BIOPOLTTOAINEET JA MUUT VAIHTOEHTOISET POLTTOAINEET TIE- LIIKENTEESSÄ

Transkriptio

1 1 BIOPOLTTOAINEET JA MUUT VAIHTOEHTOISET POLTTOAINEET TIE- LIIKENTEESSÄ Tiivistelmän on koonnut professori Harri Kallberg Tieliikenteen Tietokeskuksesta Miksi tieliikenteeseen halutaan biopolttoaineita, vaikka järjestelmä toimii hyvin bensiinin ja dieselöljyn varassa? Energian ja erityisesti uusiutumattomien energialähteiden riittävyys on keskeinen ihmiskunnan pitkäaikaiseen hyvinvointiin liittyvä kysymys, jonka ratkaiseminen edellyttää energiatehokkuuden parantamista kaikilla sektoreilla, myös liikenteessä. Ilmastonmuutoksen hallinta puolestaan edellyttää kasvihuonekaasupäästöjen vähentämistä. Perinteiset liikenteen polttoaineet sisältävät poltettaessa hiilidioksidiksi yhdistyvää hiiltä. Hiilidioksidi on merkittävin kasvihuonekaasu. Biopolttoaineiden etu ilmastonmuutosta aiheuttavan hiilidioksidin suhteen on, että niiden käyttö ei välttämättä aiheuta hiilen ottamista fossiilisista kerrostumista biosfäärin kiertoon. Edellytyksenä edun syntymiselle on kuitenkin, että biopolttoaineiden tuotanto ja jakelu eivät elinkaaritarkastelun perusteella aiheuta fossiilisten panosten käyttöä. Tällaista käyttöä voi esiintyä sekä koneiden käytössä että tarvittavien lannoitteiden tuotannossa viljeltäessä biopolttoaineiden raaka-aineita. Miksi Suomessa on lisättävä biopolttoaineiden käyttöä liikenteessä, vaikka niitä on helpompi käyttää lämmityksessä ja sähkön tuotannossa? EU:n direktiivi 2003/30/EC ( ) biopolttoaineiden ja vaihtoehtoisten energialähteiden edistämisestä ja käytöstä liikenteessä pyrkii korvaamaan dieselöljyn ja bensiinin käyttöä jäsenvaltioiden liikenteessä biopolttoaineilla tai muilla uusiutuvilla energialähteillä. Direktiivin mukaan jäsenvaltioiden tulee tuoda markkinoilleen määrätyt vähimmäisosuudet biopolttoaineita tai muita uusiutuvia energialähteitä ja asettaa tähän ohjeelliset kansalliset tavoitteensa. Kansallisten tavoitteiden vertailuarvoksi annetaan 2 % v ja 5,75 % v laskettuna energiasisällöistä. Biopolttoaineita voidaan käyttää sellaisenaan tai suurina pitoisuuksina öljytuotteiden kanssa, sekoitettuna öljytuotteisiin tai biopolttoaineista jalostettuina nesteinä. Biopolttoaineiden odotetaan auttavan seuraavien tavoitteiden saavuttamista liikenteessä: kasvihuonekaasupäästöjen vähentäminen energiatehokkuuden parantaminen energiaomavaraisuuden lisääntyminen puhtaamman teknologian edistäminen ja kilpailukyky Mitä ovat liikenteeseen soveltuvat biopolttoaineet? Bensiiniä korvaavana nestemäisenä biopolttoaineena etanoli joko sellaisenaan tai eettereiksi (ETBE) jalostettuna on jo käytössä. Yleistyminen on rajoittunut tuotannon mahdollisuuksien ja kustannusten vuoksi. Kotimainen tuotantokapasiteetti riittäisi noin 5 %:n tasolle.

2 2 Myös biokaasu voi korvata bensiiniä, mutta silloin täytyy muuttaa autoja ja jakelutekniikkaa. Keskeinen ongelma on myös, että biokaasun puhdistus maksaa likimain saman verran kuin maakaasu valmiiksi puhtaana. Dieselöljyn mahdollisina korvaajina ovat nyt tunnetuimpia kasviöljyesterit (FAME, RME). Näillä ensimmäisen sukupolven biodieseleillä on kuitenkin haittoja, kuten hei- kohko varastoitavuus ja käytännössä noin 5 %:n rajoittunut mahdollinen sekoitussuh- de tavanomaiseen dieselöljyyn. Jalostustekniikka on kuitenkin kehittynyt ja pystyy parantamaan biodieselöljyn laatua. Puhutaan toisen sukupolven biodieseleistä. Mitkä muita vaihtoehtoja on bensiinin ja dieselöljyn korvaajina? Nestekaasua (LPG) syntyy öljynjalostuksen ja maakaasutuotannon sivutuotteena. Nestekaasu koostuu kevyistä hiilivedyistä, pääasiassa propaanista ja butaanista. Ajoneuvon polttoaineena käytettävän nestekaasuseoksen paine on 7-20 bar. Neste Oil Oyj on julkistanut oman biodieselhankkeensa, jonka tuotteena tulee ole- verrattavissa oleva toisen sukupolven biodiesel, jolla ei ole mitään sekoitussuhdera- maan NExBTL. Se on kelpoisuudeltaan täysin mineraaliöljypohjaiseen dieselöljyyn jaa eikä varastointiongelmia. Laitos valmistuu vuonna 2007 ja sen kapasiteetti on t vuodessa ja vastaa siis noin 8 % Suomen dieselöljyn kulutuksesta. Maakaasu on pääasiassa metaania, ja sitä voidaan säilyttää noin barin pai- tai nesteenä alle -162 o C:ssa. Maakaasua käytetään liikenteessä yleensä neessa paineistettuna (CNG). Maakaasu on polttoainevaihtoehto, joka yleistyessään vähen- täisi CO 2 - ja hiukkaspäästöjen määrää selvästi. Tämä perustuu siihen, että metaani sisältää vähemmän hiiltä ja enemmän vetyä kuin bensiini ja dieselöljy. Dimetyylieetteri (DME) on tutkimusasteella oleva dieselmoottoriin soveltuva poltto- joka on normaalipaineessa kaasumainen. Sen fysikaaliset ominaisuudet muis- aine, tuttavat paljon nestekaasua, eli nestemäisenä varastoinnin tarvitsema painetaso on melko alhainen. DME:tä voidaan valmistaa joko maakaasusta tai esim. hiilestä ja biomassasta. Vety saadaan nestemäiseen muotoon laskemalla sen lämpötila -253 o C:een. Valmis- ja varastointiprosessi on melko monimutkainen, vaatii paljon energiaa ja on kal- tuslis. Myös säilytys ajoneuvon säiliössä voi tuottaa ongelmia. Ajoneuvon polttoaineena vety ratkaisisi osan päästöongelmista ja lisäisi primäärienergian valinnan mahdollisuuksia. Vetyä on mahdollista valmistaa esimerkiksi hiilivedyistä tai vedestä, eikä sen polttamisesta aiheudu lainkaan HC-, CO- tai CO 2 -päästöjä. Vedyn palamisesta syn- tyy pakokaasuina vain typen oksideja ja vettä. Sähköauton toiminta-ajatuksena on auton sisältämien akkujen lataus sähköverkosta ja ladatun sähkön käyttö sähkömoottorilla ajon aikana. Sähköautosta ei synny ajon aikaisia päästöjä, vaan mahdolliset päästöt liittyvät sähkön tuotantoon. Sähköautojen teknisen kehityksen keskeiseksi esteeksi ovat muodostuneet akut, jotka tyypillisesti ovat painavia ja tilaa vieviä ja siitä huolimatta pystyvät varastoimaan polttonesteisiin verrattuna vähän energiaa. Sähköön ja vetyyn auton energialähteenä liittyy samoja kysymyksiä. Kyseessä ei ole varsinainen energialähde, vaan muulla tavoin tuotetun energian kantaja, jonka käyttö on saasteetonta, mutta edellyttää energiaketjun edeltävien vaiheiden ratkaisemista.

3 3 Sähköä käytetään yleisesti joukkoliikenteen energialähteenä juna- ja raitiovaunulii- Tällöin sähkö syötetään liikkuvaan kalustoon suoraan reitille rakennetusta kenteessä. kiinteästä verkosta eikä akkuja tarvita käyttöenergian varastoimiseen. Mitä vaihtoehtopolttoaineelta edellytetään, että se voi merkittävästi korvata bensiiniä ja dieselöljyä? Tekninen tavoite vaihtoehtopolttoaineille on yksinkertainen: niitä täytyy voida käyttää. Tämä edellyttää kolmea pääasiaa: tarkoitettua primäärienergiaa täytyy olla riittävästi saatavissa energian jakelun täytyy olla järjestettävissä energian on toimittava ajoneuvojen voimalaitteissa Näiden kolmen asian on toimittava vaihtoehtoihin nähden kilpailukykyisesti eli koh- Yleistymisvaiheessa voidaan sallia vaihtoehtoja korkeampiakin tuukustannuksilla. kustannuksia, mutta ratkaisujen elinkelpoisuus edellyttää, että kustannustaso voi tulla pysyvästi kilpailukykyiseksi, kun käyttö saavuttaa riittävän mittakaavan. Riittävän saatavuuden mittakaava on Suomen liikennepolttoaineiden kokonaiskulutus n. 3,8 milj. tonnia öljytuotteita vuodessa. Yksi prosentti tästä on siis tonnia. Luonnollisesti polttoaineen on toimittava ajoneuvoissa Suomen olosuhteissa ympäri- vuotisesti. Miksi jakelujärjestelmä on tärkeä kysymys? Jos polttoaine ei sovellu nykyisen järjestelmän kautta jaettavaksi, edellytetään jakelujärjestelmään muutoksia tai kokonaan rinnakkaisia järjestelmiä. Kiinnostavimmat biopohjaiset nestemäiset polttoaineet etanoli ja toisen sukupolven biodieselit kelpaavat sekoitettaviksi määräsuhteissa nykyisiin polttoaineisiin, jolloin jakeluongelma ei nouse lainkaan esille, ennen kuin polttoaineesta riippuvat kriittisen sekoitussuhteet ylitetään. Sen sijaan kaasumaisten polttoaineiden kohdalla jakeluongelma voi olla vakava. Maakaasu ja biokaasu edellyttävät korkean paineensa vuoksi kalliimpaa jakelutekniikkaa kuin nestekaasu. Missä autoissa voidaan käyttää vaihtoehtoisia polttoaineita? Vaihtoehtopolttoaineiden käyttö ajoneuvoissa voi edellyttää muutoksia tai olla mahdollista ilman muutoksia. Öljypohjaisiin polttoaineisiin määräsuhteissa sekoittaminen on sallittua etanoli bensiiniseoksissa 5 %:n saakka. Ensimmäisen sukupolven bio- bio- diesel (RME, FAME) toimii 5 % sekoitussuhteeseen saakka. Toisen sukupolven dieseleillä (esim. NExBTL) ei sekoitussuhteen ylärajaa ole. Autoteollisuus tuottaa polttoaineen seossuhteeseen mukautuvia automalleja (FFV), joilla voidaan käyttää em. pitoisuudet ylittäviä etanoli bensiini sekoituksia. Polttoai- käyttämään sekä kaasumaisia että nestemäisiä polttoaineita, esimerkiksi maakaasua ja neen seossuhteen vaihto ei näillä autoilla edellytä kuljettajan toimenpiteitä. Markkinoilla on myös kaksipolttoaineautoja (bi-fuel), jotka pystyvät ilman teknisiä muutoksia bensiiniä.

4 4 Euroopassa on noin 2000 yleiseen käyttöön avattua maakaasun tankkausasemaa ja määrä kasvaa nopeasti erityisesti Ruotsissa, Saksassa, Sveitsissä, Itävallassa ja Ita- liassa. Italiassa on noin maakaasua käyttävää ajoneuvoa. Suomen kolmesta Kaasumaisten polttoaineiden ja erityisesti maa- tai biokaasun käyttö edellyttää autoon huomattavia muutoksia. Seurauksena ovat mm. suuremmat polttoainesäiliöt ja lyhyempi toimintamatka. Polttoaineen jakeluverkon ollessa harva tarvitaan vielä rin- nakkainen säiliö ja polttoainejärjestelmä bensiinille. Mihin veroihin vaihtoehtopolttoaineiden käyttö vaikuttaa? Vaihtoehtopolttoaineiden käyttö voi vaikuttaa polttoaineen valmisteveron tai sitä korvaavan polttoainemaksun määrään sekä ajoneuvoveroon. Ajoneuvovero koostuu pe- rusverosta ja käyttövoimaverosta ( dieselvero ). Polttoainemaksun tarkoituksena voidaan nähdä olevan ensisijaisesti verottomien polttoaineiden luvattoman käytön estäminen tieliikenteessä. Polttoainemaksu peritään, jos dieselmoottorilla varustetussa ajoneuvossa käytetään dieselöljyä lievemmin verotettua polttoainetta tai jos bensiiniä käyttämään tarkoitettua ajoneuvoa käytetään moottoribensiiniä lievemmin verotetulla polttoaineella. Polttoainemaksua on suoritettava myös silloin, kun ajoneuvossa käytetään polttoaineena nestekaasua, maakaa- sua tai muuta näihin rinnastettavaa kaasumaista polttoainetta. Tähän on kuitenkin poikkeuksia. Polttoainemaksu on mahdollista välttää maksamalla käyttöön otettavas- ta polttoaineesta valmisteveroa määrä, joka vastaa bensiinin tai dieselöljyn ja käyttöön otettavasta polttoaineesta mahdollisesti jo maksetun valmisteveron eroa. Saako vaihtoehtoisten polttoaineiden käyttäjä veroetuja? Ajoneuvoveron käyttövoimaverosta ( dieselvero ) ja polttoainemaksusta ovat vapaat metaanista koostuvaa polttoainetta käyttävät henkilö- ja pakettiautot. Polttoainemaksusta ovat lisäksi vapautetut nestekaasua, maakaasua tai muuta näihin rinnastettavaa kaasumaista polttoainetta käyttävät kuorma- ja linja-autot. Puu- tai turveperusteisia polttoaineita pääasiallisesti käyttävät moottoriajoneuvot ovat vapaat ajoneuvoverosta (perusvero ja käyttövoimavero). Polttoainemaksu näiltä ajoneuvoilta kuitenkin peritään, ellei polttoaineesta ole maksettu bensiinin tai dieselöljyn tasoista valmisteveroa. Onko biopolttoaineiden polttoainevero alempi kuin bensiinillä ja dieselöljyllä? Energiatuotteiden ja sähkön verotusta koskeva direktiivi 2003/96/EC ( ) sallii jäsenvaltioiden soveltaa uusiutuviin energialähteisiin, joihin biopolttoaineet kuuluvat, direktiivin määräämiä minimitasoja alempia veroja tai verovapautta. Näitä hel- potuksia voidaan myöntää myös tuotteille, jotka vain osittain sisältävät uusiutuvia energialähteitä. Suomi ei ole myöntänyt polttoaineiden valmisteveron alennusta tai verovapautta uusiutuvia energialähteitä sisältäville liikennepolttoaineille. Millainen on vaihtoehtopolttoaineita käyttävien uusien autojen ja polttoaineiden tarjonta markkinoilla? Suomen markkinoilla on ainakin yhden automerkin (Fiat) bi-fuel malli, joka voi käyttää sekä maakaasua (tai biokaasua) että bensiiniä.

5 5 maakaasun tankkausasemasta vain yksi on julkisessa käytössä. Ensi vuonna suunnitellaan avattavaksi kuusi tankkausasemaa. Nestekaasua on Euroopassa tarjolla noin :lla tankkausasemalla. Tiheimmillään näitä asemia on Alankomaissa, Belgiassa, Ranskassa, Italiassa ja Iso-Britanniassa. Nestekaasukäyttöisiä autoja oli v Euroopassa n. 3,7 milj. ja koko maailmassa noin 7,3 milj. kpl. Suomessa nestekaasua voi tankata autoihin vain varikoilla. Suomen markkinoilla ei ole FFV-autoja (etanolin ja bensiinin vaihtelevia seoksia käyttämään tarkoitettuja autoja). Ruotsissa näitä autoja on ainakin kolmella automerkillä (Ford, Saab, Volvo). FFV-autot ovat USAssa polttoaineenkulutusnormiin liittyvän edun vuoksi melko ylei- siä, mutta niitä käytetään lähes yksinomaan bensiinillä. Voidaanko käytetty auto muuttaa käyttämään vaihtoehtopolttoaineita? Kun dieselmoottori muutetaan nestekaasukäyttöiseksi, puristussuhdetta on lasketta- va, palotila on muotoiltava uudelleen ja dieselpolttoainejärjestelmä korvattava kaasulaitteistolla painesäiliöineen ja -putkistoineen. Muutettaessa bensiinimoottori nestekaasukäyttöiseksi selvitään yleensä vähemmin muutostöin. Dieselin tapaan ajoneuvon koko polttoainejärjestelmä on korvattava kaasulaitteistolla. Maakaasu sopii hyvin ottomoottoripolttoaineeksi, mutta hyvän puristuskestävyytensä takia ei sellaisenaan dieselprosessiin. Käytetyn auton muuttaminen maakaasukäyttöiseksi tai maakaasua ja bensiiniä vaihtoehtoisesti käyttäväksi bi-fuel autoksi on mm. tarvittavan maakaasun korkean paineen vuoksi teknisesti melko vaativa toimenpide. Mikä on vaihtoehtopolttoaineiden merkitys auton arvoon ja takuun voimassaoloon? Kaikkien vaihtoehtoisten polttoaineiden kohdalla on muistettava, että autojen takui- den voimassaolon edellytyksenä on, että käytetään vain kyseiselle automallille tarkoi- tettuja ja hyväksyttyjä polttoaineita. Autolle soveltumattomien polttoaineiden käyttö voi aiheuttaa vikoja, jotka alentavat auton arvoa markkinoilla. Autoliikkeet ovat vastuussa myymistään käytetyistä autoista ja auton myyjän on annettava oikeat tiedot auton arvoon vaikuttavista olennaisista asioista. Näin autoon soveltumattomien polttoaineiden käyttö voi alentaa auton arvoa markkinoilla, vaikka tästä seuraavia vikoja ei olisikaan havaittu.

6 6 Vähentävätkö vaihtoehtopolttoaineet liikenteen päästöjä? Säänneltyjen päästöjen hallinnassa biopolttoaineilta ei odoteta paljon. Tämä johtuu toisaalta siitä, että uusien autojen kohdalla ei paljon ole enää saavutettavissa ja toisaalta siitä, että biopolttoaineet eivät tässä suhteessa ole yksikäsitteisesti perinteisiä vaihtoehtoja parempia, vaan paremmuus riippuu usein siitä, mitä päästökomponenttia kulloinkin painotetaan. Parantamisen mahdollisuus on pieni siksi, että kyseiset päästöt ovat uusissa autoissa määräysten ja tekniikan kehittyessä ajautuneet lähelle nollaa ja alenevat edelleen. Vaihtoehtoisista polttoaineista maakaasulla voidaan moottoritekniikasta riippuen päästä hyvin vähäisiin päästömääriin, koska: se on molekyylirakenteeltaan tasalaatuista, hyvin palavaa eikä sisällä päästöjen kannalta haitallisia aineita sitä voidaan käyttää ottomoottorissa, jonka pakokaasut voidaan puhdistaa kolmitoimikatalysaattorilla