Biopolttoaineiden tuotantomahdollisuudet Kainuussa

Transkriptio

1 Biopolttoaineiden tuotantomahdollisuudet Kainuussa Marraskuu 2014 Tuomas Niskanen & Timo Karjalainen CEMIS-Oulu, Kajaani, Kainuun bioenergiateemaohjelma

2 Tiivistelmä Raportti kokoaa laajan teknillis-taloudellisen näkökulman biopolttoaineiden eri muodoista. Asioita valotetaan vahvasti Kainuun näkökulmasta, mikä antaa pohjaa Kainuun biopolttoainetiekartan tekemiseen. Raportti vertaa biopolttoaineita muihin energiamuotoihin tasapuolisesti ja vertailukelpoisesti. Kainuun seuraavat uudet biopolttoaineet ovat bioetanoli ja liikennebiokaasu. Biopolttoaineiden tuotannon lisäämiseen Kainuussa on realistiset mahdollisuudet mutta kuinka paljon, on vahvasti riippuvainen uusien asiakasverkostojen luomisesta. Tulevaisuudessa pitää ryhtyä ainakin kahteen toimeen: 1. Kainuun olisi nostettava näkyvyyttään biopolttoainemaakuntana ja 2. julkisen puolen pitää ryhtyä rohkeasti uusien biopolttoaineiden asiakkaaksi.

3 Sisältö Biopolttoaineiden tuotantomahdollisuudet Kainuussa Johdanto Kainuu houkutteleva sijoituspaikka biojalostamolle Kainuun raaka-ainevarat Kainuun infrastruktuuri ja tietotaito Biopolttoainetehtaat muissa Itä-Suomen maakunnissa Kiinteät biopolttoaineet Kainuussa ja maailmalla Metsähake Puupelletti ja -briketit Biohiili ja torrefioitu biohiili Turve Nestemäiset biopolttoaineet Kainuussa ja maailmalla Bioetanoli Pyrolyysiöljy (bioöljy) Biodiesel Kaasumaiset biopolttoaineet Kainuussa ja maailmalla Synteettinen biokaasu Biokaasu Biopolttoaineiden tuotantomahdollisuudet Biopolttoaineet vs. muut polttoaineet Biopolttoaineiden tuotantomahdollisuudet Kainuussa Kainuun mahdollisuus biotuotteissa nyt ja tulevaisuudessa Biotuotteita akkumateriaaleista myyrän torjuntaan... Error! Bookmark not defined. 7.2 Kainuulainen biotuotetehdas Johtopäätökset ja tulevaisuus Lähdeluettelo LIITTEET: Liite 1. Biopolttoaineiden lämpöarvot

4 1 Käsitteet Biodiesel Bioetanoli Bioenergia Biohiili Biokaasu Biometaani Biopolttoaine CHP EROI EOR Metsähake Puupelletti Puubriketti Dieseliä, joka on valmistettu biomassasta Etanolia, joka on valmistettu biomassasta Energiaa, joka on saatu biopolttoaineesta Saadaan, kun hapettomissa oloissa puuaines kuumennetaan C:ssa Saadaan, kun mikrobit hajottavat biomassaa hapettomissa oloissa On jalostettua biokaasua liikennekäyttöön On biomassasta eli eloperäisestä aineesta valmistettu polttoaine Combined Heat and Power eli tarkoittaa lämpöä ja sähköä tuottavaa laitosta Energy Returned On Invested eli mitä isompi luku on, sitä enemmän energiaa voimalaitos tuottaa voimalaitoksen rakentamiseen, ylläpitoon, purkamiseen ja raaka-ainehankintaan kulutettuun energiaan nähden Energy Output Ratio eli mitä isompi luku on, sitä enemmän energiaa voimalaitos tuottaa voimalaitoksen ylläpitoon ja raaka-ainehankintaan kulutettuun energiaan nähden Polttoon haketettua metsäbiomassaa Puhtaasta pienikokoisesta puuaineksesta puristettu papana Puhtaasta pienikokoisesta puuaineksesta puristettu halko Pyrolyysiöljy/bioöljy Saadaan, kun hapettomissa oloissa puuaines kuumennetaan nopeasti C:een Synteettinen biokaasu Torrefioitu biohiili Turve Saadaan, kun hapettomissa oloissa biomassa on kuumennettu C:ssa Saadaan, kun hapettomissa oloissa puuaines kuumennetaan alle 300 C:ssa Suobiomassaa

5 2 1 Johdanto Suomea ja Eurooppaa ovat puhuttaneet niin energiaomavaraisuus kuin vihreät polttoaineet. Idealismi ja talousintressit tekevät Euroopasta dynaamisen kentän, jossa tuettu energiamuoto on toisena päivänä verotettu energiamuoto. Johdonmukaisuus on välillä kaukana; vähennetään ydinvoimaa samalla lisätään tuontituotteen kivihiilen käyttöä. Jossain kunnassa päätetään tehdä vihreä ratkaisu ja korvataan öljy metsähakkeella mutta metsähake tuodaan ulkomailta, vaikkakin omassa kunnassa sen tuotanto olisi mahdollista. Toisaalla puoluekokouksessa puolueen uusi puheenjohtaja vaatii Suomen biodieseltuotannon moninkertaistamista tietämättä sen enempää biodieselistä, kuin että se kuulostaa hienommalta sanalta vanhan sanan diesel sijaan. Tämä selvitys on osa sitä ratkaisua, joka yrittää poistaa energiapolitiikan epäjohdonmukaisuutta. Selvityksen tarkastelun lähtökohta on pitkälti raaka-ainelähtöinen unohtamatta kuitenkaan teknologisia ratkaisuja, tuotteen loppumarkkinoita ja aluetaloudellisia vaikutuksia. Tämä selvitys antaa avaimet siihen, mihin Kainuun kannattaa keskittyä biotalouden strategiassaan. Lukijalle vielä muutama luku motivaatioksi lukea tämä kirjallisuuskatsaus: Kainuulaiset kuluttajat käyttävät arviolta 120 miljoonaa euron edestä fossiilisia liikenteen polttoaineita vuodessa ja vertailuksi Kainuun kuntien budjetit ovat yhteensä noin 500 miljoonaa euroa. 1,2 Jos fossiilisiin polttoaineisiin käytetty raha jäisi pyörimään Kainuuseen, toisi satoja uusia työpaikkoja. 3 Siis fossiilisten korvaamiseksi olisi tehtävä jotain Kainuussa, koska odottamisesta maksetaan aivan liian kovaa hintaa. Mikä on hinta aktiiviselle toiminalle täydellisen tekemättömyyden sijaan? Kajaanin suunnitteilla oleva etanolilaitos maksaa 40 miljoonaa euroa, Joensuun pyrolyysilaitos maksoi 30 miljoonaa euroa ja Biovakan biokaasulaitos Turussa maksoi 12 miljoonaa euroa. 4,5

6 3 2 Kainuu houkutteleva sijoituspaikka biojalostamolle 2.1 Kainuun raaka-ainevarat Kainuussa on erinomaiset mahdollisuudet puupohjaisille biopolttoainetehtaille (Kuva 1). Puupohjaista raakaainetta riittää monessa muotoa; on pienpuuta, on sahojen sivutuotteita ja on käyttämätöntä kuitupuuta. Teoreettisen tarkastelun mukaan jopa kaksi miljoonaa kuutiota puuta olisi biojalostamoiden käytettävissä Kainuun alueella, mikä vastaa kolmen Joensuun pyrolyysitehtaan raaka-ainetarvetta. Suomen biotalousstrategia valaa uskoa bioenergian tukijärjestelmiin, mutta viime kädessä kainuulaisen puun asema biopolttoaineena on riippuvainen Euroopan komission kannasta. 6 Eräiden tutkimusten mukaan puu ei täytä tiukimpia päästövähennystavoitteita. 7 Kuva 1. Kainuulaisen puunkäyttö (tumman vihreällä) ja energiapuupotentiaali (vaalean vihreällä). Kuvan on lähteestä 8. Puuta Kainuussa riittää, mutta muita isompia raaka-ainevarantoja ei ole. Onneksi kaasumaisten biopolttoaineiden tekeminen on kannattavaa pienessäkin mittakaavassa, joten Kainuun biojätteet, vedenpuhdistamoiden lietteet ja isojen maatilojen sivuvirrat voitaisiin tuotteistaa biokaasuksi. 9

7 4 2.2 Kainuun infrastruktuuri ja tietotaito Kainuussa on hyvä rautatie- ja tieverkosto. 10 Valmiiden puitteiden vuoksi rautatiepalveluita voidaan tarvittaessa parantaa suhteellisen pienillä investoinneilla 7 15 miljoonalla eurolla, riippuen investoinnin laajuudesta, millä saataisiin parannettua erityisesti puun logistiikkaa, kuten metsähakkeen kuljetusta. Kajaanissa on lentokenttä, jolta pääsee mennen tullen useamman kerran päivässä Helsinkiin. 11 Tietoliikenneyhteydet ovat vähintään tyydyttävät. Kainuussa löytyy tehdasalueita, joista lienee edistynein Kajaanin Renforsin ranta. Renforsin Ranta on perustettu entisen UPM:n Kajaanin tehtaan alueelle. 12 Tehdasalue on otollinen perinteiselle teollisuudelle, koska siellä on valmiina rautatieyhteys ja monia muita hyödyllisiä tekijöitä. Alla kattava luettelo teknisistä tiedoista Renforsin rannassa: Vesi Raakavesi tehtaalle 600 l/s, t~1-22 astetta Kemiallisesti puhdistettu vesi 200 l/s Palovesi raakavettä, paine 16 bar Juomavesi kaupungin verkosta Jätevesien puhdistus biologisella puhdistamolla m³/d Saniteettijätevedet kaupungin puhdistamolle Sähkö Luotettavat sähköyhteydet, saatavilla jopa 200 MW teho, 110 kv Jännitteet 230/400V, 500V, 700V, 6kV ja 10kV Paineilma Kapasiteetti max 285 m³/min, paine ~6 bar Kaikki ilma kuivaa ja öljytöntä Lämpöenergia Höyry Kainuun Voimalta, paine 3,2 bar ylip. t ~160 astetta Höyryverkko mitoitettu 5 barin ylipaineelle Alueella on käytettävissä kaukolämpö Kaikkien näiden lisäksi tehdasalueella yrityksillä on käytettävissä vartiointi-, posti-, tietoliikennepalvelut jne. 12 Vapaata toimitilaa löytyy kymmeniä tuhansia neliöitä. Kainuusta löytyy akateemista selvitys- ja tutkimusapua, kuten CEMIS-Oulusta. Kainuussa tehdään esimerkiksi laadukasta ja tuloksellista biomassan mittausta. 13 Kainuun kestävä raaka-aine puu ja siihen liittyvä tietotaito antaa lujan pohjan Kainuussa toimiville puupohjaisille biojalostamoille. 2.3 Biopolttoainetehtaat muissa Itä-Suomen maakunnissa On hyvä hakea vertailukohtaa Kainuun tilanteeseen Savon ja Karjalan alueelta, jotka ovat raaka-aineen suhteen samankaltaisia maakuntia kuin Kainuu. Savon ja Karjalan alueella on rakenteilla tai on jo rakennettu miljoonien eurojen edestä biopolttoainetehtaita (Kuva 2), kun Kainuussa on vain pienemmän luokan kaukolämpövoimaloita. Kainuun suunnitellutkin investointimäärät ovat jäljessä

8 5 muita Itä-Suomen maakuntia väkilukuun suhteutettuna. Savon ja Karjalan maakunnissa hankkeet koskettavat biodieselin, biokaasun, bioöljyn (pyrolyysiöljyn) ja kaukolämmön tuotantoa. Kuva 2. Itä-Suomen biojalostamohankkeet ja investointikustannukset. Kartta ilmaisee myös investointien minimimäärän asukasta kohden (punaisella). Muokattu lähteestä 14.

9 6 3 Kiinteät biopolttoaineet Kainuussa ja maailmalla Kiinteät biopolttoaineet voivat olla yksinkertaisimmillaan haketettua pienpuuta tai kemiallisen prosessin lopputuotetta, kuten biohiiltä. Metsähakkeen tuottaminen onnistuu hyvin pienessä mittakaavassa, kun taas puupellettien/-brikettien tuottaminen vaatii jonkin asteen teollista mittakaavaa ja vastaavasti biohiilen tuottaminen kannattavasti tarvitsee ison luokan tehdastuotantoa. 3.1 Metsähake Kainuussa puuenergialla on merkittävä rooli ja nimenomaan metsähakkeella. Vajaa kolmannes Kainuun primäärienergiasta tuotetaan puupolttoaineella. Suomi on hakkeen nettotuoja useilla miljoonilla kuutioilla (organisaation sisäinen materiaali). Valitettavasti nykyinen metsähakepolitiikka Kainuussa on epäjohdonmukaista, mikä on johtanut osittaiseen hakkeen tuontiin Venäjältä ja estänyt kestävän liiketoiminnan muodostumisen haketuotannon ympärille. 15 Metsähakkeella on myös valtakunnallisia uhkakuvia Kemera-tuen uudistumisen myötä. 16 Yksi Kemera-tuen euro tuo puolitoista euroa valtiolle eli Kemera-tuki ei ole meno vaan tulo valtiolle. 17 Uhkakuvista huolimatta metsähakkeen tulevaisuus näyttää vakaalta ja nousua on hieman luvassa, kun esimerkiksi suurempia kivihiililaitoksia lakkautetaan ja tilalle rakennetaan monipolttolaitoksia. 18,19 Kainuussa on mahdollisuudet miljoonan kiintokuution haketuotantoon (Kuva 1), kun nyt se on k-m 3 (organisaation sisäinen materiaali). Nykyinen tuotantomäärä vastaa Kainuun metsähakkeen käyttöä. Siis Kainuu on metsähake omanvarainen, mikä tarkoittaneen, että Kainuuseen olisi luotava kestäviä vientiratkaisuja haketuotannon kasvattamiseksi k-m 3 metsähaketta (5 600 MWh) työllistää yhden työntekijän vuodessa korjuusta käyttökohteeseen k-m 3 lisäys haketuotantoon tarkoittaisi merkittävää henkilötyövuosilisäystä Kainuussa, vaikkakin jätettäisiin huomioitta kaukokuljetus ja hakkeen loppukohteen käsittely vaikutus olisi henkilötyövuotta riippuen toiminnan tehokkuudesta. Haketuotannon kasvattaminen Kainuussa tulisi erittäin houkuttelevaksi, jos Kainuussa olisi biohiili-, biokaasutus- tai bioöljylaitos. Viennin näkökulmasta Kainuussa on hyvä rautatie- ja tieverkosto. 10 Haasteita hakkeen vientiin tuovat hakkeen kausiluontoinen tarve ja rautatien palveluterminaalien taso, mutta 7 15 miljoonan investoinneilla rautatieterminaaleja saataisiin kehitettyä niin, että ne voisivat läpäistä kasvavan energiapuumäärän. Investoinnin suuruus riippuu paljon, mitä investoinnilla haetaan. 15 miljoonan investointi kattaa kaksi investointivaihetta, joista kumpikin olivat noin 7 miljoonaa euroa. Biomassaterminaali läpäisisi ensimmäisen vaiheen investoinneilla k-m 3 energiapuuta ja toisen vaiheen investoinneilla k-m 3. Hakkuutähteiden kuljettaminen ei ole kovinkaan kannattavaa ehdoton kuljetusraja tieverkoston kautta on 50 km. 10 Hakkuutähteiden kuljetuskilometrien yläraja nousee 150 kilometriin, kun hyödynnetään rautatieverkostoa. Rautatiekuljetuksen heikko puoli on siinä, etteivät rautatiet mene joka paikkaan ja vielä harvemmin itse käyttäjän portille. Tienvarsihaketus ei muuta kannattavuuslukemia merkittävästi ja terminaalihaketuksella on kannattavuutta parantava vaikutus. Hakkeen kannattavuudesta sanotaan muissa lähteissä esimerkiksi näin: Nykytekniikalla ja toimintatavoilla taloudellisesti kannattava metsähakkeen hankinta-alueen säde on noin km tieverkkoa pitkin. 21 Vuonna 2010 metsähakkeella tuotettua sähköä on tuettu 0,69 senttiä kilowattitunnilta mutta valitettavasti tukea on viime vuosina vähennetty. 22,23 Alle 200 kilometrin säteellä Kajaanista löytyy energialaitoksia, jotka käyttävät vajaa miljoona kiintokuutiota metsähaketta vuodessa. 10 Tulevaisuudessa Iisalmessa saattaa olla pyrolyysiöljyn tuotantolaitos, jonne olisi kustannustehokasta rahdata metsähaketta Etelä-Kainuusta. 24 Tehtaan tarve olisi noin k-m 3

10 7 puubiomassaa. Olisi syytä selvittää Kainuun lähialueella olevien energialaitosten kiinnostus hakkeen ostamisesta Kainuusta, etsiä Kainuusta hakkeen toimittajia, tehdä yksityiskohtaiset investointilaskelmat, toteuttaa mahdollisesti hakkeen vientiä edistävät investoinnit ja pyrkiä luomaan pitkäaikaisia hakkeen vientisopimuksia. 3.2 Puupelletti ja -briketit Pelletin raaka-aineet ovat sahateollisuuden sivuvirrat, kuten kutterilastut ja sahanpuru Siis pelletin valmistus vaatii suhteellisen puhdasta puuta, joka puristetaan halkaisijaltaan 6 8 mm:n paksuuteen ja mm:n pituuteen. Pellettiä on helppo käsitellä, mikä on mahdollistanut pellettiä polttavien pienempien ja isompien laitosten automatisoinnin. Vaikka pelletti vie öljyyn nähden paljon tilaa, vie se kuitenkin haketta neljäsosan vähemmän tilaa. Pelletin ja briketin tulevaisuus näyttää vakaalta ja nousua on hieman luvassa, kun esimerkiksi suuremmat kivihiililaitokset rupeavat käyttämään pellettiä osana polttoaineena. 18,19 Henkilöasiakas puolella pelletin kulutuksessa ei ole odotettavissa nousua kuin korkeintaan pientä sellaista. Perinteisten puupellettien laatu on hyvin korkealla ja vaihtoehtoisten pellettituotteiden on vaikea kilpailla niiden kanssa. Pellettituotanto on kuitenkin ajautunut kehittämään uusia raakalähteitä perinteisten käydessä vähiin. Kaikkea kuivaa biomassaa voidaan pelletöidä, mutta monia syitä, miksi pelletöinti on keskittynyt vain muutamaan raaka-aineeseen. Osa raaka-aineista kuluttaa tuotantolaitteistoa liikaa ja osa taas näkyy poltossa esimerkiksi huomattavana tuhkapitoisuuden nousuna. Markkinoilla on jo kaksi esimerkkiä vaihtoehtoisista pellettituotteista, jotka ovat mikrohake- ja turvepelletti. 28,29 Muita vaihtoehtoisia tuotteita ei tuoteta kuin vain autotallimittakaavassa. Tulevaisuudessa saatetaan nähdä sekoitetuotteita, kuten hake-ruokohelpipellettiä tai muovi-puupellettiä. 27,30 Kainuulainenkin pellettituotanto voisi nousta aivan uudelle tasolle, jos Kainuussa ruvettaisiin mikrohakettaa puuainesta pellettituotantoon. Voisiko muovisekoitepelletti olla vaihtoehto REF-polton loppumiseen Kainuussa? Puubriketti tehdään samalla periaatteella ja on ominaisuuksiltaan samanlainen kuin pelletti, mutta se on yksikkökooltaan isompaa tavaraa: halkaisija on mm ja pituus mm. Briketin etuja pellettiin nähden ovat tuotannon halvemmat investointikustannukset. 31 Brikettituotannon energiatase on hyvä, kun lasketaan tuotannon ja 120 km:n rekkakuljetuksen kuluttama energia, vastaa se korkeintaan 2,5 %:a briketin sisältämästä energiasta. 32 Kainuussa on sekä puupelletti että -brikettituotantoa. Kajaanissa Jannpellet Oy ja Kuhmossa M-Pelletti Oy tuottavat pellettiä noin tonnin vuosikapasiteetillä. 33,34 M-Pelletin asiakkaat ovat 400 kilometrin säteellä. Kainuussa puupelletin käyttö oli noin tonnia vuonna 2009 eli Kainuussa oli pelletin ylituotantoa niin kuin koko maassa. 2,35 Kuhmossa on brikettituotantoa Kuhmo Oy:n sahan yhteydessä. Brikettituotanto Kuhmon sahan yhteyteen toteutettiin 2010-luvun vaihteessa, minkä toteutus maksoi noin neljä miljoonaa euroa. 34 Brikettituotanto on tonnia vuodessa, mikä tuo 3,7 miljoonan euron lisäliikevaihdon Kuhmo Oy:lle. Yksi nyrkkisääntö pellettituotannon työllistävyydelle on, että tonnia pellettiä vuodessa työllistää 3,5 työntekijää. 31 Briketin työllistävyys näyttäisi olevan pienempää vain kaksi työntekijää vuodessa tonnia brikettiä kohden. Suomessa on pellettien ylituotantoa, mutta ylituotanto on onnistuttu suuntaamaan vientiin, esimerkiksi Ruotsiin ja Tanskaan, ja Euroopassa kysyntä näyttäneen kasvavan entisestään. 35,36 Jos Pohjois-Amerikka satsaa pelletin markkinointiin ja vientiin Eurooppaan, 37 miksi Kainuulla ei olisi mahdollisuutta nostaa pelletin

11 8 tuotantoa ja viedä pellettiä entistä aktiivisemmin ulkomaille? Ovatko amerikkalaiset huomanneet, minkälainen pellettipotentiaali Euroopassa on, kun päästövähennyksiä tavoitellaan? Ainoastaan Suomessa kevyen polttoöljyn korvaaminen vaatisi pellettituotannon 16-kertaistamisen (lähteinä organisaation sisäinen materiaali ja 38,39 ). 3.3 Biohiili ja torrefioitu biohiili Biohiiltä tuotetaan hapettomassa ja kuumassa ( C) olosuhteessa ja torrefioidusta biohiilestä puhuttaessa lämpötila on alle 300 C. 40,41 Koska biohiilituotanto on hyvin lähellä pyrolyysiöljyn tuotantomuotoa (vain eri lämpötila), käy siihen samat raaka-aineet kuin pyrolyysiöljyn tuotantoon. Itse asiassa biohiilen tuotannossa puhutaan hitaasta pyrolyysistä. Biohiilituotannossa syntyy yhtä paljon kiinteää, nestemmäistä ja kaasumaista ainetta (Kuva 3). Kuva 3. Biohiilituotannon tuotteet ja niiden jatkojalostus. Kuva seminaarista: Biosaimaa - Biohiilessä Suomen tulevaisuus seminaari ja biohiilipilottilaitoksen käyttöönotto Mikkelissä ma Biohiili toimii kivihiilen korvaajana. Bioöljy voidaan polttaa lämmitysöljynä. 42 Kaasut käytetään tyydyttämään laitoksen energiatarvetta. 43 Etikkahappoa syntyy myös sivutuotteena, kun se poistetaan bioöljystä. Samalla bioöljyn laatu paranee sen happamuus vähenee ja energiapitoisuus nousee. Etikkahappo menee jatkokäsittelyyn kemian teollisuuden tarpeisiin. Biohiilen tuotantoteknologioita on useita, joista varteenotettavimmat ovat pyörivä rumpureaktori (rotary drum reactor), liikkuva peti (moving bed) ja Torbed-reaktori (TORBED reactor). 44 Viimeksi mainittu teknologia on nimenomaan torrefiointiteknologiaa. Kun tarkastellaan seuraavia ominaisuuksia kontrolloitavuus, polttoaineen sekoitettavuus, tekniikan koeteltavuus, tervan muodostuminen ja sen hallinta, tuotteen laatu,

12 9 kyky prosessoida matala tiheistä ainesta, saatavuus, skaalattavuus, suoritusteho ja muutosmaksut, mainituissa tekniikoissa mikään osa-alue ei ole huono, vaan ne ovat vähintään kohtalaisella tasolla. Biohiilituotanto on integroitavissa höyryvoimalaitokseen, kuten Kainuun Voima Oy:n yhteyteen. Biotulihanke kommentoi kannattavuutta integroitaessa biohiilituotantoa voimalaitoksiin seuraavasti: Torrefioinnin integrointi CHP-laitoksen kanssa nostaa prosessihyötysuhdetta selkeästi. Eri tapausten välillä ei kuitenkaan ollut suuria eroja. Kaukolämpölaitoksen kohdalla sen sijaan integroinnilla saavutetaan hyötyjä vain jos torrefiointikaasut hyödynnetään prosessissa, pelkkä kattilan savukaasun käyttö torrefioinnin lämmönlähteenä ei riitä. Lyhenne CHP tulee sanoista Combined Heat and Power eli tarkoittaa lämpöä ja sähköä tuottavaa laitosta. Kainuun CHP-laitokset sijaitsevat Kajaanissa (240 MW), Kuhmossa (18 MW) ja Sotkamossa (20 MW) (Taulukko 1). Tutkimuksessa arvioitiin torrefiointia 10 MW:n ja 82 MW:n CHP-laitosten yhteydessä ja 20 MW:n lämpölaitoksen yhteydessä. Biohiilituotantoa ei ole Suomessa, mutta Mikkelissä on yksi Torrec Oy:n koelaitos ja Feestock Optimum Oy:llä on niin ikään biohiiltämön koelaitos Nurmeksessa Feedstock Optimum on rakentanut koelaitokseen Nurmekseen, joka olisi tarkoitus laajentaa täyteen mittakaavaan vuoden 2015 loppuun mennessä. Investoinnin suuruus laajennuksineen on 60 miljoonaa euroa. Lopullinen tuotantolaitos prosessoisi miljoonaa kuutiota puuhaketta, josta lopputuotteena saataisiin tonnia biohiiltä ja bioöljyä. Se toisi vajaat 300 henkilötyövuotta hankintaketjuineen Nurmekseen ja sen lähialueelle. Biohiili toimisi kivihiilen korvaajana, mutta biohiiltä olisi myös tarkoitus käyttää lääketeollisuudessa, terästeollisuudessa, vedenpuhdistuksessa ja maanparannusaineena. Hankkeiden laajentuminen riippuu, saadaanko isoja ja pitkäaikaisia ostajia tuotteille. Biohiilen tuotanto on myös maailmalla pienimuotoista. 48 Ne käyttävät raaka-aineena puuta ja maatalouden sivuvirtoja, kuten olkea. 49,50 Suurin tekijä, mikä pitää biohiilen kysynnän alhaisena, on halpa kivihiili, jonka korvaajana biohiili toimii. Biohiilen tuotantolaitosten perustamiselle löytyneen tukea, mutta biohiilen hintakompensointia saaneen odottaa, kun EU:n mahtivaltio Saksa on lisännyt kivihiilen käyttöä. 51 Kaikesta huolimatta biohiili on houkutteleva tuote, koska logistiikka on pellettiä helpompi hoitaa, biohiilellä on pellettiä parempi lämpöarvo ja kivihiiltä voidaan korvata biohiilellä ilman suurempia lisäinvestointeja Turve Turvetta hyödynnetään muuallakin maailmassa kuin Suomessa. 52 Joissakin maissa sitä käytetään lähinnä energiana ja vastaavasti joissakin maissa päämarkkinat ovat puutarha-alalla. Kainuun primäärienergiatuotannossa turpeella on ollut merkittävä osuus. 2 Kainuussa on teknisesti käyttökelpoista suoalaa hehtaaria, josta voidaan hyödyntää turvetta ainakin 0,6 metrin syvyydeltä. 53 Kainuun nykyinen turvetuotantoala on hehtaaria. Turvetuotannon ongelma on sadekesät, mutta muuten teknologia ja käytänteet ovat pitkään käytettyjä ja hyväksi todettuja. Turvetuotanto on kannattavaa, kun asiakas on alle 150 km säteellä. 54 Myös uusien turvetuotantoalueiden käyttöönotto on ollut ongelmallista. Turpeen käytön vaikutus aluetalouteen on merkittävä. 23 Energiayksikköä kohden turve työllistää kaksi kertaa enemmän kuin kivihiili. Kun turvetta käytetään yhden terawattitunnin edestä, työllistetään suoraan 130 työntekijää vuodessa. Kainuun Voima Oy on käyttänyt turvetta parhaimmillaan 1,2 TWh:n edestä vuodessa. 55 Valitettavasti turve katsotaan fossiiliseksi polttoaineeksi ja siksi sen energiakäyttöä on verotettava, 23 mikä on johtanut kivihiilen lisääntyneeseen käyttöön. 56 Turvetta voi pitää uusiutuvana luonnonvarana, koska turvetta kehittyy kaksi kertaa nopeammin kuin sitä kaivetaan tällä hetkellä. 57 Turve estää korroosiota polttokattiloissa ja mahdollistaa heikkolaatuisen puumateriaalipolton kattilassa (kuultu Kuopion energian edustajan sanomana Itä-Suomen bioenergiapäivillä ).

13 10 Kainuulaisen turpeen kysyntä voi tulevaisuudessa nousta tämän hetken huonoista näkymistä huolimatta. Kainuussa turvepolttoaineelle voi syntyä uusia käyttömahdollisuuksia esimerkiksi kaivosteollisuudessa, joissa turpeen käyttö voi olla hyvinkin merkittää lähivuosina.

14 11 4 Nestemäiset biopolttoaineet Kainuussa ja maailmalla Nestemäisiä biopolttoaineita tuotetaan mikrobien avustuksella (bioetanoli), kemiallisesti hapettomasti korkeassa lämpötilassa (pyrolyysiöljy eli bioöljy) ja edelleen kemiallisesti jalostamalla hiilivety-yhdisteitä (biodiesel). Biodieselin tuotanto lienee parhaiten tunnettu prosessi nestemäisistä biopolttoaineista, kun taas pyrolyysiöljyn ja bioetanolin (Brasiliaa lukuunottamatta) tuotanto ovat vasta vahvassa kehitysvaiheessa. Nestemäisten biopolttoaineiden tuottaminen vaatii suhteellisen isoja raaka-ainevirtoja eikä prosesseja voida toteuttaa taloudellisesti kannattavasti pienessä mittakaavassa. 4.1 Bioetanoli Bioetanoli on etanolia, joka on valmistettu biomassasta, kuten sahanpurusta. Kun puhutaan bioetanolista etanolin sijaan, on etanolin käyttökohde liikennepolttoaine. St1 Biofuels Oy aloittaa Kajaanin bioetanolitehtaan ylösajon vuonna Bioetanolilaitos olisi ainut biopolttoainelaitos Kainuussa, jonka investointikustannukset ylittävät miljoonan euron rajan. 14 Kajaaniin suunnitteilla oleva bioetanolilaitos on investointikustannuksiltaan 40 miljoonaa euroa ja se työllistää välillisesti ja suoraan 30 henkilötyövuotta. 5,59 Kuva 4. Periaatekuva etanolin valmistamisesta puusta. Aluehallintovirasto myönsi ympäristöluvan St1:n bioetanolitehtaalle Kajaanin Renforsin rantaan maaliskuussa Tehtaan kannattavuudesta ei ole julkista arviota. Ympäristölupa toteaa: Ensimmäisen sahanpurua käyttävän bioetanolitehtaan tärkein tehtävä on prosessin teknisen ja taloudellisuuden kannattavuuden osoittaminen. Sahanpurua käsitellään tonnia vuodessa, josta saadaan 10 miljoonaa litraa 100 %:sta etanolia. Sahanpuru olisi peräisin viereiseltä Kajanawood Oy:n sahalta. Koko luokaltaan laitos on vasta koelaitos. Mainittakoon, että Sieviin on suunnitteilla olkea ja lehtipuuta käyttävä bioetanolilaitos (käyty opintomatkalla Sievissä ).

15 12 Etanolin lisäksi saadaan 150 tonnia tärpättiä myytäväksi, 1,1 miljoonaa kuutiota biokaasua (50/50 metaani/co 2) ja tonnia ligniiniä ja rankkia poltettavaksi Kainuun Voima Oy:lle vuodessa. Tärpätti lienee halvempaa kilo- ja litrahinnaltaan kuin etanoli. 60,61 Biokaasu mahdollistaa sen, että laitos olisi sähköomavarainen. Myös furfuraalin talteenottoa on harkittu ( tonnia vuodessa). Furfuraalin tonnihinta on kolmanneksen enemmän kuin etanolin. 62 Furfuraali toimii liuottimena ja on raaka-aine eräiden muovien ja selluloosa-asetaatin valmistuksessa, joten ostajia ei puuttuisi. 63 Itse ligniini ei ole ilmeisesti kovin hyvin hyödynnettävissä, koska esikäsittelyprosessina toimii höyryräjäytys. 64 Tuotantomäärä St1:n etanolitehtaassa voisi olla entistäkin korkeampi, jos sahan pintalaudat jauhetaan. Kannattavuuden näkökulmasta yhtenä välttämättömänä tekijänä etanolituotannossa lignoselluloosamateriaalista pidetään sitä, että käytetään hiivakantoja, jotka voivat hyödyntää pentoosisokereita. 65 Ympäristöluvan mukaan bioetanolituotanto aloitetaan perinteisellä hiivakannalla siirtyen muokattuihin kantoihin myöhemmässä vaiheessa. Sahanpururaaka-ainetta löytyy Kajaanin sahaa enemmän Kuhmosta Kuhmo Oy:n sahalta, jossa puuta prosessoidaan vähintään kaksi kertaa enemmän kuin Kajaanin sahalla. 10,66 Jos ympäristöluvan 58 mukaan Kajanawood Oy:n sahan sivuvirrat riittävät kattamaan bioetanolitehtaan raaka-aine tarpeen, riittäisi sahanpurua raaka-aineeksi Kuhmo Oy:n sahalta ainakin kaksi kertaa isommalle bioetanolitehtaalle. Kuitenkin ongelma on se, että Kuhmo Oy jalostaa nykyisellään sahanpurun briketiksi ja on tehnyt briketin valmistukseen investointeja. 2,66 Kuhmosta ei löydy sellaista vapaata teollisuusaluetta, jossa olisi Kajaanin tehdasaluetta vastaava infrastruktuuri. Ehkä myös tehtaan aiheuttama kuormitus Kuhmon jätevedenpuhdistamolle voisi nousta liian korkeaksi. Rautatieverkoston puuttumisella Kuhmosta ei ole merkitystä, koska tuleva bioetanolitehdas Kajaanissa ei tule hyödyntämään rautatieverkostoa tai sen hyödyntäminen jää tosi vähäiseksi. 58 On hyvä huomata se, että St1 on huomioinut Kuhmo Oy:n sahan. 67 Olisikin syytä selvittää, miksi Kuhmon sahaa ei ole vielä valittu St1:n toteutuslistalle ja poistaa tai pienentää mahdollisesti esille tulevia esteitä bioetanolitehtaalle Kuhmossa. Kainuussa ei ole Kajaania ja Kuhmoa lukuun ottamatta merkittävää mekaanista metsäteollisuutta tai sahatoimintaa, josta syntyisi riittävästi hyödynnettäviä sivuvirtoja. 10 Jos Kajaanin bioetanolihanke osoittautuu kannattavaksi, herää entisestään kiinnostavuus Kuhmon sahanpuruvaroja kohtaan. Jos etanolituotannossa harkitaan toista lignoselluloosapohjaista raaka-ainetta, sen täytyy olla kaarnasta vapaa, koska kaarnalla on erittäin negatiivinen vaikutus etanolintuotantoprosessiin. 68 Sahanpurussa yhdistyy kaksi hyvää ominaisuutta etanolituotannon näkökulmasta: suuri reaktiopinta-ala ja mitätön kaarnapitoisuus. Suomessa on neljä bioetanolitehdasta, jotka käyttävät raaka-aineena kotitalouksien, kauppojen ja elintarviketeollisuuden biojätettä. 5,46 Huomion arvoista on se, että kaikki ovat St1:n rakennuttamia ja ylläpitämiä tehtaita. Yksi St1: etanolitehtaista käyttää tonnia biojätettä vuodessa, kun taas Kainuun yhdyskuntalietteen kertymä on noin tonnia vuodessa ja Ekokympin biojätekertymä on noin tonnia vuodessa (organisaation sisäinen materiaali). Kyseisellä jätemäärällä saadaan tuotettua litraa etanolia, mikä on kahdeskymmenesosa Kajaaniin suunnitteilla olevan etanolitehtaan tuotannosta. Biojätteen kaatopaikkakäsittelyyn tulee tiukennuksia 2016 alkaen. 69 Maailmalla etanolitehtaat käyttävät raaka-aineena durraa (heinälaji), elintarviketeollisuuden sivuvirtoja, maissia, nurmea, olkea, puuta, sokeria, vehnää ja yhdyskuntajätteitä. 70 Etanolitehtaiden vuosituotanto USA:ssa vaihtelee litrasta 890 miljoonaa litraan. Teknologia noudattelee yleensä seuraavaa peruskaavaa: raaka-aineen mahdollinen esikäsittely, mahdollisesti entsyymilisäys, fermentointi ja tuotteen talteenotto. Raaka-aineen esikäsittelymenetelminä käytetään mm. höyryräjäytystä, muurahaishappokeittoa tai rikkidioksidi-etanoli-vesifraktiointia.

16 13 Fermentoinnissa käytetään yleensä hiivaa, joka tuottaa etanolia. Fermentoinnissa voidaan käyttää perinteisen hiivan sijaan muutakin mikrobia, kuten tekee ZeoChem Inc. USA:ssa (Kuva 6). ZeoZhemin fermentoinnissa mikrobi tuottaa asetaatti, josta jalostetaan etanolia ja lisäksi etyyliasetaattia, jolle ei löydy Suomesta jalostajia. 6 St1:n prosessissa syntyvälle tärpätille löytyy jalostajia Suomesta. Kuva 5. ZeoChemin tapa tehdä bioetanolia. Muokattu lähteestä 71. Luetellut bioetanolin raaka-aineet viljatuotteita lukuunottamatta täyttävät direktiivin 2009/28/EY artiklan 17 kestävyysvaatimukset ja näin tähän tuotantomuotoon on mahdollista hakea kansallista tai EU-tasoista tukea. 72 Tukimuodot eivät ole pysyviä; useimmiten ne liittyvät johonkin EU-hankkeeseen. 73,74 Etanolituotannon sivuvirroista on mahdollista tuottaa korkealuokan jalosteita. Erityisesti etanoliprosessin esikäsittelyvaiheessa erotetulle ligniinille olisi muitakin käyttömahdollisuuksia kuin poltto. Esimerkiksi Norjassa puusta erotetaan vanilliinia taloudellisesti kannattavalla tavalla. 75 Ligniinin fenoliyhdisteet sopisivat biomuovien, vahojen ja epoksien valmistukseen. 76 Vielä tarvitaan tutkimusta, kuinka ligniinin fenoliyhdisteet saataisiin tehokkaalla tavalla erotettua ligniistä. 4.2 Pyrolyysiöljy (bioöljy) Lignoselluloosapohjainen materiaali sopii hyvin pyrolyysiöljyn valmistukseen. 65 Tässä raportissa puhutaan niin sanotusta nopeasta pyrolyysistä, joka tuottaa päätuotteena bioöljyä. Nopeassa pyrolyysissa lämpötila on C, tavoitteena on, että biomassa kuumentuisi erittäin nopeasti ja biomassan viipymäaika reaktorissa jäisi muutamaan sekuntiin. Päätuotteena saadaan bioöljyä ja prosessityypistä riippuen lisäksi voidaan saada biohiiltä, tuhkaa ja kaasua, jotka voidaan jatkojalostaa hyötykäyttöön. Biohiili voidaan pelletoida ja käyttää kivihiilen korvaajana jopa 50% saakka ilman kattilamuutoksia. 44 Tuhka voitaisiin sekoittaa puhdistamolietteen kanssa ja saatu sekoite voidaan käyttää lannoitteena, mutta valitettavasti tämä ei ole Suomessa sallittua, vaikka mitään erityistä syytä kiellolle ei ole. 77 Suomessa yritys nimeltään FA Forest Oy puristaa tuhkasta soran korviketta ja tekee tuhkasta metsälannoitetuotteita. 78 Esimerkiksi Kainuu Voiman tuhka menee FA Forest Oy:lle.

17 14 Pyrolyysireaktoritekniikoita on kuudenlaisia, joista varteenotettavimmat ovat kiertoleijupeti (circulating fluidized bed), pyörivä kartiopyrolysaattori (rotating-cone pyrolyzer) ja ruuvireaktori (auger reactor) (Kuva 6). Kiertoleijupetitekniikka on käytössä isossa mittakaavassa Suomessa ja maailmalla, ja pian löytyy myös ison mittakaavan kartiopyrolysaattorilaitos Hollannista. 4,79,80 Molemmat tekniikat vaativat kuivan ja jauhemaisen puuraaka-aineen. Kartiopyrolysaattorilla on kuitenkin paljon hyviä puolia verrattuna leijupetitekniikkaan, reaktorikoko on pienempi, ylimääräistä kaasua ei tarvitse syöttää ja näin myös jälkikäsittelyprosesseissa on vähemmän prosessoitavaa ja tekniikka on helposti skaalattavissa suurempaan kokoluokkaan. Ruuvireaktorissa raaka-aineen raekoko voi olla hakekokoluokkaa, mutta niin tässä kuin edellä mainituissa prosesseissa raaka-aineen mineraalipitoisuudet täytyy olla alhaiset, koska mineraalit aiheuttavat hiekan kokkaroitumisen ja jopa hiekan sulamisen. Ruuvireaktoreita kauppaa esimerkiksi ranskalainen yritys Etia brändillä Biogreen 81 ja ruuvireaktoreita on vahvistamattomien tietojen mukaan 100 kappaletta Euroopassa. Ruuvireaktoritoteuksissa raaka-aineen syöttö on kymmeniä tuhansia kuutioita vuodessa. Suomessa on yksi toiminnassa oleva Fortumin pyrolyysitehdas, joka toimii Joensuussa. 4,46 Laitoksen investointikustannukset arvioitiin olevan 20 miljoonaa euroa ja työllistämisvaikutuksen hankintaketjuineen henkilötyövuotta. Joensuun tehtaassa tekniikka on kiertoleijupeti. Tehdas tuottaa vajaat 60 miljoonaa litraa bioöljyä vuodessa, mikä tarkoittaneen, että tehdas prosessoi energiapuuta noin k-m 3 vuodessa. Kainuussa arvioidaan olevan saatavissa energiapuuta noin miljoona kiintokuutiota, missä hyödynnettävällä energiapuulla tarkoitetaan harvennus- ja hakkuutähteitä. 2 Lisäksi on muistettava Kajaanin UPM kymmene jättämä aukko Kainuulaisen puunkäytössä, jota ei ole erityisemmin korvattu tehtaan lopetuksen jälkeen. Kajaanissa Kainuun Voima Oy:llä on kiertoleijupetikattila, johon olisi integroitavissa kiertoleijupetitekniikkaa käyttävä pyrolyysilaitos. Toisin sanoen Kajaanissa olisi valmis kattila pyrolyysiöljyn tuotantoon. Kainuun Voiman kattila on alikäytetty eli toimii puolella teholla. 55 Kainuun Voima Oy:n kattila voisi käsitellä puuraakaainetta k-m 3 nykyistä enemmän eli Kajaanissa voitaisiin tuottaa pyrolyysiöljyä moninkertaisesti verrattuna Fortumin Joensuun tehtaaseen. Kainuun Voiman kattila sijaitsee Renforsin rannassa, jossa on valmis tehdasalueen infrastruktuuri rautatieverkostoineen ja sadevesijärjestelmineen. Jos Kajaanin lämpövoimalaan ei saada integroitua pyrolyysiöljyn tuotantoa, joka käyttäisi leijupetitekniikka, on syytä harkita muulla tekniikalla toimivaa laitosta, koska puhtaan metsähakkeen saanti on erinomainen Kainuussa. On hyvä muistaa, että muullakin tekniikalla tuotettu pyrolyysiöljy tarvitsee lämpöä ja kattilan siinä missä leijupetikin. 2

18 15 Kuva 6. Kolme kaupallisesti käytettyä pyrolyysireaktorityyppiä. Kuva on muokattu lähteestä 65. Maailmalla pyrolyysitehtaat käyttävät raaka-aineena mm. autonrenkaita, yhdyskuntajätteitä, puuhaketta ja olkea. 82 Pyrolyysiöljyn tuotannon sivuvirroista jalostetaan bensiiniä, dieseliä, kuituja (esimerkiksi nylonia), hiilimustaa (raaka-aine kumi- ja maalituotteissa) ja teräslankaa. Pyrolyysitehtaan etu bioetanolitehtaaseen nähden on biomassan monipuolisempi käyttö. Esimerkiksi kaikki sahan tuottamat sivuvirrat kuorta lukuunottamatta kelpaavat pyrolyysiöljyn raaka-aineena, mikä tarkoittaa, että raaka-ainetta on käytettävissä kolme kertaa enemmän, kuin jos käytettäisiin vain sahanpurua. 25 Kainuussa näyttäneen olevan raaka-aineen puolesta erinomaiset mahdollisuudet pyrolyysitehtaalle.

19 16 Yksi esimerkki nopean pyrolyysitekniikan käyttäjistä maailmalta on yritys nimeltään KiOR. KiOR:n tehtaan tavoite oli käyttää noin tonnia kuivaa biomassaa (mäntyhaketta) vuodessa tuottaen 60 miljoonaa litraa bioöljyä, josta olisi jalostettu biopolttoaineita autoon. 79 Kainuussa autoja on arviolta Kyseinen KiOR:n tehdas on samaa kokoluokkaa Fortumin Joensuun tehtaan kanssa ja KiOR:n teknologia perustuu kiertoleijupetiperiaatteeseen. 79 KiOR:n teknologia antoi hyvän vaikutelman pilot- ja demovaiheessa ja siksi päätettiin rakentaa isomman luokan laitos. Kaikki oli pari vuotta sitten hyvin, mutta nyt tehdas on suljettu. KiOR:n tehdas oli ilmeisesti ensimmäinen pyrolyysitehdas maailmalla, joka tuotti sekoitettavaa bio-osuutta bensiineihin ja dieseliin. Voitaneen sanoa, että KiOR:lta oli hyvä yritys tuottaa liikenteen polttoaineita pyrolyysin avulla, mutta homma ei ole ilmeisesti toiminut, kun tehtaan tuotanto Columbuksen Mississipillä ei päässyt koskaan täyteen mittakaavaan ja tuotanto pysäytettiin vuoden 2014 alussa. 84 Toinen mielenkiintoinen tekniikka on BTG BioLiquidsin (kauppanimi BTG-BTL) käyttämä ja patentoima kartiopyrolysaattori. 80 Yhtiö sai alkunsa 20 yliopiston yhteistyöstä Alankomaissa ja nyt yhtiö on rakentamassa tuotantolaitosta Hengelon kunnassa Alankomaissa. Yhtiöllä on ennestään tutkimuskäytössä mini-, pilot- ja demolaitos. Uuden laitoksen kapasiteetti tulisi olemaan 1/3 Fortumin Joensuun laitokseen verrattuna eli 20 miljoonaa litraa bioöljyä. Yleensä pyrolyysituotanto nähdään isojen voluumien tuotantona, mutta Pohjois-Amerikassa Battellen insinöörit ja tutkijat ovat kehittäneet liikkuvan pyrolyysilaitoksen. 85 Laitos kulkee kontissa ja kykenee prosessoimaan puuta ja maatalouden sivuvirtoja. Liikkuva laitos on vielä kokeilu vaiheessa, mutta tavoitteena on saada kaupallisesti kannattava mobiilibioöljylaitos. Pyrolyysiöljyn tuotannon saamasta kansallisesta tai EU-tuesta voitaneen sanoa sen verran, että todennäköisesti se saa tukia tulevaisuudessakin, koska raaka-aine täyttää kestävyysvaatimukset. Valitettavasti energiapuukorjuu tuki saattaa lakata olemasta. 16 Pyrolyysiöljyn tuotannon integroiminen voimalaitokseen on laskennallisten tutkimusten mukaan kannattavaa. 40 Laskennallisessa tutkimuksissa laitosten tehot olivat alle 20 MW ja alle 100 MW. Kainuusta löytyy pyrolyysiöljyn tuotantoon tehoiltaan riittäviä kattiloita muualtakin kuin Kajaanista (Taulukko 1). Mielenkiintoista on, että kannattavuustutkimuksissa tutkittiin ablaatioreaktoria pyrolyysiöljyn tuotantomuotona ja vieläpä mainittiin sen oleva kannattava. Eli voitaneen sanoa, etteivät ainoat kannattavat pyrolyysiöljyn tuotantomuodot ole leijupetitekniikkaan, kartiopyrolysaattoriin ja ruuvitekniikkaan perustuvia. Taulukko 1. Kainuun isoimmat kattilat kunnittain. Öljykattiloita ei ole listattu. Koottu lähteestä 2. Kunta Kattiloiden lkm Kattiloiden tehot MW Laitostyyppi Kajaani 1 240; 120 Lämpö ja sähkö Kuhmo 3 10; 12; 18 Lämpö ja sähkö Paltamo 1 2,5 Lämpö Sotkamo 2 7; 20 Lämpö ja sähkö Suomussalmi 2 4; 9 Lämpö Vaala 2 2,5 Lämpö Bioöljyllä on paljon potentiaalisia sovellusmahdollisuuksia, mutta korkea tiheys, viskositeetti, happamuus, vesipitoisuus, happipitoisuus ja matala lämpöarvo tuovat ongelmia ei vain liikenteen polttoaineiden

20 17 jalostamiseen vaan myös polttoon. 65 Laitteiden ehdoton vaatimus on, että ne ovat hapon kestävät. Maailmalla on onnistuttu toteuttamaan bioöljyn polttoprosessi toimivasti, mutta bioöljyn jalostaminen liikenteen polttoaineeksi on tutkimuksen alla. Bioöljyä ei voi sekoittaa muiden polttoöljyjen kanssa. Bioöljyä voi polttaa perinteisissä öljykattiloissa kohtuullisin muutoksin. 42 Pyrolyysiöljy sisältää yli 300 kemiallista yhdistettä, mikä tekee siitä erittäin mielenkiintoisen jatkojalostuksen näkökulmasta mutta myös haastavan. 65 Paljon on tutkimusta pyrolyysiöljyn jatkojalostusmahdollisuuksista, mutta kaupalliset sovellukset ovat vähissä. Suurin syy kaupallisten versioiden vähyyteen on se, että yksittäisten kemikaalien pitoisuudet ovat matalia bioöljyssä. Pyrolyysiöljyn lukuisat kemikaalit on jaoteltu viiteen luokkaan: hydroksialdehydit, -ketonit, sokerit ja anhydrosokerit, karboksyylihapot ja fenoliyhdisteet. 86 Taulukko 2 kuvaa hyvin, kuinka yksittäisten komponenttien määrät ovat pienet pyrolyysiöljyssä ja ne vaihtelevat paljon öljylaadusta riippuen. Ainoastaan elintarvikearomeja tuotetaan bioöljystä kaupallisesti. Bioöljyä voitaisiin käyttää hyönteisten tai sienten torjuntaan, koska se sisältää joitakin fenolisia yhdisteitä, ja edelleen fenolisista yhdisteistä voitaisiin tehdä hartseja. Niin ikään bioöljystä voitaisiin tehdä hitaasti vapautuvia lannoitteita reagoittamalla typpipohjaisen yhdisteen kanssa. Kalkin ja bioöljyssä olevien karboksyylihappojen ja fenoliyhdisteiden reagoidessa syntyy biokalkkia, jota voidaan käyttää rikin poistoon savukaasuista. Bioöljystä on mahdollista tuottaa vetyä, bioöljyä voidaan käyttää asvaltin sidosaineena tai sen komponentteja voidaan hyödyntää polymeroitumisreaktioissa. Vahvistamattomien tietojen mukaan pyrolyysiöljykäsittelyllä voitaisiin parantaa metallien ominaisuuksia. Pyrolyysiöljyssä on komponentteja, joista saataisiin paljon parempi hinta kuin öljystä sinänsä (Taulukko 2), mutta niiden kannattavuusvaikutus voi jäädä vähäiseksi pienten pitoisuuksien vuoksi. Bioöljyn jalostaminen liikenteen polttoaineeksi näyttäneen olevan parempi ratkaisu kuin yksittäisten komponenttien erottaminen bioöljystä.

21 18 Taulukko 2. Pyrolyysiöljyn komponentteja, niiden pitoisuudet ja hinnat. Hinnat ovat yksittäisiä esimerkkejä. Lähteet 38,60,63, Yhdiste Pitoisuus % Hinta* /kg Mahdolliset käyttökohteet Furfuraali ,73 Toimii liuottimena ja on raaka-aine eräiden muovien ja selluloosa-asetaatin valmistuksessa 2-furanoni hydroksidi-1-metyyli-1- syklopenteeni-3-oni metyyli-2- syklopentenoni metyyliguajakoli ,3-5-Hydroksimetyylifurfuraali (HMF) muovien ja selluloosa-asetaatin valmistuksessa Toimii liuottimena ja on raaka-aine eräiden ,3 Asetaattihappo ,44 Kemian teollisuuden sovellukset Asetaldehydi ,3 Asetaattihapon valmistus Butaanihappo (voihappo) ,73 Tuoksu Butanoli ,73 Biopolttoaine, kemian- ja tekstiteollisuuden sovellukset Eugenoli ,3 Sidosaine puumateriaaleille, elintarvikkeiden säilöntäaine Formaldehydi ,28 Liimat, välituotteena monen kemikaalin valmistuksessa Glykolihappo ,9 Nahkan valmistus, väriaine Glyoksaali ,9 Paperi- ja tekstiilisovelukset Guajakoli ,73 Elintarvikkeiden aromi, tuoksu ja lääketieteen sovellukset Hydroksialdehydi Hydroksipropanoni Isoeugenoli ,3 Elintarvikkeiden säilöntäaine ja aromi Levoglukosaani ,3 Antibioottien valmistuksessa, ionittomana pintakäsittelyaineena, polymeerituotannossa, bioetanolin raaka-aineena Metanoli ,37 Laboratorioiden kemikaali, denaturoitumisaine Propionihappo ,2 Elintarvikkeiden säilöntäaine Sellobiosaani Antibioottien valmistuksessa, ionittomana pintakäsittelyaineena, polymeerituotannossa, bioetanolin raaka-aineena Syringaldeydi ,3 - Syringoli Elintarvikkeiden aromi Vanilliini ,6 Mausteena Vesi Kokonaispitoisuus * raakaöljyn hintaiset (0,40 /kg) punaisella ja vihreällä viisi kertaa raakaöljyä kalliimmat

22 Biodiesel Tehdasmittakaavan biodieseltuotanto aloittaneen Suomessa vuonna UPM ainoana suurena biodieseltuottajana Suomessa käyttää raaka-aineena kiistanalaista mäntyöljyä, joka on sellun keiton sivutuote. 46 Mäntyöljyn tuottajia ei ole Kainuussa, mutta jalostajia löytyy. 12 USA:ssa biodieseltehtaiden raakaaineena toimivat useimmiten kierrätetyt elintarvikerasvat tai rapsiöljy 100 niin kuin Suomessakin autotallilaitoksissa. Tuotantokoko USA:ssa vaihtelee paljon, muutamasta tuhannesta litrasta miljooniin litroihin vuodessa biodieseliä. Siitä paljonko paistorasvaa syntyy Kainuun ravintoloissa, ei ole tietoa. Suomessa erikoisuutena biodieselalalla on Sybimar Oy, joka puristaa kalan perkuujätteistä biodieseliä, jota käytetään firman maansiirtokoneissa ja tällä hetkellä Suomen ainoassa biotankkerissa (vierailtu kohteessa ). Mainittakoon vielä, että biotankkeri saa käyttää bioöljyä vain kansainvälisillä vesillä eikä Suomen aluevesillä. Biodieselin tuottaminen paistorasvoista on kemiallisesti yksinkertaista (kuva 6), mutta valitettavasti tuotettu liikenteen diesel ei toimi alle +5 C:ssa hiutaloitumisen vuoksi, mikä tuo jonkin verran haasteita talvilaadun tekemiseen. Ulkomailla on ollut mikrobiongelmaa biodieselin kanssa, 101 mutta tällaista ei ole havaittu Suomessa. Suomessa ja maailmalla ei tehdä turpeesta dieseliä tai muuta polttoainetta. Turvetta on kuitenkin tutkittu raaka-aineena dieseltuotannossa. 102,103 Turvetta käyttävä diesellaitos perustuisi Fischer-Tropsch - menetelmään, joka tuottaisi vahaa ja vaha jalostettaisiin edelleen dieseliksi. Laskelmien mukaan dieseltuotanto turpeesta olisi ollut kannattavaa vuonna Neste Oililla ja Stora Ensolla on koelaitos Varkaudessa, mutta hanke ei edennyt pidemmälle. Prosessista sanottiin julkisuuteen vain seuraavaa: Teknisesti onnistuimme erinomaisesti, mihin olemme tyytyväisiä Fischer-Tropsch -prosessi on hyvin tunnettu tekniikka ja ollut kaupallisesti käytössä 1950-luvulta lähtien. 87 Turpeen käytöstä raaka-aineena dieseltuotannossa Suomessa oli tapetilla kuutisen vuotta sitten, jolloin odotettiin toiverikkain mielin, jos EU pitäisi turvetta uusiutuvana biomassana. 103 EU ei hyväksynyt turvetta kestävien biomassojen joukkoon vuonna 2009 julkaistessaan RES-direktiivin, 72 mikä lienee vaikuttaneen Vapon hankkeen Kemissä ja Neste Oilin ja Stora Enson yhteishankkeen kaatumiseen. 104,105 Molemmissa hankkeissa tutkittiin Fischer-Tropsch -menetelmän hyödyntämistä dieseltuotannossa ja mahdollista turpeen osuutta raaka-aineena väläyteltiin. Yhteistä hankkeissa oli myös se, että ne toteutuessaan olisivat olleet vajaan miljardin euron investointeja. Biodieselin tietokatsaus jää tähän, koska sitä ei pidetä kovin realistisena vaihtoehtona Kainuun biotaloudelle.

23 20 Kuva 7. Biodieseliä elintarvikerasvoista ja kasvisöljyistä. Muokattu lähteestä 106.

24 21 5 Kaasumaiset biopolttoaineet Kainuussa ja maailmalla Biomassasta voi tuottaa kaasua mikrobien avulla (biokaasu) tai kemiallisesti korkeassa lämpötilassa (synteettinen biokaasu). Molemmat prosessit ovat tunnettuja ja niiden käytön historia ulottuu vähintään toisen maailman sodan aikoihin. Molempien prosessien etu on kaupallisesti kannattava toiminta sekä pienessä että isossa mittakaavassa. 5.1 Synteettinen biokaasu Biomassan kaasutus on samankaltainen prosessi kuin pyrolyysi, mutta prosessi sallii jonkin asteen hapen läsnäolon. 65 Kaasutuslämpötila on C, ja syntyvän kaasun pääkomponentit ovat hiilimonoksidi (häkä), hiilidioksidi, vety ja vesi. Kaasuttajat voivat käyttää tuotteestaan nimitystä biokaasu, mutta termi biokaasu on harhaanjohtava, koska yleensä sillä tarkoitetaan mikrobiologisen prosessin kautta tuotettua kaasua. Tämän otsakkeen alla käsitellään kaasun tuottamista biomassasta termisen prosessin kautta. Kaasutusprosessia pidetään tehokkaampana prosessia kuin esimerkiksi pyrolyysiä. Kaupallisissa sovelluksissa hyödynnetään lähinnä neljää kaasutustekniikka myötävirta, vastavirta-, kerros- ja kiertoleijupetikaasutusta (kuva 7). Biomassana käytetään mm. puuainesta, olkea ja nurmea. Biomassan viipymäaika reaktorissa vaihtelee sekunneista päiviin riippuen reaktoritekniikasta. Biomassan kosteusprosentti voi vaihdella välillä % ja partikkelikoko voi olla 5 50 mm riippuen käytetystä tekniikasta. Biomassasta voi kaasuuntua jopa 80 %, mutta syntyvä kaasu ei ole sellaisenaan kelpaava, esimerkiksi polttoon, vaan se täytyy suodattaa. Syntyvästä kaasusta on moneksi (kuva 8). Huomautuksena lukijalle mainittakoon, ettei termiä kiertoleijupeti pidä yhdistää vastaavaan termiin pyrolyysitekniikassa, koska vastaava pyrolyysin kiertoleijupedin toinen osa (kattila) on korvattu kaasutuksessa syklonilaitteistolla. Suomessa on biomassan kaasutustekniikkaa toimittavia firmoja. 9 Tarjolla on pieniä, kilowattien automatisoituja CHP-voimalaratkaisuja (lämpöä ja sähköä tuottava), esimerkiksi maatiloille. 107 Raaka-aine on puuhake, joka kaasutetaan myötävirtatekniikkaa käyttäen. Valitettavasti pienempien kaasutuslaitosten kehittäjien, rakentajien ja toimittajien haasteet ovat ajaneet joitakin konkurssiin. Suomesta löytyy yksi isomman luokan kaasutuslaitos ja ehken ainutlaatuinen tapaus maailmalla ylipäätänsä ja se on Lahti Energian Kymijärvi II -voimalaitos, joka käyttää tonnia raaka-ainetta (likaista muovia, paperia, pahvia ja puuta) tuottaen lämpöä ja sähköä. 108 Lahden teknologia perustuu kiertoleijupetitekniikkaan. Voimalaitoksen investointikustannukset olivat 160 miljoonaa euroa. Lahti Energia maksaa raaka-aineesta toimittajille. Gasum Oy, Helsingin Energia ja Metsä Fibre Oy suunnittelevat 200 MW:n biokaasutuslaitosta Joutsenoon. 109 Investoinnin suuruutta ei kerrota, mutta välilliset ja suorat työllistämisvaikutukset ovat vajaat 300 henkilötyövuotta. Metsä Fibre Oy:n sellutehtaan puunhankinnan sivuvirroista syntyvää metsähaketta, kuorta ja purua käytetään k-m 3 raaka-aineena kaasutuksessa, josta saataisiin biokaasua GWh:n edestä ja syntyviä sivuvirtoja tonnia petimateriaalia ja tonnia jäännöshiiltä vuodessa, jotka käytetään lannoitteena ja poltetaan mainitussa järjestyksessä. Loppupoltostakin syntyy tonnia tuhkaa vuodessa, jonka käyttömahdollisuuksia tutkitaan. Päätuote kaasu puhdistetaan, metanoidaan, siirretään olemassa olevan kaasuputkiverkon kautta Helsingin Energian Vuosaareen poltettavaksi. Huomioitavaa on, ettei näin iso tehdashanke vaadi investointeja jätevedenpuhdistukseen. Laitos toiminee vuoteen 2020 mennessä.

25 22 Kuva 8. Kaupalliset kaasutustekniikat. Muokattu lähteestä 65.

26 23 Kuva 9. Kaasutus ja kaasun jatkojalostus. Muokattu lähteestä 65. Kaasutusteknologiaa on hyödynnetty kaupallisesti yli 70 vuotta ja kaupalliset toimet ovat edelleen hyvin aktiivisia. 110 Kaasutuskapasiteetin uskotaan kasvavan 70 % maailmanlaajuisesti vuonna Aasia on kaasutusteknologian edellä kävijä, mutta on syytä muistaa, että siellä kaasutuksen kohde on fossiilinen polttoaine, kuten kivihiili. Biomassan kaasutus on olematonta maailmalla verrattuna esimerkiksi kivihiilen kaasuttamiseen. Maailmalla on biomassan kaasuttajia, mutta harvassa ovat laitokset, joiden kohdalla puhutaan megawateista. 9 Biomassan kaasutuksessa raaka-ainevaihtoehdot ovat ekologisesti kestäviä 72, joten niihin on mahdollisesti saatavissa EU-tukea. Pienet kaasutuslaitokset on osoitettu kannattavaksi lukuisten alalla toimivien toimesta. 9 Isommatkin laitokset näyttävät paperilla kannattavilta, mutta käytännön kokemusten puutteen vuoksi täyttä varmuutta ison mittakaavan kannattavuudesta ei ole Biokaasu Biokaasulla tarkoitetaan mikrobiologisesti tuotettua kaasua prosessissa, jossa hapettomissa oloissa bakteerit tuottavat hiilidioksidia ja metaania (Kuva 10). Biokaasun tuottaminen mikrobien avulla voi tapahtua yksi- tai monivaiheisena märkä- tai kuivamädätyksenä. 112 Se, että minkälainen prosessi täsmällisesti on, riippuu raaka-aineesta ja tuotannon mittakaavasta. Yksinkertaisimmillaan biokaasun tuottaminen on sitä, että tehdään biokaasun keräysputkisto paikkaan, jossa luonnostaan syntyy biokaasua, esimerkiksi kaatopaikoille. Biokaasun tuottaminen mikrobiologisesti eroaa edellä mainituista prosesseista siinä, ettei puupohjainen raaka-aine kelpaa prosessiin, koska puu sisältää suuria määriä mikrobeille haitallista komponenttia ligniiniä. Kajaanin Majasaaren kaatopaikalla on biokaasun keräysputkistot ja kaasua hyödynnetään useiden satojen megawattituntien edestä. 113 Valitettavasti Majasaaren biokaasua poltetaan soihtuna vajaan viiden gigawattitunnin edestä vuodessa. Myös Parkinniemen vanhalla teollisuuden kaatopaikalla on kaasun keräysjärjestelmä. Kainuussa ei ole mahdollisuuksia suuren luokan biokaasun tuottamiseen raaka-aineiden vähyyden vuoksi, mutta esimerkiksi Kainuun biojäte ja vedenpuhdistamoiden liete voitaisiin prosessoida biokaasuksi. Vuonna 2016 muuttuva jätelaki ei anna enää mahdollisuutta biojätteen kompostoimiselle kaatopaikalla, 69 joten biokaasun tekeminen biojätteestä voisi olla yksi hyvä vaihtoehto biojätteen hyödyntämiseksi. Biokaasulaitoksia olisi mahdollista rakentaa lisää Kainuun maatiloille, koska Kainuussa on yli 50 lehmän tiloja 33, joiden kannattaisi huomioida myös biokaasun tuotantovaihtoehto. 9 Eräiden

27 24 näkemysten mukaan paras ratkaisu biokaasutuotannossa on nimenomaan biokaasun pientuotannon suosiminen suurtuotannon sijaa, koska raaka-aineiden kuljetuskustannukset syövät suurtuotannon hyödyt. 114 Kainuussa ei saa tällä hetkellä liikenteen biokaasua, mutta Kainuun liikennebiokaasutiekartta on tehty syksyllä 2014, 115 mikä antaneen vauhtia Kainuun liikennebiokaasuhankkeille tuomalla tuottajat ja asiakkaat tietoiseksi toisistaan. Kuva 10. Biokaasun tuottamisen yksinkertaistettu periaatepiirros. Muokattu lähteestä 116. Suomesta löytyy biokaasun tuottajia isommassa pienemmässä mittakaavassa ja tuotteena saadaan sähköä, lämpöä, liikennebiokaasua ja lannoitteita. 117 Biovakka Oy:llä on esimerkiksi Turussa biokaasulaitos, joka tuottaa tonnista Turun seudun puhdistamolietteitä kuutiota 61 %:sta metaanikaasua vuodessa. 118 Turun laitos työllistää suoraan 8 työntekijää. Investoinnin suuruus oli 12 miljoonaa euroa. Vertailuarvoksi Kajaanin vesi tuottaa vajaat tonnia lietettä vuodessa (organisaation sisäinen materiaali). Maailmalla on biokaasutuotantoa, mutta se on pienimuotoista. 119 Selkeä ykkönen biokaasutuotannossa väkilukuun suhteutettuna on Saksa, joka tuottaa biokaasua noin 40 TWh ja vertailun vuoksi Ruotsi 1 2 TWh ja Suomi 0,5 TWh. Biokaasun tuotantoluvuissa tulee tapahtumaan selvää nousua Suomessa ja maailmalla lähivuosina. Kaksi suurta talousmahtia USA ja Kiina ovat jäljessä biokaasukehityksessä Euroopan maihin verrattuna, mutta lienee nousevat kärkimaiksi seuraavan vuosikymmenen aikaan. Mainittakoon, että puolen miljoonan asukkaan Luxemburg tuottaa tällä hetkellä enemmän biokaasua kuin yli miljardin asukkaan Kiina. Biokaasu ei kuulu valmisteveron vaikutuspiiriin ja se täyttää EU:n kestävyysvaatimukset. 72,120 Biokaasun tuottamiseen liittyy kolme tuki muotoa: yli 100 kva:n laitoksille on sähkön syöttötariffi, syöttötariffin

28 25 ulkopuolella olevat laitokset saavat omaa investointitukea ja maatilojen rakentamisinvestointien tuki on omaan käyttöön energia tuottaville laitoksille. 121

29 26 6 Biopolttoaineiden tuotantomahdollisuudet 6.1 Biopolttoaineet vs. muut polttoaineet Taulukko 3 asettaa biopolttoaineet suhteessa muihin uusiutuviin ja fossiilisiin polttoaineisiin, kuinka energiatuottavia ja taloudellisesti kannattavia ne lopulta ovat. Valitettavasti löydetyn kirjallisuustiedon perusteella ei saatu tietoja tässä selvityksessä olleiden tuotantomuotojen EROI-luvuista (energy returned on invested). Mitä isompi EROI-luku on, sitä vähemmän energiaa menee voimalaitoksen rakentamiseen, raakaaineen hankintaan, prosessointiin ja lopulta laitoksen purkamiseen suhteutettuna tuotettuun energiamäärään. 125 Taulukko 4 yrittää paikata biopolttoaineiden EROI-lukupuutetta EOR-luvuilla (energy output ratio), joka on aika lailla samanlainen kuin EROI, mutta EOR-lukuun ei huomioida laitoksen rakentamista ja purkamista. Nämä luvut ovat samalla vahvasti kytköksissä tuotantomuodon kannattavuuteen jopa niin, että tuotantomuodosta riippumatta taloudellisen kannattavuuden EROI-luku voidaan määrittää, joka on Yleensä EROI-luvuilla maalataan kauhukuvat maailman energiatilanteesta kertomalla, kuinka öljyn EROI-luku on pudonnut 1930-luvun sadasta reiluun kymmeneen ja kuinka maissietanolin EROI-luku on yksi. 126 On totta, että bioenergian ja muiden uusiutuvien energiamuotojen EROI-luvut ovat alhaisia, mutta Taulukko 3 ja Taulukko 4 antavat myös jotain positiivisia välähdyksiä. Esimerkiksi kokopuuhakkeen EROI-luku on 27 erään tutkimuksen mukaan, mikä pärjää nykyisin öljylle mennen tullen. 127 Tämä on Kainuun näkökulmasta erittäin positiivinen juttu, koska meillä puuta riittää. Pelletin tai briketin EROI-lukuja ei löytynyt, mutta niiden EROIluvut ovatt ilmeisesti korkeat. Nimittäin kun lasketaan brikettituotannon ja 120 km:n rekkakuljetuksen kuluttama energia, vastaa se korkeintaan 2,5 %:a briketin sisältämästä energiasta. 32 Näitä taustatietoja vastaan varsinkin lämmitysöljyn korvaaminen puupohjaisella biomassalla vaikuttaneen olevan hyvin järkevää. Biokaasutus ja kaasutus luovat toisen positiivisen välkähdyksen, koska kaasuttaminen näyttäisi ylittävään kaupallisen kannattavuusrajan ja biokaasutus on lähellä kannattavuusrajaa (Taulukko 3, Taulukko 4). Varsinkin pienimuotoisessa tuotannossa, jonka luonne on, että se sitoo vain yhden työntekijän osa-aikaisesti ja saatu energia käytetään laitoksen välittömässä läheisyydessä, biokaasutus näyttäytyy järkevänä. Taulukosta 4 ei näy suoraan biokaasutuksen esikäsittelyn merkitys, mutta energiatasetarkastelu osoittaa selvästi varsinkin ligniinipitoisen materiaalin esikäsittelyn olevan järkevää. 128

30 27 Taulukko 3. EROI = energy returned on invested eli paljonko energiaa saadaan suhteessa käytettyyn energiaan (rakentaminen, purkaminen, huolto ja raaka-ainehankinta) energiatuotannossa. Oranssit solut osoittavat kannattavuusrajoja ja vihreät uusiutuvia energiamuotoja. Lähteet , Energiaraaka-aineet EROI * Öljyhiekka 2-4 Energiaraaka-aine, jota on järkevä toimittaa voimalaan 3 Maissi 3,5 Maakaasu vuonna Öljy vuonna Kokopuuhake 27 Kivihiili vuonna Energialaitos EROI * Maissietanoli 0,8-1,7 Sokeriruokoetanoli 0,8-10 Biodiesel 1-8 Aurinkokeräimet 1,6-1,9 Aurinkokennot 1,6-6,8 Biokaasuvoimala (CCGT, combined cycle gas turbine) 3,5 Tuulivoima 3,9-18 Liueskeöljy 5 Pajupelletin pyrolysointi bioöljyksi 5 Ydinvoima 5-75 Taloudellisesti kannattava voimala 7 Pajupelletin kaasutus 7-10 Aavikolla tuotettu aurinkosähkö 9 Geoterminen voimala 9,5-32 Maakaasuvoimala (CCGT, combined cycle gas turbine) 28 Kivihiilivoimala 30 Vesivoima * EROI = EROEI = energy returned on invested = voimalasta ulos saatu energia / voimalan rakentamiseen ja purkamiseen, ylläpitoon ja polttoaineen hankintaan menevä energia

31 28 Taulukko 4. Biopolttoaineiden EOR-lukuja (energy output ratio) eli kuinka paljon energiaa saadaan suhteessa raaka-aineen hommaamiseen ja prosessointiin. Lähteet 87,128,133. Energialaitos EOR* Metaania bioreaktorilevästä <1 Maissietanoli 0,7-2,2 Levän hyödyntäminen kaasutuksen tai pyrolyysin kautta 1,5-3,0 Maissibiokaasu 6,8-9,5 Biohiiltä vehnän oljesta 6,9 Metaania lampilevästä 10 Norsunheinäbiokaasu 6,9-13 Pajubiokaasu 7,3-12 * EOR = energy output rate =raaka-aineesta saatu energia / raaka-aineen tuottamiseen ja prosessointiin käytetty energia 6.2 Biopolttoaineiden tuotantomahdollisuudet Kainuussa Taulukko 5 koostaa biotuotteiden nykyiset käyttökohteet ja mahdolliset tulevaisuuden käyttökohteet. Biopolttoaineet ovat vahvasti lämmön ja sähkön tuotannon raaka-aineita, mutta tulevaisuudessa ne ovat entistä tärkeämmässä roolissa liikenteen polttoaineina. Biotuotteista odotetaan uusia kemikaaliteollisuuden raaka-aineita. Taulukko 5. Biotuotteiden käyttömahdollisuudet. Käsite poltto sisältää lämmön ja/tai sähkön tuottamisen. Biotuote Nykyinen käyttökohde Mahdollisia tulevaisuuden käyttökohteita Biodiesel Liikenteen polttoaine Bioetanoli Liikenteen polttoaine Biohiili Kivihiilen korvaaja Lääketeollisuudessa, terästeollisuudessa, vedenpuhdistuksessa ja maanparannusaineena Biokaasu Poltto ja liikenteen polttoaine Poltto, pyrolyysiöljyn ja Metsähake synteettisen biokaasun raakaaine Puupelletti/- briketti Poltto Pyrolyysiöljy Poltto Liikenteen polttoaine ja kemikaalit Synteettinen biokaasu Poltto Liikenteen polttoaine ja kemikaalit Turve Poltto ja puutarha-ala Liikenteen polttoaine

32 29 Taulukko 6 valottaa erilaisten biotuotteiden investointikustannuksia yhden vuoden energiamäärä kohden (biotuotteiden lämpöarvot ovat Liitteessä 1), työllistävyysvaikutuksia ja päätuotteen myyntihintaa. Työllistävyysvaikutus koskee myös välillisiä työllisyysvaikutuksia. Taulukon antamiin arvoihin on suhtauduttava varauksella, koska lukuarvot riippuvat paljon tuotannon mittakaavasta, miten työllistävyyttä mitataan ja niin edelleen, mutta taulukko antaneen kuitenkin jotain käsitystä biotuotteiden aluetaloudellisista vaikutuksista. Lukuarvot voisivat olla myös erilaiset, jos sivuvirrat olisivat huomioitu paremmin. Tarkastelussa on hyvä huomioida, että biohiilen tuotannon osalta toisen päätuotteen bioöljyn osuus on myös huomioitu laskelmissa. Uutta energiaa ja työllisyyttä saataisiin Kainuuseen puupelletistä/-briketistä, metsähakkeesta, biohiilestä ja pyrolyysiöljystä suhteellisen pienillä investoinneilla. Mairittelevat työllisyysluvut biohiilen ja pyrolyysiöljyn osalta selittyvät sillä, että laitokset vaativat hyvän ja laajan metsähaketuotannon ja -logistiikkaverkoston. Toisin sanoen lukuihin on sisältyneenä metsähakkeen työllistävä vaikutus. Jos verrataan myyntituottoja ja investointeja, edellä mainituilla tuotantomuodoilla on myös nopeat takaisinmaksuajat vuodesta kahteen. Biokaasun ja bioetanolin investoinnit näyttävät olevan yllättävän suuria, huomattavasti kalliimpia kuin edellä mainituilla eikä tarkastelu parane myyntituoton huomioinnilla. Mainittakoon, että biokaasu on tällä hetkellä parhaiten tuettu energiamuoto Taulukon 6 tuotantomuodoista. Taulukko 6 sisältää myös piilodataa laitosten jatkuvista kustannuksista ja sitä myöten antaa lisätarkkuutta arvioille investointien takaisinmaksuajoista. Eli mitä vähemmän energia työllistää, sitä vähemmän menee palkkoihin ja laitoksen jatkuvat kustannukset laskevat.

33 30 Taulukko 6. Karkeita arvioita erilaisten tuotantomuotojen investointikustannuksista, työllistävyysvaikutuksista ja myyntituottoista esimerkkien kautta. Henkilötyövuosiin on laskettu myös välilliset kustannukset, kuten tehtaan raaka-ainehankintaan liittyvät työllistävyysvaikutukset. Lähteet 4,5,10,20,34,39,44,62,83,109,118, Vaadittavat investoinnit /GWh/a Energia työllistäjänä htv/gwh Tuotto biojalostamolle /GWh Tuotantomuoto Bioetanoli , St1, Kajaani Biohiili* , Feedstock Optimum Oy, Nurmes Biokaasu** , Biovakka Turku Metsähake , Biomassaterminaalin toteutuksen 1. vaihe Puupelletti/ , Kuhmo Oy, Kuhmo briketti Pyrolyysiöljy* ** , Fortum, Joensuu Synteettinen biokaasu* Case? 0, Gasum Oy, Helsingin Energia ja Metsä Fibre Oy, Joutseno Turve? 0, * huomioitu toisen päätuotteen bioöljyn osuus ** tuotto liikennebiokaasulle *** kevyen polttoöljyn myyntihinta Taulukko 7 kokoaa biopolttoaineiden tuotantonäkymät Kainuun näkökulmasta. Biohiilihankkeen käynnistäminen Kainuussa olisi järkevää, jos biohiilelle olisi tiedossa iso ja sitoutunut ostaja, koska teknologia on kypsää ja raaka-ainetta riittää. Asiakasongelma on yleinen. Kuka lähtee tuottamaan liikenteen biokaasua, jos kukaan ei omista biokaasuautoa? Miten turve saadaan myytyä, kun verotus on tehnyt siitä kalliin polttoaineen? Miten hakkeelle, pelletille ja briketille saadaan uusia asiakkaita, kun olemassa olevien asiakkaiden tarpeet on tyydytetty Vientiä enemmän? Taulukko 7 todistaa sen, missä Kainuu on jo hyvä. Nimittäin hakkeen, pelletin ja briketin osalta taulukko toteaa, että uusia asiakkaita on vaikea löytää. Tulevaisuudessa Kainuu voisi olla hyvä esimerkki biokaasun osalta. Kaasun tuottaminen varsinkin liikennepolttoaineeksi olisi taloudellisesti järkevää toimintaa, jopa maatiloille. Eikä pidä unohtaa meneillään olevaa bioetanolihanketta Kajaanissa.

34 31 Taulukko 7. Biopolttoaineiden tuottaminen Kainuun näkökulmasta. Tuote Raaka-aine Käyttö/status maailmanlaajuisesti Raaka-aineiden saatavuus Kainuussa Tuotteen markkinat/ käytettävyys Kainuussa Kannattavuus Biodiesel Bioetanoli sahanpuru Kypsyvää teknologiaa Kypsää teknologiaa Vähän Asiakkaita on Hyvä, kilpailee pelletin kanssa Asiakkaita on Biohiili puu Kypsää teknologiaa Hyvä Isot asiakkaat puuttuvat Biokaasu biojäte, liete, nurmi Kypsää teknologiaa Metsähake pienpuu Kypsää teknologiaa Hyvä elintarvikerasvat Puupelletti/- briketti sahanpuru, kutterinlastut Kypsää teknologiaa hankala Pyrolyysiöljy puu Kypsää/kypsyvää teknologiaa Hyvä Synteettinen biokaasu puu Kypsää/kypsyvää teknologiaa Hyvä Turve rahkasammal Kypsää teknologiaa Hyvä Kohtalainen löytää uusia raaka-ainelähteitä Raaka-ainehankinnan logistiikka ratkaisevassa roolissa Kannattavuudesta ei ole näyttöä Kivihiilen matalahinta syö kannattavuuden Ei valmiita asiakkaita, Liikennebiokaasu tekee mutta yleistä kiinnostusta toiminnasta kannattavaa on Hankala löytää uusia Kannattavaa korkeahkolla asiakkaita energian hinnalla Hankala löytää uusia Kannattavaa asiakkaita Tuotteen huonot ominaisuudet rajoittavat Kannattavuudesta ei ole näyttöä käyttöä Ei valmiita asiakkaita, Ei kannattavaa pienessä mutta yleistä kiinnostusta mittakaavassa mutta ilmeisesti on isossa Joutunut Kannattavaa verotuskikkailun uhriksi

35 32 7 Kainuun mahdollisuus biotuotteissa nyt ja tulevaisuudessa Tämä selvitys on ottanut vahvan energianäkökulman, vaikkakin selvityksessä on tuotu esille eri tuotantomuotojen sivuvirtoja ja niistä jalostettavien biotuotteiden mahdollisuuksia. Selvitystä on myös leimannut puuraaka-aineen korostuminen. On hyvä tuoda esiin puun muitakin mahdollisuuksia kuin pelkästään sen käyttö energiantuotannossa. Seuraavassa ei tuoda esille vanhoja puutuotteita, vaan aivan hiljattain markkinoille saapuneita tai tulevia biotuotteita, joissa olisi Kainuullakin hyödyntämismahdollisuudet. 7.1 Biotuotteita akkumateriaaleista myyrän torjuntaan Tämä osio kokoaa erilaisia biotuotteita muita kuin energiatuotteita. Osion lopussa biotuotteet ovat tiivistettynä yhdessä taulukossa (Taulukko 8). Saksassa kehitetään aivan uuden tyylisiä eristeitä. 134 Puusta tehdään limainen neste, johon puhalletaan kaasua. Näin saadaan eri huokoisominaisuuksilla olevia eristeitä. Testitulokset ovat olleet lupaavia ja nyt vain etsitään soveltuvin puulaji. Lämpöeristeiden yleinen tonnihinta on noin 500 euroa. 60 Paperiteollisuuden kuusen sivutuotteista on mahdollista tehdä HMR-lignaania (hydroxymatairesinol, HMR), jota saadaaan erityisesti kuusen sisäoksista. 135 Puuta kokonaisvaltaisesti ajateltuna HMR-lignaanin pitoisuus on 0,6%, mutta kuusen sisäoksissa 7,4%. 136 HMR-lignaania myydään elintarvikelisätablettina ja sillä uskotaan olevan syöpää ehkäisevä vaikutus. HMR-lignaani on turvallinen tuote, koska sitä tuottavat ihmissuoliston bakteerit. Ravintolisäpurkki, joka sisältää yhteensä 3,6 g HMR-lignaania, maksaa noin 17 euroa. 137 Kuusen kuoressa on terveyttä edistävää resveratrolia, jota eristetään nykyisin muista kasveista ja myydään terveyttä edistävinä tabletteina. 135,138 Resveratrolia voi ostaa massatuotteina, jolloin kilohinta vaihtelee alle kymmenestä eurosta satoihin euroihin. 60 Vastaavasti kuusen mannaaneista voi tulla kartonkien pinnoitemateriaali tulevaisuudessa. 135 Muiden kasvien mannaania myydään bulkkituotteena ja hinta pyörii noin kymmenessä eurossa. 60 Mäntyhakkeesta tai kierrätyspaperikuidusta olisi mahdollista valmistaa levuliinihappoa, jota syntyy heksooseja kuumentamalla laimean mineraalihapon kera. 139 Levuliinihappo tuotannossa saadaan sivutuotteena muuraishappoa. Levuliinihappo toimii raaka-aineena lääketeollisuudessa, pehmittäjien raakaaineena ja monina lisäaineena. 140 Uusin potentiaalisin käyttökohde on biopolttoaineiden tekeminen. 65 Mainittakoon, että levuliinihapon valmistuksessa välituote on furfuraali, joka sekin on potentiaalinen moneen käyttökohteeseen. Levuliinihappoa myydään massatuotteena ja kilohinta vaihtelee alle eurosta sataan euroon. Koivutisleestä odotetaan lupaavaa sienitautien torjujaa, kasvituholaisten torjujaa, rikkaruohojen torjujaa ja puumateriaalien suoja-ainetta. 135,141 Koivutisle on grillihiilituotannon sivutuote eli se on hidaspyrolyysin sivutuote. Koivutisle ei vaikuta maaperän pieneliöstöön, ja synteettisiin torjunta-aineisiin verrattuna vesistövaikutukset ovat koivutisleellä sadasosaluokkaa. Koivutisle toimii jopa myyrien karkottajana. Koivutisleen litrahinta on kymmenen euroa. 142 Koivun kuoren betuliinit ovat lääketieteellisesti erittäin houkuttelevia ja lisäksi niitä voitaisiin hyödyntää hartsien ja polymeerien valmistuksessa, niitä tutkitaan paljon ja betuliinisovelluksista on patentteja. 135,143 Betuliineillä voidaan korvata mäntyhartsit ja öljyn komponentit liimoissa ja maaleissa. Kaupallisesti betuliinia

36 33 hyödynnetään lähinnä kosmetiikassa ja luontaistuotteissa. Betuliini on helppo eristää koivun kuoresta ja kuorta riittää, joten esteitä kaupallisille tuotteille ei ole. Koivun kuoren betuliinia myydään reilun euron ja jopa yli sadan euron kilohintaan. 60 Betuliinit ovat vaarattomia. Koivun kuoressa toinen pääkomponentti on suberiini, joka sekin on helppo eristää kuoresta ja on niin ikään terveydelle vaaraton. 143 Suberiinia voidaan käyttää hartsien, polymeerien ja voiteluaineiden valmistuksessa. Suberiineillä voidaan korvata mäntyhartsit ja öljyn komponentit liimoissa ja maaleissa. Jakeiden korkean hinnan ja heikon saatavuuden vuoksi kaupalliset sovellukset odottavat, mutta mäntyöljyn käyttö biodieseliksi tulee nostamaan mäntyöljyn hintaa voimakkaasti ja tekee betuliinit ja suberiinit houkuttelevimmiksi. Isomman luokan laitoksen uuttosysteemit maksavat useita miljoonia ja laitokset eivät ole vielä kannattavia tämän hetkisillä mäntyöljyhinnoilla. Keväällä 2014 on tutkittu betuliini- ja suberiinitehtaan mahdollisuutta UPM:n vaneritehtaan yhteyteen Savonlinnassa. Tuloksista ei ollut tihkunut tietoa tämän artikkelin julkaisuun mennessä. Lehtipuiden ksylaanilla olisi valtavasti sovelluksia, mutta sitä ei ole onnistuttu eristämään taloudellisesti kannattavasti, mikä on rajoittanut sen käyttöä. 65 Ksylaanilla on sovelluskohteita elintarvike-, fermentointi-, kemian, lääke- ja paperiteollisuudessa. Ksylaanin kilohinta on kymmenistä satoihin euroihin. 60 Puiden ligniini poltetaan yleensä, mutta sillä olisi lukemattomia potentiaalisia käyttökohteita, kuten dispersioaineena, teollisissa pesuaineissa, polymeerien valmistuksessa, öljyn porauksessa, hyydytyksessä, hiutaloitumisessa, palonestoaineissa, sementeissä jne. 65,144,145 Tällä hetkellä ongelma on se, että ligniinipitoiset materiaalit sisältävät haihtuvia rikkiyhdisteitä, jotka eivät ole suotavia lopputuotteissa. On olemassa puun esikäsittelyprosesseja, jotka tuottavat ligniinimateriaalia, jota on helppo jatkojalostaa. Niin sanottu Organosolv-prosessi (EtOH, H 2O) on ehdoton ykkönen, muita hyviä ovat SPORL- (Na 2SO 3, H 2SO 4), sulfiitti- (M(HSO 3) n, SO 2) ja SEW-prosessit (SO 2-EtOH-H 2O). 64,146 Kaikki edellä mainitut prosessit ovat suomeksi sanottuna sellukeittoprosesseja, joista SPORL-prosessia lukuun ottamatta voidaan saada selkeät sellu- ja hemiselluloosa-ligniinifraktiot. Myös ioniset nesteet tulevat ottamaan yhä isomman roolin, jos tavoitellaan hyödyntämiskelpoista ligniiniä. Ligniinin hiilikuituprosessi menee niin, että ensiksi ligniinijauhe hapetetaan parissa sadassa asteessa ja sen jälkeen käsitellään hapettomassa oloissa (pyrolyysi) vähintään 800 C:ssa. Kaupalliset ligniinisovellukset ovat sementin lisäaine, pölyn hallinta ja öljynporaus. Ligniini, joka kelpaa sementin lisäaineeksi, maksaa satoja euroja tonnilta. 60 Ligniini on mahdollista hajottaa yksittäisiin aromaattisiin renkaisiin, esimerkiksi entsymaattisen reaktion kautta. 146 Tällä hetkellä kaikki kaupalliset ligniinisovellukset löytyvät Pohjois- Amerikasta. 147 Tähän väliin on hyvä mainita, että tuhoon tuomittu sulfoligniiniä myydään amerikkalaisen firman Domtarin toimesta. 148 Domtar käyttää kauppamerkkiä BioChoice ja teknologian on toimittanut Metso kauppamerkillä LignoBoost. Ligniiniä tuotetaan 75 tonnia päivässä ja ligniini päätyy korvaamaan öljypohjaisia kemikaaleja. Ligniiniä on toimitettu vuoden 2013 keväästä. Domtarin hanke ei ole ainoa maailmassa. FPInnovations on kehittänyt LignoForce-prosessin ligniinin tuottamiseksi. 147,149 LignoForce-prosessi erottaa ligniinin mustalipeästä aivan tavanomaisella ligniinierotusmenetelmällä, mutta ennen erotusprosessia mustalipeä hapetetaan (Kuva 11). Prosessi on testattu demo-laitteistolla ja kokemusten pohjalta prosessia on oltu valmis myymään kesästä 2013 lähtien. Ilmeisesti vielä prosessia ei ole otettu missään käyttöön.

37 34 Kolmas kehitteillä oleva kaupallinen ligniinituote kulkee nimen HP-L lignin alla, jota tekee kanadalainen firma nimeltään Lignol. 147 Löydettyjen tietojen perusteella tästä tuotteesta ei voida kertoa enempää kuin, että se on erittäin puhdasta ligniiniä. Laimea mustali peä Haihdutus Hapetus Happamointi Hyydytys Suodatus Kuva 11. LignoForce-prosessi ligniinin erottamiseksi mustalipeästä. Normaalista ligniinin erottamisprosessista poikkeava kohta on ympyröity punaisella katkoviivalla. Muokattu lähteestä 149. Ligniinille olisi markkinoita nimittäin ligniiniä voitaisiin käyttää esimerkiksi polyuretaanin valmistuksessa, jonka markkinat ovat kymmenissä miljardeissa euroissa. Ligniini pohjaisia tuotteita tutkitaan koko ajan, esimerkiksi akkujen valmistuksessa. Uusista biotuotteista ligniinituotteet mukaan lukien tullaan kuulemaan, koska uusia biotuote/biojalostamotutkimuskeskuksia on perustettu ja suunnitellaan ja myös pienempiä tutkimuksia rahoitetaan. 150,151 Ligniinijutun lopuksi mainittakoon, että nanoselluloosalla on hyvin samantyyppinen tilanne kuin ligniinillä. 147 Nanoselluloosasta on jotain kokeiluja, mutta markkinoille tulo odottaa itseään. Sukkiinihappo (meripihkahappo) on yksi kemikaali, jota öljyteollisuus tuottaa, mutta tulee entistä kannattavammiksi tuottaa mikrobiologisesti sokerilähteestä. 152 Sukkiinihappoa tuotetaan kaupallisesti mikrobiologian avulla. 153 Sitä voidaan käyttää polyuretaanin, liistereiden ja tiivisteaineiden raaka-aineena. Sukkiinihappoa myydään parin euron kilohintaan. 60 Polttolaitosten tuhka voidaan yhdistää puhdistamolietteiden kanssa, jolloin saadaan erityisen hyvää lannoiteta. 77 Lannoitevaikutus on ollut erittäin positiivinen ja enää tarvitaan vain optimointitutkimuksia. Lannoitteiden hinnat ovat satoja euroja tonnilta. 60

38 35 Taulukko 8. Metsäbiomassan nykyiset ja tulevaisuuden biotuotteet muut kuin energiatuotteet. Biotuote Käyttökohde Hinta /kg Puueriste Lämmöneristys 0,5 Kuusen HMR-lignaani Lääketiede, terveys Koivutisle Rikkakasvien ja tuholaisten torjunta 9 Koivun betuliini Kemikaalien raaka-aine 30 Koivun suberiini Kemikaalien raaka-aine? Lehtipuiden ksylaani elintarvike-, fermentointi-, kemian, lääkeja paperiteollisuus 30 Kuusen mannaani Pinnoitemateriaali 10 Ligniini Sementin lisäaine, pölyn hallinta, polymeerit 0,3 Sukkiinihappo Liimat, polymeerit 2 Tuhka + puhdistamoliete Lannoite 0,2 7.2 Kainuulainen biotuotetehdas Taulukko 8 antaa myös osviittaa, miltä Kainuun biotuoteyritysrykelmä voisi näyttää (Kuva 12). Koivuun erikoistunut biotuotetehdasalue sisältää useita yrityksiä, joista jokainen on profiloitunut tiettyyn tehtävään. Osa yrityksistä toimii vain tehdasalueen tarpeita palvellen, kun taas osa on täysin riippuvaisia ulkomaailman tarpeista. Tehdasalueelta voi bongata kaksi ydintä puuterminaalin ja lämpö- ja sähkölaitoksen, joiden ympärille toiminta on keskittynyt. Puuterminaali ottaa vastaan koivua varastoiden, lajitellen ja prosessoiden alueen yrityksiä varten. Näin varmistetaan alueen yritysten raaka-aineen tasalaatuisuus ja estetään yritysten piha-alueiden täyttyminen puukasoista. Lämpö- ja sähkölaitos huolehtii alueen yritysten lämmön ja prosessihöyryn tarpeesta ja samalla kattaa osittain alueen sähkön kulutuksen. Puuterminaali kuorii koivun ja kuoret myydään alueen Betuliini Oy:lle (Kuva 12), joka erottaa kuoresta betuliinit ja myy ne kemikaaleina, joita käytetään hartsien, maalien ja polymeerien valmistukseen. Puuterminaali myy koivun runkopuuta biotuotetehdasalueen Fraktiointi Oy:lle ja Grillihiilitehdas Oy:lle. Fraktiointi Oy jaottelee puun hemiselluloosaan, ligniiniin ja selluloosaan kemiallisen prosessin kautta. Grillihiilitehdas Oy on hiiltämö, jossa syntyy grillihiiliä myytäväksi grillaajille ja koivutislettä sivutuotteena myytäväksi alueen Koivutisle Oy:lle. Koivutisle Oy prosessoi koivutisleestä rikkaruoho- ja tuholaiskarkotteita yksityisihmisille ja maanviljelijöille. Fraktiointi Oy myy hemiselluloosan alueen Ksylaani Oy:lle, joka tekee ksylaanista kemikaaleja, joilla on käyttöä useilla teollisuuden osa-alueella (Kuva 12). Biotuotetehdasalueen Sellu Oy ostaa Fraktiointi Oy:n selluloosan ja prosessoi sen myytäväksi sellumarkkinoille. Fraktiointi Oy myy ligniinin alueen Ligniini Oy:lle, joka tekee ligniinistä esimerkiksi sementin lisäainetta. Lämpö- ja sähkölaitos tuottaa lämmön ja sähkön lisäksi tuhkaa, joka myydään biotuotetehdasalueen Tuhka Oy:lle (Kuva 12). Paikkakunnan jätevedenpuhdistamo myy loppulietteensä Tuhka Oy:lle, joka puristaa tuhkasta soran korviketta ja tekee tuhkasta metsälannoitetuotteita. Edellä kuvattu biotuotetehdas on hahmotelma eräänlaisesta symbioosista eri yritysten välillä, missä markkinoille saadaan perinteisen sellutehtaan tuotteen lisäksi paljon muita kotimaisia raaka-aineita tuottavia firmoja. Tähän hahmotelmaan ei ollut kytketty biopolttoainetehdasta, mutta sen mahdollisuus ei ole pois suljettua. Esimerkiksi Ksylaani Oy käyttää vain osan hemiselluloosta, jolloin loppu hemiselluloosta voitaisiin prosessoida esimerkiksi bioetanoliksi.

39 36 Kuva 12. Hahmotelma Kainuun biotuoteteollisuusalueesta, jossa raaka-aineena on koivu. Siniset nuolet Lämpö ja sähkö Oy:n ja muiden tehtaiden välissä kuvastavat molemmin puolista suhdetta. Lämpö ja sähkö Oy saa muilta biomassaa, josta se tuottaa lämpöä ja sähköä muille.