LIIKENNEPOLTTOAINEEKSI TARKOITETTU OHRAETANOLI, SUOMEN OHRAMARKKINAT JA ILMASTONMUUTOS

Transkriptio

1 LIIKENNEPOLTTOAINEEKSI TARKOITETTU OHRAETANOLI, SUOMEN OHRAMARKKINAT JA ILMASTONMUUTOS Maistrin tutkilma Jaakko Rinn Op. nro: Hlsingin yliopisto Taloustitn laitos Ympäristökonomia Joulukuu 2007

2 HELSINGIN YLIOPISTO HELSINGFORS UNIVERSITET UNIVERSITY OF HELSINKI Tidkunta/Osasto Fakultt/Sktion Faculty Maatalous mtsätitllinn tidkunta Laitos Institution Dpartmnt Taloustitn laitos Tkijä Författar Author Jaakko Rinn Työn nimi Arbtts titl Titl Liiknnpolttoainksi tarkoitttu ohratanoli, Suomn ohramarkkinat ja ilmastonmuutos Oppiain Läroämn Subjct Ympäristökonomia Työn laji Arbtts art Lvl Maistrin tutkilma Tiivistlmä Rfrat Abstract Aika Datum Month and yar Joulukuu 2007 Sivumäärä Sidoantal Numbr of pags s. Tutkilmassa tarkastltiin ohran käyttöä liiknnpolttoainksi tarkoittun tanolin raaka ainna ja tämän vaikutuksia Suomn ohramarkkinoihin. Tutkilmalla oli kaksi päätarkoitusta. Ensimmäisksi tarkoituksna oli slvittää ohratanolin yksityissti ja yhtiskunnallissti optimaalinn tuotannon taso. Yhtiskunnallisssa analyysissä huomioitiin ohratanolin ilmastohyödyt, joidn katsottiin muodostuvan tanolin bnsiiniä alhaismmista hiilidioksidipäästöistä. Toinn päätavoit oli Suomn maataloustuotantoon tanolin tuotannon surauksna kohdistunidn muutostn analysointi. Tarkmmin sanottuna tarkoituksna oli tutkia sitä, kuinka ohran ja vhnän viljlyalat skä ksannointiala muuttuvat, kun huomioidaan ohratanolin tuotannon yksityisn ja yhtiskunnallisn optimin välinn muutos. Tutkilmaa vartn konstruoitiin analyyttinn malli, jonka mpiirisn vastinn tuottamisksi käytttiin olmassa olvaa ainistoa tanolin tuotannosta ja ohran viljlystä. Mallissa tarkastltiin ohran kysynnän ja tarjonnan tasapainoa ja sn muutoksia ohratanolin tuotannon yksityisn ja yhtiskunnallisn optimin välillä. Ohran kysynnän katsottiin muodostuvan ohran tanolikysynnästä ja ohran läinrhukäytön muodostamasta kysynnästä. Ohran tarjonta mallinnttiin htrognisn maan laadun mallin avulla. Tällä maataloustuotantoa kuvaavalla mallilla pltolohkojn kohdntamista ri viljlykasvill ja ksannoll on mahdollista tutkia maan laadun funktiona. Näin saatiin konstruoitua malli, jonka avulla pystyttiin tarkastlmaan ohran ja kvätvhnän viljlyalojn skä ksannointialan muutoksia, kun ohran kysyntä muuttuu. Samalla pystyttiin tarkastlmaan ohran hinnan muutoksia ohratanolin tuotannon yksityisn ja yhtiskunnallisn optimin välillä. Empiirisn ainistoon prustunn analyysin tuloksna voitiin todta, ttä yksityistaloudllissti optimaalinn ohratanolin tuotantomäärä Suomssa on tonnia. Vastaavasti ohratanolin ilmastohyödyt huomioivan yhtiskunnallissti optimaalisn ohratanolin tuotannon määrä oli tonnia. Maataloustuotannossa ohratanolin tuotannon ilmastohyötyjn huomioiminn kasvatti ohran viljlyalaa. Kokonaisviljlyalana otttiin huomioon kvätvhnän ja ohran viljlyalat skä ksannointiala Etlä Suomssa. Ohratanolin tuotannon yksityistaloudllisssa optimissa ohran viljlyala oli /9 kokonaisviljlyalasta kun s yhtiskunnallisssa optimissa oli 7/9. Tutkilman tuloksista ilmni, ttä ohran hinta nousi tanolin tuotannon ilmastohyödyt huomioimalla ainoastaan,8 %. Sitn ohratanolin tuotannon ilmastovaikutustn huomioiminn muutti ohran hintaa varsin vähän. Avainsanat Nycklord Kywords Ohramarkkinat, biopolttoaint, ilmastonmuutos, maataloustuotanto, maatalousmaan allokaatio Säilytyspaikka Förvaringsställ Whr dpositd Viikin tidkirjasto, Viikinkaari A, (PL 62), 0004 Hlsingin yliopisto Muita titoja Övriga uppgiftr Furthr information

3 HELSINGIN YLIOPISTO HELSINGFORS UNIVERSITET UNIVERSITY OF HELSINKI Tidkunta/Osasto Fakultt/Sktion Faculty Faculty of Agricultur and Forstry Laitos Institution Dpartmnt Dpartmnt of Economics and Managmnt Tkijä Författar Author Jaakko Rinn Työn nimi Arbtts titl Titl Barly basd biothanol, Finnish barly markts and climat chang Oppiain Läroämn Subjct Environmntal conomics Työn laji Arbtts art Lvl Mastr's thsis Tiivistlmä Rfrat Abstract Aika Datum Month and yar Dcmbr 2007 Sivumäärä Sidoantal Numbr of pags pp. Th aim of th thsis was to analyz th us of barly as an input for biothanol production and th impacts th us has on th Finnish barly markts. Two main rsarch qustions wr formulatd. First, privatly and socially optimal biothanol production lvls wr xamind. In th social optimum, th climat bnfits of biothanol production wr considrd. It was calculatd that th production and us of biothanol cratd smallr CO 2 missions whn compard with th production and us of gasolin. Scond, th impacts of biothanol production on farmland allocation and agricultural production wr analyzd. In mor dtail, th scond aim was to analyz th farmland allocation btwn what and barly cultivation and grn st asid in th privat and social optimum. An analytical modl was producd to analyz th barly markts in Finland. To provid an mpirical countrpart to this modl, xisting rsarch data on biothanol production and barly cultivation was usd. Th aim of th modl was to analyz th supply and th dmand as wll as markt quilibrium of barly. Furthrmor, th modl providd a framwork for analyzing th diffrncs btwn th privat optimum and social optimum of biothanol production in Finland. Th dmand for barly consists of animal fd dmand and biothanol dmand. On th supply sid, a htrognous modl of farmland quality was usd. With this framwork, it is possibl to analyz farmland allocation btwn barly and what cultivation and grn st asid and how th climat bnfits of biothanol production affcts th allocation. Morovr, th rlativ changs in barly pric btwn th privat and social optimum wr analyzd. Basd on th mpirical analysis, th privat optimum for barly basd biothanol production is mtric tons. Howvr, th social optimum for barly basd biothanol production is mtric tons. Th portion of farmland that is allocatd to barly cultivation is incrasd if th climat bnfits of biothanol production ar considrd. In th privat optimum, /9 of th total farmland is allocatd to barly cultivation whras in social optimum th shar incrass to 7/9. Furthrmor, th incras in barly pric btwn privat and social optimum is rathr modst. Total incras in pric is only about,8 prcnt. Avainsanat Nycklord Kywords Barly markts, biofuls, climat chang, agricultural production, farmland allocation Säilytyspaikka Förvaringsställ Whr dpositd Viikki Scinc Library, Viikinkaari A, (PL 62), 0004 Hlsingin yliopisto Muita titoja Övriga uppgiftr Furthr information

4 SISÄLLYS JOHDANTO TUTKIMUKSEN TAUSTAA TUTKIMUKSEN TAVOITTEET TUTKIMUKSEN MENETELMÄ JA RAJAUS OHRAETANOLIN VALMISTUS JA KÄYTTÖ LIIKENNEPOLTTOAINEENA OHRAN AGRONOMISET TUOTANTOTIEDOT OHRAETANOLIN TUOTANTOPROSESSI OHRAETANOLI LIIKENNEPOLTTOAINEENA ENERGIATASE, KASVIHUONEKAASUVAIKUTUKSET JA KUSTANNUKSET TEOREETTINEN VIITEKEHYS OHRAN KYSYNTÄ OHRAN TARJONTA YKSITYISTALOUDELLINEN OPTIMI YHTEISKUNNALLINEN OPTIMI OHJAUSKEINOVALIKOIMA EMPIIRINEN AINEISTO MALLIN PARAMETRISOINTI HINTA JA KUSTANNUSTIEDOT MAATALOUDEN TUKITASOT ILMASTOVAIKUTUKSET EMPIIRINEN ANALYYSI YKSITYISTALOUDELLINEN OPTIMI YHTEISKUNNALLINEN OPTIMI OHJAUSKEINOVALIKOIMA HERKKYYSTARKASTELU JOHTOPÄÄTÖKSET LÄHTEET LIITTEET

5 TAULUKOT TAULUKKO 2. BIOPOLTTOAINEIDEN KASVIHUONEKAASUVAIKUTUKSIA TAULUKKO 2.2 ETANOLIN TUOTANTO JA PÄÄSTÖVÄHENNYSKUSTANNUKSET TAULUKKO 4. POLTTOAINEIDEN VALMISTUKSEN JA KÄYTÖN CO 2 PÄÄSTÖT TAULUKKO 5. YKSITYISTALOUDELLINEN OPTIMI TAULUKKO 5.2 MAATALOUSTUOTANTO YKSITYISTALOUDELLISESSA OPTIMISSA TAULUKKO 5.3 YHTEISKUNNALLINEN OPTIMI TAULUKKO 5.4 MAATALOUSTUOTANTO YHTEISKUNNALLISESSA OPTIMISSA TAULUKKO 5.5 YHTEISKUNNALLINEN HYVINVOINTI TAULUKKO 5.6 HERKKYYSTARKASTELU, PÄÄSTÖOIKEUDEN HINTA TAULUKKO 5.7 HERKKYYSTARKASTELU, ETANOLIN HINTA TAULUKKO 5.8 HERKKYYSTARKASTELU, VEHNÄN HINTA KUVAT KUVA 2. OHRAETANOLIN TUOTANTOPROSESSI...7 KUVA 3. KASVIEN I=,2 JA KESANNOINNIN VOITTO FUNKTIONA MAAN LAADUN SUHTEEN KUVA 3.2 OHRAN MARKKINATASAPAINO KUVA A0. OHRAN TARJONTAKÄYRÄ...0 3

6 Yksiköt ja lyhntt Yksiköt J Wh to joul (nrgiamäärän prusyksikkö) wattitunti (nrgiantuotannon yksikkö) öljykvivalnttitonni (öljytonnin sisältämä nrgiamäärä) k kilo, 000 M mga, G giga, T tra, Wh J to 4,868 GJ Lyhntt CO 2 kv hiilidioksidikvivalntti ETBE tyyli trt butyylittri, bnsiinin soskomponntti E5 5 tilavuus % tanolia sisältävä polttoain E0 0 tilavuus % tanolia sisältävä polttoain E85 85 tilavuus % tanolia sisältävä polttoain FFV flxibl ful vhicl; ajonuvo, joka voi käyttää polttoainna mitä tahansa bnsiinin ja tanolin sosta 0 ja 85 tilavuus % väliltä MTBE mtyyli trt butyylittri, bnsiinin soskomponntti 4

7 JOHDANTO. Tutkimuksn taustaa Euroopan Unionin julkaismassa vihrässä kirjassa (Vihrä kirja Enrgia , 3) todtaan, ttä Euroopan Unionin riippuvuus tuontinrgiasta kasvaa nykyisstä 50 prosntista 70 prosnttiin vuodssa, jos mitään aktiivisia toimnpititä i thdä. Tämä vaikuttaa rityissti hiilivdyistä riippuvaisiin toimialoihin, kutn liikntsn ja sähköntuotantoon. Liiknnala on öljystä rityisn riippuvainn, sillä 98 prosnttia sn käyttämästä nrgiasta tul öljystä. (Vihrä kirja Enrgia , 6 7.) Tämän lisäksi liiknnalan nrgiantarv kasvaa voimakkaasti. S on noussut 290 miljoonasta öljykvivalnttitonnista 350 miljoonaan öljykvivalnttitonniin vuosina EU(25) alulla (EUROSTAT 2006). Öljyn käyttöön Euroopassa liittyy myös toinn onglma. Jo tällä htkllä suurin osa Euroopassa käyttystä öljystä tul aluilta, joidn yhtiskunnallinn tilann on hyvin pävakaa. Osuudn odottaan kasvavan vuotn 2030 mnnssä. Näidn öljyn toimitusvarmuutn liittyvin riskitkijöidn vuoksi uusin nrgianlähtidn löytäminn liikntn käytttäväksi olisi toivottavaa. (Krtomus biopolttoainidn , 2.) Maailmanlaajuissti öljyn kulutus kasvaa, mutta sn varannot hupnvat. Nykyist tuotantomäärät ivät nää sanottavasti kasva, vaan kääntyvät pikmminkin laskuun. Tulvaisuudssa öljyä täytyy tsiä myös nykyistä vaikammin hyödynnttävistä lähtistä ja sn jalostusta kivihiilstä tul harkita. Näidn tkijöidn yhtisvaikutukssta öljyn hintaan kohdistuu nousupainita jo tulvina vuosikymmninä. (Kauppa ja tollisuusministriö 2006, 4.) Kun nämä asiat ottaan huomioon, on öljyll vaihtohtoistn polttoainidn tutkimusta ja khitystä distttävä aktiivissti. Liikntn osuus EU:n kasvihuonkaasupäästöistä on mrkittävä. Vuonna 998 liikntn nrgiankulutuksn osuus kaikista kasvihuonkaasupäästöistä oli 28 prosnttia. Vuonna 990 liikntn päästöt olivat 739 miljoonaa hiilidioksiditonnia ja nnustidn mukaan, jos mitään i thdä näidn päästöjn vähntämisksi, liikntn hiilidioksidipäästöt lisääntyvät 50 prosntilla olln 3 miljoonaa tonnia vuonna 200. Tärkin päästölähd on maantiliiknn, sillä s dustaa 84 prosnttia kaikista liikntn päästöistä. (Vihrä kirja Enrgia , 50 5.) On myös nnustttu, ttä 5

8 vrrattuna muihin toimialoihin, kasvihuonkaasupäästöt kasvavat liiknnsktorilla kaikkin voimakkaimmin vuosina Kasvua tul nnustn mukaan olmaan jopa 77 Mt CO 2 kv vuotta kohdn. (Krtomus biopolttoainidn , 3.) Euroopan Unioni on sittänyt tavoittita biopolttoainidn käytön lisäämisll liikntssä. Ehdotuksn mukaan vuotn 2020 mnnssä 0 prosnttia tavanomaisista polttoainista korvataan vaihtohtoisilla polttoainilla (Krtomus biopolttoainidn , 8). Lyhyllä ja kskipitkällä aikavälillä lupaavimmalta tavanomaistn polttoainidn korvaajilta näyttävät biopolttoaint, kskipitkällä aikavälillä maakaasu ja pitkällä aikavälillä vty. Vaihtohtoistn polttoainidn käytön tavoittina on vähntää EU:n riippuvuutta tuontinrgiasta, vähntää kasvihuonkaasupäästöjä ja monipuolistaa maataloudn tuotantovaihtohtoja. Näihin tavoittisiin pääsmisksi komissio on laatinut biopolttoaindirktiivin ja lisäksi s tul distämään biopolttoainidn vrotuskohtlun yhdnmukaistamista unionin jäsnmaissa. (Valkoinn kirja Eurooppalainn , ) Hallituksn sityksssä duskunnall laiksi biopolttoainidn käytön distämisstä liikntssä asttaan sitova ja astittain nousva biopolttoaindirktiivin mukainn tavoit liiknnpolttoainidn bionrgiasisällöll. Vuonna 2008 bionrgian vähimmäisosuus liiknnpolttoainidn nrgiasisällöstä tul olla 2 prosnttia, vuonna 2009 osuus tul olla 4 prosnttia ja vuonna 200 biopolttoaindirktiivin mukainn 5,75 prosnttia. (Hallituksn sitys , 7 8.) Lakihdotus hyväksyttiin duskunnassa Valtionuvosto on slontossaan duskunnall todnnut ttä Suomn riittävä ja monipuolinn nrgiansaanti tul varmistaa ja tämän tavoittn täyttämisksi kotimainn bionrgiantuotanto on kskisssä roolissa. 2 Tästä syystä on tärkä analysoida sitä, kuinka ohratanolin tuotanto vaikuttaisi Suomn ohramarkkinoihin ja sitä kautta maataloustuotantoon. Euroopan parlamntin ja nuvoston dirktiivi 2003/30/EY, annttu 8 päivänä toukokuuta 2003, liikntn biopolttoainidn ja muidn uusiutuvin polttoainidn käytön distämisstä. Euroopan unionin virallinn lhti L 23/ Lähiajan nrgia ja ilmastopolitiikan linjauksia kansallinn stratgia Kioton pöytäkirjan toimnpanmisksi. Valtionuvoston slontko duskunnall

9 .2 Tutkimuksn tavoittt Tutkilman tarkoituksna on slvittää ohratanolin tollisn tuotannon yksityissti ja yhtiskunnallissti optimaalist tuotantomäärät. Yhtiskunnallisssa analyysissä huomioidaan tanolin tuotannon ilmastovaikutukst, joita yksityistaloudllisssa analyysissä i käsitllä. Tällä tavoin on mahdollista vrtailla yksityistaloudllisn optimin suhdtta yhtiskunnallissti optimaalisn tanolin tuotantoon. Jos tanolin tuotannon ja käytön ilmastovaikutuksia i otta huomioon, on mahdollista, ttä tanolia i tuotta ikä käyttä yhtiskunnan kannalta optimaalista määrää. Vrtaamalla yksityistaloudllista optimia yhtiskunnallisn optimiin on mahdollista arvioida yhtiskunnallisn optimin saavuttamisksi tarvittavin taloudllistn ohjauskinojn suuruusluokkaa. Tutkilman toinn päätavoit on slvittää ohratanolin valmistuksn vaikutukst maataloustuotantoon. Tarkoituksna on slvittää kuinka ksannoinnin, ohran ja kvätvhnän viljlyosuudt muuttuvat kun pyritään yhtiskunnallissti optimaalisn ohratanolin tuotannon tasoon. Näin voidaan arvioida kotimaisn ohran tuotannon riittävyyttä ja ohran hinnan muutoksia, kun huomioidaan myös ohran tanolikäytön mahdollisuudt..3 Tutkimuksn mntlmä ja rajaus Tutkilma rajataan koskmaan tanolin tuotantoa ohrasta. Ohran viljly on mahdollista suurimmassa osassa Suoma ja sn viljlyalu ulottuu aina viidnnn viljlyvyöhykkn dullisimpiin osiin (kts. liit ) (Vuorinn, Kangas, Jalli & Kortmaa 2006, 39; 42). Ohran käyttöä tanolin tuotantoon puoltaa myös sn suuri viljlyala Suomssa, ha, ja mrkittävä ylituotanto, joka vuonna 2006 oli arvioidn mukaan noin tonnia (TIKE 2007a ja Partala 2007, 22 23). Tutkimus rajataan sitn, ttä tärkimpinä tarkastlun kohtina ovat ohratanolin tuotantoprosssin taloudllinn kuvaaminn ja tanolin tuotannon vaikutukst maataloustuotannon jakautumisn ohran viljlyn, kvätvhnän viljlyn ja ksannoinnin välill. Yhtiskunnallisssa analyysissä kskitytään ohratanolin tuotannon ja käytön ilmastovaikutustn analysointiin ja ohran viljlyn muut ympäristövaikutukst, kutn huuhtoumahaitat jättään tässä tutkilmassa huomiotta. Lisäksi saatavilla olvasta 7

10 mpiirisstä ainistosta johtun tutkimus rajataan maataloustuotannon osalta Suomn maataloudn A tukialull (kts. liit 2). Tutkittavaa ilmiötä lähstytään mpiirisn ainiston prustlla thtävän ja analyyttisn malliin prustuvan analyysin avulla. Empiirinn ainisto muodostuu valmiista kotimaisista ja ulkomaisista lähtistä, jotka tarkastlvat maataloudn tuotantoa ja tanolin tuotantoprosssia. Torttisna viitkhyksnä tullaan käyttämään mikrotaloustitsn nojautuvaa markkinamallia, joka kuvaa ohran kysyntää ja tarjontaa. Mallin tarkoituksna on yksinkrtaistaa käsitltävää asiaa sitn, ttä siitä on mahdollisuus ristää tutkimuksn kannalta tärkät yksityiskohdat. Ohran kysyntää ja tarjontaa kuvaavaan malliin sisältyy kaksi mikrotaloustitllisn mallin prusolttamusta. Ensimmäisn oltuksn mukaan yksilöt pyrkivät maksimoimaan omaa hyötyään huomioidn samalla budjttirajoittnsa. Toisn olttamuksn mukaan markkinat pyrkivät kohti tasapainoa, jossa tuottn tasapainohinta määräytyy kysynnän ja tarjonnan tasapainon kautta. (Varian 2002, 3.) Tämän tutkilman mallina on siis ohramarkkinamalli, jonka khikossa tarkastllaan dllä sitltyjn priaattidn mukaan ohran kysyntää ja tarjontaa. Kilpailullisista markkinoista on todttu, ttä kun olttaan omaa hyvinvointiaan maksimoivat toimijat, jotka siis tkvät päätöksnsä sitn, ttä hidän hyvinvointinsa saavuttaa mahdollisimman korkan tason, niin myös yhtiskunnan hyvinvointi saa suurimman arvonsa. Tämän argumntin mukaan markkinoilla, joilla vallits täydllinn kilpailu ja joilla i siinny markkinapäonnistumisia, yksityinn optimiratkaisu vastaa myös yhtiskunnallista optimiratkaisua. Toisaalta jos markkinoilla siintyy päonnistumisia, niin yksityinn optimiratkaisu i välttämättä ol yhtiskunnan kannalta optimaalinn. Yksi markkinapäonnistumisn muoto on niin kutsutut ulkoisvaikutukst. Tällöin yhdn markkinoilla toimivan yksilön optimaalissta ratkaisusta koituu hyötyä tai haittaa toisll markkinoilla toimivall yksilöll. Ensimmäinn yksilö i kuitnkaan saa tai joudu maksamaan korvausta toisll yksilöll koitunsta hyödystä tai haitasta. Tällaisssa tilantssa markkinamkanismi i huomioi tätä ulkoisvaikutusta ja sitn myöskään yhtiskunnallinn hyvinvointi i saavuta 8

11 suurinta arvoaan silloin, kun jokainn yksilö maksimoi omaa hyötyään. (Kahn 998, 25.) Ympäristötaloustitn kannalta juuri ulkoisvaikutukst ovat kskisssä asmassa. Tässä tutkilmassa tullaan kskittymään ohratanolin tuotannon ilmastovaikutuksiin, joita markkinamkanismi i huomioi. Kys on siis ulkoisvaikutukssta. Tämän ulkoisvaikutuksn vuoksi tutkilmassa tarkastltavilla ohramarkkinoilla yksityinn optimiratkaisu i tuota yhtiskunnan hyvinvoinnin maksimoivaa markkinatasapainoa. Ohratanolin tuotannon ilmastovaikutukst on valittu tarkastltavaksi ulkoisvaikutuksksi, koska biopolttoainidn käytön distämistä liikntssä on prustltu juuri niidn mahdollisuuksilla vähntää haitallisia kasvihuonkaasupäästöjä. Muut mahdollist ulkoisvaikutukst, kutn simrkiksi maataloudn ravinnhuuhtouma, on jättty analyysin ulkopuolll, jotta ohran markkinamallista i tulisi liian laaja vrrattuna tutkilmall astttuihin tavoittisiin. Markkinamallissa ohran tarjontaa tarkastllaan htrognisn maan laadun mallin kautta. Lankoskn, Lichtnbrgin ja Ollikaisn (2004, 3 4) mukaan maataloudn tuottamia positiivisia ja ngatiivisia ulkoisvaikutuksia on tarpllista tarkastlla sitn, ttä huomioidaan maatalousmaan laadun vaihtlut. Tämä johtuu siitä, ttä maataloudn tuottamat positiivist ja ngatiivist ulkoisvaikutukst vaihtlvat maan laadun, pltolohkon sijainnin, ilmaston ja muidn luonnollistn tkijöidn vuoksi. Sitn maan laadulla on mrkitystä yhtiskunnallissti optimaalisn maataloustuotannon kannalta. Htrognisstä maan laadusta johtun tulisi myös ohjauskinot rilaistaa sitn, ttä n huomioivat maatalousmaan ri laatuluokat. Tällä tavoin on mahdollista saavuttaa yhtiskunnallinn optimiratkaisu maataloustuotannon suhtn ja määrittää n ohjauskinot, joilla tähän optimiratkaisuun päästään. (Lankoski ym. 2004, 3 4.) Tästä syystä htrogninn maan laadun malli on valittu tämän tutkilman ohran tarjonnan kuvaajaksi. Sn avulla on mahdollista tarkastlla maatalousmaan laatuluokkin jakautumista ri viljlykasvin ja ksannoinnin välill. Maanviljlijän yksityistä optimia ratkaistassa i huomioida niitä mahdollisia maataloudn tukia, joita viljlijä todllisuudssa saisi. Toisin sanon yksityisstä optimiratkaisusta rajataan pois kaikki rlvantit yhtiskunnallist ohjauskinot. Näin yhtiskunnan vaikutus ohramarkkinoill saadaan minimoitua tutkilmassa käytttävässä 9

12 mallissa. Maataloudn tukin mrkitys on kuitnkin mrkittävä Suomn maataloudll, jotn tukipolitiikan vaikutusta tarkastllaan lyhysti tulostn sittlyn yhtydssä. Etanolin tuotannon yhtiskunnallista optimia slvitttässä rajataan tanolin tuotannon ilmastovaikutukst nykyisn ilmastopolitiikan mukaan. Tämä tarkoittaa sitä, ttä tanolin hiilidioksidipäästöt lasktaan kansallisn päästöinvntaarion priaattidn mukaissti, joissa biopohjaisista liiknnpolttoainista i katsota aihutuvan hiilidioksidipäästöjä niitä käytttässä. Tätä voidaan prustlla sillä, ttä biopolttoainita käytttässä vapautuva hiilidioksidi on sitoutunut polttoainidn raakaainna käytttävään biomassaan kasvin kasvassa (Kauppa ja tollisuusministriö 2006, 76). Globaalisti mrkittäviä ovat kuitnkin biopolttoainidn koko linkaarn aikaist kasvihuonkaasupäästöt. Näitä tarkastllaan tutkilman kirjallisuusosuudssa lyhysti, mutta yksinkrtaisuudn vuoksi n sivuuttaan mpiirisssä analyysissä. Tutkilma jakaantuu kuutn lukuun. Luvussa 2 sitllään ohran agronomist tuotantotidot, ohratanolin valmistusprosssi ja ohratanolin käyttö liiknnpolttoainna. Luvussa 3 sitllään analyyttinn malli ohran kysynnän ja tarjonnan muutostn analysoimisksi. Luku 4 sittl ainiston, johon luvun 5 mpiirinn analyysi prustuu. Luvussa 6 muodosttaan johtopäätökst. 0

13 2 OHRAETANOLIN VALMISTUS JA KÄYTTÖ LIIKENNEPOLTTOAINEENA Valtionuvoston slontossa duskunnall 3 on huomioitu, ttä vaikka biopolttoainidn liiknnkäyttöä hankaloittavat korkat kustannukst ja jaklujärjstlmään skä käyttöön liittyvät kysymykst, niin Suomi aikoo aktiivissti distää kustannusthokkaidn biopolttoainmarkkinoidn syntyä Euroopassa. Kauppa ja tollisuusministriö (2006, 0) on slvityksssään todnnut, ttä biopolttoainidn käyttöä voidaan nopimmin lisätä sllaisilla biokomponntilla ja polttoainilla, jotka voivat hyödyntää nykyistä jaklujärjstlmää ja jotka sopivat suoraan nykyisn ajonuvokalustoon. Suomssa ajonuvokalusto uusiutuu varsin hitaasti, 5 20 vuodssa, jotn kokonaan uutn polttoainsn siirtyminn i ol ralistista biopolttoaindirktiivin vaatimassa aikataulussa. Tästä syystä biopolttoaindirktiivin määrittlmään 5,75 % polttoainn bionrgiasisältöön vuonna 200 päästäisiin joustavimmin skoittamalla käytössä olviin polttoainisiin tanolia tai biodisliä dirktiivin ja standardin sallimissa rajoissa. EU:n arvion mukaan pltokasvipohjaisilla biopolttoainilla i nykyisllä tuotantotknologialla ol mahdollista saavuttaa kuin 2 3 prosntin bio osuus kokonaispolttoainnkulutukssta. Sitn olisikin tärkätä, ttä tutkimusta ja tuotkhitystä ohjataan toisn sukupolvn biopolttoainisiin, joista Suomn oloissa mrkittävin olisi lignoslluloosapohjaistn raaka ainidn käyttö tanolin tuotannossa. Tämä tarkoittaisi biopolttoainidn valmistusta simrkiksi puusta, oljsta tai ruokohlvstä. (Kauppa ja tollisuusministriö 2006, ) Suomssa oli kväällä 2007 mnillään kaksi mrkittävää biopolttoainidn tuotantoon tähtäävää projktia. Näistä projktista on totutunut Nst Oilin biodisljalostamo, joka käyttää Nstn khittämää biodislprosssia. (Kauppa ja tollisuusministriö 2006, 55.) Tuotanto on alkanut ksällä Toinn mrkittävä projkti oli Altia Oyj:n ohratanolithdas Etlä Pohjanmaan Ilmajolla, joka on kuitnkin kskyttty raknnuskustannustn nousun vuoksi. Thtaassa oli tarkoitus valmistaa noin 75 miljoonaa litraa tanolia vuodssa (Pöyry 2006a, 30). Nst Oilin oli tarkoitus ostaa 3 Lähiajan nrgia ja ilmastopolitiikan linjauksia kansallinn stratgia Kioton pöytäkirjan toimnpanmisksi. Valtionuvoston slontko duskunnall

14 tämän thtaan koko tuotanto ja käyttää s suoraan bnsiinin soskomponnttina tai jalostaa sitä dlln tyyli trt butyylittriä (ETBE), joka on yksi mahdollisista bnsiinin soskomponntista (Nst Oil 2006). Moottoribnsiinin kulutus Suomssa oli tonnia vuonna Kulutus laski 0,7 % vrrattuna vuotn (Öljy ja kaasualan kskusliitto 2006.) EU:n biopolttoaindirktiivissä asttama tavoit liiknnpolttoainidn bio osuudksi vuonna 200 on 5,75 % polttoainn nrgiasisällöstä. Tämä tarkoittaa noin 9 tilavuusprosntin bio osuutta. Etanolin tai sn johdannaistn osuus liiknnpolttoainista Suomssa tulisi sitn olla vuodn 2006 tidoilla noin tonnia. Arvio ralistissta bio osuudsta vuonna 200 on kolm prosnttia polttoainn nrgiasisällöstä (Kauppa ja tollisuusministriö 2006, 05). Tämä tarkoittaisi noin 5 tilavuusprosntin li noin tonnin tanolimäärää. Lasknnassa käyttyt arvot on sitlty liittssä 3. Suomn suunnitltujn biotanolithtaidn (Ilmajoki ja Punkaharju) kapasittti olisi tullut olmaan noin kuutiota vuodssa (yhtnsä kuutiota vuodssa), joka vastaa noin tonnin kapasitttia vuodssa thdasta kohdn (Pöyry 2006a, 30 ja Pöyry 2006b, 0). Näitä arvoja käyttän biopolttoaindirktiivin mukaisn 5,75 % tanolitarpn Suomssa tyydyttäisi kolm tanolithdasta, jos näidn thtaidn koko tuotanto myös käytttäisiin täällä. Aloitan tanolin valmistuksn tarkastlun raaka ainn, li ohran viljlystä. Tämän jälkn siirryn tarkastlmaan ohratanolin tollista tuotantoprosssia, tanolin käyttöä liiknnpolttoainna ja tanolin tuotannon kasvihuonkaasu ja nrgiatasita. 2. Ohran agronomist tuotantotidot Maa ja mtsätalousministriön pllonkäytön tulvaisuutta pohtinn työryhmän tarkoituksna oli tarkastlla Suomn pllonkäytön nykytilaa ja pohtia pltojn käyttöä tulvaisuudssa vuotn 202 asti. Työryhmän mukaan bionrgian tuotantoon olisi mahdollista ottaa tarvittassa hhtaaria Suomn 2,2 miljoonasta viljllystä pltohhtaarista jolloin myös ksantopllot olisivat bionrgian tuotannossa. Työryhmä myös sittää, ttä kun bionrgian ja liikntn biopolttoainidn käyttöä Suomssa khittään, tulisi käytön nsisijaissti prustua kotimaisiin raaka ainisiin ja tuotantoon. Samalla tul kuitnkin huomioida myös kotimaisn lintarvik ja rhutollisuudn 2

15 raaka ainn tarpt. Kotimaisn pltobionrgian tulisi myös olla kilpailukykyistä ulkomaistn raaka ainidn kanssa. (MMM 2005, 3; 43.) Ohra on Suomn ylisimmin viljlty viljakasvi. Viljlyalat ovat vaihdllt noin hhtaarin ja hhtaarin välillä vuosina Tämä on noin 25 prosnttia koko Suomn viljllystä pltoalasta. Vuosina ohran kskimääräinn hhtaarisato on vaihdllut 2390 kilon ja 3680 kilon välillä olln kskimäärin 3280 kiloa hhtaarilta. Ohran kokonaissato vuonna 2004 oli 724,7 miljoonaa kiloa ja vuonna 2005 sato oli 202,9 miljoonaa kiloa. (TIKE 2006a, 06; 3; 5; 7.) Ohraa viljllään panimotollisuudn raaka ainksi, jolloin puhutaan mallasohrasta ja rhuksi, jolloin puhutaan rhu tai tärkklysohrasta. Vuonna 2005 rhuohraa, jota siis käyttään myös tanolitollisuudn raaka ainna, viljltiin hhtaarilla ja mallasohraa hhtaarilla. Sitn rhuohran viljlyosuus oli noin 73 prosnttia kaiksta viljllystä ohrasta. (TIKE 2005a.) Ohra viljlykasvina Ohran kasvualu ylttyy aina V viljlyvyöhykkn (kts. liit ) tläisimpiin osiin asti (Hyytiäinn, Hdman Partann & Hiltunn 995, 62). Ohran kasvukausi onkin muita viljoja lyhympi, vaihdlln 80 ja 96 päivän välillä lajikksta riippun (Kangas ym. 2006a, 45 48). Ohran lajikvalintaan maatilatasolla vaikuttavat skä kasvuvyöhyk, ttä ohran käyttötarkoitus. Ohrat voidaan jakaa mallas, rhu ja tärkklysohriin. Mallasohrin tärkimmät ominaisuudt ovat valkuaisainpitoisuus, jonka tulisi olla all,5 prosnttia ja hyvä itävyys, kun taas rhuohralla on tärkää korka hhtolitrapaino ja valkuaisainpitoisuus. (Kangas, Lain, Niskann, Salo & Vuorinn 2006b, 9 0.) Etanolin valmistus ohrasta dllyttää korkaa tärkklyspitoisuutta. Altian Kosknkorvan tanolithdas, joka valmistaa tanolia alkoholitollisuudn tarpisiin, käyttää raakaainna pääasiassa niin sanottua sopimusviljaa, jonka hhtolitrapainoll ja lajikkll on astttu kritrit. Sopimuslajikkisiin kuuluu tällä htkllä Voitto, Maarn, Edl, Erkki, Kunnari, Tolar, Saana, Tofta, Viskosa. Hhtolitrapainon tul olla vähintään 62 kiloa ja kostudn all 4 prosnttia. Lisähintaa Altia maksaa yli 60 prosntin tärkklyspitoisuudsta. Sopimusviljlyn tul tapahtua EU:n ympäristötun htojn mukaan. Kysisiä htoja oli tarkoitus sovltaa myös liiknnpolttoainna käytttävän tanolin valmistuksssa. (Altia Oyj 2007.) 3

16 Satoisuudltaan sopimuslajikkt ovat suhtllisn hyviä. Virallisissa lajikkokissa vuosina saadut sadot ovat näillä lajikkilla ollt Saanaa ja Erkkiä lukuun ottamatta yli 5000 kiloa hhtaarilta. Erkin sato on ollut 4987 kiloa hhtaarilta ja Saanan 4668 kiloa hhtaarilta. Lajikkidn välillä on roa myös kasvuajassa, korrn pituudssa, lakoontumisssa ja taudinsidossa. (Kangas ym. 2006a, ) Ohralajikkita jalosttaan jatkuvasti. Vuosina lajikluttloon hyväksyttiin 3 uutta lajiktta (Vuorinn & Kangas 2005). Pllon muokkaus ja kylvö Oikan kylvöajankohdan valitsminn on hyvin tärkää ohran sadonmuodostuksn kannalta. Käytännössä kylvää voidaan silloin, kun maa on htinyt kuivua tarpksi, jotta s kantaa kylvökonita. (Hyytiäinn ym. 995, ) Ohra kylvtään Etlä Suomssa kskimäärin toukokuun puolssa välissä (Suri 987, 8). Tikkurilassa vuosina thtyjn kokidn mukaan kylvöajankohta vaikuttaa ohran satotasoon. Optimikylvöaika oli tutkimuksssa toukokuuta. Satomäärä alni varsin slvästi, jos kylvö myöhästyi tästä. Samoin viljan laatu hikkni kylvön myöhästyssä. (Kivisaari & Larps 983, ) Ohrapllon prusmuokkaus thdään syksyllä, jolloin plto joko kynntään tai sänkimuokataan. Näistä kyntö on raskaampi toimnpid. Sänkimuokkaus thdään ylnsä kahtn krtaan. Plto kannattaa myös kalkita, jotta pllon ph arvo olisi otollinn ohran kasvull. (Mäkinn, Soimakallio, Paappann, Pahkala & Mikkola 2006, 46.) Ohrall agronomissti dullisin ph:n arvo on 6,0 ja 7,0 välillä. Ravintidn saatavuus on parhaimmillaan ph arvon ollssa 6,0 6,5 välillä. (Viljavuuspalvlu 2007.) Mäkisn ym. (2006, 46) tutkimusastlman mukaan pllot kalkitaan joka viids vuosi. Kväällä, juuri nnn ohran kylvöä, plto kylvömuokataan. Toimnpitn tavoittna on saada maan pintaan ohran itämisn kannalta otollist olosuhtt, jotka hidastavat vdn haihtumista. (Mäkinn ym. 2006, ) Ohran kylvötihys on simntä nliömtriä kohdn. Tämä tarkoittaa simnn painosta riippun kilon simnmäärää hhtaarill. Sopiva kylvösyvyys riippuu maalajista, nopasti kuivuvilla mailla s on noin 5 cm ja kivnnäis, multa ja turvmailla noin 3 cm. Kylvössä simn pitää saada kiinni kostaan maahan, jotta s itäisi. (Hyytiäinn ym. 995, 63.) Kylvö ja lannoitus thdään ylnsä yhdllä ajokrralla 4

17 käyttän kylvö lannoituskontta. Kon sijoittaa simnt 2,5 cm välin olviin rivihin ja lannoittn 25 cm välin olviin rivihin. (Katajajuuri ym. 2000, 65.) Lannoitus Ravintidn virtoja pllossa voidaan laska ravinntasidn avulla. Ravinntas kuvaa tityn pltolohkon, maatilan, kunnan tai koko maan ravintidn kirtoa. Alull lisätyistä ravintista vähnntään sadon mukana poistunt ravintt ja näin saadaan tito alun ravinnylijäämästä ja alijäämästä. Viljanviljlyssä tul ottaa huomioon myös plloll mahdollissti jäävät, olkn sidotut typpi ja fosforimäärät. Toinn tärkä ravinntasn lasknnassa saatava tito on ravintidn hyödyntämisprosntti, joka krtoo kuinka suurn osan lisätyistä ravintista kasvit ovat hyödyntänt sadonmuodostuksn aikana. Pltoviljlyn tapauksssa hyödyntämisprosntti krtoo kuinka suuri osuus lisätystä lannoittsta sisältyy satoon ja sitn tavoittna on mahdollisimman korka hyödyntämisprosntti. (Wikman 998, ) Lannoittista typllä on suurin vaikutus tavallistn viljlykasvin satoon. Typn määrän lisääntyssä myös satotasot kasvavat, mutta toisaalta myös viljan korsin pituus kasvaa joka lisää lakoontumista. Optimaalinn typpilannoitustaso on sllainn, jolloin tapahtuu vähäistä, sadon määrään vaikuttamatonta lakoontumista. (Tuomaala 987, 206; 209.) Vuodn 2005 viljatutkimuksssa ohran typpiravinntas oli positiivinn, kun satotaso oli all 4000 kiloa hhtaarilta. Yli 4000 kilon hhtaarisadoilla ravinntas oli ngatiivinn. Tällöin siis typpi on pääsääntöissti sidottu kasvustoon ja s i ol yhtä alttiina huuhtoutumill kuin alhaisilla satotasoilla. (Saloplto 2005, 3 4.) Typpilannoituksn määrään ohralla vaikuttavat mm. maaprä, multavuus, lajik, sikasvi, kasvuvyöhyk ja satotaso. Lannoitussuositustn mukaan ohran sopiva typpilannoitusmäärä on 4000 kilon hhtaarisadolla lajikksta, maalajista ja kasvuvyöhykkstä riippun 40 0 kiloa hhtaarill. Jos ohran sikasvina on kasvatttu nurma tai palkokasvja, typpilannoitustarv vähn 0 40 kiloa hhtaarilta (Hyytiäinn ym. 995, 64 ja Farmit.nt 2005a.) Jos taas ohraa viljllään yksipuolissti ja oljt kynntään maahan, lisääntyy typn tarv kiloa hhtaarill (Tuomaala 987, 20). 5

18 Korjuu ja kuivaus Ohran korjuu alkaa noin viikon kuluttua kltatulntumissta. Kltatulntumisvaihssa ohran tärkklyspitoisuus on suurimmillaan ja ohran jyvän kostus on tällöin kskimäärin 22 prosnttia. Oikalla lajikvalinnalla ja viljlytkniikalla voidaan vaikuttaa ohran tulntumisn. Kasvuajaltaan ja korrnlujuudltaan sopiva lajik tul valita viljlyalun mukaan. Näin varmisttaan ttä vilja i lakoonnu ja korjuusää on viljan tulntussa vilä hyvä. Ohran puinnissa olka saadaan yhtä paljon kuin jyviä ja oljt voidaan joko krätä taltn tai silputa puinnin yhtydssä takaisin pltoon. (Hyytiäinn ym. 995, 72 ja Mäkinn ym. 2006, 48.) Puidun viljan jyvin kostus on liian korka varastointia ajatlln ja tästä syystä jyvät tul kuivata puinnin jälkn. Tärkklysohran suurin sallittu kostus on 4 prosnttia, mutta simrkiksi Altia vaatii sopimusviljlijöiltään all 4 prosntin kostutta. Vilja voidaan kuivata joko kylmäilmakuivurilla, jossa ulkoilmaa puhalltaan viljan läpi sllaisnaan, tai lämminilmakuivurilla, jolloin on mahdollista valita sopiva kuivauslämpötila viljan kostudn ja käyttötarkoituksn mukaan. Kylmäilmakuivaus on kustannuksiltaan dullismpaa kuin lämminilmakuivaus, mutta kuivaustulos riippuu viljan kostudsta ja kuivauksn aikaissta säästä. Lämminilmakuivaus taas kuluttaa nmmän nrgiaa kuin kylmäilmakuivaus, mutta s onnistuu viljan kostudsta ja kuivausajankohdan säästä riippumatta. Viljan sipuhdistus voidaan thdä lämminilmakuivauksn yhtydssä. Tällöin viljasta saadaan rotltua pölyä, kvyitä roskia ja tyhjiä jyviä. Esipuhdistuksn ansiosta viljan laatu paran ja kuivausaika lyhn kostutta sisältävin vihridn jyvin ja rikkakasvin simntn poistumisn myötä. (Hyytiäinn ym. 995, ja Mäkinn ym. 2006, 48.) 2.2 Ohratanolin tuotantoprosssi Suraavassa käsittln ohratanolin tuotantoprosssia, siinä muodostuvia sivutuottita ja niidn jatkojalostusta, tanolin käyttöä liiknnpolttoainna ja näihin prosssihin liittyviä massavirtoja, nrgiatasita ja päästölasklmia. Tarkoituksnani on slvittää, kuinka ohrasta tuottaan tanolia kaupallisssa mittakaavassa ja kuinka tanolia käyttään liiknnpolttoainidn soskomponnttina. Kysisn prosssiin liittyviä kysymyksiä ovat simrkiksi tanolin tuotannosta muodostuvan rankin 6

19 Ohra Suodatus & jauhatus Roska Kuort Nstytys Sokrointi & käyminn Hiilidioksidi Ilmaan Hyötykäyttö Tislaus & vdn poisto Rankki Rhu Etanoli Skoitus bnsiiniin Raktio isobutnin kanssa ETBE Skoitus bnsiiniin Kuva 2. Ohratanolin tuotantoprosssi hyötykäyttömahdollisuudt, ohranjyvin kuorn mahdollinn hyötykäyttö, tanolin tuotantoprosssin nrgiatas ja prosssista aihutuvat ilmapäästöt skä ohratanolin käytön vaikutukst autojn päästöihin. Kuva 2. sittl tuotantoktjun, jota jatkossa käsittln. Ktju alkaa tanolithtaan portilta, li siitä, kun ohra saapuu thtaall. Tuotantoktju päättyy ajonuvon polttoaintankkiin polttoainna, josta titty prosnttiosuus on tanolia tai sn johdannaisia. Erotan tästä tuotantoktjusta slvyydn vuoksi jo aimmin mainitut kaksi prosssia, li its tanolin tuotannon ja tanolin lisäämisn liiknnpolttoainsn. Tällä tavoin pystyn tarkmmin rittlmään prosssin n komponntit, jotka tul huomioida mallinnttassa ohratanolin tuotantoa taloudllislta pohjalta. Toisin sanon tarkastln ohratanolin 7

20 tuotantoprosssia ja prosssissa syntyviä tuottita ja sivutuottita, jotka ovat tärkitä ohratanolin tuotannon yksityisn ja yhtiskunnallisn analyysin kannalta. Valmistttassa tanolia ohrasta syntyy huomattava määrä ohrarankkia, josta voidaan valmistaa läinrhua. Sitn tanolin tuotantoprosssissa on huomioitava skä its tanolin tuotanto, ttä sivutuottna muodostuvan rankin määrä (Mäkinn ym. 2006, 85). Tästä syystä käsittln tässä prosssikuvauksssa riksn tanolin tuotantoprosssin ja rhun tuotantoprosssin. Koska rankin nrgiasisältö on suhtllisn korka, siitä voitaisiin mahdollissti valmistaa rhun sijasta myös sospolttoaintta käytttäväksi simrkiksi kivihiiltä polttavissa voimaloissa (Edwards, Larivé, Mahiu & Rouvirolls 2006a, 33). Etanoliprosssi Etanolia voidaan tuottaa usasta ri raaka ainsta, kutn sokriruo'osta, sokrijuurikkaasta, prunasta ja ri viljalajista. Tärkklyspitoistn raaka ainidn, kutn prunan ja viljan tärkklys on nsiksi muutttava sokriksi. Suomssa viljltävistä viljakasvista parhaitn tanolin tuotantoon sovltuvat vhnä ja ohra. Ohra on näistä kahdsta parmpi vaihtohto Suomn kannalta, koska sn käsittlyosaaminn on Suomssa hyvällä tasolla ja lisäksi sn viljlyvarmuus on vhnää parmpi. Etanolin valmistus ohrasta on kaupallista ja tunnttua tknologiaa. Käytännössä tanolin valmistus ohrasta tapahtuu frmntoimalla sokrita mikro organismin avulla alkoholiksi. (Mäkinn ym. 2006, 85.) Ohra tuodaan tanolithtaall jyvänä, joka on valmiiksi kuivattu käsittlykostutn (3 %) ohran tuottajalla. Ensiksi ohra jauhtaan ja siitä rottaan roskat, kutn kivt ja mtallinpalat. Tässä vaihssa on mahdollista myös rottaa jyvin kuort ja käyttää n simrkiksi nrgiantuotantoon. Vaihtohtoissti kuort voivat kulka mukana läpi tanolin tuotantoprosssin, jolloin n kulkutuvat osaksi rhujakita. (Mäkinn ym. 2006, 85.) Kun tanolia thdään viljasta, kutn ohrasta, suurta osaa its kasvista i käyttä hyödyksi. Skä viljan oljt ttä jyvin kuort ovat ohran viljlyn ja tanolin tuotannon sivutuottita. Kummatkin sisältävät paljon slluloosaa, joka on mahdollista muuntaa nsiksi tärkklyksksi ja sittn sokriksi ja näin olisi mahdollista lisätä tanolin saantia viljasta. Tosin tämä i ol vilä kaupallista tknologiaa. (Intrnational Enrgy Agncy 2004, ) Toinn vaihtohto olisi käyttää jyvin kuort ja oljt 8

21 polttoainna nrgiantuotannossa (Mäkinn ym. 2006, 85). Olkin ottaminn taltn plloilta lisää tarvittavan lannoituksn määrää ja muuttaa pllon vsitasapainoa, jotn asiaa täytyy arvioida myös tältä kannalta (Edwards, Larivé, Mahiu & Rouvirolls 2006b, 36). Tässä tutkilmassa kskitytään kuitnkin ainoastaan tanolin valmistamisn ohran jyvistä. Jauhatuksn jälkn suraa nstytys, jossa jauhttuun viljaan lisätään vttä, ntsyymjä ja muita kmikaalja. Prosssivtnä voidaan käyttää tuotantoprosssin muissa vaihissa, kutn tislauksssa, syntyviä vsivirtoja ja sitn raakavdn käyttö voidaan minimoida. Tämän jälkn tärkklys muuttaan sokriksi ntsyymin avulla ja sokri frmntoidaan tanoliksi. Alkoholin käyminn synnyttää huomattavan määrän hiilidioksidia, joka tyypillissti päästtään puhdistuksn jälkn ilmakhään. Toinn vaihtohto on hiilidioksidin taltnotto ja sn puhdistaminn myyntiin. (Mäkinn ym. 2006, 86.) Käymisprosssin jälkn tanoli tul tislata ja väkvöidä, jotta sitä voitaisiin käyttää liiknnpolttoainn soskomponnttina. Etanolin tislaus ja väkvöintiprosssit kuluttavat paljon nrgiaa. (Edwards ym. 2006a, 32.) Lopputuottna on dhydratoitua, 99,8 tilavuusprosnttista tanolia (Mäkinn ym. 2006, 86). Rhuprosssi Kutsun rhuprosssiksi sitä kokonaisuutta, jossa tanolin tuotannosta syntyvästä rankista valmisttaan läintn rhua. Tämä prosssi on kokonaisuudn kannalta mrkittävä, sillä rankkia prosssissa syntyy huomattava määrä. Mäkisn ym. (2006, 86 87) simrkin mukaan laitoksn, joka valmistaa tonnia tanolia vuodssa, rhun tuotanto on yhtnsä tonnia, josta märkärhua on tonnia ja kuivarhua tonnia. Etanolin tuotantoprosssissa rankkia muodostuu tanolin käymisprosssin sivutuottna. Rankista valmisttaan kuitu ja valkuaispitoisia rhuja, jotka voidaan yhdistää tai myydä riksn. Nämä rhut voidaan valmistaa joko märkärhuna tai sittn n voidaan plltöidä kuivarhuiksi. (Mäkinn ym. 2006, 86.) Märkärhun onglmana on sn lyhyt säilyvyys, noin viikko, mutta jos tanolithtaan lähisyydstä löytyy markkinoita märkärhull, on s nrgiatasltaan dullismpaa kuin kuivarhun valmistus, jossa kuivatuksn tarvitaan nrgiaa (Laihiainn ym. 2006, 45). 9

22 Its rhun valmistus tapahtuu ohratanolin tuotantoprosssissa syntynstä ohrarankista, josta voidaan valmistaa kahdn tyyppistä rhua, rankkilimirhua ja ohrarankkia. Aluksi its rankki johdtaan linkoihin, joissa siitä rottaan kiintoains ja rankkivsi. Rankkilimirhun valmistus tapahtuu rankinkäsittlyssä saatavasta kiintoainkssta ja its rankista skoittamalla. Saatavasta rankkilimirhusta voidaan jalostaa dlln simrkiksi sioill sopivaa rankkilimirhua. Ohrarankki taas valmisttaan ainoastaan rankin käsittlyssä saatavasta kiintoainkssta. Kiintoains kuivataan ja kuivasta ainsta valmisttaan rakita. Saatavaa rhua kutsutaan ohrarhuksi. (Pöyry 2006a, 33.) Prosssissa syntyvää valkuaispitoista rankkilimirhua voidaan käyttää korvaamaan EU:ssa valkuaisrhuna pääasiallissti käytttävää soijarhua. Soijarhu tuodaan ylnsä USA:sta. Tässä tul kuitnkin huomioida, ttä soijarhun raakavalkuaispitoisuus on suurmpi kuin ohrarhun, jotn ohrarhua joudutaan käyttämään nmmän kuin soijarhua. (Mäkinn ym. 2006, 02.) Prosssissa syntyvällä kuivalla rhujaklla, li ohrarhulla voidaan korvata viljan käyttöä läintn ruokinnassa (MMM 2005, 35). Ohrarhussa on viljaan vrrattuna nmmän kuitua ja vähmmän tärkklystä ja sitä käyttään tyypillissti skä lypsylhmin ttä lihanautojn ruokinnassa. Lihanautojn tapauksssa on tutkimustn mukaan mahdollista korvata ainakin puolt viljarhusta ohrarhulla. (Huuskonn, Lunki & Rantann 2005.) Suomssa käyttään läintn ruokintaan noin tonnia täydnnysvalkuaista vuodssa. Täydnnysvalkuaisomavaraisuus on noin 5 prosnttia, jotn kasvupotntiaalia kotimaisll valkuaistuotannoll on olmassa. (Kauppa ja tollisuusministriö 2006, 8 82.) Jos Suomssa tuotttaisiin EU:n komission sittämä 5,75 prosntin osuus biopolttoainista kotimaisilla raaka ainilla (simrkiksi rypsi, ohra, sokrijuurikas), niin tässä tuotannossa sivutuottna saatava valkuaisrhu nostaisi Suomn valkuaisrhuomavaraisuutta yli 50 prosntin. Tällaisn kokoluokan valkuaisrhutuotantoon sisältyy kuitnkin monnlaisia onglmia, joidn ratkaismisksi tarvitaan usan vuodn kstäviä tutkimus ja khitystoimia. Maa ja mtsätalousministriön pllonkäytön työryhmän mukaan valkuaisrhuomavaraisuudn kasvattaminn on kuitnkin suotavaa. (MMM 2005, ) Jos tanolin tuotantoprosssissa syntyy rankkia jalostttua rhua nmmän kuin Suomssa on mahdollista käyttää, on rankilla myös muita hyötykäyttötapoja. Siitä voidaan 20

23 mahdollissti valmistaa sospolttoaintta, jota voitaisiin käyttää simrkiksi kivihiiltä polttavassa voimalaitoksssa ja sitn rankki distäisi kivihiiltä käyttävin voimalaitostn uusiutuvin nrgianlähtidn käyttöä. (Edwards ym. 2006b, 37). Ohratanolin tuotantoprosssin massavirrat Jotta tanolin dllä kuvatusta tuotantoprosssista olisi mahdollista saada slkä kuva, on vilä kskityttävä prosssiin käytttävin raaka ainidn ja saatavin lopputuottidn ja sivutuottidn määriin. Suraavaksi tarkastln sitä, mitä yhdll tonnill ohraa tapahtuu, kun siitä valmisttaan liiknnpolttoainna käytttävää tanolia. Mäkinn ym. (2006, 86 87) lasklmin mukaan yhdstä tonnista ohraa syntyy noin 260 kg tanolia, 250 kg hiilidioksidia ja 430 kg rhua. Altian Kosknkorvan thtaan tanoliprosssin laajnnushankkn ympäristövaikutustn arviointimnttlyn yhtydssä laskttiin, ttä yhdstä tonnista ohraa saadaan noin 260 kg tanolia, 260 kg hiilidioksidia ja 370 kg rhua kuiva ainna (Pöyry 2006a, 30). Luvut vastaavat toisiaan hyvin tarkasti, ainoastaan rhun tuotannossa on slvä ro. Kysinn ro johtuu kuivaainn määrästä rhussa. Altian ympäristövaikutustn arviointislostuksssa rhun määrä on arvioitu kuiva ainna kun taas Mäkinn ym. (2006) ovat käyttänt tuottun rhun kokonaismäärää, joka sitn sisältää vain tityn prosnttiosuudn kuiva aintta. Kauppa ja tollisuusministriö (2006, 62 63) on taas arvioinut, ttä torttissti yhdstä tonnista ohraa saadaan noin 309 kg tanolia ja noin 340 kg rhua. Tässä arviossa tanolin saanto on noin 35 prosnttia suurmpi kuin kahdssa dllisssä arviossa. Kauppa ja tollisuusministriön (2006) mitinnöstä i tarkmmin slviä, kuinka arvot on laskttu, jotn simrkiksi Altian Kosknkorvan thtaan ympäristövaikutustn arviointislostuksssa laskttu tanolin saanto vaikuttaa käytännössä prustllummalta, koska voidaan olttaa, ttä markkinoilla toimivan Altian olisi järkvintä tuottaa ohrasta taloudllissti optimaalinn määrä tanolia. Tätn voidaan myös olttaa, ttä Altian kannattaa kuvata tanolin tuotantoprosssi sitn, ttä tanolin saanto on parhaalla käytttävissä olvalla tkniikalla taloudllissti optimaalinn. Tämän lisäksi skä Mäkisn ym. (2006) raportin ttä Altian ympäristövaikutustn arviointislostuksn (Pöyry 2006a) voidaan olttaa prustuvan käytännön kokmuksn ja titoihin kun taas Kauppa ja tollisuusministriön (2006) mitinnössä tanolin saantoa on saatttu arvioida yläkanttiin torttislta pohjalta. 2

24 Tätn 260 kg tanolin saanto tonnista ohraa vaikuttaa prustllummalta kuin 309 kg saanto. Luvussa 4 sitltävä tanolin paramtrinn tuotantofunktio on kalibroitu vastaamaan noin 260 kg:n tanolin saantoa tonnista ohraa. Ohratanolin tuotantoprosssin nrgiantarv Etanolin tuotanto on suhtllisn nrgiaintnsiivistä tkniikkaa, jotn prosssiin tarvittava nrgiamäärä on syytä slvittää, jotta ohratanolin koko tuotantoktjun nrgiatastta voidaan tarkastlla. Enrgiantuotantomuodolla on myös vaikutuksia tanolin tuotannon ilmapäästöihin. Jos tarkastllaan koko tanolin tuotanto ja jakluktjua, niin Mäkisn ym. (2006, 88) mukaan its tanolin tuotanto kuluttaa suurimman määrän nrgiaa koko prosssissa. Toinn mrkittävä nrgiankuluttaja on polttoainn varastointi ja jaklu. Mäkinn ym. (2006, 86 87) arvioivat, ttä laitoksn, joka tuottaa kuutiomtriä (noin tonnia) tanolia vuodssa, sähköntarv olisi MWh / a ja höyryn tarv GJ / a. Tähän sisältyy myös rhun kuivauksn kuluva nrgia. Höyry on oltttu tuotttavan maakaasusta 88 prosntin hyötysuhtlla. (Mäkinn ym. 2006, ) Näillä arvoilla on mahdollista laska, ttä yhdn tanolitonnin tuottamisn tarvitaan nrgiaa kysisissä olosuhtissa noin 2, GJ. 4 Höyryä tanolithtaassa tarvitaan tanolin tislauksn ja rhun kuivauksn (Pöyry 2006a, 33). Mäkisn ym. (2006, 86 87) oltus maakaasun käytöstä tanolin tuotannossa i ol kuitnkaan ralistinn. Maakaasuvrkko ulottuu Suomssa pohjoisimmillaan vain Tamprn sudull, jotn simrkiksi Altian suunnittlma polttoain tanolithdas, joka sijaits Ilmajolla, i voi käyttää maakaasua polttoainna. Käytännössä Altia olisi joutunut tuottamaan nrgian joko turpsta tai raskaasta polttoöljystä, tulvaisuudssa mahdollissti biomassasta (Pöyry 2006a). Ohratanolin valmistuksn sivutuottt Etanolin tuotannosta ja käytöstä liiknnpolttoainna aihutuu massavirtoja, joita suraavaksi tarkastln lyhysti. Tämän tarkastlun tarkoituksna on rottaa ohratanolin koko tuotantoktjusta n tkijät, jotka on sisällytttävä taloudllisn 4 Etanolin tuotanto on simrkin mukaan tonnia vuodssa ja kysisn tanolimäärän tuottamisn tarvitaan nrgiaa yhtnsä GJ/a. (Sähkön tarv MWh/a = GJ/a ja höyryn tarv GJ/a). Yhdn tanolitonnin tuotantoon tarvittava nrgiamäärä on sitn noin 2, GJ. ( GJ / t) 22

25 malliin, joka sitllään luvussa 3. Tämän luvun alussa sitltiin kaaviomuodossa ohratanolin valmistusprosssi ja siihn vaikuttavat komponntit. Pääprosssi on ohran valmistus tanoliksi, mutta myös sivutuottidn osuus on huomattava. Etanolin tuotannon taloudllisn kannattavuudn kannalta onkin mrkittävää, kuinka näitä sivutuottita käyttään hyväksi. Tärkin sivutuot, kutn on jo aikaismmin todttu, on läintn rhu, jota valmisttaan rankista. Kuitu ja valkuaispitoist rhujakt korvaavat viljarhua ja ulkomailta tuotua soijarhua ja sitn rankin avulla on mahdollista nostaa Suomn valkuaisrhuomavaraisuutta huomattavasti (MMM 2006a, 36). Toinn sivutuot on jyvin kuort, joista on tulvaisuudssa mahdollista valmistaa lignoslluloosapohjaista tanolia, mutta tämä prosssi on vasta kokiluastlla ja sn kaupallisssa käyttöönotossa mn vilä vuosia (Intrnational Enrgy Agncy 2004, 37 38). Jyvin kuort voidaan myös polttaa nrgiantuotannon sospolttoainna tai sittn n voivat kulka prosssin läpi osaksi valmistttavaa rhua (Mäkinn ym. 2006, 85). Kolmas tanolin tuotantoprosssin mrkittävä sivutuot on hiilidioksidi. Kutn aimmin todttiin, hiilidioksidia muodostuu prosssissa suunnilln yhtä paljon kuin tanolia. Hiilidioksidi voidaan päästää suoraan ilmakhään tai sittn s voidaan ottaa taltn ja puhdistaa myyntiin (Mäkinn ym. 2006, 86). Altia Oyj:n Kosknkorvan thtaan ympäristövaikutustn arviointislostuksssa on arvioitu, ttä vuosittain thtaalla muodostuvaksi arvioidusta hiilidioksiditonnista on mahdollista ottaa taltn tonnia ja myydä tämä määrä tnpäin (Pöyry 2006a, 65). Varsinaista taloudllista kannustinta tanolithtailla i hiilidioksidin taltn ottamisksi ol, sillä tanolin tuotantoprosssissa syntyvä hiilidioksidi i kuulu päästökaupan piiriin ja sitn päästämisstä ilmakhään i aihudu kustannuksia tanolin tuottajall (Enrgiamarkkinavirasto 2002). 5 5 Katso myös simrkiksi: Enrgiamarkkinavirasto. Päätös Dnro 594/3/2004. Päästökauppalain (683/2004) 2 luvun 7 :n mukainn kasvihuonkaasujn päästölupa. Saatavilla osoittssa: < 23

26 Kuvan 2. (sivu 7) prosssikaavion prustlla tärkimmät taloudllisssa mallissa huomioon otttavat tanolin tuotantoprosssin sivutuottt ovat rankki, josta voidaan valmistaa läintn rhua ja hiilidioksidi, jota voidaan käyttää simrkiksi kasvihuonidn hiilidioksidilannoituksn, juomin hiilihapotuksn tai palonsammutuksn (Aga Oy 2007). Jyvin kuorin määrä i ol niin mrkittävä, ttä sn huomioiminn mallissa olisi tarpllista. Ainoastaan silloin kun ohran puinnissa syntynitä olkia krätään pllolta ja hyödynntään, on jyvin kuortn hyötykäyttö olkin käytön yhtydssä mahdollista. Maa ja mtsätalousministriön tttämän slvityksn mukaan rajoittavaksi tkijäksi kotimaisssa ohratanolin tuotannossa i loppujn lopuksi muodostu tanolin kotimainn kysyntä, vaan lähinnä valkuaisrhun kysyntä ja lopputuottidn hintakilpailukyky ulkomaistn raaka ainidn kanssa (MMM 2006a, 36). Sitn torttisssa mallissa tullaan huomioimaan ainoastaan rhun tuotanto. Ohratanolia valmistavan thtaan on mahdollista päästää hiilidioksidi takaisin ilmaan, jolloin siitä i aihudu thtaall kustannusrää. Tästä syystä hiilidioksidin taltnottoa i tässä tutkilmassa huomioida. 2.3 Ohratanoli liiknnpolttoainna Kun ohrasta on jalostttu tanolia dllä kuvatulla tavalla, täytyy vilä päättää, kuinka sitä käyttään liiknnpolttoainna. Suraavassa tarkastln lyhysti liiknnpolttoainita koskvaa lainsäädäntöä joka ohjaa sitä, kuinka polttoainsiin voidaan skoittaa biokomponnttja, kutn tanolia. Tämän jälkn tarkastln tanolin sostamista liiknnpolttoainidn kanssa ja kunkin sostamistavan hyötyjä ja haittoja. Tarkoituksna on slvittää tämän tutkilman kannalta tärkimmät mahdollisuudt tanolin käyttöön liiknnpolttoainna. Euroopan Unionissa liiknnpolttoainidn laatua säädllään liiknnpolttoaindirktiivillä 6 ja sn täydnnysdirktiivillä. 7 Suomn lainsäädäntöön nämä dirktiivit ovat siirrtty valtionuvoston astukslla (27/2000) 6 Euroopan parlamntin ja nuvoston dirktiivi 98/70/EY, annttu 3 päivänä lokakuuta 998, bnsiinin ja dislpolttoainidn laadusta ja nuvoston dirktiivin 93/2/ETY muuttamissta. Euroopan unionin virallinn lhti L Euroopan parlamntin ja nuvoston dirktiivi 2003/7/EY, annttu 3 päivänä maaliskuuta 2003, bnsiinin ja dislpolttoainidn laadusta anntun dirktiivin 98/70/EY muuttamissta. Euroopan unionin virallinn lhti L 76/