Projekti nro 21000007331 Biobränslen och klimatneutralitet Biopolttoaineiden hiilineutraalisuus aikatekijä Suomenkielinen tiivistelmä IVL:n Biobränslen klimatneutralitet Tidsaspekten hankkeen tuloksista Margareta Wihersaari Bio ja ympäristötieteiden laitos Jyväskylän yliopisto
Referoitu tutkimusraportti: Zetterberg, L. and Chen, D. (2011a). The time aspect of bioenergy climate impacts of bioenergy due to differences in carbon uptake rates. IVL Report B 1989. IVL Swedish Environmental Research Institute Ltd. 38 p. (Käsikirjoitus, heinäkuu 2011, toimitettu sähköpostitse elokuussa 2011) Tutkimushankkeen tulokset on toistaiseksi esitetty myöskin ainakin seuraavissa raporteissa ja kirjoituksissa: Zetterberg, L (2011). Instruments for reaching climate objectives. Focusing on the time aspects of bioenergy and allocation rules in the European Union's Emission Trading System. Väitöskirja. http://gupea.ub.gu.se/handle/2077/26672 (Luettu 11.10.2011) Zetterberg, L. and Chen, D. (2011b). The time aspect of bioenergy Climate impacts of bioenergy due to differences in carbon uptake rates. Manuscript. (To be submitted to Biomass and Bioenergy). Manuskripti joka sisältyy Zetterbergin väitöskirjaan. Tämän raportin laatijan yhteystiedot: Margareta Wihersaari, TkT, yliopistolehtori margareta.wihersaari@jyu.fi 044 551 5503 Bio ja ympäristötieteiden laitos, PL 35 40014 Jyväskylän yliopisto 1
Sisällysluettelo TOIMEKSIANTO SAATESANAT 1 JOHDANTO... 5 2 KIRJALLISUUSKATSAUS... 6 3 TUTKIMUSMENETELMÄ JA RAJAUKSET... 7 4 TUTKIMUSTULOKSET... 8 5 TULOSTEN TARKASTELU... 10 6 LOPPUKOMMENTTEJA... 11 2
TOIMEKSIANTO Tämä raportti perustuu tammikuussa 2010 Energiateollisuus ry:n tilaamaan toimeksiantoon jossa sovittiin, että TkT Margareta Wihersaari toimii rahoittajan edustajana ja asiantuntijana ruotsalaisten ELFORSKin tilaamassa 1 ja Institutionen för vatten och luftvårdsforskning (IVL) toteuttamassa hankkeessa Biobränslen och klimatneutralitet Tidsaspekten. Energiateollisuus ry toimi ELFORSKIin kautta tämän ruotsalaishankkeessa osarahoittajana. Toimeksiantoon liitettiin tehtäviä kuten osallistuminen hankkeen ohjaukseen (projektstyrning, referensgruppsmöten, expertgruppsmöten), perehtyminen hankkeen tutkimusmetodiin, yhteydenpito hankkeen ruotsalaistutkijoihin sekä raportointia Energiateollisuus ry:n ympäristöpoolille (ohjausryhmän kokouksista, hankkeen työstä ja tuloksista sekä yleisesti siitä, millaisia kysymyksiä ja riskejä laskentamenetelmiin liittyy). Tehtävään liittyi myös suomenkielisen noin 10 sivun tiivistelmän laatiminen IVL:n kirjoittaman loppuraportin pohjalta sekä lehtikirjoituksen laatiminen esim. BioEnergia lehteen yhteistyössä toimeksiantajan edustajan kanssa. Tehtävän laajuudeksi määriteltiin n. 1,5 htkk. Energiateollisuus ry:n yhteyshenkilöinä ovat toimineen ympäristöpoolin asiamiehet Pia Oesch ja Kati Takala. 1 Rahoittajiakosortio: Elforsk, Energimyndigheten ja Naturvårdsverket (IVLn säätiön kautta). Elforskin osuus rahoitti EON, Vattenfall, Växjö Energi AB,Mälarenergi AB, Öresundskraft AB, Skellefteå Kraft AB, Göteborgs Energi AB, Karlstad Energi AB, Tekniska Verken i Linköping AB, Umeå Energi AB sekä Energia. 3
SAATESANAT Bioenergian hiilineutraalisuuden kyseenalaistaminen on suhteellisen uusi ilmiö. Vielä noin parikymmentä vuotta sitten vallitseva käsitys oli, että bioenergia on hiilineutraali energialähde kunhan huolehditaan biomassan uusiutumisesta, esim. uuden metsän kasvattamisesta. Korvattaessa fossiilisia polttoaineita bioenergialla laskettiin päästö säästöjä täysimääräisesti. 2000 luvulle tultaessa tutkittiin biopolttoaineiden tuotantoketjuissa tarvittavaa (fossiilista) energiaa ja todettiin, ettei fossiilisten polttoaineiden korvaaminen biopolttoaineilla välttämättä johda päästöjen sataprosenttiseen vähenemiseen. Viime vuosina on ryhdytty tutkimaan myös sitä, millaisia muutoksia biopolttoaineiden tuotanto ja käyttö voivat aiheuttaa maaperässä ja kasvavassa biomassassa, ja on arvioitu, että jos biomassaan tai maaperään sidottu hiilimäärä vähenee energiakäytön seurauksena niin bioenergiaa ei voida pitää tältä osin täysin hiilineutraalina. Erityisesti kantobiomassojen energiakäytön hiilineutraalisuus on Suomessa kyseenalaistettu viime aikoina ja kantojen energiakäytön päästötasoa on pidetty jopa pahempana kuin eräiden fossiilisten polttoaineiden päästötasoja. Tässä kannattaisi kuitenkin pysähtyä miettimään, mistä ilmastonmuutos johtuu ja mihin tällaiset laskelmat ja päätelmät voivat johtaa. Bioenergian hiilineutraalisuuden kyseenalaistaminen liittyy oikeastaan kiireeseen torjua ilmastonmuutos ilmiö, joka pääasiassa johtuu fossiilisten polttoaineiden käytön valtavasta lisäyksestä viimeisten sadan vuoden aikana. EU:ssa on laadittu kestävyyskriteerejä nestemäisille biopolttoaineille ja valmisteilla on parhaillaan kriteerejä myös kiinteille biopolttoaineille. Paljon metsäpolttoaineita hyödyntävissä maissa kuten Ruotsissa ja Suomessa onkin esitetty epäilyjä, että kriteerit laaditaan nopeasti uusiutuvien pelto ja energiakasvien lähtökohdista ja että luontaisesti hitaammin uusiutuva metsäbiomassa voisi joutua epäedulliseen asemaan. Biomassojen käyttötarkoitus saattaa tulevaisuudessa myös määräytyä sen mukaan, millaisia kestävyyskriteerejä sovelletaan eri käyttösektoreilla. Mikäli halutaan huolehtia biomassavaroistamme ja parantaa biomassan kestävää käyttöä yleisesti, voidaankin kysyä, tulisiko pääsääntöisesti soveltaa samoja kestävyyskriteerejä siitä riippumatta, päätyykö biomassa ruuaksi, rehuksi, raaka aineeksi vai energiaksi. Tässä raportissa on pyritty tuomaan esille Biobränslen klimatneutralitet tidsaspekten tutkimushankkeen keskeiset löydökset helposti luettavassa muodossa. Siksi pääosa kirjallisuusviitteistä onkin jätetty tekstistä pois. Tähän raporttiin (lukuun 6) on myös sisällytetty hankkeen aikana esiin nostettuja kysymyksiä ja ajatuksia, joita ei voitu sisällyttää tutkimuksen laskennalliseen osaan, mutta jotka saattavat antaa aihetta palata tähän tutkimusaiheeseen ja lähestyä hiilineutraalisuuden arviointia uusista näkökulmista. Jyväskylässä joulukuussa 2011 Margareta Wihersaari 4
1 Johdanto Maapallon ilmastojärjestelmässä esiintyy tietty hitaus, jonka johdosta tiettynä hetkenä ilmaan vapautetuilla kasvihuonekaasupäästöillä ei ole välitöntä vaikutusta ilmasto olosuhteiden, kuten maapallon keskilämpötilan muuttumiseen, vaan vaikutukset näkyvät vasta viiveellä. Kansainvälisissä foorumeissa onkin pitkään keskusteltu siitä, mikä on relevantti tarkastelujakso esim. päästöskenaarioille: 20, 50 vai 100 vuotta tai joku muu aikaväli. Toisaalta on arvioitu, että kasvihuonekaasupäästöjen kasvu on globaalitasolla pystyttävä jo lähivuosina pysäyttämään (jopa alentamaan) jotta ilmastonmuutoksen seuraukset pysyisivät kohtuullisina. Koska biomassa sekä vapauttaa että sitoo hiilidioksidia, voidaan biomassan käyttöön liittyvillä strategioilla vaikuttaa ilmakehän hiilidioksidipitoisuuteen ja sitä kautta kasvihuoneilmiöön. Biomassat eroavat kuitenkin toisistaan esim. kasvunopeuden osalta: korjattu olki uusiutuu periaatteessa jo muutaman kuukauden kuluessa kun taas kaadetun puun korvaaminen uudella (samanlaisella) saattaa kestää jopa yli 100 vuotta, puulajista riippuen. Metsätähteiden ja energiakasvien uusiutumisnopeus sijoittuu näiden kahden ääritapauksen välille. Tämän tutkimuksen alkuperäinen, ylätason kysymys oli selvittää, voiko biopolttoaineet asettaa paremmuusjärjestykseen ilmastonmuutoksen kannalta ja pitäisikö tiettyjä biopolttoaineita näin ollen priorisoida. Tutkimuksessa haluttiin saada selville, mikä on oikea menetelmä tämän asian todentamiseksi. Projektin tavoitteeksi asetettiinkin sellaisen menetelmän kehittäminen, jolla voi etsiä vastauksia mm. seuraaviin kysymyksiin: miten herkkä on ilmasto päästöille jotka ovat pitkällä aikavälillä kasvihuonekaasuneutraaleja kun hiilen sidonta ja hiilidioksidin vapautuminen on eroteltu ajassa? miten tällaisia hiilen sidonta ja hiilidioksidin vapautumiseen, pitkällä aikavälillä neutraaleja päästöskenaarioita verrataan? koska eri biopolttoaineet tarvitsevat eri ajanjakson saavuttaakseen ns. hiilineutraalisuuden, miten voidaan arvioida aikatekijän merkitys ilmaston kannalta? Tutkimusresurssien rajallisuuden ja tutkijoiden käytettävissä olevien laskentamallien (ja datan) johdosta laskentaa jouduttiinkin fokusoimaan koskemaan pääasiassa päätehakkuussa syntyviä potentiaalisia metsäpolttoaineita (oksat ja kannot) ja sitä, miten niiden ilmastoneutraalisuus muuttuu, kun käytetään kahden eri hajoamismallin ennusteita biomassan luonnollisesta hajoamisesta noin 100 vuoden ajanjaksolla. Myös muita laskentaparametreja jouduttiin rajoittamaan ja jopa jättämään tarkastelun ulkopuolelle: valitun referenssitilan vaikutukset, muut kasvihuonekaasupäästöt, aloitetaanko tarkastelu päästöllä vai sidonnalla jne. Nämä asiat on jossakin määrin käsitelty loppuraportin tulosten tarkastelu osiossa. 5
2 Kirjallisuuskatsaus Tavanomaisten biomassapohjaisten puu ja peltopolttoaineiden (kuten esim. kuori, metsähake ja olkisilppu) poltossa syntyviä hiilidioksidipäästöjä ei toistaiseksi ole sisällytetty EU:n päästökauppajärjestelmään 2. Tässä on lähdetty siitä periaatteellisesta ajatuksesta, että bioenergia on hiilineutraali energianlähde, koska ns. biogeeninen hiilikierto on suljettu (toisin kuin fossiilisilla polttoaineilla). Kun biomassaa poltetaan, sitoutunut hiili vapautuu hiilidioksidina, mutta se sitoutuu suhteellisen lyhyellä aikavälillä fotosynteesin avulla täysimääräisesti takaisin kasvavaan biomassaan. Raportin kirjallisuuskatsauksessa referoidaan tutkimuksia, joissa bioenergian hiilineutraalisuus on tavalla tai toisella kyseenalaistettu. Jo 1990 luvun alkupuolella osoitettiin laskelmin, että hakkuujätteiden talteenotto metsään jättämisen sijasta voi vähentää tähteisiin ja maaperään sitoutuneen hiilen määrää. Myöhemmin useammat tutkimusryhmät ovat huomauttaneet, että kantojen hyödyntäminen saattaa vähentää metsämaan kuolleeseen orgaaniseen ainekseen sitoutunutta hiiltä. Tämän hiilen sitoutuminen maaperään on kuitenkin luonteeltaan väliaikaista, koska metsiin jätetyt kannot ja hakkuutähteet maatuvat vähitellen ja vapauttavat näin ollen sitoutunutta hiiltä takaisin ilmakehään. Hakkuutähteiden ja kantojen hyödyntäminen energiana voidaan toisaalta myös nähdä hiilidioksidipäästöjen aikaistamisena eli niiden vapauttamisena aikaisemmin verrattuna siihen tilanteeseen, että tähteet jätettäisiinkin metsään. Eräät tutkijat arvioivat 1990 luvulla, että 10 28 % oksien ja latvusten sisältämästä hiilestä esiintyy hajoamisolosuhteista riippuen kuolleeseen biomassaan sitoutuneena vielä 100 vuoden päästä. Raportissa on myös referoitu tuoreempia arvioita, joiden mukaan hakkuualueille jätetyn biomassan sisältämä hiilimäärä puoliintuu jakeista riippuen eli oksien ja latvuksien tapauksessa tämä tapahtuu noin 6 9 vuodessa ja kantojen osalta noin 15 30 vuodessa. Edellä mainitut aikaistetut päästöt on useassa tutkimuksessa pyritty muuttamaan päästökertoimiksi. Kirjallisuudessa esiintyy myös arvioita biomassan tuotantoketjujen energiankulutuksesta ja sitä kautta syntyvistä (fossiilisista) päästöistä. Useassa tutkimuksessa on myös tehty arvioita siitä, miten biomassan energiakäyttöön liittyvät päästöt vaikuttavat kasvihuoneilmiön voimistumiseen (mm. ilmakehän säteilytasapainoon). Yhteenveto näistä on esitetty liitteessä 1. Bioenergian hiilineutraalisuutta voidaankin em. kirjallisuuden pohjalta lähestyä kahdella tapaa: mitä kauemmin polttoaineena käytetty biomassa olisi metsään jätettynä toiminut hiilivarastona, sitä suurempi on biomassajakeen energiakäytön ilmastovaikutus mitä hitaammin vapautunut hiilidioksidi sitoutuu takaisin kasvavaan biomassaan, sitä suurempi on ilmastovaikutus 2 Tulkinta onkin toinen jos esim. kaadettua metsää ei kasvateta takaisin mutta sitä ei käsitellä tässä työssä. 6
3 Tutkimusmenetelmä ja rajaukset Tässä tutkimuksessa edettiin niin, että ensin arvioitiin tietyn biopolttoaineen energiakäytöstä johtuvat hiilidioksidipäästöt ja seuraavaksi näiden arvioitujen päästöjen aiheuttama muutos ilmakehän hiilidioksidipitoisuudessa, säteilypakotteessa ja maapallon pintalämpötilassa. Hiilidioksidipäästökertoimen määrittämisperiaate (mm. valittu referenssitila) onkin tämän tutkimuksen tulosten kannalta hyvin keskeinen asia. Hiilidioksidipäästöinä ilmakehään ajan kohdassa t=0 on käytetty biomassan poltosta vapautuva hiilidioksidipäästö, ja päästöjen muuttuminen (alentuminen) ajan funktiona arvioidaan sen pohjalta, miten pitkään sama hiili olisi pysynyt sitoutuneena kuolleeseen biomassaan, jos tämä biomassa olisi jätetty hakkuun jälkeen metsään. Hiilidoksidipitoisuuden muutos ilmakehässä on arvioitu em. ajassa muuttuvien päästöjen pohjalta. Muutokset ilmakehän säteilytasapainossa (radiative forcing) on arvioitu ajassa muuttuvan hiilidoksidipitoisuuden perusteella. Vaikutukset maapallon pintalämpötilaan on arvioitu hiilidioksidipitoisuuden tai säteilytasapainon perusteella, käytetystä mallista riippuen. Polton hiilidioksidipäästökertoimena käytettiin latvusten ja oksien osalta 94.4 g CO2/MJpa ja kantojen osalta 95.0 g CO2/MJpa. Laskelmissa vertailupolttoaineena käytetyn hiilen päästökerroin oli 93.0 g CO2/MJ. Biomassan hajoamisnopeuden määrittämiseksi käytettiin seuraavan kahden mallin tuloksia: Ruotsalaisten käyttämä Q malli (oksat, latvukset, kannot, ruokohelpi) Suomalaisten Yasso malli (oksat, latvukset, kannot) Laskelmissa käytettiin myös IPCC:n tavanomaisia malleja jotka ennustavat miten ilmakehään vapautunut hiilidioksidi poistuu ilmakehästä mm. valtameriin. Maapallon pintalämpötilan muutokset (Global Average Surface Temperature change) arvioitiin kahdella eri mallilla: The Planet simulator, a 3 dimensional General Circulation model (GCM) IMAGES (tätä nyt tehtyä tutkimusta varten kehitetty yksinkertaisempi energiatasapainomalli) Referenssitilat määriteltiin seuraavalla tavalla: metsäpolttoaineiden energiakäytön referenssitilaksi valittiin perinteinen metsätalous jossa hakkuutähteet ja kannot jätetään hajoamaan metsään pajun viljelyn referenssitilaksi valittiin perinteinen maatalous jossa viljellään viljaa. Pajun viljelyn oletetaan lisäävän maaperään varastoitunutta hiiltä perinteiseen viljelyyn verrattuna. Laskelmien ulkopuolelle jätettiin mm. polttoaineiden tuotantoketjussa ja varastoinnissa tapahtuvat päästöt. Laskelmissa tarkasteltiin vain orgaaniseen biomassaan sitoutuneen hiilen vapautumista hiilidioksidiksidina ilmakehään, ei muita kasvihuonekaasupäästöjä. Peltobiomassan osalta (paju) huomioitiin periaatetasolla, miten viljely muuttaa hiilen sitoutumista maaperään tulevaisuudessa mutta metsämaan osalta laskelmiin ei tällaista tarkastelua sisällytetty. 7
4 Tutkimustulokset Metsäbiomassalle tehtyjen laskelmien tulosten yhteenvetona on esitetty kuvasarja, Kuva 1 (af). Laskelmissa on hyödynnetty kahden eri hajoamismallin (ruotsalaisten Q malli ja suomalaistutkijoiden Yasso malli) hajoamisparametrejä oksa ja kantobiomassan osalta. Metsäbiomassan energiakäytön tuloksia on verrattu kivihiilen energiakäyttöön. Kuvassa 1a on esitetty tilanne jossa tarkastelu aloitetaan polttamisesta (t=0) ja käyrät kuvaavat kahden käyttötavan välistä eroa ilmakehään siirtyneen hiilimäärän osalta ajan funktiona: suora poltto tai luonnollinen hajoaminen. Oksien hajoaminen metsään jätettynä tapahtuisi suomalaisen Yasso mallin mukaan alussa nopeammin (puoliintuminen kuudessa vuodessa T½=6) kuin ruotsalaisten Q mallia käyttäen (T½=9) mutta aikajakso, jonka jälkeen 75 % biomassasta olisi hajonnut onkin ruotsalaismallin mukaan lyhyempi (T¾=15 kun suomalaismalli ennustaa T¾=25). Kantojen osalta mallilaskelmat eroavat jo alussa toiseen suuntaan: ruotsalaisten Q malli arvioi kantobiomassan hajoavan nopeammin (T½= 25, T¾=40) kuin suomalaisten Yasso malli (T½=30, T¾=100). Koska fossiilinen hiili olisi pysynyt hajoamatta maan uumenissa kuvataan tämä vertailutilanne suoralla viivalla (93,0 g CO2/MJ hiili ). Hajoamismallilaskelmat ennustavat, että kaikista biomassaeristä olisi metsään jätettynä ollut vielä hieman jäljellä (eli hiiltä sitoutuneena), ja siksi käyrät eivät saavuta nolla akselia vielä tässä käytettynä tarkastelujaksona, 100 vuoden aikana. Kuvassa 1b. on esitetty a tapauksen kumulatiiviset päästöt olettaen, että polttoaineiden käyttö on joka vuosi sama, 1 PJ vuodessa. Hiilen osalta viiva on edelleen suora (verrataan tilanteeseen jossa hiili olisi jätetty maaperään). Metsäpolttoaineiden osalta ero hiileen on ajan myötä sitä isompi mitä nopeammin biomassa olisi vastaavasti (referenssitilassa) hajonnut luonnossa. Kuvan 1c käyrien laskemisessa lähdetään a tapauksen tiedoista mutta liitetään mukaan IPCC:n mallien oletukset, jotka ennustavat miten nopeasti ilmakehään vapautunut hiilidioksidi poistuu ilmakehästä mm. valtameriin. Käyrät kuvaavat muutokset ilmakehän säteilytasapainossa ajan funktiona. Kuvassa 1d on esitetty c tapauksen kumulatiiviset säteilypakotevaikutukset olettaen, että polttoaineiden käyttö on joka vuosi sama, 1 PJ vuodessa. Kuvassa 1e arvioidaan a tapauksen päästöjen vaikutus ilmakehän lämpötilaan ajan funktiona. Tässä kuvassa näkyy ilmastojärjestelmän hitaus eli päästöt näkyvät lämpötilamuutoksena vasta muutaman vuoden viiveellä. Kuvassa 1f on esitetty e tapauksen kumulatiiviset lämpötilamuutokset olettaen, että polttoaineiden käyttö on joka vuosi sama, 1 PJ vuodessa. 8
Kuva 1. Arvio metsäbiomassan energiakäytön hiilineutraalisuudesta ajan funktiona. Raportista Zetterberg, L. and Chen, D. (2011a), figure 8. Tutkimuksessa arvioitiin myös peltobiomassan hiilineutraalisuutta yhden esimerkin avulla. Kuvassa 2 on periaatteellisella tasolla arvioitu energiakäyttötarkoituksiin viljellyn pajun hiilidioksidipäästöjä hiileen verrattuna. Tarkastelussa on käytetty 1 ha maapinta alaa ja referenssitilana maaperään sitoutuneen hiilen osalta tavanomaista peltoviljelyä. Koska on 9
odotettavissa, että pajun viljely kasvattaa maaperään sitoutunutta hiilimäärää, saadaan tulokseksi, että ilmastovaikutus on negatiivinen (eli hiiltä sitoutuu nettomääräisesti kun siirrytään viljelemään energiapajua). Kuva 2 vastaa periaatteessa metsäpolttoaineelle esitettyä kuvaa 1b mutta korostettakoon, että kuvat eivät ole vertailukelpoisia keskenään, koska laskelmissa käytetyt referenssitilat ja laskentaperiaatteet ovat olleet erilaiset samoin kuin laskentayksikkö jossa tulos esitetään. Kuva 2. Arvio pajun hiilineutralisuudesta hiileen verrattuna. Raportista Zetterberg, L. and Chen, D. (2011a), figure 9a. 5 Tulosten tarkastelu Tässä tutkimuksessa on metsäpolttoaineiden osalta tarkasteltu, miten nopeasti metsätähteet hajoaisivat metsään jätettyinä, ja verrattu tätä tilanteeseen, jossa sitoutunut hiili vapautetaan heti polton yhteydessä. Tarkastelussa on huomioitu ilmakehään vapautuneen hiilidioksidin sitoutuminen ajan myötä mm. valtameriin. Sitä, miten nopeasti biomassa kasvaa takaisin palstalla ja voitaisiinko tätä jollakin tavalla mahdollisesti edistää, ei ole laskelmissa huomioitu. Peltobiomassan osalta (paju) on tarkastelu tehty jossakin määrin eri periaatteita käyttäen kuin metsäbiomassalle. On oletettu, että maankäyttötapa muuttuu eli siirrytään viljanviljelystä pajuviljelyyn ja että maahan sitoutunut hiilimäärä (mm. juurikasvustossa ja putoavien lehtien humusta kasvattava vaikutus) tätä myötä kasvaa. Olisi ollut loogisempaa (ja tasapuolisempaa) valita tarkastelun kohteeksi esim. perinteisessä viljanviljelyssäsyntyvä sivujae ja sen käyttö (jätetäänkö maatumaan vai käytetäänkö polttoaineena). Tämä olisi jossakin määrin muuttanut tuloksia peltobiomassan osalta (oljen poltto johtanee myös hiilidioksidin nettopäästöihin). Laskelmien päätuloksien todetaan olevan hyvin linjassa aiemmin tehtyjen havaintojen kanssa. Tämä onkin luonnollista, koska mitään uutta mullistavaa tietoa mm. biomassan hajoamisnopeudesta ei ole tässä tutkimuksessa esitetty ja tarkasteluperiaatteina on käytetty jo aiemmin vakiintuneita käytäntöjä. Tutkimusraportissa puhutaan muutamassa kohdassa hieman harhaanjohtavasti takaisinsitoutumisnopeudesta, vaikka tätä ulottuvuutta ei ole esim. 10
metsäbiomassaan liittyvissä hiilen taselaskelmissa (siis metsässä) tiettävästi sisällytetty. Tässä kirjoittaja tarkoittanee IPCC:n hiilenkiertomalleja, joissa oletetaan ilmakehään vapautuneen hiilen sitoutumista ajan myötä mm. valtameriin, sedimentteihin jne. Tarkastelujakson pituudella todetaan saatuja tuloksia tarkasteltaessa olevan suuri merkitys, taulukko 1. Jos valitaan tarkastelujaksoksi esim. 20 vuotta niin metsähakkeen päästökertoimeksi voitaisiin esittää 15 27 g CO 2 /MJ pa ; jos taas tarkastelujaksoksi valittaisiin 100 vuotta, niin päästökerroin olisi enää hyvin matala, 2 5 g CO 2 /MJ pa. Taulukosta nähdään myös, että luonnossa hitaasti hajoavalle biomassalle, kuten kannoille olisivat laskelmien pohjalta esitetyt päästökertoimet vastaavasti suurempia. Laskelmissa on metsäpolttoaineiden polton päästökertoimena käytetty 95,0 g CO 2 /MJ pa (vrt. Suomen tilastokeskuksen esittämä yleinen luku biomassalle, 109,6 g CO 2 /MJ pa ). Taulukko 1. Arvio metsätähteiden hiilidioksidipäästön päästökertoimista 1 MJ suuruisen kertaluontoisen polttoainemäärän ja 1PJ suuruisen vuosittaisen polttoainemäärän jatkuvasta käytöstä. (Zetterberg & Chen 2011b, mukailtu). AKKUMULOITUJA PÄÄSTÖJÄ (muutokset sitoutuneessa hiilimäärässä) 1 MJ suuruisen polttoainemäärän käyttö tarkastelujakson alussa t=0 20 vuotta g CO 2 /MJ pa 100 vuotta g CO 2 /MJ pa 1PJ suuruisen vuosittaisen polttoainemäärän jatkuva käyttö 20 vuotta Mt CO 2 100 vuotta Mt CO 2 Oksat ja latvukset 15 27 2 5 0,9 1,0 1,4 1,9 Kanto 57 58 3 25 1,6 2,8 4,3 Hiili 93 93 2,0 9,3 Referenssitilan valinnalla (eli sillä, mihin tilanteeseen verrataan) on suuri merkitys tällaisten laskelmien lopputulosten kannalta. Raportin loppuosassa on esitetty perusteltua pohdintaa, joka siirtää hiilikeskustelun ylemmälle, maakäyttömuotojen vertailun tasolle, Kuva 3. Ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden kannalta lienee kaikkein tärkeintä, että keskimääräinen sidottu hiilimäärä per tarkasteltava pinta ala pyritään kasvattamaan mahdollisimman suureksi. 6 Loppukommentteja Ruotsalaistutkijoiden tekemä selvitys tuo tehtyjen rajausten takia aika vähän uusia eväitä kiinteiden biopolttoaineiden hiilineutraalisuuskeskusteluun. Samantyyppisiä laskelmia ja tuloksia on esitetty jo aiemmin. Tämän raportoidun tutkimuksen tutkimussuunnitelma sisälsi paljon hienoja, mutta ehkä näin pieneen hankkeeseen liian haastavia tutkimuskysymyksiä, joihin ei saatu vastausta koska varsin paljon siitä, mitä pohdittiin matkan varrella, rajautuikin pois. Referenssitilan valinnalla (eli mihin tilanteeseen verrataan) on suuri merkitys tällaisten laskelmien lopputulosten kannalta. Tutkijapiireissä on esitetty, että 100 vuoden tarkastelujaksot ovat metsämaan osalta jopa liian lyhyitä. Pienehköjä muutoksia metsämaan hiilitaseissa lienee myös haastavaa mittauksin todeta. 11
Kuva 3. Periaatekuva eri maakäyttömuotojen vaikutuksesta sidotun hiilen määrään. Kuvassa on arvioitu, että noin 30 v jälkeen peltomaan metsityksestä (kuusi) metsitettyyn alaan on sidottu enemmän hiiltä kuin esim. pajunviljelyalueeseen ja ero kasvaa metsän eduksi yli kaksinkertaiseksi seuraavien 50 v aikana. (Ågren et al. 2010, mukailtu) Hankkeen aikana käydyissä keskusteluissa pohdittiin, mistä erot tutkijoiden kantobiomassalaskelmissa johtuvat. Selvisi, että suomalaistutkijoiden käyttämän Yasso mallin ja ruotsalaistutkijoiden Q mallin tulosten välinen suurin ero lienee valitussa tarkastelutavassa (systeemirajassa) sen suhteen, onko kanto hajonnut kun se on fyysisesti hajonnut vai vasta silloin kuin kannosta vapautunut hiilihippunen on muuttunut hiilidioksidiksi ilmakehässä. Suomalaismalli käyttää tätä myöhempää ajattelutapaa, ja siksi kanto näyttääkin sillä tehdyissä laskelmissa hajoavan hitaammin kuin ruotsalaisten tutkimuksissa. Bioenergian ilmastoneutraalisuutta voidaan tutkimuksissa lähestyä usean eri osatekijän kautta. Hyvien laskentaperiaatteiden ja käytäntöjen luomiseksi pitäisi periaatteessa laskea läpi hyvin paljon vaihtoehtoja ja sitten yhdessä sopia, mitkä ovat biopolttoaineille suositeltavat laskentaperiaatteet. Tässä tutkimuksessa kuvissa 1b f kuvatut laskelmat eivät välttämättä antaneet mitään lisäarvoa kuvassa 1a esitettyyn tietoon verrattuna. Päästölaskentaperiaatteiden pohdinta eri biomassojen ja referenssitilojen pohjalta olisi voinut tuoda hiilineutraalisuuskeskusteluun jotakin uutta, ja laskelmia olisikin syytä tältä pohjalta jatkaa ja laajentaa: voidaan olettaa, kuten tässä tutkimuksessa tehtiin, että mitä kauemmin polttoaineena käytetty biomassa olisi metsään jätettynä toiminut hiilivarastona, sitä suurempi on biomassajakeen energiakäytön ilmastovaikutus laskelmiin voidaan sisällyttää myös arvioita biomassan uusiutumisnopeudesta ja olettaa, että mitä hitaammin vapautunut hiilidioksidi sitoutuu takaisin kasvavaan biomassaan, sitä suurempi on ilmastovaikutus (tämä periaate ei sisältynyt nyt tehtyihin laskelmiin) voidaan olettaa, että mitä suurempi on tuotantoketjussa tarvittava (fossiilinen) energiamäärä, sitä merkittävämpi on tuotetun polttoaineen ilmastovaikutus. 12
laskelmiin voidaan sisällyttää muita kasvihuonekaasupäästöjä kuin hiilidioksidi, erityisesti metaani (CH 4 ) ja typpioksiduuli (N 2 O) yksittäisen alueen vaikutuksia arvioitaessa voidaan laskelmat aloittaa joko biomassan (uudelleen)kasvattamisella tai hyödyntämisellä. Nämä eri aikaa kiertoa aloitetut laskelmat näyttävät hiilitaseen kannalta hyvin erilaiselta. Yksittäisen alueen sijaan voidaan systeemirajaa laajentaa niin, että tarkastelu sisältää tasapuolisesti biomassan kasvatuksen ja hyödyntämisen kaikki vaiheet. Tämä onkin mainio tapa eliminoida laskelmien aloittamisen ajankohdan vaikutukset. tulevaisuudessa, biomassatarpeen kasvaessa, lienee tärkeä myös maksimoida hehtaarisato tietyllä aikavälillä. Miten tämä parametri arvotetaan esim. tiettyyn alueeseen sidotun hiilimäärän maksimointiin nähden? miltä osin tulisi laskelmissa huomioidaan myös välillisiä vaikutuksia eli esim. järjestelmien dynamiikka? voidaanko hyväksyä, että kantojen tai muun biomassan energiakäytön mahdollisesti aiheuttama hiilivaje referenssitilaan nähden sallitaankin kompensoitavaksi muilla toimenpiteillä? Miten laskelmia tulisi kehittää että niissä voitaisiin huomioida myös muuttuvia metsän kasvatustapoja (lyhyempi kierto, uusi jako tuotteiden välillä sellu lankku energia?) Onko oikein tarkastella vain yhtä jaetta ja käyttömuotoa erikseen, vai pitäisikö metsän hyödyntämistä tarkastella kokonaisuutena? Jos kantobiomassaa tarvittaisiinkin sellutuotantoon kyseenalaistaisiko kukaan silloin sen käyttöönottoa? Toisaalta jos haluamme rajoittaa jonkun biomassajakeen tässä tapauksessa kantojen käyttöä, miten perustellaan missä kohta puussa kanto alkaa ilmastonmuutoksen torjunnan kannalta (lyhyellä aikavälillä) voisi olla parempi, että kanto alkaisi nykyistä esim. metriä korkeammalta tai että kokonaiset puut jopa kaadettaisiin hyödyntämättä suoraan suohon kasvattamaan hiilivarastoa. aiheuttaako fossiilisen hiilen siirtyminen meriin sellaisia pitkän aikavälin muutoksia (esim merien lämpötilan ja happamuustason nousu), jotka muuttavat nykyisiä oletuksia fossiilisen hiilen sitoutumisnopeudesta (tai aiheuttavat muita ympäristökatastrofeja)? Voidaanko olla varmoja, että nykyään käytetyt IPCC:n mallit pitävät siltä osin edes paikkaansa tulevaisuudessa voiko jopa meriin tai muihin nieluihin jo sitoutunut hiili jopa vapautua takaisin? Biomassojen käyttömuodosta riippumatta lienee ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden kasvun torjumiseksi kaikkein tärkeintä, että keskimääräistä sidottua hiilimäärää per tarkasteltava pintaala pyritään kasvattamaan. Jos tarkastelualueeksi valitaan esim. Suomi, niin keskustelu siirtyykin sellaisiin kysymyksiin, kuten pitäisikö peltomaata metsittää ja voidaanko esim. metsän kiertoaikoja, metsähoitosuosituksia ja kasvatettavia puulajeja muuttamalla lisätä tätä kasvavaan biomassaan ja maaperään sidottua hiilimäärää. 13