Laskelma Kollajan tekoaltaan kasvihuonekaasupäästöistä FT Esa Aalto 22.11.2015
Tiivistelmä Pohjolan Voima Oy (PVO) suunnittelee Kollajan tekoallasta Iijoen vesistöön. Tässä työssä esitetään laskelmat tekoaltaan metaani- ja hiilidioksidipäästöistä käyttäen mahdollisimman realistisia lähtöarvoja ja verrataan tulosta hankkeen ympäristövaikutusten arvioinnissa esitettyihin lukuihin. Tekojärven rakentamisen myötä suo- ja metsämaasta vesistöksi muuttuva pinta-ala olisi vähintään 50 km 2. Tästä kivennäismaan metsiä on noin 24 %. Alueen soista suurin osa on ojitettu. Metsätalouskäytössä olevia turvekankaita on noin 30 % ja metsätaloudellisesti vähäarvoisia suomuuttumia noin 16 % pinta-alasta. Turvetuotantoaluetta on 11,4 %. Näiltä alueilta nostettava turve on loppumassa ja alueet ovat vähitellen siirtymässä jälkikäyttöön. Vesistöjä, teitä ja kallioita on 1,7 % ja ojittamattomia luonnontilaisia soita 16,9 %. Tiedot Kollajan alueen suotyypeistä ovat ristiriitaisia, mikä vaikeuttaa laskelmia, koska luonnontilaisten soiden metaanitase riippuu suotyypeistä. Tässä esitetyssä laskelmassa ojittamattomat suot on arvioitu märiksi oligotrofisiksi ja mesotrofisiksi nevoiksi, jotka ovat metaanilähteitä. Tekoaltaan aiheuttamiksi päästöiksi on laskettu altaan tuottamat päästöt vähennettynä niillä päästöillä, jotka syntyvät, jos allasta ei toteuteta. Kollajan tekoallas olisi hyvin samantyyppinen kuin Lokan tekojärvi. Lokan kasvihuonekaasupäästöt tunnetaan hyvin, minkä perusteella laskettu Kollajan tekojärven vuotuinen metaanipäästö vakiintuneessa tilassa tulisi olemaan noin 1380 tonnia ja hiilidioksidipäästö noin 13800 tonnia. Metaanipäästöt Kollajan alueelta ilman tekojärveä ovat 108 tonnia vuodessa ja hiilidioksidinielu 6520 tonnia vuodessa. Kollajan tekojärvi lisäisi siten metaanipäästöjä 1270 tonnia ja hiilidioksidipäästöjä 20300 tonnia vuodessa. Hiilidioksidiekvivalenteiksi muutettuna tämä tarkoittaa yhteensä noin 52000 tonnin päästöjä vuodessa. Kollajan altaan avulla tuotetun sähköenergian ilmastovaikutus hiilidioksidiekvivalentteina olisi 336 kg/mwh. Esimerkiksi maakaasun polton hiilidioksidipäästöt koko tuotantoketju huomioiden ovat tätä pienemmät, 237 kg/mwh. Tuulivoimalla tuotetun sähkön elinkaaren ilmastovaikutus on vain 7 kg/mwh. Kollajan tekojärven käyttöön suunnitellulle alueelle mahtuisi noin 200 tuulivoimalaa, jotka tuottaisivat sähköä 2000 GWh vuodessa, mikä on yli kaksinkertaisesti koko Iijoen vesivoiman sähköntuotantoon 865 GWh verrattuna. PVO:n arvion mukaan Kollajan tekojärvi toisi 100 MW lisää säätövoimaa. Jos lisää säätövoimaa tarvitaan, sitä voitaisiin saada pienemmin ympäristövaikutuksia esim. rakentamalla Pyhäsalmen kaivokseen suunniteltu pumppuvoimala, jonka koneistojen teho olisi 200 MW ja koneistoja voitaisiin tarvittaessa asentaa useampia. PVO:n esittämä arvio on, että Kollajan tekojärvi ei aiheuttaisi lisäystä metaanipäästöihin ja hiilidioksidipäästöjä ei voi laskea. Kirjallisuudesta löytyy kuitenkin hiilidioksidipäästömittauksia vähintään yhtä helposti kuin metaanipäästömittauksia, joiden perusteella myös hiilidioksidipäästölaskelma voidaan luotettavasti tehdä. Ero metaanipäästöarviossa selittyy pääasiassa erilaisilla arvioilla tekoaltaan päästöistä. PVO:n esittämä luku perustuu kanadalaisista täysin erityyppisistä tekojärvistä mitattuihin päästöihin, kun taas tässä työssä metaanipäästö on arvioitu mahdollisimman lähellä sijaitsevan ja samantyyppisen tekojärven mittaustulosten avulla. Pääosa lopusta metaanipäästötulosten eroavuudesta selittyy alueen maankäytön ja luontotyyppien jakaumalla ja erityyppisille alueille käytetyillä päästöarvoilla. Tässä työssä on pyritty käyttämään mahdollisimman totuudenmukaista jakaumaa alueen maankäytöstä ja päästöarvoja, jotka perustuvat useisiin mittauksiin tutkimusalueen kanssa samankaltaisista ympäristöistä. Valitettavasti PVO:n esittämistä selvityksistä ei tarkemmin saa selville laskelmissa käytettyjä yksittäisiä arvoja eikä näiden arvojen lähteitä. Laskelmissa käytettyihin lähtöarvoihin sisältyy monia epävarmuustekijöitä, jotka pääsääntöisesti kasvattaisivat arvioituja päästöjä. Tuotetun sähköenergian päästö hiilidioksidiekvivalentteina olisi siis vähintään 336 kg / MWh, mikä on enemmän kuin maakaasuvoimalassa sähkön ja lämmön yhteistuotannossa. Näin ollen Kollajan tekojärvihanketta ei voi perustella vähäpäästöisen sähköenergian tuotannon lisäämisellä. 2
Sisällysluettelo Tiivistelmä... 2 Johdanto... 4 Tekojärven vaikutusalueen nykytila... 4 Metsät... 4 Ojitetut suot... 4 Turvetuotantoalueet... 4 Vesistöt, tiet ja kalliot... 5 Ojittamattomat suot... 5 Suotyypit... 5 Kollajan vaikutus metaani- ja hiilidioksidipäästöihin... 5 Metaani- ja hiilidioksidipäästöt tekoaltaasta... 5 Metaani- ja hiiilidioksidipäästöt ilman tekoallasta... 7 Vesistöt... 7 Luonnontilaiset suot... 7 Metsät... 7 Ojitetut suomuuttumat, turvekankaat ja metsitetyt turvesuot... 8 Metsittämättömät turvetuotantoalueet, tiet ja kalliot... 8 Kollajan tekojärven aiheuttama muutos metaani- ja hiilidioksidipäästöissä... 8 Kollajan tekojärven avulla tuotetun sähkön ilmastovaikutus... 8 Tekojärvi verrattuna maakaasuun... 8 Tekojärvi verrattuna tuulivoimaan... 8 Säätövoima... 9 Erot kasvihuonekaasutaselaskelmissa... 9 Erot metaanipäästöissä... 9 Tekojärven metaanipäästöt... 9 Metaanipäästöt ilman tekojärveä... 9 Hiilidioksiditaselaskelmat... 10 Epävarmuustekijät... 11 Loppupäätelmä... 11 Lähteet... 11 3
Johdanto Pohjolan Voima Oy suunnittelee Kollajan tekoallasta Iijoen vesistöön. Tekoaltaan metaani- ja hiilidioksidipäästöistä on tehty laskelmat osana hankkeen ympäristövaikutusten arviointia (Seppälä 2008, 2009). Tämän työn tarkoituksena on toistaa laskelmat käyttäen mahdollisimman realistisia lähtöarvoja ja verrata tulosta aiempiin tuloksiin. Lopuksi vertaan Kollajan todennäköisiä kasvihuonekaasupäästöjä muihin mahdollisiin tapoihin tuottaa vastaava määrä sähköä. Mm. Seppälän töiden (Seppälä 2008, 2009) johdantoosissa on selostettu metaanin ja hiilen kiertoa ekosysteemeissä ja niiden vaikutusta kasvihuoneilmiöön. Tätä osuutta en käy tässä toistamaan. Joka tapauksessa hiiliyhdisteiden kierto luonnossa on hyvin monimutkainen prosessi, jota ei pystytä tarkkaan mallintamaan. Hyvin yksinkertaistetuin laskelmin voidaan kuitenkin osoittaa mahdollisten kasvihuonekaasupäästöjen suuruusluokka käytettäväksi päätöksenteon pohjana. Tekojärven vaikutusalueen nykytila Suunnitellun tekojärven pinta-ala on 49 km 2. Lisäksi tekojärven täyttö- ja purkukanavien alle jäisi noin 100 ha pääosin metsämaata. Pudasjärven ja Pudasjärven ja Livojoen välisen Iijoen pinnan nostaminen vaikuttaisi myös muutamiin kymmeniin hehtaareihin rantametsiä. Pelkästään Pudasjärven suiston Natura 2000 -alueella noin 7 hehtaaria tulvametsää muuttuisi tulvaniityksi (Karttunen 2011). Näin ollen tekojärven vaikutuksesta vesistöksi muuttuva pinta-ala olisi vähintään 50 km 2. Tekojärvialueen nykytilaa on kuvattu monipuolisesti Kollaja-hankkeen ympäristövaikutusten arviointi- (YVA) selostuksessa (PVO-Vesivoima Oy 2009), mutta tarkkoja pinta-alatietoja metsä- ja suotyypeistä ei selostuksesta löydy. Kanavien alle jäävän maa-alan kasvillisuutta on selostettu vielä vähemmän. Metsät Tekojärvialueen kivennäismaametsien pinta-ala vaihtelee lähteestä riippuen 23 24 % välillä (Seppälä 2008, 2009). Laskelmissani käytän 24 % metsäpinta-alaa, joka vastaa 1200 hehtaaria. YVA-selostuksessa kerrotaan yleisimmän metsätyypin olevan puolukka-mustikkatyyppi (VMT). Tässä työssä käytettävissä yksinkertaisissa hiilidioksidi- ja metaanilaskelmissa metsätyypillä ei ole merkitystä. Ojitetut suot Ojitettuja soita on Seppälän (2009) mukaan 34 % pinta-alasta. Sen sijaan Seppälän (2008) mukaan kuivattuja soita (drained bogs & drained fens) olisi vain 9,4 %. YVA-selostuksen sivulla 221 kerrotaan metsämaata ja ojitettua suota olevan 70 % tekojärvialueen pinta-alasta. Kun kivennäismaan osuus on 24 %, jäisi ojitetun suon osuudeksi 46 %. Sivulla 289 kerrotaan metsätalouskäytöstä olevan 54 % pinta-alasta. Tästä ojitettujen soiden pinta-alaksi jäisi 24 % kivennäismaaosuuden jälkeen 30 %. On hyvin vaikea päätellä, mitkä luvut ovat lähimpänä totuutta. Arvioin, että turvekankaaksi kuivunutta metsätaloudellisesti merkityksellistä ojitettua suota on 30 % eli 1500 ha. Eriasteisesti kuivahtaneita suomuuttumia jää siten 16 % pinta-alasta eli 800 ha. Turvetuotantoalueet Turvetuotantoalueita on YVA-selostuksen s. 274 mukaan tekojärvialueella 558 ha. Seppälän (2008) mukaan niitä on 8,60 % eli 430 ha ja Seppälän (2009) mukaan 11 % eli 550 ha. YVA-selostuksen 558 ha on 11,4 % tekojärvialueen 49 km 2 pinta-alasta. Turvetuotantoalueita jää hieman myös kanavien alle, joten koko alueesta arvioin turvetuotantoaluetta olevan 11,4 % vastaava 570 ha. Nostettava turve näiltä alueilta tulee YVA-selostuksen s. 274 mukaan loppumaan vuoteen 2020 mennessä, jolloin alkaisi jälkikäyttö. Parhaiten Pudasjärven seudulle soveltuva jälkikäyttömuoto on metsitys (Kittamaa & Tolvanen 2013). Kollajan tekojärven käyttöaikana turvetuotantoalueilla olisi menossa jälkikäyttö. Käytin laskelmissa turvetuotantoalueille jälkikäyttölukuja 50 % metsitys, 50 % muu käyttö (pelto, niitty, kosteikko, rahkasammalen kasvatus). 4
Vesistöt, tiet ja kalliot Seppälän (2008) mukaan vesistöä on 59 ha eli 1,28 %. Kanavien alle ei jää merkittäviä vesistöjä, joten käytän vesistöjen pinta-alana 1,2 % eli 60 ha. Teitä ja kallioita on Seppälän (2008) mukaan 26 ha eli 0,55 %. Lisäksi kanavat katkaisevat kaksi tietä. Käytän laskelmissa pyöristettyä lukua 0,5 % eli 25 ha. Ojittamattomat suot Kun kaikki edellä luetellut maankäytön osuudet lasketaan yhteen, saadaan 83,1 %. Tällöin ojittamattomien soiden pinta-alaksi jäisi 16,9 % eli 845 ha. Seppälän (2008) mukaan ojittamattomia soita (bog, fen, spruce swanp) olisi peräti 57,5 %. Seppälä (2009) kuvaa ojittamattomien soiden osuuden olevan 30 %, mikä sekin vastaisi 1500 ha. Näistä puuttomia luonnonsoita olisi 17 % eli 850 ha. YVA-selostuksen sivun 289 mukaan ojittamattomia turvetuotantoon soveltuvia soita on 183 ha. Sivun 221 mukaan ojittamattomia avosoita on 17 % eli 850 ha. Sivulla 161 todetaan: Alueen ojituskelpoiset suot ja soistumat on ojitettu ja ojat on paikoitellen ulotettu myös kivennäismaametsiin sekä kitu- ja joutomaille. Ainoastaan puuntuotannollisesti vähäarvoiset vetiset avosuot ovat säästyneet ojituksilta. Arviot ojittamattomien soiden osuudesta siis vaihtelevat melkoisesti. Koska muuta pinta-alaa on 83,1 % ja YVA-selostuksessa ojittamattomien soiden pinta-alaksi mainitaan 17 %, käytän laskelmissani pinta-alaosuutta 16,9 %. Suotyypit YVA-selostuksen sivulla 162 kuvataan tekojärvialueen avosoiden ja rehevien soiden suotyypit 1980-luvun Iijoki-selvityksen mukaan. Pinta-aloja ei mainita. Karttaan on piirretty turvetuotantoalueet, mutta ei sitä, mitkä suot ovat edelleen luonnontilassa ja mitkä ojitettu. Sivulla 290 kerrotaan, että soista 60 % on rämeitä, 8 % korpia, 14 % avosoita ja 18 % turvetuotannossa. Tässäkään kohtaa ei erotella ojitettuja ja ojittamattomia soita. Seppälän (2008) liitteessä 5 on jaoteltu tekojärvialueen soita suotyypeittäin. Tämä kuvaa ilmeisen hyvin tilannetta ennen soiden laajamittaista ojitusta, mutta tietojen yhdistäminen nykytilanteeseen on mahdotonta. Seppälän (2008) mukaan pinta-alaltaan selvästi yleisimmät suotyypit ovat oligotrofiset ja mesotrofiset sararämeet ja saranevat (fen). Nämä ovat märkiä suotyyppejä, jotka todennäköisimmin ovat säilyneet edelleen ojittamattomina. Laskelmissani oletan ojittamattomien soiden olevan märkiä oligotrofisia ja mesotrofisia nevoja. Kollajan vaikutus metaani- ja hiilidioksidipäästöihin Käytän metaani- ja hiilidioksidipäästöjen laskemiseen samaa kaavaa kuin Seppälä (2008). Vähennän siis tekoaltaan päästöistä ne päästöt, jotka syntyisivät joka tapauksessa, jos tekoallasta ei rakennettaisi. Metaani- ja hiilidioksidipäästöt tekoaltaasta YVA-selostuksen sivulla 45 on lueteltu Suomen tekojärvet. Näistä Lokalla ja Porttipahdalla on tehty metaanija hiilidioksidipäästömittauksia, jotka on julkaistu kansainvälisessä tieteellisessä sarjassa (Huttunen ym. 2002). Lokka ja Porttipahta ovat jonkin verran erityyppisiä tekojärviä, mistä johtuen myös niiden metaani- ja hiilidioksidipäästöissä on eroja. Merkittävimmät erot ovat altaan alle jääneessä kasvillisuudessa, altaan syvyydessä ja veden ravinnepitoisuudessa. Taulukossa 1 on lueteltu Lokan, Porttipahdan ja Kollajan altaiden ominaisuuksia. Metaanipäästöihin vaikuttavia ominaisuuksia ovat mm. tekoaltaaseen jääneen tuoreen biomassan ja turpeen määrä sekä altaan syvyys, mutta ennen kaikkea veden ravinnepitoisuus (Huttunen ym. 2002). Ravinnepitoisuuden, erityisesti fosforin pitoisuuden, kasvaessa orgaanisen aineksen tuotanto kasvaa, mikä johtaa suurempiin metaanipäästöihin. Happipitoisuuden kasvu taas ehkäisee metaanipäästöjä. Taulukosta 1 havaitaan, että Kollaja muistuttaisi ominaisuuksiltaan hyvin paljon Lokan tekojärveä. Altaan alle jäävän suomaan osuus olisi hyvin tarkasti sama ja altaan syvyys olisi lähes sama. Fosforipitoisuus Kollajassa olisi vielä suurempi kuin Lokassa. Happipitoisuudessa ei näiden tekoaltaiden välillä ole merkittäviä eroja (Huttunen 2002, Kainua & Vepsä 2009). 5
Taulukko 1. Kollajan, Lokan ja Porttipahdan tekojärvien ominaisuuksia Kollaja Lokka Porttipahta Suon osuus altaan pohjassa 0,75 0,757 0,447 Metsän osuus altaan pohjassa 0,23 0,210 0,546 Fosforipitoisuus kesällä* (µg/l) 30 13,1 11,6 Suurin syvyys 16 10 34,5 Keskisyvyys 5,2 5 6,3 Pinta-ala (km 2 ) 49 417 214 Säännöstelyväli (m) 10 5 11 Jääpeite (vrk)** 185 224 215 *Kokonaisfosfori. Lokan ja Porttipahdan tiedot: Ojala 2015. Kollajan tiedot: Kainua & Vepsä 2009. ** Kollajan tiedot Seppälä 2008 Muut tiedot Kollajasta: PVO-Vesivoima Oy 2009, Lokasta ja Porttipahdasta: Huttunen ym. 2002. Koska Lokka ja Kollaja ovat metaanipäästöihin vaikuttavilta ominaisuuksiltaan hyvin lähellä toisiaan, käytän Lokan keskimääräistä vuorokautista metaanipäästöä Kollajan metaanipäästöjen laskemiseen. Lokan keskimääräinen kesäajan metaanipäästö vuosina 1994 1995 oli 0,13865 g CH 4 /m 2 vuorokaudessa (Huttunen ym. 2002). Lokan tekojärvi on täytetty vuoden 1967 kevättulvalla, joten 1990-luvun puolivälin metaanipäästömittaukset kuvaavat tekojärven vakiintunutta tilannetta lähes 30 vuotta rakentamisen jälkeen. Metaanipäästöissä on merkittävä huippu järven täytön jälkeisinä vuosina, mutta tämän jätän laskelmassa huomiotta. Taulukossa 2 on esitetty laskelma Kollajan ja Lokan vuotuisista metaanipäästöistä. Talviajan päästöksi on arvioitu Seppälän (2008) mukaisesti 10 % kesän päästöstä. Kollajan tekojärven vuotuinen metaanipäästö vakiintuneessa tilassa (vuosikymmeniä täytön jälkeen) tulisi tämän perusteella olemaan noin 1376,13 tonnia. Taulukko 2. Kollajan ja Lokan (1994-1995) vuotuiset keskimääräiset metaanipäästöt. Kollaja Lokka Metaanipäästö kesällä (g/m 2 /d) 0,13865 0,13865 Metaanipäästö talvella (g/m 2 /d) 0,013865 0,013865 Kesäkauden pituus (d) 180 141 Talvikauden pituus (d) 185 224 Pinta-ala (m 2 ) 50*10 6 417*10 6 Kesäkauden päästö (*10 6 g = tonnia) 1247,87 8152,35 Talvikauden päästö (*10 6 g = tonnia) 128,25 1295,13 Vuoden kokonaispäästö (tonnia) 1376,13 9447,48 Vastaavalla tavalla voidaan laskea Kollajan tekojärven hiilidioksidipäästöt. Lokan tekojärven keskimääräinen hiilidioksidipäästö kesällä vuosina 1994 1995 oli 1,5319 g CO 2 /m 2 vuorokaudessa, joka on hieman vähemmän kuin Porttipahdan 1,5467 g CO 2 /m 2 vuorokaudessa (Huttunen ym. 2002). Hiilidioksidipäästöissä oletan talviajan päästöjen olevan nolla. Lokan keskimääräisellä päästöarvolla laskettuna Kollajan vuotuisiksi hiilidioksidipäästöiksi tulee 13787,23 tonnia. 6
Metaani- ja hiiilidioksidipäästöt ilman tekoallasta Tekojärvialueen maankäytön perusteella voidaan arvioida päästöjä ilman tekoallasta. Taulukossa kolme on esitetty eri maankäyttömuotojen pinta-alat, metaanipäästöt ja hiilidioksidipäästöt. Vesistöt Vesistöjen vuotuisten metaanipäästöjen laskemisessa käytän Seppälän (2008) esittämää vuorokautista päästöarvoa (3 mg/m 2 /d), avovesikauden pituutta 180 vrk ja talvikauden päästöjen osuutta 10 % avovesikauden päästöistä. Vesistöjen vuotuinen hiilidioksidipäästö on laskettu Seppälän (2009) taulukon 3 oligotrofisten ja mesotrofisten luonnonjärvien keskipäästön (0,33425 g/m 2 /d) ja avovesikauden pituuden 180 vrk mukaan olettaen talviajan päästöiksi nolla. Luonnontilaiset suot Vielä ojittamattomien luonnontilaisten soiden oletan olevan minerotrofisia märkiä soita, joiden metaanipäästö on suotyypeistä suurin (Couwenberg 2009). Päästöarvona käytän Couwenbergin (2009) esittämää laajaan aineistoon perustuvaa keskimääräistä märkien minerotrofisten soiden vuotuista metaanipäästöä 12,3 g/m 2. Soiden hiilidioksidipäästön voi laskea, kun tiedetään, että Suomessa viimeisimmän jääkauden jälkeinen hiilen kertymänopeus on keskimäärin ollut minerotrofisilla soilla 17 g / m 2 vuodessa (Sarkkola 2007). Tämä tarkoittaa hiilidioksidinieluna 62,3 g/m 2 sitoutuvaa hiilidioksidia vuodessa. Metsät Kangasmetsät ovat sekä metaanin että hiilidioksidin nieluja. Tuoreen suomalaisen tutkimuksen mukaan keskimääräinen metaanivuo tutkitussa boreaalisessa mäntyvaltaisessa kangasmetsässä lumettomaan aikaan huhti- marraskuussa (-4,0 µmol/m 2 /h) vastaa tyypillistä keskiarvoa boreaalisen metsämaan metaanivuosta (Halmeenmäki 2014). Seppälän (2008) mukaan lumetonta aikaa Pudasjärvellä on 189 vrk. Tästä laskettu vuotuinen kangasmetsän metaaninielu Kollajan alueella on 0,29 g/m 2. Pohjois-Pohjanmaan metsäohjelman (Repo & Heikkinen 2011) mukaan maakunnan metsien (3111000 ha) puustoon sitoutui hiilidioksidia poistumat huomioiden vuosina 2000 2008 keskimäärin 5780000 tonnia vuodessa. Tämä tarkoittaa 185,8 g hiilidioksidia neliömetrille vuodessa. Lisäksi maaperän ja karikkeen hiilivaraston kasvu sitoo hiilidioksidia 40,3 g/m 2 vuodessa (Liski ym. 2006). Näin ollen metsän keskimääräinen vuotuinen hiilidioksidinielu on 226,1 g/m 2. Taulukko 3. Kollajan tekojärvialueen (mukaan lukien kanavat) metaani- ja hiilidioksidipäästöt, jos tekoallasta ei rakenneta. Osuus Pinta-ala (m 2 ) CH4 g/m 2 /a CH4 kg/a CO2 g/m 2 /a CO2 kg/a Vesistö 0,012 600000 0,60 357 60,2 36099 Luonnontilainen suo 0,169 8450000 12,3 103935-62,3-526435 Metsä 0,24 12000000-0,29-3492 -226,1-2713193 Ojitettu suomuuttuma 0,16 8000000 1,16 9280 0 0 Turvekangas 0,3 15000000-0,28-4200 -185,8-2786885 Metsitetty turvesuo 0,057 2850000-0,28-798 -185,8-529508 Muu entinen turvesuo 0,057 2850000 0,97 2755 0 0 Tie ja kallio 0,005 250000 0,00 0 0 0 Yhteensä 1 50000000 107837-6519923 7
Ojitetut suomuuttumat, turvekankaat ja metsitetyt turvesuot Suomalaisten soiden nykyistä kasvihuonekaasutasetta käsittelevän tutkimuksen mukaan ojikko- ja muuttumavaiheessa olevat ojitusalueet ovat metaanin lähteitä (1,16 g/m²/v) ja turvekangasasteelle kuivuneet turvemaat metaaninieluja (-0,28 g/m²/v) (Penttilä, ym. 2012). Metsitetyiltä entisiltä turvesoilta ei ole tutkimustuloksia, joten käytän niiden osalta samaa lukua kuin turvekankaille. Ojitettujen soiden maaperän hiilitase voi olla kumpaan suuntaan tahansa riippuen turpeen hajoamisnopeudesta ja karikkeen kertymisestä (Sarkkola 2007, Penttilä ym. 2012). Laskelmassani käytän ojitettujen soiden ja metsitettyjen turvesoiden maaperän hiilitaseena nollaa. Kasvava puusto sitoo hiilidioksidia sekä turvekankailla että metsitetyillä turvesoilla keskimääräisen metsän kasvun mukaan 185,8 g/m 2 vuodessa. Metsittämättömät turvetuotantoalueet, tiet ja kalliot Turvetuotantoalueiden muu jälkikäyttö kuin metsittäminen saattaa tuottaa metaanipäästöjä. Käytän metaanipäästölukuna Seppälän (2008) esittämää loppuun kaluttujen turvetuotantoalueiden lukua 145 vrk:n kasvukaudella 5,43 mg/m 2 /d ja kasvukauden ulkopuolella 15 % tästä. Hiilidioksiditaseeksi näillä alueilla oletan nolla. Teillä, kallioilla ja muilla kasvittomilla kivennäismailla ei tapahdu merkittävää hiilen vapautumista tai sitoutumista, joten niiden metaani- ja hiilidioksidipäästöt ovat nolla. Kollajan tekojärven aiheuttama muutos metaani- ja hiilidioksidipäästöissä Kollajan tekojärven metaanipäästöt olisivat 1376 tonnia vuodessa ja hiilidioksidipäästöt 13787 tonnia vuodessa. Metaanipäästöt Kollajan alueelta ilman tekojärveä olisivat 108 tonnia vuodessa ja hiilidioksidinielu 6520 tonnia vuodessa. Kollajan tekojärvi lisäisi siten metaanipäästöjä 1268 tonnia ja hiilidioksidipäästöjä 20307 tonnia vuodessa. Kollajan tekojärven avulla tuotetun sähkön ilmastovaikutus Metaanin ilmastoa lämmittävä potentiaali (GWP) 100 vuoden aikajaksolla on hiilidioksidiin verrattuna 25- kertainen (IPCC 2007). Siten Kollajan tekojärven ilmastovaikutus hiilidioksidiekvivalenteiksi muutettuna olisi noin 52000 tonnia vuodessa. Kollajan tuottama lisäys Iijoen sähköntuotantoon olisi PVO:n arvion mukaan 155 GWh (PVO 2009). Tällöin ilmastovaikutukseksi tuotettua sähköenergiayksikköä kohti tulee hiilidioksidiekvivalentteina 336 kg/mwh. Tekojärvi verrattuna maakaasuun Maakaasun hiilidioksidipäästöt koko tuotantoketju huomioiden ovat 237 kg/mwh (EU 2010). Siten esimerkiksi Helsingin Vuosaaren maakaasuvoimalaitoksissa sähkön ja lämmön yhteistuotannossa 92 % hyötysuhteella hiilidioksidipäästöt ovat 258 kg/mwh eli selvästi vähemmän kuin Kollajan tekojärven avulla tuotetussa sähkössä. Tekojärvi verrattuna tuulivoimaan Sähköä voidaan tuottaa myös huomattavasti pienemmin ilmastovaikutuksin esimerkiksi tuulivoimalla. Tuulivoimalla tuotetun sähkön elinkaaren ilmastovaikutus on vain 7 kg/mwh (EU 2010). Kollajan tekojärven käyttöön suunnitellulle 50 km 2 alueelle mahtuisi 500 metrin etäisyydelle toisistaan pystytettynä noin 200 tuulivoimalaa. Teholtaan 5 MW:n tuulivoimalan laskennallinen vuosituotanto yleisesti käytetyllä 23 % kapasiteettikertoimella on 10000 MWh. Siten 200 tuulivoimalaa tuottaisivat 2000 GWh, mikä on yli kaksinkertaisesti koko Iijoen vesivoiman sähköntuotantoon 865 GWh verrattuna. 8
Säätövoima PVO:n arvion mukaan Kollajan tekojärvi toisi 100 MW lisää säätövoimaa. Säätövoimaa voitaisiin saada myös esim. rakentamalla Pyhäsalmen kaivokseen suunniteltu pumppuvoimala, jonka koneistojen teho olisi 200 MW ja koneistoja voitaisiin tarvittaessa asentaa useampia (Kaleva 2013). Tällaisen voimalan hyötysuhde on hyvä (jopa 80 %) eikä se tuota suoria kasvihuonekaasupäästöjä. Pumppuvoimalan kannattavuus on kuitenkin tällä hetkellä epävarmaa, minkä vuoksi hanketta ei toistaiseksi viedä eteenpäin (Yle 2015). Lisää säätövoimaa ei siis juuri nyt sähkömarkkinoilla tarvita. Älykkäät kulutusta tuotannon mukaan säätävät sähköverkot tulevat tulevaisuudessa vähentämään säätövoiman tarvetta entisestään. Erot kasvihuonekaasutaselaskelmissa Tämän työn ja Seppälän (2008) tulosten eroavuus selittyy usealla tekijällä. Ensinnäkin Seppälän käyttämä tekoaltaan pinta-ala on 47 km 2, kun tässä työssä on käytetty koko altaan ja kanavien alle jäävää pinta-alaa 50km 2. Pinta-alaero selittää kuitenkin vain pienen osan erilaisista tuloksista. Kun päästöjen laskutapa on sama, erot selittyvät laskuissa käytetyillä erilaisilla lähtöarvoilla. Seppälän lähtöarvojen alkuperää on hankala selvittää, koska hänen työnsä sisältää runsaasti viittauksia henkilökohtaisesti käyttöön luovutettuihin tietoihin ja muihin ei-saatavilla oleviin aineistoihin. Erot metaanipäästöissä Seppälä (2008) laski Kollajan tekojärven metaanipäästöjä päätyen tulokseen, että suunnitellun tekojärven alueen nykyiset päästöt ovat samansuuruiset kuin rakennettavan tekojärven metaanipäästöt olisivat. Omassa laskelmassani päädyin tekojärven tuottavan vuodessa noin 1268 tonnia enemmän metaania, kuin ovat alueen päästöt ilman tekojärveä. Tekojärven metaanipäästöt Suurin ero tuloksissa on tekojärven arvioidussa neliömetrin metaanipäästössä. Seppälän (2008) käyttämä päästöarvo 8,6 mg CH 4 /m 2 /d on keskiarvo usean tekojärven aineistosta ja sopii mm. kanadalaisille täysin erityyppisille tekojärville (esim. Huttunen 2002). Tässä työssä on sen sijaan käytetty suomalaisen tutkimuksen päästöarvoa Kollajan kanssa hyvin samankaltaiselta Lokan tekojärveltä 138,7 mg CH 4 /m 2 /d (Huttunen 2002). Rehevyys on tärkeimpiä tekojärven metaanipäästöihin vaikuttavia ominaisuuksia. Kollaja tulisi mallinnusten mukaan olevaan vielä selvästi rehevämpi kuin Lokan tekojärvi, joten myös metaanipäästöt saattaisivat nousta huomattavasti tässäkin esitettyä korkeammiksi. Metaanipäästöt ilman tekojärveä Pääosa lopusta metaanipäästötulosten eroavuudesta selittyy alueen maankäytön ja luontotyyppien jakaumalla. Seppälän (2008) mukaan ojitettuja soita on vain 9,4 %, kun YVA-selostuksesta niitä voidaan päätellä olevan 46 %. Vastaavasti ojittamattomia soita on Seppälän (2008) mukaan 57,5 %, kun niitä YVAselostuksen perusteella voidaan päätellä löytyvän vain 16,9 %. Ojittamattomat suot ovat merkittävästi suurempia metaanilähteitä kuin ojitetut, mikä selittää jo suuren osan erilaisesta tuloksesta. Lisäksi pieni ero syntyy siitä, että Seppälä (2008) on laskenut turvetuotantoalueiden päästöt nykytilan mukaan, kun tässä työssä on huomioitu niiden jälkikäyttö, sillä YVA-selostuksen mukaan turpeet olisi pääosin kaivettu jo vuoteen 2020 mennessä. Vielä yksi merkittävä eroavuuksien lähde ovat käytetyt päästöarvot erityyppisille alueille. Seppälä (2008) on käyttänyt kehittämänsä TORV-MARK-laskimen tietokantaan tallentamiaan mittauskeskiarvoja, mutta työstä ei tarkemmin saa selville yksittäisiä arvoja eikä näiden arvojen lähteitä. Niinpä jouduin etsimään päästöarvot tätä työtä varten muista lähteistä. Taulukossa 4 ovat tässä työssä käytetyt ja Seppälän (2008) käyttämät maankäytön ja elinympäristöjen pinta-alat ja metaanin päästöarvot. 9
Teknisesti Seppälän (2008) laskut ovat aivan oikein, ja tässä työssä on käytetty samoja laskukaavoja. Erot syntyvät pelkästään erilaisista lähtöarvoista. Metaanipäästöt vaihtelevat hyvin paljon erilaisissa ympäristöissä eikä yksittäisen ympäristön päästöjä voi tarkasti arvioida muiden ympäristöjen päästöjen perusteella. Siten tarkan metaanitaselaskelman tekemiseksi täytyisi tehdä laajat mittaukset tutkimusalueella useana vuonna. Itse tekojärven päästöistä ei saada varmuutta ennen kuin allas on rakennettu ja sen tila vakiintunut muutaman vuosikymmenen kuluttua. Tässä työssä pyrin käyttämään mahdollisimman totuudenmukaisia päästöarvoja, jotka valitsin mahdollisimman läheltä ja tutkimusalueen kanssa samankaltaisista ympäristöistä. Pyrin kuitenkin käyttämään usean kohteen mittauksiin perustuvia yhteenvetoaineistoja yksittäisen kohteen mittausten sijaan. Käytetyt päästöarvot ovat tarkistettavissa lähdekirjallisuudesta ja laskut tarvittaessa toistettavissa. Taulukko 4. Tämän työn ja Seppälän (2008) erot Kollajan tekojärvialueen metaanitaseen laskennassa tilanteessa, kun tekojärveä ei ole. Seppälän (2008) vuorokausipäästöt on muutettu vuosipäästöiksi hänen työssään esittämällään kaavalla. Tässä työssä käytetty päästöarvon lähde on mainittu, mikäli se poikkeaa Seppälän (2008) lähteestä. Pinta-ala (km 2 ) päästö CH 4 g/m 2 /a Seppälä Tämä työ Seppälä Tämä työ Lähde Tie ja kallio 0,26 0,25 0 0 Vesistö 0,59 0,6 0,6 0,6 Korvet 6,04 0 1,07 Ombrotrofiset suot 0,57 0 2,68 Lettoräme 0,04 0 28,48 Ruohoiset nevat ja rämeet 4,9 0 20,91 Saranevat ja -rämeet 15,48 8,45 12,44 12,3 Couwenberg 2009 Metsä 11,27 12-0,06-0,29 Halmeenmäki 2014 Kuivattu keidassuo 1,82 0 1,55 Kuivattu minerotrofinen suo 2,6 0-0,09 Ojitettu suomuuttuma 0 8 1,16 Penttilä ym. 2012 Turvekangas 0 15-0,28 Penttilä ym. 2012 Turvesuo 4,04 0 1,23 Metsitetty turvesuo 0 2,85-0,28 Penttilä ym. 2012 Muu entinen turvesuo 0 2,85 0,97 Yhteensä 47,61 50 Hiilidioksiditaselaskelmat Seppälä (2009) päätyi toteamaan, ettei Kollajan tekojärven alueen hiilidioksiditaseesta voi esittää luotettavaa laskelmaa. Tässä työssä laskin Lokan tekojärveltä mitattujen hiilidioksidipäästöjen ja useista suomalaisista ympäristöistä mitattujen hiilidioksiditaseiden avulla Kollajan tekojärven hiilidioksidipäästöksi 6500 tonnia vuodessa nykytilaan verrattuna. Tätä työtä tehdessä havaitsin kirjallisuudesta löytyvän hiilidioksidipäästömittauksia vähintään yhtä helposti kuin löytyy metaanipäästömittauksia. Hiilidioksidipäästölaskelmaa voi siis pitää yhtä luotettavana kuin laskelmaa metaanipäästöistä. 10
Epävarmuustekijät Laskelmissa käytettyihin lähtöarvoihin sisältyy suurta epävarmuutta, mutta päästöjen suuruusluokkaa voidaan pitää oikeansuuntaisena. Päästöt voivat muodostua tässäkin esitettyä suuremmiksi, mikäli korkeammat ravinnepitoisuudet nostavat Kollajan tekojärven metaanipäästöt yli Lokan tekojärven päästöjen. Laskelmassani oletin kaikkien ojittamattomien soiden kuuluvat korkeimpaan metaanipäästöluokkaan. Mikäli osa ojittamattomista soista on karumpia ja kuivempia, nykytilan metaanitase paranee merkittävästi. Hiilidioksiditaseeseen taas vaikuttaa eniten metsien kasvu ja hakkuut. Jos kasvu kiihtyy ilmaston lämmetessä ja hakkuumäärät pysyvät maltillisina, voi metsien hiilinielu kasvaa nykyisestä, mikä lisää tekojärven negatiivista vaikutusta hiilidioksiditaseeseen. Kollajan allashanke saattaa nostaa vedenpintaa ja muuttaa kasvillisuutta arvioitua laajemmalla alueella. Tällöin hiilidioksidi- ja metaaninieluja muuttuu päästölähteiksi arvioitua enemmän. Pohjolan voiman arvio Kollajan altaan tuottamasta lisäenergiasta on 155 GWh sähköä, mikä voi olla liian optimistinen. Mikäli sähköntuotanto jäisi tätä pienemmäksi, päästöt tuotettua energiamäärä kohti kasvaisivat. On huomattava, että epävarmuustekijät pääsääntöisesti kasvattaisivat arviota tekoaltaan päästöistä, joten tässä työssä esitettyä arvioita voidaan pitää Kollajan tekoaltaan päästöjen minimitasona. Loppupäätelmä Kollajan tekojärven vuotuiset kasvihuonekaasupäästöt olisivat noin 52000 hiilidioksidiekvivalenttitonnia. Tuotetun sähköenergian päästö olisi noin 340 kg / MWh, mikä on enemmän kuin maakaasuvoimalassa sähkön ja lämmön yhteistuotannossa. Näin ollen Kollajan tekojärvihanketta ei voi perustella vähäpäästöisen sähköenergian tuotannon lisäämisellä. Lähteet Couwenberg J. 2009: Methane emissions from peat soils (organic soils, histosols) Facts, MRV-ability, emission factors. Greifswald University, Wetlands International, Ede EU 2010: How to develop a Sustainable Energy Action Plan (SEAP) Guidebook, Part 2. Publications Office of the European Union, Luxemburg. Halmeenmäki E. 2014: Metsänpohjan metaanivuon vaihtelu ja vuohon vaikuttavat tekijät boreaalisessa metsässä. Ympäristönsuojelutieteen pro gradu -työ, Helsingin yliopisto, Helsinki. Huttunen J., Vaisänen T., Hellsten S., Heikkinen M., Nykänen H., Jungner H., Niskanen A., Virtanen M., Lindqvist O., Nenonen O., Martikainen P. 2002: Fluxes of CH4, CO2, and N2O in hydroelectric reservoirs Lokka and Porttipahta in the northern boreal zone in Finland. Global Biogeochemical Cycles, vol. 16, no. 1, 1003 IPCC 2007: 2.10.2 Direct Global Warming Potentials. https://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/ch2s2-10-2.html (viitattu 30.9.2015). Kainua K., Vepsä H. 2009: Kollajan altaan vedenlaatuennuste. Pöyry Environment Oy, Oulu. Kaleva 2013: Pyhäsalmen kaivoksesta suunnitellaan valtavaa sähkövarastoa. Julkaistu 5.8.2013. http://www.kaleva.fi/uutiset/kotimaa/pyhasalmen-kaivoksesta-suunnitellaan-valtavaasahkovarastoa/637939/ Karttunen K. 2011: Pudasjärven Natura 2000-alue, Arviointi Kollaja-Hankkeen vaikutuksista. Pohjolan Voina Oy. 11
Kittamaa S. & Tolvanen A. 2013: Suopohjien jälkikäyttö Pohjois-Pohjanmaalla ja Kainuussa Esimerkkialueena Kuivaniemi. Metlan työraportteja 252: 112 153. Liski J., Lehtonen A., Palosuo T., Peltoniemi M., Eggers T., Muukkonen P., Mäkipää R. 2006: Carbon accumulation in Finland s forests 1922 2004 an estimate obtained by combination of forest inventory data with modelling of biomass, litter and soil. Ann. For. Sci. 63 (7) 687 697 Ojala S. 2015: Lokan ja Porttipahdan tekojärvien sekä niiden alapuolisten jokien vedenlaadun tarkkailu vuonna 2014. Projektinro: 10778. Ahma Ympäristö Oy, Helsinki Penttilä T., Silvan N., Ojanen P., Peltoniemi K., Sarjala T. 2012: Soiden kasvihuonekaasutaseet muuttuvat ilmaston muuttuessa. Metsäekosysteemien toiminta ja metsien käyttö muuttuvassa ilmastossa (MIL) - tutkimusohjelman loppuraportti. http://urn.fi/urn:nbn:fi:metla-201210036200 PVO-Vesivoima Oy 2009: Kollaja-hanke, ympäristövaikutusten arviointiselostus. Repo E-L. & Heikkinen E. 2011: Pohjois-Pohjanmaan metsäohjelma 2012 2015. Suomen metsäkeskus, Pohjois-Pohjanmaa Sarkkola S. 2007: Turpeen ja turvemaiden käytön kasvihuonevaikutukset Suomessa, Tutkimusohjelman loppuraportti. Maa- ja metsätalousministeriö. Vammalan Kirjapaino, Vammala. Seppälä T. 2008: Metaanin CH 4 vapautuminen tekojärvialueelta. Dipomityö, teknillinen korkeakoulu, Espoo. Seppälä T. 2009: Selvitys Hiilidioksidin vapautuminen Kollajan tekojärvialueelta. Spring Environment Oy. Yle 2015: Pyhäsalmen kaivoksen suuri pumppuvoimalahanke laitettiin telakalle. Yle Uutiset, talous 7.8.2015 klo 8:47. http://yle.fi/uutiset/pyhasalmen_kaivoksen_suuri_pumppuvoimalahanke_laitettiin_telakalle/8209424 12