Biojätteen käsittelyvaihtoehdot pääkaupunkiseudulla

Biojätteen käsittelyvaihtoehdot pääkaupunkiseudulla Kasvihuonekaasupäästöjen vertailu

Biojätteen käsittelyvaihtoehdot pääkaupunkiseudulla Kasvihuonekaasupäästöjen vertailu YTV Pääkaupunkiseudun yhteistyövaltuuskunta

YTV Pääkaupunkiseudun yhteistyövaltuuskunta Opastinsilta 6 A 00520 Helsinki puhelin (09) 156 11 faksi (09) 156 1369 www.ytv.fi Lisätietoja: Niina Tanskanen, puhelin (09) 156 1669 niina.tanskanen@ytv.fi Copyright: Kartat, graafit ja muut kuvat Kansikuva: YTV / Hannu Bask

Esipuhe Tämä julkaisu pohjautuu diplomityöhön, joka on tehty YTV Jätehuollon toimeksiannosta 4.8.2008 30.1.2009. Diplomityö täydentää julkaisussa esitettyjen tulosten laskentaa ja lähtötietoja. Alkuperäinen työ on luettavissa Teknillisen korkeakoulun Energiatekniikan laitoksen kirjastossa osoitteessa Sähkömiehentie 4, 02150 Espoo. Diplomityötä voi tiedustella myös Teknillisen korkeakoulun pääkirjastosta nimellä Biojätteen käsittelyvaihtoehdot pääkaupunkiseudulla kasvihuonekaasupäästöjen vertailu. Veera Virtavuori

Tiivistelmäsivu Julkaisija: YTV Pääkaupunkiseudun yhteistyövaltuuskunta Tekijät: Veera Virtavuori Päivämäärä 21.08.2009 Julkaisun nimi: Biojätteen käsittelyvaihtoehdot pääkaupunkiseudulla kasvihuonekaasupäästöjen vertailu Rahoittaja / Toimeksiantaja: YTV Jätehuolto Tiivistelmä: Tässä työssä vertailtiin pääkaupunkiseudun biojätteen käsittelyvaihtoehtojen kasvihuonekaasu- eli KHK-päästöjä. Biojätteen erilliskäsittelyvaihtoehdoiksi valittiin mädätys ja kompostointi, joka on pääkaupunkiseudun nykyinen biojätteen käsittelymenetelmä. Näiden lisäksi tarkasteltiin biojätteen polttoa sekajätteen mukana. Tutkimuksessa arvioitiin myös biojätteen erilliskeräysjärjestelmän laajuuden vaikutusta biojätteen keräyksestä ja kuljetuksesta aiheutuviin kasvihuonekaasupäästöihin. Kasvihuonekaasupäästötaseiden laskemiseen käytettiin elinkaariperusteista lähestymistapaa, jossa otettiin huomioon sekä suorien että välillisten prosessien päästöt. Laskennassa huomioitiin myös KHK-päästöjen hyvitykset, joita saatiin biojätteen käsittelyssä syntyvien lopputuotteiden hyötykäytöllä. Käsittelyn KHK-tase oli negatiivinen, jos sen saamat hyvitykset olivat suuremmat kuin sen KHK-päästöt. Biojätteen käsittelyvaihtoehdoista polton kasvihuonekaasupäästötase osoittautui negatiivisimmaksi. Kun poltosta vapautuvalla energialla korvattiin fossiilisia polttoaineita energiantuotannossa, oli polton saamat KHK-päästöjen hyvitykset suuremmat kuin sen KHK-päästöt. Erilliskäsittelyn vaihtoehdoista mädätyksen tase oli negatiivisempi kuin kompostoinnin. Mädätyksen tase oli negatiivinen, koska mädätyksestä vapautuva biokaasu hyötykäytettiin sähkön- ja lämmöntuotannossa tai liikenteen polttoaineena korvaamaan fossiilisia polttoaineita. Sekä mädätyksessä että kompostoinnissa syntyvää lopputuotetta käytettiin multatuotteen raakaaineena, jolloin keinolannoitteen ja turpeen korvauksesta syntyi kasvihuonekaasupäästöhyvityksiä. Kompostointi oli kuitenkin käsittelyvaihtoehdoista ainoa, jonka KHK-päästöt olivat suuremmat kuin sen saamat kasvihuonekaasuhyvitykset. Pääkaupunkiseudun biojätteen nykyisen erilliskeräysjärjestelmän keräys- ja kuljetuspäästöjä olisi mahdollista vähentää rajaamalla järjestelmän ulkopuolelle pienet alle 20 huoneistoa käsittävät kiinteistöt. Pieniltä kiinteistöiltä kerätty biojätemäärä on kuljetusrasitukseen suhteutettuna vähäinen. Avainsanat: Biojäte, kasvihuonekaasupäästöt, kompostointi, mädätys, biojätteen poltto Sarjan nimi ja numero: YTV:n julkaisuja 8/2009 ISBN ISBN (nid.) Sivuja: 40 Kieli: suomi 978-951-798-734-9 ISBN (pdf) 978-951-798-735-6 YTV Pääkaupunkiseudun yhteistyövaltuuskunta PL 521, 00521 Helsinki, puhelin (09) 156 11, faksi (09) 156 1369

Sammandragssida Utgivare: Huvudstadsregionens samarbetsdelegation Författare: Veera Virtavuori Datum 21.08.2009 Publikationens titel: Behandlingsalternativ för bioavfall i huvudstadsregionen en jämförelse av växthusgasutsläpp Finansiär / Uppdragsgivare: SAD Avfallshantering Sammandrag: I denna studie jämfördes växthusgas- alltså VHG -utsläppen, som orsakas av de för bioavfall lämpliga behandlingskedjorna inom huvudstadsregionen. Som alternativ för särskild behandling av bioavfall har man valt rötning och kompostering, som är den nuvarande behandlingsmetoden för bioavfall i huvudstadsregionen. Utöver dessa undersöktes förbränning av bioavfall tillsammans med blandavfall. I undersökningen har man även bedömt inverkan av täckningen av separatsamlingssystemet för bioavfall på VHG- utsläppen från insamling och transport. Vid uträkning av behandlingsalternativens VHG- utsläppsbalanser har man beaktat utsläpp från både direkta och indirekta processer. I beräkningarna beaktades även VHG-utsläpp från nyttoanvändning av slutprodukterna från hantering av bioavfall. VHG-utsläppsbalansen var negativ om kompensationerna var större än VHGutsläppen. Av behandlingsalternativen för bioavfall var förbränningens VHG- utsläppsbalans den mest negativa, då man med energin som frigörs vid förbränningen kompenserar fossil energi och uppnår större kompensation för dessa utsläpp än för VHG-utsläppen. Av alternativen för särskild behandling var rötning att föredra framom kompostering, då biogasen som frigörs i processen används, antingen i el- eller värmeproduktion eller som bränsle för trafiken. I bägge fall kompenserar man fossila bränslen och uppnår utsläppskompensationer, som skapar en negativ VHG- balans. Kompostering var det enda av behandlingsalternativen, som för växthusgasernas del blev på den utsläppsproducerande sidan. Slutprodukten från rötning och kompostering kan användas som råvara för mullprodukter, varvid ersättningen av konstgödsel och torv skapade växthusgasutsläppskompensationer. Det skulle vara möjligt att minska insamlings- och transportutsläppen från dagens separatinsamling av bioavfall i huvudstadsregionen genom att avgränsa små fastigheter, med mindre än 20 lägenheter, utanför systemet. Detta är en följd av att mängden bioavfall från små fastigheter är liten i förhållande till transportbelastningen. Nyckelord: Bioavfall, växthusgasutsläpp, rötning, kompostering, förbränning av bioavfall Publikationsseriens titel och nummer: SAD publikationer 8/2009 ISBN 978-951-798-734-9 ISSN: 1796-6965 Sidor: 40 Språk: finska ISBN (pdf) 978-951-798-735-6 Huvudstadsregionens samarbetsdelegation PB 521, 00521 Helsingfors, telefon (09) 156 11, telefax (09) 156 1369

Abstract page Published by: YTV Helsinki Metropolitan Area Council Author: Veera Virtavuori Date of publication 21.08.2009 Title of publication: Appropriate treatment processes for biowaste in the Helsinki Metropolitan Area - benchmarking of greenhouse gas emissions Financed by / Commissioned by: YTV Waste Management Abstract: In this study, a method of life cycle thinking was applied to evaluate the greenhouse gas emissions of biowaste treatment in the Helsinki Metropolitan Area. Composting, anaerobic digestion and incineration with municipal solid waste were presented as the options of treating biowaste. The GHG emissions produced by biowaste transportation and collection were also estimated. In calculation, the direct and indirect greenhouse gas emissions were included. The utilisation of the end products of treatment processes were also evaluated. Negative values were obtained if the savings obtained were large than the greenhouse gas emissions produced in biowaste treatment. Incineration of biowaste had the largest mitigation potential in GHG emissions. In incineration of biowaste, the GHG emission balance was negative due to savings obtained by the substitution of the fossil energy production. In material recovery, anaerobic digestion produced more benefits for the environment than composting of biowaste. Anaerobic digestion gained the negative balance of GHG emissions due to the utilization of generated biogas. Biogas could be used as a fuel in the energy production replacing fossil fuels or in vehicles replacing diesel. Both of the mentioned alternatives gave equally big GHG savings. Composting was the only treatment process causing GHG emissions. GHG emissions were mainly caused directly by the process and indirectly by the use of energy. The solid end product of the composting and the anaerobic digestion could be utilized as a raw material for humus replacing artificial fertilizers and peat that contributed to further savings in GHG emissions. According to this study, the GHG emissions of the present biowaste collection and transportation could be decreased by excluding the collection of biowaste in smaller properties than 20 apartments. The amount of biowaste gained in these smaller properties is relatively little as compared to GHG emissions produced in collection and transportation. Keywords: Biowaste, GHG emissions, composting, anaerobic digestion, incineration of biowaste Publication Series title and number: YTV publications 8/2009 ISBN 978-951-798-734-9 ISSN: 1796-6965 Pages: 40 Language: Finnish ISBN (pdf) 978-951-798-735-6 YTV Helsinki Metropolitan Area Council, Box 521 00521 Helsinki, phone +358 9 156 11, fax +358 9 156 1369

Sisällysluettelo 1 Taustaa...11 1.1 Johdanto...11 1.2 Tutkimuksen tavoitteet ja rajaukset...11 1.2.1 Tavoitteet...11 1.2.2 Tutkimuksen lähtöoletukset ja rajaukset...12 1.3 KHK-päästöt ja laskentaperusteet...12 1.3.1 Kasvihuonekaasut...12 1.3.2 KHK-päästölaskennasta...13 1.3.3 Energiantuotanto ja -kulutus...13 2 Biojätteen käsittelyn KHK-päästöt YTV-alueella...15 2.1 Biojätteen keräys ja kuljetus...15 2.1.1 Taustatiedot...15 2.1.2 Keräyksen ja kuljetuksen KHK-päästöt...15 2.2 Kompostointi...16 2.2.1 Kompostoinnin suorat KHK-päästöt...16 2.2.2 Välilliset KHK-päästöt...16 2.2.3 Kompostin hyötykäyttö...17 2.3 Kompostoinnin KHK-päästötase...17 3 Vaihtoehtoiset biojätteen käsittelymenetelmät...20 3.1 Mädätys...20 3.1.1 Esimerkki mädätyslaitos...20 3.1.2 Biokaasu sähkön- ja lämmöntuotannossa...21 3.1.3 Biokaasu liikennekäytössä...22 3.1.4 Mädätyksen KHK-päästötase...22 3.2 Biojätteen poltto sekajätteen mukana...24 3.2.1 Biojäte polttoaineena...24 3.2.2 KHK-päästöhyvityksistä...24 3.2.3 Polton välillisistä KHK-päästöistä...25 3.2.4 Biojätteen polton KHK-päästötase...25 4 Biojätteen erilliskeräyksen kattavuus...27 4.1 Laskentamenetelmistä...27 4.2 Erilliskeräyskattavuuden vaikutus KHK-päästöihin...27 5 Tulosten tarkastelu...30 5.1 Biojätteen käsittelyvaihtoehdot...30 5.1.1 Käsittelyvaihtoehtojen KHK-päästötaseet...30 5.1.2 Virhelähteet...32 5.2 Keräyskattavuus...34 5.2.1 Keräyskattavuuden vaikutus KHK-päästöihin...34 5.2.2 Virhelähteet...34 6 Yhteenveto...35

11 1 Taustaa 1.1 Johdanto Jätehuollon osuus Suomen kasvihuonekaasupäästöistä on noin 3 %. Noin 90 % jätehuollon KHKpäästöistä aiheutuu kaatopaikoilta vapautuvasta metaanista. (Ympäristöministeriö 2008a). Metaania vapautuu kaatopaikalle sijoitetun biohajoavan jäteaineksen, kuten biojätteen, paperin, kartongin ja puun, hajotessa kaatopaikkakerrosten hapettomissa olosuhteissa. Vaikka jätehuollon osuus Suomen kasvihuonekaasupäästöistä on pieni, on jätesektorin päästöjen vähentämispotentiaalin arvioitu olevan suuri. Tämä arvio perustuu siihen, että jätehuollon metaanipäästöjen lasketaan kattavan noin puolet kaikista Suomen metaanipäästöistä (Valtioneuvosto 2008). Kun otetaan huomioon metaanin 25 kertaa hiilidioksidia voimakkaampi kasvihuonevaikutus (Solomon ym. 2008), on ilmeistä, että kaatopaikkasijoituksen rajoittamisesta koituvat metaanipäästövähennykset ovat merkityksellisiä. Jätehuoltoa kehittämällä voidaan vähennyspotentiaali saavuttaa kustannustehokkaasti. Jätehuollon metaanipäästöjen rajoittamiseksi Valtioneuvoston päätös kaatopaikoista (861/1997) pyrkii vähentämään biohajoavien jätteiden kaatopaikkasijoitusta. Jätteenpoltto kaatopaikkasijoituksen sijaan ratkaisee kaatopaikkapäästöihin liittyvät ongelmat ja mahdollistaa kaatopaikkapäätöksen toteutumisen. Biohajoavien jätteiden energianhyödyntäminen on kuitenkin osin ristiriitaista, sillä niiden materiaalihyödyntäminen on jo pitkään ollut valmista tekniikkaa. Lisäksi jätehierarkian mukaan jäte tulisi hyödyntää ensisijaisesti materiaalina. Materiaalihyödyntämisen käsittelyketjut kuitenkin vaativat ympärilleen järjestelmän, josta aiheutuu suoria ja välillisiä kasvihuonekaasupäästöjä. Käsittelyjärjestelmän aiheuttamat kasvihuonekaasupäästöt voivat joissakin tapauksissa kumota materiaalihyödyntämisellä saavutetut päästöjen hyvitykset. Osa biohajoavista materiaaleista, kuten paperi, pahvi ja kartonki kuuluvat tuottajavastuun tai osittaisen tuottajavastuun piiriin, jolloin niiden käsittelystä ja hyödyntämisestä vastaa tuottajayhteisö. Kotitalouksissa ja julkishallinnossa syntyvien biojätteiden, kuten ruuantähteiden, puutarhajätteiden ja pehmopaperien käsittelystä vastaa kunta ja käsittelytavat vaihtelevat alueittain. Tämä on johtanut siihen, että biojätteiden käsittelytavat herättävät paljon yhteiskunnallista keskustelua: pitäisikö hyödyntämisessä suosia ennemminkin materiaalin kierrätystä kompostoimalla vai olisiko ympäristövaikutusten puolesta edullisempaa polttaa biojäte sekajätteen mukana energiaksi? Molempien edellä mainittujen lisäksi voidaan ottaa käyttöön mädätys, missä jätteen energia kerätään talteen biokaasuna ja jäännöstuote hyödynnetään materiaalina. Jätteenkäsittelyvaihtoehtojen synnyttämiä kokonaispäästöjä ja ympäristövaikutuksia on vaikea saattaa yhteismitallisiksi. Tarkastelu on huomattavasti helpompaa suorittaa yksittäinen päästölaji tai ympäristövaikutus kerrallaan. Tämän työn tarkoituksena on tarkastella pääkaupunkiseudulla syntyvän biojätteen käsittelyvaihtoehtoja ja vertailla niiden aiheuttamia kasvihuonekaasupäästöjä. 1.2 Tutkimuksen tavoitteet ja rajaukset 1.2.1 Tavoitteet Tutkimuksen tavoitteena on vertailla pääkaupunkiseudulla syntyvän biojätteen käsittelyyn soveltuvien menetelmien KHK-päästöjä. Työssä otetaan huomioon käsittelyketjujen sekä suoria että välillisiä KHKpäästöjä. Prosessista vapautuvat suorat KHK-päästöt aiheutuvat prosessista itsestään. Välillisiä KHKpäästöjä aiheutuu biojätteen keräyksestä ja kuljetuksesta sekä prosessien energiankulutuksista. Työssä huomioidaan myös käsittelyprosesseissa syntyvien lopputuotteiden hyötykäytöllä saavutettavat KHK-päästöjen hyvitykset. Hyvitykset ovat seurausta lopputuotteella korvattavien tuotteiden tuottamatta ja käyttämättä jättämisestä, jolloin pystytään korvaamaan fossiilista energiantuotantoa.

12 Tutkimukseen on valittu tarkasteltavaksi toteutettavissa olevia biojätteen käsittelyvaihtoehtoja pääkaupunkiseudulla syntyvän ja YTV:n käsittelyn piiriin kuuluvan biojätteen käsittelyn järjestämiseksi. Tällä hetkellä erilliskerätty biojäte käsitellään kompostoimalla, mikä on tutkimuksessa valittu yhdeksi vaihtoehdoksi. Tämän lisäksi materiaalihyödyntämisen osalta tarkastellaan mädätysvaihtoehtoa, jossa saadaan talteen myös polttoainekäyttöön sopivaa biokaasua. Biokaasun hyödyntämistä arvioidaan sähkön ja lämmöntuotannossa sekä liikennepolttoaineena. Materiaalihyödyntämisvaihtoehdoissa, eli mädätyksessä ja kompostoinnissa, syntyvän lopputuotteen hyötykäytöllä saavutettavia KHK-päästövähennyksiä tarkastellaan lannoitekäytön ja multakäytön osalta. Kolmantena pääkaupunkiseudun biojätehuollon vaihtoehtona tarkastellaan biojätteen erilliskäsittelyn lopettamista eli biojätteen polttoa sekajätteen mukana uudessa jätevoimalassa. Biojätteen käsittelyvaihtoehtojen lisäksi tutkimuksessa selvitetään biojätteen erilliskeräysjärjestelmän kattavuuden vaikutusta keräys- ja kuljetusjärjestelmän aiheuttamiin KHK-päästöihin. Tätä tarkastellaan tilanteessa, jossa kiinteistökohtaista biojätteen erilliskeräystä tehostetaan kattamaan yli 5 huoneistoa käsittävät kiinteistöt ja tilanteessa, jossa erilliskeräystä rajoitetaan siten, että se kattaa ainoastaan yli 20 huoneistoa käsittävät kiinteistöt. 1.2.2 Tutkimuksen lähtöoletukset ja rajaukset Tutkimuksessa on tehty seuraavat lähtöoletukset ja rajaukset. Biojäte on jäteastiasta noutamiseen saakka päästötön, eli sen elinkaari raaka-aineesta jätteeksi jää tarkastelun ulkopuolelle. Työtä ei ole sidottu tiettyyn aikaan tai ajanjaksoon. Jätevoimala otetaan käyttöön ja se polttaa vuosittain 250 000 320 000 tonnia yhdyskuntajätettä, josta enintään 260 000 on YTV-alueelta kerättyä yhdyskuntajätettä. Jätteenpolttolaitoksen sijainnista ei tehdä oletusta, koska sijaintipaikka ratkesi vasta työn loppuvaiheessa. Biojätteen materiaalihyödyntäminen, eli kompostointi ja mädätys, tapahtuu Ämmässuon jätteenkäsittelykeskuksessa. Käsittelyyn ohjautuvan biojätteen määrä on vähintään vuoden 2007 kotitalouksien ja julkishallinnon kiinteistöistä erilliskerätty biojätemäärä, 35 484 tonnia. Biojätteen käsittelyllä tuotettavissa oleva sähkö korvaa Suomen keskimääräisellä energiatuotantorakenteella (vuonna 2005) tuotettua sähköä. Biojätteen käsittelyllä tuotettavissa oleva lämpö korvaa pääkaupunkiseudun keskimääräistä kaukolämmöntuotantoa. Biojätteen käsittelyprosessissa syntyvälle sähkölle ja lämmölle oletetaan rajaton kysyntä. Biojätteen käsittelystä aiheutuvia muita päästöjä ja ympäristövaikutuksia ei oteta huomioon vaihtoehtojen vertailussa. 1.3 KHK-päästöt ja laskentaperusteet 1.3.1 Kasvihuonekaasut Kasvihuonekaasut aiheuttavat ilmaston lämpenemistä estämällä auringon lämpösäteilyn pääsyä ilmakehästä takaisin avaruuteen. Antropogeeniset eli ihmiskunnan tuottamat kasvihuonekaasut ovat lisääntyneet teollistumisen myötä merkittävästi. Niistä tärkeimpien päästöjä pyritään leikkaamaan Kio-

13 ton pöytäkirjan avulla, jonka kattamat kuusi kasvihuonekaasua ovat hiilidioksidi (CO 2 ), metaani (CH 4 ), dityppioksidi (N 2 O) ja HFC-yhdisteet (fluorihiilivedyt), PFC-yhdisteet (perfluorihiilivedyt) ja rikkiheksafluoridi (SF 6 ). Muita merkittäviä kasvihuonekaasuja ovat vesihöyry, otsoni sekä CFC- ja HCFC- yhdisteet. (Tilastokeskus 2008a). Tässä työssä tarkastellaan biojätehuollon suoraan ja välillisesti aiheuttamia KHK-päästöjä. Tutkimukseen on sisällytetty jätehuollon merkittävimmät KHK-päästökomponentit: CO 2, CH 4 ja N 2 O. Eri kasvihuonekaasujen tehokkuudessa pidättää lämpösäteilyä on suuria eroja ja kaasujen elinikä ilmakehässä vaihtelee. Kun kasvihuonekaasuja verrataan keskenään, lasketaan kunkin aineen lämmitysvaikutus tiettynä ajanjaksona suhteessa hiilidioksidiin. Näin on saatu kullekin kaasulle muuntokerroin, jolla vaikutukset saadaan vastaamaan hiilidioksidia. Metaanin ja dityppioksidin muuntokertoimet CO 2 ekvivalenteiksi sadan vuoden vaikutusjaksolla on esitetty taulukossa 1. Taulukko 1. Kasvihuonekaasupäästöjen muuntokertoimet (Solomon ym. 2008). Päästökomponentti Kerroin (CO 2 ekv) CO 2 1 CH 4 25 N 2 O 298 Hiilidioksidipäästöistä puhuttaessa tarkoitetaan yleensä kasvihuonepäästöiksi luettavia, fossiilisen hiilen palaessa syntyviä päästöjä. Fossiilinen hiilivarasto uusiutuu erittäin hitaasti, joten nämä CO 2 -päästöt ovat merkityksellisiä ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden lisääntymisen kannalta. Hiilidioksidipäästöjä syntyy kuitenkin myös poltettaessa nopeammin uusiutuvaa biomassaa. Biomassan poltossa vapautuvia CO 2 -päästöjä ei pidetä niinkään merkityksellisinä, sillä niiden ajatellaan sitoutuvan ilmakehästä takaisin kasvillisuuteen yhteyttämisreaktioiden kautta. Biomassan kasvun katsotaan Suomessa olevan ennemminkin jopa hiilidioksidinielu kuin -lähde (Tilastokeskus 2008b). Tämä tarkoittaa, että metsien ja peltojen biomassan sisältämä hiilidioksidin sidontapotentiaali on suuri verrattuna niiden polttamisessa vapautuviin hiilidioksidipäästöihin. 1.3.2 KHK-päästölaskennasta Kansallisissa kasvihuonekaasuinventaarioissa bioperäisiä hiilidioksidipäästöjä ei lasketa päästökauppaan, vaan ne ilmoitetaan muiden päästöjen kanssa erikseen (Tilastokeskus 2008b). Näin on menetelty myös tässä työssä. Esimerkiksi jätteen rinnakkaispolttolaitoksen päästöjä raportoidessa täytyy poltettavan jätteen mukana poltettu biohajoavan jätteen tai muun bioperäisen polttoaineen osuus arvioida, jotta tämän osuuden aiheuttamat CO 2 -päästöt saadaan vähennettyä kokonaispäästöistä. Tästä syystä myös jätevoimalan CO 2 -päästöjä laskettaessa on biohajoavan jätteen aiheuttama CO 2 -päästöosuus tarkasteltu erikseen. Tässä työssä biojätteen käsittelyprosessien aiheuttamat bioperäiset päästöt on laskettu päästökertoimien ja lähdemateriaalin avulla. CH 4 - ja N 2 O-päästöjä ei erotella CO 2 -päästöjen tapaan bioperäisiin ja fossiilisiin päästöihin, vaan kuten kansallisissa kasvihuonekaasuinventaarioissakin, kaikki päästöt on laskettu mukaan kasvihuonekaasuihin lähteitä erottelematta (Tilastokeskus 2008b). 1.3.3 Energiantuotanto ja -kulutus Työssä tarkastellaan sähkön käytöstä aiheutuvia välillisiä KHK-päästöjä sekä biojätteellä tuotetulla energialla korvattavan sähkön- ja lämmöntuotannon KHK-päästöjä. Korvattavan fossiilisen energiantuotannon KHK-päästöt on laskennassa huomioitu negatiivisina. Sähkön kulutuksessa toteutuneet energiantuotannon päästöt vastaavat hyvällä tarkkuudella todellisuudessa keskimääräisesti tuotettuja

14 päästöjä. Korvattavaa sähkön ja lämmöntuotantoa on hankala arvioida tarkasti, koska siihen vaikuttavat tarkasteluhetken energiantuotantorakenne sekä sähkön ja lämmön kysyntä. Suomessa energiantuotantojärjestelmä on hajautettu. Tämä tarkoittaa, että sähköä ja lämpöä tuotetaan useilla eri polttoaineilla ja tuotantomuodoilla. Tärkeimmät sähköntuotannon energialähteet ovat ydinvoima, vesivoima, kivihiili, maakaasu, puupolttoaineet sekä turve. Tuulivoiman osuus on vielä pieni, mutta kasvussa. (Energiateollisuus 2008a). Näistä ydinvoima, vesivoima, tuulivoima sekä puuperäiset polttoaineet lasketaan kasvihuonekaasupäästöiltään neutraaleiksi. Lämmöntuotanto tapahtuu suurelta osin sähkön ja lämmön yhteistuotantona, jolloin sähköntuotannossa tai teollisuudessa syntyvä hukkalämpö käytetään joko paikallisesti tai ajetaan kaukolämpöverkkoon. Tällöin polttoaineen energiasisältö käytetään mahdollisimman tarkkaan hyödyksi. Yhteistuotannon polttoaineita ovat maakaasu, kivihiili, turve, öljy sekä enenevässä määrin puu ja muut uusiutuvat energialähteet, kuten biokaasu. (Energiateollisuus 2008a). Sähkön tuotantorakenne vaihtelee vuosittain vallitsevien olosuhteiden mukaan ja siihen vaikuttaa oleellisesti myös muiden Pohjoismaiden energiantuotannon ja -kulutuksen tilanne, sillä markkina-alue on yhtenäinen. Tilanteen yksinkertaistamiseksi käytettiin tämän työn energiatarkasteluissa Suomen keksimääräistä sähköntuotannon rakennetta vuodelta 2005 (liite 1). Oletettavasti energiantuotannon ominaispäästöt pienenevät tulevaisuudessa monien ohjauskeinojen vaikuttaessa bioenergian ja muiden uusiutuvien energiamuotojen lisääntymiseen. Lisäksi energiantuotannon hiilidioksidipäästöjä vähentää oleellisesti hiilidioksidin talteenottomenetelmien käyttöönotto, joka on jo periaatteessa valmista tekniikkaa (Energiateollisuus 2008b). Lämmöntuotanto tapahtuu aina paikallisesti, joten biojätteellä tuotettavan lämpökuorman oletetaan korvaavan alueen lämmöntuotantoa. Vantaan Energian vuonna 2007 tuottamasta lämmöstä noin 90 % tuotettiin sähkön ja lämmön yhteistuotannolla (liite 1). Loput lämmöstä tuotettiin pienemmissä lämpölaitoksissa, joiden polttoaineena käytettiin maakaasua, öljyä ja biokaasua (Vantaan Energia 2007). Tällainen energiantuotantorakenne vastaa melko hyvällä tarkkuudella pääkaupunkiseudun tilannetta, jossa lämmöntuottajina toimivat Vantaan Energian lisäksi Fortum ja Helsingin Energia. Tästä syystä lämmönkulutuksen ja -tuotannon KHK-päästöhyvitysten laskennassa on käytetty Vantaan Energian vuoden 2007 lämmöntuotannon ominaispäästöjä (liite 1). Tämän työn tarkasteluissa tuotetulle sähkölle ja lämmölle oletetaan rajaton kysyntä. Todellisuudessa pääkaupunkiseudun kaukolämmön kysyntää on vaikeaa ennustaa edes lähitulevaisuuteen, mutta sen voidaan olettaa kasvavan monestakin syystä. Lämpökuorman tarvetta kasvattaa alueen jatkuvasti lisääntyvä asukasmäärä, eli pääkaupunkiseudun yhteiskuntarakenteen tiivistyminen. Yhä useammat pientaloalueet ovat kiinnostuneita kaukolämpöverkkoon liittymisestä sähkön ja öljyn hintojen noustessa, mikä edelleen kasvattaa kaukolämmön peruskuorman tarvetta. Kaukolämmön peruskuormaa tuottavat lauhdevoimalat alkavat saavuttaa käyttöikänsä lähivuosina, jolloin uutta korvaavaa tuotantoa tarvitaan. Lisäksi on vielä hyvin mahdollista, että energiayhtiöt lisäävät tulevaisuudessa kaukojäähdytyksen tuotantoa, jolloin lauhteen ympärivuotinen tarve lisääntyy (Rissanen 2008). Näin ollen biojätteen sisältämällä energialla tuotetun lämmön voidaan kokonaisuudessaan ajatella korvaavan pääkaupunkiseudun keskimääräistä lämmöntuotantoa.

15 2 Biojätteen käsittelyn KHK-päästöt YTV-alueella YTV-alueen kotitalouksissa ja julkishallinnon kiinteistöillä syntyvä biojäte erilliskerätään ja kuljetetaan kompostoitavaksi Ämmässuon tunnelikompostointilaitokselle. Kompostoinnista aiheutuvia päästöjä arvioitiin laskemalla YTV:n kompostointilaitoksen prosessin suoraan ja välillisesti aiheuttamat KHK-päästöt. Välilliset KHK-päästöt ovat seurausta kompostointilaitoksen energian kulutuksesta sekä biojätteen keräyksen ja kuljetuksen polttoaineen kulutuksesta. Laskennassa on otettu huomioon myös valmiin kompostin hyötykäytöllä saavutettavissa olevat KHK-päästöhyvitykset, jotka ovat seurausta lannoiteteollisuuden ja turpeenoton vältetyistä KHK-päästöistä. 2.1 Biojätteen keräys ja kuljetus 2.1.1 Taustatiedot Biojätteen erilliskeräys on YTV:n jätehuoltomääräyksen mukaan oltava vähintään kymmenen huoneistoa käsittävissä kiinteistöissä. Muualla kuin asuinkiinteistössä biojäte tulee lajitella ja kerätä erikseen, mikäli sitä syntyy yli 50 kg viikossa. (YTV 2007). Kertymään otetaan mukaan samalla kiinteistöllä sijaitsevat yritykset ja asuinhuoneistot. Muut kiinteistöt voivat vapaaehtoisesti liittyä biojätteen erilliskeräilyyn. Erilliskeräilyn piirissä on tällä hetkellä noin 77 % pääkaupunkiseudun asukkaista (liite 2). Biojätteet kuljetetaan kiinteistöjen keräilyastioista Ämmässuon kompostointilaitokselle. Jätteenkuljetukset on kilpailutettu ja niitä hoitaa muutama eri urakoitsija. Biojätteen keräyksen ja kuljetuksen vaatimasta ajosta aiheutuvia KHK-päästöjä laskettaessa yhdistettiin kahdelta eri kuljetusurakoitsijalta saadut tiedot yhteen. Urakoitsijoiden ajokirjanpidoista saatiin tiedot yhteensä viiden alueen keräyksen ja kuljetuksen ajetuista kilometreistä sekä tyhjennettyjen astioiden tilavuuksista ja lukumääristä. Ajokilometrit sisältävät varsinaisen biojätteen keräilyajon lisäksi siirtymäajon varikolta keräilyalueelle, keräilyalueelta Ämmässuolle ja sieltä edelleen takaisin varikolle. Urakoitsijoilta saatujen tietojen pohjalta ja biojäteastioiden ominaispainojen avulla laskettiin alueiden kesken keskiarvo polttoaineen kulutukselle ja ajetuille kilometreille biojätetonnia, -astiaa ja -pistettä kohden. Jätepistettä kohden ajettuja kilometrejä kertyy enemmän kuin astiaa kohden, sillä mukana on suuria kiinteistöjä, joiden yhteydessä voi olla useita jätepisteitä. Biojätteen keräyksen ja kuljetuksen vaatima ajorasitus on viiden keräilyalueen keskiarvojen perusteella laskettu. Näiltä alueilta kerätty biojäte vastaa määränsä puolesta noin 13 %:a YTV:n keräysvastuuseen kuuluvasta biojätteestä. Keskiarvoja voidaan pitää luotettavana ja niiden voidaan olettaa kuvaavan biojätteen kuljetusrasituksen keskiarvoa koko YTV:n alueella. Tutkimukseen sisällytetyt keräilyalueet sijaitsevat Itä-, Länsi- ja Pohjois-Helsingissä, mikä tasaa hyvin kuljetusetäisyyksien keskiarvoa Ämmässuolle. Alueen kiinteistöt edustavat tyypiltään ja kaavoitukseltaan hyvin keskimääräistä YTV:n aluetta. 2.1.2 Keräyksen ja kuljetuksen KHK-päästöt Päästöjä arvioitaessa on otettava huomioon polttoaineen kulutus biojätetonnia kohden, joka ajokirjanpidon mukaan on 7,4 litraa. Lisäksi tarvitaan tiedot kuljetuskaluston KHK-päästöistä polttoaine litraa kohden. Suurin osa ajoneuvoista edustaa EURO 3 tyyppiä, jonka KHK-päästö on noin 2 705 CO 2 ekv g/l (Mäkelä 2008), jolloin päästään biojätetonnia kohden päästöön 20 kg/t. Tulokset on koottu taulukkoon 2.

16 Taulukko 2. Biojätteen keräyksen ja kuljetuksen KHK-päästöt. Biojäteauton CO 2 ekv päästö (kg/l) 2,705 Polttoaineen kulutus (l/t) 7,40 CO 2 ekv/biojätetonni (kg/t) 20,01 2.2 Kompostointi YTV:n kompostointilaitos koostuu uudesta ja vanhasta osasta. Kompostointiprosessi voidaan jakaa neljään vaiheeseen, jotka on esitetty kuvassa 1. Ensimmäinen vaihe on biojätteen esikäsittely, jota seuraavat varsinaiset kompostointiprosessit: esikompostointi ja jälkikompostointi. Näiden jälkeen komposti kypsyy vielä ulkona aumoissa kunnes se on valmista hyötykäytettäväksi tai loppusijoitettavaksi. Kokonaisuudessaan kompostointilaitoksen kapasiteetti on 49 000 tonnia biojätettä vuodessa, josta syntyy valmista kompostia noin 25 000 m 3 (Gareis 2008a). Biojäte Esikäsittely murskaus seulonta Esikompostointi kahdessa eri tunnelissa 2+1 vkoa Tukiaine Seulonta Loppusijoitus Hyötykäyttö Jälkikypsytys aumoissa min. 3 kk Jälkikompostointi 2 vkoa Kuva 1. YTV:n kompostointiprosessi. 2.2.1 Kompostoinnin suorat KHK-päästöt Suorat KHK-päästöt vapautuvat ilmakehään kompostointiprosessin poistoilman mukana. Kompostoinnin suoria KHK-päästöjä on laskettu kirjallisuudesta saatujen arvojen perusteella (Myllymaa ym. 2008a), koska päästömittauksia kompostointilaitoksella ei ole tehty. Kompostoinnin suorat KHK-päästöt ovat yhteensä 36,5 CO 2 ekv kg/t biojätettä, josta metaanin osuus on 20,7 CO 2 ekv kg/t ja dityppioksidin 15,8 CO 2 ekv kg/t biojätettä. Bioperäiset CO 2 -päästöt ovat yhteensä 87,3 CO 2 ekv kg/t biojätettä. 2.2.2 Välilliset KHK-päästöt Välillisiä KHK-päästöjä aiheutuu prosessin sähkön käytöstä ilmastuksessa, murskaamisessa ja kompostimateriaalin liikuttelusta pyöräkuormaajalla. Biojätteen keräys ja kuljetus käsittelylaitokselle aiheuttavat myös välillisiä KHK-päästöjä ajoneuvojen polttoaineen kulutuksesta johtuen. Näitä on käsitelty kappaleessa 2.1.2. Kompostin hyötykäytöllä korvattavissa olevia KHK-päästöjä on esitelty kappaleessa 2.2.3. Energiakäytön aiheuttamien hiilidioksidi- ja metaanipäästöjen arvioimiseksi oletetaan sähkön olevan peräisin Suomen keskimääräisen sähköntuotantorakenteen (liite 1) mukaisesta tuotannosta. Kompostointilaitos käyttää energiaa noin 100 kwh syötettyä biojätetonnia kohden (Gareis 2008b). Suomen

17 keskimääräinen sähköntuotanto synnyttää KHK-päästöjä 319,2 CO 2 ekv g/kwh (liite 1). Näin ollen sähkönkäytöstä aiheutuu KHK-päästöjä 31,9 CO 2 ekv kg/t biojätettä. Erillistä lämmöntarvetta prosessiin ei ole, joten lämmöntuotanto ei myöskään aiheuta päästöjä (Gareis 2008b). Kompostointilaitoksen kuormien siirtämiseen käytettävän pyöräkuormaajan päästöjä on arvioitu sen kuluttaman polttoaine määrän mukaan. Pyöräkuormaajan polttoaineen kulutus vuodessa on 50 000 litraa. Tästä saadaan noin 0,98 l/t biojätettä. Pyöräkuormaajan CO 2 -päästöksi on arvioitu 2 589 g/l (Gareis 2008b). Vuosittaisella biojätemäärällä laskettuna CO 2 päästö olisi noin 2,5 kg/t. 2.2.3 Kompostin hyötykäyttö Vaikka kompostointiprosessissa syntyykin häviöitä ilmaan ja valumavesiin, on kompostoidussa biojätteessä tallella ravinteita. Jäljellä olevat ravinteet mahdollistavat kompostin käytön lannoitteena tai maanparannusaineena. Tärkeimmät ravinteet ovat typpi, fosfori, hiili ja kalium. Tutkimuksessa laskettiin KHK-päästöjen hyvitykset, jotka saavutetaan kun kompostia käytetään multatuotteen raaka-aineena tai peltolannoitteena. Laskuissa käytetyt kompostin ravinnepitoisuudet perustuvat kompostin laatututkimukseen (Novalab Oy 2008). Multatuotteessa YTV:n biojätteestä tuotetulla kompostilla voidaan korvata 8 436 tonnia turvetta ja 125 tonnia yhdistelmälannoitetta vuosittain. Ottaen huomioon turpeen otossa ja kuljetuksessa syntyvät (Myllymaa 2008a) sekä lannoitteiden valmistuksessa syntyvät KHK-päästöt (Grönroos & Voutilainen 2001), johtaa kompostin hyötykäyttö KHK-päästöhyvitykseen 56 CO 2 ekv kg/t biojätettä. Käytettäessä kompostia sellaisenaan peltolannoitteena voidaan korvata vuodessa 430 kg/ha yhdistelmälannoitetta (Yara 2008). Kun ajatellaan fosforin olevan rajoittava tekijä, eli sitä ei saa levittää pellolle yli 15 kg/ha/a, kompostia tarvitaan hehtaarin lannoitukseen noin 8 tonnia vuodessa. Tästä koituu päästöhyvityksiä yhteensä noin 5 kg/t biojätettä. Hyvitykset ovat multakäyttöön verrattuna pienet, sillä kompostin lisäksi pellolle tarvitaan erillinen typpilannoite. Tämä johtuu siitä, että kompostin typpi on sitoutunut niukkaliukoisena eikä vapaudu heti kasvien ravinnekäyttöön sopivaksi. Kompostin kuljetusta lannoitekäyttöön ei ole huomioitu, mutta säästyviä KHK-päästöjä vastaava hyvitys kumoutuu ja hyötykäyttö lisää kompostoinnille laskettuja KHK-päästöjä, mikäli kompostia kuljetetaan yli 110 km etäisyydelle (LIPASTO 2008, maansiirtoauto). Lannoitteen levitystä ei ole myöskään huomioitu laskuissa ja koska kompostia tarvitaan halutun vaikutuksen saamiseksi paljon, voi levityskaluston KHK-päästöt tehdä siitä lannoitekäytöstä kannattamatonta. Tarkempia laskelmia kompostin hyötykäytöstä löytyy diplomityöstä, jonka pohjalta tämä julkaisu on koottu. 2.3 Kompostoinnin KHK-päästötase Kuvassa 2 on esitetty kompostoinnin aiheuttamat KHK-päästöt sekä bioperäiset CO 2 -päästöt käsiteltyä biojätetonnia kohden. Taulukkoon 3 on koottu kompostoinnin aiheuttamat sekä kompostin hyötykäytöllä vältettävissä olevat KHK-päästöt. Taulukossa 3 on näkyvillä myös kompostoinnin aiheuttamat bioperäiset CO 2 -päästöt, joita ei lasketa kuuluvaksi KHK-päästöihin. Laskelmat eivät sisällä kompostin hyötykäytön vaatimien kuljetuksien aiheuttamia KHK-päästöjä, joita syntyy kun kompostia kuljetetaan hyötykäyttö paikalle. Kompostin hyötykäytöllä korvattavien materiaalien kuljetusrasituksista on huomioitu ainoastaan multatuotteen raaka-aineena käytettävän turpeen korvauksesta säästyneet turpeen kuljetuksen KHK-päästöt.

18 200 150 Bio CO2 CO2 ekv kg/t 100 50 Energian kulutus Prosessi (CH4+N2O) Kuljetukset 0 Kuva 2. Kompostoinnin KHK-päästöt sekä bioperäiset CO 2 -päästöt lähteittäin biojätetonnia kohden. Taulukko 3. Yhteenveto kompostoinnin KHK-päästöistä biojätetonnia kohden. Päästölähde (CO 2 ekv) kg/t Kuljetukset 20,0 Pyöräkuormaaja 2,5 Prosessi suorat 36,5 Prosessi (Bio CO 2 ) 87,3 Prosessi sähkö 31,9 Yhteensä 91,0 Mullan korvaus lisä* -56,0 Lannoitteen korvaus lisä** -4,6 Yhteensä paras saavutettu 35,0 * Ei sisällä valmiin kompostin kuljetusta hyötykäyttöön ** Ei sisällä lannoitteen levitystä eikä valmiin kompostin kuljetuksia Kuvasta 3 voidaan lukea kompostin hyötykäytöllä saavutettavien KHK-päästövähennyksien vaikutus kompostoinnin KHK-päästötaseeseen. Hyötykäytöllä multatuotteena on suurempi potentiaali KHKpäästöjen vähentämisessä kuin lannoitekäytöllä. Kaiken kaikkiaan kompostoinnissa jäädään KHKpäästöjen kannalta positiiviselle puolelle, mutta tässä yhteydessä täytyy huomioida, että kompostointi sitoo kuitenkin hiiltä takaisin maaperään. Kompostin käyttö maanparannusaineena myös parantaa maaperän kykyä pidättää hiiltä, ravinteita ja kosteutta. Maanparannusvaikutuksella saavutettu maaperän hiilinielupotentiaali on sveitsiläisen tutkimuksen mukaan arvioitu olevan 80 CO 2 ekv kg/t biojätettä (Schleiss 2008). Vaikutusta ei ole huomioitu tässä tutkimuksessa, sillä nielupotentiaali riippuu aina paikallisesta maaperän kunnosta, joka Suomessa on Keski-Eurooppaan verrattuna huomattavasti parempi (Myllymaa ym. 2008b). Lisäksi kyseessä on bioperäinen hiilidioksidi, jolla ei ole merkitystä kasvihuonekaasutaseeseen.

19 120 CO2 ekv kg/t 100 80 60 40 kompostointi ilman hyötykäyttöä hyötykäyttö lannoitteena hyötykäyttö multatuotteena 20 0 Kuva 3. Kompostoinnin KHK-päästöt kun kompostin hyötykäytöllä säästyneet KHK-päästöt on huomioitu.

20 3 Vaihtoehtoiset biojätteen käsittelymenetelmät Vaihtoehtoisiksi YTV-alueen biojätteen käsittelytavoiksi on valittu mädätys, joka sisältää jälkikompostoinnin sekä biojätteen poltto jätevoimalassa sekajätteen mukana. Molempien vaihtoehtojen KHKpäästöjä arvioitaessa on otettu prosessin aiheuttamien KHK-päästöjen lisäksi huomioon myös fossiilisen energiantuotannon korvaamisella saavutettavat KHK-päästöjen hyvitykset. 3.1 Mädätys Mädätys perustuu anaerobisessa ympäristössä toimivien mikrobien kykyyn hajottaa orgaanista ainesta. Prosessissa orgaaninen aines hajoaa vaiheittain synnyttäen lopputuotteena biokaasua sekä hajoamatonta orgaanista ainesta sisältävä mädätettä. Biokaasun pääkomponentit ovat metaani ja hiilidioksidi. Hajoamisessa syntyvä energia sitoutuu suurelta osin biokaasuun, jonka korkea metaanipitoisuus tekee siitä erittäin käyttökelpoisen polttoaineen. Biokaasulla voidaan korvata fossiilisia polttoaineita niin energiantuotannossa kuin liikenteessäkin. 3.1.1 Esimerkki mädätyslaitos Mädätysprosessia tarkastellaan tässä työssä Kompogas mädätyslaitoksen esimerkkiprosessin avulla. Kompogas on saksalainen laitetoimittaja, jonka mädätyslaitoksia on käytössä jo yli 50 kohteessa ympäri maailmaa (Partl 2007). Laitokset eroavat toisistaan merkittävästi käyttökohteen mukaan ja niitä on usein rakennettu toimimaan vanhojen kompostointilaitosten tai muiden jätteenkäsittelylaitosten yhteyteen. Myös tässä tarkastelussa nykyistä kompostointilaitosta hyödynnetään biojätteen esikäsittelyssä sekä mädätteen jälkikompostoinnissa (Skoy 2006). YTV-alueen biojätteen mädätykselle sopivaksi prosessiksi valittu esimerkkiprosessi on kuiva (kuiva-ainepitoisuus 30 %), ja termofiilisella lämpötila-alueella toimiva (noin 55 C) mädätysprosessi (Skoy 2006). Esimerkki mädätyksen prosessikaavio on esitetty kuvassa 4. Biojäte Esikäsittely murskaus Mädätyslaitosten metaanintuottopotentiaalit riippuvat mädätettävän materiaalin ominaisuuksista ja vaihtelevat siksi prosesseittain. Kompogas laitetoimittajan antama metaanintuottoarvo tässä työssä käytetylle esimerkki mädätyslaitokselle on 63 m 3 /t biojätettä. Keski-Euroopassa sijaitseville mädä- Energiantuotanto Ymppi Mädätys 21 d Mädätteen kuivaus Loppusijoitus Hyötykäyttö Jälkikompostointi kahdessa eri tunnelissa Kuva 4. Esimerkki mädätysprosessista.

21 tyslaitoksille laskettu metaanintuoton keskiarvo on noin 71 m 3 /t biojätettä (Iivonen 2008). Suunnittelukeskus arvioi vuonna 2004 pääkaupunkiseudun biojätteen metaanintuotoksi ainoastaan 31 44 m 3 /t biojätettä (Skoy 2004). Arviot biojätteen metaanintuottopotentiaaleista perustuvat Keski-Euroopan mädätyslaitoksilla saatuihin arvoihin, koska näistä laitoksista on jo runsaasti käyttökokemuksia. Keski- Euroopassa biojäte sisältää runsaasti puutarhajätettä, mikä alentaa merkittävästi biojätteen metaanintuottopotentiaalia. Suuri puutarhajätteen määrä tekee jätemateriaalista kuivempaa ja lisäksi sen sisältämät selluloosa, hemiselluloosa ja ligniini ovat hitaasti hajoavia. Pääkaupunkiseudun biojätteelle tehtiin metaanintuotantopotentiaalin määritys keväällä 2008. Kokeen mukaan metaania syntyi 116 135 m 3 /t biojätettä, mikä on lähellä tavanomaista erilliskerätyn biojätteen metaanintuottoarvoa, 100 150 m 3 /t biojätettä (Jyväskylän yliopisto 2008). Koe tehtiin laboratorio-olosuhteissa ja ainoastaan kahdesta näytteestä, joten tulosta voidaan pitää suuntaa antavana. Jatkuvatoiminen prosessi on vakiintuneiden olosuhteiden johdosta tehokas ja käytännössä potentiaalista voitaisiin saada talteen 80 90 % (Iivonen 2008). Jos oletetaan, että 80 % metaanista saadaan talteen ja käytetään metaanintuottona kokeen kahden näytteen keskiarvoa, 125,5 m 3 /t biojätettä, saadaan pääkaupunkiseudun biojätteen metaanin tuotoksi 100,4 m 3 /t biojätettä. Koska todellista metaanintuottoa on vaikea arvioida ilman oikeaa prosessia, on tässä työssä tarkasteltu mädätysprosessia kahdella eri metaanintuotolla; 63 m 3 /t ja 100 m 3 /t biojätettä. Metaanintuotto arvoa 100 m 3 /t biojätettä ei voida pitää riittävän luotettavana, sillä tiettävästi näin korkeaa metaanintuottoa ei ole biojätteen mädätyslaitoksilla raportoitu. Todellinen metaanintuotto olisi hyvin todennäköisesti vähintään 63 m 3 /t ja asettuisi luultavasti tässä käytettyjen arvojen väliin. Laskelmat korkeamman metaanintuoton mädätyslaitokselle on sisällytetty tarkasteluihin lähinnä herkkyystarkastelu mielessä. 3.1.2 Biokaasu sähkön- ja lämmöntuotannossa Biokaasua käytetään laitoksessa mädätyksen syötteen, mädätysreaktoreiden ja hygienisointiyksikön lämmitykseen. Oman kulutuksen osuus biokaasun energiasta vaihtelee prosesseittain ja riippuu merkittävästi mädätteen jälkikäsittelyn energiantarpeesta. Tarkasteltavassa prosessissa oman energian kulutuksen osuus energiantuotannosta on 23 %, mikä on pitkän jälkikompostoinnin takia verrattain suuri. Tässä tutkimuksessa biojätteen mädätyksessä syntyvässä biokaasussa on metaania 60 %, jolloin sen lämpöarvo on 5,94 kwh/m 3 eli 21,4 MJ/m 3 (Biokaasuyhdistys ry 2008). Käytettävän moottorin ja siihen kytketyn generaattorin hyötysuhde sähköntuotannossa on 40 42 % ja lämmöntuotannossa vastaavasti 45 %. Kaasumoottorin käyttöaika on yli 8200 h/a. (Partl 2007). Taulukossa 4 on esitetty esimerkkimädätyksen energiataseet kahdella eri metaanintuotolla. Taulukko 4. Esimerkki mädätyksen energiataseet eri biojätteen metaanintuotoilla vuosittain ja biojätetonnia kohden (Kompogas). Metaanintuotto 63 m 3 /t biojätettä 100 m 3 /t biojätettä MWh/a kwh/t MWh/a kwh/t Sähkön kulutus 710 17,75 710 17,75 Lämmön kulutus 3 800 95 3 800 95 Sähkön tuotanto 9 400 235 14 980 375 Lämmön tuotanto 10 000 250 15 937 398 Sähkötase 8 690 217 14 270 357 Lämpötase 6 200 155 12 137 303 Energiatase 14 890 372 26 407 660

22 Kun ajatellaan biokaasulla tuotetun energian korvaavan Suomen keskimääräistä sähköntuotantoa ja pääkaupunkiseudun keskimääräistä lämmöntuotantoa (liite1), biojätteestä syntyvällä biokaasulla tuotetulle energialle voidaan olettaa saavutettavan KHK-päästövähennyspotentiaali, joka on vähintään 107 CO 2 ekv kg/t biojätettä. Korkeammalle metaanintuotelle laskettu KHK-päästöhyvitys on jopa 190 CO 2 ekv kg/t biojätettä. Laskelmissa on oletettu, että kaikelle tuotettavissa olevalle sähkölle ja lämmölle on kysyntää. Näin on tehty, koska oletuksia todellisesta sähkön ja lämmön tarpeesta on mahdotonta tehdä riittävällä tarkkuudella ja koska tuotetut energiamäärät ovat suhteessa koko Suomen energian tarpeeseen verrattain vähäiset. 3.1.3 Biokaasu liikennekäytössä Biokaasu soveltuu käytettäväksi metaanikäyttöisissä ajoneuvoissa. Tätä tarkoitusta varten on kaasu ensin puhdistettava paineistetulla vesipesulla rikkivedystä ja hiilidioksidista ja väkevöitävä metaanipitoisuuteen 95 98 % (Myllymaa ym. 2006). Suomessa metaania käyttäviä ajoneuvoja ovat lähinnä CNG-bussit (CNG = compressed natural gas). Suomen tilanteessa biokaasun voidaan siis olettaa korvaavan diesel-käyttöisiä busseja ja tästä syystä tässä tutkimuksessa biokaasun korvaavuus lasketaan dieselin käyttöön verrattuna. Väkevöidyn, 98 % metaania sisältävän, biokaasun lämpöarvo on 9,7 kwh/m 3 eli 34,9 MJ/m 3 (Myllymaa ym. 2006). Dieselin lämpöarvo on 43 MJ/kg ja tiheys 0,845 kg/l (LIPASTO 2008a). Maakaasua käyttävä linja-auto käyttää energiaa 22 MJ/km (Myllymaa ym. 2006). Tämä vastaa biokaasun kulutusta 0,63 m 3 /km ja dieselinä 0,61 l/km. Dieselin kulutus taas vastaavasti on 0,5 l/km (Myllymaa ym. 2006). Näin ollen 1 m 3 väkevää biokaasua oletetaan korvaavan 0,79 litraa dieseliä. Esimerkki mädätyslaitoksen tuottamalla biokaasulla (metaanintuotto 63 m 3 /t biojätettä) voidaan vuosittain ajaa noin 3 142 800 km. Vastaava ajo kuluttaa dieseliä 1 571 400 litraa. Kun tämä dieselmäärä korvataan biometaanilla, jää KHK-päästöjä syntymättä 4 106 CO 2 ekv t/a eli noin 103 CO 2 ekv kg/t biojätettä. Vertailun vuoksi tehtiin sama tarkastelu mädätysprosessille, jossa biojätteen metaanintuotto on 100 m 3 /t biojätettä, ja saatiin KHK-päästövähennykseksi 164 kg/t biojätettä. Tässä työssä on huomioitu myös dieselpolttoaineen valmistuksessa säästettävät päästöt (Myllymaa ym. 2006), joiden oletetaan jäävän syntymättä käytettäessä biokaasua dieselin sijaan. Käyttämällä väkevöityä biokaasua dieseliä korvaavana polttoaineena syntyy KHK-päästöhyvityksiä kaikkiaan yhteensä noin 108 CO 2 ekv kg/t biojätettä. Paremmalla metaanin tuotolla päästään KHK-päästö-vähennykseen 173 CO 2 ekv kg/t biojätettä. Laskennassa ei ole huomioitu biometaanin tuottamiseen tarvittavan kaasun pesun eikä sen komprimoinnin energiankulutuksesta aiheutuvia päästöjä, jotka saattavat vähentää korvausvaikutusta jonkin verran. Laskuissa ei myöskään ole huomioitu biokaasun jakelusta aiheutuvia päästöjä. Jakelu synnyttää päästöjä, mikäli kaasua ei pystytä siirtämään suoraan jalostamolta putkistoa pitkin. 3.1.4 Mädätyksen KHK-päästötase Taulukossa 5 on esitetty mädätyksen KHK-päästötaseet metaanintuotoilla 63 m 3 /t ja 100 m 3 /t biojätettä kun biokaasu hyödynnetään sähkön- ja lämmöntuotannossa sekä liikenteen polttoaineena. Mädätteen kompostoitu lopputuote vastaa ominaisuuksiltaan valmista kompostia (Kompogas 2008). Lopputuotteen hyötykäytön osalta lisää KHK-päästövähennyksiä saavutetaan joko multatuotteen raaka-ainekäytöllä tai peltolannoitekäytöllä. Saavutetut KHK-päästövähennykset ovat mädätteen kompostille käsiteltyä biojätetonnia kohden pienemmät kuin pelkälle kompostille, sillä mädätetteen kompostia syntyy alkuperäiseen biojätesyötteeseen nähden muutaman prosentin luokkaa vähemmän kuin kompostia. Hyötykäyttö vaihtoehdoista selvästi parempiin vähennyksiin päästään multatuotteen raaka-aine käytöllä. Tarkempi erittely prosessien kasvihuonekaasupäästölähteiden osuuksista KHK-päästötaseen muodostumiseen on kuvassa 5. Mädätys 1 tarkoittaa mädätysprosessia, jossa metaanintuotto on 63 m 3 /t

23 biojätettä ja mädätys 2 mädätysprosessia, jonka metaanintuotto on 100 m 3 /t biojätettä. Multatuotteen raaka-ainekäytön osuudessa on mukana lannoitekäytön päästösäästöt, joten arvot ovat absoluuttisia asteikon suhteen. Pääkaupunkiseudun todennäköistä mädätysprosessia vastaava saavutettavissa oleva KHK-päästövähennys on yhteensä vähintään 138 CO 2 ekv kg/t biojätettä (kuva 5; mädätys 1). Pääkaupunkiseudun biojätteelle tehdyn metaanintuottokokeen mukaisella metaanintuotolla saavutettava KHK-päästövähennys olisi huomattavasti suurempi, mutta sitä ei voida puutteellisten käyttökokemuksien mukaan pitää kuin suunta antavana. Taulukko 5. Mädätyksen KHK-päästöt, kun biokaasu hyödynnetään energiana tai liikennepolttoaineena ja komposti multatuotteena tai peltolannoitteena. Metaanintuotto 63 m 3 /t Metaanintuotto 100 m 3 /t Biokaasun käyttö Energia Liikenne Energia Liikenne Kuljetukset CO 2 ekv (kg/t) 20 20 20 20 Energiantuotanto CO 2 ekv (kg/t) -107-108 -190-173 Yhteensä CO 2 (kg/t) -87-88 -170-153 Loppukäyttö Multa tuotteena Peltolannoitteena Lisävaikutus (kg/t) -50-4 50 Mädätys 1 Mädätys 1 Energiantuotanto Liikenne Mädätys 2 Energiantuotanto Mädätys 2 Liikenne CO2 ekv kg/t 0-50 -100-150 -200-250 -300 Kuljetukset Energia Dieselin valmistus Multakäyttö Lannoitekäyttö Kuva 5. Mädätyksen KHK-päästöt lähteittäin kun biokaasu hyödynnetään energiakäytössä ja liikennepolttoaineena. Mädätys 1 tarkoittaa metaanintuottoa 63 m 3 /t ja Mädätys 2 metaanintuottoa 100 m 3 /t biojätettä. Biokaasun poltossa vapautuva hiilidioksidi on bioperäistä, joten sitä ei oteta huomioon kasvihuonekaasutaseessa. Maakaasun päästökerroin on 56,1 kg/gj (Tilastokeskus 2005) ja siinä on metaania 98 % (Maakaasuyhdistys ry). Jos oletetaan mädätyksessä syntyvän metaania 63 m 3 /t biojätettä ja käsittelykapasiteetiksi 40 000 t/a, saadaan vuosittain energiana hyödynnettäväksi metaanin määräksi 2 520 000 m 3. Kun tiedetään metaanin lämpöarvo ja päästökerroin saadaan bioperäiseksi CO 2 -päästöksi biokaasun poltolle 77,1 kg/t biojätettä. Todellisen mädätysprosessin kokonaisenergiatasetta ja sitä kautta KHK-päästötasetta on vaikea arvioida, koska se vaihtelee laitoksittain merkittävästi. Pääkaupunkiseudulle suunniteltu mädätysproses-

24 si vastaisi todennäköisesti KHK-päästötaseeltaan arvoa, joka sijoittuisi tässä esitettyjen mädätysesimerkkien väliin ja olisi vähintään mädätys 1 -prosessia vastaava. 3.2 Biojätteen poltto sekajätteen mukana Tässä kappaleessa on laskettu biojätteen polton KHK-päästövaikutukset, kun biojäte poltetaan sekajätteen mukana uudessa pääkaupunkiseudulle rakennettavassa jätevoimalassa. Arinatekniikkaa käyttävä jätevoimalaitos on tarkoitus ottaa käyttöön 2012 2016. Laitoksen sijainti ja hankkeen toteutustapa päätettiin vasta tämän työn aikana (19.12.2008), mistä syystä tarkastelussa ei ole voitu ottaa näitä huomioon. Energiantuotannon näkökulmasta biojätteen lämpöarvo on alhainen, lähes merkityksetön, mutta päästöneutraalisuuden kannalta sillä tuotettu energia on edullista. Laskennassa on otettu huomioon biojätteen energialla korvattavan fossiilisen energiantuotannon KHK-päästöt, jotka näkyvät tarkastelussa negatiivisina. 3.2.1 Biojäte polttoaineena Biojätteen merkitys energiantuotannossa polttoprosessissa on vähäinen sen kosteuspitoisuuden takia. Tavanomaisen yhdyskuntajätteen lämpöarvo on noin 11 MJ/kg (YTV 2006). Pääkaupunkiseudun biojätteen kosteus vaihtelee 65 prosentista 80 prosenttiin epähomogeenisuuden vuoksi. Hyvänä keskiarvona biojätteen kosteuspitoisuudelle voidaan pitää 70 %:a, mikä tarkoittaa että biojätteen lämpöarvo on keskimäärin 3 MJ/kg (Wellinger ym. 2006). Taulukossa 6 on esitetty biojätteen polton parametreja. Taulukko 6. Biojätteen poltto. Jätemäärä t/a 35 484 Lämpöarvo MJ/kg 3,00 Lämpöarvo MWh/t 0,83 Polttoaine-energia GWh/a 29 570 Käyttöaika h/a 8 000 Polttoteho MW 3,70 Kattilan hyötysuhde 0,85 Kattilan lämpöteho MW 3,14 Kattilan energia GWh/a 25,1 Sähkö hyötysuhde 0,25 Sähköteho MW 0,79 GWh/a 6,30 Lämpöteho MW 2,40 GWh/a 18,9 3.2.2 KHK-päästöhyvityksistä Pääkaupunkiseudun jätevoimala tulee olemaan sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitos. Laitos toimii lämmöntuotannon peruskuormalaitoksena, eli sen tuottamalla lämmöllä tullaan korvaamaan muuta lämmöntuotantoa. Mikäli ajatellaan jätevoimalan lämmöntuotannon korvaavan alueen lämmöntuotantoa koko kapasiteetillaan, syntyy tästä nykyiseen lähtötilanteeseen verrattuna sähköntuotantoon vajausta. Vajaus syntyy siitä, kun lämmön peruskuormaa tuottavan yhteistuotantolaitoksen sähköntuotannon ja lämmöntuotannon suhde (rakennusaste) on suurempi kuin jätevoimalalla. Tilanteessa, jossa kaikelle alueella tuotetulle lämmölle ei ole kysyntää joudutaan peruskuormaa tuottavan yhteistuotan-

25 tolaitoksen lämpökuormaa lauhduttamaan mereen tai ilmaan tai vaihtoehtoisesti koko yhteistuotantoa supistamaan ylimääräisen lämmöntuotannon verran. Yhteistuotannon supistamisesta aiheutuu sähköntuotantoon vajausta, joka on tuotettava jollakin menetelmällä. Tässä tutkimuksessa ei oteta kantaa siihen, miten korvausvaikutus todellisuudessa toteutuu. Näin on menetelty siitä syystä, että jätevoimalan sijaintipaikka ratkesi vasta työn loppuvaiheessa, mikä tarkoittaa, että päteviä oletuksia sähkön- ja lämmöntarpeesta ei ollut mahdollista tehdä. Tulevaisuutta vastaavasta tilanteesta on monelta osin vaikea tehdä arvioita; Mikä on todellinen energiantarve jätevoimalaitoksen tuotantoalueella ja millä sähköntuotantomuodolla korvataan yhteistuotannolla mahdollisesti tuottamatta jäänyt sähkö. Todellisuudessa ns. korvattava sähkö tuotetaan vuosittain vaihtuvan energiantuotanto tilanteen mukaan. Pahimmassa tapauksessa ylimääräinen tuotanto voitaisiin kattaa esimerkiksi hiililauhteella tai turpeella. Toista ääripäätä taas edustaa vesivoimalla tuotettu sähkö, jota voi olla runsaasti tarjolla hyvänä vesivuotena. Lisäksi on mahdollista, että Suomen keskimääräinen energiantuotannon rakenne muuttuu päästöneutraalimmaksi mm. uusiutuvien energiamuotojen ja bioenergian lisääntymisen myötä. Biojätteen poltolla tuotetun sähkön on tässä työssä ajateltu korvaavan Suomen keskimääräisen sähköntuotantorakenteen mukaan tuotettua sähköä. Jätevoimalan tuottaman lämmön ajatellaan korvaavan Vantaan Energian kaukolämmöntuotannon keskimääräistä rakennetta (liite 1). Perusteluja on esitetty kappaleessa 1.3.3. Edellä mainittua yhteistuotannolla menetettyä sähköntuotantoa ei ole huomioitu laskuissa muuten kuin mahdollisena virhelähteenä. 3.2.3 Polton välillisistä KHK-päästöistä Biojätteen polttaminen sekajätteen mukana jätevoimalassa tarkoittaa biojätteen erilliskeräyksen lakkauttamista. Nykyisen jätehuoltomääräyksen mukaan erilliskerätyn biojätteen ohjautuminen sekajätteen kuljetuksen piiriin ei oletettavasti lisäisi sekajätteen kuljetustarvetta. Näin voidaan olettaa siitä syystä, että biojätteen erilliskeräyksen aloittaminen vuosina 1995 1999 kevensi sekajätteen tilavuuspainoa, mutta ei vähentänyt sen tarvitsemaa astiatilavuutta. Sekajäteastioiden määriä eikä tyhjennystiheyksiä voitu vähentää (Talvio 2008). Koska tutkimuksen lähtöoletuksiin kuuluu jätevoimalan käynnistäminen, ei biojätteen kuljetuksista katsota koituvan erillisiä päästöjä. Tutkimuksessa ei ole erikseen arvioitu biojätteen poltosta syntyvien tuhkien kuljetuksia eikä hyötykäyttöä. Ne oletetaan hyötykäytettävän tai loppusijoitettavan muun jätteenpoltossa syntyvän tuhkan tavoin ilman kasvihuonekaasupäästöihin vaikuttavia merkittäviä lisähyötyjä tai -haittoja. Tämä on perusteltua, sillä biojätteen poltosta syntyvä tuhka on puhdasta, koska biojätteessä on hyvin vähän epäpuhtauksia verrattuna muuhun jätemateriaaliin. Biojätteen korkean kosteuspitoisuuden takia sen poltossa syntyvän tuhkan osuus on marginaalinen koko jätevoimalan synnyttämään tuhkan määrään nähden. 3.2.4 Biojätteen polton KHK-päästötase Yhteenveto biojätteen polton kasvihuonekaasupäästöistä on koottu taulukkoon 7 ja kuvaan 6. Biojätteen polttaminen arinatekniikalla nykyisenlaisen sekajätteen mukana vähentää fossiilisia CO 2 -päästöjä yhteensä 207 kg/t biojätettä. Näin suuri vähennyspotentiaali saavutetaan, sillä polttoprosessin KHK-päästöjä ovat ainoastaan poltossa suoraan vapautuvat CH 4 ja N 2 O. CO 2 ekvivalenteiksi muutettuna metaanipäästö on ainoastaan 0,545 kg/t biojätettä. CH 4 -päästöä ei voitu huomioida lämmöntuotannolle, sillä korvattavan lämmöntuotannon CH 4 -päästöistä ei ollut käytettävissä yksiselitteistä arvoa. N 2 O-päästöjä ei ole huomioitu sähkön- eikä lämmöntuotannolle, sillä niistä ei löytynyt yhdenmukaisia tietoja tuottavalle eikä hyvittävälle puolelle. Edellä mainittujen KHK-päästöjen osuus on hyvin pieni kokonaistarkasteluun nähden, joten ne on perusteltua jättää pois. Biojätteen poltossa syntyvän bioperäisen CO 2 -päästön osuus 189 kg/t biojätettä, joka on laskettu biojätteen bioperäisen CO 2 -päästökertoimen avulla.