Kotimainen biodieseltuotanto ja kansallinen kasvihuonekaasutase Kim Pingoud*, Juha Forsström*, Johanna Pohjola**, Terhi Vilén***, Lauri Valsta**, Hans Verkerk*** * Teknologian tutkimuskeskus VTT **Helsingin yliopisto, metsäekonomian laitos ***Euroopan metsäinstituutti EFI kim.pingoud@vtt.fi Argumenta-seminaari: Biomassan rooli ilmastonmuutoksen hillinnässä Tilastokeskus 4.5.2011 1
Tutkimuksen taustaa Biopolttoaineiden epäsuorien vaikutusten tutkimus keskittynyt peltobiomassasta valmistettaviin biopolttoaineisiin (esim. maissietanoli) Esim. maissietanolin lisäkysynnän vaikutus rehun maailmanmarkkinahintoihin ja tästä seuraavat epäsuorat maankäyttövaikutukset (metsäkato Brasiliassa) Öljyn hinnan alenemisen kautta tulevan rebound-vaikutuksen tutkimus on ollut vähäistä Perinteisten elinkaaritarkastelujen puute: epäsuoria vaikutuksia vaikea arvioida Siksi tarkastelukulmaa laajennettu Laskelmat osittais- ja yleisen tasapainon malleilla, jotka kuvaavat (osan) markkina- ja epäsuorista vaikutuksista 2
Tutkimuksen tavoite Mikä on kotimaisen puupohjaisen biodieselin valmistuksen vaikutus kasvihuonekaasutaseeseen ml. metsien hiilitaseen muutos, kun käytössä on useita, osittain päällekkäisiä poliittisia ohjauskeinoja: 38% EU-tavoite uusiutuville energiamuodoille 310 TWh EU-tavoite energian loppukäytölle Erillinen tavoite biopohjaisille liikennepolttoaineille Joustava päästönvähennystavoite päästökauppasektorilla (EU:n päästökauppajärjestelmä ETS) Kiinteä päästönvähennystavoite ei-päästökauppasektorilla (non-ets), johon kuuluu mm. liikenne Metsien hiilitaseen kehitys ei vaikuta päästötavoitteisiin 3
Tutkimuksen kontribuutio Metsäbiomassaan perustuva toisen sukupolven tuotanto Kilpailu puubiomassasta: biojalostamoon, energiaksi, hiilensidontaan metsissä Energiasysteemin epäsuorat kasvihuonekaasuvaikutukset, puumarkkinavaikutukset Laskelmissa rajoitteena EU:n ilmasto- ja energiapolitiikka Laskelma sisältää arvion metsien ja maaperän hiilitaseen kehittymisestä suhteessa perusuraan 4
Taustaoletukset Metsäteollisuuden kehityksen perusura (METLA-skenaario) Energiajärjestelmän kehittyminen ilmasto- ja energiastrategian mukainen Energiajärjestelmä sopeutuu tavoitteisiin markkinaehtoisesti kustannukset minimoiden 5
Mallistruktuuri: energiajärjestelmämalli EPOLA + metsämalli EFISCEN
Energiasysteemin rakenne: polttoainevirrat, osajärjestelmien kytkennät Energyystem structure: sekä niihin fuelvaikuttavat flows and tekijät subsystem connexions VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Model boundary External drivers Wood fuel Forest Raw material ETS Energy production Allowance price Fossil fuels Fuel market Industries Biorefinery Biofuel Renewable share Energy efficiency nonets Energy end-use Transport Emission upper bound Biofuel share
Energiajärjestelmän toiminnan arviointi Asetettu liikenteen biopolttoainetavoite 10%-20% oletetaan saavutettavaksi kotimaisella puupohjaisella biodieselillä, joka korvaa fossiilista dieselpolttoainetta Tutkitaan päästövaikutuksia, kun puun tarjontakäyrää sekä päästöoikeuden hintaa vaihdellaan Perustasona energiajärjestelmän kasvihuonekaasupäästöt, kun 38% uusiutuvien tavoite tyydytetty ilman liikenteen biopolttoaineita 8
Price index eur / tonco2 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Puun tarjontakäyrä Päästöoikeuden hinta 3.5 100 3 2.5 2 1.5 1 Low Interm High 80 60 40 50 80 30 0.5 0 20 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 0 Harvesting potential 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 9
52.0 50.0 48.0 46.0 44.0 Emissions [tonco2] 42.0 30 50 40.0 38.0 Allowance price 80 High Interm Low Wood supply Energiaperusteisten kasvihuonekaasupäästöjen perustaso (Mtn CO2 eq) eri päästöoikeuden Figure 6. The base hinnoilla surface of ja emissions puun tarjontakäyrillä, (Mt CO2) from the kun energy tieliikenteen sector without biodieselin käyttö production ja tuotanto in 2025. = Allowance 0. Vuosi price 2025. and wood supply curve define the system state.
GWh VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Energiamarkkinoiden vaikutus: mistä lähteistä puu ohjautuu biodieselin valmistukseen Vuosi 2025, päästöoikeuden hinta 50 /tn CO2. 25000 20000 15000 10000 Harvest Industry Energy NonETS 5000 0 LOW INTERM HIGH LOW INTERM HIGH 10 % 20 % 11
MtonCO2 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Vaikutukset päästöihin Puun tarjonnan vaikutus päästöihin eri sektoreilla kun päästöoikeuden hinta 50 /tn CO2 Huom: ETS-sektorin lisäpäästöt kompensoidaan päästökaupalla 60 ETS non-ets Total 50 0 % 10 % 20 % 40 30 20 10 0 Low Interm High Low Interm High Low Interm High Wood supply Wood supply Wood supply 12
MtonCO2 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Ei-päästökauppasektorin (non-ets) päästöt Päästöoikeuden hinta 50 /t CO2, kotimaisen biodieselin osuus 0 % tai 20% 16.0 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 Transport Space heating Industry Other Transport 0%
Puun kysyntä Mm3 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Puunkysyntä EPOLA-mallissa: syöttötiedot EFISCEN-malliin Kotimaisen biodieselin osuus liikennepolttoaineista 0%, 10% ja 20% 80 75 70 0 % 10 % 20 % 65 60 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 14
EFISCEN tuloksia: puuston ja maaperän hiilivaraston muutokset Tree C stock change, Gg C/yr 12500 12000 0 % 10 % Soil C stock change, Gg C/yr 5000 4500 Gg C/yr 11500 20 % Gg C/yr 4000 0 % 10 % 11000 3500 20 % 10500 3000 10000 2005 2015 2025 2035 2045 2500 2005 2015 2025 2035 15 2045
ton(co2) / ton(fuel) VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Kokonaistase laskettuna tonnille biodieseliä (metsät + ei-päästökauppasektori) 4 Forest non-ets energy system Total 3 B10-B0 B20-B0 2 1 0-1 -2-3 2005 2015 2025 2035 2005 2015 2025 2035 2005 2015 2025 2035 16
Metodologista pohdintaa Energiajärjestelmämalli on dynaaminen LP-malli, jossa osa tavoitteista kuvattu ulkoisina, koko järjestelmälle asetettuina rajoituksina: Laskelmista selviää, onko olemassa tekniset vaihtoehdot tavoitteen saavuttamiseksi. Se ei kerro niiden toteutettavuudesta. Puun tarjontafunktion porrasmaisuus johtaa välillä täsmälleen samansuuruisiin hakkuisiin, vaikka tilanteet olisivat erilaiset. EFISCEN on simulointipohjainen metsämalli, jossa käyttäjä määrittelee hakkuiden toteuttamisen. Puumarkkinat eivät kuvaudu aidosti. 17
Johtopäätökset Biodiesel-tavoitteen (10% ja 20%) seurauksena ei-päästökauppasektorin, johon liikenne kuuluu, päästöt alenevat, mutta päästökauppasektorin päästöt kasvavat Suomessa, samoin kokonaispäästöt Suomen rajojen sisällä Tavoitteen tyydyttämiseksi metsäbiomassan kysyntä lisääntyy, mutta suurelta osin kysyntä tyydytetään puuaineksen vähenevällä käytöllä päästökauppasektorilla näissä laskelmissa Metsien hiilinielu säilyy mutta se pienenee hieman biodiesel-tavoitteen seurauksena Metsänielujen huomioiminen päästövelvoitteissa muuttaisi metsäbiomassan kilpailutilannetta ja mallin antamaa kustannuksia minimoivaa ratkaisua. Päästökauppasektori kompensoi päästöjen kasvun ostamalla päästökiintiöitä eli EUtasolla päästökauppasektorin päästöt eivät muutu 38 % tavoite uusiutuvalle energialle on tyydytettävissä ilman tieliikenteen biopolttonesteitä Kotimaisen liikennepolttoaineiden valmistukseen asetettu lisätavoite ei ole taloudellisesti tehokas päästönvähennyskeino 18