Liikenteen aiheuttamia paikallisia vaikutuksia ovat terveyshaitat (sydän- ja keuhkosairaudet), materiaalivauriot

Transkriptio

1 Pauliina Uusi-Penttilä, projektipäällikkö Jyväskylän Teknologiakeskus Oy Biokaasu liikennepolttoaineena Biokaasua on käytetty liikennepolttoaineena vuosia eri kaupungeissa ympäri Eurooppaa. Tekninen puoli biokaasun hyödyntämiselle on olemassa ja käytännössä testattu. Kehitystyö jatkuu lähinnä laitteiden taloudellisen kilpailukyvyn parantamisen parissa. Polttoaineen palaessa puhtaasti syntyy hiilidioksidia (CO2) ja vettä (H2O). Auton moottorissa palaminen ei kuitenkaan ole täydellistä, vaan pakokaasuissa on myös joukko muita yhdisteitä kuten typen oksideja (NOx), hiilimonoksidia (CO), palamattomia hiilivetyjä (HC), metaania (CH4), typpioksiduulia (N2O), rikkidioksidia (SO2) ja hiukkasia. Liikenteen päästöillä on sekä paikallisia että maailmanlaajuisia vaikutuksia. Maailmanlaajuisista vaikutuksista ilmastonmuutoksen voimistuminen on yksi vakavimmista maapalloa uhkaavista ympäristöongelmista. Liikenne on Suomessakin energiantuotannon jälkeen suurin kasvihuonekaasujen päästäjä. Alueellisina vaikutuksina ja kaukokulkeutumisen seurauksena tieliikenteen rikkidioksidi ja typenoksidit aiheuttavat happamia sateita sekä ravinnekuormia. Orgaanisten kaasujen ja typenoksidien reaktiotuotteina syntyy alailmakehän otsonia. Liikenteen aiheuttamia paikallisia vaikutuksia ovat terveyshaitat (sydän- ja keuhkosairaudet), materiaalivauriot ja likaantuminen sekä erilaiset melun ja tärinän aiheuttamat haitat. Tieliikenteen aiheuttamat epäpuhtaudet ovat erityisen haitallisia siksi, että ne syntyvät ihmisten hengitysilman korkeudella. Esimerkiksi Jyväskylän väkiluku kasvoi vuonna 2003 Tilastokeskuksen arvion mukaan 1,8 % eli asukkaalla. Kasvava väkiluku tuo mukanaan myös kasvavat liikennemäärät ja kasvavat liikenteen päästöt. Jyväskylässä liikenteen päästöistä suurin osa kohdistuu kaupunkialueelle. Pääkatujen osuus kaikista liikenteen päästöistä on noin 50 %. Kasvaviin liikennemääriin varautuminen hyvissä ajoin on tärkeää, jotta kaupunki-ilman laatu saadaan pysymään hyvänä. Puhtaalla ilmalla on suuri merkitys kaupunkilaisten hyvinvoinnille ja viihtyvyydelle ja sen myötä alueen vetovoimalle. Biokaasuautojen päästöt Kevyenliikenteen ja joukkoliikenteen lisääminen sekä raideliikenteen suosiminen matkustuksessa ja kuljetuksissa vähentävät liikenteen päästöjä. Myös hyvällä väyläsuunnittelulla voidaan vähentää liikennetarvetta. Koska kaikkea liikennettä ei voida hoitaa edellä mainituilla tavoilla on vähäpäästöisten kulkuvälineiden kehittäminen ja tukeminen tärkeä osa liikenteen päästöjen vähentämistä. Tekniset keinot vähäpäästöisille kulkuneuvoille ovat jo olemassa. Bensiinin sijasta voidaan suosia vaihtoehtoisia polttoaineita, kuten maa- ja biokaasua sekä erilaisia biopohjaisia polttonesteitä. Biokaasu on eräs varteenotettava autojen polttoaine. Se on uusiutuva luonnonvara ja siten ilmastonmuutoksen kannalta neutraali polttoaine. Taulukkoon 1 on esitetty biokaasua käyttävien bussien ja henkilöautojen päästövähenemät ajoneuvokilometriä kohden verrattuna diesel-busseihin (EURO 46 TEKNIIKKA ja KUNTA 3/2005

2 4) sekä diesel- ja bensiiniautoihin kaupunkiliikenteessä. Tavoiteohjelmat ja verotus Euroopan Unionin laajuisesti tieliikenteen päästöjä on pyritty vähentämään erilaisilla suosituksilla ja strategialinjauksilla. Kaksi merkittävintä biopolttoaineisiin vaikuttaa direktiiviä ovat liikenteen biopolttoainedirektiivi (2003/30/EY) ja polttoaineverodirektiivi (2003/96/EY). Biopolttoainedirektiivin tavoitteiden mukaan jäsenvaltioiden liikenteen energiankulutuksesta tulisi tuottaa biopolttoaineilla 2 % vuonna 2005 ja 5,75 % vuonna Tavoitteet eivät ole sitovia, mutta komission antama mandaatti edellyttää kuitenkin voimakkaampia toimia niiltä mailta, jotka jäävät selvästi tavoitteista. Polttoaineverodirektiivi antaa minimitason, jolla liikenteen polttoaineita tulee verottaa. Toisin kuin fossiilisia polttoaineita, biopolttoaineita ei direktiivin mukaan tarvitse verottaa. Suomessa biopolttoaineiden liikennekäyttöä hankaloittaa tällä hetkellä polttoainemaksu (laki polttoainemaksusta 1280/2003), jota kannetaan moottoribensiiniä tai dieselöljyä lievemmin verotettua polttoainetta käyttävästä ajoneuvosta. Polttoainemaksu on henkilöautolta 330 päivältä, eli noin vuodessa. Lakia muutettiin vuoden 2004 alusta, jolloin biokaasuautot vapautettiin polttoainemaksusta. Lakitekstiin jäi kuitenkin pykälä, jonka mukaan biokaasuauton tulee noudattaa aina seuraavaa voimaantulevaa päästöluokkaa vapautuakseen polttoainemaksusta. Vuonna 2005 voimaan astui EURO4 -päästönormi ja lain mukaan biokaasuauton tulee tästä eteenpäin täyttää EURO5 -normin vaatimukset, jotka astuvat muilla voimaan vuonna Lain ongelmakohdat on jo huomioitu päättäjätasolla ja on todennäköistä, että muutoksia polttoainemaksuun on tulossa. Suomen kannalta tietysti olisi toivottavaa, että muutokset saataisiin aikaan ennen kuin EU puuttuu liikenteen biopolttoaineiden asemaan Suomessa. Biokaasun tuotanto, lähteet ja potentiaali Vuoden 2003 lopussa Suomessa kerättiin biokaasua 27 kaatopaikalta. Biokaasureaktorilaitoksia oli 15 kaupungin jätevedenpuhdistamolla ja kuudella maatilalla. Teollisuuden jätevesiä käsiteltiin anaerobisesti Taulukko 1. Biokaasumetaania käyttävien bussien ja henkilöautojen päästövähenemät verrattuna diesel-busseihin (EURO4) sekä diesel- ja bensiiniautoihin kaupunkiliikenteessä. kolmella laitoksella. Maailman ensimmäinen kiinteiden yhdyskuntajätteiden biojätettä ja mekaanisesti kuivattua yhdyskuntalietettä mädättävä Stormossenin biokaasulaitos aloitti toimintansa Vaasassa jo vuonna Suomessa tuotettiin vuonna 2003 noin 11 % enemmän biokaasua kuin vuotta aikaisemmin. Kasvuun vaikutti tuolloin pääasiassa kaatopaikkakaasujen keräilyjärjestelmien yleistyminen. Kiinnostus biokaasulaitoksia kohtaan ja kaasun hyödyntämiseen on kasvamassa mm. biokaasun liikennepolttoainepotentiaalin vuoksi. Vehmaalla, Halsualla ja Laihialla on otettu uudet biokaasulaitokset käyttöön vuosina Laitokset sijaitsevat Vehmaalla, Halsualla ja Laihialla. Lisäksi Seinäjoella Lakeuden Etappi on tehnyt investointipäätöksen biokaasulaitoksen rakentamisesta. Muita päätösvaiheessa olevia laitoksia on mm. Kaustisilla ja Huittisissa. Muutamat kaupungit ovat selvittäneet biokaasun käyttöä liikenteen polttoaineena. Biokaasumarkkinat ovat kasvamassa sekä kotimaassa että ulkomailla. Biokaasulaitoksia suunnittelevia yrityksiä on Suomessa useita (mm. Watrec, Metener, Citec, MK Protech, Envipro ky ja YIT). Laitossuunnitteluosaamista löytyy kaikista kokoluokista pienistä maatilojen laitoksista suuriin keskitettyihin laitoksiin. Suomalaisella biokaasuosaamisella on mahdollisuuksia kotimaan markkinoiden lisäksi myös ulkomailla. Suomalaisyritykset ovat vieneet alan osaamista jo 10 vuoden ajan. Euroopan osalta suurimmat markkinat näyttäisivät olevan Benelux-maissa, Ranskassa, Espanjassa, Italiassa, Turkissa ja Itä-Euroopan maissa. Maailmanlaajuisesti suurimmat markkinat ovat Kiina, Japani, Intia ja Yhdysvallat. Suomessa biokaasua tuotetaan nykyisellään noin 580 GWh eli 2,1 PJ vuodessa. Biokaasulla tuotettiin vuonna 2003 lämpöä 360 GWh, Kuva 2. Suomessa vuosina tuotettu biokaasu ja sen hyödyntäminen Kaatopaikkapumppaamot milj.m 3 Kuva 3. Kaasun tuotanto laitostyypeittäin vuonna 2003 sähköä 62 GWh ja mekaanista energiaa 10 GWh. Lisäksi pieni osa biokaasusta (0,02 GWh) käytettiin liikennepolttoaineena. Biokaasua jäi hyödyntämättä noin 150 GWh eli 26 % Biokaasua voidaan valmistaa orgaanisesta jätteestä ja peltobiomassoista biokaasulaitoksissa. Biokaasuenergian teoreettinen maksimipotentiaali Suomessa on noin TWh. Potentiaali syntyy yhdyskuntajätteen biohajoavasta Yhdyskuntien jätevesipuhdistamot; milj.m 3 Teollisuuden jätevesipuhdistamot; milj.m 3 Muut biokaasulaitokset; milj.m 3 osuudesta, elintarviketeollisuuden jätteistä, jätevedenpuhdistamoiden lietteestä, kaatopaikkakaasusta ja maatalous puolella eläinten lannasta ja oljista. Lisäksi biokaasua voidaan tuottaa erikseen tarkoitusta varten kasvatetusta peltobiomassasta. Realistisesti seuraavan 10 vuoden aikana voitaisiin biokaasutuotantoa nostaa noin nelinkertaiseksi nykytuotantoon nähden. Suurimmat potentiaalit ovat maatalouspuolella. TEKNIIKKA ja KUNTA 3/

3 Jätelaji Energia (TWh) Energia (PJ) Yhdyskuntajäte 0,1 0,2 0,4 0,6 Elintarviketeollisuus 0,04 0,064 0,2 Jätevedenpuhdistamoiden liete (+25 %) 0,2 0,6 Lanta ja olki 0,2 0,7 0,5 2,4 Peltobiomassat ( ha) 1,1 3,8 Kaatopaikkakaasu 0,7 2,4 Yhteensä 2,3 3,0 7,9 10,0 Taulukko 2. Arvioitu biokaasun tuotantomahdollisuus vuoteen 2015 Kuva 3. Biokaasun puhdistusketju ajoneuvopolttoaineeksi Biokaasun puhdistus Mädätysreaktorissa syntyvä biokaasu sisältää % metaania, % hiilidioksidia ja lisäksi pieniä määriä muita epäpuhtauksia kuten rikkivetyjä. Kaatopaikalta saatava biokaasu on koostumukseltaan hieman heikompaa polttoainekäytössä. Kaatopaikkakaasu sisältää % metaania ja % hiilidioksidia. Kaatopaikkakaasussa on lisäksi jonkin verran enemmän epäpuhtauksia kuin mädättämökaasussa. Jotta biokaasusta saadaan liikennepolttoainetta, tulee se jalostaa maakaasua vastaavaksi polttoaineeksi. Tämä tarkoittaa sitä, että kaasusta poistetaan kosteus, rikkivety ja hiilidioksidi. Puhdistetun kaasun metaanipitoisuudeksi saadaan yli 96 %. Käytännössä puhdistettu biokaasu on samanlainen polttoaine kuin maakaasu, molemmat ovat metaania. Erona on se, että maakaasu on fossiilinen polttoaine, kun taas biokaasusta erotettu metaani on biopolttoaine. Biokaasun puhdistukseen on olemassa useita kaupallisesti saatavilla olevia menetelmiä. Yleisimmin käytössä olevat tekniikat ovat PSA tekniikka ja vesipesurit. Stockholm Vattenilla Ruotsissa on kokemusta sekä PSA laitteistosta että vesipesurista. Puhdistustulokset ja laitteistojen toimivuus on heidän kokemustensa mukaan ollut yhtä hyvä. Kuvassa 3 on esitetty biokaasun puhdistuskaavio. Kuva 4 a) Vesipesuri, Henriksdal, Tukholma. b) PSA tekniikkaan perustuva laitteisto, Bromma, Tukholma. 48 TEKNIIKKA ja KUNTA 3/2005

4 Biokaasun siirto- ja varastointi Biokaasulle soveltuvat samat siirto- ja varastointitekniikat kuin maakaasulle. Myös siirtoon ja varastointiin liittyvät vaatimukset tekniikan ja turvallisuuden suhteen ovat samat. Kaasun siirto tankkausasemalle voidaan toteuttaa putkisiirtona tai säiliöautolla. Putkisiirrossa käytetään tyypillisesti matalaa noin 4 barin painetta. Siirtoputken rakennuskustannukset riippuvat mm. maastosta, johon se rakennetaan. Ennen siirtoa kaasu on kuivattava hyvin, jottei kaasun sisältämä kosteus pääse tiivistymään putken seinämiin ja jäätymään talvella. Ruotsissa on kaasun siirtoon käytetty myös säiliöautoja. Säiliöauto on käytännössä rekan perävaunu, jossa on 30 korkeapainetankkia. Yhteen perävaunuun mahtuu koko bussikannan päivän polttoainetarve. Etuna rekkasiirrossa on myös se, ettei rekan ja tankkausaseman välillä ole juurikaan painehäviöitä. Kaasun vaatima tilavuus riippuu lämpötilasta ja paineesta siten, että tilavuutta voidaan pienentää painetta nostamalla tai lämpötilaa laskemalla. Tilavuuden pienentäminen vaatii energiaa ja näin ollen kaasun varastointi vaatii osan biokaasun sisältämästä energiasta. Kaasuvarastona voi toimia kaasukello, PVC-säkki, muovikalvo tai paineistettu metallisäiliö Tankkauspisteet Kaasuajoneuvon tankkaus tapahtuu paineistetun liitännän avulla. Tankkaukseen on olemassa kaksi erilaista menetelmää. Yksinkertaisempi ja hitaampi tapa perustuu kompressorijärjestelyyn, joka siirtää kaasua matalapaineisesta kaasuverkosta suoraan auton säiliöön. Tällä menetelmällä tankkaus kestää vähintään kuusi tuntia ja on yleensä käytössä bussivarikoilla. Nopeammalla, paine-eroon perustuvalla tankkaustavalla, ajoneuvon tankkaus kestää 3-6 minuuttia. Paine-ero kaasuvaraston ja tankin välille saadaan muodostettua joko kompressorilla tai suurehkolla kaasuvarastolla, jonka paine on suurempi kuin ajoneuvosäiliöiden täyttöpaine. Kuva 5. Biokaasun siirtoon käytettävä rekan perävaunu, Henriksdal, Tukholma. (kuva Saija Kinnunen) Kuva 6. Shellin biokaasun ja etanolin tankkauspiste Tukholman keskustassa. Biokaasun tankkaussuutin. TEKNIIKKA ja KUNTA 3/

5 Kuva 7. Erilaisia kaasulla toimivia ajoneuvoja: a) Stockholm Vattenin kuorma-auto tankkaamassa Henriksdalin puhdistamolla. b) Linköpingin bussivarikko. c) Linköpingin jäteautoja. d) Bi-fuel henkilöauto. Biokaasuautot Kaasuautoja on käytössä runsaasti eri puolilla maailmaa ja useimmilla autonvalmistajilla on mallistossaan kaasua polttoaineenaan käyttäviä ajoneuvoja. Ajoneuvoja löytyy kaikista ajoneuvoluokista. Yleisimmät moottorityypit Euroopassa ovat dedicated eli vain metaanille tarkoitettu ottomoottori ja bi-fuel eli kaksipolttoainejärjestelmällä varustettu ottomoottori. Vain metaanille tarkoitetut moottorit ovat tyypillisiä raskaammissa ajoneuvoissa kuten busseissa, rekoissa ja jäteautoissa. Lähimmät esimerkit tällaisista busseista ovat Helsingin maakaasubussit. Henkilöautokäyttöä varten sarjavalmistetaan nykyään lähes pelkästään kaksipolttoainejärjestelmällä varustettuja bi-fuel autoja. Niissä on tavanomaisen puristussuhteen ottomoottori, jota voidaan käyttää myös metaanilla. Bi-fuel autoissa on kaksi erillistä polttoainetankkia ja erilliset polttoaineen syöttöjärjestelmät. Polttoaineen vaihto tapahtuu automaattisesti, toisen polttoaineen loputtua. Polttoaineen voi myös halutessaan vaihtaa itse ohjauspaneelissa olevasta napista. Kaasuautojen turvallisuus on tehokkaiden testien ansiosta vähintään yhtä hyvä kuin vastaavien bensiini- tai dieselkäyttöisten ajoneuvojen. Tankit ovat rakenteeltaan huomattavasti perinteisiä tankkeja vahvempia ja tankeissa on turvaventtiili, joka automaattisesti sulkee kaasun syötön vuototilanteessa. Metaanikaasu on ilmaa kevyempää ja vapautuessaan tankista se kohoaa välittömästi ylöspäin. Mahdollisesta kaasuvuodosta aiheutuva tulipaloriski on erittäin pieni. Perinteisen bensiinin raskaat höyryt hajaantuvat hitaasti ja siten kipinöillä on huomattavasti enemmän aikaa ja suurempi todennäköisyys sytyttää bensiinihöyry. Saksassa tehdyissä törmäystesteissä tavanomaiset bensiini- ja diesel-tankit syttyivät palamaan herkimmin, metaani seuraavaksi ja vety kaikkein epätodennäköisimmin. Biokaasu maailmalla Euroopan Unionin sekä useiden maiden lainsäädäntö ja säädökset olivat pitkään epäsuotuisat biokaasun käyttöönotolle. Tästä huolimatta muutamat Euroopan maat ja kaupungit käynnistivät biokaasun liikennekäyttöä edistäviä projekteja. Biokaasun liikennekäytön edelläkävijämaita Euroopassa ovat olleet Ruotsi, Ranska, Sveitsi, Islanti ja Italia. Maat ottivat biokaasulla toimivat autokannat (busseja, kuormaautoja ja henkilöautoja) käyttöön 1990-luvulla. Ruotsissa, joka on kaikkein pisimmällä biokaasun liikennekäytössä, on nykyisin noin kaasukäyttöistä henkilöautoa, 225 raskasta 50 TEKNIIKKA ja KUNTA 3/2005

6 ajoneuvoa ja 550 bussia. Määrä kasvaa jatkuvasti. Tankkausasemia Ruotsissa on 65, joista 47 on julkisia ja 18 erilaisten kuljetusyritysten omia asemia. Myydystä kaasusta noin 45 % on biokaasua ja loput 55 % maakaasua. Eniten kaasuautoja Ruotsista löytyy Malmöstä, Göteborgista, Tukholmasta ja Linköpingistä. Linköping on ensimmäinen kunta, jossa koko paikallisbussiliikenne siirtyi biokaasun käyttöön. Nykyisin Linköpingissä on 64 biokaasu bussia ja 470 biokaasulla toimivaa henkilöautoa. Biokaasu tuotetaan yhteismädättämössä elintarviketeollisuuden jätteistä ja ympäröivien maatilojen eläintenlannasta. Mittaustulokset Linköpingissä ovat osoittaneet huomattavan parannuksen ilmanlaadussa biokaasun käyttöönoton jälkeen. Biokaasu Suomessa Suomessa kaasubusseja on Helsingin seudulla noin 80. Helsingin bussit kulkevat maakaasulla. Suomen ensimmäisen biokaasua polttoaineenaan käyttävän henkilöauton omistaa Erkki Kalmari. Kalmari tuottaa biokaasua autolleen maatilallaan Laukaassa. Biokaasu puhdistetaan liikennepolttoainekäyttöön Kalmarin itsensä kehittämällä puhdistuslaitteistolla. Kiinnostus biokaasua kohtaan on kasvamassa voimakkaasti eripuolilla Suomea. Jätteenkäsittelyn yhteydessä saatava arvokas polttoaine voi parantaa käsittelyn kannattavuutta huomattavasti. Biokaasun hyödyntäminen on aina optimoitava tapauskohtaisesti. Alueelliset olot ja energiantarpeet vaikuttavat suuresti siihen, miten kaasusta saadaan paras hyöty. Sähkön- ja lämmöntuotantoa tukevat alhaisemmat investointikustannukset, sillä kaasua ei tarvitse puhdistaa ennen käyttöä. Toisaalta ongelmakohtia ovat Suomen alhaiset sähkön- ja lämmön hinnat sekä kesäajan vähäinen lämmöntarve. Biokaasua syntyy melko tasaisesti ympäri vuoden ja siten kesäaikana voidaan kaasua joutua polttamaan soihdussa. Liikennepolttoainekäyttö on melko tasaista ympärivuoden ja lisäksi myytävästä polttoaineesta saadaan huomattavasti parempi hinta kuin sähkön- ja lämmöntuotannossa. Liikennekäytön ongelmana ovat kaasun puhdistuslaitteiston kalliit investointikustannukset. Myös tankkausinfrastruktuurin rakentaminen vaatii melkoisesti työtä. Jyväskylän seudulla tehtiin vuoden 2004 alussa esiselvitys biokaasun liikennekäyttömahdollisuudesta. Esiselvityksessä pyrittiin tarkastelemaan biokaasun tuotanto- ja käyttöpotentiaaleja alueella. Melko helposti saavutettavaksi biokaasupotentiaaliksi saatiin noin 45,2 GWh eli henkilöauton tai 150 bussin vuosikulutusta vastaava kaasumäärä. Pelkällä jätevedenpuhdistamon tuottamalla biokaasulla voitaisiin Jyväskylän liikenteen fossiilisista polttoaineista korvata 3,0 %. Luku kasvaa huomattavasti, jos otetaan mukaan myös muu potentiaalinen biokaasuntuotanto. Esiselvitys osoitti, että biokaasu on hyvä vaihtoehto liikenteen fossiilisille polttoaineille. Aiheen ympärille ollaankin nyt valmistelemassa jatkotoimenpiteitä yhteistyössä Vaasan ja Seinäjoen kanssa. Biokaasun liikennekäytön hyödyt Biokaasun liikennekäytöstä on Linköpingissä todettu olevan huomattavia hyötyjä. Paikallisten ja globaalien ympäristönäkökohtien lisäksi biokaasusta on saatu alueella kannattavaa liiketoimintaa. Paikallisen polttoainetuotannon etuina on ollut uusien työpaikkojen syntyminen, alueen osaamisen kehittyminen sekä yhteistyön parantuminen maanviljelijöiden kanssa. Uusiutuvana energiana biokaasun käyttö myös tukee EU: n tavoitteita. Biokaasun liikennekäyttö on Ruotsissa pitkälle käytännössä testattua ja hyvin toimivaa tekniikkaa. Uuden tekniikan alkuhankaluuksista on jo päästy yli ja nyt tekniikka vain odottaa puhtaammasta liikenteestä kiinnostuneita uusia toimijoita. Monet Ruotsissa koetut hyödyt voitaisiin saavuttaa myös Suomessa. Lisätietoja: Biokaasun liikennekäyttö Jyväskylän seudulla, esiselvitys: Pauliina Uusi-Penttilä, pauliina. uusi-penttila@jsp.fi 200 m TEKNIIKKA ja KUNTA 3/