Biomassasta energiaa Kimmo Klemola Lappeenrannan teknillinen yliopisto MAOL ry:n syyspäivät Lahdessa 04.10.2008 Onko bio aina eko? Voimmeko lisätä biomassan käyttöä merkittävästi? Voimmeko tehdä sen kestävästi? Mihin rajalliset biomassavarat kannattaa käyttää? 1
Onko aina ympäristöystävällistä korvata fossiilisia polttoaineita biopolttoaineilla? Voisiko tilanne olla joissain tapauksissa päinvastainen? Eli biopolttoaineita kannattaisi korvata fossiilisilla polttoaineilla? Valaanrasvalamppuöljy Raakaöljyn ensimmäinen sovellus oli lamppuöljyn valmistukseen käytetyn valaanrasvan korvaaminen. 2
Puuhiilen valmistus Metallisulatot ja tiilenvalmistus tarvitsivat puuhiiltä, jonka valmistus aiheutti laajaa metsätuhoa. Kivihiili korvasi puuhiilen. Biomassan käyttö 3
4
Kestävyydestä Yhteiskunnan energiantarpeiden täyttämiseksi kestävästi: Kaiken energian tulee olla kestävää uusiutuvaa. Kestävyyden tulisi tarkoittaa toimintatapoja, joita voidaan jatkaa ikuisesti. Energia on siirrettävä ja käytettävä mahdollisimman tehokkaasti! 5
Vladimir Ivanovich Vernadsky, Biosfera, (1926): Ihminen, yksin ihminen, rikkoo vakiintuneen järjestyksen. Nobelisti Norman E. Borlaug: "Maailman ruoantuotannon tulee kaksinkertaistua seuraavan 50 vuoden aikana, jotta lisäsuut saadaan ruokituksi." 6
Lester Brown (1994) : On ironista, että pyrkiessämme tuottamaan itsellemme yhä enemmän vähennämme samalla maapallon kykyä pitää yllä elämää, myös ihmiselämää. Ympäristön sietokyvyn rajat ovat näkyvissä kaikkialla. Professori David Pimentel (USA): Ihminen käyttää nyt noin 40 50 % biosfäärin biomassatuotosta. Sillä on jo nykyisellään valtava vaikutus ympäristöön, luonnon monimuotoisuuteen ja lajien sukupuuttoon. Mittava bioenergian käytön lisäys johtaa vääjäämättä ympäristöongelmien kasvuun, luonnon monimuotoisuuden häviämiseen ja kiihtyvään lajien katoon. 7
Professori Vaclav Smil (Kanada): Ihmiskeskeinen raakaainevarojen arvostaminen on varsin itsekästä. Katsomme olevamme maapallon herroja ja omistavamme sen eliökunnan ja biomassa- ja mineraalivarat. Massiivisten bioenergiaohjelmien kannattajat eivät liene tietoisia ekosysteemien realiteeteista. Luonnon toiminnalle välttämättömiä ekosysteemejä on jo muutettu ja tuhottu siinä mitassa, että laajamittainen bioenergian tuotanto vain pahentaisi luonnon kestokykyä. Tohtori Gerd Eisenbeiß (Saksa): Rajalliset biomassavarat tulisi käyttää lämmön- ja sähköntuotantoon. Energiakasvien viljely on epäeettistä maailmassa, jossa suuri osa väestöstä kärsii aliravitsemuksesta. Viljelysmaan ja vesivarojen tuhoutuminen ja väheneminen ovat kestävän kehityksen avainongelmia. Puun käytön kiihtyvä lisääminen sotii ilmastotavoitteita vastaan. Metsät ovat hiilinieluja. 8
Roger Revelle ja Hans Suess (1957) : Ihmiskunta toteuttaa maapallolla valtavaa koetta, jota ei olisi aiemmin voitu tehdä ja jota ei voi enää tulevaisuudessa toistaa. Muutaman vuosisadan aikana me siirrämme maaperästä ilmakehään ja meriin hiiltä, joka on sinne kertynyt satojen miljoonien vuosien aikana. George Perkins Marsh, "Destructiveness of Man" (1864) : Ihminen on jo kauan sitten unohtanut, että hänelle annettiin vain käyttöoikeus maapalloon. Sitä ei annettu hänelle kuluttamiseen ja vielä vähemmän tuhlailevaan haaskaukseen. 9
Kenneth Boulding: Vain hullu tai ekonomisti voi uskoa jatkuvaan kasvuun rajallisella maapallolla. Professori George Monbiot (Iso-Britannia): EU:n biopolttoainetavoitteilla yritetään luoda kysyntää Euroopan kasviöljyille, mutta todellisuudessa se lisää malesialaisen palmuöljyn ja brasilialaisen soijan kysyntää ja sademetsien hakkuita soija- ja palmuplantaasien tieltä. 10
Jorma Ollila: On mahdoton ajatus, että käytämme viljaa polttoaineiden tuottamiseen. Se on myös eettisesti kyseenalaista tilanteessa, jossa miljardi ihmistä saa puutteellista ravintoa joka päivä. Maailman energiankulutus Biomassan energiakäyttö lisätty BP:n dataan 11
Ilmastonmuutos Hiilidioksidikierto (unelma) 12
Maakaasu Kivihiili Raakaöljy Öljyhuippu peak oil 2008 X Lähde: ASPO Association for the Study of Peak Oil 13
Raakaöljyn kulutus yhden ihmisen elinaikana Raaka-ainevarojen teoreettinen potentiaali korvaamaan raakaöljyä tieliikenteessä Raaka-ainevarat öljyn korvaamiseen, miljardia öljybarrelia 3500 3208 3000 2500 2000 2522 2174 1500 1201 1233 1152 1000 604 500 0 Raakaöljy Öljyhiekka Öljyliuske Maakaasu Kivihiili Turve Puut ja sadot Vuonna 2006 raakaöljynkulutus oli noin 31 miljardia barrelia. 14
Raaka-ainevarojen teoreettinen potentiaali nostaa ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta Atmospheric CO 2 rise above current level 385 ppm CO 2, ppm CO 2 400 350 300 317 334 250 232 200 177 150 134 100 50 63 49 0 Petroleum Oil sands Oil shale Natural gas Coal Peat Forest vegetation and crops Vuonna 2006 ilmakehän hiilidioksidipitoisuus oli 385 ppm. Jos kaikki maailman ruoka, viini, viina ja olut autojen polttoaineiksi: Production quantity (1000 tonnes) Ethanol Biodiesel Ethanol Biodiesel L/ton L/ton Billion L Billion L Wheat 559973 357.7 200.29 Rice (Milled Equivalent) 389137 317.6 123.59 Barley 141335 387.5 54.76 Maize 640871 384.6 246.49 Rye 14662 317.6 4.66 Oats 26415 317.6 8.39 Millet 33248 100.0 3.32 Sorghum 59621 86.0 5.13 Cereals, Other 20800 300.0 6.24 Cassava 190185 100.0 19.02 Potatoes 315287 116.8 36.83 Sweet Potatoes 129533 125.0 16.19 Yams 39553 100.0 3.96 Roots, Other 17886 100.0 1.79 Sugar Cane 1349476 70.0 94.46 Sugar Beet 230355 86.7 19.97 Vegetable Oils 106983 117.92 Fruits - Excluding Wine 488531 117.00 57.16 Wine 27181 112.09 3.05 Beer 139633 50.42 7.04 Beverages, Fermented 27269 50.42 1.37 Beverages, Alcoholic 20671 350.41 7.24 Total ethanol, billion L 920.95 Total biodiesel, billion L 117.92 Pohjadata: FAO 15
Kaikki maailman ruoka, viini, viina ja olut autojen polttoaineiksi: 40,3 % maailman autojen polttoaineenkulutuksesta Kaikki maailmassa käytetty puu autojen polttoaineiksi (selluetanoli): 16,7 % maailman autojen polttoaineenkulutuksesta Kaikki maailmassa tuotettu ruoka, viini, viina, olut ja puu autojen polttoaineiksi: 57 % maailman autojen polttoaineenkulutuksesta Ihmisen toiminta on hävittänyt puolet maailman metsistä 16
Biopolttoaineet vaikuttavat haitallisesti kolmeen asiaan Maa Ilma Vesi 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 17
Ilma Hiilikierto Maankäytön muutokset Lisäävät hiilen määrää ilmakehässä noin 1 2 GtC/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 18
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 Viljan käyttö energiaksi raakaöljyn korvaavuus Raakaöljyn käyttö vähenee, litraa/1000 kg ohraa 600 500 400 300 200 100 0 Ohra korvaa lämmitysöljyä Ohraetanoli korvaa bensiiniä 19
1 kg ohraa (ihmisten ruoka) tuottaa 0,25 kg etanolia (autojen ruoka) 0,25 kg rehua (eläinten ruoka) 0,5 kg CO2 700 Puun käyttö energiaksi raakaöljyn korvaavuus Öljynkorvaavuus, litraa/tonni kuivaa puuta 600 500 400 300 200 100 0 Puuetanoli korvaa bensiiniä Fischer- Tropschpuubiodiesel korvaa dieseliä Puupelletti korvaa öljylämmitystä Hake korvaa öljylämmitystä Kotitarvehalot korvaavat öljylämmitystä 20
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 21
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 22
23
24