Biokaasun liikennekäyttö Jyväskylän seudulla Esiselvitys. Pauliina Uusi-Penttilä

Biokaasun liikennekäyttö Jyväskylän seudulla Esiselvitys Pauliina Uusi-Penttilä Jyväskylä 31.3.2004 1

Esipuhe Tämä esiselvitys on kaksiosainen raportti biokaasun liikennekäytön mahdollisuuksista Jyväskylän seudulla. Selvitys on tehty Jyväskylän Teknologiakeskuksen, Jyväskylän kaupungin ja Jyväskylän yliopiston yhteistyönä. Rahoittajana on Jyväskylän kaupungin kestävän liikenteen mallikunta hanke. Lisäksi esiselvityksessä on ollut aktiivisesti mukana Jyväskylän Seudun Puhdistamo Oy. Esiselvityksen tarkoituksena on ollut tehdä alustava kartoitus biokaasun liikennekäytön mahdollisuuksista Jyväskylän seudulla ja luoda pohja laajemmalle demonstraatiohankkeelle alueella. Esiselvityksen A osassa käsitellään aihetta paneutuen biokaasun liikennekäytön taustoihin. Liikennekäytön hyödyntämisen perusteita löytyy mm. ympäristötekijöistä ja erilaisista tavoiteohjelmista. Biokaasun liikennekäyttö ei varsinaisesti ole uutta tekniikkaa ja esiselvitykseen on kerätty runsaasti esimerkkejä liikennekäytöstä maailmalla. Myös liikennekäytön tekniikkaa on esitelty puhdistus-, siirto- ja varastointitekniikoiden sekä tankkauspisteiden ja biokaasuautojen osalta. Jyväskylän osalta tarkastelu keskittyy pääasiassa Jyväskylän Seudun Puhdistamo Oy:n tuottamaan biokaasuun, mutta esiselvityksessä on myös laskettu biokaasun teoreettisia kokonaispotentiaaleja sekä helposti hyödynnettäviä biokaasupotentiaaleja. Käyttäjäkartoituksessa on arvioitu biokaasun potentiaalisia käyttäjiä sekä biokaasun riittävyyttä halukkaille. Biokaasun tuotannon ja jakelun osalta on tarkasteltu eri vaihtoehtojen kustannuksia ja vaihtoehtoja. Esiselvityksessä on myös arvioitu biokaasun liikennekäytön taloudellisuutta puhdistamolle ja käyttäjälle. Esiselvityksen B osassa on hahmoteltu mahdollisen jatkohankkeen muotoa, yhteistyökumppaneita ja rahoitusvaihtoehtoja. Esiselvitystyöryhmässä ovat olleet mukana seuraavat henkilöt: Timo Vuoriainen Jukka Rintala Ari Lampinen Ismo Nuuja Marika Ryyppö Pauliina Uusi-Penttilä Jyväskylän Kaupunki, Tekninen palvelukeskus Jyväskylän Yliopisto Jyväskylän Yliopisto Jyväskylän Seudun Puhdistamo Oy Jyväskylän Teknologiakeskus Oy Jyväskylän Teknologiakeskus Oy Jyväskylässä 31.3.2004 3

4

Sisällysluettelo 1 Johdanto... 7 2 Miksi biokaasua tulisi hyödyntää?... 7 2.1 Ympäristönäkökohdat... 7 2.1.1 Jyväskylän tieliikenteen päästöt... 7 2.1.2 Ilmastonmuutos... 9 2.1.3 Muut ilmansaasteiden vaikutukset... 10 2.1.4 Kestävä kehitys... 11 2.1.5 Biokaasun elinkaari... 12 2.2 Tavoiteohjelmat ja verotus... 13 2.3 Jyväskylän ilmastostrategia ja kestävän liikenteen mallikunta... 14 3 Biokaasun liikennekäytön taustaa... 16 3.1 Liikennekäytön nykytilanne... 16 3.1.1 Liikennekäyttö Suomessa... 16 3.1.2 Liikennekäyttö muualla... 17 3.2 Biokaasun liikennekäytön tekniikat... 18 3.2.1 Puhdistustekniikat... 18 3.2.2 Siirto- ja varastointitekniikat... 21 3.2.3 Tankkauspaikat... 22 3.2.4 Biokaasuautot... 23 3.3 Esimerkkejä biokaasun liikennekäytöstä... 24 3.3.1 Kalmarin tila... 24 3.3.2 Ruotsi... 25 3.3.3 Ranska, Sveitsi ja Italia... 27 4 Biokaasun määrä Jyväskylässä... 28 4.1 Jyväskylän Seudun Puhdistamo Oy... 28 4.2 Puhdistamon kaasutilanne... 29 4.2.1 Määrä ja laatu... 29 4.2.2 Käyttö nyt... 29 4.2.3 Tulevaisuuden näkymiä kaasun tuotannon suhteen... 29 4.3 Alueella oleva muu biokaasun tuotantopotentiaali... 30 4.3.1 Kaatopaikkakaasu... 30 4.3.2 Biojäte... 30 4.3.3 Eläinten lanta... 31 4.3.4 Biokaasuntuotanto peltokasveista... 32 4.4 Alueella oleva kokonaistuotantopotentiaali... 34 4.4.1 Teoreettinen maksimimäärä... 34 4.4.2 Helposti saavutettava maksimimäärä... 35 4.4.3 Biokaasu liikenteen biopolttoainedirektiivin täyttäjänä... 35 5 Käyttäjä kartoitus... 36 5.1 Käyttäjäryhmät... 36 5.2 Potentiaali eli biokaasun riittävyys... 37 6 Jakeluinfra... 38 6.1 Puhdistus... 38 6.1.1 Puhdistuslaitteistojen sijoittaminen... 38 6.1.2 Kustannukset... 39 6.2 Varastointi ja siirto, kustannukset... 40 6.3 Tankkauspaikat, kustannukset... 41 6.4 Esimerkkejä laitosten investointi-, käyttö- ja tuotantokustannuksista... 43 5

6.5 Jakeluvaihtoehdot... 45 6.5.1 Minimivaihtoehto... 45 6.5.2 Suurtuotanto... 45 6.5.3 Useita tuottajia... 46 7 Teknistaloudellinen kartoitus... 47 7.1 Puhdistamo... 47 7.1.1 Sähkön- ja lämmöntuotanto... 47 7.1.2 Biokaasun myynti liikennekäyttöön... 48 7.1.3 Tulevaisuuden näkymiä... 49 7.2 Käyttäjät... 51 7.2.1 Biokaasuautojen saatavuus... 51 7.2.2 Käyttökustannukset... 51 7.2.3 Huolto, katsastus... 52 8 Yhteenveto... 52 Lähdeluettelo... 54 6

1 Johdanto Euroopan Unionin toukokuussa 2003 hyväksymä liikenteen biopolttoainedirektiivi (2003/30/EY) edellyttää jäsenmaita nostamaan liikenteen biopolttoaineiden osuuden 2 %:iin vuonna 2005 ja 5,75 %:iin vuonna 2010. Biopolttoaineiden tuominen liikenteeseen vähentää oleellisesti liikenteen haitallisimpia päästöjä, joita ovat hiukkaset, typenoksidit, orgaaniset kaasut ja otsoni. Liikenteen päästöt voimistavat ilmastonmuutosta ja aiheuttavat mm. happamia sateita ja ravinnekuormia. Paikallisia ongelmia ovat erilaiset terveyshaitat, materiaalivauriot ja melun aiheuttamat haitat. Erityisen selvästi paikalliset ongelmat näkyvät kaupunkiympäristössä. Jatkuvasti kasvaviin liikennemääriin varautuminen hyvissä ajoin on tärkeää, jotta kaupunki-ilman laatu saadaan pysymään hyvänä. Puhtaalla ilmalla on suuri merkitys kaupunkilaisten hyvinvoinnille ja viihtyvyydelle. Biokaasuvarat ovat merkittävät, koska kaasua voidaan tuottaa biologisesti yhdyskuntajätteistä, teollisuuden biojätteistä, maatalousjätteistä ja energiakasveista. Biokaasu on uusiutuva luonnonvara ja siten ilmaston kannalta neutraali polttoaine. Biokaasuautojen päästöt ovat myös pienhiukkasten, rikkidioksidin ja typenoksidien osalta murto-osa vastaavien diesel- ja bensiiniautojen päästöistä. Biokaasu on varteenotettava tapa korvata fossiilisia polttoaineita liikenteessä. Biokaasulle soveltuvia metaaniajoneuvoja on ympäri maailmaa käytössä yli 3,3 miljoonaa. Autoja löytyy kaikissa ajoneuvotyypeissä henkilöautoista raskaisiin ajoneuvoihin. Biokaasun liikennekäytössä kaasun puhdistuksella on suuri merkitys ja markkinoilla on useita erilaisia käytännössä testattuja puhdistustekniikoita. Teknisesti biokaasun käyttö liikennepolttoaineena on siten mahdollista. Euroopassa on useita kaupunkeja, joissa biokaasua on käytetty liikennepolttoaineena jo vuosia. Suomessa biopolttoaineiden käyttö liikenteessä on vielä käytännössä olematonta. Suomen ensimmäisen biokaasua polttoaineenaan käyttävän auton omistaa Erkki Kalmari, joka tuottaa biokaasun autolleen omalla maatilallaan Laukaassa. Helsingissä on käytössä 77 maakaasumetaania käyttävää linja-autoa. Maakaasua käyttävät bussit soveltuvat myös biokaasumetaanille. Tässä esiselvityksessä tarkastellaan biokaasun mahdollisuuksia liikennepolttoaineena Jyväskylän seudulla. Esiselvityksen tavoitteena on luoda kattava käsitys biokaasun mahdollisuuksista alueella mm. tekniikan, biokaasun tuotantopotentiaalin, mahdollisten käyttäjien sekä taloudellisten näkökantojen osalta. 2 Miksi biokaasua tulisi hyödyntää? 2.1 Ympäristönäkökohdat 2.1.1 Jyväskylän tieliikenteen päästöt Jyväskylän väkiluku kasvoi vuonna 2003 Tilastokeskuksen arvion mukaan 1,8 % eli 1 455 asukkaalla. Väestönkasvu oli asukaslukuun suhteutettuna korkein maamme kymmenen suurimman kaupungin joukossa. (Korhonen, 2004) Kasvava väkiluku tuo mukanaan myös kasvavan liikennemäärän ja kasvavat liikenteen päästöt. Jyväskylän liikenteen päästöistä suurin osa kohdistuu kaupunkialueelle. Pääkatujen osuus kaikista liikenteenpäästöistä on noin 50 %. 7

Taulukkoon 1 on kerätty tieliikenteen päästöt tietyypeittäin ja taulukkoon 2 autotyypeittäin. Autotyypeistä selvästi suurimmat päästöt aiheutuvat henkilöautoliikenteestä. Diesel pakettiautot ja kuorma-autot ovat henkilöautojen lisäksi merkittäviä typenoksidien, hiukkasten ja hiilidioksidin päästäjiä. Taulukko 1 Jyväskylän tieliikenteen päästöt tietyypeittäin (t/a) (Mäkelä, 2003) CO HC NO x Hiukkaset CH 4 N 2 O SO 2 CO 2 Pääkadut 1 414 184 274 17 10 7 1,2 56 750 Kokoojakadut 221 28 32 2 1 1 0,2 6 900 Tonttikadut 360 44 29 2 1 1 0,2 6 930 Taajaman päätiet 263 35 87 4 3 2 0,2 12 538 Taajaman muut tiet 37 5 7 0,5 0,3 0,2 0,03 1 173 Maaseudun päätiet 305 32 106 5 3 2 0,3 15 001 Maaseudun muut tiet 288 39 82 4 3 2 0,2 12 177 Yhteensä 2 888 367 617 34,5 21,3 15,2 2,33 111 469 Taulukko 2 Jyväskylän tieliikenteen päästöt autotyypeittäin (t/a) (Mäkelä, 2003) CO HC NO x Hiukkaset CH 4 N 2 O SO 2 CO 2 Henkilöautot, ei kat 2 019 247 177 0,74 15,1 0,8 0,66 20 563 Henkilöautot, kat 608 54 83 0,27 3,3 11,9 1,13 35 277 Henkilöautot, diesel 87 12 56 13,13 0,3 0,8 0,14 14 920 Pakettiautot, ei kat 68 9 5 0,03 0,5 0,03 0,03 827 Pakettiautot, kat 2 0,1 0,2 0,001 0,03 0,004 0,01 146 Pakettiautot, diesel 44 10 46 8,79 0,2 0,8 0,12 12 731 Linja-autot 20 8 66 2,84 0,5 0,2 0,06 6 061 Kuormaautot, ip 21 15 80 4,39 0,6 0,3 0,09 9 564 Kuormaautot, peräv 19 13 105 4,30 0,6 0,3 0,11 11 380 Yhteensä 2 888 368,1 558,2 35,231 21,03 15,134 2,35 111 469 Kasvaviin liikennemääriin varautuminen hyvissä ajoin on tärkeää, jotta kaupunki-ilman laatu saadaan pysymään hyvänä. Puhtaalla ilmalla on suuri merkitys kaupunkilaisten hyvinvoinnille ja viihtyvyydelle. 8

2.1.2 Ilmastonmuutos Ilmaston lämpeneminen on yksi vakavimmista maapalloa uhkaavista ympäristöongelmista. Ilmastonmuutoksen aiheuttajista ja mahdollisuuksista sen ehkäisemiseksi on paljon tietoa, mutta tiedon siirtäminen käytäntöön on alkuvaiheessa. Taulukossa 3 on vasemmalla puolella esitetty pahimmat kasvihuonekaasut (ilmastonlämpenemistä aiheuttavat kaasut) sekä niiden osuus lämmitysvaikutuksesta. Taulukosta nähdään, että hiilidioksidi on kasvihuonekaasuista merkittävin. Taulukon oikealla puolella on eri päästölähteistä tulevien kasvihuonekaasujen osuus kokonaispäästöistä Suomessa. Energiantuotanto ja liikenne ovat ylivoimaisesti merkittävimmät kasvihuonekaasujen päästölähteet. Taulukko 3 Kasvihuonekaasut ja niiden osuus lämmitysvaikutuksesta sekä Suomen kasvihuonekaasut päästölähteittäin (Ilmasto.org, 2004) Kasvihuonekaasujen osuus lämmitysvaikutuksesta Hiilidioksidi (CO 2 ) Metaani (CH 4 ) Klooratut hiilivedyt (CFC:t ja HCFC:t) Dityppioksidi Muut (fluoriyhdisteet (HFC:t, PFC:t ja SF6), bromiyhdisteet (halonit, esim. CF3Br) ja muut haihtuvat hiilivedyt (VOC) ) 64% 19% 10% 6% 1% Energiantuotanto ja liikenne Liuottimet, kylmäaineet ja vaahtomuovit Kemiallinen lannoitus Jätteet Lähde Karjatalous Typpihapon valmistus Sementin valmistus Kaasut CO 2, CH 4, muut hiilivedyt, N 2 O, NO x, CO halogenoidut hiilivedyt N 2 O 3% CH 4 CH 4 N 2 O CO 2 Osuus 86% Jotta ilmastonmuutos voitaisiin hidastaa tasolle, joka minimoi vahingon ihmisille ja ekosysteemeille, tulisi hiilidioksidin päästöjä vähentää 50 70 % lähes välittömästi ja myöhemmin lisää. Liikenne on toiseksi suurin kasvihuonekaasupäästöjen lähde Suomessa. Kaikista Suomen hiilidioksidipäästöistä kotimaan liikenne tuottaa noin viidenneksen ja dityppioksidipäästöistä noin 10 %. Epäsuorissa kaasuissa liikenteen osuus on suurempi. Kotimaan liikenne tuottaa haihtuvista orgaanisista yhdisteistä (VOC) noin 45 %, typen oksideista yli puolet ja hiilimonoksidista peräti 70 %. Liikenteen päästöjen jakautuminen eri liikennemuotojen kesken on esitetty taulukossa 4. (Ilmasto.org, 2004) 4% 3% 2% 1% 1% 9

Taulukko 4 Suomen liikenteen päästöt vuonna 2002 (t/a) (Mäkelä et al, 2003) CO HC NO x Hiukkaset SO 2 CO 2 Tieliikenne 304 693 37 490 69 676 3 633 228 11 256 408 Rautatieliikenne 434 184 3 186 72 94 148 737 Vesiliikenne 25 365 8 859 7 897 524 1 360 468 630 Ilmaliikenne 1 802 148 1 093 0 81 326 094 Yhteensä 332 294 46 682 81 853 4 228 1 763 12 199 869 Tieliikenteen osuus % 91,7 80,3 85,1 85,9 12,9 92,3 Liikenteen päästöjen vähentämistapoja ovat: kevyenliikenteen ja joukkoliikenteen lisääminen raideliikenteen lisääminen matkustuksessa ja kuljetuksissa lentoliikenteen vähentäminen liikennetarpeen vähentäminen vähäpäästöisten kulkuvälineiden kehittäminen ja tukeminen Kaikkea liikennettä ei pystytä hoitamaan päästöjen kannalta edullisimpien kevyenliikenteen, joukkoliikenteen ja raideliikenteen avulla. Liikenteen määrä on myös jatkuvassa kasvussa. Liikenneministeriö ennustaa kasvun jatkuvan vuoteen 2010 asti vähintään kaksi prosenttia vuodessa. Näin ollen vähäpäästöisten kulkuvälineiden kehittäminen ja tukeminen nousevat tärkeään asemaan liikenteen päästöjen hallinnassa. Tekniset keinot vähäpäästöisille kulkuneuvoille on jo olemassa. Bensiinin sijasta voidaan suosia vaihtoehtoisia polttoaineita, kuten maa- ja biokaasua, alkoholeja tai kasviöljyä. Esimerkiksi puusta tehty metanoli tuottaa henkilöautokäytössä vain viidenneksen tavallisen bensiinin kasvihuonevaikutuksesta. Linja-autoissa rypsiöljyn käyttö vähentäisi kasvihuonevaikutusta noin kahdella kolmanneksella citydieseliin verrattuna. (Ilmasto.org, 2004) Biokaasu on eräs varteenotettava autojen polttoaine. Biokaasun käyttö ei vaadi suuria muutoksia nykyisiin polttomoottoritekniikoihin. Biokaasuvarat ovat merkittävät, koska kaasua voidaan tuottaa biologisesti yhdyskuntajätteistä, teollisuuden jätteistä, maatalousjätteistä ja energiakasveista. Biokaasu on uusiutuva luonnonvara ja siten ilmaston kannalta neutraali polttoaine. Biokaasu ei lisää kasvihuonekaasujen määrää ilmakehässä. (Ilmasto.org, 2004) 2.1.3 Muut ilmansaasteiden vaikutukset Liikenteen aiheuttamat paikalliset vaikutukset ovat lähinnä terveysvaikutuksia. Haitallisimpia liikenteen tuottamia päästöjä ovat hiukkaset, typenoksidit, orgaaniset kaasut ja otsoni. Hiukkasista pienet hiukkaset ovat vaarallisimmat, koska ne voivat kulkeutua syvälle keuhkoihin. Altistuminen pienhiukkasille voi aiheuttaa sydän- ja keuhkosairauksia. Myös typenoksidit voivat aiheuttaa hengitystieoireita ja keuhkosairauksia. Pakokaasuissa esiintyvien hiukkasten lisäksi autoliikenne nostattaa ilmaan myös katupölyä. Liikenteen aiheuttamat epäpuhtaudet ovat erityisen haitallisia siksi, että ne syntyvät ihmisen hengitysilman korkeudella. Herkillä henkilöillä, kuten astmaatikoilla, jo hyvinkin pienet pitoisuudet lisäävät hengitystieoireita. 10

Terveysvaikutuksille erityisen alttiita ovat myös lapset, vanhukset sekä keuhko- ja sydänsairaat. Materiaalivaurioina ilmansaasteet aiheuttavat mm. korroosiota ja likaantumista. Myös liikenteen melua voidaan pitää saastevaikutuksena. Liikennemelu mm. heikentää viihtyisyyttä, häiritsee lepoa, vaikeuttaa keskittymistä ja häiritsee puheviestintää. Pakokaasupäästöjen alueelliset vaikutukset esiintyvät laajalla alueella, kaukokulkeutumisena jopa satojen kilometrien päässä päästölähteestä. Näitä vaikutuksia ovat mm. rikkidioksidin ja typenoksidien aiheuttamat happamat sateet, typenoksidien aiheuttama ravinnekuorma sekä orgaanisten kaasujen ja typenoksidien reaktiotuotteena syntyvä alailmakehän otsoni. Alueellisten vaikutusten osalta typenoksidi on ehdottomasti liikenteen suurin ongelma. (Motiva Oy, 2004) Taulukkoon 5 on kerätty biokaasua käyttävien bussien ja henkilöautojen päästövähenemät ajoneuvokilometriä kohti verrattuna diesel-busseihin (EURO4) sekä diesel- ja bensiiniautoihin kaupunkiliikenteessä. Taulukko osoittaa, että korvattaessa liikenteen fossiilisia polttoaineita biokaasulla saadaan aikaan merkittäviä vähennyksiä pakokaasupäästöihin. (Lampinen, 2003a) Biokaasukäyttöiset autot ovat tyypillisesti myös hiljaisempia kuin fossiilisia polttoaineita käyttävät autot. Metaanibussien melutasoissa on todettu ulkopuolella melun olevan 2 db ja sisäpuolella 4 5 db alhaisempi kuin vastaavilla dieselbusseilla. Prosentuaalisesti tämä tarkoittaa 37 68 % alhaisempaa melutasoa. (IvecoSpA, 1999) Taulukko 5 Biokaasumetaania käyttävien bussien ja henkilöautojen päästövähenemät verrattuna diesel-busseihin (EURO4) sekä diesel- ja bensiiniautoihin kaupunkiliikenteessä (Lampinen, 2003a) Päästölaji Kasvihuonekaasut (CO 2, CH 4 ja N 2 O) Pienhiukkaset PM 2,5 SO 2 > - 98 % > - 99 % > - 98 % NO x - 39 % -88 % - 57 % NMVOC CO Bussi: dieselistä biokaasuun > - 96 % - 94 % - 70 % 0 Auto: dieselistä biokaasuun > - 95 % -99,9 % - 33 % + 65 % Auto: bensiinistä biokaasuun > - 96 % - 66 % - 79 % - 90 % 2.1.4 Kestävä kehitys Suomen kestävän kehityksen toimikunta määritteli 1995 kestävän kehityksen maailmanlaajuisesti, kansallisesti, alueellisesti ja paikallisesti tapahtuvaksi jatkuvaksi ja ohjatuksi yhteiskunnalliseksi muutokseksi, jonka päämääränä on turvata nykyisille ja tuleville sukupolville hyvät elämisen mahdollisuudet. Toimikunnan tulkinnan mukaan kestävä kehitys sisältää kolme ulottuvuutta: ekologisen, taloudellisen sekä sosiaalisen ja kulttuurillisen ulottuvuuden. Ekologisen kestävyyden perusajatuksena on luonnon monimuotoisuuden säilyttäminen ja ihmisen toiminnan sopeuttaminen luonnon sietokykyyn ja maapallon luonnonvaroihin. Taloudellinen kestävyys tarkoittaa tasapainoista kasvua, joka perustuu varantojen kestävään käyttöön ja jossa tavarat ja palvelut tuotetaan nykyistä pienemmällä ympäristörasituksella ja vähemmillä luonnonvaroilla 11

Sosiaalisen ja kulttuurisen kestävyyden tavoitteena on turvata ihmisille yhdenvertaiset mahdollisuudet oman hyvinvointinsa luomiseen ja taata hyvän elämän edellytysten siirtyminen sukupolvelta toiselle. Liikenteen osalta kestävän kehityksen tavoitteet ovat (Liikenne- ja viestintäministeriö, 2003): Kehitetään liikennejärjestelmiä kokonaisuutena siten, että edistetään ympäristön kannalta edullisten liikennemuotojen käyttöä Luodaan toimivia matka- ja kuljetusketjuja, jotta liikenteen haitalliset päästöt ja liikenteen energiakäyttö vähenisivät Pyritään suunnittelemaan maankäyttöä, toimintojen sijoittumista ja liikkumista siten, että luodaan edellytykset hyvälle ja terveyttä ylläpitävälle ympäristölle Kehitetään ympäristövaikutusten arviointia ja vuorovaikutusta niin, että yhä useampi voisi ottaa osaa suunnitteluun Fossiilisten polttoaineiden korvaaminen tieliikenteessä biokaasulla tukee selvästi kestävän kehityksen kaikkia osa-alueita. 2.1.5 Biokaasun elinkaari Biokaasu pärjää elinkaari vertailuissa hyvin paitsi fossiilisille polttoaineille myös muille biopohjaisille liikennepolttoaineille. Liikenteen biopolttoainevaihtoehdoista biokaasumetaani tarjoaa korkeimman konversiohyötysuhteen eli tuotettaessa esim. bioetanolia tai biodieseliä viljelypinta-alaa tarvitaan 2-4 kertaa biokaasua enemmän. Jopa 90 % mädätettävän biomassan energiasisällöstä on muunnettavissa metaanin energiasisällöksi. Biokaasumetaanin tuotanto on fossiilipolttoaineiden tuotantoa energiatehokkaampaa. Taulukossa 6 on esitetty biokaasun ja fossiilisten liikennepolttoaineiden energiatehokkuusvertailu. (Lampinen, 2003a) Taulukko 6 Liikennepolttoaineiden tuotannon energiatehokkuus vertailu (Lampinen, 2003a) Polttoaine Bensiini, lyijytön 95 Diesel Mk1 Maakaasu Biokaasu Lisäenergia, joka vaaditaan hyödynnettävän energiayksikön valmistamiseen 21 % 14 % 9 % 6 12 % Fossiilinen energia, joka tarvitaan hyödynnettävän energiayksikön valmistamiseen. 21 % 14 % 9 % 0 5 % Kuvassa 1 on kuvattu erilaisten polttoaineiden elinkaaren aikaiset kasvihuonekaasupäästöt hiilidioksidiekvivalentteina. Kuvassa on mukana tavallisia bensiini- ja dieselmoottoreita sekä kahdenlaisia vetypolttokennoja. Toisessa vetypolttokennossa on mukana vedyn erotin, joka irrottaa polttokennon käyttämän vedyn autoon tankatusta polttoaineesta. Tavallisessa vetypolttokennossa vedyn erottelu käytettävästä polttoaineesta tapahtuu ennen tankkausta. Kuvaan on asetettu rajaviiva kohtaan 166 g/km, tämä kuvaa kasvihuonekaasupäästöjä tavallisella dieselmoottorilla käytettäessä fossiilista dieselpolttoainetta. Kuvasta nähdään, että alhaisimmat elinkaaren aikaiset kasvihuonekaasupäästöt saadaan biomassapohjaisilla polttoaineilla sekä tuulivoimalla vedestä erotetulla vedyllä. Palkki 12 kuvaa orgaanisesta jätteestä mädättämällä valmistettua biokaasua tavallisessa otto-moottorissa, kuten Volvo V70 bi-fuel autossa. Biokaasun päästöt ovat 4 % dieselin ja 6 % parhaan maakaasupohjaisen polttokennosysteemin päästöistä. (L-B-Systemtechnik, 2003) 12

Kuva 1 Polttoaineiden kasvihuonekaasupäästöt hiilidioksidiekvivalentteina (L-B-Systemtechnik, 2003) 2.2 Tavoiteohjelmat ja verotus Liikenteen biopolttoaineita koskevat EU direktiivit ja biopolttoaineiden käyttöönotto liikennepolttoaineena ovat osa EU:n liikenne-, energia- ja ympäristöstrategioita. EU:n liikennestrategian KOM(2001)370 seurauksena komissio julkaisi vuonna 2001 vaihtoehtoisten liikennepolttoaineiden edistämisohjelman KOM(2001)547, joka sisälsi kaksi direktiiviehdotusta. Toinen niistä, liikenteen biopolttoainedirektiivi (2003/30/EY), hyväksyttiin toukokuussa 2003. Se edellyttää biopolttoaineiden osuuden noston 2 %:iin v. 2005 ja 5,75 %:iin vuonna 2010 liikenteen energiankulutuksesta kaikissa jäsenmaissa. Vaikka tavoitteet eivät jäsenmaille ole sitovia, ovat ne kaikkien jäsenmaiden hyväksymiä ja komission direktiivissä antama mandaatti edellyttää voimakkaampia toimenpiteitä niiltä mailta, jotka ovat selvästi jäämässä tavoitteista. Direktiivi koskee esimerkiksi bioalkoholeja, bioeettereitä, biodieseliä, raakaa kasviöljyä, biokaasua, puukaasua, biovetyä sekä kaasutuksen ja pyrolyysin avulla valmistettavissa olevia synteettisiä biopolttoaineita. (Euroopan yhteisöt, 2003a; Lampinen, 2003b) EU:n Vihreässä kirjassa Energiahuoltostrategia Euroopalle on asetettu biopolttoaineille 20 % tavoiteosuus liikennepolttonesteistä vuoteen 2020 mennessä. Kauppa- ja teollisuusministeriön uusiutuvan energian edistämisohjelmassa 2003 2006 esitetään liikenteen biopolttonesteille 2 % tavoite vuoteen 2010 mennessä. Tämä tavoite jää selvästi biopolttoainedirektiivin tavoitteen alapuolelle. Edistämisohjelmaa laadittaessa biopolttonesteiden käyttöä ja verotusta koskevien direktiivien käsittely oli edelleen kesken ja tavoite oli tarkoitettu vain alustavaksi. (KTM, 2003) Maa- ja metsätalousministeriön vetämässä työryhmässä pohditaan nyt sekä tavoitteeseen että mahdollisiin edistämistoimiin liittyviä asioita. Työ on vielä kesken, mutta 13

näyttäisi siltä, ettei alustavaa tavoitetta tulla vuoden 2010 osalta nostamaan. (Broadstreet, 2004) Suomen liikenteen biopolttoaine pohdinta pyörii pitkälti biodieselin ja bioetanolin ympärillä. Suurimpana argumenttina biopolttoainedirektiivin tavoitteesta poikkeamiseen näyttäisi olevan näiden polttoaineiden kotimainen valmistuspotentiaali, joka ei riitä korvaamaan 5,75 % liikenteen polttonesteistä vuonna 2010. Biokaasun mukaanotto biodieselin ja bioetanolin rinnalle korvaamaan fossiilisia polttoaineita parantaisi tilannetta huomattavasti. Vaikka liikenteen biopolttoaineille asetetut tavoitteet ovat varsin väljiä, on selvää, että tulevaisuus tuo tullessaan biopolttoaineet myös liikennesektorille. Ne kaupungit ja alueet, joissa biopolttoaineet tulevat ensin markkinoille ovat avainasemassa, kun muualla pyritään saavuttamaan asetettuja tavoitteita. Biokaasu näyttäisi olevan biopolttoaineista tällä hetkellä Suomessa potentiaalisin liikennepolttoaine, pääasiassa vuoden 2004 alusta muuttuneen biokaasuautojen verotuksen sekä suuren tuotantopotentiaalin vuoksi. Neuvoston direktiivi 2003/96/EY energiatuotteiden ja sähkön verotusta koskevan yhteisön kehyksen uudistamisesta hyväksyttiin lokakuussa 2003. Direktiivi (ns. polttoaineverodirektiivi) antaa minimitason, jolla liikennepolttoaineita tulee verottaa. Taulukkoon 7 on kirjattu direktiivin mukaiset minimi verotasot. Taulukko 7 Polttoaineverodirektiivin antamat moottoripolttoaineisiin sovellettavat verotuksen vähimmäistasot (Euroopan Yhteisöt, 2003b) Lyijypitoinen bensiini (euroa/1000 litraa) Lyijytön bensiini (euroa/1000 litraa) Kaasuöljy (euroa/1000 litraa) Lentopetroli (euroa/1000 litraa) Nestekaasu (euroa/1000 kiloa) Maakaasu (euroa/ gigajoule, bruttolämpöarvo) Biopolttoaineet 1.1.2004 421 359 302 302 125 2,6 0 1.1.2010 421 359 330 330 125 2,6 0 Vähimmäisverotasot on annettu vain fossiilisille polttoaineille, mukaan lukien nestekaasu ja maakaasu. Biopolttoaineille ei ole määrätty vähimmäisverotasoa, joten niitä ei tarvitse verottaa. 2.3 Jyväskylän ilmastostrategia ja kestävän liikenteen mallikunta Jyväskylän kaupungin ilmastostrategian loppuraportti määrittelee ilmastostrategian Jyväskylän kaupungille sekä strategian tavoitteisiin sitoutuville muille toimijoille kaupungissa. Strategian antama tavoite liikenteelle on: 14

Jyväskylässä liikutaan tulevaisuudessa nykyistä turvallisemmin, ympäristöystävällisemmin, taloudellisemmin ja sujuvammin etenkin kevyttä liikennettä edistämällä ja suosimalla. Nykyisten toimenpiteiden lisäksi strategiassa määritellään lisätoimenpiteitä eri liikenteen osaalueille. Näistä biokaasun käyttöä suoraan tukevat seuraavat toimenpiteet: Biokaasun käyttökokeilun selvittäminen keskustan joukko- ja jakeluliikenteessä Bussi- sekä taksikaistojen lisääminen ja käyttöoikeuden antaminen niillä myös biopolttoaineita käyttäville ajoneuvoille, autopooleille sekä hybridi- ja sähköautoille Pysäköintimaksu poistetaan biopolttoaineita käyttäviltä ajoneuvoilta Kaupungin kuljetuksissa, työkoneissa ja autokannassa siirrytään mahdollisuuksien mukaan biopolttoaineisiin ja kaluston kilpailutuksessa otetaan huomioon kaluston päästöt ja energiatehokkuus Jätteistä tuotetaan biokaasupohjaista liikennepolttoainetta. Tuotantokohteita voivat olla kaatopaikkakaasu, jätteiden ja jätevesien käsittely, teollisuuden ja maatilojen biokaasureaktorit. Kuluttajia voivat olla paikallisbussit, kaupungin oma autokanta, jätteidenkuljetus, taksit, posti, poliisi, kuriiri- ja huoltoyhtiöt sekä muu liike-elämä ja yksityisautot. Jakelu voidaan toteuttaa huoltoasemaketjujen ja/tai tuotantopaikkojen erillisasemien avulla Selvitetään pidemmällä tähtäimellä myös muiden kuin nopeasti hajoavien biojätteiden eli lähinnä puuperäisten jätteiden liikennepolttoainetuotantoa. Jyväskylän yliopisto selvittää biopolttoaineiden käytön mahdollisuutta yliopiston autokannassa Jyväskylän Liikenne Oy selvittää biokaasun käyttökokeilua Taulukossa 8 on esitetty liikennesuoritteen kehittyminen ja päästöt Jyväskylässä. Lisätoimenpideskenaariossa on liikenteen osalta oletettu liikennesuoritteessa saavutettavan 8 % alentuma vuoteen 2010 mennessä ja 10 % alentuma vuoteen 2020 mennessä nykykehitysskenaarioon verrattuna. Lisäksi kaupungin bussiliikenteestä oletetaan 30 % muunnettavan biokaasukäyttöiseksi vuoteen 2010 mennessä. (Jyväskylän kaupunki, 2004a) Taulukko 8 Liikennesuoritteen kehittyminen ja päästöt Jyväskylässä (Jyväskylän kaupunki, 2004a) 2000 Nykykehitys 2010 2020 Lisätoimenpiteet 2010 2020 Jyväskylä, väestö 78 966 87 000 92 000 87 000 92 000 Jyväskylä, suorite (Mkm/a) 742 915 1 021 842 919 CO 2 ekv. päästöt (t/a) 102 694 117 975 117 123 106 337 103 211 Liikenne- ja viestintäministeriö (LVM) on ollut käynnistämässä kestävän liikenteen mallikuntakokeilua. Kolme kuntaa (Lempäälä, Kerava ja Jyväskylä) ovat sitoutuneet kevyen liikenteen tai joukkoliikenteen edistämiseen tai toteuttamaan erilaisia ympäristöystävällistä liikennettä edistäviä toimenpiteitä kukin tahollaan. 15

Jyväskylän kestävän liikenteen mallikunta toiminnan tavoitteena on edistää liikennejärjestelmäsuunnitelman mukaisia joukko- ja kevyen liikenteen hankkeita sekä edistää kävelyä ja pyöräilyä itsenäisinä liikkumismuotoina. Lisäksi halutaan painottaa liikennepolitiikassa kevyen liikenteen asemaa, vaikuttaa liikkumista koskeviin mielikuviin ja herättää keskustelua sekä kehittää hyviä toimintatapoja ja malleja eri toimialojen ja toimijoiden välisen yhteistyön edistämiseksi. Käytettävät toimintamuodot ovat suunnittelu ja rakentaminen, yhteistyö eri toimijoiden kanssa, markkinointi ja tiedottaminen, kampanjointi sekä tutkimus ja kehitys. (Jyväskylän kaupunki, 2004b) 3 Biokaasun liikennekäytön taustaa 3.1 Liikennekäytön nykytilanne Metaaniajoneuvoja on eri puolilla maailmaa käytössä yli 3,3 miljoonaa. Suurin osa näistä käyttää maakaasumetaania, mutta sama tekniikka soveltuu myös biokaasusta valmistetulle metaanille. (IANGV, 2003) Biokaasun liikennekäytön perustutkimusta ja kehitystyötä on tehty jo 1980- ja 1990-luvuilla muutamien aktiivisten maiden toimesta. Biokaasun käyttöönotossa pääpaino onkin nykyään pääasiassa markkinoinnissa ja teollistamisessa sekä entistä paremman puhdistusteknologian kehittämisessä. 3.1.1 Liikennekäyttö Suomessa Biopolttoaineiden käyttö liikenteessä on Suomessa vielä käytännössä olematonta. Suuri syy biokaasun vähäiseen liikennekäytäntöön on ollut autojen verokohtelu, tiedon puute ja muissa Euroopan maissa tyypillisten kannustimien puuttuminen. Biokaasuautojen verotus muuttui 1.1.2004 alkaen ja biokaasuautojen määrä tuleekin todennäköisesti tulevaisuudessa kasvamaan. Verotuksen korjaus tekee biokaasuautoista kilpailukykyisempiä kuin aikaisemmin ja kiinnostus biokaasuautoja kohtaan on selvästi kasvamassa. Suomen ensimmäisen biokaasua polttoaineenaan käyttävän auton omistaa Erkki Kalmari. Kalmari tuottaa biokaasua autolleen maatilallaan Laukaassa. Kalmarin biokaasuntuotannosta ja liikennekäytöstä on kerrottu enemmän kohdassa 3.3.1. Suomessa on tällä hetkellä 77 kaasukäyttöistä linja-autoa, jotka kaikki toimivat Helsingissä tai Helsingin seudulla. Ensimmäiset kaksi maakaasukäyttöistä bussia tulivat Suomeen vuonna 1996, samalla valmistui ensimmäinen tankkausasema Pirkkolaan. Vuonna 1998 HKL Bussiliikenne hankki 11 auton sarjan Volvo-maakaasubusseja. Maakaasubussien määrä on tämän jälkeen kasvanut jatkuvasti. Käyttökokemukset ovat olleet hyviä vaikka maakaasubussien onkin todettu vaativan enemmän huoltotoimia sytytys- ja kaasunsäätölaitteisiinsa kuin dieselbussit diesellaitteisiinsa. Mahdollisuus erittäin alhaisiin päästöihin ja kaasumoottorille tyypillinen hiljainen käyntiääni ovat etuja, joita ei voi ohittaa.(mäkelä, 2002) Maakaasua käyttävät bussit soveltuvat myös biokaasulle, molemmissa polttoaineena on metaani. Kuvassa 2 on HKL Bussiliikenteen maakaasubussi tankkaamassa vuonna 1998 valmistuneella Ruskeasuon tankkausasemalla. 16

Kuva 2 HKL-bussiliikenteen bussi tankkaamassa maakaasumetaania Ruskeasuon tankkausasemalla (Mäkelä, 2002) 3.1.2 Liikennekäyttö muualla Euroopan Unionin sekä useiden maiden lainsäädäntö ja säädökset olivat pitkään epäsuotuisat biokaasun käyttöönotolle. Tästä huolimatta muutamat Euroopan maat ja kaupungit käynnistivät biokaasun liikennekäyttöä edistäviä projekteja. Biokaasun liikennekäytön edelläkävijämaita Euroopassa ovat olleet Ruotsi, Ranska, Sveitsi, Islanti ja Italia. Maat ottivat biokaasulla toimivat autokannat (busseja, kuorma-autoja ja henkilöautoja) käyttöön 1990-luvulla. Taulukkoon 9 on kerätty biokaasun liikennekäyttötietoja Euroopan kaupungeista. Huomion arvoista taulukossa on mm. teollisuuden ja eläinten lannan suuri biokaasupotentiaali. (Trendsetter, 2003) Tarkempia esimerkkejä liikennekäytöstä löytyy kappaleesta 3.3. 17

Taulukko 9 Biokaasu liikennekäytössä Euroopan kaupungeissa (Trendsetter, 2003) Kaupunki Asukasluku Biokaasun lähde Aloitusvuosi Vuosituotanto MNm 3 Autokanta Kristianstad 70 000 puhdistamoliete ; lanta 1985 1,5 22 bussia; 2 kuorma-autoa 50 henkilöautoa Linköping 132 000 teollisuus, orgaaninen jäte 1991/1997 3 68 bussia 200 henkilöautoa Göteborg 600 000 1992 Maakaasu + biokaasu 1490 ajoneuvoa Lille 1,2 milj. puhdistamoliete 1995 1 124 bussia Zurich 1,2 milj. 1995 maakaasu + biokaasu 9 kuorma-autoa 600 kevyt ajoneuvoa Rooma 2,8 milj. puhdistamoliete 1995 3,5 12 kuorma-autoa Jönköping 118 500 puhdistamoliete 1995? 1,5 95 henkilöautoa Trollhättan 52 000 puhdistamoliete ; teollisuus 1996 0,6 100 henkilöautoa; 10 bussia 5 kuorma-autoa Helsingborg 300 000 kaatopaikka 1996 60 ajoneuvoa Uppsala 200 000 teollisuus; lanta 1997 2 46 bussia Tukholma 800 000 puhdistamoliete 1997 1,5 + 3 425 henkilöautoa 3 kuorma-autoa Kalmar 57 000 puhdistamoliete ; lanta 1998 2,5 35 henkilöautoa 5 kuorma-autoa Eslöv 29 000 puhdistamoliete 1998 0,2 50 henkilöautoa; 2 bussia 2 kuorma-autoa Reykjavik 170 000 kaatopaikka 2000 44 julkista ja yksityistä autoa 3.2 Biokaasun liikennekäytön tekniikat Vaikka biokaasun liikennekäyttö on Suomessa tuore asia, ei tekniikka globaalisti ajateltuna ole uutta. Biokaasua on käytetty liikennepolttoaineena vuosia eri kaupungeissa ympäri Eurooppaa. Tekninen puoli biokaasun hyödyntämiselle on olemassa ja käytännössä testattu. Kehitystyö jatkuu lähinnä laitteiden taloudellisen kilpailukyvyn parantamisen parissa. 3.2.1 Puhdistustekniikat Orgaanisen aineen anaerobisessa hajoamisessa saatava biokaasu sisältää 60 70 % metaania (CH 4 ), 30 40 % hiilidioksidia (CO 2 ), alle 1 2 % rikkivetyä (H 2 S) ja pieniä määriä muita epäpuhtauksia. Biokaasun seassa on usein myös huomattava määrä vesihöyryä. Biokaasusta käytetään hyödyksi pääasiassa metaani ja käyttökohteesta riippuen täytyy muut yhdisteet poistaa kaasun joukosta. Liikennepolttoaineena käytettävästä biokaasusta puhdistetaan rikkivedyt, vesihöyry ja hiilidioksidi. Kaatopaikkakaasusta täytyy lisäksi poistaa mm. halogeeniyhdisteitä. Kuvassa 3 on esitetty kaasun puhdistusketju. Joissain tapauksissa kaasusta erotetaan vettä sekä ennen CO 2 -erotusta ja puhdistusta että niiden jälkeen. (IEA Bioenergy, 2000) 18

kuivaus vedenerotus CO2 erotus, puhdistus jälkimmäinen vedenerotus paineistus kaasuajoneuvot kaasun varastointi < 10 ppm 95 % CH4 200-250 bar korroosion esto korroosion esto energiatiheyden nosto kaasun varastointitilan pienentäminen tankkausasema Kuva 3 Biokaasun puhdistusketju ajoneuvopolttoaineeksi (IEA Bioenergy, 2000) Veden erotus Biokaasu on vesihöyryllä kyllästettyä ja kaasun jäähtyessä osa vesihöyrystä kondensoituu. Kondensoitunut vesi on hapanta ja sisältää orgaanisia yhdisteitä. Kaasun vesipitoisuutta täytyy yleensä alentaa ja kondensoitunut vesi poistaa putkistosta tukosten sekä korroosion välttämiseksi. Kokoojaputkistoon kertyvä vesi voidaan poistaa rakentamalla putkeen sifoni ja imeytyskaivo tai yksinkertaisesti tekemällä putkeen mutka, johon on liitetty kondensioveden poistoputki. Tarkempi vedenerotus voidaan toteuttaa esimerkiksi kaasun jäähdytyslaitteistolla, kompressorilla tai suola-absorptiolla. Yleisin erotustapa on jäähdyttää kaasu 5 10 o C:n lämpötilaan ruostumattomassa säiliössä. Jäähdytykseen voidaan käyttää myös glykolijäähdytystä. (IEA Bioenergy, 2000; Peltoniemi, 2001) Hiilidioksidin erotus Hiilidioksidin erotuksella biokaasulle saadaan korkeampi energiasisältö sekä tasaisempi laatu. Hiilidioksidia voidaan poistaa kaasusta absorboimalla se nesteisiin. Absorptioprosessissa voidaan käyttää nesteinä esimerkiksi trietyyliamiinia, trietyleeniglykolia tai dietyleeniglykolia. Myös vettä voidaan käyttää hiilidioksidin poistamiseen. Painevesiabsorptiossa biokaasusta voidaan poistaa hiilidioksidin lisäksi myös rikkivety. Molemmat aineet liukenevat veteen metaania herkemmin. Prosessi on yksinkertainen ja soveltuu erityisen hyvin jätevedenpuhdistamoille, joissa vettä on runsaasti käytettävissä eikä veden kierrätys ole siten tarpeellista. Painevesiabsorptio on käytössä muun muassa Lillen kaupungissa Ranskassa, jossa menetelmällä on päästy aina 96 %:n metaanipitoisuuteen. Puhdistuslaitoksessa raakakaasun virtausnopeus on noin 100 Nm 3 /h. Kyseisen painevesiabsorptiojärjestelmän investointikustannukset olivat noin 720 000 ja käyttökustannukset ovat noin 50 000 vuodessa. PSA-puhdistustekniikkaa käytettäessä kaasun puhdistuminen tapahtuu adsorptiomateriaalilla täytetyissä sylintereissä. Yleisimmin käytetty adsorptiomateriaali on aktiivihiili. Menetelmä perustuu hiilidioksidin ja epäpuhtauksien fysikaaliseen adsorptioon kaasusta stationäärisen materiaalin pinnalle. Erottumiseen vaikuttaa fysikaalisten voimien lisäksi molekyylikoko. Sylintereissä paine nousee ja laskee, jolloin nousun aikana hiilidioksidi ja muut epäpuhtaudet adsorboituvat aktiivihiileen ja paineen laskiessa adsorptiomateriaali puhdistuu niistä. Puhdistus voidaan toteuttaa esimerkiksi kahdella rinnakkain liitetyllä sylinterillä, joissa vuorotellen on käynnissä paineen nousu- ja laskuvaiheet. PSA on painevesiabsorption jälkeen toiseksi yleisin hiilidioksidin poistamiseen käytetty menetelmä. Ruotsin Linköpingissä käytössä olevalla PSA-laitteistolla päästään 97 %:n metaanipitoisuuteen. Linköpingin puhdistuslaitoksessa 19

raakakaasun virtausnopeus on noin 170 Nm 3 /h. Menetelmän investointikustannukset olivat noin 375 000 ja käyttökustannukset ovat noin 32 000 vuodessa. (IEA Bioenergy, 2000; Peltoniemi, 2001) Hiilidioksidia voidaan poistaa myös suodattamalla kaasua yleensä polymeerimateriaalia olevan membraanin lävitse ns. membraanitekniikalla. Paksu polymeerimembraani, jota ympäröi huokoinen kantajamateriaali, voi erotella kaasumolekyylejä niiden erilaisten läpäisykykyjen perusteella. Biokaasu johdetaan membraanille korkeassa paineessa, jolloin tietyt molekyylit adsorboituvat membraanin korkean paineen puolelle. Myöhemmin nämä molekyylit desorboituvat ja diffundoituvat membraanin matalan paineen puolelle. Puhdistuminen perustuu siihen, että hiilidioksidi ja vesihöyry tunkeutuvat membraanin lävitse mutta metaani ei. Metaani voidaan ottaa talteen membraanierottimen toisesta päästä ja epäpuhtauskomponentit johtaa ulos toisesta päästä. Vassen kaupungissa Hollannissa saadaan membraanitekniikkaa hyödyntämällä biokaasun metaanipitoisuus nousemaan 86 prosenttiin. Vassen puhdistuslaitoksessa raakakaasun virtausnopeus on noin 200 Nm 3 /h. Ennen hiilidioksidin poistoa kaasu puhdistetaan rikkivedystä rautaoksidin avulla. Hollantilaisen puhdistuslaitoksen investointikustannukset olivat noin 642 000 ja sen käyttökustannukset ovat noin 38 000 vuodessa. (IEA Bioenergy, 2000; Peltoniemi, 2001) Rikkivedyn erotus Rikkivetyä on biokaasussa aina jonkin verran. Määrä riippuu mädätetyn materiaalin laadusta. Rikkivety poistetaan biokaasusta kompressorien, varastointitankkien ja moottorien korroosion estämiseksi. Rikkivedyn ja muiden rikkiyhdisteiden pitoisuuksia biokaasussa voidaan pienentää adsorptiokatalyyttisesti aktiivihiilellä, johon on lisätty jodia. Menetelmä perustuu rikkivedyn hapettamiseen rikiksi ja vedeksi aktiivihiilen avulla. Reaktiotuotteena muodostuva rikki adsorboituu aktiivihiileen kun taas vesi desorboituu sen pinnalta. Tällä puhdistusmenetelmällä rikkivetypitoisuudet saadaan vähenemään alle 1 mg H 2 S/m 3. Rikkivetyä voidaan poistaa myös rautahiukkasten avulla, lämmittämällä ja kuplittamalla sekä hapettamalla ja pesemällä. Painevesiabsorptiolla sekä PSA-tekniikalla saadaan puhdistettua kaasu rikkivedystä hiilidioksidin poiston yhteydessä. Kokemus on osoittanut, että kaksi yleisimmin käytettyä menetelmää ovat mädätysreaktorin sisäisiä: ilma/happi lisäys reaktorin kaasuun ja rautakloridin lisäys reaktorin lietteeseen. (IEA Bioenergy, 2000; Peltoniemi, 2001) Taulukossa 10 on yhteenveto puhdistustekniikoista sekä niillä puhdistettavista yhdisteistä ja kustannuksista. Taulukko 10 Puhdistustekniikoiden soveltuvuus eri epäpuhtausaineille investointi ja käyttökustannuksineen (IEA Bioenergy, 2000; Peltoniemi, 2001) Menetelmä Erotettavat yhdisteet Virtausnopeus Nm 3 /h Kustannukset Investointi/käyttö /a Painevesiabsorptio CO 2 ; H 2 S 150 720 000/50 000 PSA-tekniikka CO 2 ; H 2 S 170 375 000/32 000 Membraanitekniikka CO 2 200 642 000/38 000 Aktiivihiili CO 2 ; H 2 S Raudan lisäys H 2 S Lämmitys H 2 S Jäähdytys H 2 O; (CO 2 ) 20

Taulukossa 11 on esimerkkejä jätevesilietettä mädättävistä laitoksista, joissa tuotettua biokaasua puhdistetaan liikennepolttoaineeksi. Taulukosta näkyvät myös vaadittu metaanipitoisuus, laitosten käyttämät puhdistusmenetelmät sekä laitoksen perustamisvuosi. Taulukon kohteissa vesipesuri on selvästi yleisin puhdistustekniikka jätevesilietteen biokaasulle. Taulukko 11 Jätevesilietteestä biokaasua liikennekäyttöön tuottavia laitoksia ja niiden puhdistustekniikoita (IEA Bioenergy, 2000) Tsekki Bystrany/Teplice Liberec Bystica Chanov/Most Zlin/Tecovice Ranska Ruotsi Laitos Chambéry Lille Linköping 1 Göteborg Trollhättan Tukholma Linköping 2 Uppsala Eslöv Kalmar CH 4 vaatimus % 95 95 95 95 95 96,7 97 97 97 97 97 97 97 97 CO 2 -puhdistus Vesipesuri Vesipesuri Vesipesuri Vesipesuri Vesipesuri Vesipesuri Vesipesuri PSA PSA Vesipesuri Vesipesuri Vesipesuri Vesipesuri Vesipesuri Vesipesuri H 2 S puhdistus Vesipesuri Vesipesuri Vesipesuri Vesipesuri Vesipesuri Biosuod./vesipesuri Vesipesuri PSA Aktiivihiili Vesipesuri Vesipesuri Rautakloridilisäys+ vesipesuri Vesipesuri Vesipesuri Vesipesuri Kaasuvirtaus Nm 3 /h 368 368 186 186 186 30 100 200 6 200 45 700 200 40 30 Perustettu 1985 1988 1990 1990 1990 1995 1991 1992 1996 1997 1997 1997 1998 1998 3.2.2 Siirto- ja varastointitekniikat Puhdistettua biokaasua voidaan siirtää ja varastoida samalla tekniikalla kuin maakaasua. Myös siirtoon ja varastointiin liittyvät vaatimukset tekniikan ja turvallisuuden osalta ovat samat. Biokaasua voidaan siirtää siirtoputkistoja pitkin tai säiliöautoilla. Biokaasun siirtoon soveltuvat samanlaisia siirtoputket kuin maakaasun siirtoon. Siirtoon käytetään matalaa, korkeintaan 4 baarin painetta. Siirtoputken rakennuskustannukset riippuvat muun muassa maastosta, johon se rakennetaan. Ennen siirtoa kaasu on kuivattava hyvin, jottei kaasun sisältämä kosteus pääse tiivistymään putken seinämiin ja jäätymään talvella. Pirkanmaan Jätehuolto Oy on rakennuttanut vuonna 2001 Koukkujärven kaatopaikalta biokaasun siirtoputken Nokialle. Siirtoputkea jouduttiin rakentamaan noin 3,8 kilometriä ja sen investointikustannukset olivat yli 340 000. Siirtoputki rakennettiin hankalaan maastoon, ja putken reitillä oli mm. 4 tienalitusta. (Peltoniemi, 2001) Jyväskylän Energia on hyödyntänyt Mustankorkean jätteenkäsittelykeskuksen biokaasua joulusta 2003 alkaen. Paineistettu kaasu johdetaan Mustankorkealta putkea pitkin Keltinmäen lämpökeskukseen poltettavaksi ja hyödynnettäväksi kaukolämpönä. Jyväskylän Energia rakensi 1908 m muovisen siirtoputken Mustankorkealta Keltinmäkeen. Kaasunpaine putkessa on minimissään 500 mbar. Kustannuksia putkesta tuli noin 220 000. (Jyväskylän Energia, 2004a) 21

Kaasun vaatima tilavuus riippuu lämpötilasta ja paineesta siten, että tilavuutta voidaan pienentää painetta nostamalla tai lämpötilaa laskemalla. Tilavuuden pienentäminen vaatii energiaa ja näin ollen kaasun varastointi vaatii osan biokaasun sisältämästä energiasta. Kaasuvarastona voi toimia kaasukello, PVC-säkki, muovikalvo tai paineistettu metallisäiliö. (Peltoniemi, 2001) 3.2.3 Tankkauspaikat Kaasuajoneuvon tankkaus tapahtuu paineistetun liitännän avulla. Tankkaukseen on olemassa kaksi erilaista menetelmää. Yksinkertaisempi ja hitaampi tapa perustuu kompressorijärjestelyyn, joka siirtää kaasua matalapaineisesta kaasuverkosta suoraan auton säiliöön. Tällä menetelmällä tankkaus kestää vähintään kuusi tuntia. Nopeammalla, paine-eroon perustuvalla tankkaustavalla, ajoneuvon tankkaus kestää 3-6 minuuttia. Paine-ero kaasuvaraston ja tankin välille saadaan muodostettua joko kompressorilla tai suurehkolla kaasuvarastolla, jonka paine on suurempi kuin ajoneuvosäiliöiden täyttöpaine. (Peltoniemi, 2001) Ruotsissa julkisia tankkausasemia operoivat bensiiniasemaketjut (Shell, Statoil, OK Q8 ja Norsk Hydro), muut energiayhtiöt (Sydkraft, FordonsGas, Lund Energi, Öresundskraft), jäteyhtiöt (NSR, Linköping biogas, Kalmar Vatten & Renhållning, Stockholm Vatten) ja kunnat (Jönköping, Lilla Edet, Trollhättan). Useimmat tankkausasemat ovat erillisiä, vain biokaasulle tarkoitettuja automaattiasemia. Kuvassa 4 on Suomen ensimmäinen biokaasuauto, Erkki Kalmarin omistama Volvo V70 Bi-fuel, tankkaamassa Tukholmalaisella tankkausasemalla. (Lampinen, 2003c) Kuva 4 Erkki Kalmari tankkaamassa biokaasua Volvo V70 bi-fuel autoonsa Tukholman keskustan Shellillä. Taustalla näkyy myös Tukholman vesi- ja viemärilaitoksen Volkswagen Transporter tankkaamassa biokaasua. 22

3.2.4 Biokaasuautot Kaasuautoja on käytössä runsaasti eri puolilla maailmaa ja useimmilla autonvalmistajilla on mallistossaan kaasua polttoaineena käyttäviä ajoneuvoja. Bensiiniauto on mahdollista muuttaa kaasuautoksi suhteellisen pienin kustannuksin, mutta Suomessa tämä toimenpide ei aikaisemmin ole ollut kannattavaa autojen korkean verotuksen takia. Ruotsissa on käytössä kaksipolttoainejärjestelmällä toimivia henkilöautoja, joissa voidaan käyttää polttoaineena vaihtoehtoisesti lyijytöntä bensiiniä tai metaania. Kuljettaja voi valita kulloinkin käytettävän polttoaineen ohjauspaneelissa olevasta katkaisijasta. Suomen toistaiseksi ainoa biokaasuauto on tällainen ns. bi-fuel auto. (Peltoniemi, 2001) Nykyään kaupallisessa käytössä on neljä erityyppistä metaanimoottoria. Niistä yleisin on pelkästään metaanille tarkoitettu otto-moottori eli bensiinimoottori, jonka puristussuhdetta on nostettu noin 15:een eli 50 % bensiiniajoneuvoja korkeammalle. Se on mahdollista, koska metaanin oktaaniluku on 120 eli se on bensiiniä selvästi laadukkaampaa otto-moottorien polttoainetta. Helsingissä on käytössä 77 tällaisella moottorilla varustettua maakaasubussia. Bussimalleja löytyy EU:n markkinoilta yli 50 kahdeksalta valmistajalta ja rekkamalleja lähes 30 kuudelta valmistajalta. Henkilöautokäyttöä varten sarjavalmistetaan nykyään lähes pelkästään kaksipolttoainejärjestelmällä varustettuja bi-fuel autoja. Niissä on tavanomaisen puristussuhteen otto-bensiinimoottori, jota voidaan käyttää myös metaanilla. BMW toi ne ensimmäisenä sarjavalmistukseen vuonna 1995 (mallit 316g ja 518g) ja Volvo aloitti seuraavana vuonna. Nykyään Saksan ja Ruotsin markkinoilta löytyy 20 sarjavalmisteista bi-fuel henkilöautoa. Näissä autoissa on 2 erillistä polttoainetankkia ja 2 erillistä polttoaineensyöttöä. Metaani varastoidaan 200 ilmakehän paineessa. Polttoaineen vaihto tapahtuu nappia painamalla kesken ajonkin sekunnin murto-osassa, sillä sytytyksen säätö sekä venttiilien sulkemiset ja avaamiset ovat ainoat tarvittavat toimenpiteet. Ajettavuudeltaan polttoaineet eivät eroa, mutta päästöissä on dramaattiset erot. Sarjavalmisteisten lisäksi EU:n markkinoilta löytyy yli 300 jälkiasennetulla metaanikäytöllä varustettua vuoden 2003 henkilöautomallia. Kaksi muuta moottorityyppiä puuttuu toistaiseksi EU:sta, mutta ne löytyvät USA:n raskaiden ajoneuvojen markkinoilta. Dual-fuel dieselissä käytetään diesel-moottoria, jossa kuitenkin ilman sijaan puristetaan metaania ja sytytys tehdään nestemäisellä polttoaineella. Verrattuna tavalliseen dieseliin nestepolttoaineen tarve vähenee 90 % ja pääosa energiasta saadaan kaasusta. Etuna otto-moottoreihin on korkeampi hyötysuhde, mutta haittapuolena on se, että metaania ei voida käyttää ainoana polttoaineena. Neljäs käytössä oleva moottorityyppi on metaanille optimoitu mikroturbiini eli pieni kaasuturbiini. Polttokennot ja wankel ovat moottorityyppejä, jotka myöskin sopivat metaanille ja niitä voidaan odottaa tulevaisuudessa käytettävän. Osa polttokennotyypeistä voi hyödyntää metaania suoraan ja muut voivat hyödyntää reformerin avulla metaanista erotettavaa vetyä. Reformointi voidaan tehdä ajoneuvossa, jolloin metaani siis toimisi vedyn varastona. Suomeen hankittavat biokaasuajoneuvot tulevat todennäköisesti ensisijaisesti Saksan ja Ruotsin markkinoilta. Sarjavalmisteisten metaaniajoneuvojen lisäksi niiltä markkinoilta löytyy paljon suurempi joukko ajoneuvotyyppejä, jotka on jälkikäteen muutettu metaanikäyttöisiksi. Myös muista EU-maista löytyy sarjavalmisteisia metaaniajoneuvoja, joita ei ole Saksan ja Ruotsin markkinoilla. Liitteeseen 1 on kerätty sarjavalmisteisia metaaniautoja. Ajoneuvot on lajiteltu henkilö- ja monitoimiajoneuvoihin, pakettiautoihin sekä raskaisiin ajoneuvoihin. Lis- 23

ta osoittaa, että kaikkiin ajoneuvotyyppeihin löytyy biokaasulla toimivia autoja. (Lampinen, 2004) Biokaasuautojen turvallisuus Biokaasuautoille tehdyt törmäystestit osoittavat, että biokaasuautot ovat vähintään yhtä turvallisia kuin vastaavat bensiini tai dieselkäyttöiset ajoneuvot. Saksassa tehdyissä törmäystesteissä eri polttoaineita sisältäviä tankkeja on testattu sinkoamalla niitä seiniin. Tavanomaiset bensa- ja diesel-tankit syttyvät herkimmin, metaani seuraavaksi ja vety kaikkein epätodennäköisimmin. (Lampinen, 2004) Volvolla kaasulaitteet suunnitellaan ja testataan jokaiselle mallille. Parhaan laadun ja turvallisuuden saamiseksi laitteistot käyvät läpi tarkat toimivuustestit. Testeissä kaasu tankkeja on altistettu mm. korkealle paineelle, äärimmäisille lämpötiloille, luodin osumille, törmäyksille sekä tulelle. Testien perusteella tankit on saatu erittäin turvallisiksi. Tankkien sijainti on suunniteltu siten, että sen turvallisuus on vähintään yhtä hyvä kuin bensiini- tai dieselajoneuvoissa. Tankit ovat rakenteeltaan huomattavasti perinteisiä tankkeja vahvempia ja tankeissa on turva venttiili, joka automaattisesti sulkee kaasun syötön vuototilanteessa. Metaanikaasu on ilmaa kevyempää ja vapautuessaan tankista se kohoaa välittömästi ylöspäin. Tämän johdosta kaasuvuodosta aiheutuva tulipaloriski on erittäin pieni. Perinteisen bensiinin raskaat höyryt hajaantuvat hitaasti ja siten kipinöillä on huomattavasti enemmän aikaa ja suurempi todennäköisyys sytyttää bensiinihöyry. (Volvo, 2004; Lampinen, 2004) 3.3 Esimerkkejä biokaasun liikennekäytöstä 3.3.1 Kalmarin tila Laukaalaisen Erkki Kalmarin tilalla on toiminut biokaasureaktori vuodesta 1998 lähtien. Reaktorissa mädätetään tilalla syntyvää karjanlantaa sekä Pandan makeistehtaalta tulevaa sivutuotetta. Biokaasu on lämmittänyt maatilan, tuottanut päiväsähköä sekä kuivattanut viljaa. Vuoden 2002 marraskuusta lähtien biokaasua on myös käytetty liikennepolttoaineena. Biokaasu puhdistetaan liikennepolttoainekäyttöön Kalmarin kehittämällä puhdistuslaitteella. Puhdistuslaite on ensimmäinen tilakohtaisessa kokoluokassa ja se mahdollisti Suomen ensimmäisen biokaasuauton käyttöönoton. Kalmari hankki auton Volvon maahantuojan avustuksella Ruotsista. Autossa (Volvo V70 bi-fuel) on kaksi tankkia ja korkit vierekkäin. Biokaasutankkina on 80-litrainen painesäiliö ja autossa on varatankkina 30 litran bensatankki. Auto kulkee yhdellä biokaasu-tankkauksella noin 300 kilometriä. Päällisin puolin biokaasuauto on tavallisen näköinen Volvo. Konepellin alta vain ammattilainen löytää yksityiskohdat, jotka paljastavat auton käyttävän biokaasua polttoaineena. Biokaasu on puhdas polttoaine, joten pakokaasu on hajutonta ja puhtaampaa kuin bensiinikäyttöisessä autossa. 2,4-litraisen auton ajo-ominaisuudet ovat Kalmarin mukaan täsmälleen samat kuin bensiini-käyttöisellä autolla. Kalmarin tila ja siellä oleva tankkauslaite kykenisi tuottamaan ajokaasun 13 biokaasuautoon. Biokaasun puhdistuslaitetta ajetaan tällä hetkellä kuitenkin vain parikertaa viikossa. Tällä määrällä saadaan tuotettua puhdistettua kaasua Kalmarin omaan autoon. 24