Luonnonvarojen kulutus Suomen rautatieliikenteessä (RautatieMIPS)

LIIKENNE- JA VIESTINTÄMINISTERIÖN JULKAISUJA 56/2005 Liikenne Luonnonvarojen kulutus Suomen rautatieliikenteessä (RautatieMIPS) Liikenne- ja viestintäministeriö Helsinki, 2005

KUVAILULEHTI Julkaisun päivämäärä 25.8.2005 Tekijät (toimielimestä: toimielimen nimi, puheenjohtaja, sihteeri) Leena Vihermaa, Michael Lettenmeier, Arto Saari, Suomen luonnonsuojeluliitto r.y. Julkaisun laji Tutkimusraportti Toimeksiantaja Liikenne- ja viestintäministeriö * Julkaisun nimi Luonnonvarojen kulutus Suomen rautatieliikenteessä (RautatieMIPS) Tiivistelmä Tutkimuksessa selvitettiin MIPS (Material Input Per Service unit) -mittarin avulla rautatieliikenteen luonnonvarojen kulutusta Suomessa. Rautatieliikenteen elinkaaren aikaista luonnonvarojen kulutusta tarkasteltiin suhteessa kuljetussuoritteeseen eli henkilö- ja tonnikilometreihin. Rautatieliikenteelle laskettiin abioottinen, bioottinen, veden ja ilman MIPS-luku. MIPS-luku laskettiin kahden radan ja kolmen liikennetason pohjalta. Tarkastelun kohteina olivat vanha yksiraiteinen Kouvola Pieksämäki-rata ja rakenteilla oleva moderni kaksiraiteinen Kerava Lahti-oikorata. Rataosuuksilta tutkittiin erilaisten ratatyyppien (normaalirakenne, kallioleikkaus, silta ja tunneli) materiaalinkulutus (kg/rata-m). Rakennetyypien avulla tutkittiin materiaalipanoksen vaihtelua teorettisilla rataosuuksilla. Lisäksi rataosuuksia tarkasteltiin case-tutkimuksina, joissa huomioitiin myös ratapihojen, varikoiden, konepajojen, asemien, tehtaiden ja radanpidon vaikutus raideliikenteen materiaalipanokseen. Myös kaluston valmistuksen ja käytön aiheuttama materiaalipanos tutkittiin. Palvelusuoritteena olivat henkilö- ja tonnikilometrit, joita tarkasteltiin kolmella erilaisella liikennetasolla. Abioottisen materiaalipanoksen muodostumisen kannalta olennaisimpia olivat maarakennustoimenpiteet. Bioottiset materiaalipanokset olivat hyvin pieniä ja liittyivät vain muutamaan kulutettuun aineeseen. Vedenkulutus koostui suurimmaksi osaksi pois luonnolliselta kulkereitiltä siirretystä sadevedestä. Ilmankulutuksen muodostu-misessa keskeinen merkitys oli sähkönkulutuksella ja rakenteilla, joissa käytettiin runsaasti betonia. Kouvola Pieksämäki-radan materiaalipanos oli Kerava Lahti-oikoradan materiaalipanosta alhaisempi, koska Kouvola Pieksämäki-rata on yksiraiteinen ja maarakennustoimenpiteiltään yksinkertaisempi. Kaluston osuus MIPS-luvusta oli alhaisin abioottisessa kategoriassa. Vesi-MIPS-lukuun ja erityisesti ilma- MIPS-lukuun junan energiankulutus vaikutti huomattavasti. Kaluston merkitys kasvoi liikenteen vilkastuessa. Tavalla allokoida ratainfrastruktuurin materiaalipanos henkilö- ja tavaraliikenteen kesken todettiin olevan huomattavaa merkitystä. Kun case-rataosuuksille lasketut henkilöliikenteen MIPS-luvut yleistettiin Suomen rataverkolle, abioottinen MIPS vaihteli välillä 0,17 7,9, veden kulutuksen MIPS välillä 1,7 96 ja ilman kulutuksen MIPS välillä 0,01 0,22 kg/henkilökilometri allokointitavasta, rataosuudesta ja liikenteen vilkkaudesta riippuen. Tavaraliikenteen abioottinen MIPS vaihteli välillä 0,1 1,2, veden MIPS välillä 2,3 16 ja ilman MIPS välillä 0,02 0,05 kg/tonnikilometri. Avainsanat (asiasanat) MIPS, ekotehokkuus, materiaalitehokkuus, luonnonvarat, kulutus, ekologinen selkäreppu, elinkaari, infrastruktuuri, rautatie, rata, juna, liikenne, kuljetus Muut tiedot * yhdessä ympäristöministeriön, Tiehallinnon, Ratahallintokeskuksen, Merenkulkulaitoksen ja Ilmailulaitoksen kanssa. Tutkimus oli osana toimeksiantajatahojen rahoittamaa, useita liikennemuotoja kattavaa tutkimushanketta FIN-MIPS Liikenne. Muista liikennemuodoista on tuotettu vastaavia tutkimuksia. Yhteyshenkilö/LVM Saara Jääskeläinen. Sarjan nimi ja numero Liikenne- ja viestintäministeriön julkaisuja 56/2005 ISSN 1457-7488 (painotuote) 1795-4045 (verkkojulkaisu) ISBN 952-201-412-5 (painotuote) 952-201-413-3 (verkkojulkaisu) Kokonaissivumäärä 110 Jakaja Edita Publishing Oy Kieli suomi Hinta 15 Kustantaja Liikenne- ja viestintäministeriö Luottamuksellisuus julkinen

PRESENTATIONSBLAD Utgivningsdatum 25.8.2005 Författare (uppgifter om organet: organets namn, ordförande, sekreterare) Leena Vihermaa, Michael Lettenmeier, Arto Saari, Finlands naturskyddsförbund r.f. Typ av publikation Forskningsrapport Uppdragsgivare Kommunikationsministeriet * Publikation Järnvägtrafikens användning av naturtillgångar i Finland (Järnväg-MIPS) Referat Järnvägtrafikens användning av naturtillgångar i Finland utreddes med metoden MIPS (Material Input per Service Unit). Användningen av abiotiskt och biotiskt material, vatten och luft under tågens och banornas hela livscykel relaterades till transportarbetet, det vill säga antalet person- och tonkilometer. MIPS-värden beräknades för två olika banor och tre olika trafiknivåer. De två banorna var den enspåriga banan mellan Kouvola och Pieksämäki och den tvåspåriga, räta banan mellan Kervo och Lahtis som är under byggnad. Materialanvändningen i kg per meter bana utreddes för normala avsnitt, skärningar, broar och tunnlar. Utifrån dessa bantyper beräknades materialinsatsen på teoretiska banavsnitt. Dessutom granskades banavsnitten i case-undersökningar, där också bangårdar, depåer, verkstäder, stationer, fabriker och banhållning beaktades. Också materialinsatserna vid tillverkningen och driften av tågen undersöktes. Person- och tonkilometer beräknades på tre olika trafiknivåer. För banornas del beror användningen av abiotiskt material mest på jordbyggnaden, användningen av vatten på avledningen av regnvatten samt användningen av luft på elkonsumtionen och strukturer med mycket betong. Insatserna av biotiskt material är mycket små och består av några få använda ämnen. Materialinsatsen var mindre på Kouvola-Pieksämäki-banan, som är enspårig och där jordbyggnaden är enklare. Tågen bidrog minst till användningen av abiotiskt material, men tågens energikonsumtion bidrog väsentligt till användningen av vatten och i synnerhet luft. Tågens betydelse ökar med livligare trafik.det har stor betydelse för resultatet hur banorna och den övriga infrastrukturen hänförs till persontrafiken respektive godstrafiken. Utifrån case-undersökningarna beräknades MIPS-värden för hela Finland. Beroende på allokering av infrastrukturen, banavsnitt och trafikens livlighet är användningen per personkilometer av abiotiskt material 0,17 7,9 kg, av vatten 1,7 7,9 kg och av luft 0,01 0,22 kg. I godstrafiken är användningen per tonkilometer av abiotiskt material 0,1 1,2 kg, av vatten 2,3 16 kg och av luft 0,02 0,05 kg. Nyckelord MIPS, eko-effektivitet, naturtillgångar, förbrukning, infrastruktur, järnväg, bana, tåg, trafik Övriga uppgifter * tillsammans med Miljöministeriet, Vägförvaltningen, Banförvaltningscentralen, Sjöfartsverket, Luftfartsverket. Undersökningen är en del av forskningsprojektet FIN-MIPS Trafik. Alla andra trafikslag har undersökts på motsvarande sätt. Projektet finansieras av uppdragsgivarna. Kontaktperson vid kommunikationsministeriet är Saara Jääskeläinen. Seriens namn och nummer Kommunikationsministeriets publikationer 56/2005 ISSN 1457-7488 (trycksak) 1795-4045 (nätpublikation) ISBN 952-201-412-5 (trycksak) 952-201-413-3 (nätpublikation) Sidoantal Språk 110 finska Distribution Edita Publishing Ab Pris 15 Förlag Kommunikationsministeriet Sekretessgrad offentlig

DESCRIPTION Date of publication 25 August 2005 Authors (from body; name, chairman and secretary of the body) Leena Vihermaa, Michael Lettenmeier, Arto Saari, Finnish Association for Nature Conservation Type of publication Research study report Assigned by Ministry of Transport and Communications * Name of the publication Natural resource consumption in finnish railway transport (Railway MIPS) Abstract This study presents the results of applying the MIPS-indicator (Material Input per Service-unit) for measuring the ecoefficiency of the Finnish railway transport. Railway infrastructure was the most significant factor in the consumption of abiotic materials. For water and air consumption, the impact of the rolling stock was more relevant. The proportional share of the rolling stock compared to the infrastructure increases with increasing traffic density. The study focused on two railway lines. The Kouvola Pieksämäki line is an old, single tracked, quite common type of railway line. The Kerava-Lahti line presents modern railway construction. Different construction types were selected from these lines: railway on a flat surface, in a rock cutting, on a bridge and in a tunnel. The material consumption (kg/meter of rail) of these types was studied to understand which structures are relevant in the formation of the material input of railway infrastructure. The material input of the production and use of trains was also studied. The service-units used were passenger kilometres and ton kilometres. The MIPS values were calculated using three different levels of traffic density. The most significant factor contributing to abiotic material input was earth work. Water consumption was mainly due to diverted rain water. The most significant factors for air consumption were energy consumption and structures requiring much concrete. As the Kouvola Pieksämäki line is single tracked and has less extensive earth works, its material input was lower than that of the Kerava Lahti line. The method of allocating the rail infrastructure to passenger and goods traffic greatly influences the results. De-pending on the allocation method, the railway line and the traffic intensity, the MIPS-values of passenger trans-portation varied for abiotic resources between 0.17 7.9, for water conspumtion between 1.7 96 and for air consumption between 0.01 0.22 kg/person-km. For freight transport the MIPS-figures varied between 0.1 1.2, 2.3 16, and 0.02 0.05 kg/ton-km, respectively. Keywords MIPS, eco-efficiency, resource efficiency, natural resources, consumption,ecological rucksack, infrastructure, railway, railroad, train, traffic, transport Miscellaneous * together with Ministry of the Environment, Finnish Public Road Administration, Finnish Rail Administration, Finnish Marine Administration, Finnish Civil Aviation Administration. The study was part of the FIN-MIPS Transport research project covering several transport modes. The results for the other means of transports are published in similar reports. Contact person at the Ministry: Ms Saara Jääskeläinen Serial name and number Publications of the Ministry of Transport and Communications 56/2005 Pages, total 110 Distributed by Edita Publishing Ltd Language Finnish ISSN 1457-7488 (printed version) 1795-4045 (electronic version) Price 15 ISBN 952-201-412-5 (printed version) 952-201-413-3 (electronic version) Confidence status Public Published by Ministry of Transport and Communications

Esipuhe Eri liikennemuotojen ympäristövaikutuksia on perinteisesti tarkasteltu ja verrattu lähinnä vain päästöjen ja energiankulutuksen näkökulmasta. Tässä tutkimuksessa käytetty MIPS-mittari (material input per service unit) laajentaa näkökulman elinkaarenaikaiseen luonnonvarojen kulutukseen. Se tuo siten uuden näkökulman keskusteluun liikenteen ympäristövaikutuksista ja kestävästä kehityksestä. Tutkimus on osa laajempaa FIN-MIPS Liikenne -tutkimushanketta. FIN-MIPS Liikenne - hankkeessa on tutkittu eri liikennemuotojen elinkaarensa aikana aiheuttamaa luonnonvarojen käyttöä sekä liikenteen välitöntä pinta-alan käyttöä. Hankkeen alkuvaiheen tutkimukset käsittelivät laiva-, lento-, juna-, tie- sekä polkupyöräliikenteen MIPS-lukuja. Hankkeen loppuvaiheessa tuotetaan tietoa Suomen koko liikennejärjestelmän materiaali-intensiteetistä, paikallisen liikenteen MIPS-luvuista sekä MIPS-laskennan kytkemisestä liikenneinfrastruktuurin suunnitteluun. Lisäksi tavoitteena on erityinen MIPS-laskentasovellutus tietokoneelle. FIN-MIPS -hankkeen päärahoittajina ovat olleet liikenne- ja viestintäministeriö sekä ympäristöministeriö. Lisäksi hankkeen rahoitukseen ovat osallistuneet Tiehallinto, Merenkulkulaitos, Ratahallintokeskus, Ilmailulaitos ja Suomen luonnonsuojeluliitto ry. Suomen luonnonsuojeluliitto on vastannut tutkimuksen toteutuksesta ja koordinoinnista. Hanke on toteutettu osana ympäristöministeriön Ympäristöklusteri-tutkimusohjelmaa. Hankkeen ohjausryhmän työskentelyyn ovat osallistuneet Raija Merivirta ja Saara Jääskeläinen liikenne- ja viestintäministeriöstä, Merja Saarnilehto, Mauri Heikkonen ja Jarmo Muurman ympäristöministeriöstä, Arto Hovi Ratahallintokeskuksesta, Niina Rusko ja Mikko Viinikainen Ilmailulaitoksesta, Olli Holm Merenkulkulaitoksesta, Tuula Säämänen ja Anders Jansson Tiehallinosta, Otto Lehtipuu VR-yhtymästä, Pertti Pitkänen Finnairista, Maria Joki- Pesola Helsingin kaupungista sekä Arto Saari ja Michael Lettenmeier Suomen luonnonsuojeluliitosta. FIN-MIPS Liikenne -tutkimushanketta on johtanut TkT, dos. Arto Saari ja koordinoinut ekotehokkuuskonsultti Michael Lettenmeier. Rautatie-MIPS -osatutkimuksen laskelmat on suorittanut B.Sc., mm.yo. Leena Vihermaa. Tutkimuksessa käytetyt menetelmät ja tutkimustavat ovat suunnitelleet ja raportin kirjoittaneet Leena Vihermaa, Michael Lettenmeier ja Arto Saari. Osatutkimuksen tekemistä on tukenut RautetieMIPS-työryhmä, johon ovat kuuluneet edellä mainittujen lisäksi Ratahallintokeskuksen ympäristöpäällikkö Arto Hovi ja VR-yhtymän ympäristöpäällikkö Otto Lehtipuu. Työryhmän panos tutkimuksen toteutukseen ja onnistumiseen on ollut merkittävä. Merkittäviä tietoja tutkimuksen toteuttamiseen ovat lisäksi luovuttaneet muun muassa Lemcon Oy ja CMC Oy. Liikenne- ja viestintäministeriön puolesta haluan kiittää kaikkia tutkimuksen toteutukseen osallistuneita. Helsingissä elokuussa 2005 Raisa Valli liikenneneuvos

SISÄLLYSLUETTELO ESIPUHE 1. JOHDANTO...7 2. TUTKIMUSMENETELMÄ JA AINEISTO... 8 2.1 MIPS-menetelmä...8 2.2 Raideliikennekalusto...9 2.3 Radan rakennepoikkileikkausten MIPS-laskenta... 10 2.4 Hypoteettisten rataosuuksien MIPS-laskenta... 13 2.5 Case -rataosuudet... 13 2.5.1 Case-kohteiden kuvaus... 13 2.5.2 Laskelmien sisältö... 14 2.6 Palvelusuorite ja infrastruktuurin allokointi eri palveluille... 16 2.7 Liikennemäärät... 17 2.8 MIPS-lukujen soveltaminen Suomen rataverkolla... 17 3. TULOKSET... 18 3.1 Junakaluston valmistus, kunnossapito ja käyttö... 18 3.1.1 IC2-henkilöjuna... 18 3.1.2 Habinss-tavarajuna... 20 3.1.3 Raideliikenteen MIPS-luvut ilman infrastruktuurin osuutta... 20 3.2 Infrastruktuurin materiaalipanos... 22 3.2.1 Rakennepoikkileikkaukset... 22 3.2.2 Hypoteettiset rataosuudet... 25 3.2.3 Todelliset case -rataosuudet... 27 3.2.4 Sähkön tuotantomuodon vaikutus ratainfrastruktuurin materiaalipanokseen... 30 3.3 Raideliikenteen MIPS-luvut... 32 3.3.1 Raideliikenteen MIPS-luvut ja liikenteen vilkkaustason vaikutus... 32 3.3.2 Allokointitavan vaikutus raideliikenteen MIPS-lukuihin... 35 3.3.3 Kaluston ja infrastruktuurin osuudet MIPS-lukujen muodostumisessa... 35 3.3.4 Raideliikenteen pinta-alankäyttö... 39 3.4 Suomen raideliikenteen MIPS-luvut... 40

4. TULOSTEN TARKASTELU JA KESKUSTELU... 42 4.1 Keskeiset löydökset... 42 4.2 Infrastruktuurin materiaalipanosten allokointi eri käyttäjille... 43 4.3 Vertailu muihin tutkimuksiin... 44 4.4 Tuloksiin liittyviä epävarmuustekijöitä... 45 4.5 MIPS-lukujen sovellus Suomen rataverkkoon... 45 4.6 Johtopäätöksiä... 46 4.7 Jatkotutkimustarpeita... 47 5. LÄHTEET... 49 LIITE 1. Laskelmissa käytetyn määrätiedon lähteet... 53 LIITE 2. Laskelmissa käytetyt MI-kertoimet... 55 LIITE 3. Ed-vaunun materiaalipanoksen erittely... 57 LIITE 4. Sr2-veturin materiaalipanoksen erittely.... 59 LIITE 5. Habinss-tavaravaunun materiaalipanoksien erittely... 61 LIITE 6. Raideliikenteen MIPS-luvut ilman infrastruktuurin osuutta... 62 LIITE 8. Kouvola Pieksämäki-radan rakennepoikkileikkauksien materiaalipanokset.... 70 LIITE 10. Kerava Lahti-oikoradan materiaalipanoksen muodostuminen... 83 LIITE 11. Kouvola Pieksämäki-radan materiaalipanoksen muodostuminen... 89 LIITE 12. Case -rataosuuksien MIPS-luvut... 93 LIITE 13. Suomen raideliikenteen MIPS-luvut... 101

7 1. JOHDANTO Liikenteen ympäristövaikutuksia käsittelevä tutkimus on tähän asti keskittynyt pitkälti liikenteen energiankulutukseen tai päästöihin. Liikenne erityisesti raideliikenne on kuitenkin myös melkoisen materiaali-intensiivistä. Raideliikenteen materiaalinkulutusta mittaamaan voidaan soveltaa Wuppertal-instituutissa 1990-luvulla kehitettyä MIPS-mittaria. MIPS tulee sanoista Material Input per Service-unit eli materiaalipanos palvelusuoritetta kohden. MIPSmittari ilmaisee tuotteiden ja toimintojen elinkaarensa aikana aiheuttaman ympäristöpaineen mittaamalla, paljonko materiaalia on luonnossa siirretty alkuperäiseltä paikaltaan. Tämä materiaalipanos (MI) suhteutetaan tuotteista ja toiminnoista saatavaan hyötyyn (S). (Schmidt- Bleek 2002.) MIPS-menetelmää on sovellettu raideliikenteeseen muutamissa tutkimuksissa aiemminkin. Schmidt-Bleek (2002, 66) raportoi eri tavarankuljetusmuotojen ekologiset kustannukset Saksan oloissa perustuen Stillerin (1995a, 1995b ja 1996) lähteisiin. Wuppertal-instituutti on julkaissut myös MI-kertoimet eri kuljetusmuodoille Saksan olosuhteissa ilman infrastruktuurin osuutta (Wuppertal Institute 2003). Gers ym. (1997) puolestaan ovat vertailleet ICE-junan (Inter City Express) ja magneettilevitaatiojunan (MSB Transrapid) materiaali-intensiteettiä Hampurin ja Berliinin välillä. Suomessa raideliikenteen MIPS-lukua on tutkittu alustavasti Factor X- Ekotehokkaasti markkinoille hankkeessa. Ratainfrastruktuurin osalta tutkimuksessa huomioitiin vain osa. (Hakosalo 2001.) Kattavaa tutkimusta kuljetusten elinkaarenaikaisesta materiaalinkulutuksesta Suomessa ei tähän mennessä ole ollut saatavilla. Siksi liikenteen MI-kertoimia selvittämään käynnistettiin laaja tutkimushanke FIN-MIPS Liikenne. Hanke on jaettu osatutkimuksiin, jotka tarkastelevat tie-, pyörä-, raide-, lento- ja laivaliikennettä. Hankkeen tavoitteena on tuottaa tietoa, joka mahdollistaa eri liikennevälineiden ekotehokkuuden vertailun. Tulokset kertovat myös liikenteen eri sektoreiden ja toimijoiden kehittämismahdollisuuksista ekotehokkuuden kannalta ja auttavat siten kohdistamaan suunnittelutyön ja investoinnit kestävän kehityksen mukaisella tavalla. Lisäksi tutkimuksen on tarkoitus tuottaa tietoa liikenteen vaatimasta pinta-alasta. Tämä FIN-MIPS Liikenne -hankkeen osatutkimus käsittelee raideliikennettä. Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää Suomen raideliikenteen MIPS-luvut. Tutkimuksessa tarkastellaan kahta rataosuutta, joista kerätty tieto yleistetään kuvaamaan Suomen raideliikenteen tilannetta kokonaisuudessaan. Liikennejärjestelmien MIPS-tarkastelussa joudutaan, kuten elinkaaritarkastelussa yleensäkin, tekemään erilaisia laskentaa helpottavia rajauksia ja oletuksia. Tämän vuoksi on hyvä muistaa, ettei tuloksina esitettyjä lukuja voida pitää kaikkiin tilanteisiin pätevinä absoluuttisina totuuksina. Ne kertovat kuitenkin hyvin tieliikenteen aiheuttaman luonnonvarojen kulutuksen suuruusluokista Suomessa. Samoin on syytä muistaa, ettei MIPS ole havainnollisuudestaan huolimatta tarkoitettu ainoaksi ympäristömittariksi. Sen sijaan se tuo liikenteen ympäristökeskusteluun uuden ulottuvuuden, joka laajentaa näkökulmaa aikaisemmasta.

8 2. TUTKIMUSMENETELMÄ JA AINEISTO Tutkimusmenetelmänä käytettiin tuotteiden ja palveluiden ekotehokkuuden mittaamiseen kehitettyä MIPS-menetelmää (luku 2.1). Kaluston (luku 2.2) osalta tarkasteltiin ensisijaisesti IC2-junaa sekä Habinss-vaunuista koostuvaa tavarajunaa. Ratainfrastruktuurin materiaalien kulutusta tarkasteltiin kolmesta eri näkökulmasta. Ensiksi tarkasteltiin erilaisia ratatyyppejä ja niiden materiaalien kulutusta (luku 2.3). Toisessa vaiheessa tutkittiin materiaali-intensiteetin muutoksia teoreettisilla rataosuuksilla radanrakenteesta riippuen (luku 2.4). Kolmannessa vaiheessa (luku 2.5) laskettiin case-rataosuuksien materiaalipanokset. Lisäksi määriteltiin raideliikenteen palvelusuorite, tutkittiin infrastruktuurin allokointia eri liikennemuodoille (luku 2.6) ja sekä tarkasteltiin tuloksia kolmen erilaisen liikenteen vilkkaustason valossa (luku 2.7). Lopuksi sovellettiin MIPS-lukuja Suomen rataverkon eri osiin (luku 2.8). 2.1 MIPS-menetelmä MIPS-laskenta lähtee tuotteiden tai palvelujen koko elinkaaren aikaisesta materiaalien ja energian kulutuksesta (MI). Tähän materiaalipanokseen huomioidaan myös itse tuotteeseen sisältymättömät materiaalit, kuten raaka-aineiden louhinnasta muodostunut sivukivi ja kulutettu energia. Materiaalipanos suhteutetaan palvelusuoritteeseen (S), joka ilmaisee tuotteesta sen elinkaaren aikana saatavan hyödyn. Palvelusuoritteet määritellään jokaiselle tuotetteelle erikseen. (Ritthoff ym. 2002.) MIPS-luku mitataan yleensä viidessä eri kategoriassa, 1) abioottiset luonnonvarat, 2) bioottiset luonnonvarat, 3) siirretty maaperä, 4) vesi ja 5) ilma. Abioottisiin materiaaleihin lasketaan kuuluvaksi esimerkiksi malmit, hiekka, kivi, fossiiliset polttoaineet ja sivukivi. Bioottiseen kategoriaan puolestaan kuuluu viljellyillä alueilla viljelykasvien biomassa ja viljelemättömillä alueilla luonnonvaraisten kasvien ja eläinten biomassa. Maa- ja metsätaloudessa siirettyyn maaperään sisältyvät mekaaniset maansiirrot ja eroosio (Ritthoff ym. 2002, 13-14.) Vesikategoriaan sisältyy kaikki se vesi, joka on siirretty pois luonnolliselta paikaltaan teknisin toimenpitein. Kaikki kokonaan tai osittain ihmisen muokkaamalta pinnalta pois johdettu sadevesi tulee laskea mukaan (Schmidt-Bleek ym. 1998; 56). Perusteena tähän on, että vesi joutuu tällöin pois luonnolliselta paikaltaan ja alueen vesitalous muuttuu (Schmidt-Bleek 2002, 109).Vesikategoriaan lasketaan myös patoamisen vaikutukset. Ilmakategoriaan kuuluu polttamiseen tarvittu ilma ja ilma, jota käytetään kemiallis-fysikaalisiin reaktioihin. Mekaanisesti siirrettyä ilmaa (tuulimyllyt, ilmastointi, tuuletus, paineilma) ei lasketa mukaan. (Schmidt- Bleek 2002, 133.) MIPS-luvun voi esittää käänteisenä (S / MI), jolloin se kuvastaa luonnonvaratuottavuutta. Tällöin hyödykkeen luonnonvaratuottavuus on siitä saatujen palvelusuoritteiden summa jaettuna siihen tarvitun materiaalinkulutuksen summalla, kehdosta hautaan laskettuna. (Schmidt- Bleek 2000, 124.) Näin MIPS-laskenta tuo oman määritelmänsä ekotehokkuudelle, jonka mukaisesti ekotehokkuutta voidaan parantaa pienentämällä hyödykkeiden materiaalipanosta esimerkiksi korvaamalla raaka-aineita vähemmän luonnonvaroja kuluttavilla raaka-aineilla tai muuttamalla tuotantoprosessia. Ekotehokkuus lisääntyy myös, kun tuotteista saatavaa hyötyä suurennetaan. Tämä voidaan toteuttaa esimerkiksi lisäämällä tuotteen käyttöikää tai optimoimalla käyttöä (Autio ja Lettenmeier 2002, 16).

9 MIPS-lähestymistapa voi olla avuksi teollisuuden tuotesuunnittelussa, ympäristöä säästävien prosessien, laitosten ja infrastruktuurin suunnittelussa sekä palveluiden ekologisessa arvioinnissa. Sen avulla voidaan verrata erilaisten samaa palvelua tuottavien laitteiden tai järjestelmien ympäristöystävällisyyttä. MIPS-käsitteellä on yksinkertaisuutensa ansiosta mahdollisuudet tulla kansainvälisesti harmonisoiduksi. (Schmidt-Bleek 2000.) Tässä tutkimuksessa selvitettiin ratainfrastruktuurin ja kaluston materiaalijakaumia. Tutkimuksessa hyödynnettiin Wuppertal-instituutin julkaisemia kertoimia (Wuppertal Institute for Climate, Environment and Energy 2003). Joitain kertoimia otettiin teoksessa Business as Future (Autio ja Lettenmeier 2002) julkaistusta MI-kerroinlistasta, joka pohjautuu vanhempiin laskelmiin. Näistä MI-luku oli saatavissa vain abioottisessa kategoriassa. Sähkön, kaukolämmön ja eräiden maa-ainesten kertoimet ovat lähteestä Vihermaa (2005). Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin MIPS-lukuja kategorioissa abioottiset luonnonvarat, bioottiset luonnonvarat, vesi ja ilma. Kategorian maa- ja metsataloudessa siirretty maaperä voidaan olettaa olevan raideliikenteen tapauksessa merkitykseltään vähäinen. Tutkimuksessa käytetyt MI-kertoimet löytyvät liitteestä 2. Rakenteiden poisto on rajattu tutkimuksen ulkopuolelle, koska radan ja kaluston pitkäikäisyyden vuoksi on vaikea ennakoida, mitä materiaaleille tulee aikanaan tapahtumaan. Hornberger ym. (1993) ja Janke & Savoy (1995) mukaan teräksen kierrätysaste on 55 % (Melanen ym. 2000, 37). Melanen ym. (2000) toteaa luvun olevan oikeansuuntainen, jos tarkastellaan sitä, montako prosenttia maailmassa valmistetusta raakateräksestä jonakin vuonna on valmistettu romusta. Korkeampiakin lukuja on esitetty. Tämän tutkimuksen kaikissa laskelmissa on käytetty teräkselle kierrätysprosenttia 55. Alumiinille laskelmissa on käytetty eurooppalaisen keskivertoalumiinin MI-lukua, johon sisältyy puolet neitseellistä ja puolet kierrätettyä materiaalia. 2.2 Raideliikennekalusto Kaluston osuutta raideliikenteen MI-lukuun tarkasteltiin laskemalla IC2-henkilöjunan valmistuksen, kunnossapidon ja käytön aikainen materiaalien- ja energiankulutus. Tämän jälkeen arvioitiin tarve laskea muiden junatyyppien materiaalipanoksia. IC2-juna koostuu neljästä Ed-vaunusta ja Sr2-veturista. Ed-vaunut ovat kaksikerroksisia matkustajavaunuja, joissa kussakin on 113 matkustajapaikkaa. Vaunujen maksiminopeus on 200 km/h. Vaunu painaa 53 tonnia. Vaunujen arvioitu käyttöikä on 40 vuotta. Tuona aikana vaunun oletetaan liikkuvan 350 000 km vuodessa eli yhteensä 14 miljoonaa kilometriä. (Rejlers Oy 1999, 4.) Sr2 on 4-akselinen yleisveturi, joka soveltuu sekä tavara- että henkilöjuniin. Veturi on asynkronimoottorikäyttöinen ja sen laitteistot edustavat nykyaikaisinta tekniikkaa. Veturi on suunniteltu 230 km/h huippunopeutta varten. Sen teho on 6 000 kw ja kokopaino 84 tonnia. Veturin kori noudattaa nykyaikaista suurnopeusjunissa tyypillistä virtaviivaista muotoilua. (Eonsuu ym. 1995, 91.) IC2-junan lisäksi tarkasteltiin Talgo-Transtech Oy:n valmistamista Habinsssiirtoseinävaunuista muodostettua tavarajunaa. Habinss-siirtoseinävaunu painaa tyhjänä 26 tonnia ja kykenee kuljettamaan 74 tonnin kuorman. Sen kuormatilavuus on 174,7 m³ ja rakennenopeus 120 km/h. (Talgo-Transtech, tavaravaunut.) Tavaravaunujen käyttöaika ja kuljetussuorite arvioitiin Ed-vaunun perusteella.

10 Alustavissa laskelmissa todettiin junan valmistusmateriaaleilla olevan varsin vähäinen merkitys kaluston materiaalipanoksen kannalta. Tavarajunavaunut ovat myös huomattavasti kevyempiä ja rakenteeltaan yksinkertaisempia kuin Ed-vaunut. Tämän vuoksi tavaravaunun materiaalipanos mallinnettiin yksinkertaisesti painon perusteella olettamalla sen koostuvan kokonaan teräksestä. Valmistuksen hukkaprosenttina käytettiin teräkselle 20 prosenttia, mikä on alhaisempi kuin Ed- vaunujen tapauksessa. Hukkaprosentin oletettiin olevan alhaisempi, koska tavaravaunut eivät vaadi ikkunoita ja ovat muutenkin yksinkertaisempia valmistaa. Yksinkertaistuksena oletettiin myös tavaravaunujen valmistuksen-, kunnossapidon- ja vetoenergiavaatimuksien olevat samat kuin Ed-vaunuilla. Kunnossapidossa tavaravaunuista oletettiin korjattavan yhtä suuri osuus runkorakenteesta kuin Ed-vaunujenkin osalta. Todellisuudessa tavaravaunujen valmistuksen ja kunnossapidon energiankulutus on luultavasti alhaisempi kuin Ed-vaunuilla johtuen tavaravaunujen yksinkertaisemmasta rakenteesta. Vaunukohtainen vetoenergiankulutus kuormassa voi sen sijaan kuormasta riippuen olla korkeampi kuin Ed-vaunuilla. Täyteen lastattu tavaravaunu painaisi 100 t, kun taas Ed-vaunu, jossa olisi kyydissä 113 kpl 70 kg painoista matkustajaa, painaisi noin 60 t. Tavarajunien tyhjänäkulkuprosentti on kuitenkin noin 45,5 (RHK 2003c), mikä tuo keskimääräisen tavaravaunun painon lähelle Ed-vaunun painoa. Tavarajunien nopeudet ovat myös alhaisempia kuin henkilöjunien, mikä pienentää vetoenergiankulutusta. Tällöin voidaan yksinkertaistaa laskelmaa olettamalla Habinss-tavaravaunun vetoenergiankulutuksen olevan sama kuin Ed-vaunun. Sr2-veturi soveltuu myös tavarajuniin (Eonsuu ym. 1995), joten sitä käytettiin myös tässä laskelmassa. Tavarajunien normaalipituus on 725 m, joten junan oletettiin muodostuvan Sr2- veturista ja 30 Habinss-vaunusta. IC2-junan materiaalipanoksen osalta suoritettiin herkkyystarkastelut, joissa tutkittiin, miten junan MI-luku muuttuisi, jos VR-Yhtymä Oy käyttäisi kunnossapidossa ja vetoenenergiana Helsingin Energian tuottaman sähkön sijaan kansallista keskiarvosähköä tai tuulivoimaa. Lisäksi tarkasteltiin, kuinka materiaalipanos muuttuisi, jos kaikki käytettävä alumiini olisi kierrätettyä. 2.3 Radan rakennepoikkileikkausten MIPS-laskenta Radan pohjarakenne koostuu päällysrakenteesta, alusrakenteesta sekä mahdollisesta pengertäytteestä. Päällysrakenteella tarkoitetaan radan päällimmäistä rakenneosaa, johon kuuluvat radan tukikerros, raide kiskoineen ja pölkkyineen sekä vaihteet. Tukikerroksen tehtävänä on tukea raidetta sivu- ja pystysuunnassa, pitää raide geometrisesti oikeassa asennossa ja asemassa, jakaa junaliikenteen aiheuttamat kuormat alusrakenteelle ja muodostaa kiskoille ja pölkyille kantava alusta. Tukikerroksen materiaalin tulee lisäksi olla rakenteeltaan sellaista, että sade- ja sulamisvedet pääsevät valumaan pois, eivätkä jää seisomaan tukikerrokseen. (RAMO 2002, osa 11.) Tukikerroksen materiaalina käytetään yleisimmin raidesepeliä. Alusrakenteella tarkoitetaan päällysrakenteen alapuolista rakenneosaa. Alusrakenne koostuu välikerroksesta, eristyskerroksesta sekä mahdollisesta suodatinkerroksesta ja routalevyin toteutetusta lämmöneristyskerroksesta. Välikerroksen tehtävänä on estää tukikerroksen sekoittuminen alempiin rakenteisiin ja muodostaa tukikerrokselle tasainen ja kantava alusta. Eristyskerroksen tehtävänä on vähentää tai estää alla olevien maakerrosten routiminen sekä muodostaa ylemmille rakennekerroksille tasainen ja kantava rakenne. Kaikki rakenteet siirtä-

11 vät ja jakavat liikenteen aiheuttamaa kuormaa alemmille rakenteille. (RAMO 2002, osa 3.) Eristyskerroksen alla on pengertäyte, joka koostuu hiekasta tai sitä karkeammista kivennäismaalajeista tai vastaavista moreenimaalajeista (RMYTL, osa 5). Radan rakennekerrokset näkyvät kuvasta 1. Radan perustaminen pehmeikköalueille vaatii myös erilaisia pohjanvahvistustoimenpiteitä, kuten massanvaihtoa, syvästabilointia tai paalulaattaa. Kuva 1. Radan rakennekerrokset maaleikkaukseen ja penkereelle perustetun radan osalta. (Mukailtu lähteestä: RAMO 2002, osa 3.) Kuva 2. Ratajohdon rakenne. (Lähde: Ratahallintokeskus 2000).

12 Sähköistettyyn rataan kuuluu edellä mainittujen lisäksi ratajohto (kuva 2). Ratajohdolla tarkoitetaan järjestelmää, jonka avulla sähkövirta johdetaan syöttöasemalta sähköveturin virroittimeen. Ratajohtoon kuuluu pylväät, pylväsperustukset, kannatusrakenteet, johtimet sekä joukko sähkölaitteita ja erikoisvarusteita. (RAMO 2002, osa 5.) Ajojohdin on ratajohdon osa, joka muodostuu ajolangasta ja sen kannattimesta. Ajolanka on ajojohtimen alempi osa, josta junan tai veturin virroitin ottaa tarvittavan energian. Kannatin on ajojohtimen ylempi osa, jonka tehtävänä on kannattaa ajolankaa ripustimien välityksellä. (RAMO 2002, osa 5.) Jotta veturin virroittimen liukuhiili kuluisi tasaisesti, ajolankaa ei asenneta täsmälleen raiteen keskilinjalle (LISO (Liikkuvan kaluston sähkömääräykset), osa 2,8). Tästä siksakista johtuen ajolanka ja kannatin ovat 15 % pidempiä kuin vastaava raidepituus (Pekka Rautoja, RHK, henkilökohtainen tiedonanto, 4.3.2004). Ensimmäinen tässä tutkimuksessa tarkasteltava ratatyyppi oli niin sanottu normaalirakenne eli rataosuus, jossa rata kulkee tasaisella maalla. Tämä ratatyyppi voidaan jakaa kahteen alakategoriaan, joista toisessa rata kulkee maaleikkauksessa ja toisessa ratapenkereellä. Mikäli rata sijaitsee pehmeikköalueella ratapenkereen alle tarvitaan erilaisia pohjanvahvistustoimenpiteitä riippuen pehmeikön syvyydestä. Tässä on tutkittu vaihtoehto, jossa pohjanvahvistustoimenpiteinä on paalulaatta tai massanvaihto. Toisena tyyppinä oli rataosuus, jossa rata kulkee kallioleikkauksessa. Kallioleikkauksessa kulkevan radan materiaalipanoksen vaihtelua tarkasteltiin varioimalla kallioleikkauskorkeutta. Tutkitut leikkauskorkeudet olivat kaksiraiteisella radalla 5, 10, 15 ja 20 metriä. Yksiraiteiselta rataosuudelta tarkasteltiin tyyppilaskelmissa korkeudet 5, 10 ja 15 m. Valitut korkeudet perustuivat case-rataosuuksilla esiintyneisiin leikkauskorkeuksiin. Kolmantena tarkasteltiin sillalle perustettua rataa. Modernin kaksiraiteisen radan ja yksiraiteisen radan sillan MI-luku laskettiin hyödyntäen kolmen Kerava Lahti-oikoradalla sijaitsevan sillan tietoja. Tarkasteltavat sillat olivat S9 (Tuomalan alikulkusilta), S28 (Pukinkallion ratasilta) ja S36 (Lukkokosken ratasilta). Yllä mainittujen ratatyyppien lisäksi yksiraiteiselle radalle laskettiin myös tunnelimetrin materiaalipanos. Kouvola Pieksämäki-radan tunnelien verhoilusta ei ollut yksityiskohtaista tietoa saatavilla, joten laskelmassa sovellettiin Lahdenvuorentunnelin ja Suurivuorentunnelin tietojen (Valtion rautatiet 1962-1987, 165-) keskiarvoa. Laskelmissa pyrittiin ottamaan kaikki ratakomponentit hyvin yksityiskohtaisesti huomioon, jotta syntyi tarkka kuva siitä, mitkä osiot olivat olennaisimmat raideliikenteen MI-luvun kannalta. Laskelmissa otettiin huomioon päällysrakenne, alusrakenne, mahdolliset pohjanvahvistustoimenpiteet, ratajohto, mahdollinen huoltotie, radanvarsiaita, niska- tai kallioleikkausojat sekä sillan kansirakenne ja pilarit. Ratatyyppilaskelmat ovat esimerkinomaisia. Laskelmissa ei ole huomioitu mahdollisuutta, että osa materiaaleista olisi ratalinjasta kierrätettyä materiaalia, vaan kaikki rakenteet on laskettu neitseellisillä luonnosta otetuilla materiaaleilla. Rakennepoikkileikkauksia koskevissa laskelmissa ei myöskään ole huomioitu radanpidon kannalta olennaisia rakenteita, kuten konepajoja, varikoita, ratapihoja tai asemia.

13 2.4 Hypoteettisten rataosuuksien MIPS-laskenta Kerava Lahti-oikoradalta poimittujen rakennepoikkileikkaustyyppien perusteella muodostettiin kilometrin pituisia rataosuuksia, joilla tutkittiin materiaalinkulutuksen vaihtelua rakenteesta riippuen. Laadittiin 6 erilaista yhdistelmää (taulukko 1), joita verrattin nollatasoon, jossa rata oli perustettu kantavalle maaperälle maaleikkaukseen. Laskelmissa oletettiin ratalinjaan tarvittavien maa-ainesten löytyvän 50 km etäisyydellä ja vastaavasti ylijääville materiaaleille löytyvän sijoutuspaikka 50 km etäisyydeltä. Hypoteettisten yhdistelmien avulla oli mahdollista tutkia ratalinjan massatasapainon vaikutusta materiaalipanoksiin. Lisäksi laskelmista saatiin kaksiraiteisen radan ratainfrastruktuurin materiaalipanoksen vaihteluväli, johon Kerava Lahti-oikoradan tuloksia voitiin verrata. Taulukko 1. Rakennevertailussa käytettyjen ratakilometrien rakenteet. Hypoteettinen silta normaalirakenne (m) kallioleikkaus ratakilometri (m) maaleikkaus paalulaatta massanvaihto (m) 0-1 000 - - - 1 1000 paalutukset 500 - - - - 2 200 600 - - 200 2b* 200 600 - - 200 3 200-600 - 200 4 - - - 600 400 5 200 - - - 800 6 100 300 300 300 - * kuten 2, mutta kallioleikkauksen materiaaleja ei ole hyödynnetty ratalinjassa 2.5 Case -rataosuudet 2.5.1 Case-kohteiden kuvaus Vanhat perusparannetut yksiraiteiset rataosuudet ovat tyypillisiä Suomessa. Rataverkosta on yksiraiteista rataa 91,3 % (RHK 2003c). Toinen valituista case-kohteista, Kouvola Pieksämäki-rata, on vanha yksiraiteinen rataosuus. Se on avattu liikenteelle jo vuonna 1889. Kouvola Pieksämäki-rata on nykyisellään sähköistetty ja varustettu junien automaattisella kulunvalvontalaitteistolla. Rata on rakennettu harjuja seuraillen. Nämä tarjosivat hyvän pohjamateriaalin radalle ja niistä saatiin rakennusmateriaaleja (Suomen valtion rautatiet 1862-1912). Radan alusrakennekerrokset rakennettiin huomattavasti ohuemmiksi kuin mitä nykyiset standardit vaativat, koska siihen aikaan ei ollut tavoitteena routimaton ratapenger. Radan alusrakenteen routivuutta on sittemmin vähennetty lisäämällä ratarakenteeseen routalevyt. Rata suoristettiin 1960- ja 70-luvun vaihteessa, jolloin rataosuudelle rakennettiin myös kolme tunnelia ja uusia siltoja. Sähköistetty liikenne alkoi rataosuudella joulukuussa 1980. (Valtion rautatiet 1962-1987, 109.) Betoniratapölkkyjen- ja 60E1-kiskojen asennus rataosuudelle saatiin päätökseen vuonna 2003. Tässä yhteydessä perusparannettiin myös sepelitukikerros. (Tommi Rosenvall, RHK, henkilökohtainen tiedonanto, 11.2.2004.) Toinen case-kohde, Kerava Lahti-oikorata, edustaa nykyaikaista 2-raiteista rataa. Oikoradan rakennusprojekti oli tutkimusta tehtäessä vielä kesken, joten täsmällistä tietoa ratarakenteista oli saatavilla helpommin kuin jo olemassa olevien vanhojen ratojen tapauksessa. Rakenteilla oleva Kerava Lahti-oikorata on kaksiraiteinen, sähköistetty ja junien automaattisella kulunvalvonnalla varustettu rata. Radalla ei ole tasoristeyksiä, joten radalla liikennöivien nopeiden

14 junien suurin sallittu nopeus on 220 km/h ja taajamajunien 160 km/h. Oikoradasta 80 % kulkee Helsinki Lahti-moottoritien kanssa samassa maastokäytävässä. Radan kokonaispituus on 74 km, josta uuden radan osuus on 63 km. Oikoradalle rakennetaan kaksi uutta henkilöliikenteen asemaa, toinen Järvenpään Haarajoelle ja toinen Mäntsälään. Rata valmistuu vuonna 2006. (Oikorata Kerava Lahti -esite, ei vuosilukua.) 2.5.2 Laskelmien sisältö Valitun kahden case-rataosuuden materiaalin kulutus tutkittiin kokonaisuudessaan ja radoille laskettiin MI-luvut. Tarkasteluihin on sisällytetty maa- ja kallioleikkaukset, pohjanvahvistustoimenpiteet, tunnelit, sillat, alusrakenne, eristyskerros, routalevyt, välikerros, tukikerros, ratapölkyt, kiskot ja sähköistykseen liittyvät rakennelmat. Lisäksi laskelmassa huomioitiin asemat (Kerava Lahti-oikorata), ratapihat, radanpito, konepajat, varikot ja junia valmistava Talgo-Transtech Oy:n Otanmäen tehdas. Ratalinjaan katsottiin kuuluvaksi sillat, joilla rata kulkee, eli ratasillat ja alikulkusillat. Myös sadeveden kulun muuttaminen alkuperäisestä huomioitiin. Rataosuuksien tarkasteluajanjaksoksi valittiin 100 vuotta, mikä vastaa pitkäikäisimpien ratakomponenttien laskennallisia käyttöikiä. Kerava Lahti-oikoradan osalta hyödynnettiin tietoja pohjanvahvistustoimenpiteisiin, pengerryksiin ja maastonmuotoiluun käytettyjen materiaalien kokonaismäärästä ja selvitettiin, mikä osuus käytetyistä materiaaleista saatiin ratalinjasta. Kouvola Pieksämäki-radan osalta tarkasteltiin radan nykyistä rakennetta eli huomioitiin kaikki radassa olevat rakenteet ikään kuin se olisi vasta sellaiseksi rakennettu. Maa- ja kallioleikkauksista saadut materiaalit oletettin sijoitetun ratalinjaan. Alueeksi, jonka vesitaloudellisia olosuhteita on muutettu (taulukko 2), on katsottu itse ratalinja. Normaalirakenteen kohdalla ratalinjan leveydeksi laskettiin eristyskerroksen alapinnan leveys ja sillalla sillan leveys. Kallioleikkauksen tapauksessa on käytetty keskimääräisen kallioleikkauksen yläpinnan leveyttä. Ilmatieteenlaitoksen (ei vuosilukua) mukaan Etelä- ja Keski- Suomessa vuotuinen sademäärä vaihtelee yleensä 600 ja 700 mm välillä, kun taas Pohjois- Suomessa sataa keskimäärin enintään 600 mm vuodessa. Laskelmissa käytettiin sademäärää 650 mm. Kunkin ratatyypin suhteellista osuutta hyväksi käyttäen laskettiin painotettu keskiarvo, joka kuvastaa pois alkuperäiseltä kulkureitiltään joutunutta sadevettä valituilla rataosuuksilla. Taulukko 2. Vesitaloudellisesti muutetun alueen leveys tarkasteluilla rataosuuksilla ratatyypistä riippuen. Rakennetyyppi Kerava-Lahti Kouvola-Pieksämäki Normaalirakenne 19,4 m 9,3 m Kallioleikkaus (6,5 m) 18,6 m 12,8 m Silta 12,5 m 7,8 m Asemien vaikutusta tutkittiin laskemalla Kerava Lahti-oikoradalle rakennettavan Mäntsälän aseman materiaalinkulutus. Mäntsälän asema on suunniteltu ympyränmuotoiseksi. Sitä rajaavat kaarevat seinät, joiden sisään jäävät aseman palvelut sekä liikennettä välittävät portaat, hissit ja rampit. Ympyrän keskelle voidaan sijoittaa kioski, kahvila ja odotustila. (RHK 1998.) Asemalle rakennetaan pysäköintipaikat 200 autolle ja sen jälkeen on vielä varaus 50 paikan laajennukseen. Lisäksi asemalle rakennetaan pysäköintipaikat 500 polkupyörälle. Asemalaiturit ovat 220 m pitkät ja 5 m leveät. Niitä kattavat 100 m pitkät teräsrakenteiset katokset. Radan yli kulkee kevyenliikenteen teräsrakenteinen katettu ristikkosilta. (RHK 2003.) Laskel-

15 massa huomioitiin aseman maanrakennustoimenpiteet, kiveykset ja asfalttipinnoitukset, ylikäytäväsilta, portaat, tekniset tilat, hissit ja hissikuilut (Insinööritoimisto Pontek Oy 2003). Aseman MI-luku suhteutettiin puoleen Kerava Lahti-oikoradan pituudesta (31,5 km), koska rataosuudella on toinenkin asema, Haarajoki. Kouvola Pieksämäki-radalta ei tarkasteltu asemia. Ratapihojen osuus tutkittiin suhteuttamalla Suomen ratapihojen sivuraiteiden yhteispituus (2 291 raide-km) tarkasteltavien rataosuuksien raidepituuden osuuteen koko rataverkon raidepituudesta. Ratapihojen kulutusta määritettäessä huomioitiin kiskot, ratapölkyt, tukikerros ja ratajohto. VR-Yhtymä Oy:llä on nykyisellään toiminnassa kaksi konepajaa: Hyvinkään ja Pieksämäen konepajat. Hyvinkään konepaja on pinta-alaltaan 36 100 m 2. Pieksämäen konepajan pinta-ala tietoa ei ollut käytettävissä ajoissa, joten konepajojen oletettiin olevan saman kokoiset, mikä saattaa johtaa konepajojen vaikutuksen lievään yliarviointiin. Varikkoja on Suomen rataverkolla kuusi: Helsinki (Ilmala), Joensuu, Kouvola, Oulu, Tampere ja Turku. Taulukosta 3 ilmenee konepajojen ja varikoiden sähkön-, kaukolämmön-, polttonesteiden- ja vedenkulutus. Pinta-alatiedot saatiin ajoissa vain Helsingin varikon osalta. Helsingin varikko on varikoista kaikkein suurin, joten muiden varikoiden pinta-alaksi arvioitiin puolet Helsingin varikon pinta-alasta eli 16 700 m 2. Taulukko 3. Konepajojen ja varikoiden pinta-alatiedot sekä energian- ja vedenkulutus. pinta-ala (m²) sähkönkulutus (MWh) kaukolämmönkulutus polttoöljynkulutus (MWh) (l) vedenkulutus (m3) Konepaja Hyvinkää 36 100 5 487 10 421 6 000 22 016 Pieksämäki tieto puuttuu 6 124 9 751 145 000 11 053 Varikko Helsinki 33 400 8 775 12 296 2 000 80 859 Joensuu tieto puuttuu 773 tieto puuttuu tieto puuttuu 750 Kouvola tieto puuttuu 819 3 683 0 4 208 Oulu tieto puuttuu 2 260 2 857 2 000 9 447 Tampere tieto puuttuu 1 411 0 tieto puuttuu 4 850 Turku tieto puuttuu 1 820 7 117 0 8 868 Lähde: Otto Lehtipuu, VR-Yhtymä Oy, henkilökohtainen tiedonanto, 9.6.2004. Tehtaiden merkitystä arvioitaessa esimerkkitehtaaksi valittiin Talgo Transtech Oy:n Otanmäen tehdas. Tehtaan hallipinta-ala on noin 55 000 m 2. Tehtaalla valmistetaan mm. InterCitymatkustajavaunuja (Ed-vaunu), vetureita ja erilaisia räätälöityjä tavaravaunuja. (Talgo- Transtech Oy, ei vuosilukua.) Konepaja-, varikko- ja tehdasrakennusten MI-luku laskettiin pinta-alan perusteella hyväksikäyttäen aikaisemmassa tutkimuksessa saatuja rakennuksen MI-lukuja (Sinivuori 2004). Kyseisessä tutkimuksessa laskettiin kahden Helsingin yliopiston rakennuksen, Physicum ja Infokeskus, MI-luvut. Tässä käytettiin Infokeskukselle laskettuja lukuja, joihin ei ollut sisällytetty veden- ja energiankulutusta. Infokeskus on toiminnallisesti hyvin erilainen rakennus kuin konepaja, varikko tai tehdas. Kuitenkin Infokeskukselle laskettuja MI-lukuja käyttäen voidaan saada karkea arvio konepaja-, varikko- ja tehdasrakennusten merkityksestä raideliikenteen kokonaiskulutuksessa. Laskelmaa tarkennettiin käyttämällä tietoja konepajojen, varikoiden ja

16 tehtaan todellisesta energian- ja vedenkulutuksesta. Materiaalipanokset suhteutettiin tarkasteltavien ratojen osuuteen Suomen rataverkon raidepituudesta. Määräävänä tekijänä pidettiin rataosuuksien raidepituutta, koska suurempi raidemäärä merkitsee suurempaa liikennemäärää ja siten suurempaa tarvetta junille, varikoille, konepajoille ja ratapihoille. Radanpitoon kuuluu ratapihojen valaistus, vaihteiden lämmitys, jäänesto, turvalaitteet, puomit sekä eräät muut toiminnot. Vuonna 2001 radanpidon energian kokonaiskulutus oli noin 87 GWh (RHK 2002). Myös radanpito suhteutettiin ratojen osuuteen rataverkon raidepituudesta. Energiantuotantomuodon vaikutusta infrastruktuurin materiaalipanoksiin tutkittiin. Tämä tarkastelu suoritettiin Kerava Lahti-oikoradan tietoja hyödyntäen. Tällöin tutkittiin tapaukset, joissa Helsingin Energian tuottama sähkö vaihdetaisiin kansalliseen keskiarvosähköön tai tuulivoimaan. 2.6 Palvelusuorite ja infrastruktuurin allokointi eri palveluille Palvelusuoritteeksi valittiin henkilökilometrit ja tonnikilometrit. Ne kuvaavat sitä peruspalvelua, jota raideliikenne tarjoaa eli tavaroiden tai henkilöiden siirtymistä paikasta toiseen (Ritthoff ym. 2002, 12). Olennaista matkustamisessa on myös nopeus ja henkilöliikenteen tapauksessa mahdollisesti matkan aikana tarjottavat palvelut kuten ruokailu tai tietokoneen käyttömahdollisuus. Tässä työssä ei kuitenkaan pohdittu erilaisten lisäpalvelusuoritteiden merkitystä vaan keskityttiin tarkastelemaan materiaalipanosta suhteessa suoritettuihin henkilö- ja tonnikilometreihin Rataverkko on sekä tavara- että henkilöliikenteen käytössä, joten on löydettävä tapa jakaa infrastruktuurin materiaalipanos näiden kahden palvelun kesken. Tässä tutkittiin neljä erilaista allokointiperustetta. Nämä olivat bruttotonni-, juna-, vaunu- ja vaununakselikilometrit. Henkilö- ja tavaraliikenteen suhteelliset osuudet liikennöinnistä (taulukko 4) perustuvat kansallisiin keskiarvoihin. Lisäksi tutkittiin tapaus, jossa rataosuus on pelkästään tavaraliikenteen käytössä. Tavararadan laskelmassa hyödynnettiin Kouvola Pieksämäki-radan materiaalipanosta, koska Suomen rataverkolla ei ole Kerava Lahti-oikoradan kaltaisia rataosuuksia, jotka olisivat vain tavaraliikenteen käytössä. Henkilö- ja tavaraliikenteen suhteelliset osuudet vaihtelivat allokointitavasta riippuen. Junakilometreihin perustuva allokointi eroaa huomattavasti muista vaihtoehdoista. Erilaiset allokointitavat toimivat myös herkkyystarkasteluina. Taulukko 4. Henkilö- ja tavaraliikenteen suhteelliset osuudet rataverkon liikenteestä tilastointitavasta riippuen allokointiperuste % osuus infrastruktuurista henkilöliikenne tavaraliikenne bruttotonnikilometrit 32,8 67,2 junakilometrit 65,1 34,9 vaununakselikilometrit 26,4 73,6 vaunukilometrit 32,4 67,6 Tietojen lähde: VR-Yhtymä Oy (2004) ja RHK (2003c).

17 2.7 Liikennemäärät Sekä henkilö- että tavaraliikenteen liikennemäärät vaihtelevat huomattavasti Suomen rataverkon eri osissa. Tässä tutkimuksessa tarkasteltaville rataosuuksille valittiin sekä henkilö- että tavaraliikenteessä kolme erilaista liikenteen vilkkaustasoa. Nämä olivat vilkasliikenteinen, keskitasoinen ja vähäliikenteinen (taulukko 5). Tarkasteltavien liikennetasojen vuosittaisista kuljetussuoritteista laskettiin päivittäiset kuljetussuoritteet. Tämän jälkeen tutkittiin, kuinka monta junavuoroa tarvittaisiin kuljettamaan kunkin liikennetason mukainen määrä ihmisiä tai tonneja. Junavuoroja laskettaessa hyödynnettiin täyttöasteita. Vuotuisia junavuoromääriä käytettiin laskettaessa junien energiankulutuksen materiaalipanosta. Junien lukumäärää hyödyntäen taas saatiin laskettua junien valmistuksen ja kunnossapidon vuosittainen materiaalipanos tarkasteluaikana. Taulukko 5. Käytetyt liikenteen vilkkaustasot ja niihin liittyvät täyttöasteet Henkilöliikenne Tavaraliikenne Liikennetaso henkilöliikenteen täyttöaste % nettotonnia / v täyttöaste % matkaa / v vilkasliikenteinen 5 000 000 20 3 000 000 50 keskitasoinen 500 000 35 1 500 000 50 vähäliikenteinen 50 000 60 500 000 50 Lähde: Jyrki Pussisen kanssa 23.6.2004 käyty keskustelu. 2.8 MIPS-lukujen soveltaminen Suomen rataverkolla Case-rataosuuksille laskettujen MIPS-lukujen avulla määritettiin raideliikenteen MIPS-luvut Suomen rataverkon eri osissa. Tässä kaksiraiteisille rataosuuksille käytettiin Kerava Lahtioikoradan materiaalipanoksia ja yksiraiteisille Kouvola Pieksämäki-radan materiaalipanoksia. Rataverkolla on myös lyhyitä matkoja rataa, jossa on enemmän kuin kaksi raidetta. Tällaisia ovat Helsinki Ruusutorppa, Helsinki Kerava ja Lustikulla Purola. Nämä ovat kuitenkin lyhyitä rataosuuksia, joten ne jäävät kokonaisuuden kannalta merkityksettömiksi. Lisäksi kyseiset rataosuudet kuuluvat Helsingin seudun lähiliikenteen piiriin, joten vastaavasti myös liikennetasot näillä osuuksilla ovat huomattavasti korkeammat kuin muualla maassa, joten useampi raiteiden materiaalipanos voidaan siksikin olettaa merkitykseltään vähäiseksi. Rataosuuksille valittiin henkilö- ja tavaraliikenteen osalta kolmesta tarkastellusta liikennetasosta parhaiten soveltuva. Soveltuvan infrastruktuurin ja liikennetason mukaan rataosuuksille laskettiin MIPS-luvut. Laskelma suoritettiin kahdella eri allokointiperusteella. Nämä olivat junakilometrit ja vaunukilometrit, jotka edustavat allokoinnin vastakkaisia ääripäitä. Näin saatiin esille myös allokoinnin vaikutukset Suomen raideliikenteen MIPS-lukuihin.

18 3. TULOKSET Tässä osiossa käsitellään ensin raideliikennekaluston materiaalipanosta ja raideliikenteen MIPS-lukuja ilman infrastruktuurin osuutta (luku 3.1). Raideliikenneinfrastruktuurin materiaalipanoksia rakennepoikkileikkausten avulla, hypoteettisilla rataosuuksilla ja lopuksi todellisilla case-rataosuuksilla tarkastellaan luvussa 3.2. Luvussa 3.3 esitellään edellisten pohjalta case-rataosuuksille rakennetut MIPS-luvut. Näistä johdetut karkeat laskelmat Suomen rataverkon MIPS-luvuista löytyvät luvusta 3.4. 3.1 Junakaluston valmistus, kunnossapito ja käyttö 3.1.1 IC2-henkilöjuna Ed-vaunun materiaalipanos kokonaisuudessaan mukaanlukien myös vetoenergiankulutuksen oli 20 900 t abioottisia luonnonvaroja, 7,4 t bioottisia luonnonvaroja, 1 010 000 t vettä ja 11 800 t ilmaa. Ed-vaunun materiaalipanos ilmenee yksityiskohtaisesti liitteestä 3. Bioottisten materiaalien osuus vaunun ja sen käytön materiaalijakaumasta on pieni, joten bioottinen materiaalipanos jäi alhaiseksi eikä sitä siksi tarkastella syvemmin. Sr2-veturin kokonaismateriaalipanos (liite 4) oli 2 960 t abioottisia luonnonvaroja, 2,3 t bioottisia luonnonvaroja, 25 600 t vettä ja 297 t ilmaa. Veturin käyttämä energia otettiin huomioon vaunujen vetoenergian tarpeessa. Tietoa veturin valmistuksen ja kunnossapidon vaatimasta energiankulutuksesta ei ollut suoraan saatavissa. Niiden oletettiin olevan samaa luokkaa kuin vaunujen valmistuksen ja kunnossapidon vaatima energiankulutus. Veturin oletettiin vaativan maalausta sekä pyörien- ja akunvaihtoa samoin aikavälein kuin Ed-vaunun. Veturin pesuun kuluva vesimäärä arvioitiin. Sr2-veturista ja neljästä Ed-vaunusta koostuvan IC2-junan elinkaarenaikaisessa materiaalikulutuksessa (taulukko 6) keskeisin tekijä oli käytönaikainen energiankulutus. Käytönaikainen energiankulutus muodostuu pääsiassa vetoenergian tarpeesta. Lisäksi siihen sisältyy junan laitteiden kuluttama energia, johon kuuluu muun muassa ilmastointi, valaistus ja paineilmantuotanto. Taulukko 6. IC2-junan käyttöiän aikainen materiaalipanos. Käyttöikä 40 v, kuljetussuorite 14 miljoonaa km. abioottiset bioottiset vesi ilma IC2-JUNA luonnonvarat luonnonvarat t % t % t % t % valmistus 6 600 7,6 32 100 196 000 4,8 925 1,9 kunnossapito 2 040 2,4 0 0 96 100 2,4 957 2,0 käyttö 77 800 90,0 0 0,0 3 770 000 92,8 45 700 96,0 yhteensä 86 440 100 32 100 4 062 100 100 47 582 100 Sähkön tuotantotavan muuttamisella oli vaikutusta IC2-junan materiaalipanokseen (kuva 3). Siirryttäessä Helsingin Energian tuottamasta sähköstä kansalliseen keskiarvosähköön abioottinen MI-luku laski 19 % ja ilman käyttö 42 %, mutta vedenkulutus lähes kuusinkertaistui. Tuulivoima oli tarkastelluista sähköntuotantotavoista ekotehokkain. Verrattuna lähtötilanteeseen tuulivoimaan siirtyminen pienentäisi abioottisten luonnonvarojen käyttöä noin kertoimella 5 eli viidenteen osaan, veden käyttöä kertoimella 14 ja ilman käyttöä kertoimella 40.

19 Jos kaikki IC2-junassa käytetty alumiini vaihdettaisiin kierrätettyyn alumiiniin, abioottinen materiaalipanos vähenisi 2 %, veden ja ilmakulutus kummatkin yhden prosentin. Sähkön merkitys on siis IC2-junan elikaarenaikaisessa materiaalin käytössä niin hallitseva, ettei rakennusmateriaalien vaihtamisella ole juuri merkitystä. Energiantuotantomuodon vaikutus IC2-junan materiaalipanokseen t 100 000 80 000 60 000 40 000 20 000 0 ABIOOTTINEN MI 86 400 70 100 16 200 HELEN 2003 Suomi 2002 tuulivoima t 30 000 000 25 000 000 20 000 000 15 000 000 10 000 000 5 000 000 0 VESI MI 23 600 000 4 060 000 279 000 HELEN 2003 Suomi 2002 tuulivoima t 60 000 50 000 40 000 30 000 20 000 10 000 0 ILMA MI 47 600 27 500 1 150 HELEN 2003 Suomi 2002 tuulivoima Kuva 3. Sähköntuotantotavan vaikutus IC2-junan elinkaarenaikaisiin materiaalipanoksiin. Junan käyttöikä 40 v., kuljetusuorite 14 miljoonaa km. - HELEN 2003 = Helsingin Energian vuonna 2003 myymä sähkö - Suomi 2002 = vuoden 2002 keskimääräinen kansallinen verkkosähkö - tuulivoima = yksinomaan tuulivoimalla tuotettu sähkö