TERHI ALAVIITALA, JOONAS HÄMÄLÄINEN, ARTO PELTOLA, MARIA PUHTILA BIOENERGIA. Seminaarityö

Transkriptio

1 TERHI ALAVIITALA, JOONAS HÄMÄLÄINEN, ARTO PELTOLA, MARIA PUHTILA BIOENERGIA Seminaarityö SMG-4050 Energian varastointi ja uudet energialähteet Seminaarityö

2 1. Johdanto Bioenergialähteet Puuperäiset polttoaineet Turve Peltobiomassat Kierrätyspolttoaineet Biopolttonesteet Biopolttoaineen valmistus; esimerkkinä biodiesel Kannattavuus Biokaasut Bioenergian tuotanto Leijukerrospoltto Arinapoltto Kaasutuspoltto Biokaasun poltto Teollisuusprosessien energiantuotanto Bioenergia liikenteessä EU-direktiivi biopolttoaineista Biopolttoaineiden ympäristövaikutukset Bioenergia kotitalouksissa Biolämmitysjärjestelmät Miksi lämmittää bioenergialla? Lämpöyrittäjyys Maailman suurin Biovoimalaitos Tärkeimmät tiedot voimalasta Suomi vs. EU Yhteenveto...18 Lähteet

3 2 1. JOHDANTO Kurssin SMG-4050 seminaarityön tarkoituksena oli esitellä eri energiamuotoja. Bioenergia on yksi uusiutuvista energiamuodoista, jonka merkitys tulevaisuudessa tulee kasvamaan etenkin yrityksenä vähentää kasvihuonepäästöjä ja pienentämään riippuvuutta fossiilisista polttoaineista. Fossiilisten polttoaineiden hinnannousu luo paineita etsiä vaihtoehtoisia ratkaisuja energian tuotantoon. Työn tarkoituksena on antaa lukijalleen selkeä käsitys biopolttoaineista ja bioenergian tuotannosta. Työssä esitellään bioenergialähteet sekä tekniikat sähkön- ja lämmöntuotannossa. Työn loppupuolella esitellään maailman suurin biovoimalaitos sekä vertaillaan Suomen bioenergian kulutusta verrattuna EU:hun.

4 3 2. BIOENERGIALÄHTEET Uusiutuvien energialähteiden kulutus on kasvanut koko 1990-luvun. Vuonna 2004 käytettiin uusiutuvaa energiaa 372 PJ, joka on enemmän kuin koskaan ennen. Uusiutuvista energialähteistä merkittävin on bioenergia 84 % osuudella. Tärkein bioenergian lähde on puu n. 98 % osuudella koko bioenergiasta Puuperäiset polttoaineet Puu on uusiutuva energianlähde, jonka käyttö polttoaineena ei lisää hiilidioksidipäästöjä. Puuhun sitoutunut hiili on luonnonkierrossa, toisin kuin fossiilisten polttoaineiden hiili. Kaadettujen puiden tilalle kasvaa uusia puita, jotka sitovat itseensä puiden poltosta vapautunutta hiilidioksidia. Kotimaisena polttoaineena puu vähentää riippuvuutta tuontipolttoaineista. Suurin osa puupolttoaineesta käytetään CHP- voimaloissa, eli sähkön ja lämmön yhteistuotantoon, sillä puu ei ole kilpailukykyinen vain sähkön tuotannossa. Puu soveltuu hyvin poltettavaksi turpeen kanssa monipolttoainekattiloissa. Suomessa käytetään erilaisia puuperäisiä polttoaineita. Näitä ovat mm.: pilke, hakkeet, puupelletit, sahanpurut, kuoret ja mustalipeä. Puuperäisen energian osuus kokonaiskulutuksesta vuonna 2004 oli 20 %, joka on teollisuusmaiden huippua. Myös kotitalouksissa puun käyttö on kasvanut merkittävästi. Sähkölämmityksen ohelle on otettu käyttöön puulämmitys. Puuperäisten polttoaineiden käyttöä on mahdollisuus lisätä lähinnä metsähakkeen käytön lisäämisellä. Potentiaalin on arvioitu olevan n. 30 TWh vuodessa. Suomessa on tavoite lisätä puuperäisten polttoaineiden käyttöä 15 miljoonaa kiintokuutiometriä vuoteen 2010 mennessä.[1] 2.2. Turve Turve on eloperäinen maalaji, joka on syntynyt kosteissa oloissa kerrostuneista kasvilajeista, joilla on eri maatumistasot. Euroopan Unioni luokittelee turpeen fossiiliseksi polttoaineeksi, sillä sen uusiutuminen on hidasta, mutta Suomessa se luokitellaan hitaasti uusiutuvaksi biomassapolttoaineeksi. Suomen pinta-alasta n. 30 % on turvesoita, mutta suurin osa tuosta alasta on ojitettu maa- ja metsätalouskäyttöön tai polttoainekäyttöön. Turvetta käytetään lähinnä CHP-voimaloissa.. Turpeen osuus Suomessa n.6-7 % kokonaisenergiantuotannosta, joka on maailman toiseksi korkein Irlannin 10 prosentin

5 4 jälkeen. Turpeella tuotettu energia on keskimäärin ollut 19 TWh vuodessa. Turvevoimaloita on suomessa 60 kpl.[2] Turpeen käytön kasvihuonepäästöt ovat suuret. Turpeen poltto Suomessa aiheuttaa vuosittain 9 Mt:n hiilidioksidipäästöt. Turpeen käytön vähentäminen olisi tehokas keino pienentää Suomen hiilidioksidipäästöjä. Tärkeimpänä turvetta korvaavana energialähteenä käytetään puuta. [3] 2.3. Peltobiomassat Biomassaksi kutsutaan eloperäisiä aineita, joihin yhteyttämisessä on sitoutunut auringon energiaa. Biomassaa on mm. puu, sokeria ja tärkkelystä sisältävät viljakasvit, oljet, ruoho, eläinten lanta ja monenlaiset kotitalousjätteet. Pelloilla kasvatettua biomassaa voidaan käyttää kiinteänä polttoaineena tai siitä voidaan jalostaa kaasumaisia tai nestemäisiä polttoaineita. Perinteisin peltobiomassa on olki. Sitä on kumminkin käytetty vähän energiantuotantoon, sillä oljen tekninen soveltuvuus kattiloihin rajoittaa käyttömahdollisuuksia. Energiakasveista suosituin on monivuotinen ruokohelpi. [4] 2.4. Kierrätyspolttoaineet Kierrätyspolttoaine on jätteistä valmistettua polttoainetta. Yleensä kierrätyspolttoaine valmistetaan nk. energiajakeesta ja tavallisimmin se on materiaalikeräykseen sopimatonta jätettä esim. likaantunutta paperia. Jätteiden energiakäytön etuina ovat siitä saatava energia ja kaatopaikkakuormituksen väheneminen. Energiakäyttöön sopivista jätteistä valmistetaan kierrätyspolttoainetta esim. murskaamalla sitä rouheeksi. Vuonna 2004 kierrätyspolttoaineen käyttö oli n. 3,2 TWh. Yleensä kierrätyspolttoaineet poltetaan voimalaitosten kattiloissa yhdessä muiden polttoaineiden, mm. puun kanssa. Kierrätyspolttoaineita voidaan käyttää sekä erilliseen lämmöntuotantoon tai yhdistettyyn sähkön- ja lämmöntuotantoon. [5] EU on asettanut direktiivin jätteenpolttoa koskien. Jätteenpolttodirektiivi tiukensi jätteenpolttolaitosten päästämien savukaasujen raja-arvoja. Direktiivi asetti myös jatkuva-aikaisesti mitattavia uusia päästökomponentteja laitoksille huolimatta niiden koosta ja jätteiden polttomäärästä. [6] 2.5. Biopolttonesteet Biopolttonesteet ovat biomassoista jalostamalla saatuja nestemäisiä polttoaineita. Tärkeimpiä liikennebiopolttoaineita ovat kasvimateriaaleista valmistettu etanoli, kasvitai eläinrasvoista valmistettu biodiesel ja biokaasu. Bioetanolia ja biodieseliä voidaan tietyin ehdoin käyttää seospolttoaineena tämänhetkisessä ajoneuvokannassa.[7]

6 5 Suomen tavoitteena on, että vuonna 2010 biokomponentteja tulisi olla 5,75 % kaikkien liikenteen polttoaineiden yhteenlasketusta energiasisällöstä. Pääasiallisena keinona on sekoittaa biokomponentteja liikennepolttoaineisiin.[8] Biopolttoaineen valmistus; esimerkkinä biodiesel Biodieselin valmistus aloitetaan, kun esim. viljasta valmistetaan etanolia tai puusta tislataan metanolia. Metanolista on helpompi valmistaa biodieseliä kuin etanolista, johtuen sen vesipitoisuudesta. Metanolista ja esim. rypsiöljystä valmistetaan rypsiöljy-metanoliesteriä esterien vaihtoprosessilla. Prosessissa rasvojen glyseroliosa vaihdetaan lipeän avulla metanoliin, jolloin syntyy rasvahappojen metyyliestereitä. Metanoli sekoitetaan lipeän kanssa keskenään, jolloin ne reagoivat ja tämän jälkeen seokseen lisätään rypsiöljyä. Hetken kuluttua näkyy kaksi eri kerrosta, josta ylempi on glyserolia ja alempi biodieseliä. Biodiesel ei kuitenkaan vielä tässä vaiheessa kelpaa polttoaineeksi, vaan se täytyy vielä puhdistaa epäpuhtauksista. Puhdistuksen jälkeen se kelpaa dieselmoottoreihin Kannattavuus Nykyisin biodieselin valmistus rypsiöljystä alkaa tulla kannattavammaksi. Vuonna 2005 dieselin keskihinta oli Suomessa 97,0 c/l. Dieselöljyn vuosien 2005 ja 2006 keskihinnat ja vuonna ,2 c/l Öljyhuippu voi tulevaisuudessa kannustaa biodieselin käytön lisäämiseen. Rypsiöljyn maailmanmarkkinahinta on vaihdellut välillä /ton vuosina 2006 ja Vuonna 2006 rypsiöljyn hinta oli alhaisempi, kun taas vuonna 2007 hinta on noussut jopa 550 /ton. Nousu johtuu osaltaan biodieselin tuotannon kasvusta. Metanolin hinta riippuu pitkälti tilattavasta määrästä. Litra metanolia voi maksaa n Näin ollen alkoholipohjaisen biodieselin suurimmat kustannukset tulevat öljyn ja metanolin hinnasta. Kierrätysöljyjen tai jäteöljyjen käyttö tulee huomattavasti huokeammaksi (raaka-aineen hinta voi olla luokkaa 10 c/l). Biodieselin valmistus voisi näillä hinnoilla olla taloudellisesti kannattavaa. Myyntihintaan joudutaan tosin vielä lisäämään pakollinen valmistevero. Rypsiöljyn tapaan myös metanolin hinta nousee RME-biodieselin tuotannon kasvaessa. Metanolia on mahdollista valmistaa myös itse esim. puusta kuivatislaamalla tai synteettisellä menetelmällä, jossa puuta kaasutetaan happikaasun kanssa, jolloin tuotteena muodostuu häkää (CO). Häkää on mahdollista prosessoida, siten että tuotetaan metanolia. RME:n hinta on pääasiassa riippuvainen seuraavista muuttujista: rypsisiemenen hinta, rypsin hinta, rypsiöljyn hinta, rypsipuristeen hinta, maaöljyn hinta ja metanolin hinta.

7 Biokaasut Biokaasu syntyy, kun orgaanista ainetta hajotetaan ilman happea. Kaasun tyypillinen koostumus on 60 % metaania ja 40 % hiilidioksidia. Tämän lisäksi biokaasu voi sisältää pieniä määriä mm. ammoniakkia, vetyä ja häkää. Myös luonnossa muodostuu biokaasua, esim. soilla.[9]. Biokaasua voidaan tuottaa kaikesta orgaanisesta aineesta. Biokaasua kerätään kaatopaikoilta, jätevedenpuhdistamoiden lietteistä ja maatalouden tuotteista. Vuoden 2003 lopulla Suomessa toimi kaupunkien jätevedenpuhdistamoilla 15 biokaasureaktorilaitosta ja maatiloilla 6. Biokaasua otettiin talteen 27 kaatopaikalta. Biokaasua tuotetaan nykyisillä laitoksilla 580 GWh vuodessa. Biokaasulla tuotettiin vuonna 2003 lämpöä 360 GWh, sähköä 62 GWh ja mekaanista energiaa 10 GWh. [4]

8 7 3. BIOENERGIAN TUOTANTO Biopolttoaineiden tärkein käyttökohde on yhdistetty sähkön- ja lämmöntuotanto, jolla pystytään käyttämään hyödyksi mahdollisimman paljon saatavissa olevasta energiasta. Paikoittain on taas tärkeää käyttää huippuvoimaloita tuottamaan kaukolämpöä talven ajaksi kylmillä alueilla. Biopolttoaineiden hyödyntäminen energiantuotannossa ei käytännössä eroa tekniikaltaan verrattuna fossiilisiin polttoaineisiin. Polttoaineet poltetaan polttoaineelle sopivassa kattilassa, josta lämpö otetaan talteen lämmönvaihtimien avulla. Siirtynyt lämpö höyrystää veden, joka turbiineissa muuttuu liike-energian kautta generaattorissa sähköksi. Turbiinissa käyttämättä jäänyt ylimääräinen lämpö otetaan talteen kaukolämpöverkkoon, jolla talvisaikaan lämmitetään yhteiskuntaa. Suomenkaltaisissa maissa yhdistetty sähkön- ja lämmöntuotanto on järkevää kylmien vuodenaikojen takia. Bioenergiaa tuotetaan paljon teollisuudessa. Paperiteollisuuden sellun keitto ja polttaminen prosessina voidaan käsittää myös bioenergia tuottamisena. Tässä kappaleessa on tarkoitus käydä eri polttotekniikoita läpi bioenergian yhdistetyssä sähkön- ja lämmöntuotannossa. Käytännössä bioenergian tuotannossa käytetään kolmea polttotekniikkaa: leijukerrospoltto, arinapoltto ja kaasutuspoltto Leijukerrospoltto Leijukerroskattilassa voidaan polttaa hyvin vaihtelevan laatuista polttoainetta hyötysuhteen pysyessä korkeana ja päästöjen pieninä [10]. Nykyään sitä pidetään yhtenä tärkeimpänä keinona polttaa ympäristöystävällisesti kiinteitä polttoaineita. Sen suurimpina etuina ovat monipuolisuus eri polttoaineiden käytössä, halpa rikin poisto sekä vähäiset NOx ja palamattomien aineiden päästöt [11]. Leijukerroskattilassa voidaan käyttää myös nestemäisiä ja kiinteitä polttoaineita samanaikaisesti. Leijukerroskattilassa arinan läpi puhalletaan suurella nopeudella esilämmitettyä ilmaa, joka saa arinan päällä olevan petihiekan ja polttoaineen leijumaan. Tästä syystä polttoaineet sekoittuvat hyvin hiekan sekaan, jolloin palaminen on tasaista ja lämmönsiirto tehokasta. Leijukerrospoltto ei vaadi polttoaineelta tasaista laatua, jonka takia se sopii hyvin biopolttoaineiden, kuten hakkeen, kierrätyspolttoaineiden, turpeen ja puun polttoon [10]. Leijukerrospoltto voidaan toteuttaa joko kerrosleijulla tai kiertoleijulla. Kerrosleijussa petihiekka pysyy paikallaan kerroksissa, kun taas kiertoleijussa hiekka kulkeutuu leijutuskaasun mukana pois leijutustilasta, minkä takia ne on palautettava takaisin kattilaan. Kiertoleijulla päästää korkeampiin lämpötiloihin, joka mahdollistaa

9 8 vaikeiden polttoaineiden polton. Leijupoltossa leijukerroksen lämpötila vaihtelee välillä ºC. [11] Leijukerroskattiloissa poltetaan yleisesti puuhaketta yhdessä turpeen kanssa. Vuonna 2001 puun osuus yhdistetyn kaukolämmön ja sähköntuotannon polttoaineista oli 7,6 % ja turpeen osuus 36 %. Vertailtavana on kivihiilen osuus, joka oli 27,6 %. Kokonaisuudessa puuenergian osuus kaukolämmön erillistuotannossa oli hieman yli 15 %. Hakkeen poltossa tärkeintä on huomioida kosteuspitoisuus. Kosteus vaikuttaa teholliseen lämpöarvoon. Suurissa voimalaitoksissa korkea kosteuspitoisuus ei ole haitallista, mutta alle 1 MW:n voimalaitoksissa kosteusprosentti ei saisi olla yli 40. Turve on hyvä seospolttoaine sähkön- ja lämmöntuotannossa. Turpeen tekninen hyöty tulee, kun sitä poltetaan puun kanssa. Turve estää lisäpolttoaineena kattilan kuonaantumista sekä kuumakorroosiota. Peltobiomassaa, esimerkiksi ruokohelpiä, ja kierrätyspolttoainetta voidaan käyttää myös puuhakkeen ja turpeen kanssa poltossa. Etua ruokohelpin polttamisessa tulee sen alhaisen kosteusprosentin takia, joka on noin %. Kierrätyspolttoainetta käytetään seospolttoaineena noin prosentin osuudella. [10] 3.2. Arinapoltto Arinapolttoa käytetään yleisesti laitoksissa, jotka ovat pienempiä kuin 5 MW. Arinapoltossa polttoaine tuodaan arinalla tasaisesti, jossa sitä poltetaan primääri-ilmalla. Sekundääri-ilmaa ja jossain tapauksissa tertiääri-ilmaa käytettään polttoainekerroksista haihtuvien palamiskaasujen polttoon. Arinan päätyyppejä ovat kiinteä ja mekaaninen. Kiinteämallisessa polttoaine tuodaan suoraan arinalle, kun taas mekaanisessa voidaan polttoaineen tuontia säädellä, jolloin sekoittuminen on tehokkaampaa ja palaminen tehostuu. Usein käytetään kiinteän ja mekaanisen arinan yhdistelmää, jonne polttoaine voidaan tuoda joko vaakatasossa tai vinossa. [10] Arinapoltolla pystytään polttamaan vain kiinteitä polttoaineita, joilla on riittävä raekoko. Näitä polttoaineita ovat: puu, kuori, palaturve, jäte ja kivihiili. [12] Mekaaninen arina soveltuu paremmin huonolaatuisimmille polttoaineille ja jätejakeille. Kiinteillä arinoilla voidaan polttaa hyvälaatuista haketta, mutta ne eivät sovi turpeen polttoon [10] Kaasutuspoltto Kaasutuspoltossa kaasuttavana aineena toimii ilma, happi, vesihöyry tai joku muu hapen kantaja. Kiinteä tai nestemäinen polttoaine reagoi hapen kanssa muodostaen palavan kaasuseoksen. Tämän jälkeen kaasuseos voidaan johtaa polttokattilaan tai esimerkiksi kaasuturbiiniin. Tarkoituksena on polttoaineen täydellinen kaasuuntuminen, jolloin pystytään parantamaan palamisen hyötysuhdetta ja vähentämään päästöjä. Kaasutusta voidaan käyttää puun, turpeen ja kierrätyspolttoaineiden polttamisessa. [10]

10 9 Kaasutus voidaan jakaa kahteen vaiheeseen: pyrolyysiin ja kaasutusreaktioihin. Pyrolyysissä haihtuvat aineet poistuvat polttoaineesta. Tämä tapahtuu lämpötilaa nostamalla ºC, jolloin polttoaine hajoaa koksiksi, nestemäisiksi lopputuotteiksi ja kaasuiksi. Kaasutusvaiheessa lämpötila on korkeampi, noin astetta, jossa tarvitaan yleensä hiilen kanssa reagoivaa kaasumaista lähtöainetta, kuten vesihöyry tai hiilidioksidi. Tällöin kiinteän polttoaineen kaikki orgaaniset komponentit muuttuvat kaasuiksi. Lopputuloksena saadaan pelkkiä kaasuja ja tuhkaa. [11] 3.4. Biokaasun poltto Biokaasulla toimivat yksiköt ovat suhteellisen pieniä. Näissä käytetään kaasumoottoria yhdistettyyn sähkön- ja lämmöntuotantoon. Biokaasua voidaan käyttää samoissa kohteissa kuin maakaasua, sillä maakaasu koostuu 98 prosenttisesti metaanista. Suurimmissa mittaluokissa biokaasua voidaan polttaa kaasuturbiinissa. Biokaasun käyttö energian tuotannossa on tähän asti ollut vähäistä. Reaktorilaitoksissa tuotettiin v lämpö-, sähkö- ja mekaanista energiaa 128,7 GWh ja kaatopaikoilla lämpö- ja sähköenergiaa 83,3 GWh. [10] 3.5. Teollisuusprosessien energiantuotanto Teollisuusprosesseissa tärkein bioenergian tuotantomuoto on paperiteollisuuden sellutehtaissa tapahtuva mustalipeän poltto. Tämä sellun valmistuksessa syntynyt jäteliemi sisältää puusta liuennutta ligniiniä ja hemiselluloosaa, sekä epäorgaanisia aineita. Mustalipeä poltetaan soodakattilassa, jossa puun orgaaniset aineet palavat ja epäorgaaniset menevät takaisin prosessiin. Puuperäisten polttoaineiden osuus olikin metsäteollisuuden oman energiantuotannon käyttämistä polttoaineista yli 70 % vuonna 2003 ja turvetta käytettiin vastaavasti 6,4 prosentin verran [13] Bioenergia liikenteessä Vaikka Suomi on bioenergian käytössä EU:n johtavia maita, liikenteen biopolttoaineissa Suomi on EU:n häntäpäässä. Vain 0,01 % polttonesteistä on biopolttoaineita. Paljon biopolttoaineita käytetään Saksassa ja Yhdysvalloissa. Ruotsissa on monin paikoin saatavilla E85:tä eli polttoainetta, jossa on 85 % etanolia ja 15 % bensiiniä. Jotta biopolttoaineiden määrää liikenteessä voitaisiin lisätä, tulisi biopolttoaineiden valmisteveroa alentaa tai poistaa se kokonaan. Lainsäädännöllä voitaisiin myös ohjata suuntaa kohti biopolttoaineiden suurempaa käyttöä. Hallituksen tulisi myös uudistaa autoverotusta siten että se kannustaisi ihmisiä hankkimaan ympäristölle ystävällisempiä autoja.

11 EU-direktiivi biopolttoaineista EU-direktiivi 2003/30/EY liikenteen biopolttoaineiden ja muiden uusiutuvien polttoaineiden käytön edistämisestä julkaistiin toukokuussa Direktiivissä tavoitellaan energiaomavaraisuuden kasvattamista, öljyriippuvuuden ja hiilidioksidipäästöjen alentamista sekä maatalouden kehittämistä ja työpaikkojen säilyttämistä. Direktiivin mukaan vuoden 2005 loppuun mennessä bio- ja uusiutuvien polttoaineiden vähimmäisosuus liikennekäyttöön tarkoitetussa bensiinissä ja dieselöljyssä tulee olla jäsenmaissa 2 % ja vuoden 2010 lopussa 5,75 %. Komissio painottaa, että "Energiahuoltostrategia Euroopalle" -kirjan tavoite on, että 10 % tieliikenteen polttoaineista olisi korvattava vaihtoehtoisilla polttoaineilla vuoteen 2020 mennessä. Komissio kertoo, että tarjolla on lähinnä kolme vaihtoehtoista polttoainetyyppiä: biopolttoaineet, maakaasu ja vety, joista jokaisen osuus olisi vähintään 5 %. Vuoden 2010 tavoite 5,75 % tarkoittaisi 0,4 milj. tonnin raaka-ainetarvetta (1,5 TWh) Suomessa. Tästä seuraa eri sektoreiden kilpailu raaka-aineista. arvioitu tuotantomahdollisuus on vain 2 %, kun tavoite on 5,75 % [14] 3.8. Biopolttoaineiden ympäristövaikutukset VTT:n ja MTT:n Tutkimuksen mukaan biopolttoaineet eivät välttämättä ole sen ilmastoystävällisempiä kuin fossiiliset polttoaineet, koska vapautuvat kasvihuonekaasut saattavat lisääntyä verrattuna fossiilisiin polttoaineisiin kun huomioidaan koko tuotantoja käyttöketju. Tuotannosta aiheutuvat kasvihuonekaasut riippuvat paljon tuotannossa käytetyistä polttoaineista, tuotantomenetelmistä ja jalostusprosessista. Tutkimusten mukaan toisen sukupolven biopolttoaineet, jotka ovat hakkuutähde- ja ruokohelpipohjaisia, ovat suotuisampia kasvihuonepäästöjen kannalta kuin perinteiset kaupalliset, bioetanoli ja biodiesel.[15]

12 11 4. BIOENERGIA KOTITALOUKSISSA Bioenergiaa on perinteisesti käytetty kotitalouksissa. Tilastokeskuksen mukaan energian kokonaiskulutus Suomessa vuonna 2004 oli 411 TWh. Metla arvioi, että vuonna 2004 kiinteistä puupolttoaineista kului pientalokiinteistöissä 13 TWh eli 3,2 % koko energiankulutuksesta.[16] Metsäisessä Suomessa puu on ollut luonnollinen kiinteistöjen lämmityksen polttoaine, joka on pitänyt pintansa vielä nykyaikanakin, vaikka öljy- ja sähkölämmitys ovat yleisiä ja alue- ja kaukolämmitysverkostoja on asennettu pieniinkin taajamiin. Puun pienkäyttö sisältää pienpolton, kuten esim. halot, muut pilkkeet, pelletit, briketit ja metsähakkeen pienkäytön. Perinteisten pilkkeiden ja puuhakkeen rinnalle on tullut myös sahanpurusta, höylälastusta ja puun hiontapölystä puristettu pelletti. Pilkkeet ovat lämmönlähteenä pienissä tulisijoissa sekä vesikeskusjärjestelmään liitetyissä kattiloissa. Metsähakkeen käyttö on lisääntymässä ja lisääntynyt myös isojen kiinteistöjen lämmönlähteenä. Parhaiten se soveltuu metsätiloille ja lämpöyrittäjille. Pienkiinteistöissä metsähakkeen laadun tulee olla parempaa kuin suurissa lämpölaitoksissa. Pelletit kilpailevat vahvasti hakkeen ja pilkkeiden kanssa. Pellettilämmitysjärjestelmien sekä asennus- ja huoltopalveluiden kehittyminen edesauttavat polttoaineen suosiota. [17] 4.1. Biolämmitysjärjestelmät Pääpiirteissään järjestelmät vastaavat toisiaan, suurimmat erot tulevat polttoaineen varastoinnissa, siirrossa ja kattila sekä poltintyypeissä. Esimerkkinä kuvailen pellettijärjestelmää joka on suhteellisen uusi ratkaisu verrattuna perinteiseen polttopuulämmitykseen. Pelletit sopivat hyvin omakotitalo, pientalo ja vapaa-ajan asuntojen lämmitykseen. Perusidealta pellettijärjestelmä vastaa öljylämmitysjärjestelmää mutta polttoaineena on pelletti. Pellettijärjestelmän voi asentaa vanhaan vesikiertojärjestelmään, mikäli kattila on sopiva pellettipolttimelle. Vapaa-ajan asunnoissa pellettitakka on hyvä vaihtoehto. Pellettijärjestelmää suunniteltaessa se mitoitetaan kiinteistön koon mukaan. Suunnitteluvaiheessa on hyvä kiinnittää huomiota varastotilan sijoitukseen. Varastotilan tulisi olla mielellään kattilahuoneen vieressä siten, että se on helposti täytettävissä isollakin jakeluautolla, josta pelletit siirretään pneumaattisesti varastotilaan. Pelletin poltto tapahtuu polttimen avulla, jossa syöttöruuvi siirtää pelletin automatiikan ohjaamana varastosta tulipesään. Varalämmitysjärjestelmä on tärkeä, kuten kaikessa puuaines-lämmityksessä. Tähän soveltuu esim. sähkövastus tai öljy. Tavallisimmat säännölliset huollot ovat tuhkanpoisto, kattilan nuohous ja polttimen puhdistus.

13 Miksi lämmittää bioenergialla? Vaikka suora sähkölämmitys on helppohoitoinen ja sen asentaminen on huomattavasti edullisempaa kuin vesikiertoisen järjestelmän, niin laitteiston eliniän aikana sähkölämmitys ei kuitenkaan ole edullisin vaihtoehto. Tämä johtuu siitä, että sähkön hinnan ennakoidaan nousevan. Puupolttoaineen kilpailukykyyn vaikuttaa merkittävimmin vaihtoehtoisen polttoaineen hinta, joka on tavallisesti kiinteistökokoluokassa kevytöljy. Pilkkeen ja metsähakkeen kilpailukyvyn kannalta olennaista on hankkia polttoaine edullisesti. Bioenergian valintaan saattaa vaikuttaa myös henkilökohtaiset arvot. Suomessa on vielä varsin yleistä tehdä pilkkeet itse, mutta se saattaa lisätä puunhankinnan kustannuksia, jos pääomia sitoutuu hankinta- ja kuljetuskalustoon. Metsätiloilla pilkkeen ja hakkeen tuottaminen omiin tarkoituksiin on kannattavaa, koska biomassaa on omissa metsissä ja yleensä myös tarvittavat tuotantolaitteet löytyvät muun toiminnan kautta Lämpöyrittäjyys Alueellinen lämpöyrittäjyys on yleistymässä. Lämpöyrittäjä hankkii polttoaineen, pääasiassa hakkeen, ja huolehtii lämpökeskuksesta. Pääpolttoaineena on omista metsistä tai lähiseudulta hankittu puu. Polttoaineen hankinnan lisäksi yrittäjä tai yrittäjäyhteenliittymä huolehtii lämpökeskuksen toiminnasta ja saa tuloa lämmitettävään kiinteistöön tai lämpöverkkoon tuotetusta energiasta. Suomessa on noin 200 lämpöyrittäjää.

14 13 5. MAAILMAN SUURIN BIOVOIMALAITOS UPM-Kymmenen tehdasalueelle Pietarsaareen sijaitsee miljardi markkaa maksanut maailman suurin biovoimala. Pietarsaaren biovoimalan omistaa Alholmens Kraft, josta PVO omistaa liki puolet ja ruotsalaisomisteiset energiayhtiöt Graningen ja Skellefteå Kraftin johdolla 45 %. Höyryturbiinien pyörittämä generaattori tuottaa enimmillään 240 MW sähkötehoa. Prosessihöyryä menee tehtaalle 100 megawatin teholla ja kaukolämpöä kaupungin verkkoon 60 MW. Kattilassa voidaan polttaa puuta, turvetta ja kivihiiltä yhdessä tai erikseen. Uudessa biovoimalassa aiotaan saada sähköntuotannon kustannukset hiilisähköä alhaisemmiksi. Arvioitu vuosituotanto on 1,3 TWh. Se on noin 1,5 % Suomen vuotuisesta sähköntuotannosta. Biovoimalan suuruus näkyy kattilan mittojen lisäksi polttoaineen vastaanotto- ja käsittelykentillä. Turverekkoja tulee Pohjanmaan soilta 8-10 joka tunti. Puusta valtaosa tulee tehtaalta, mutta noin tonnia tuodaan vuosittain erikoiskoneen paalaamina risutukkeina päätehakkuukuusikoista kilometrin säteeltä tavallisilla puutavara-autoilla. Alholman voimalaitoksen tarvitseman turpeen ja puun tuotannon ja kuljetusten lasketaan työllistävän noin 350 ihmistä. Kattilan valmistivat Kvaerner Pulpingin Tampereen ja Lapuan tehtaat. Iso biovoimala on herättänyt maailmalla niin paljon kiinnostusta, että suomalaiselle biopolttoteknologialle uskotaan löytyvän myös vientimarkkinoita.[18] 5.1. Tärkeimmät tiedot voimalasta Polttoaine Polttoaineena käytetään pääasiassa biopolttoainetta eli puunkuorta, puuntähteitä ja muita puunjalostuksen sivutuotteita sekä turvetta. Kivihiili on lisäpolttoaine. Polttoaine Puuperäiset polttoaineet Puuperäisten polttoaineiden osuus on %, mikä vastaa 1500 GWh:ta vuosittain. Voimala saa UPM-Kymmenen paperitehtaalta ja sahalta 2/3 puuperäisestä polttoaineesta ja pienet lähialueen sahat toimittavat polttoainetta 200 GWh:n verran vuodessa. Puuntähteiden osuus on 300 GWh:ta vuodessa. Risut (puunkorjuusta jääneet hakkuutähteet) paalataan risutukeiksi metsässä ja murskataan voimalassa järeällä, hidaskäyntisellä murskalla. Polttoaine Turve Turve toimitetaan kahdelta suurelta ja muutamalta pienemmältä tuotantoalueelta. Vuosittainen kulutus on 1700 GWh eli % koko polttoaineen kulutuksesta.

15 14 Turvetta haetaan 100 kilometrin säteeltä, päivittäin noin 100 autokuormaa. Alholmens Kraftin oma turvetuotanto muodostaa enimmillään 10 % polttoaineen kulutuksesta. Enimmäiskäytön aikana poltetaan yksi rekkakuorma höyrykattilassa 6-8 minuutissa. Polttoaine Kivihiili Kivihiiltä tuodaan mm. Puolasta, ja sen osuus on 10 % polttoaineen kulutuksesta. Kivihiiltä käytetään yleensä lisä- ja varapolttoaineena. Kuoren ja turpeen polttoaine-käsittely Puupolttoaine ja turve toimitetaan voimalaan kuorma-autoilla. Polttoaine johdetaan vastaanotosta kahdella rinnakkaisella linjalla rautaerottelun kautta seulaan. Seulonta tapahtuu kiekkoseulalla, minkä jälkeen hyväksytty polttoaine jatkaa matkaa suoraan välivarastoon. Hylätty johdetaan murskaimeen ja sen jälkeen välivarastoon. Murskaus tapahtuu järeällä, hidaskäyntisellä murskalla. Polttoaine-varastointi Puunkuoret Puupolttoaine kuljetetaan seulomisen tai murskaamisen jälkeen välivarastoon, 3500 m3 siiloon. Siilo on varustettu jatkuvalla pinnanmittauksella ja paloturvallisuuslaitteistolla. Siilo tyhjennetään pyörivällä ruuvipurkaimella, jonka maksimikapasiteetti on 800 m3/h. Polttoaine-varastointi Turve Turve kuljetetaan seulan tai murskauksen jälkeen välivarastoon, 3500 m3 siiloon. Siilo on varustettu jatkuvalla pinnanmittaajalla ja paloturvallisuuslaitteistolla. Siilo tyhjennetään pyörivillä ruuvipurkaimilla, joiden maksimikapasiteetti on 800 m3/h. Polttoainesäilytys Kivihiili Kivihiili varastoidaan kivihiilikentällä, syötetään vastaanottotaskujen kautta ja kuljetetaan omaa linjaa pitkin hiilisiiloon. Polttoainesyöttö Polttoaineensyöttöjärjestelmässä on neljä eri polttoaineensyöttölinjaa ja yksitoista syöttöpistettä. Täysi kapasiteetti saavutetaan kolmea linjaa käyttämällä. Maksimaalinen biopolttoaineen käyttö on 800 m3/h ja kivihiilellä 110m3/h. Tasainen syötön säätely mahdollistaa optimaaliset poltto-olosuhteet, jonka ansiosta päästöt ovat alhaiset. Kattila Voimalan kattila on maailman suurin biopolttoaineella käyvä CFB-kattila (kiertoilmaleijupetikattila), jonka teho on 550 MWh. Pannun tulipesän ala on 8,5 x 24 metriä ja korkeus 40 metriä. Toimittaja on Kvaerner Pulping Oy. Tuorehöyryparametrit ovat korkeita (165 bar/545 C) verrattuna yleensä tämän tyyppisissä kattiloissa käytettäviin, mikä parantaa voimalan käyttöastetta. Lisäksi hyödynnetään välitulistusta

16 15 ja pyörivää ilman esilämmitintä hyviin tuloksiin pääsemiseksi. Höyryjäähdytteiset syklonit edustavat uusinta tekniikkaa. Turbiini Turbiinikonsepti, joka muodostuu kolmesta turbiinipesästä sekä lauhde- ja syöttöveden esilämmitys-järjestelmistä, soveltuu hyvin Alholmens Kraftille, koska se tuottaa sähköä, prosessihöyryä ja lämpöä samanaikaisesti. Välipainepesän väliotoista toimitetaan prosessihöyryä UPM-Kymmenen paperitehtaalle, ja lauhdekäyttö matalapainepesässä mahdollistaa tehokkaan sähköntuotannon myös, kun lämmöntuotanto ei ole korkea. Turbiini tuottaa 240 MW sähköä, 100 MW prosessihöyryä ja 60 MW kaukolämpöä. Turbiinin toimitti yhteenliittymä Energico-LMZ. Jakelu Alholmens Kraft tuottaa sähköä, prosessihöyryä ja lämpöä. Prosessihöyry toimitetaan lähellä sijaitsevalle UPM-Kymmenen paperitehtaalle. Kaukolämpö toimitetaan Katternö Oy:n kautta Pietarsaaren alueelle.[19]

17 16 6. SUOMI VS. EU Suomi on tällä hetkellä bioenergian käytössä johtavia maita EU:ssa. Maamme nykyisestä energiankulutuksesta noin neljännes tuotetaan erilaisilla biopolttoaineilla. Suomessa on 400 keskikokoista tai suurta biopolttoaineita käyttävää laitosta. Puuenergian osuus on 80 TWh (19 %). Turpeen osuus on 25 TWh (7 %). Vuoteen 2010 mennessä Suomessa on tavoitteena lisätä bioenergian käyttöä 30 prosentilla verrattuna vuoteen Maamme biopolttoainevarat ovat suuret, mutta niiden hyödyntäminen edellyttää kaikkien energiavarojen samanaikaista käyttöä. Merkittävin kasvupotentiaali on tällä hetkellä metsähakkeella ja peltoenergialla. Myös turpeen vuosikulutus alittaa turpeen vuotuisen 40 TWh:n kasvun. Peltoenergian, kierrätyspolttoaineiden sekä biokaasun käyttö maassamme on vielä pienimuotoista ja biopolttonesteiden käyttö on vasta alkamassa. Kotimaisen bioenergian lisääminen kannattaa, sillä se lisää energiaomavaraisuuttamme, turvaa työllisyyttä ja on ympäristöystävällinen vaihtoehto energiantuotannossa. [20] Uusiutuvan energian käyttö v yhteensä 356 petajoulea, 24 % energian kokonaiskulutuksesta EU-maissa uusiutuvan energian osuus on puolestaan vain noin 6 %, joka on paljon pienempi luku kuin Suomen vastaava. Tavoitteena on nostaa se 12 % vuonna Suomen sähköntuotannosta uusiutuvan energian osuus on ollut 27 %. EU:ssa keskimäärin se on ollut vain 14 %, mutta tavoitteena on tämäkin luku nostaa 22

18 prosenttiin vuonna Uusiutuvan biomassan osuus sähköntuotannosta Suomessa on yli 10 %. Se on EU-maiden korkein. 17

19 18 7. YHTEENVETO Vaihtoehtoja energiatulevaisuuteen on useita, kullakin on etunsa ja haittansa. Bioenergia on yksi näistä tulevaisuuden vaihtoehdoista. Se on varmaa, että yksin bioenergialla ei tulevaisuuden energian tarvetta kateta, mutta tehokkaasti käytettynä se on hyvä osa-alue energiantuotannossa esim. CHP-laitoksissa. Tehokkaalla energiantuotannolla tarkoitetaan yksinkertaisesti energiataseiden laskemista. Biopolttoaineiden tuotantoon tarvittava energia ei saisi ylittää siitä saatavaa energiaa. Jotta voitaisiin puhua puhtaasta energiasta, on huomioitava polttoaineen/energian tuotantovaiheessa aiheutetut saasteet ja vasta tämän jälkeen voidaan verrata biopolttoaineita fossiilisiin polttoaineisiin. Tällä hetkellä päästöjen vähentäminen ja päästökauppa on ollut paljon esillä julkisuudessa ja politiikassa. Uusien energiamuotojen löytäminen ja saasteiden vähentäminen vaatii nykytilanteessa tukea jotta saavutettaisiin uuden puhtaamman energiantuotannon tavoitteet. Poliitikkojen tulisi kuitenkin miettiä, mihin valtion on järkevää rahojaan sijoittaa. Energiakysymykset tulevat varmasti olemaan politiikankäynnin väline kasvavassa määrin. Joka tapauksessa bioenergia on suuri puheenaihe maailmalla ja Suomi on johtavia bioenergia maita, joten olemme hyvässä vauhdissa muuhun maailmaan verrattuna. Vihreitä arvoja suosiva bioenergia on jo nyt ja tulee olemaan osa energiapalettia, joten sitä kannattaa hyödyntää kuitenkaan kuormittamatta ympäristöä liikaa.

20 19 LÄHTEET 1. Energiateollisuus 2. Fuel peat industry in Eu, country reports Finland, Ireland, Sweden, Estonia, Latvia, Lithuania, 30. joulukuuta 2005, VTT 3. Wood in peat fuel impact on the reporting of greenhouse gas emissions according to IPCC guidelines, 2004, VTT 4. Uusiutuvan energian lisäysmahdollisuudet vuoteen 2015, 2005, D. Asplund, J. Korppi-Tommola, S. Helynen 5. Bioenergia suomessa www. finbioenergy.fi 6. Kierrätyspolttoaineiden laadunvalvonta, 2005, VTT 7. Peltobiomassa, liikenteen biopolttonesteet ja biokaasujaosto, loppuraportti Manner-Suomen maaseudun kehittämisohjelma Biokaasufoorumi [verkkodokumentti]. [viitattu ]. Saatavissa: nnossa/ 11. Raiko, Risto Voimalaitostekniikka. TTY. 352 s. 12. Raiko, Saarenpää Höyrytekniikka. TTY. 254 s. 13. Konttinen, Jukka. Teollisuuden prosessit. TTY. 165 s R ,104:4:83019,1:0:0:0:0:0: Bioenergia, suomen kansallinen voimavara, tavoitteet 2010