BIOPOLTTOAINEET JA MUUT VAIHTOEHTOISET POLTTOAINEET TIE- LIIKENTEESSÄ

Transkriptio

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 ja siihen liittyvät kansainväliset velvoitteet puolestaan edellyttävät 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. Tähän perustuen on Suomessa säädetty laki biopolttoaineiden käytön edistämisestä liikenteessä. Sen mukaiset tavoitteet ovat 2 % v. 2008, 4 % v ja mikäli valtioneuvoston asetuksella niin säädetään, 5,75 % v ja sen jälkeen 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 käytössä. Yleistymistä rajoittaa polttoaineiden laatua koskeva direktiivi, joka sallii enintään 5 %:n seokset. Rajoitteen taustalla on polttoaineen soveltuvuus autoille. Autokanta jakaantuu etanolia sisältävän polttoaineen soveltuvuuden suhteen. Osa autokannasta ja useat uudet automallit voivat käyttää

2 % etanolia sisältävää bensiini-etanoliseosta (E10). Markkinoilla on myös autoja, joissa voidaan käyttää bensiini-etanoliseoksia % (flexi-fuel). Myös biokaasu voi korvata bensiiniä, mutta silloin täytyy muuttaa autoja ja jakelutekniikkaa. Puhdistettuna biokaasu vastaa maakaasua, jolloin samat autot voivat käyttää näitä polttoaineita. Maakaasukäyttöisiä autoja on markkinoilla. Dieselöljyn mahdollisina korvaajina ovat ensin tulleet kokeiltaviksi kasviöljyesterit (FAME, RME). Näillä ensimmäisen sukupolven biodieseleillä on kuitenkin haittoja, kuten heikohko varastoitavuus ja käytännössä noin 5 %:n rajoittunut mahdollinen sekoitussuhde tavanomaiseen dieselöljyyn. Jalostustekniikka on kuitenkin kehittynyt ja pystyy parantamaan biodieselöljyn laatua. Puhutaan toisen sukupolven biodieseleistä. Neste Oil Oyj on aloittanut oman biodieseltuotantonsa. Tuote (NExBTL) on kelpoisuudeltaan täysin mineraaliöljypohjaiseen dieselöljyyn verrattavissa oleva toisen sukupolven biodiesel, jolla ei ole mitään sekoitussuhderajaa eikä varastointiongelmia. Tuotantokapasiteetti on t vuodessa ja vastaa siis noin 8 % Suomen dieselöljyn kulutuksesta. Toinen vastaava laitos on rakenteilla. Sen on määrä valmistua vuonna 2009, jolloin tuotantokapasiteetti Suomessa kaksinkertaistuu. 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. Maakaasu on pääasiassa metaania, ja sitä voidaan säilyttää noin barin paineessa tai nesteenä alle -162 o C:ssa. Maakaasua käytetään liikenteessä yleensä paineistettuna (CNG). Maakaasu on polttoainevaihtoehto, joka yleistyessään vähentäisi 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 polttoaine, joka on normaalipaineessa kaasumainen. Sen fysikaaliset ominaisuudet muistuttavat 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. Valmistus- ja varastointiprosessi on melko monimutkainen, vaatii paljon energiaa ja on kallis. 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 syntyy pakokaasuina vain vettä ja typen oksideja. 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.

3 Hybridiautoissa on sähkö- ja polttomoottori sekä akut. Tällä yhdistelmällä voidaan auton energiatehokkuutta parantaa erityisesti muuttuvarytmisessä kaupunkiliikenteessä. Markkinoilla olevat hybridiautot tuottavat tarvitsemansa sähkön polttomoottorilla tai hidastusenergian talteenotolla. Kehitteillä on hybridiautoja, joihin sähköä voidaan ladata myös sähköverkosta. Tällöin hybridiauton toiminta-ajatus lähenee sähköautoa, mutta akkujen koko voidaan pitää näitä pienempänä. 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. Sähköä käytetään yleisesti joukkoliikenteen energialähteenä juna- ja raitiovaunuliikenteessä. Tällöin sähkö syötetään liikkuvaan kalustoon suoraan reitille rakennetusta 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 kohtuukustannuksilla. Yleistymisvaiheessa voidaan sallia vaihtoehtoja korkeampiakin kustannuksia, mutta ratkaisujen elinkelpoisuus edellyttää, että kustannustaso voi tulla pysyvästi kilpailukykyiseksi, kun käyttö saavuttaa riittävän mittakaavan. Riittävän saatavuuden mittakaava on Suomen liikennepolttoaineiden kokonaiskulutus n. 4,0 milj. tonnia öljytuotteita vuodessa. Yksi prosentti tästä on siis tonnia. Luonnollisesti polttoaineen on toimittava ajoneuvoissa Suomen olosuhteissa ympärivuotisesti. 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 bensiinin ja etanolin kriittinen sekoitussuhde ylitetään. Sen sijaan kaasumaisten polttoaineiden kohdalla jakeluongelma voi olla vakava. Maakaasu ja biokaasu edellyttävät korkean paineensa vuoksi kalliimpaa jakelutekniikkaa kuin nestekaasu. Uusien jakelujärjestelmien taloudellista käyttöönottoa voidaan tukea kahteen polttoaineeseen sopeutetuilla (bi-fuel) autoilla. Tyypillinen yhdistelmä näillä on bensiini ja metaani. Myös vaihteleviin bensiini-etanoliseoksiin sopeutuvat flexi-fuel autot voivat tukea väkevien etanoliseosten (E85: 85 % etanolia) jakelun yleistymistä.

4 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 biodiesel (RME, FAME) toimii noin 5 % sekoitussuhteeseen saakka. Toisen sukupolven biodieseleillä (esim. NExBTL) ei sekoitussuhteen ylärajaa ole. Autoteollisuus tuottaa polttoaineen seossuhteeseen mukautuvia automalleja (FFV), joilla voidaan käyttää em. pitoisuudet ylittäviä etanoli bensiini sekoituksia. Polttoaineen seossuhteen vaihto ei näillä autoilla edellytä kuljettajan toimenpiteitä. Markkinoilla on myös kaksipolttoaineautoja (bi-fuel), jotka pystyvät ilman teknisiä muutoksia käyttämään sekä kaasumaisia että nestemäisiä polttoaineita, esimerkiksi maakaasua ja bensiiniä. 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 rinnakkainen säiliö ja polttoainejärjestelmä bensiinille. Mihin veroihin vaihtoehtopolttoaineiden käyttö vaikuttaa? Vaihtoehtopolttoaineiden käyttö voi vaikuttaa polttoaineen valmisteveron tai sitä korvaavan polttoainemaksun määrään sekä ajoneuvoveroon. Ajoneuvovero koostuu perusverosta 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, maakaasua tai muuta näihin rinnastettavaa kaasumaista polttoainetta. Tähän on kuitenkin poikkeuksia. Polttoainemaksu on mahdollista välttää maksamalla käyttöön otettavasta 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

5 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 useita automalleja, jotka voivat käyttää sekä maakaasua (tai biokaasua) että bensiiniä. Euroopassa on tuhansia yleiseen käyttöön avattuja maakaasun tankkausasemaa ja määrä kasvaa nopeasti erityisesti Ruotsissa, Saksassa, Sveitsissä, Itävallassa, Alankomaissa ja Italiassa. Suomessa oli tammikuussa julkista maakaasun tankkausasemaa. Gasum Oy:n tavoitteena on vuoteen 2010 saada valmiiksi 30 aseman perusverkko maakaasu-suomen alueelle. Nestekaasua on Euroopassa tarjolla n :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 ja Ruotsin markkinoilla on FFV-autoja (etanolin ja bensiinin vaihtelevia seoksia käyttämään tarkoitettuja autoja) ainakin kolmella automerkillä (Ford, Saab, Volvo). FFV-autot ovat USAssa polttoaineenkulutusnormiin liittyvän edun vuoksi melko yleisiä, mutta niitä käytetään lähes yksinomaan bensiinillä. Voidaanko käytetty auto muuttaa käyttämään vaihtoehtopolttoaineita? Kun dieselmoottori muutetaan nestekaasukäyttöiseksi, puristussuhdetta on laskettava, 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 takuiden voimassaolon edellytyksenä on, että käytetään vain kyseiselle automallille tarkoitettuja 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 Vähentävätkö vaihtoehtopolttoaineet liikenteen päästöjä? Säänneltyjen päästöjen hallinnassa nestemäisiltä 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 (ja myös puhdistetulla biokaasulla) 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