittäisellä voimalaitoksella polttoaineiden ja niiden seossuhteiden muuttuessa. Tuhkan fysikaalisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin vaikuttavat etenkin polttoaineen koostumus ja laatu, mutta myös kattilatyyppi, polttotekniikka ja parametrit sekä tuhkan talteenottojärjestelmä. Turvetuhkien käyttöä lannoitteena rajoittavat yleensä alhainen ravinnepitoisuus sekä lannoiteasetuksessa määriteltyä enimmäispitoisuutta korkeampi arseenipitoisuus. Metsälannoitteiksi soveltuvat parhaiten turve-puuseostuhkat, jotka muodostuvat poltettaessa puuta yli 50 % osuudella. - Hallituksen esityksessä eduskunnalle on ehdotettu 40 /t jäteveroa voimalaitosten tuhkille vuoden 2011 alusta ja 50 /t vuoden 2013 alusta. Veron johdosta tuhkien kierrätys tulee nousemaan entistä tärkeämpään rooliin jatkossa. Tuhkien kierrätyksen mahdollistamiseksi niistä pitäisi pystyä luomaan tasalaatuisia ja ympäristöystävällisiä tuotteita eri sovelluskohteisiin. Tällä saralla on vielä paljon tutkittavaa. - Tuhkat ovat tulevaisuuden raaka-aineita. Turve-puutuhkien sisältämät ravinteet olisi hyvä hyödyntää lannoitteina, eikä läjittää niitä kaatopaikoille. Esimerkiksi metsälannoitekäytössä on suuri potentiaali ja se on luontevin uusiokäyttömuoto turvepuutuhkalle. Turve-puutuhkasta valmistetulle lannoitteelle löytyisi varmasti käyttöä metsien tai esimerkiksi ruokohelpi- ja pajuviljelmien lannoituksessa. Tavoite - Tutkimuksen tavoitteena on kehittää turpeen- ja puunpolton seostuhkasta ravinteikas ja puhdas lannoite. Ravinnepitoisuuden lisäämistä tutkitaan tuhkan käsittelyllä ja ravinteiden lisäämisellä tuhkaan. Puhtaan lannoitteen osalta keskitytään arseenin vähentämiseen tuhkassa. 16

19 Sisältö - Tutkimus jakaantuu seuraaviin eri osatehtäviin: - Osatehtävä 1. Turve-puutuhkan ravinnepitoisuuden nosto Osatehtävässä tutkitaan kuinka turve-puutuhkan ravinnepitoisuus voidaan nostaa tasolle, joka vaaditaan hyvältä lannoitteelta. Ravinnepitoisuuteen voidaan vaikuttaa tuhkan käsittelyllä tai lisäämällä tuhkaan ravinteita. - Osatehtävä 2. Haitallisten aineiden määrän vähentäminen turve-puutuhkissa Osatehtävässä tutkitaan, kuinka raskasmetallien ja muiden haitallisten aineiden pitoisuuksia turve-puutuhkissa voidaan pienentää lannoitevalmisteille asetettuja vaatimuksia vastaavaksi. - Osatehtävä 3. Tuhkan laadun seuranta ja mahdollisuudet laadun parantamiseen voimalaitoksilla Osatehtävässä tutkitaan, kuinka tuhkan hyötykäyttökelpoisuutta voidaan ennakoida ja mitata voimalaitoksella. Lisäksi selvitetään mahdollisuudet vaikuttaa muodostuvan tuhkan laatuun voimalaitoksilla. - Osatehtävä 4. Turve-puutuhkalannoitteen valmistusprosessi Tutkitaan osatehtävien 1, 2 ja 3 perusteella lupaaviksi osoittautuneiden menetelmien käytännön toteuttamiskelpoisuutta. - Osatehtävä 5. Taloudellisuustarkastelu Toteutus Tulos Selvitetään tutkitun turve-puutuhkalannoitteen valmistusprosessin ja kierrätysketjun taloudellinen kannattavuus. - Tutkimus tehdään VTT:n, Metlan, turpeen käyttäjien ja tuottajien kanssa yhteistyönä. - Tutkimustyön tulosten perusteella tiedetään mahdollisuudet valmistaa turvepuutuhkasta lannoite ravinteita lisäämällä ja haitta-aineita poistamalla. Lisäksi projektissa saadaan tieto tutkitun tuhkan kierrätysketjun toteuttamiskelpoisuudesta ja kannattavuudesta Aikataulu ja budjetti - Hankkeen kokonaisbudjetti kolmelle vuodelle on noin

20 3.2.3 Turpeen tuotannon kustannustehokkuuden parantaminen ja sääriippuvuuden vähentäminen Kustannustehokkaan ja vähäpäästöisen tuotantoteknologian kehittäminen pienille turvetuotantoalueille Ehdotuksen laatija Arvo Leinonen VTT Tausta ja kehittämistarpeet - Turvetuotantoalueiden koko pienenee tulevaisuudessa, sillä isoimmat ja käyttölaitoksia lähellä olevat suoalueet on hyödynnetty. Lisäksi nykyisin käytössä olevat suoalueet pienenevät ja tuotanto suon loppuvaiheessa tapahtuu pienellä alueella. Turvetuotantoalueen koko tulevaisuudessa voi olla muutama kymmenen hehtaaria. Nykyisistä menetelmistä kokoojavaunumenetelmät soveltuvat pienille suoalueille. Tuotantoteknologiaa on kehitettävä pienille alueille, jotta tuotannon tehokkuus lisääntyy ja tuotantokustannukset eivät kasva. Turpeen tuotanto pienillä alueilla tuo myös mahdollisuuksia turvetuotantoon, sillä pienen tuotantoalueen suo- ja sadevesien hallinta on helpompaa ja työkoneiden ja kuljettajien määrä pienenee. Tavoite Sisältö - Tutkimuksen tavoitteena on kehittää tehokas ja ympäristöystävällinen turpeen tuotantomenetelmä pienille turpeen tuotantoalueille. - Menetelmän erityispiirteenä on vähäinen konemäärä, pienet veto- ja tuotantokoneet, tuotantoalueella kapea sarkaväli tehokas kuivaus ja turvetuotantovesien käsittely tehokasta - Projekti koostuu seuraavista osatehtävistä - Osatehtävä 1: Menetelmätarkastelu Menetelmä-tarkastelussa käydään läpi erilasia vaihtoehtoja toteuttaa tuotanto pienillä tuotantoalueilla. Lähtökohtana ovat mahdollisimman vähäinen työvaiheiden määrä, pienet tuotanto- ja vetokoneet, tehokas kenttäkuivaus ja tehokas vesien käsittely. Tuotantomenetelmä voi perustua jyrsin- tai palaturvetuotantoon. - Osatehtävä 2: Kuivauskentän suunnittelu Osatehtävässä suunnitellaan aivan uudenlainen kuivauskenttä. Suunnittelussa tarkastellaan täysin salaojitettua kenttää. Tämä mahdollistaa täysin automaattisten koneiden käytön alueella. Toisena vaihtoehto tarkastellaan suon ojitusta 5 tai 10 metrin sarkaojavälillä. Tässä vaihtoehdossa turpeen kuivaus on mahdollisimman nopeaa pohjavesitason ollessa alhaalla. Yhdessä tehtävän 3 kanssa valitaan suon kuivausmenetelmä. - Osatehtävä 3: Menetelmän ja koneiden kehittäminen Tässä tehtävässä kehitetään koneet, jotka määritellään osatehtävässä 1. Osatehtävässä tehdään kehitystyötä laboratoriossa ja kentällä. - Osatehtävä 4: Vesien käsittely pienellä suolla Osatehtävässä suunnitellaan mahdollisimman tehokas suovesien käsittely. Kehitystyö tapahtuu yhdessä osatehtävän 1 kanssa. Osatehtävä 5: Menetelmän demonstrointi 18