elinkaarianalyysi Antti Kilpeläinen ENERWOODS-hankkeen teemapäivä Tehokas ja kestävä metsäenergian tuotanto nyt ja tulevaisuudessa 4.9.

Transkriptio

1 Metsähakkeen tuotannon t elinkaarianalyysi Antti Kilpeläinen ENERWOODS-hankkeen teemapäivä Tehokas ja kestävä metsäenergian tuotanto nyt ja tulevaisuudessa , Joensuu

2 Metsäbioenergia; i tavoitteet t ja potentiaali ti Suomessa : Päästöt-Uusiutuvat energiat-energiatehokkuus- Nestemäiset polttoaineet, vuonna 2020 Uusiutuvan energian käytön 38% lisäystavoite vuoteen 2020 mennessä lisää metsäbioenergian käyttöä. Tki Tekninen potentiaali ti li( (metsähake) tähk) ~15 milj. m 3 a -1 Nykykäyttö ~3-6 mill. m 3 a -1 Metsien kasvu ~100 milj. m 3 a -1 Ainespuuhakkuut ~60 milj. m 3 a -1 Source: Wood Energy Technology Programme, Finland 2

3 Metsäbioenergian elinkaaritarkastelu, tarpeet Metsäbioenergian vertailu muihin energialähteisiin (kgco 2 /MWh) Metsäbioenergian/metsien rooli energian tuotannossa, fossiilisten polttoaineiden korvaajana a ja ilmastonmuutoksen se hillinnässä => Tarkasteluissa tarvitaan ekosysteemin dynamiikan huomioimista. Pelkän metsäbioenergiapotentiaalin tunteminen ei mahdollista nettoilmastovaikutuksien laskentaa. Muutokset t metsänhoidossa, ympäristötekijöissä ä ja maankäytössä ä vaikuttavat vuotuiseen tuotokseen ja hiilen virtoihin ja näiden vaikutukset ovat näkyvissä pidemmällä aikavälillä (kiertoaika tai esim. v. 2020/2050). Elinkaarimenetelmät ja -mallinnus mahdollistavat tällaiset tarkastelut koko metsätuotannon ajalta.

4 Hiilen kierto metsäekosysteemissä METSÄ: Sidonta (kasvu) Hajotus (maaperä) + TEKNOSYSTEEMI: Hiilen varastot ja niiden käyttö Metsänhoidon päästöt (mm. korjuu ja kuljetus) Kilpeläinen et al. 2011

5 Elinkaarityökalu Ekosysteemimalli Kasvu (m 3 ha 1 yr 1 ) (Sima) Puuaine (m 3 ha 1 yr 1 ) Elinkaarimalli (LCA) Energiapuu (Mgha 1 ) Hiili ja Energiatase Hiili (Mgha 1 ) Ekosysteemimalli + Päästölaskentatyökalu + Metsäenergia mukana metsän kasvun ja kehityksen simuloinneissa E n e r g y i n p u t Working paths + Nursery production Site preparation Planting Thinnings/ Harvesting operations Short distance transportation Long distance transportation C a r b o n e m i s s i o n Työkalu mahdollistaa nettohiilitase-laskelmat metsätuotannolle kehdosta hautaan Timber in pulp and saw mill Chipping Energy wood in power plant Erilaiset skenaariotarkastelut: -Metsänkäsittely -Istutustiheys -Muuttuvat ilmasto-olosuhteet -Lannoitus Energy and carbon balance

6 Elinkaarityökalu Tuloksena hiilen vuotuinen nettotase: Kasvu, hajoaminen, korjuun ja kuljetuksen k päästöt, puutuotteiden hajoaminen, biomassan polton päästöt CO rrat, gco 2m 2 a -1 2 vir 2 6

7 Päästöjen allokointi metsähakkeelle C man C decomp C seq Nettovaihdosta (C net ) laskettu päästö allokoidaan kiertoaikana ik tuotettua t tt bioenergiaa kohti. Nettovaihdon allokointi bioenergialle tehty biomassaperusteisesti. Päästöt eri tuotanto- ja käyttöketjuille (kgco 2 /MWh). O 2 MWh 1 kgco C net 7

8 Esim. Korjuun ja kuljetuksen päästöt (a) Norway spruce: Oxalis-Myrtillus type CO 2 kg/ MW Wh 2000 ISD 3000 ISD 4000 ISD 10 M0 (0%) M1 (+10%) 9 M2 (+20%) M3 (+30%) M4 (-10%) M5 (-20%) 8 M6 (-30%) 10 (b) Norway spruce: Myrtillus type Energy wood (Mg/ha)

9 Esim. Metsäenergian päästöt Em mission kg CO MWh OMT Norway spruce MT Norway spruce Stem wood production, m 3 ha -1 mission kg CO MWh -1 2 E MT Scots pine VT Scots pine Stem wood production, m 3 ha -1 Routa et al Basic 2 Basic, fertilized 2x150kg N 3 Basic, fertilized 3x150kg N 4 Integrated, with dense pre commercial stand 5 Integrated, with dense pre commercial stand fertilized 2x150kg N 6 Integrated, with dense pre commercial stand fertilized 3x150kg N 7 Integrated, with very dense pre commercial stand 8 Integrated, with very dense pre commercial stand fertilized 2x150kg N 9 Integrated, with very dense pre commercial stand fertilized 3x150kg N 10 Integrated, with extremely dense pre commercial stand 11 Integrated, with extremely dense pre commercial stand fertilized 2x150kg N 12 Integrated, with extremely dense pre commercial stand fertilized 3x150kg N 9

10 Bioenergian päästöt (tuotetaan vs. ei tuoteta) Kilpeläinen et al C net (bioenergia) C net (ei bioenergia)

11 Metsähakkeen elinkaaritarkastelu, ilmastovaikutukset ik t k t Nettohiilitase laskettuna Suomen yli. Bioenergiaa (metsähake) tuotetaan tai ei tuoteta ja tarkastellaan näiden nettovaihtojen erotusta. Olemassa oleva biomassapotentiaali ja metsien rakenne vaikuttaa laskentatulokseen. Aikadynamiikka on tärkeää huomioida. BP t äbi i t t t j kä ttö BP=metsäbioenergian tuotanto ja käyttö TP=ainespuun tuotanto Kilpeläinen et al. 2011

12 Metsäbioenergia vs. kivihiili Nettovaihto muunnettu kumulatiiviseksi säteilypakotteeksi tt k i, W/m 2 Energiayksikköä kohti, PJ (metsähake) Koko Suomen yli Substituutiovaikutuksia ei ole huomioitu it Kilpeläinen et al. 2012

13 Metsätuotannon elinkaaritarkastelut tulosten hyödynnettävyys Metsänhoidon ja metsäbiomassan tuotannon tehostaminen (huomioiden mm. kustannustehokkuus, ympäristövaikutukset, hiilidioksidipäästöt ja ilmastovaikutukset) Menetelmien kehitys metsäbiomassan tuotannon ja sen energiakäytön ilmastovaikutuksien ik t k i arvioimiseksi i i i Metsätuotanto ja ilmastonmuutoksen hillintä alueellisiin biomassavaroihin perustuen

14 Lopuksi Metsäenergian käytöllä voidaan vähentää CO 2 päästöjä tuotettua energiaa kohti verrattuna fossiilisiin polttoaineisiin. Ekosysteemimallinnuksen ja elinkaarimenetelmien yhdistäminen mahdollistaa erilaisten metsäbiomassan tuotanto- ja käyttöketjujen hiilitasetarkastelut koko elinkaaren ajalta. Elinkaariarviointi mahdollistaa metsäbioenergian vertailun muihin energialähteisiin. Kokonaisvaltaiset tarkastelut mahdollistavat myös metsille asetettujen muiden tavoitteiden, ainespuun tuottamisen, ilmastonmuutoksen hillinnän jne. määrittelemisen.