Ovatko biopolttoaineet ympäristöystävällisiä? Kimmo Klemola Lappeenrannan teknillinen yliopisto Green Chemistry -seminaari, Teknillinen korkeakoulu 09.10.2007 Biopolttoaineet vaikuttavat haitallisesti vain kolmeen asiaan Maa Ilma Vesi 1
Maa Maaperän eroosio ja köyhtyminen Maaperän saastuminen Maaperän happamoituminen Fossiilisten polttoaineiden hupeneminen Monimuotoisuuden tuhoutuminen Sademetsien ja metsien tuhoutuminen Maapallon metsäpinta-alasta 52 prosenttia on trooppista metsää. Trooppisten luonnonmetsien häviäminen on yksi maailman suurimpia ympäristöongelmia. Tropiikin metsäkato on tällä hetkellä reilut 12 miljoonaa hehtaaria vuodessa ja se tarkoittaa, että trooppista metsää häviää noin 0,7 prosenttia vuodessa. Trooppisten savannien tuhoutuminen Hiilikierto Ilma Periaatteessa biopolttoaineiden hiili kiertää 2
Hiilidioksidikierto (unelma) Maakaasu Kivihiili Raakaöljy 3
Ilma Hiilikierto Maankäytön muutokset Lisäävät hiilen määrää ilmakehässä noin 1 Gt C/a, fossiilipäästöt 7 GtC/a Metsien hakkuut (varsinkin sademetsien) Soiden kuivaus Maaperän kaskeaminen Metsät pelloiksi Sademetsät, trooppiset savannit, ruoantuotantopellot ja laitumet biopolttoaineille, sademetsät ja trooppiset savannit laitumiksi Maatalouden tehotuotanto ja tuotantoprosessit kuluttavat paljon fossiilisia polttoaineita ja tuottavat siten myös paljon hiilidioksidipäästöjä. Typpikierto Ilma Typpilannoitteiden käyttö voimistaa biosfäärin typpikiertoa Typpioksiduuli alailmakehässä voimakas kasvihuonekaasu Yläilmakehässä typpioksiduuli tuhoaa otsonikerrosta 4
Vesi Maanviljelyksen osuus on 70 % maapallon veden käytöstä Pohjavesivarojen hupeneminen Olemassa olevan viljelysmaan muuttuminen viljelykelvottomaksi kuivuuden/veden loppumisen takia Luonnollisten vesireittien (joet ja järvet) katoaminen ja uudelleenjärjestäminen Puhtaiden vesivarojen pilaantuminen Rehevöityminen Nitraattien, torjunta-aineiden ynm kertyminen vesiin Yhteiskunnan (hyväntahtoiset?) toimet, jotka ovat johtaneet tai johtavat ympäristön kannalta haitallisiin vaikutuksiin päinvastoin kuin oli tarkoitus: 5
Maailma (YK) Kyoto Clean Development Mechanism (CDM) Metsän istutus kolmansissa maissa tuottaa hiilihyvityksiä länsiyhtiöille. CDM rahaa on päätynyt palmuöljy-yhtiöille heidän istuttaessaan metsää eli palmuöljyplantaaseja raivatun sademetsän tilalle. EU:n toimenpiteet Liikenteen biopolttoainevelvoite European Biofuels Directive ja European Biomass Action Plan kannustavat esimerkiksi käyttämään rakennusten lämmittämiseen palmuöljyä (Fortum Värme Tukholmassa) Biopolttoaineet ovat paperilla nollapäästöisiä Elinkaaren päästöjä ei oteta huomioon Muualta tuodut biopolttoaineet (Brasilian etanoli ja soijaöljy ja Kaakkois-Aasian palmuöljy) ovat Euroopalle nollapäästöisiä. Ongelmat ja päästöt jäävät syntysijoille. Autotehtaat pääsevät biopolttoaineautoja valmistamalla niille asetettuihin/asetettaviin päästötavoitteisiin. Paikallisesti (Tukholma) biopolttoaineautot saavat verohelpotuksia, vapauksia tietulleista ja eko autona pääsyn ruuhkakaistoille: 6
Vår största miljöbil Chevrolet Tahoe Kulutus E85: 22.4 L/100 km Kaupunkiajossa: 34,1 L/100 km Omamassa: 2506 kg Moottoritilavuus: 5,3 L USA:n toimenpiteet 51 US senttiä/gallona verotuki kotimaiselle etanolille Maissietanolin tuotanto kasvanut valtavasti Kaikkien viljojen ja ruoan hinta noussut. Vienti kehitysmaihin pudonnut. Vesistöjen suojeluun tarkoitetut suojavyöhykkeet otettu takaisin tuotantoon. Energialain tarkoittama advanced biofuel - tavoite ei tarkoitakaan 2. sukupolven biopolttoaineita vaan myös Kaakkois-Aasian palmuöljyä ja Brasilian sokeriruokoetanolia ja soijaöljyä. 7
Suomen toimenpiteet Biopolttoöljylle ja työkoneiden biodieselille verovapaus Käytännössä Nesteen palmuöljybiodieselille Keskimääräistä suomalaista omakotitaloa varten täytyy raivata 0,79 ha sademetsää Jos käytetään rypsibiodieseliä talon lämmitykseen, voitaisiin vaadittavalla rypsiöljymäärällä valmistaa 13560 kpl 400 g Keiju-margariinipakettia joka vuosi/omakotitalo. Ensin Borneolla raivataan sademetsää, jotta saadaan palmuöljyä Suomeen, jotta saadaan kaadettua suomalaismetsää Pääkaupunkiseudun joukkoliikenne alkaa käyttää palmuöljybiodieseliä verottomana!!. Öljyalan keskusliitto vaatii liikenteen biopolttoaineille (NExBTL:lle) verovapautta Suomen toimenpiteet Biokaasun liikennekäytölle verovapaus Eniten hyötyä biokaasusta saataisiin kuitenkin lämmityssektorilla. Tutkimusvaroja runsaasti toisen sukupolven biopolttoainetutkimukseen (puupohjainen etanoli ja biodiesel) Hämärtyy se tosiasia, että tehokkaimmin puu vähentää hiilidioksidipäästöjä ja öljyriippuvuutta sähkön- ja lämmöntuotannossa: halvemmalla energiatehokkaammin 8
Tieliikenteen polttoaineet ja biopolttoaineet Nestemäiset Bensiini Diesel Etanoli ja sen eetterijohdannaiset ETBE ja TAEE (1G/2G) Biodiesel (1G/2G) Metanoli ja sen eetterijohdannaiset MTBE ja TAME (biometanoli (2G)) Biobutanoli (1G/2G) Kaasumaiset Metaani (maakaasu, biokaasu (2G)) Dimetyylieetteri (biodimetyylieetteri (2G)) LPG (liquid petroleum gas, öljynjalostuksen nestekaasu) Vety (biovety (2G)) Ilma (www.theaircar.com) Muut Sähkö (biosähkö (2G)) Toisen sukupolven biopolttoaineet tehdään biomassasta, joka ei kilpaile suoraan ruoantuotannon kanssa. 1G = ensimmäisen sukupolven, 2G = toisen sukupolven biopolttoaine. Etanoli (1G) Tislausprosessi energiaintensiivinen Suomi (ohra) 1 kg ohraa (ihmisten ruoka) tuottaa 0,25 kg etanolia (autojen ruoka) 0,25 kg rehua (eläinten ruoka) 0,5 kg CO2 huono energiatase Suomi (leipomojäte, ST1) OK Saataisiinko esimerkiksi biokaasuttamalla suurempi hyöty? USA Maissietanolin energiatase huono Brasilia Sokeriruokoetanolin fossiilienergiatase muita parempi mm. bagassin polton takia Huonoja puolia Työolot Uhka trooppiselle metsälle ja savannille eli cerradolle 9
Biodiesel (1G) Valmistetaan kasviöljyistä tai eläinrasvoista joko vaihtoesteröimällä alkoholin kanssa tai vetykäsittelemällä (NExBTL). Valmistusprosessit energiatehokkaita. Raaka-ainepohja kirjava ja viljelyn ympäristövaikutukset ja tehokkuus vaihtelevat Rypsiöljy Ei etuja dinodieseliin nähden Jätepaistinrasvat ja teurasjätteet OK Soijaöljy Ongelmallista ympäristön kannalta, Amatsonin sademetsien ja cerradon tuhoutuminen. Leväöljyt Lupaava, teknologia ongelmallinen Myrkylliset kasviöljyt: Jatropha Viljely saattaa jopa estää aavikoitumista Syötäväksi kelpaamattoman myrkyllisen kasviöljyn viljely mailla, joita voidaan käyttää ruokaöljyn tuotantoon, kilpailee kuitenkin suoraan ruoantuotannon kanssa. Tavallaan tilanne olisi jopa pahempi. Ruokahuollon kriisitilanteissa kasviöljy ei kelpaisi ihmisravinnoksi. Palmuöljy Biodiesel (1G) Ympäristön kannalta vahingollisin biodieselin raaka-aine. Nesteen NExBTL:n raaka-aine Hartmut Michel (kemian Nobel-palkinto 1988) nobelistien tapaamisessa 2007: The import of biofuels made of palm oil or soy beans from tropical countries will enhance the deforestation and lead to a loss of the tropical rain forest Some methods like the production of palm oil lead to the annihilation of huge areas of natural forests in southeast Asia that can never be compensated by potential energy savings. 10
NExBTL ja palmuöljy Lähteet: Neste Oilin Risto Rinne: Palmuöljyä raakaaineena käytettäessä hiilidioksidipäästöt vähenevät 60 %. Righelato R., Spracklen D.V., Carbon Mitigation by Biofuels or by Saving and Restoring Forests? Science 317(5840): 902, 2007. 11
NExBTL ja palmuöljy CO 2 -päästöt kg CO 2 /L NExBTL eq 8 7 Hiilidioksidipäästöt, kg CO2/L NExBTL-ekvivalentti 6 5 4 3 2 1 0 NExBTL, Risto Rinne NExBTL, Science Petrodiesel NExBTL ja palmuöljy CO 2 -päästövähennys kg CO 2 /ha/a 14000 Hiilidioksidipäästövähennys, kg CO2/ha/a 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 NExBTL, Risto Rinne Metsitys ja petrodiesel, Science 12
Toisen sukupolven biopolttoaineet Verrattuna raakaöljypohjaisiin ja ensimmäisen sukupolven biopolttoaineisiin hiilidioksidipäästöjen ja raakaöljynkäytön vähennys merkittävä. Tuotanto ei ole ympäristön kannalta ongelmatonta. Puu olisi järkevämpää käyttää sähkön- ja lämmöntuotantoon Viljelys- ja hakkuutähteiden energiakäyttö on ongelmallista maaperän köyhtymisen takia. Puun käyttö energiaksi hiilidioksidipäästöjen vähennys 1400 CO2 vähennys, kg CO2/tonni kuivaa puuta 1200 1000 800 600 400 200 0 Etanoli korvaa petrobensiiniä Fischer-Tropschbiodiesel korvaa petrodieseliä Puupelletti korvaa öljylämmitystä Hake korvaa öljylämmitystä 13
Puun käyttö energiaksi raakaöljyn korvaavuus 600 Öljynkorvaavuus, litraa/tonni kuivaa puuta 500 400 300 200 100 0 Etanoli korvaa petrobensiiniä Fischer-Tropschbiodiesel korvaa petrodieseliä Puupelletti korvaa öljylämmitystä Hake korvaa öljylämmitystä Viljan käyttö energiaksi raakaöljyn korvaavuus 600 Raakaöljyn käyttö vähenee, litraa/1000 kg ohraa 500 400 300 200 100 0 Ohra korvaa lämmitysöljyä Ohraetanoli korvaa bensiiniä 14
Biokaasu Biokaasu lannasta tai yhdyskuntajätteistä tuotettuna on järkevä vaihtoehto. Mikäli tavoitellaan maksimaalista hyötyä hiilidioksidipäästöjen ja öljyn korvaavuuden kannalta, biokaasu kannattaa käyttää lämmitykseen tai sähköntuotantoon. Raakaöljynkulutuksen vähennys, miljoonaa L 400.00 350.00 300.00 250.00 200.00 150.00 100.00 50.00 0.00 Biokaasu lämmitysöljyn korvaajana Biokaasu hiilisähkön korvaajana Biokaasu Biokaasu tieliikenteessä tieliikenteessä dieselin korvaajana dieselin korvaajana* *) prosessisähkö biokaasusta 15
CO 2 -päästövähennys, miljoonaa tonnia 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 Biokaasu lämmitysöljyn korvaajana Biokaasu hiilisähkön korvaajana Biokaasu tieliikenteessä dieselin korvaajana Biokaasu tieliikenteessä dieselin korvaajana* *) prosessisähkö biokaasusta 16
17
18
19