Energiakasveihin pohjautuvan biokaasuntuotannon nykytilanteen ja ongelmakohtien selvittäminen

Energiakasveihin pohjautuvan biokaasuntuotannon nykytilanteen ja ongelmakohtien selvittäminen Osaraportti ENKAT Energiakasveihin perustuvan biokaasulaitoskonseptin teknistaloudelliset edellytykset pohjoisissa olosuhteissa Tammikuu 2012

Sisältö 1. Johdanto... 3 2. Taustaa biokaasusta ja -prosessista... 4 2.1 Biokaasulaitos... 5 2.1.1 Biokaasulaitosprosessien yleiskuvaus... 5 2.2. Biokaasulaitoksella tuotettavat jakeet... 8 2.2.1 Mädäte... 8 2.2.2 Biokaasu... 10 3. Energiakasveihin pohjautuvan biokaasuntuotannon nykytilanteen ja ongelmakohtien selvittäminen... 13 3.1 Energiakasvien viljely... 13 3.2 Energiakasveihin perustuvan kasvibiomassan viljelyyn liittyvät tuet... 14 3.3 Kasvibiomassaan perustuva biokaasulaitos... 23 3.4 Kasvibiomassaan perustuvan biokaasulaitoksen hankinta- ja tuotantokustannukset... 24 3.5 Biokaasulaitosten toimintaan ja biokaasun tuotantoon vaikuttavat säännökset... 25 3.5.1 Biokaasu... 27 3.5.2 Sähkö... 28 Sähkömarkkinalaki ja energiaverotus... 28 3.5.3 Lämpö... 29 3.6 Ravinnejäännökseen liittyvät tuet ja tuotantoon vaikuttavat säännökset... 30 3.6.1 Sivutuoteasetus... 30 3.7 Muiden lopputuotteiden hyödyntämismahdollisuudet... 33 4. Yhteenveto... 35 2

1. Johdanto Tämä raportti, Energiakasveihin pohjautuvan biokaasuntuotannon nykytilanteen ja ongelmakohtien selvittäminen on osa projektikokonaisuutta ENKAT Energiakasveihin pohjautuvan biokaasulaitoskonseptin teknis-taloudelliset edellytykset pohjoisissa olosuhteissa. Hankkeen tavoitteena on kehittää pohjoisiin ilmasto-oloihin soveltuva pelloilla viljeltäviin energiakasveihin pohjautuva biokaasuntuotantokonsepti ja tuottaa tietoa peltoenergiaa hyödyntävän biokaasun jalostusketjun teknisistä ratkaisuista, toimintamalleista, liiketoiminnan reunaehdoista, elinkaaripäästöistä sekä biokaasuprosessin olosuhteista. Projektin vetäjänä toimii Jyväskylä Innovation Oy, muut toteuttajat ovat Watrec Oy, Jyväskylän yliopisto, bio- ja ympäristötieteen laitos ja Metener Oy. Hanke on rahoitettu pääosin Keski-Suomen ELY:n myöntämällä Manner-Suomen maaseudun kehittämisrahaston tuella (Euroopan maaseudun kehittämisen maatalousrahasto: Eurooppa investoi maaseutualueisiin) sekä alalla toimivien yritysten (Watrec Oy, Gasum Oy, Valtra Oy ja Metener Oy) ja Jyväskylän yliopiston tuella. Hankkeen toteutusaikataulu on elokuu 2011 toukokuu 2013. Hankkeessa on useita eri toteutusvaiheita, joista tämä selvitystyö on ensimmäinen. Suomessa toteutetut biokaasulaitoshankkeet ovat pääasiassa keskittyneet käsittelemään lietemäisiä kunnallisia ja teollisia jakeita kuten biojätettä sekä maatalouden sivujakeita. Etenkin maaseudulle sijoittuvia, maaseudun elinvoimaa tukevia hankkeita ei ole toteutettu Suomessa tähän mennessä kuin muutamia. Syynä tähän on muun muassa se, että maaseudulle sijoittuvien biokaasulaitosten kannattavuus on useissa selvityksissä todettu taloudellisesti heikosti kannattavaksi. Viimeisimpänä valmistunut MTT:n BIOTILA-hanke tukee näitä aiempia selvitystuloksia (www.mtt.fi). Syinä taloudelliseen kannattamattomuuteen on raaka-aineiden hankintakustannukset, sekä joissain tapauksissa vastaanotettavien materiaalien alhaiset käsittelymaksut, toimintaa rajoittavat säännökset sekä ristiriitaiset tukipäätökset sekä niiden puuttuminen ja lainsäädäntö sekä laitosten korkeat investointikustannukset. 3

ENKAT-hankkeen tavoitteena on selvittää ja ratkaista biokaasulaitosinvestointien käytännön ongelmia sekä pyrkiä lisäämään tietämystä mm. teknisistä ratkaisuista, jotka alentaisivat investointikuluja. Näiden seikkojen ratkaiseminen edesauttaa uusien, maaseudulle sijoittuvien biokaasulaitosten investointeja ja rakentamista. Seuraavassa kappaleessa käydään läpi lyhyesti taustoja biokaasuprosessille, biokaasulaitosprosessia sekä biokaasulaitoksen toimintaan vaikuttavia asetuksia ja lainsäädäntöä. 2. Taustaa biokaasusta ja -prosessista Seuraavassa on lyhyesti kuvattu anaerobisen eli hapettoman biologisen hajoamisen periaate. Prosessi ja sen välivaiheet on kuvattu tarkemmin useassa kotimaisessa selvitystyössä ja raportissa, joita voi käydä lukemassa ja lataamassa ilmaiseksi internet-sivuilta, mm.: www.biokaasufoorumi.fi. Biokaasua voidaan tuottaa eloperäisestä eli orgaanisesta aineksesta (mm. puhdistamoliete, teollisuuden sivutuotteet ja jätteet sekä maatalouden lietelanta ja kasvibiomassa) mikrobien avulla hapettomissa, anaerobisissa olosuhteissa. Tässä ns. mädätysprosessissa orgaaninen aines hajoaa metaaniksi ja hiilidioksidiksi, lisäksi lopputuotteena muodostuu ravinnepitoista mädätettä, joka voidaan erotella fosforipitoiseen humukseen ja typpipitoiseen nestelannoitteeseen. Biokaasuprosessissa (laitosmainen toiminta, ohjattu prosessi) muodostuva biokaasu sisältää yleensä noin 50-70 % metaania (CH 4 ) ja 30-40 % hiilidioksidia (CO 2 ). Lisäksi biokaasu saattaa sisältää (riippuen käsiteltävän materiaalin koostumuksesta) rikkivetyä, ammoniakkia, vetyä ja häkää. Jos biokaasulaitoksella käsitellään jätevedenpuhdistamon lietteitä, voi biokaasu sisältää siloksaaneja, jotka voivat aiheuttaa ilman käsittelyä ongelmia kaasun jatkokäytössä erityisesti CHP-yksikön kanssa. Siloksaanit ovat peräisin pesukemikaaleista ja aineista. Biokaasua voidaan hyödyntää biokaasulaitoksella erillisellä CHP yksiköllä (combined heat and power) sähköksi ja lämmöksi, polttaa kattilassa lämmöksi tai jalostaa liikennepolttoaineeksi, ns. biometaaniksi. Yksi kuutiometri (1 m 3 ) metaania sisältää energiaa noin 10 kwh, joka vastaa noin yhtä litraa kevyttä polttoöljyä. Biokaasu on mahdollista myös 4

puhdistaa hiilidioksidista ja muista epäpuhtauksista biometaaniksi, joka paineistuksen jälkeen voidaan hyödyntää liikennepolttoaineena. Mikäli biokaasulaitoksen lähialueella sijaitsee lämpövoimala, ja biokaasu soveltuu voimalan polttotekniikkaan, voidaan biokaasu hyödyntää kaukolämpövoimalassa. Biometaani voidaan myös toimittaa maakaasuverkostoon, jos sellainen sijaitsee lähellä biokaasulaitosta. Biokaasu voidaan myös polttaa laitoksella ja siirtää vapautunut lämpöenergia kaukolämpöverkkoon. 2.1 Biokaasulaitos 2.1.1 Biokaasulaitosprosessien yleiskuvaus Biokaasuprosessit voidaan jakaa karkeasti prosessin lämpötilan mukaan mesofiilisiin (35-38 C) ja termofiilisiin (55 C); kuiva-ainepitoisuuden mukaan kuivaprosessiin (20-40 %) ja märkäprosessiin (< 15 %) ja toisaalta panos- tai jatkuvatoimisiin prosesseihin. Yleisin prosessi on nykyisin jatkuvatoiminen mesofiilinen märkäprosessi. Etenkin Keski- Euroopassa käytössä on myös ns. kuivamädätystä kun syötteenä ovat peltobiomassa ja muut kiinteämmät jakeet. Kuivamädätyksen biokaasuntuottopotentiaali ja prosessin toimivuus Suomessa on epästabiilimpaa, mutta kuivamädätystä käydään läpi myöhemmin tässä raportissa. Biokaasulaitoksen hankintapäätökseen ja sijoittamiseen vaikuttavat käsiteltävä aines ja määrä sekä aineksen jakaantuminen alueellisesti, liikenne-yhteydet ja tieverkosto, biokaasulaitoksessa käsitellyn aineksen (kiinteä jae mädätejäännöksen kuivauksesta) ja ravinnepitoisen nestefaasin jatkohyödyntäminen, biokaasulaitoksen tekniset laiteratkaisut, investointitaso, porttimaksut, tuotetun energian (biokaasu) myynti ja hyödyntämismahdollisuudet, sähkön syöttötariffijärjestelmä sekä muut tukimuodot. Biokaasulaitos mitoitetaan käsiteltävän aineksen määrän ja laadun perusteella. Biokaasulaitoksella käsiteltävä aines vastaanotetaan erillisessä vastaanottotilassa vastaanottoaltaaseen. Ennen vastaanottoallasta tietyt jakeet, mm. peltobiomassa, esikäsitellään biokaasuprosessiin sopivaan muotoon. Yleensä esikäsittely tarkoittaa kappalekoon pienentämistä ja käsiteltävän materiaalin homogenisointia sekä epäpuhtauksien kuten muovin, metallien ja kivien poistamista. Aineksen kuiva-ainepitoisuus (Total Solids =TS) sää- 5

detään prosessille sopivaksi, riippuen siitä onko kyseessä märkä- vai kuivaprosessi. Vastaanotosta aines siirretään biokaasureaktoriin. Ennen biokaasureaktoria aineksen lämpötila nostetaan lämmönvaihtimien avulla, mesofiilisessa biokaasureaktorissa noin 35 C:seen. Mikäli laitokselle otetaan sivutuoteasetuksen mukaisia jakeita, tulee ainekset käsitellä asetuksessa määritellyllä tavalla. Normaalisti tämä tarkoittaa joko hygienisointia (palakoko alle 12 mm, 70 C, yksi tunti) tai sterilisointi (133 C, 20 min, 3 bar). Myös muita menetelmiä voidaan käyttää jos niille on haettu Elintarviketurvallisuusviraston hyväksyntä. Hygienisointi tai sterilisointi voidaan tehdä ennen mädätystä tai sen jälkeen. Mikäli käsittely tehdään ennen mädätystä, täytyy aineksen lämpötila laskea halutulle tasolle (35 C tai 55 C) ennen biokaasureaktoriin syöttämistä. Käsiteltävän materiaalin lämmittämiseen (hygienisointia tai sterilisointia varten) on käytettävissä useita erilaisia tekniikoita. Käytössä olevia tekniikoita ovat esim. aineksen lämmittäminen erityyppisillä lämmönvaihdinjärjestelmillä haluttuun lämpötilaan, höyryn suora käyttö (höyryn syöttö materiaalin sekaan), höyryn epäsuora käyttö (lämmitetään lämmönsiirtopintoja kuten esim. säiliön vaippaa), lämmönsiirtopintojen lämmittäminen ulkopuolisella energialla (vedellä, öljyllä, sähköllä). Riippumatta käytettävästä teknisestä ratkaisusta tarvitaan lämpöenergiaa, energia voi olla mädätyslaitoksen ulkopuolista tai mädätyslaitoksella itse tuotettua lämpöenergiaa. Näistä kahdesta vaihtoehdosta laitoksella itse tuotetun lämpöenergian käyttäminen on yleisin vaihtoehto. Mädätyslaitoksella tuotetaan tyypillisesti lämpöenergiaa hyödyntämällä itse tuotettua biokaasua, joka voidaan polttaa suoraan kattilassa, hyödyntää CHP yksikössä tai käyttää suoraan höyryn tuotantoon. Mädätysprosessin aikana on tyypillistä, että biokaasureaktoria sekoitetaan. Sekoittamisen tarkoituksena on tehostaa biokaasun muodostumista, pitää käsiteltävän aineksen laatu tasaisena, tasata lämpötilaa sekä estää reaktorissa tapahtuvaa ei-toivottua lajittumista. Sekoittamiseen on olemassa useita erilaisia teknisiä ratkaisuja. Käytettävä sekoitusmenetelmä riippuu useita tekijöistä, kuten esim. reaktorityypistä, sen dimensioista ja käsiteltävästä materiaalista. Sekoitusmenetelmät voidaan karkeasti jakaa kolmeen (3) päätyyppiin. 6

1. Mekaaninen sekoitus a. Pystysekoittimet, tyypillisiä suurissa ja/tai korkeissa reaktoreissa b. Sivusekoittimet, tyypillisiä pienissä ja/tai hyvin laakeissa reaktoreissa 2. Materiaalin kierrättäminen a. Erityyppisiä pumppuja riippuen järjestelmästä Osaraportti b. Materiaalin imu- ja palautuskohdat voivat vaihdella suuresti eri järjestelmissä c. Materiaalin palautuskohdassa on mahdollista olla joku sekoittumista tehostava 3. Kaasusekoitus tekninen laite kuten suutin tai vastaava a. Kaasun kompressointi ja syöttäminen reaktorin nestepinnan alapuolelle (ns.unconfined gas mixing). Ylösnousevat kaasukuplat sekoittavat reaktorin. b. Kaasun kompressointi ja syöttäminen reaktorin sisälle rakennettuihin putkiin / muihin rakennelmiin (ns. confined gas mixing). Purkautuva kaasu työntää putkessa olevan nesteen tieltään pois jolloin muodostuva nestevirtaus sekoittaa reaktorin Ns. kuivamädätys eroaa prosessiltaan märkämädätyksestä. Kuivamädätyksessä biokaasuprosessiin syötetään termin mukaisesti kuivempaa materiaalia, kuten peltobiomassaa ja elintarviketeollisuuden sivutuotteita, kuten kasvisten ja juuresten käsittelyssä muodostuvaa materiaalia. Kuivamädätyksessä syötteen kuiva-ainepitoisuus on yleensä yli 30 %, mutta joissain prosesseissa siihen sekoitetaan lietelantaa ennen biokaasureaktoria. Sekoitus voidaan toteuttaa erityyppisillä ratkaisuilla, joissa käsiteltävä massa sekoitetaan joko etukuormaajalla tai vaakamallisen biokaasureaktorin vaakasekoittimella. Kuivamädätyksessä syötteen viipymä biokaasureaktorissa on huomattavasti pidempi mitä märkäprosessissa, jopa 175 vrk. Syynä pitkään viipymään on se että kiinteän materiaalin orgaanisen aineksen hajoaminen vaatii hydrolysoituakseen pidemmän ajan mitä nestemäisen tai lietemäisen materiaalin. Biokaasureaktorissa käsiteltävän massan sisältämä orgaaninen aines hajoaa mikrobien vaikutuksesta monivaiheisessa prosessissa ja hapettomissa oloissa lopputuotteiksi, pääasiassa metaaniksi (CH 4 ) ja hiilidioksidiksi (CO 2 ). Muodostunut kaasu ohjataan reaktorin kaasuosasta kaasuvarastoon ja edelleen kaasunkäsittelyyn hyödyntämistä varten. Biokaasulaitos varustetaan häiriötilanteita varten myös ns. soihtupolttimella, jossa muodostuva biokaasu voidaan tarvittaessa polttaa, mikäli CHP yksikkö tai vastaava laitteisto ei ole käytettävissä. CHP yksikkö voi olla kaasumoottori ja/tai mikroturbiini. Lisäksi kaasu voidaan hiilidioksidin erottamisen ja paineistuksen jälkeen hyödyntää liikennepolttoainee- 7

na, biometaanina. On kuitenkin huomioitava, että biokaasun jalostaminen biometaaniksi vaatii mittavat laiteinvestoinnit, eikä niitä yleensä pienempiin biokaasulaitoksiin sen vuoksi ole taloudellisesti mielekästä hankkia. Kun käsiteltävä aines on viipynyt tarvittavan ajan biokaasureaktorissa, sen sisältämä orgaaninen aines on hajonnut osittain (40-60 %). Ravinnepitoinen mädäte siirretään pumpuilla välivarastoon, jossa siitä muodostuu vielä biokaasua, n. 5-10 % kokonaistuotosta. Mädätteen kuiva-ainepitoisuus (TS) on tässä vaiheessa noin 3-7 %, riippuen lähtötilanteen TS pitoisuudesta, viipymästä reaktorissa ja orgaanisen aineksen koostumuksesta. Mädäte sisältää ravinteita ja epäorgaanisia yhdisteitä, joiden pitoisuudet pysyvät prosessissa lähes muuttumattomina. Välivaraston jälkeen mädäte voidaan siirtää vedenerotukseen, jossa erotetaan fosforipitoinen kuivajae (TS pitoisuus 20-30 %) ja typpipitoinen rejektivesi. Laitoskonsepti voidaan suunnitella myös ilman välivarastointa ja käytössä on olemassa ratkaisuja, joissa mädäte ajetaan kuivatukseen suoraan mädätesäiliöistä. Jakeet voidaan hyödyntää lannoitevalmistelain ja sivutuoteasetuksen mukaisesti mm. maanparannusaineena ja lannoitteena. Humus voidaan edelleen mm. rakeistaa ja rejektivedestä konsentroida ammoniumtyppi. Mädäte voidaan levittää peltoon myös sellaisenaan, ilman veden erotusta. Lannoitevalmistelakia ja sivutuoteasetusta valvoo Elintarviketurvallisuusvirasto (Evira). Ohjeistus liittyen lopputuotteeseen ja sen jatkojalostamiseen vaihtelee hyvin värikkäästi ja viimeisin käytössä oleva ohjeistus kannattaa tarkastaa ja sopia aina Eviran kanssa ennen toiminnan aloittamista. Ohjeita lannoitevalmisteiden valmistuksesta ja käytöstä löytyy mm. Eviran internet-sivuilta osoitteesta www.evira.fi. 2.2. Biokaasulaitoksella tuotettavat jakeet 2.2.1 Mädäte Biokaasulaitoksella voidaan käsitellä lähes kaikenlaista eloperäistä, orgaanista ainesta. Aineksen koostumus ja alkuperä vaikuttaa biokaasulaitoksen prosessiin (hygienisointi, painesterilointi) ja mihin biokaasulaitokselta muodostuva humus ja rejektivesi voidaan toimittaa (mm. lannoitevalmistelaki). Biokaasulaitoksella vastaanotettavan aineksen hygienisointi ja painesterilointi koskee muita kuin ihmisravinnoksi tarkoitettuja ja sopivia 8

eläimistä saatavia sivutuotteita, josta määräykset antaa EY asetus N:o 1069/2009 muiden kuin ihmisravinnoksi tarkoitettujen eläimistä saatavien sivutuotteiden ja niistä johdettujen tuotteiden terveyssäännöistä sekä Komission asetus 142/2011 muiden kuin ihmisravinnoksi tarkoitettujen elämistä saatavien sivutuotteiden ja niistä johdettujen tuotteiden terveyssäännöistä. Sivutuoteasetuksessa 1069/2009 sivutuotteet jaetaan kolmeen eri luokkaan, joilla on erilaiset käsittelyvaatimukset. Luokan 1 sivutuotteita ei ole sallittu käyttää raaka-aineena kompostointi- tai biokaasulaitoksissa, vaan ne on hävitettävä sivutuoteasetuksen vaatimusten mukaisesti. Luokkiin 2. ja 3. kuuluvia materiaaleja voidaan käsitellä biokaasulaitoksella. Luokkaan 2. kuuluvia materiaaleja ovat mm. lanta, kuolleet tai teurastetut siat ja siipikarja. Luokkaan 3. kuuluvia materiaaleja ovat mm. elintarviketeollisuuden sivutuotteet ja ruokajäte. Puhdistamolietettä ei luokitella eläinperäisiksi sivutuotteiksi, eikä se siten kuulu sivutuoteasetuksen piiriin. Luokan 2 materiaali lantaa lukuun ottamatta tarvitsee painesterilointikäsittelyn ja luokan 3 materiaali hygienisointikäsittelyn. Steriloinnissa käsiteltävän aineksen kappalekoko on oltava alle 50 mm ja ennen biokaasureaktoria se käsitellään 20 minuutin ajan 133 C:ssa, 3 bar paineessa. Hygienisoinnissa raaka-aineen partikkelikoko on oltava alle 12 mm ja aines käsitellään 60 min ajan 70 C:ssa. Sivutuoteasetuksen (1069/2009/EY) alaisten raaka-aineiden vastaanotto ja käsittely lisää biokaasulaitoksen investointikustannuksia, mutta toisaalta sivutuoteasetukseen kuuluvien raakaaineiden biokaasupotentiaali on yleensä korkea. EU:n komission asetus 142/2011 on annettu sivutuoteasetuksen 1069/2009 täytäntöönpanosta ja säätelee siten biokaasulaitostoimintaa. Anaerobisen prosessin läpikäyneen mädätteen hyötykäyttö on riippuvaista sisään otetusta materiaalista, prosessista (mm. hygienisointi, painesterilointi) ja mädätteen käsittelystä (mm. veden erotus, kompostointi). Toisaalta mädätteen prosessoinnin ja käsittelyn valintaan vaikuttaa alueen hyötykäyttökohteet. Laitoksen ulkopuolelle toimitettaessa tuote vaatii lannoitevalmisteista annetun Maa- ja metsätalousministeriön asetuksen (12/07) liitteen 1 mukaisen tyyppinimen. Tyyppinimessä annetaan määräyksiä mm. käsittelyvaatimuksista ja käyttökohteista. Lannoitevalmisteen raaka-aineen koostumus voi poiketa sallituista raaka-aineista yhdellä prosenttiyksiköllä sen kuitenkaan muuttamatta lannoitevalmisteen tyyppinimeä. Tämä mahdollistaa esim. pienten sakokaivoliete-erien 9

vastaanoton. Lisäksi tuotteen on täytettävä myös asetuksen liitteen IV mukaiset yleiset tuotevaatimukset. Tuotevaatimuksissa annetaan määräyksiä mm. hygieenisyydestä, haitallisista aineista ja epäpuhtauksista. Käytönrajoituksia voi olla myös raaka-aineista johtuen. Esimerkiksi luokan 2 ja 3 sivutuotteita käytettäessä on laidunkäytölle tai rehun korjaamiselle annettu 21 vuorokauden varoaika, jolloin laitumille ei saa laskea karjaa eikä pellolta saa korjata rehua tuona aikana. Raaka-aineista johtuvia rajoitteita on myös vihannes- ja taimituotantoon liittyen. Käytännössä materiaalista ja lopputuotteiden hyödyntämisestä johtuen jokainen laitosratkaisu on suunniteltava ja toteutettava yksilöllisesti. Siinä vaiheessa kun tiedetään saatava materiaali ja lopputuotteen hyödyntämiskohteet, kannattaa tarkistaa Eviran kanta näiden asioiden suhteen. 2.2.2 Biokaasu Eri materiaalien ja ainesten biokaasupotentiaali vaihtelee huomattavasti. Biokaasupotentiaali kuvaa sitä, kuinka paljon biokaasua voidaan tuottaa märkätonnia kohden. Eläinten lietelanta tuottaa noin 7-12 m 3 metaania märkätonnia kohti. Lannan kuivaainepitoisuus on yleensä melko alhainen, jolloin metaanintuottopotentiaali reaktoritilavuutta kohden on alhainen. Erilliskerätyn biojätteen energiantuottopotentiaali on puolestaan korkea, eli noin 100-150 m 3 metaania märkätonnia kohti. Lantaan verrattuna potentiaali on noin 10-kertainen. Taulukossa 1. on esitetty eri materiaalien metaanintuottopotentiaaleja. TAULUKKO 1. Eri materiaalien metaanintuottopotentiaaleja. Metaania on noin 60-70 % syntyneen biokaasun määrästä. Eri materiaalien TS-% voi vaihdella materiaalin alkuperästä riippuen. Materiaali TS-% Metaanintuottopotentiaali m 3 CH 4 /tonni orgaanista ainetta Sian lietelanta 3 300-400 7-8 Lehmänlanta 7 100-250 10-12 Kasvibiomassa 30 300-450 30-150 Biojäte 25-30 500-600 100-150 Puhdistamoliete 20-30 200-400 20-50 Teurasjäte 30 570 150 m 3 CH 4 /tonni märkäpaino 10

Edellä mainittujen materiaalien lisäksi biokaasua voidaan tuottaa erilaisista kasvibiomassoista. Kasvi- tai peltobiomassa voi olla mm. viljan tai esimerkiksi juuresten käsittelyssä pellolle jäävä ylijäämämateriaalia tai erikseen biokaasulaitosta varten kasvatettua biomassaa, kuten ruokohelpeä tai timotei-apilanurmea. Taulukossa 2. on esitetty näiden kahden viimeksi mainitun peltobiomassan arvioidut tuotot hehtaaria kohden sekä metaanintuottopotentiaali ja energiasisältö. Lähteistä riippuen ko. kasvien arvioidut satomäärät hehtaaria kohden vaihtelevat melko paljon. TAULUKKO 2. Kahden rehukäyttöön jalostetun kasvin sato, metaanintuottopotentiaali ja energiasisältö peltohehtaaria kohden. Kasvi Sato Metaanintuottopotentiaali Bruttoenergiansaanto Yksikkö (t kuiva-aine /ha) (m 3 CH 4 /ha) (MWh/ha) Ruokohelpi 9-10 3 800-4 200 37-41 Timoteiapilanurmi 8-11 2 900-4 000 28-38 Ruokohelpi ja timotei-apilanurmi on alun perin kehitetty rehukasveiksi ja siten ne soveltuvat hyvin anaerobisen prosessin materiaaliksi. Märehtijöiden ruuansulatusjärjestelmä osittain vastaa biokaasulaitosprosessia. Molemmat kasvit tuottavat kuiva-ainepitoisuutta kohden melko saman määrän metaania, mutta koska timotei-apilanurmen kuivaainepitoisuus on 35 % alhaisempi kuin ruokohelpin kuiva-ainepitoisuus, jää timoteiapilanurmen bruttoenergiansaanto hehtaaria kohden liki puoleen ruokohelpin bruttoenergiansaannosta. Biokaasun sisältämä metaani on monipuolinen polttoaine, joka voidaan hyödyntää esimerkiksi sähkön- ja/tai lämmöntuotannossa maatilatasolla. Mikäli kyseessä on laajemmasta konseptista, voi myös biokaasun käyttö ajoneuvojen ja työkoneiden polttoaineena olla yksi käyttökohde muodostuvalle kaasulle. Biokaasun avulla laitoksella voidaan tuottaa sähkö yhdistetyllä lämmön ja sähköntuotantoyksiköllä, CHP-yksiköllä. Tällöin biokaasua tulee puhdistaa tiettyyn CHP-laitteistolle määriteltyyn puhtaustasoon. Yleisiä biokaasun puhdistusvaiheita ovat kosteuden, hiilidioksidin ja rikkivedyn poistaminen. Tuotettu sähkö voidaan käyttää suljetusti tilan sisällä ja ylimääräinen käyttämättä jäävä sähkö voidaan ohjata valtakunnalliseen sähköverkos- 11

toon, josta kerrotaan lisää tämän raportin kappaleessa 3.5. CHP-laitteisto tuottaa myös sähköenergian sivutuotteena lämpöenergiaa, mikä on hyödynnettävissä joko itse biokaasulaitosprosessissa tai esimerkiksi maatilakohtaisesti maatilan oman vesilämmitysjärjestelmän lämmittäjänä. Biokaasu voidaan ohjata poltettavaksi biokaasukattilaan, joka palamisprosessissa vapautuvan energian avulla lämmittää kattilan vesiboileria ja näin laitos tuottaa lämpöenergiaa. Suurin osa biokaasulla toimivista lämpökattiloista ei vaadi sähköntuotannon edellyttämää biokaasun puhdistustasoa. 12

3. Energiakasveihin pohjautuvan biokaasuntuotannon nykytilanteen ja ongelmakohtien selvittäminen Biokaasuteknologiaa on hyödynnetty ja kehitetty useita vuosikymmeniä, etenkin Keski- Euroopassa ja Kaukoidässä. Suomessa biokaasuteknologiaa on ensimmäisenä hyödynnetty kunnallisten jätevedenpuhdistamoiden lietteenkäsittelyssä. Itsenäisiä, muita jakeita käsitteleviä biokaasulaitoksia on järjestelmällisesti aloitettu rakentamaan Suomessa vasta 2000 -luvulla. Laitoksia on rakennettu 1-2 laitoksen vuositahtiin, pääasiassa käsittelemään teollisuuden ja kuntien jakeita ja osittain maatalouden jakeita. Biokaasulaitokselta edellytetään poikkeuksetta toimintavarmuutta ja hyvää metaanintuottopotentiaalia. Laitosten hajuhaittojen hallinta ja minimoiminen tulee huomioida myös toimittaessa haja-asutusalueella. Laitokset ovat nykypäivänä automatisoitavissa halutulle tasolle ja erilaisten syötteiden käyttö on mahdollista kehittyvän tietotaidon ja tekniikan myötä. Myös Suomessa esiintyvät neljä vuodenaikaa pystytään huomioimaan jo automatiikan tasolla laitosoperoinnissa. Biokaasulaitokselta edellytetään myös tiettyjen viranomaismääräysten noudattamista ja täyttämistä toiminnan ehtona. 3.1 Energiakasvien viljely Energiakasveilla tarkoitetaan biokaasulaitoksen syötteeksi viljeltyä säilörehua. Säilörehua on tehty Suomessa jo noin 50 vuoden ajan ja sen tuotanto on syrjäyttänyt perinteistä heinän viljelyä pienemmän sääriskin, paremman rehuarvon ja voimaperäisen viljelyn vuoksi. Viljeltäessä energiarehua biokaasulaitoksen jakeeksi, nurmi tulee kerätä nuorena versona, jolloin nurmen kuitupitoisuus on pieni ja sulavuus (D-arvo) sekä valkuaispitoisuus suurin. Tämä tekijä vaikuttaa myös sadon määrään ja korjuiden ajoitus riippuu kerättävien satojen määrästä. Huomioitavaa on, että yleensä suurin sato saadaan kaksiniittomenetelmällä, mutta tällöin sulavuus ja valkuaispitoisuus ovat alemmat kuin kolmi- tai neliniittomenetelmällä. Viljelijä tekee viljelyratkaisut tarpeiden perusteella. Sadon laatuun vaikuttavat nurmen kehitysaste sekä etenkin korjuukauden säät. Yleisesti nurmen laatutekijöinä on pidetty nurmen sisältämiä ravintoaineita ja lisäksi hyvää säilyvyyttä varastoidessa arvostetaan. 13

Energiakasvien viljelyssä tulee huomioida, että apila sisältää vähemmän sokereita kuin nurmiheinät. Rehun säilömisen seurauksena, käytettävien säilöaineiden ohjaama bakteeritoiminta syö osan nurmen sokerista. Energianurmen viljelyssä tulee huolehtia kevät- ja kesälannoituksista sekä kasvinsuojelusta on hyvä neuvotella tapauskohtaisesti, sillä rikkakasvit voivat vaikuttaa rehun sulavuuteen mädätysprosessissa. Hyvän sadon riskinä on ainoastaan korjuukauden sateet, jotka voivat heikentää sadon laatua ja työkoneiden ajettavuutta peltoviljelyksillä. 3.2 Energiakasveihin perustuvan kasvibiomassan viljelyyn liittyvät tuet Pelkästään tai suurimmalta osin energiakasveihin pohjautuvaa biokaasuntuotantoa ei harjoiteta Suomessa tällä hetkellä mittavasti. Valtakunnallisella tasolla on käytössä pienen mittaluokan opetus- tai tutkimuskäytössä olevia biokaasulaitoksia, joissa energiakasvien käsiteltävyyttä lähinnä tutkitaan mädätysprosessin avulla. Maaningan MTT:n tutkimusnavetan yhteyteen rakennettu biokaasulaitos on varustettu energiakasvimassojen vastaanottolaitteistolla. Yksi syy laitosten vähäiseen määrään Suomessa on laitosten kannattavuus. Muista maista poiketen Suomessa ei ole selkeää tukimuotoa ja menetelmiä biokaasulaitosten investointia varten tai tuotetun energian tukemiseksi. Energiakasveihin pohjautuvan biokaasulaitoksen kannattavuuden huonoon tasoon vaikuttavat tukien puuttumisen lisäksi myös materiaalin hankintahinta. Energiakasveihin pohjautuvan biokaasulaitoksen operoija joutuu ostamaan energiakasvit (mm. nurmirehu) rehun tuottajalta vähintäänkin hinnalla, jolla katetaan tuotannosta aiheutuvat kustannukset mikäli ei tuota rehua itse. Omalle tilalle biokaasulaitosta suunniteltaessa on hyvä pohtia oman tilan tarjoamien syötteiden määrä ja laatu. lisäksi myös biokaasulaitokselta saatavien energiamuotojen tarve ja ravinteet on hyvä huomioida ja arvottaa mahdollisimman tarkasti kannattavuuden selvittämiseksi. Seuraavassa on käyty läpi etenkin nurmirehun tuotantoon vaikuttavia kustannuksia. Maatiloilla nurmirehun tuotantokustannuksesta noin kolmanneksen muodostavat konekustannukset. Loput kustannukset syntyvät sadon laadusta ja määrästä. Energiarehua 14

tuottavien tilojen välille voi syntyä suuria kustannuseroja jo pelkästään sadon määrällä, sillä mikäli oletetaan että kahdella tilalla on sama hehtaarikohtainen tuotantokustannus, mutta toisella tilalla on kaksinkertainen sato. Yksikkökustannus on tällöin siis vain puolet toisen tilan kustannuksesta ja ero voi olla jopa 20 senttiä rehuyksikköä kohden. (TilaArtturi) Biokaasulaitoksen nurmirehutarve on suurempi kuin suurimmilla lypsykarjatiloilla Suomessa. Tehostetun ja pelkästään biokaasulaitokselle tuotettavan nurmirehun tuotantokustannuksia on mahdollista alentaa verrattuna esimerkiksi lypsytilan tarpeisiin tuotettuun rehuun konekapasiteettia keskittämällä. Energiakasvien tuotantokustannuksissa ja sadoissa on suuria eroja niin tilojen kuin peltolohkojenkin välillä. Vuonna 2009 säilörehun tuotantokustannus ilman peltotukia oli hehtaaria kohti 1 375 euroa (TilaArtturi). Kustannuksen muodostuvat yleisesti lannoitekustannuksista, konetyökustannuksista sekä sadon määrästä ja laadusta. Nurmirehua tuotetaan hehtaarilta noin 18 märkätonnia, jolloin rehun hinta ilman tukia on 76 euroa/t. Suomen maatalouden viljelijätukijärjestelmän perusta muodostuu EU:n yhteisen maatalouspolitiikan mukaisista tukimuodoista. Tärkeimmät näistä tukimuodoista ovat niin sanottu tilatuki sekä EU-osarahoitteinen luonnonhaittakorvaus (LFA) ja maatalouden ympäristötuki. EU:n yhteisen maatalouspolitiikan tukimuotoja täydennetään kansallisilla tuilla, joita keskeisimpiä ovat Etelä-Suomen kansallinen tuki sekä pohjoinen tuki. Energiakasvien tuotantotuki on näin sidottu myös sijaintinsa puolesta eriarvoisiin viljelyalueisiin valtakunnallisella tasolla. Viljelijätuet määräytyvät pinta-alaa, eläintä tai eläinyksikköä tai tuotettua määrää kohden ja tukien tarkoituksena on turvata tuotannon kannattavuus ja jatkuvuus. Suomessa käytössä olevat tukimuodot on listattu taulukkoon 3. Luonnonhaittakorvaus on nimensä mukaisesti korvaus luonnonolosuhteiden aiheuttamasta haitasta viljelylle. Ympäristötuki puolustaa ympäristönsuojelutavoitteiden lisäksi luonnon monimuotoisuutta ja maatalousmaiseman hoitoa. 15

Mikäli energiakasvien tuotantoa tuetaan kansallisista varannoista (LFA-tuki, tilatuki ja ympäristötuki), puhutaan että peltoalat kuuluvat sitoumuksien piiriin. Tuettu peltoviljely sisältää suuren määrän erilaisia säädöksiä, velvoitteita ja sääntöjä, joiden puitteissa energiakasvien viljelyn on toteuduttava. Mikäli peltoalat eivät ole olleet tukijärjestelmän piirissä tai tukea ei ole haettu määrätyllä tavalla, tila ei ole oikeutettu tukiin. Tukien piiriin pääseminen on haastavaa ja erittäin rajoitettua. Energiakasvien tuotantoon ei liity säädöksiä mikäli toiminta ei ole tuettua. Koska tuet määräytyvät useista eri muuttujista, kuten maantieteelliseen sijaintiin ja pinta-alaan perustuen, käytetään tuetun rehun hintatasona keskiarvioista hintaa. Aiemmin tässä työssä esitettiin, että rehun tuotantokustannukset ovat rehutonnia kohden 76 euroa. Tukien kanssa hinta on noin 36 euroa/t. Siten biokaasulaitostoimijan on maksettava vähintään 40 euroa/t rehusta, joka toimitetaan biokaasulaitokselle energian tuottamiseksi. Taulukko 3. EU:n ja kansallisten tukien suuruudet alueittain esitettynä. NURMI Viljelyala tilatuki ( /ha) ympäristötuki ( /ha) luonnonhaittakorvaus ( /ha) Kotieläintilan ha-tuki yleinen ha-tuki ( ) pohjoinen ha-tuki ( ) ifa:n kansallinen lisäosa, kasvinviljelytila ( ) ifan kansallinen lisäosa, kotieläintila ( ) A 249 162 150 36 20 100 B 203 162 200 36 20 100 C1 168 134 200 33 20 100 C2 168 134 210 33 25 105 C3 168 134 210 49 25 105 C4 168 134 210 100 25 105 Tällä hetkellä peltoviljelyyn liittyvä tukipolitiikka on suunniteltu EU:n suorien tukien osalta vuoden 2013 loppuun, jonka jälkeen alkaa uusi EU:n rahoituskausi. Maatalouden ympäristötukipolitiikkaan on esitetty muutoksia C-alueen (kuva 1) laajaperäisen nurmituotannon lisätoimenpiteitä koskien. Muutoksista viljelijöiden tukiehtoihin tarkennetaan ja annetaan jokaisen tukivuoden alkupuolella, tukien ollessa haettavissa. Luonnonhaittakorvauksen aluejakokriteerit ovat myös uudistumassa ja astunevat voimaan 2014. 16

EU:n suorien tukien maksukausi ulottuu vuoteen 2013 asti. Kuva 1. Jako viljelyalueisiin. 17

EU:n maatalouspolitiikka (CAP) on uudistumassa vuoden 2013 jälkeen. Uudistuksen taustoista on annettu julki tietoa niukasti. Nykyisen CAP:n tavoitteina on puhuttu mm. väestönkasvun huomioimisesta, ruuan ja puhtaan veden riittävyydestä, ilmastonmuutoksen mukanaan tuomista muutoksista ruoka- ja vesipulaan, markkinoiden epävakaudesta, maatalouden kasvihuonekaasujen vähennystavoitteista sekä pellon vaihtoehtoisesta käytöstä bioenergian tuotantoon. CAP:in tavoitteeksi on listattu tälle sopimuskaudelle seuraavat tavoitteet: Elintarvikkeiden saatavuuden, laadun ja turvallisuuden varmistaminen Kohtuullisten tuottajahintojen takaaminen Euroopan maataloustuotannon ylläpitäminen kaikissa maissa Maatalouden tuottavuuden lisääminen Markkinoiden vakauttaminen Maaseutumaiseman ja maaseudun elinvoimaisuuden ylläpitäminen Ympäristönsuojelun, ilmastonmuutoksen torjunnan, eläinten hyvinvoinnin ja bioenergian tuotannon edistäminen Suomessa oli aiemmin käytössä ns. energiakasvitukijärjestelmä. Ko. järjestelmä päättyi vuonna 2009. Energiakasvituki kannusti viljelijöitä viljelemään energiakasveiksi luokiteltuja kasveja erillisen hehtaarimääräisen korvauksen myötä. Uusien biokaasulaitosten rakentamiseksi ja tukemiseksi olisi erittäin suotavaa, että biokaasulaitoksille tuotettavan nurmirehun tai vastaavan viljelystä myönnettäisiin energiakasvitukea. Siten biokaasulaitoksen raaka-aineiden hankintakustannuksia saataisiin alennettua ja taloudellista kannattavuutta parannettua. Maa- ja metsätalousministeriö (MMM) tukee bioenergian ja energiatehokkuuden edistämistä tällä hetkellä muun muassa maatilojen energiaohjelmalla (voimassa vuoteen 2016 saakka) ja myöntämällä biokaasulaitosten rakentamisen tukea (investointi- ja kehittämistuet, tuotantotuet). Näiden tukien piiriin kuuluu myös TEM:in myöntämä syöttötariffi ja energiatuki uusiutuvalle energialle kuten biokaasulle. Maa- ja metsätalousministeriössä on kolmijakoinen vastuunjako biokaasuasioiden hallinnoinnissa. Maatalousosasto (MAO) hallinnoi ja tekee runsaasti maataloussektorin bioenergiapolitiikan valmistelua sekä maatalouden raaka-ainevarojen käyttöön liittyvää poliittista työtä. Yleinen osasto 18

(YLO) puolestaan on koordinaatiovastuussa ilmasto- ja energia-asioissa Maa- ja metsätalousministeriössä. Elintarvike- ja terveysosasto (ELO) puolestaan vastaa reaktorimädätteeseen, lannoitteisiin, lannoitevalmisteisiin ja maanparannusaineisiin liittyvistä asioista. Maatilakohtaisia investointeja varten on kehitetty maatalouden investointitukijärjestelmä, joka tukee hankkeita, joissa raaka-aineet ovat pääosin tilalta tulleita jakeita. Järjestelmä edellyttää että myös pääosa energiasta on käytettävä tilalla. Maatilainvestoinnin suuruus on yleensä noin 15 tukiavustus ja tämän lisäksi on tarjolla 20 % korkotukilainaa. Kiinnostus maatalouden investointitukeen ei ole ollut toistaiseksi kovin suurta vaikkakin hakuja järjestetään useampia vuositasolla. Bioenergiantuotannon avustukset ovat vuonna 2011 viimeistä vuotta valtakunnallisessa budjetissa. Vuonna 2010 tukea on myönnetty 7 hankkeelle, yhteensä 7,3 miljoonaa euroa, joiden maksatuksien on oltava tehtynä vuoden 2013 loppuun mennessä. Maatilojen energiaohjelman tavoitteena on luoda maatilalle energiasuunnitelma jossa pyritään kehittämään tilan kannattavuutta ja energiatehokkuutta. Lisäksi ohjelman puitteissa kannustetaan ja tuodaan tietoa energian omavaraisesta tuottamisesta. Maatilatoimintaa tarkastellaan kokonaisuutena, jonka kustannuksia pyritään alentamaan jatkuvan parantamisen avulla. Samalla tila sitoutuu suunnitelman myötä kartoitettujen mahdollisiin ilmasto- ja energiatavoitteisiin. Energiaohjelma on luokiteltu kolmeen tasoon maatilan koon perusteella. Pienet tilat voivat liittyä ohjelmaan itsenäisesti toteuttamalla omavalvontasuunnitelman, jossa tila selvittää nykyisen energiankäyttönsä, kehittää sen seurantaa, tunnistaa mahdolliset energiatehokkuustoimenpiteet ja selvittää uusiutuvan energian käyttömahdollisuuksia tilallaan. Toisena vaihtoehtona on valtion osittain tukema energiasuunnitelma, jonka laatii Maaseutuviraston hyväksymä maatilan energiasuunnittelija yhdessä tilan kanssa. Energiasuunnitelma kattaa maataloustuotantoon ja siihen läheisesti liittyviin sivuelinkeinoihin käytettävät rakennukset, koneet ja laitteet sekä työmenetelmät ja yksityistalouden energiankäytön. Suunnitelma sitouttaa tilan energianhalinnan jatkuvaan parantamiseen. 19

Suunnitelma on käytettävissä tuettuun suunnitelmaan oikeutetuille, maatilojen energiaohjelmaan liittyneille tiloille. Maatilojen energiakatselmus on asiantuntijoiden ja tilan yhteistyössä suorittama tilaa koskeva perusteellinen selvitys. Rakennusten, työkoneiden sekä tuotannon energian ja veden käytön tehokkuuden nykytila selvitetään raporttiin. Lisäksi raportissa esitetään taloudelliset tehostamismahdollisuudet kannattavuuslaskelmineen ja taloudelliset mahdollisuudet uusiutuvien energioiden tuotannon lisäämiseksi ja käytön tehostamiseksi tilalla kartoitetaan. Katselmukset ja tuki eivät kuitenkaan ole käytössä vielä ohjelman käynnistysvaiheessa vuonna 2010. Toimintaympäristön nykytilan haasteet Uusille raivatuille aloille on haastavaa saada tilatukioikeuksia, jotka oikeuttavat kansallisten ja EU:n tukien saantiin. Minimipeltoala on 3 ha. Viljelyalan tulee olla yli 3 ha tukijärjestelmän ehtojen mukaan. Mikäli tilalla ei ole omia peltoja viljeltävänä, on hyvä tehdä pidempiaikaisia sopimuksia energiarehun tuottajien kanssa biokaasulaitoksen materiaalivirran takaamiseksi. Oman peltoalan puuttuminen nostaa raaka-ainekustannuksia. Erityistukisopimukset vaihtelevat vuosittain. Tällä hetkellä LFA-tukea ei makseta puuvartisten energiakasvien aloille, mutta energianurmen tuotantoon tukea saa. Tarkemmat tiedot ja mahdollisuus tilusjärjestelmään liittymisestä/kuulumisesta selviää maanviljelijälle oman maataloussihteerin luona käymällä. Viljelijöille tarjotaan myös vapaaehtoista tilaneuvontaa, joka on valtion tukemaa toimintaa. Tukea voi saada lakisääteisistä hoitovaatimuksista ja hyvän maatalouden ja ympäristön vaatimuksista kuten pohjavesien suojelusta tai rehuihin liittyvästä annetusta neuvonnasta. Työ- ja elinkeinoministeriön tuista odotetuin on ollut syöttötariffi biokaasulle, mikä saatiin käyttöön pitkän valmistelun jälkeen keväällä 2011. Laitosten tehon rajaksi on asetettu 100 kva ja syöttötariffi on ensisijainen tukimuoto biokaasulle. Huomioitavaa on, 20

että syöttötariffi sopii kuitenkin vain sähkö (+lämpöä) tuottaville laitoksille. Syöttötariffin piirissä olevat laitokset eivät voi saada investointitukea. Myös liikennebiopolttoainetta tuottava laitos ei täytä syöttötariffin ehtoja. Kappaleessa 3.5. on esitelty tukimuotoja tarkemmin. Työ- ja elinkeinoministeriö myöntää myös energiatukea, joka on tarkoitettu ilmasto- ja energiamyönteisiin investointi- ja selvityshankkeisiin, jotka edistävät uusiutuvan energian tuotantoa tai käyttöä, energiansäästöä tai energiankäytön tai tuotannon tehostamista. Tukea myönnetään yrityksille ja yhteisöille, kuten esimerkiksi kunnille. Itä-Suomen yliopisto on laatinut BIOTILA-hankkeelle energiataselaskelmat, joiden tuloksia on analysoitu tarkemmin BIOTILAN loppuraportissa Biokaasulaitosten kannattavuustarkastelut. Energianurmen tuotannossa on määritelty työkoneiden käyttöajat ja työmenekit sekä tarvittavien lisäravinteiden, kasvinsiementen, kasvinsuojeluaineiden, kalkin ja säilöntäaineiden määrät. Taselaskelmat on määritetty keskitetylle biokaasulaitokselle, mikä tarkoittaa ko. hankkeessa useamman maatilan maatiloilta tulevien jakeiden käsittelylaitosta. Raportissa esitettyjen tuotantokustannuslaskelmien (taulukko 4) energianurmen tuotantokustannus on määritetty tuotettua energianurmen kuiva-ainekiloa kohti ( /kg ka). Maatilojen, jotka tuottavat energianurmea on oletettu hyödyntävän kyseisillä pelloilla biokaasulaitoksen mädätettä ravinteena, mikä pienentää lannoitekustannuksia alentaen samalla energianurmen kokonaistuotantokustannusta. 21

Taulukko 4. BIOTILA-hankkeen loppuraportissa esitetty yhteenveto energianurmen tuotantokustannuksista. (Envitechpolis 2011, liiteviitteet viittaavat alkuperäiseen raporttiin) 22

BIOTILA-hankkeen loppuraportista käy ilmi, että energianurmesta tuotetun biokaasun kannattavuus riippuu energian hinnasta. Raportin tuloksien perusteella energiantuotanto energiarehusta 1 ha:n pinta-alalta tuottaa rehua 17.64 t rehua/ha/v ja tästä määrästä muodostuu mädätysprosessissa metaania 2 267 m 3 /CH 4 ha, missä metaanin energiasisältö on 20 864 kwh/ha. 3.3 Kasvibiomassaan perustuva biokaasulaitos Biokaasulaitoksen perustuessa energiakasveista saatavaan biokaasuntuotantoon, voidaan huomata erityinen kierto energiakasvin viljelyn ja ravinteiden kierron välillä (kuva 2). Biokaasulaitokselle otetaan vastaan energiasisällöltään rikasta nurmirehua ja laitosprosesseissa siitä irrotetaan hyödynnettävissä oleva energia mädätysprosessin avulla. Prosessiin voidaan syöttää esimerkiksi tilalta tulevaa lietelantaa. Mädätyksen aikana talteen kerättävällä kaasulla voidaan tuottaa lämpöä ja/tai sähköä. Lopputuotteeksi jäävä mädäte on ravinnearvoltaan hyvää lannoitetta, mikä on muokkautunut biokaasulaitosprosessissa kasveille käyttökelpoisempaan muotoon verrattaessa raakalantaan. Kuva 2. Energiakasveja hyödyntävän biokaasulaitoksen ketju 23

Energiakasvit voivat hajota hitaasti mädätysprosessissa, mikäli kasvin sulavuus on huonoa. Kasvin sulavuuteen vaikuttaa sen pitkälti sen iän myötä kasvava kuitupitoisuus. Hajoavuutta voidaan muuttaa paremmaksi kemiallisilla ja mekaanisilla käsittelymenetelmillä, mutta myös sadonkorjuun ajoitukseen huomiota kiinnittämällä. Biokaasulaitosprosessin toimimiseksi ja massan liikkumiseksi pumpuissa ja putkistoissa sekä sekoittumiseksi säiliöissä vastaanotettava energianurmen partikkelikokoa tulee pienentää mekaanisella silppurilla. Samalla silppuri rikkoo kasvisolukkoa ja lisää energiakasvimassan pinta-alaa ja itse metaanintuotantoa. Rehun käsittelyn yhteydessä muodostuva puristeneste on hyvä ohjata biokaasulaitosprosessiin, sillä se sisältää runsaasti sokereita ja proteiineja. Energiarehun varastointiaika tulisi minimoida, jotta varastoinnin aikana syntyvä materiaalihävikki pienenee ja energiarehu ei kärsi laadullisesti. Silputtu kasvimassa voidaan sekoittaa lietelantaan ja ohjata mädätesäiliöihin. Itse prosessi etenee kuten raportin kappaleessa 2 Taustaa biokaasusta ja prosesseista on kerrottu. 3.4 Kasvibiomassaan perustuvan biokaasulaitoksen hankinta- ja tuotantokustannukset Investointituki Maatilamittakaavan biokaasulaitos voi saada investointitukea joko maatalouden investointitukena, maaseutuyritykselle tai yritystoiminnan laajentamiselle tilan normaalin tuotantosuunnan ulkopuolelle. Ehtoina perusmaatalouden investointitukeen on, että laitoksella käsiteltävistä jakeista yli puolet tulee tilalta ja tila hyödyntää tuotetusta energiasta itse yli puolet. Suora tuki on korkeintaan 15 % hyväksyttävistä kustannuksista ja korkotuen osuus on korkeintaan 20 % hyväksyttävistä kustannuksista ja sitä myönnetään korkeintaan 70 % hyväksyttävien kustannuksien kokonaissummasta. Manner-Suomen maaseudun kehittämisohjelma myöntää tukea maaseutuyrityksille omilla ehdoillaan. Toiminnan tulee olla kannattavaa liiketoimintaa ja kannattavuus tulee 24

osoittaa liiketoiminnallisten laskelmien avulla. Laitos voi käsitellä ulkopuolisiakin jakeita. Tuen suuruus on 10-35 % riippuen laitoksen maantieteellisestä sijainnista ja koosta. tuki on rinnastettavissa investointitukeen. Tuotantotuki Maatilakohtainen biokaasulaitos voi saada biokaasun tuotantoon sidottua tuotantotukea, mikäli laitoksen sähkön nimellistuotantoteho on yli 100 kva. Yleisesti konseptin tuotantoteho jää alle tämän rajan. Tuotantotuki edellyttää lisääksi, ettei a) laitos ole saanut valtion tukea, b) laitoksen tulee olla uusi eikä se saa sisältää käytettyjä osia ja c) laitos käyttää sellaista kaasua, jonka tuottaja ei ole saanut valtion tukea. Mikäli laitos hyväksytään tuotantotuen piiriin, tavoitehinta tuotetulle sähkölle on 83,5 /MWh. Tuki myönnetään laitoksella tuotetulle sähkölle, mistä on vähennetty laitoksen omakäytön osuus. Tästä ns. tavoitehinnasta vähennetään markkinahintaan sidottu 3 kk:n mukainen keskiarvo. Laitoksen kokonaishyötysuhteen ollessa yli 50 %, laitos voi saada lämpöpreemion, jonka arvo on 50 /MWh. Kokonaishyötysuhde lasketaan toteutuneiden tuotantotietojen ja energialähteiden kulutuksen todentamisen jälkeen. Mikäli laitosta ei hyväksytä tuotantotuen piiriin, voi sille hakea kiinteää tuotantotukea, joka on 4,2 /MWh, edellyttäen että sähköä tuotetaan vähintään 200 MWH kalenterivuoden aikana. Kiinteää tuotantotukea ei makseta, mikäli sähkön markkinahinnan keskiarvo ylittää 76,6 /MWh kalenterivuonna. Tilanteessa, missä laitoksen sähköntuotantoteho mahdollistaa tuotantotuen piiriin pääsemisen ja laitos liittyy tuotantotuen piiriin, ei laitos voi hakea samanaikaisesti investointitukea. 3.5 Biokaasulaitosten toimintaan ja biokaasun tuotantoon vaikuttavat säännökset Maatalouteen sijoittuvan biokaasulaitoksen toimintaan, raaka-aineiden hankintaan vaikuttavat useat erilaiset säädökset ja tuet. Säännösten ja tukien alkuperäinen tarkoitus on ollut linjata ja määrittää maataloudessa tapahtuvia toimia ja tehtäviä toimenpiteitä. Kun maatilan yhteyteen suunnitellaan rakennettavaksi biokaasulaitosta, osa säännöksistä 25

vaikuttaa biokaasulaitoksen toimintaan, suoraan tai välillisesti, sekä positiivisesti että negatiivisesti. Säännökset ja tuet vaikuttavat biokaasulaitokselle hankittavan raakaaineen tukiin, mm. biokaasuprosessissa muodostuvan mädätejäännöksen käyttöön ja multaustukeen. Seuraavassa on käyty läpi eri säädökset ja tuet, jotka vaikuttavat maatalouteen suunniteltavan biokaasulaitoksen toimintaa. Taulukkoon 5. on listattu biokaasulaitostoimintaa koskevaa ohjeistusta: Taulukko 5. Biokaasulaitostoimintaan liittyviä asetuksia. Toiminta Laki nro/hallinnoiva Laki/Asetus/Ohje elin/muut huomiot Ympäristölupa (5000-20 000 86/2000 Ympäristönsuojelulaki tn) YVA-menettely (>20 000 tn) 468/1994 Ympäristövaikutusten arviointimenettely Rakennuslupa 132/1999 Maankäyttö ja rakennuslaki Kemikaali-ilmoitus 390/2005, Pelastusviranomainen Tukes Räjähdyssuojausasiakirja Pelastusviranomainen Tukes Pelastussuunnitelma pelastuslaki 379/2011 Pelastusviranomainen Elinkeinoilmoitus - ei tarvetta * Evira Laitoshyväksyntä - ei ilmoitusvelvollinen Evira Omavalvontasuunnitelma T- ei tarvetta ** Sähköverkon liittymissopimus Alueellinen verkkoyhtiö Sähkön verkkosopimus Alueellinen verkkoyhtiö < 50 kwa 100 kwa ( > 50 %) verovapaa syöttötariffikelpoinen Sähkön myyntisopimus Alueellinen verkkoyhtiö Lannoitevalmistelaki 142/2011 ja 1069/2009 Evira *: mikäli syötteinä ovat maatalouden lietelanta ja energianurmi **: mikäli mädäte käytetään tilan pelloilla ja syötteet ovat omalta tilalta 26

Biokaasun maatilatuotantoon ja prosessin tuloksena syntyvän lannoitteen ja energian hyödyntämiseen liittyy useita lakeja, asetuksia ja määräyksiä. Niiden taustalla on normaalisti EU:n direktiivit, joista meillä annettu kansallinen lainsäädäntö on johdettu. Sähkömarkkinalaki määrittelee ehdot, joiden myötä biokaasulla tuotettu sähkö voidaan myydä sähköverkkoon sekä luo puitteet siirtopalveluiden hinnoittelulle. Sivutuoteasetus puolestaan määrittelee ehdot eläimistä saatavien sivutuotteiden hyödyntämisestä biokaasun tuotannossa sekä biokaasulaitoksen lopputuotteena syntyvän mädätysjäännöksen hyödyntämisestä lannoitteena. 3.5.1 Biokaasu Biokaasulaitoksella tuotetusta biokaasusta voidaan tuottaa energiaa usealla vaihtoehdolla. Kuten taulukossa 5. on esitetty, biokaasulaitoksen toimintaan vaikuttavat useat asetukset, säännökset ja lait, etenkin biokaasu itsessään. Laki vaarallisten kemikaalien ja räjähteiden käsittelyn turvallisuudesta (390/2005) liittyy etenkin biokaasulaitoksen toimintaan tuotetun biokaasun käsittelyn ja varastoinnin osalta. On valittu energiamuoto mikä tahansa, vaatii kaasu ennen hyödyntämistä esikäsittelyn. Biokaasulaitoksella tuotettu biokaasu sisältää pääasiassa metaania ja hiilidioksidia. Lisäksi se sisältää epäpuhtauksia kuten rikkivetyä, siloksaaneja, orgaanisia rikkiyhdisteitä; MeSH, DMS, DMDS, VOC jne. CHP yksikköä varten biokaasusta pitää poistaa ylimääräinen kosteus, ja tiettyjen haitta-aineiden kuten rikkivedyn ja siloksaanien pitoisuuksien tulee olla alle CHP yksikön raja-arvojen. Ylimääräinen kosteus poistetaan kaasun kuivauksessa. Kuivausprosessissa kaasun lämpötila lasketaan tyypillisesti + 2..4 C:een, jolloin kosteus kondensoituu. Rikkivety voidaan poistaa esim. kemiallisesti käyttämällä aktiivihiilisovelluksia tai pesureita. Tässä työssä oletetaan, että rikkivety poistetaan käyttämällä aktiivihiiltä. CHP yksikössä biokaasusta voidaan tuottaa sekä sähköä että lämpöä. CHP yksikkö voi olla kaasumoottori tai mikroturbiini. Yleensä CHP-yksikkö on varustettu sähkögeneraattorilla ja lämmön talteenottojärjestelmällä. 27

3.5.2 Sähkö Sähkömarkkinalaki ja energiaverotus Maataloudessa toimivasta biokaasulaitoksesta saatava ylijäämäenergia voidaan myydä ja ohjata paikkalista sähköverkkoa pitkin valtakunnallisille markkinoille. Tällöin sähköntuotantoon vaikuttaa sähkömarkkinalaki tuoden mukanaan käyttäjälle velvollisuuksia ja oikeuksia. Sähkömarkkinalain tavoitteena on varmistaa edellytykset tehokkaasti toimiville sähkömarkkinoille siten, että kohtuuhintaisen ja riittävän hyvälaatuisen sähkön saanti voidaan turvata. Sen saavuttamisen ensisijaisina keinoina on kerrottu olevan terveen ja toimivan taloudellisen kilpailun turvaamisen sähkön tuotannossa ja myynnissä sekä kohtuullisten ja tasapuolisten palveluperiaatteiden ylläpito sähköverkkojen toiminnassa. Sähköverkkotoimintaa saa harjoittaa ainoastaan sähkömarkkinaviranomaisen antamalla sähköverkkoluvalla. Lupa myönnetään toistaiseksi tai erityisestä syystä määräajaksi. Lupa voidaan myöntää yhteisölle tai laitokselle. Maatilakohtaisesti tämä tarkoittaa sitä, että yhden maatilan sisällä sähköä voidaan jakaa ilman sähköverkkolupaa, mutta naapuritilalle ei voida myydä sähköä ilman sähköverkkolupaa. Sähkömarkkinalain mukana verkonhaltijalle lankeaa tuotantolaitoksen liittämisvelvollisuus sekä siirtovelvollisuus pyyntöä ja kohtuullista korvausta vastaan. Energiaverotus pohjautuu neuvoston direktiiviin EY Nro 96/2003 ja siinä on säädetty jäsenvaltioita velvoittava vähimmäisverotaso lämmön tuotannon polttoaineista muun muassa kevyelle ja raskaalle polttoöljylle sekä sähkölle. Suomessa energialähteiden veroista säädetään sähkön ja eräiden energiatuotteiden valmisteverosta annetussa laissa 1260/1996. 28

Sähkön syöttötariffi Osaraportti Uusiutuvilla energiamuodoilla tuotettua sähköä voidaan myydä valtakunnan sähköverkkoon. Sopimus sähköverkkoon myynnistä tehdään paikallisen sähköverkon omistajan kanssa, erillisen Pienvoimaloiden liittäminen jakeluverkkoon, Sener 2001" oppaan mukaisesti. Tällä hetkellä valtakunnan verkkoon myytävästä sähköstä saa noin 3-4 senttiä/kwh. Tämän selvitystyön laskelmissa käytämme sähköverkkoon myytävän energian hintana (ilman syöttötariffia) 60 /MWh, jos laitos rahoituksessaan käyttäisi investointitukea. Useissa maissa on käytössä ns. sähkön syöttötariffi. Syöttötariffin tavoitehinnaksi on Suomessa esitetty ja hyväksytty 83,5 /MWh (Laki uusiutuvilla energialähteillä tuotetun sähkön tuotantotuesta, 1396/2010). Biokaasulla tuotetulle sähkölle maksetaan lisätukea 50 /MWh, kun kyseessä on yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto ja laitoksen kokonaishyötysuhde on vähintään 50 %. Tariffia maksetaan 12 vuoden ajan. Biokaasulaitoksista tariffin piiriin pääsevät ainoastaan uutena rakennettavat voimalat sekä 1.1.2000 jälkeen rakennetut voimalat, jotka täyttävät tariffijärjestelmän muut ehdot ja jotka kompensoivat aiemmin saamansa investointituen. Järjestelmään mukaan otettavien biokaasulaitosten generaattorin nimellistehon tulee olla vähintään 100 kva. Mikäli biokaasulaitos ottaa käyttöön investointituen, on sähkön myyntihinta 60 /MWh (perustuu tietoihin vuonna 2010 verkkoon myydystä sähkön hinnasta), syöttötariffin hintana käytetään 133,5 /MWh ja investointitukea ei oteta huomioon. Kaikissa vaihtoehdoissa myytävän lämpöenergian hinta on 35 /MWh. Mikäli tuotetulla lämpöenergialla korvattaisiin kevyttä polttoöljyä voitaneen myytävälle lämpöenergialle käyttää korkeampaa hintaa. 3.5.3 Lämpö Biokaasulaitos tarvitsee prosessissaan lämpöenergiaa, jotta käsiteltävän materiaalin lämpötila saadaan nostettua haluttuun prosessilämpötilaan, joka yleensä on 35-40 C, tai joissain tapauksissa 55 C. Itse lämmön hyödyntämiseen tai käyttämiseen biokaasulaitoksen sisällä ei erillisiä asetuksia ole määrätty, vaan siihen liittyvät ohjeistukset ovat osana muissa asetuksissa ja säädöksissä. 29