Jussi Esala, SeAMK Onko peltobiomassan viljely ja jalostaminen energiaksi energiatehokasta - Syökö peltoenergiakasvien tuotantoon ja jalostukseen kuluva energia kasveista saatavan energiahyödyn?
Bioenergiapotentiaali Vuosittain maahan saapuu 3 900 000 EJ aurinkoenergiaa (= 9000 kertaa kokonaisenergian käyttö) Alueellinen vaihtelu suurta Kesällä parhaimmillaan 200 260 W/m 2 kuukauden keskiteho Vuotuinen keskiteho vastaavasti 90 110 W/m 2 Biologinen potentiaali C4 kasveilla n. 6.7 % (aurinkoenergiasta biomassan energiaksi) C 3 kasveilla n. 3.3 % Todellinen hyötysuhde vaihtelee läheltä nollaa > n. kahteen prosenttiin Globaali keskiarvo 0.13 % 28.1.2016 C JEsala 2
Bioenergiapotentiaali Tehoviljelykokeissa saavutettu 5 % taso (C4 kasvit) > teknologinen potentiaali 75 % biologisesta Suomessa suurimmat koeruutukuiva-ainesadot energiaheinillä n. 16 000 kgka/ha = n. 300 GJ energiaa = n. 8000 l polttoöljyä Viiden kuukauden kasvukauden keskisäteilyteho on n. 200 W/m 2 > = 26 000 GJ (n. 700 000 l Pö!) säteilyenergiaa hehtaarille kasvukaudessa > n. 1 % säteilyn energiasta muuttunut kasvibiomassan energiaksi 28.1.2016 C JEsala 3
Bioenergiataseet Energian tuotantoketjun rajaus Well to tank yleinen lähestymistapa Yleensä mukaan otetaan Suorat viljelypanokset, niiden sisältämä energia ja työn energiatarve Sadonkorjuun ja käsittelyn energia Kuljetukset» Sadon kuljetus» Myös tuotantotarvikkeiden kuljetus tehtaalta tilalle (mm. lannoitteet) Voi olla myös mukana koneiden valmistusenergia Yleisen infrastruktuurin vaatima energia mukana olo tapauskohtaista Usein katkaisu panoksia valmistavien tehtaiden kohdalla, ts. niiden valmistusenergiaa ja kuljetuksia ennen tehdasta ei mukana Tärkeintä kuvata tarkkaan lasketun tuotantosysteemin rajat ja oletukset sekä myyt lähtötiedot 28.1.2016 C JEsala 4
Viljanviljelytilat Viisi tilaa, neljä Etelä-Pohjanmaalla ja yksi Etelä- Suomessa KTT 1-16 ha KTT 2-21 ha KTT 3-58 ha KTT 4-195 ha KTT 5-430 ha Tiloilla pääasiassa kyntöön perustuva muokkaus, paitsi KTT 5, jossa kultivaattorimuokkaus pääroolissa Viljan satotaso keskimäärin 5000 kg/ha 28.1.2016 C JEsala 5
Viljanviljelytilan energian kokonaiskäyttö KTT 1 KTT 2 KTT 3 KTT 4 Energiasuhteet laskettu primäärienergiapohjalta 28.1.2016 C JEsala 6
Viljanviljelytilan energiasuhde 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 Energiasuhde, perus Energiasuhde,puinti 24 % Energiasuhde, sato - 20 % Energiasuhde, sato + 20 % Energiasuhde, matka maks 2 km 1,0 0,0 KTT 1 KTT 2 KTT 3 KTT 4 KTT 5 28.1.2016 C JEsala 7
Kuviot: Mikkola ja Ahokas 2009 28.1.2016 C JEsala 8
Taulukko: Mikkola 2012 s.53 28.1.2016 C JEsala 9
Taulukko: Mikkola 2012 s.57 28.1.2016 C JEsala 10
Oljen ja ruokohelven tase Lähde: Mäkinen ym. 2006 (VTT) 28.1.2016 C JEsala 11
Raakaöljystä öljyä takauspisteeseen 28.1.2016 C JEsala 12 European Commission WTT 2013 report
Bioenergiaraaka-aineesta lämmöksi, polttoöljyksi tai sähköksi Suora poltto lämmöksi: Energiatehokkain tapa hyödyntää raaka-aine Energiaa kuluu: Kuivaus, energiasuhteen taustalla kuiva-aineen energia > kattilatekniikasta riippuen jopa kymmeniä prosentteja hukkaan Kuljetus > n. 1 % energiasta; 20 tn ka kuorma, 150 km kuljetus Mahdollinen haketus tai muu hienonnus > 1 5 % energiasta Palamisen hyötysuhde parhaimmillaan 70 90 % > n. 10 30 % tappiot Energiasuhteen ilmaisemasta energiasta hukataan puolet! 28.1.2016 C JEsala 13
Bioenergiaraaka-aineesta moottoripolttoaineeksi European Commission WTT 2013 report mukaan: Etanoliprosessi: 50 60 % ohran energiasta bioetanoliksi (+sivutuotteen energia) Öljykasvin puristus ja esteröinti: 60 65 % siemenien energiasta biodieseliksi (+ sivutuote) Biokaasuprosessi: lannan energiasta 70 % biokaasun energiaksi (- paineistuksen ja puhdistuksen energia) Puu: synteesikaasu ja FT, n. 40 % puun energiasta synteettiseksi biodieseliksi Laskelmassa lisäksi prosessien käyntienergia ja edellä esitetyt sivutuotteiden energiat sekä mahdollinen 28.1.2016 C JEsala 14 prosessilämmön hyödyntäminen muualla
Mäkisen 2006 laskelmissa tuo alussa mainittu tekijä 28.1.2016 C JEsala 15 ( punaisella) ei ole mukana. Bioenergiaraaka-aineesta moottoripolttoaineeksi Myöhemmin esitettävissä komission laskelmissa sinisissä palkeissa mukana biomassa muuntosuhde. Esimerkiksi jos kahdesta energiayksiköstä (MJ) vehnän jyviä tulee yksi energiayksikkö biopolttoainetta. Tällöin yksi yksikkö (MJ) tulee palkkiin mukaan. Tosin laskelmassa myös vähennetään mahdollisten sivutuotteiden energia substituutioperiaatteella. Toisaalta laskelmassa on kahden yksikön viljelyyn tarvittavat panostukset.
Ohraetanolin tuotannon primäärienergiakulutus Lähde: Mäkinen ym. 2006 (VTT) 28.1.2016 C JEsala 16
Etanolia ja dieseliä Lähde: Mäkinen ym. 2006 (VTT) 28.1.2016 C JEsala 17
Etanolia juurikkaasta ja vehnästä 28.1.2016 C JEsala 18
28.1.2016 C JEsala 19
Etanolia juurikkaasta ja vehnästä 28.1.2016 C JEsala 20 European Commission WTT 2013 report
Biodieseliä öljykasveista 28.1.2016 C JEsala 21
Biodieseliä öljykasveista 28.1.2016 C JEsala 22
Biodieseliä öljykasveista European Commission WTT 2013 report 28.1.2016 C JEsala 23
Paineistettua kaasua biomassasta European Commission WTT 2013 report 28.1.2016 C JEsala 24
Biokaasua biomassasta Fossiilisen energia käyttö European Commission WTT 2013 report 28.1.2016 C JEsala 25
Sähkön tuotannon pääomanergiasuhde (Boyle 2003, Gagnon 2002, Elliot 1998) Sähköntuotantomuot o Pinta-alan tarve 1 TWh:n vuotuista sähköntuotantoa varten (km 2 ) Tuotettu energiamäärä/laitoksen rakentamisen ja ylläpidon energiamäärä Bioenergia: energiakasvit Bioenergia: sahausjäte Vesivoima: tekoaltaallinen Vesivoima: tekoaltaaton 500-2200 5 < 1 27 < 200 205 < 1 267 Tuulivoima Aurinkopaneelit < 0.3 --- < 110 (vain jalusta --- myös välimaa-ala) < 0.5 --- 4-45 (vain jalusta, myös välimaa-ala) 80 9 Hiilivoima n. 4 5 7 Ydinvoima 0.5 16 Maakaasu 5 28.1.2016 C JEsala 26
Sähköä biokaasusta European Commission WTT 2013 report 28.1.2016 C JEsala 27
Lämpöä fossiilisista ja bioenergiasta European Commission WTT 2013 report 28.1.2016 C JEsala 28
Lämpöä fossiilisista ja bioenergiasta 28.1.2016 C JEsala 29