Source: http://docplayer.fi/4145988-Wp-2-1-b-d2-1-5-biomassan-kestavan-kayton-uusia-liiketoimintamahdollisuuksia-keski-suomessa.html
Timestamp: 2018-05-22 22:10:19+00:00
Document Index: 10548071

Matched Legal Cases: ['kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ']

WP 2.1 b (D2.1.5) Biomassan kestävän käytön uusia liiketoimintamahdollisuuksia Keski-Suomessa - PDF
WP 2.1 b (D2.1.5) Biomassan kestävän käytön uusia liiketoimintamahdollisuuksia Keski-Suomessa
Download "WP 2.1 b (D2.1.5) Biomassan kestävän käytön uusia liiketoimintamahdollisuuksia Keski-Suomessa"
1 Regions in the field of Sustainable Use of Biomass Sources [Central Finland] Project WP 2.1 b (D2.1.5) Biomassan kestävän käytön uusia liiketoimintamahdollisuuksia Keski-Suomessa Lauri Penttinen Benet Oy Julkinen Syksy
2 Sisällys ALKUSANAT JOHDANTO PERUSTIETOA KESKI-SUOMESTA ELINKEINORAKENNE JA YRITYSTOIMINTA KESKI-SUOMESSA SELVITYKSEN TAVOITE JA MENETELMÄT BIOMASSAN KÄYTTÖ JA LIIKETOIMINTA KESKI-SUOMESSA BIOMASSAT SUORAAN LUONNOSTA Metsävarat Metsäteollisuuden ainespuu Metsähake Turve Peltobiomassat BIOMASSAVIRRAT SIVUTUOTTEISTA JA JÄTTEISTÄ Teollisuuden sivuvirrat Maatalouden sivuvirrat Yhdyskuntajätteet UUDET LIIKETOIMINTAMAHDOLLISUUDET JA TUOTTEET PUUN MONET MAHDOLLISUUDET ENERGIA- JA POLTTOAINETUOTTEET Nestemäiset biopolttoaineet Kiinteät biopolttoaineet Energiantuotanto BIOPOHJAISET MATERIAALIT BIOPOHJAISET KEMIKAALIT MAHDOLLISUUDET KESKI-SUOMESSA MAHDOLLISUUKSIEN RAJOITTEITA ENERGIA JA POLTTOAINEET Nestemäiset polttoaineet Kiinteät biomassapolttoaineet Energiantuotanto MATERIAALIT KEMIKAALIT BIOMASSAN KÄYTÖN KESTÄVYYS YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET LÄHTEET LIITE
3 The sole responsibility for the content of this report lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the European Communities. The European Commission is not responsible for any use that maybe made of the information contained therein. 2
4 Alkusanat BIOCLUS eli Biomassavarojen kestävä käyttö -hanke toteutetaan vuosina Hanke kuuluu Euroopan Unionin 7. puiteohjelman Regions of Knowledge -ohjelmaan. Hanke vahvistaa yritysten, viranomaisten sekä tutkimus- ja koulutuslaitosten yhteistyötä, joka liittyy biomassavarojen käytön tutkimus-, kehitys- ja innovaatiotoimintaan. Kansainvälisessä hankkeessa on mukana viisi eurooppalaista klusterialuetta, joista jokaiselta on mukana ainakin yritysosapuoli, viranomaistaho ja tutkimuslaitos. Jyväskylän ammattikorkeakoulun koordinoimassa hankkeessa Keski-Suomesta ovat mukana Keski-Suomen liitto, Jyväskylä Innovation, Benet Oy, Jyväskylän yliopisto sekä VTT. Hanke alkoi joulukuussa 2009 ja kestää kolme vuotta. Hankkeen kokonaisbudjetti on noin 3,6 M, josta Keski-Suomen osuus on 1,5 M. EU tukee hanketta 3 M :lla. Tämän selvityksen on laatinut Benet Oy kevään ja syksyn 2010 aikana osana BIOCLUS-hanketta. Selvityksessä tarkastellaan biomassaan perustuvia uusia ja vahvistuvia liiketoimintamahdollisuuksia projektin suomalaisella klusterialueella Keski-Suomen maakunnassa. Työssä keskitytään erityisesti puupohjaisiin, pitkälti metsäteollisuudessa tuotettaviin tuotteisiin, sekä nykyisin huonosti hyödynnettyihin biomassapohjaisiin sivuvirtoihin ja jätteisiin. Työn ohjauksesta vastasi projektin suomalainen partneriryhmä, joka vastasi työn tavoitteiden tarkemmasta määrittelystä. 1 Johdanto 1.1 Perustietoa Keski-Suomesta Keski-Suomen maakunnan pinta-ala on noin km2, mikä on noin 5,5 % Suomen pintaalasta. Maakunnan väkiluku on noin asukasta, mikä vastaa noin 5 % Suomen väestöstä. Maakunta muodostuu 23 kunnasta ja kuudesta seutukunnasta (Kuva 1). Kolme suurinta kuntaa ovat väkiluvussa mitattuna Jyväskylä, Jämsä ja Äänekoski. Bruttokansantuote asukasta kohti on Keski-Suomessa 82 % koko maan keskiarvosta. Keski-Suomi kuuluu maakuntiin, joissa väestömäärä lisääntyy vuosittain, mutta väestöennusteen mukaan Keski-Suomen väestömäärä ei ylitä asukasta vuoteen 2030 mennessä. Väestön määrän ennustetaan kääntyvän laskuun vuoden 2025 tienoilla. Samalla aikavälillä väestön ennustetaan ikääntyvän (Kuva 2). 3
5 Kuva 1. Keski-Suomen kunnat Kuva 2. Keski-Suomen maakunnan väestöennuste vuoteen Työikäisten osuus tulee vähenemään ja huoltosuhde heikkenee. Lähde: tilastokeskus (2010). 1.2 Elinkeinorakenne ja yritystoiminta Keski-Suomessa Teollisuuden merkitys Keski-Suomen elinkeinotoiminnassa on merkittävä. Sen osuus maakunnan työllisyydestä on viidennes, mutta tuotannon arvonlisäyksestä selvästi korkeampi. 4
6 Teollisuuden osuus työllisistä on Keski-Suomessa suurempi kuin koko maassa. Keski-Suomen vahvimmat erikoistumisalat ovat paperiteollisuus, puutuoteteollisuus, metsätalous sekä koneja laiteteollisuus. Keski-Suomi on erityisesti metsäteollisuuden vahvaa aluetta. Myös koneiden ja laitteiden valmistus ja muu metalliteollisuus ovat Keski-Suomessa kytkeytyneet vahvasti metsäteollisuuteen. Keski-Suomen nouseviksi teollisuudenaloiksi nähdään energia (erityisesti bioenergia), ympäristö, hyvinvointi, sekä informaatio-, komposiitti- ja nanoteknologia. Alue on myös merkittävä bioenergian ja metsäteollisuuden tutkimus- ja koulutuskeskittymä. Kuvassa 3 kuvataan työpaikkoja toimialoittain sekä Keski-Suomen vahvimmat erikoistumisalat. (Keski-Suomen Aikajana 1/2010). 5
7 Kuva 3. Työllistyminen toimialoittain sekä vahvimmat erikoistumisalat Keski-Suomessa. Maakunnan elinkeinorakenteessa on tapahtumassa selkeä siirtymä. Alkutuotannosta vähenee huomattavasti työpaikkoja useilla Keski-Suomen seuduilla. Muutos on ollut kansallisestikin merkittävä. Myös teollisuuden suhteellinen osuus laskee. Palvelualojen työpaikat sitä vastoin lisääntyvät. (Keski-Suomen liiton tiedote 1/2010). Myös väestörakenteen muutos ja työvoiman riittävyys ovat haasteita. Väestö ikääntyy ja työikäisten määrä vähenee kaikilla seuduilla paitsi maakuntakeskuksessa. Keski-Suomen kehitys on ollut viime vuosina myönteistä työllisyydessä, taloudessa ja väestön kehityksessä. Viime vuosina kasvu on ollut Jyväskylän seudulla maamme kärkeä. Useiden maakuntien tapaan maakunnan sisäinen seudullinen kehitys on kaksijakoista: maakunnan keskusalue menestyy ja menestys ruokkii itseään, kun taas maaseutualueet kehittyvät heikosti ja väestön vähentyminen heikentää seutujen elinkeinotoiminnan perusteita. (Keski-Suomen liiton tiedote 1/2010). 2 Selvityksen tavoite ja menetelmät Tämän Benet Oy:n laatiman selvityksen tavoitteena on tutkia biomassan käyttöön perustuvia uusia ja vahvistuvia liiketoimintamahdollisuuksia projektin suomalaisella klusterialueella (Keski- Suomen maakunta). Erityisesti mielenkiinnon kohteena ovat merkittävyytensä takia puupohjaiset biomassat sekä nykyisellään huonosti hyödynnetyt biomassapohjaiset jäte- ja sivuvirrat. Kuvassa 3 esitetään biomassaraaka-aineiden ja niistä valmistettavien lopputuotteiden arvoketjuja sekä näihin liittyvät, BIOCLUS -projektin WP2:ssa toteutettavat toimintaympäristön selvitykset. Tarkastelun lähtökohtana on, että se ei rajaudu vain Keski- Suomen maakunnasta löytyviin toimijoihin ja T&K -pohjaan, vaan tarkastelee mahdollisuuksia laajemmin ja pyrkii selvittämään edellytyksiä näiden realisoitumiselle maakunnassa. Lisäksi 6
8 kiinnitetään huomiota niihin edellytyksiin, joita vaaditaan että kyseinen liiketoiminta ja tuotanto lähtisivät maakunnassa käytännössä kehittymään, sekä tarkastellaan verkostoitumismahdollisuuksia toisten alueiden kanssa. Selvityksen tiedot perustuvat olemassa oleviin kirjallisiin lähteisiin, sekä työn yhteydessä tehtyihin haastatteluihin ja kyselyihin. Lisäksi selvityksen tiedonhankintaan järjestettiin työpaja, jossa pohdittiin mahdollisia uusia biomassapohjaisia tuotteita ja liiketoiminnan kehityssuuntia. Työpajaan osallistuivat hankkeen suomalaiset projektipartnerit sekä kutsutut biomassa- ja liiketoiminta-asiantuntijat. Käytettävien biomassavarojen ja niiden nykykäytön osalta selvitys perustuu VTT:n ja JAMK:n laatimaan BIOCLUS-projektin raporttiin Keski-Suomen biomassavarat, tuotanto, käyttö, jalostus ja logistiikka - nykytilan analysointi (WP2.1 b ja c). Kestävää kehitystä koskevassa luvussa lähteenä on käytetty Keski-Suomen liiton laatimaa BIOCLUS-projektin raporttia Biomassavarojen käytön ohjauskeinot Keski-Suomessa (WP2.1 f). Tässä raportissa käydään läpi ensin Keski-Suomen maakunnan ja sen elinkeinotoiminnan perustietoja (luku 1). Tämän jälkeen tarkastellaan maakunnan suoraan luonnosta ja sivuvirroista saatavia biomassavaroja sekä näiden nykykäyttöä ja siihen liittyvää liiketoimintaa (luku 3, perustuen VTT:n ja JAMK:n raporttiin). Luvussa 4 tarkastellaan yleisellä tasolla uusien biomassoihin perustuvien tuotteiden liiketoimintamahdollisuuksia, jonka jälkeen luvussa 5 tutkitaan Keski-Suomen mahdollisuuksia näiden uusien tuotteiden liiketoiminnassa. Kuva 4. Biomassan tuotanto jalostus käyttöketjun osien tarkastelu Keski Suomessa BIOCLUS - projektin näkymän mukaisesti (VTT). 7
9 3 Biomassan käyttö ja liiketoiminta Keski-Suomessa Tässä luvussa tarkastellaan biomassan nykykäyttöä ja siihen liittyvää liiketoimintaa Keski- Suomessa. Liiketoiminnan osalta tarkastelu on rajattu luonnollisesti vain niihin biomassavirtoihin joissa mainittavaa liiketoimintaa esiintyy. Siten esimerkiksi sivuvirrat ja jätteet joissa ei varsinaisesti löydy liiketoimintaa on rajattu tarkastelun ulkopuolelle, eikä myöskään näiden työllisyysvaikutuksia määritellä. Lisäksi perinteinen maatalous on jätetty liiketoiminnan tarkastelun ulkopuolelle. Elintarviketeollisuuden jätteiden ja sivuvirtojen volyymit ovat suhteellisesti hyvin pieniä, joten niitä ei tässä ole tarkasteltu tarkemmin (taulukko 1). Nykyinen biomassaa käyttävä teollinen liiketoiminta Keski-Suomessa perustuu merkittävimmin puupohjaisten biomassojen käyttöön metsäteollisuudessa ja energiantuotannossa. Myös elintarviketeollisuudessa käytetään biomassaa. Kemiallisen metsäteollisuuden päätuotteita Keski-Suomessa ovat paperi, kartonki ja sellu. Mekaanisen metsäteollisuuden päätuotteita ovat vaneri, sahatavara ja hirsitalot. Energiantuotanto taas perustuu pitkälti suoraan polttoon, jossa puubiomassojen ohella myös turve on keskeinen polttoaine. Metsäteollisuuden liikevaihto perustuu paperiteollisuuden osalta UPM Jämsänjokilaakson tehtaiden ja Metsä Botnian Äänekosken tehtaiden varaan. Taulukossa 1 esitetään tietoa Keski-Suomen merkittävimmistä biomassoja käyttävistä teollisuudenaloista. Taulukko 1. Tietoa Keski-Suomen teollisuudenaloista vuonna 2007 (Alakangas et. al. 2010) 8
11 3.1 Biomassat suoraan luonnosta Kuva 4. Suoraan luonnosta tulevien biomassojen tuotanto (Alakangas et. al. 2010) 10
12 3.1.1 Metsävarat Keski-Suomen metsävarat sekä kasvu- ja hakkuumäärät on esitetty taulukossa 2. Taulukko 2. Keski-Suomen metsävarat kiintokuutiometreinä (Keski-Suomen metsäkeskus). Metsämaa ha Puuston tilavuus 1000 m Puuston vuotuinen kasvu 1000 m 3 /a 8334 Markkinahakkuut 1000 m 3 /a 4813 Suojellut metsät ha Raakapuun kokonaiskäyttö 1000 m 3 /a 5773 Keski-Suomen energiapuuvaroja on arvioitu eri lähteissä (Keski-Suomen metsäkeskus, Metsäntutkimuslaitos, Metsäteho ja Pöyry) ja arviot vaihtelevat välillä 2,9-3,8 TWh. Muun muassa Metsätehon ja Pöyryn 2009 tekemän selvityksen mukaan energiapuuvarojen teknisekologinen potentiaali (3,8 TWh) potentiaali jakaantuu hakkuutähteeseen 1,1-1,3 TWh, kantoihin 1,3-1,6 TWh ja pienpuun 0,9-1,4 TWh. Kokonaisuudessaan teoreettinen puuenergian hankintapotentiaali (hakkuutähteet, kannot, pienpuu) on arvion mukaan 7,6-8,6 TWh (Metsäteho ja Pöyry). (Alakangas et. al ) Puubiomassojen kokonaiskäyttö on Keski-Suomessa luokkaa 5,4-5,8 milj. k-m 3. Tästä menee kuitupuuksi noin 2,5 milj. k-m 3, tukkipuuksi 2,2 milj. k-m 3 ja energiapuuksi 1,14 milj. k-m 3. Taulukon 2 mukaan Keski-Suomen metsien puuston vuotuinen kasvu ylittää selvästi puun kokonaiskäytön. Vuotuinen puun käyttö on ollut keskimäärin alle 70 % vuotuisesta kasvusta, joten puuston käyttöä voidaan periaatteessa kasvattaa selvästi lisää niin että se tapahtuu kestävästi. (Alakangas et. al. 2010) Metsäteollisuuden ainespuu Kuitupuun käyttö ja liiketoiminta Raakakuitupuun eli jalostamattoman puutavaran kokonaiskäyttömäärä oli Keski Suomen massa- ja paperi teollisuudessa 2,97 miljoonaa kiintokuutiometriä vuonna 2009, josta kotimaista puuta oli 2,89 miljoonaa kiintokuutiometriä (Metsätilastollinen vuosikirja 2009). Keski Suomen ulkopuolelta raakapuuta kemiallisen metsäteollisuuteen tulee 0,4 0,5 miljoonaa kiintokuutiometriä, josta ulkomailta tuotua on 0,085 miljoonaa kiintokuutiometriä. Käytetyn kuitupuun arvo kuitupuun hinnoilla /m3 arvioituna oli noin miljoonaa. Kuitupuun hakkuu, metsäkuljetus ja kaukokuljetus työllistävät Keski Suomessa nykyisillä hakkuumäärillä noin 310 henkilötyövuotta. Massa- ja paperiteollisuuden tuotannon bruttoarvo vuonna 2007 oli 1 660,5 miljoonaa, josta tuotannon jalostusarvo oli 403,8 miljoonaa. Toimiala työllisti 584 toimihenkilöä ja 2091 työntekijää. Tukkipuun käyttö ja liiketoiminta Tukkipuuta hakattiin Keski Suomessa vuonna 2008 yhteensä 2,19 miljoonaa kiintokuutiometriä. (Metsätilastotiedote 2009). Keski Suomen metsäteollisuus käytti tukkipuuta 2,28 miljoonaa 11
13 kiintokuutiometriä vuonna 2008 (Metsätilastollinen vuosikirja). Käytetyn tukkipuun arvo hinnalla 45 /m3 arvioituna oli noin 98,6 miljoonaa. Tukkipuun hakkuun, metsäkuljetus ja kaukokuljetus työllistävät Keski-Suomessa noin 120 henkilötyövuotta. Tukkipuuta käyttävän mekaanisen metsäteollisuuden tuotannon bruttoarvo vuonna 2007 oli noin 582,8 miljoonaa, josta tuotannon jalostusarvo oli noin 167,5 miljoonaa. Toimiala työllisti 379 toimihenkilöä ja noin 2200 työntekijää Metsähake Metsähakkeen tuotanto ja energiakäyttö ovat keskeinen osa keskisuomalaista biomassaliiketoimintaa. Vuonna 2008 metsähaketta käytettiin Keski Suomessa yhteensä noin 1,58 miljoonaa irtokuutiometriä (1,26 TWh). Metsähakkeen määrä sisältää pienpuusta, hakkuutähteestä ja kannoista tuotetun hakkeen tai murskeen. Näitä puuraaka aineita korjattiin Keski Suomessa vuonna 2008 yhteensä 1,65 irtokuutiometriä (0,66 miljoonaa kiintokuutiometriä). (Pelli 2010.) Laskennallisesti Keski Suomessa tuotetaan metsähaketta hieman enemmän kuin käytetään. Vuoden 2009 arvioitu käyttö on noin 1,88 miljoonaa irtokuutiometriä (1,5 TWh). Kuvassa 5 on esitetty metsähakkeen käytön kehitys Keski-Suomessa. Suuri osa metsähakkeen hankinnasta on nykyisin sidoksissa ainespuun hankintaan, sillä hakkuutähteet ja kannot kerätään ainespuun hankinnan yhteydessä. Tulevaisuudessa kuitenkin yli puolet metsähakkeesta on arvioitu tulevan harvennuspuusta. (Pelli 2010). Kuva 5. Metsähakkeen käytön kehitys (kiinto-m3) (Pelli 2010). Metsähakeliiketoiminnassa mukana olevien toimijoiden kirjo on laaja. Samojakin vaiheita suorittavat toimijat ovat erilaisia niin liiketoiminnan koostumuksen kuin koon osalta. Osalle toimijoista metsähake on päätoimiala ja toisille yksi monista toimialoista, usein vielä 12
14 liikevaihdollisesti pieni osa. Liiketoiminnassa mukana olevien toimijoiden erilaisuuden lisäksi toimitusketjujen laaja valikoima lisää kentän heterogeenisyyttä. Parasta ketjua ei ole, vaan toimitusketjujen käyttö vaihtelee tilannekohtaisesti ja kenttä pysynee monimuotoisena. Perusperiaate toimitusketjuista on esitetty kuvassa 6. (Pelli 2010.) Kuva 6. Metsähakkeen hankintaketjujen periaate (Pelli 2010) Kuvassa 7 kuvataan metsähakkeen tuotannon liiketoimintaa erilaisten arvoketjujen kautta (Pelli 2010). Raaka-aineostot on merkitty paksuilla nuolilla ja palveluiden ostot ohuilla nuolilla. Raakaaineen omistajuuden vaihtuminen on merkitty katkoviivalla ja muiden kuin metsänomistajien raaka-aineen hallintaa on pyritty korostamaan keltaisin ja oranssein sävyin. Raaka-aineen omistajuudella on tärkeä merkitys, koska raaka-aineen omistaja päättää minne materiaalit ohjataan ja miten materiaalia käsitellään. 13
15 Kuva 7. Metsähakkeen tuotannon arvoketjuja (Pelli 2010) Keski-Suomessa vuonna 2009 käytettyä metsähakemäärää vastaavan raaka-aineen korjuu, kuljetus ja haketus työllistävät suoraan noin htv ja välillisesti htv. Lisäksi työllisyysvaikutuksia syntyy lämmön- ja sähköntuotannossa laitoksissa (taulukko 3). 14
16 Taulukko 3. Metsähakkeen nykyisen käytön (1,5 TWh) arvioidut työllisyysvaikutukset (Pelli 2010) käyttö (1,5 TWh) Työllisyysvaikutukset htv (1) Työllisyysvaikutukset htv (2) Suorat Välilliset Sähkön- ja lämmöntuotanto (* Sähkön- ja lämmöntuotannon välilliset (** Yhteensä Metsähakkeen tuotannon liikevaihto nykyisellä noin 1,5 TWh käytöllä on arviolta n. 26,97 miljoonaa. Vastaavasti metsähakkeesta Keski-Suomessa tuotetun energian arvo on vuoden 2009 käyttömäärän ja maakunnan tuotantojakauman (Keski-Suomen energiatase 2008) mukaan arvioituna noin 61,9 miljoonaa. (Pelli 2010.) Taulukko 4. Arvio metsähakkeesta tuotetun energian arvosta (Pelli 2010). Energiantuotanto MWh Liikevaihto ( ) Nykyinen polttoainekäyttö Tuotettu sähköä Tuotettu lämpöä Yhteensä Turve Turvevarat Keski-Suomen suopinta-ala on noin ha (Metla: Metsätilastollinen vuosikirja 2008). Näistä turvetuotantoon kelpaaviksi alueiksi on arvioitu olevan runsaat ha, joiden sisältämä turvemäärä on runsaat 1100 milj. m3 ja arvioitu yhteenlaskettu energiamäärä noin 560 TWh. (GTK; Suomen turvevarat 2000). Keski-Suomessa suurimmat turvevarat ovat Karstulassa, Pihtiputaalla, Kyyjärvellä, Multialla ja Keuruulla, eli maakunnan länsi- ja pohjoisosissa. (Alakangas et. al. 2010) Turpeen käyttö ja liiketoiminta Turvetta kerätään luonnosta energia- ja ympäristöturvekäyttöön, joista merkittävin liiketoiminta on energiaturpeen käytössä. Pellin (2010) mukaan Keski-Suomessa energiana tuotetaan mitattuna jyrsinturvetta 1560 GWh ja palaturvetta 120 GWh. Ympäristöturpeen 15
17 tuotanto on noin 0,12 milj. Keski-Suomen turpeen käyttö on noin 2 TWh vuodessa, joten maakunnan oma tuotanto ei riitä kattamaan alueen koko käyttömäärää. Turpeen työllisyysvaikutuksia on arvioitu taulukossa 5. Taulukko 5. Turvepolttoaineen 2,0 TWh käytön mukaiset tuotannon ja kuljetuksen työllisyysvaikutukset Keski-Suomessa (Pelli 2010). Suorat (htv) Välilliset (htv) Tuotanto Kuljetus Energiantuotanto Yhteensä Tilastokeskuksen tietojen mukaan jyrsinturpeen hinta oli vuoden 2009 lopussa 10,16 /MWh ja palaturpeen 13,11 /MWh. Ympäristöturpeen hinta-arviona käytetään 15 / i-m 3. Ympäristöturpeiden tuotannossa pakkaaminen on kannattavaa liiketoimintaa ja nostaa jalostusarvoa merkittävästi. Keski-Suomessa ei ole ympäristöturpeiden pakkaustoimintaa. Turvetuotantoon liittyvää liikevaihtoa on arvioitu taulukossa 6. Vastaavasti maakunnan 2 TWh turvepolttoaineen käyttöä vastaava tuotannon liikevaihto on noin 20,3 M. (Pelli 2010). Taulukko 6. Turpeen tuotannon liikevaihto Keski-Suomessa (Pelli 2010). Polttoaineen tuotanto MWh Liikevaihto ( ) Jyrsinturve Palaturve Ympäristöturve (milj. i-m 3 ) 0, Tuotannon liikevaihto yhteensä Maakunnan käyttöä (2 TWh) vastaava tuotanto Turpeella tuotetun energian arvo on suuremmasta käyttömäärästä johtuen vielä metsähakkeen vastaavaa suurempi. Arvio turpeella tuotetun energian arvosta on maakunnan turpeen keskimääräisen tuotantojakauman (Keski-Suomen energiatase 2008) mukaan noin 82,9 miljoonaa (taulukko 7). Taulukko 7. Arvio turpeella tuotetun energian arvosta (Pelli 2010). Energian tuotanto MWh Liikevaihto ( ) Nykyinen polttoainekäyttö Tuotettua sähköä
18 Tuotettua lämpöä Peltobiomassat Peltobiomassojen ja maatalouden liiketoiminnan tarkastelussa rajoitutaan energiatuotannossa käytettävään ruokohelpeen ja maatalouden sivuvirtojen osalta biokaasutukseen. Muu peltobiomassoihin liittyvä toiminta katsotaan kuuluvan maatalouteen, joka ei ole varsinaisesti liiketoimintaa. Peltovarat Maatalousmaata Keski-Suomessa on viimeisen viiden vuoden ajanjaksona ollut vuosittain keskimäärin ha, josta viljelemättömänä hoidettuna peltona tai kesantona oli yhteensä noin ha. Viljeltyä peltopinta-alaa oli keskimäärin ha. (Matilda -tietojärjestelmä). (Alakangas et. al. 2010) Vuonna 2009 Keski-Suomessa käytössä oleva maatalousmaa oli noin ha, ja se jakaantuu seuraavasti: rehuviljaa noin ha nurmet noin ha kesanto noin ha Loput noin ha jakautuu useaan viljalajiin, suurimmat ovat ruokohelpi, rypsi ja kumina, joiden osuus on runsaat ha. Suurimmat peltoalat ovat Jämsässä, Laukaassa, Saarijärvellä ja Pihtiputaalla. (Alakangas et. al. 2010). Peltobiomassojen käyttö Taulukossa 8 esitetään eri peltobiomassojen tuotannon ja käytön jakaantumista Keski- Suomessa. Taulukko 8. Peltobiomassojen keskimääräinen käyttö Keski-Suomessa (Alakangas et. al. 2010) 17
19 Peltoviljely on kausiluonteista toukokuun alusta syyskuun loppuun ajoittuvaa työtä, jonka työhuiput viljan kylvö ja korjuuaikoina sekä nurmirehun korjuuaikana ovat vahvasti riippuvaisia vallitsevasta säätilasta. Peltobiomassojen tuotannon työllistävän vaikutuksen on Keski Suomessa arvioitu olevan 369 henkilötyövuotta, mistä viljanviljelyn osuus on 34,6 % ja nurmirehuntuotannon osuus 65,1 %. Peltobiomassojen tuotannon työllistävä vaikutus on 11,1 % koko maataloustuotannon työllistävästä vaikutuksesta Keski Suomessa, koska kotieläintuotanto on työvoimavaltainen tuotantosuunta. (Alakangas et. al. 2010). Ruokohelven käyttö ja liiketoiminta Ruokohelven viljelyala on Keski-Suomessa yhteensä noin 1600 ha, josta saatava energiamäärä on GWh, riippuen sadosta ja lämpöarvosta. Ruokohelpeen liittyvä liiketoiminta on käytännössä sulautunut kokonaan maatalouteen, eikä tilinpäätöksiä tai tunnuslukuja ole irrotettavissa. Esimerkiksi 20 GWh käytöllä ruokohelven myynnin arvo on noin ja 1600 ha alan viljelyyn myönnetyt tuet noin Tuet ovat siis reilusti polttoaineen arvoa suuremmat. Jos ruokohelpeä käytettäisiin noin 400 GWh, olisi myynnin arvo noin 5,2 miljoonaa euroa ja tuet ha viljelystä noin 8,4 miljoonaa euroa. (Pelli 2010.) Ruokohelven suorat ja välittömät työllisyysvaikutukset on arvioitu 20 GWh maakunnallisella käytöllä olevan yhteensä 5,6 htv. Vaikutukset sisältävät sekä välilliset ja välittömät vaikutukset huomioiden sähkön- ja lämmön tuotannon. Ruokohelpi ei siis työllistä kovinkaan tehokkaasti. (Pelli 2010.) 3.2 Biomassavirrat sivutuotteista ja jätteistä Seuraavassa tarkastellaan biopohjaisten sivutuotteiden ja jätteiden virtoja talouden eri sektoreilta sekä niiden käyttöä. Näitä ovat teollisuuden ja maatalouden sivuvirrat sekä yhdyskuntajätteet. Teollisuuden biopohjaisten sivuvirtojen tarkastelussa on keskitytty kemialliseen ja mekaaniseen metsäteollisuuteen, sillä nämä teollisuudenalat tuottavat merkittävimmät biopohjaiset virrat. Elintarviketeollisuuden sivuvirrat ja jätteet on niiden suhteellisen pienen määrän vuoksi jätetty pois tarkastelusta. 18
20 Kuva 8. Biopohjaiset sivuvirrat ja jätteet talouden eri sektoreilta sekä niiden käyttö (Alakangas et. al. 2010) 19
21 3.2.1 Teollisuuden sivuvirrat Kemiallisen metsäteollisuuden sivuvirrat Kemiallisen metsäteollisuuden suurimpia sivuvirtoja ovat puunkuori ja mustalipeä, jotka ovat kaikista sivuvirroista yli 90 %. Lähes kaikki sivuvirrat hyödynnetään energiantuotantoon, mutta pienestä osasta jalostetaan myös uusia tuotteita, kuten mm. mäntyöljyä ja tärpättiä. (Alakangas et. al ) Kemiallisen metsäteollisuuden materiaalivirrat jakautuvat seuraavasti: Sellu 45 % Kemialliset sivuvirrat (merkittävimpinä mustalipeä ja mäntyöljy) 45 % Kuori 10 % Mekaanisen metsäteollisuuden sivuvirrat Mekaanisen metsäteollisuuden merkittävimmät sivuvirrat on esitetty taulukoissa 9 ja 10. Sivuvirrat on laskettu keskimääräisten sivutuoteosuuksien mukaan. Sahateollisuudessa syntyvä kuori hyödynnetään paikallisesti energiaksi tai myydään energiakäyttöön voima- ja lämpölaitoksille. Sahateollisuuden puru hyödynnetään suoraan energiantuotantoon, pelletin raaka-aineeksi tai sellunvalmistuksessa. Esimerkiksi Vapo Timberin Hankasalmen sahan puru käytetään kokonaisuudessaan pelletintuotantoon maakunnan ulkopuolella (Vilppulassa). Sahoilta syntyvä hake käytetään joko sellutehtaiden raaka-aineeksi tai hyödynnetään suoraan energiantuotannossa. Vaneritehtaiden sivuvirrat hyödynnetään energiantuotannossa. (Alakangas et. al ) Taulukko 9. Keski-Suomen sahojen ja hirsitalovalmistajien tuottamat sivuvirrat vuonna 2008 (Alakangas et. al. 2010) Taulukko 10. Keski-Suomen vaneriteollisuuden sivuvirrat vuonna 2008 (Alakangas et. al. 2010) 20
22 Teollisuuden lietteet Teollisuuden lietteitä Keski-Suomessa syntyy noin t/a (märkäpaino), josta maarakentamisessa hyödynnetään noin t/a (30 %) ja energiaksi noin t/a (70 %) (Yli-Kauppila et al. 2009). Suurin osa teollisuuden lietteistä syntyy sellunvalmistuksen prosesseissa ja metsäteollisuuden jätevedenpuhdistamoilla. Energiana hyödynnetyt lietteet hyödynnetään kemiallisen metsäteollisuuden yhteydessä olevilla voimalaitoksilla Jämsässä ja Äänekoskella Maatalouden sivuvirrat Maatalouden ainoana merkittävänä biomassapohjaisena sivuvirtana voidaan pitää eläinten tuottamaa lantaa. Vuoden 2008 Matilda tietojärjestelmän tietojen mukaan Keski Suomessa lantaa syntyi yhteensä noin tonnia. Kaikki lanta on nykyisin hyötykäytössä. Se hyödynnetään lähes kokonaisuudessaan lannoitteena peltoviljelyssä. Pieniä määriä kananlantaa tuotteistetaan myös myytäväksi lannoitetuotteeksi. Marginaalisia määriä karjanlantaa hyödynnetään biokaasuntuotantoon ennen peltolevitystä. Keski-Suomen ainoa maatilan biokaasulaitos on Kalmarin tilalla Laukaassa. Laitoksella käsitellään tilan oman lietelannan lisäksi elintarviketeollisuuden sokeri- ja rasvajätteitä. Tila on tuottanut biokaasua jo vuodesta 2002 vanhalla reaktorilla (150 m 3, tuotanto m 3 ) ja tilalle on vuonna 2008 valmistunut uusi 1000 m 3 reaktori. Tilalla tuotettiin vuonna 2009 biokaasulla sähköä 105 MWh, lämpöä 350 MWh sekä liikennepolttoaineita 410 MWh. Kaasun metaanipitoisuus oli 63 %. Laitos on Suomen ainoa liikenteen polttoainetta tuottava biokaasutuslaitos. Laitoksen lämpö käytetään kokonaan ja sähkö lähes kokonaan tilalla, ja liikennepolttoaineet myydään pääosin tilan ulkopuolelle Yhdyskuntajätteet Biohajoavat jätteet Yhdyskuntajätteitä jätevedenpuhdistamoiden lietteitä lukuun ottamatta käsitellään Keski- Suomessa kolmessa käsittelypaikassa, Jyväskylässä, Jämsässä ja Saarijärvellä. Näihin käsittelypaikkoihin ohjautuu valtaosa Keski-Suomessa syntyvistä yhdyskuntajätteistä. (Alakangas et. al ) Biohajoavaa yhdyskuntajätettä syntyi Keski-Suomessa vuonna 2006 arvion mukaan t, josta t erilliskerättiin (biojäte, paperi, kartonki ja puu yhteensä). Tästä noin t on laskettu olevan paperi- ja kartonkijätettä. Erilliskerättyä biojätettä kerätään vuosittain noin Muuta biohajoavaa jätemateriaalia kerätään vuosittain yhteensä noin 4000 tonnia. Kotikompostointiin biojätettä ohjautui vuoden 2005 arvion mukaan noin 3300 tonnia ( kiinteistöä). (Yli-Kauppila et al. 2009). 21
23 Kuva 9. Keski-Suomen biohajoavat yhdyskuntajätteet (Yli-Kauppila et al. 2009). Kaikki Keski-Suomessa erilliskerätty biojäte käsitellään kompostoimalla. Suurin osa käsitellään kompostointilaitoksissa suljetussa prosessissa ja pieni osa aumakompostoimalla. Biojätteitä käsiteltiin vuonna 2008 Keski-Suomessa kuudessa paikassa. Suurin osa käsiteltävästä biojätteestä kompostoitiin Mustankorkean jätteenkäsittelyasemalla. Biohajoavien yhdyskuntajätteiden käsittely työllistää Keski Suomessa arviolta noin 10 henkilöä. Suurin työllistävä vaikutus on jätteiden erilliskeräyksellä ja kuljetuksella. (Alakangas et. al ) Kaatopaikoille ohjautuva biojäte hajoaa pitkällä aikavälillä anaerobisesti, jolloin syntyy runsaasti metaania sisältävää kaatopaikkakaasua. Kaatopaikkakaasua otetaan talteen Mustankorkean kaatopaikalla ja hyödynnetään Jyväskylän Energian kaukolämmön tuotantoon Keltinmäen lämpökeskuksessa. Vuonna 2008 laitos pumppasi 3,1 milj.m 3 biokaasua, ja siitä tuotettiin kaukolämpöä noin 16,5 GWh. Myydyn lämpömäärän arvoksi saadaan Jyväskylän Energian kaukolämmön energiahinnalla 51,66 /MWh noin Jätevedenpuhdistamojen lietteet Keski-Suomessa on yhteensä 29 jätevedenpuhdistamoa ja lisäksi noin 20 pientä alle 2000 kiinteistön jätevedenpuhdistamoa. Jätevedenpuhdistamolietteitä Keski-Suomessa syntyy yhteensä märkäpainona noin t. Kaikki jätevedenpuhdistamolietteet käsitellään kompostoimalla ja hyödynnetään maanparannus- tai maanrakennusaineina, tai käytetään mullan valmistuksen raaka-aineena. Jyväskylän Nenäinniemen jätevedenpuhdistamolla syntyvä liete mädätetään ennen kompostointia ja mädätyksessä syntyvä biokaasu hyödynnetään jätevedenpuhdistamon energiantuotannossa. (Alakangas et. al ) Jyväskylän Nenäinniemen jätevedenpuhdistamolla käsiteltiin tonnia kuivattua lietettä vuonna 2008, josta tuotettiin 1,242 milj.m 3 biokaasua. Biokaasun avulla tuotettiin lämpöä 5015 MWh ja mekaanista energiaa 481 MWh. Noin 0,2 milj. m 3 poltettiin ylijäämäkaasuna. Kuvassa 10 esitetään Nenäinniemen jätevedenpuhdistamon tuottama biokaasu ja sen hyödyntäminen. 22
24 Kuva 10. Nenäinniemen jätevedenpuhdistamon tuottama biokaasu ja sen hyödyntäminen (Kuittinen, 2009) Nenäinniemeen on vuonna 2009 otettu käyttöön uusi CHP laitos, jonka sähköteho on maksimissaan 660 kw. Tällä hetkellä kaikki biokaasu johdetaan CHP-yksikölle, joka tuottaa laitoksen tarvitseman lämmön ja noin % laitoksen tarvitsemasta sähköstä. Parannus on merkittävä aiempaan, missä kaasu käytettiin kaasumoottorissa ja kahdessa lämpökattilassa, jotka tuottivat 60 % laitoksen tarvitsemasta lämmöstä ja mekaanisesta energiasta. Lisäksi laitokseen on rakennettu uusi mädättämö, joka vähentää aiempaa 30 % mädätyksen ohi kuivaamista, jossa menetettiin biokaasupotentiaalia. Uudistukset eivät näy vielä vuoden 2008 tilastoissa. Jäteveden puhdistamon kaikki biokaasu käytetään itse joten varsinaisen liiketoiminnan arvoa ei voida määritellä. Biokaasusta saatava energia pienentää laitoksen toiminnan (eli jätteenkäsittelyn) kustannuksia, joten kyse on lähinnä tuotannon tehostamisesta. 4 Uudet liiketoimintamahdollisuudet ja tuotteet Uusiutumattomien luonnonvarojen väheneminen sekä ilmastonmuutokseen ja muihin nykypäivän ympäristöongelmiin vastaaminen tukevat vahvasti uusiutuvien materiaalien ja energiamuotojen käyttöä. Myös uusiutuvien luonnonvarojen kestävä käyttö nähdään entistä tärkeämmäksi. Euroopassa tärkein uusiutuvan energian lähde on biomassa, ja ilmasto- ja energiapolitiikan tavoitteiden toteuttamisessa käytettävä vahva poliittinen ohjaus luo biomassaan pohjautuvia liiketoimintamahdollisuuksia etenkin uusille energiantuotannon prosesseille ja tuotteille. Bioenergian käytön nopea lisääntyminen sekä biopohjaisten materiaalien ja kemikaalien käytön kasvu tulevat lisäämään kilpailua biomassavaroista. Eri teollisuudenalat, mukaan lukien energia-, metsä-, elintarvike- ja lääketeollisuus tulevat kilpailemaan käytettävistä biomassavaroista. Lisäksi uusiutuvan biomassan hyödyntämiseen liittyvän tietotaidon merkitys kasvaa, mikä synnyttää uutta tutkimus- ja kehitystoiminnan kysyntää ja kehittämistarpeita. Useissa Euroopan maissa tulee 2020 uusiutuvan energian tavoitteiden näkökulmasta olemaan pulaa biomassasta. Tämä lisää yritysten ohella myös maiden ja alueiden välistä kilpailua biomassaraaka-aineista ja nostaa esille tärkeitä kysymyksiä: missä määrin pystymme kiristyvässä kilpailussa hyödyntämään biomassavaramme itse ja kuinka pitkälle pystymme jalostamaan biomassaa mikäli se menee vientiin? Lisäksi oma kysymyksensä on biomassan 23
25 jalostamiseen ja käyttöön liittyvän teknologian, erityisesti energiateknologian vienti: Euroopassa ja maailmalla on suuria mahdollisuuksia, mutta kuinka kukin maa tai alue pääsee näistä hyötymään ja millä tuotteilla sekä mille markkinoille ja segmenteille? Tässä luvussa tarkastellaan yleisesti Suomen kannalta lupaavimpia biomassaan perustuvia uusia tuotteita sekä niihin liittyviä liiketoimintamahdollisuuksia. Tarkastelu on jaoteltu biopohjaisiin energia- ja polttoainetuotteisiin, materiaaleihin sekä kemikaaleihin. Näiden ryhmien sisällä tarkastellaan mitä mahdolliset uudet lopputuotteet ja niiden liiketoimintapotentiaali voisivat olla, sekä käydään läpi esimerkinomaisesti mahdollisia toimintamalleja. Tarkastelu keskittyy raaka-ainepohjalta erityisesti puubiomassoihin sekä turpeeseen ja jätteiden hyödyntämiseen, sillä niiden raaka-aine- ja liiketoimintapotentiaalit ovat lupaavimmat. Uusissa biomassaan perustuvissa tuotteissa on tyypillisesti pienempi volyymi, mutta niiden jalostusarvo voi olla selvästi suurempi kuin perinteisillä ns. bulkkituotteilla (kuva 11). Ensimmäinen vähimmäisvaatimus uuden tuotteen jalostusarvolle saadaan, kun biomassan käyttöä siirretään olemassa olevasta käyttökohteessa (esimerkiksi suora poltto) toiseen käyttötarkoitukseen (jatkojalostus uusiksi tuotteiksi), jolloin menetetään olemassa olevan käytön tuoma arvo (kuva 12). Uuden tuotteen markkina-arvon tulee mahdollistaa tuottajilleen suhteellisesti enemmän biomassan maksukykyä jotta raaka-ainetta voisi ohjautua uuteen käyttötarkoitukseen. Volyymi Energia Paperi Sellu Uudet biomassatuotteet Kuva 11. Volyymi ja jalostusarvo eri biomassatuotteissa. Jalostusarvo 24
26 Kuva 12. Esimerkkejä puubiomassan eri lopputuotteiden arvoista ja työllisyysvaikutuksista laitoksella (Pelli 2010). Kun otetaan huomioon sekä tuotteen volyymi että sen jalostusarvo, saadaan arvio sen liiketoimintapotentiaalista. Arvioitaessa uusien tuotteiden liiketoimintamahdollisuuksia, on syytä ottaa huomioon myös näiden toteutettavuus. Tätä voitaisiin puolestaan luonnehtia sillä, kuinka kypsässä vaiheessa teknologia (tuotannollinen toteutettavuus) ja markkinat (kaupallinen toteutettavuus) kyseisen tuotteen osalta ovat. Tarkastelemalla yhdessä sekä liiketoimintapotentiaalia että toteutettavuutta saadaan käsitys tuotteiden potentiaalista uuden merkittävän liiketoiminnan synnyttämiseksi. Tämä esitetään kuviossa 12, johon on lisäksi sijoitettu perinteiset biomassasta tehtävät energia- ja metsäteollisuuden tuotteet. 25
27 Perinteiset tuotteet Toteutettavuus Paperi Kartonki Sellu Sähkö ja lämpö Parhaat Lupaavat Huonoimmat Tulevaisuuden lupaukset Liiketoimintapotentiaali Kuva 13. Liiketoimintapotentiaali ja toteutettavuus eri biomassatuotteissa. 4.1 Puun monet mahdollisuudet Suomen biomassavarat kuuluvat Euroopan laajimpiin, ja taloudellisesti tärkein biomassa on puu. Metsäbiomassan vuotuinen kasvu vastaa noin 56 miljoonaa tonnia kuivaa biomassaa, kun perinteisten viljakasvien vastaava tuotanto on vain noin 6 miljoonaa tonnia (jyvät kuorineen ja olki). Määrältään selvästi mittavin biomassavara on kuitenkin turve, mutta sen vuotuinen kasvu on vain noin 7 miljoonaa tonnia (kuivamassaksi laskettuna). Globaalisti katsottuna määrällisesti merkittävimmät biomassat ovat levät, puut sekä maanviljelykasvit. (Bioteknologia raportti.) Etenkin puupohjaisiin biomassavaroihin ja -virtoihin pohjautuvat uudet tuotteet tarjoavat Suomessa merkittäviä mahdollisuuksia uuteen liiketoimintaan. Tämä liiketoiminta keskittyy osaltaan suuriin metsäteollisuusyrityksiin, mutta se liittyy myös vahvasti energiateollisuuteen sekä mm. kemian-, elintarvike-, rakennus- ja lääketeollisuuteen. Se tarjoaa mahdollisuuksia myös teknologia- ja prosessiosaamista omaaville pk-sektorin yrityksille. Myös raaka-aineen hankinnasta vastaaville pk-yrityksille syntyy uusia mahdollisuuksia sekä haasteita, kun metsäteollisuus muuttaa muotoaan perinteisten tuotteiden tuottajasta kohti yhä monipuolisempaa ja pidemmälle jalostettua tuotevalikoimaa. Toisaalta Valtioneuvoston Biotaloustyöryhmän raportin mukaan palvelut ovat yksi keskeisimmistä biotalouden kasvualoista, ja liittyvät tuotantoon ja tuotteisiin kytkeytyviin palveluihin, kuten huolto- ja konsultointipalveluihin, sekä tutkimus- ja kehittämispalveluihin. Puun eri ainesosista voidaan valmistaa perinteisten paperi- ja puutuotteiden ohella hyvin monipuolisesti erilaisia energiatuotteita, materiaaleja ja kemikaaleja (kuva 13). Optimaalisin tapa puun arvon hyödyntämiseen on käyttää raaka-aine ensisijaisesti korkeamman 26
28 jalostusarvon tuotteisiin ja suunnata tähän kelpaamattomat jakeet esimerkiksi energian tuotantoon. Lisäksi tulee tässä ottaa huomioon materiaali- ja energiatehokkuus, sekä luonnon monimuotoisuus ja tuotteiden elinkaaren aikaisten päästöjen minimointi. Kuten edellä kuvattiin, nämä uudet tuotteet tulevat olemaan jalostusarvoltaan yhä arvokkaampia, mutta toisaalta volyymiltään pienempiä (kuva 14). Useimmiten näiden uusien tuotteiden valmistus on kannattavinta olemassa olevien metsäteollisuuden integraattien (biorefinery ja sellu/paperitehdas) tai suuren kokoluokan energiatuotannon yhteydessä (esim. pyrolyysiöljyn tuotanto leijukattilan yhteydessä). Tällöin saadaan oleellisia synergiaetuja raakaaineen logistiikassa, energiahuollossa ja investoinneissa. Biomassojen jalostamista uusiksi tuotteiksi voidaan lähestyä myös erilaisten käsittely- ja jalostusprosessien kautta: Poltto - suora poltto energiantuotantoon Kaasutus - synteesikaasun valmistus, polttokaasu sivutuotteena Pyrolyysi - pyrolyysituotteiden (pyrolyysiöljy, torrefaktio, biohiili) valmistaminen, hidas ja nopea pyrolyysi Uuttaminen - runsaasti mahdollisia biomassayhdisteitä Keitto - vrt. sellun keitto Hydrolyysi - sokerien erotus ja jalostus (esim. fermentointi etanoliksi) Kuva 13. Mitä puun kuiduista ja aineisosista voidaan tehdä? (Metsäteollisuus ry). 27
29 Kuva 14. Metsäteollisuuden uusi biopohjainen liiketoiminta. (Metsäteollisuus ry). 28
30 4.2 Energia- ja polttoainetuotteet EU:n uusiutuvan energian lisäystavoitteiden saavuttamisessa biomassa on selkeästi merkittävin energianlähde. Ilmasto- ja energiapolitiikan tavoitteet luovat jatkossa entistä voimakkaampaa taloudellista ohjausta tukien ja/tai verojen kautta niin, että uusiutuvan energian ja polttoaineiden suhteellinen kilpailukyky uusiutumattomiin verrattuna tulee paranemaan. Lähtökohtana julkiselle tuelle on yleensä se, että biomassan käytön voidaan osoittaa olevan kestävää ja että se vähentää kasvihuonekaasupäästöjä. Tämän vuoksi voidaan olettaa, että turpeen käyttö energian ja polttoaineiden tuotannossa ei tule saamaan niin runsasta tukea kuin uusiutuva biomassa. Uudet energia- ja polttoainetuotteet ovat tyypillisesti perinteisiä biopohjaisia polttoaineita (esim. polttopuu, metsähake, ruokohelpi, jyrsinturve) pidemmälle jalostettuja kiinteitä tai nestemäisiä tuotteita. Uutta liiketoimintaa voi syntyä myös perinteisessä energiantuotannossa, erityisesti kun hyödynnetään aikaisemmin käyttämättömiä jakeita sekä uusia prosesseja. Tästä hyvänä esimerkkinä ovat hyödyntämättömistä jätejakeista tehtävä biokaasu ja bioetanoli sekä uusilla ja tehokkaammilla prosesseilla tehtävä sähkö-, lämpö- ja kylmäenergia. Kuvassa 15 esitetään eri biomassojen jalostusprosesseja, niistä saatavia energiatuotteita sekä niiden mahdollisia loppukäyttäjiä. Kuva 15. Bioenergian reitit loppukäyttäjille (Bioenergy routes, AEBIOM). 29
31 Yllä olevien lisäksi on syytä mainita erikseen myös kemiallisen metsäteollisuuden nestemäiset sivutuotteet. Sulfaattiselluprosessin tärkeimmät sivutuotteet ovat mustalipeä ja kuori. Prosessissa muodostuu lisäksi raakasuopaa, metanolia, tärpättiä, savukaasujen tisleitä, purua, haketta ja biolietettä. Selkeästi suurin sivujae on mustalipeä, joka kattaa lähes 40 % Suomen uusiutuvasta energiasta. Taulukossa 11 on kuvattu kemiallisen metsäteollisuuden sivuvirroista saatavia mahdollisia uusia energiatuotteita. Taulukko 11. Kemiallisen metsäteollisuuden sivuvirrat ja mahdolliset uudet energiatuotteet (mukaillen Lehtomäki & Nyberg 2008) Lopputuote Biokaasu polttoaineena Etanoli polttoaineena Puukaasu Metanoli polttoaineena Biodiesel Pelletit Pien-CHP Biopolttoaineen kuivaus hukkalämmöllä Lietteen ja tuhkan yhdistetty lannoitekäyttö Siistauksen rumpurejektin hyödyntäminen Mahdolliset raaka-aineina käytettävät sivutuotteet Kuitu- ja siistausliete, bioliete, jätevedet, muu paikallinen biomassa, siistauksen rumpurejekti Hakkeesta uutettu hemiselluloosa, kuitu- ja siistausliete, bioliete, mustalipeän hiilihydraattijae, siistauksen rumpurejekti Lietteet, kuori, muut biomassat ja ulkopuoliset kierrätyspolttoaineet Likaislauhde, biokaasu Kuoren tai mustalipeän kaasutus + Fischer-Trops, mustalipeästä erotettu mäntyöljy (esim. NExBTL -prosessi) Puru ja rejektit mekaanisen ja siistausmassan tuotannosta, kuori, metsähake, lietteet Puru ja rejektit mekaanisen ja siistausmassan tuotannosta, kuori, metsähake, lietteet, biokaasu, muut kaasumaiset polttoaineet (puukaasu) Hukkalämpö savukaasuista ja prosesseista Bioliete, erilaiset tuhkafraktiot Biokaasu, etanoli Nestemäiset biopolttoaineet Kaikista biomassapohjaisista uusista tuotteista liikenteen biopolttoaineisiin kohdistuu tällä hetkellä suurimpia kasvuodotuksia (Aittomäki et al. 2007). Vuosien 2000 ja 2007 välillä maailman bioetanolin tuotanto kolminkertaistui 17 miljardista litrasta 52 mrd. litraan ja biodieselin tuotanto 11-kertaistui alle 1 miljardista litrasta lähes 11 mrd. litraan, ja viimeisten arvioiden mukaan nopea kasvu tulee jatkumaan (UNEP 2009). Vastaavasti toisen arvion (UPM) mukaan maailman biopolttoaineiden kysynnän arvo vuonna 2009 oli 30 miljardia ja vuonna 2020 on 100 miljardia, mistä EU:n osuus on noin 20 % (Sohlström 2010). Vaikka EU:n alueella biodieseliä tuotetaan selvästi bioetanolia enemmän, niin globaalisti bioetanolin tuotantoluvut ovat selvästi biodieselin tuotantolukuja suurempia. EU:n alueella dieselin kokonaiskysynnän on arvioitu kasvavan 51 %:lla vuodesta 2000 vuoteen 2030 mennessä (148 Mtoe:sta
32 Mtoe:een). Samalla aikavälillä bensiinin kysynnän on puolestaan arvioitu kasvavan vain 9 % (kuva 16). Aittomäki et al. 2007). Kuva 16. Bensiinin ja dieselin arvioidut kysynnät EU:n alueella vuodesta 2000 vuoteen EU:n tavoitteiden mukaan biopolttoaineiden osuus liikenteen polttoaineista tulisi olla vähintään 5,75 % vuonna 2010, 10 % vuonna 2020 ja 25 % vuonna Suurimman mielenkiinnon kohteena ovat nyt toisen sukupolven biopolttoaineet, jotka ovat polttoaineena laadukkaampia, vähentävät tehokkaammin hiilidioksidipäästöjä eikä niiden valmistuksessa käytetä raakaaineena ruoaksi kelpaavia biomassoja tai ruoan tuotannon raaka-aineita. Toisen sukupolven biopolttoaineiden valmistukseen käytetään pääasiassa biomass-to-liquid (BtL) -teknologioita, joko termokemiallisena konversiona (kaasutus, pääasiassa biodieseliksi) tai hydrolyysifermentaatio prosessina (lähinnä bioetanolin valmistukseen). Kolmannen sukupolven biopolttoaineiksi kutsutaan leväkasvien öljyistä tuotettuja liikenteen polttoaineita, joissa käytetään periaatteessa samoja tuotantoteknologioita kuin toisen sukupolven polttoaineissa. (UNEP 2009). Nämä tarvitsevat kuitenkin vielä runsaasti kehitystyötä eikä kaupallisia toteutuksia ole vielä näköpiirissä. Toisen sukupolven puu- ja jätepohjaiset etanoli ja diesel ovat Suomen kannalta potentiaalisimpia liikenteen biopolttoaineita. Vaikkakin ne ovat kalliimpia kuin ensimmäisen sukupolven biopolttoaineet, on niillä monia etuja joiden ansiosta niiden valmistaminen on jatkossa yhä kannattavampaa. Toisen sukupolven puupohjaiset liikenteen biopolttoaineet vähentävät tehokkaasti (jopa yli 85 %) päästöjä fossiiliseen öljyyn verrattuna (Metsäteollisuus ry). EU:n RES-direktiivi suosii ns. kehittyneitä biodieseleitä, ja tämän vuoksi puupohjaiset biopolttoaineet on asetettu erityisasemaan jolloin niiden painoarvo on kaksinkertainen ensimmäisen sukupolven biopolttoaineisiin verrattuna (Härmälä 2010). Suomen kansallisen uusiutuvan energian edistämiseksi tehdyn toimintasuunnitelman (TEM 2010, direktiivin 2009/28/EY mukaisesti) liikenteen biopolttoaineiden käyttö nostetaan 7 TWh:iin vuoteen mennessä. Tämä vastaisi noin kymmentä prosenttia liikenteen energiankulutuksesta. Käytön 31
33 edistäminen perustuisi pitkälti liikennepolttoaineiden myyjille asetettavaan jakeluvelvoitteeseen, joka tulisi olemaan jopa 20 % vuoteen 2020 mennessä (ottaen huomioon RES-direktiivin mukainen kaksinkertainen laskenta). Liikenteen biopolttoaineiden käyttöä edistetään myös valmisteilla olevalla verouudistuksella. Lisäksi toisen sukupolven biopolttoaineiden tuotannon investointeihin tullaan jakamaan julkista tukea sekä kansallisesti että EU-tasolla. Biodiesel Toisen sukupolven biodieselin valmistukseen soveltuvia jakeita ovat kiinteät lignoselluloosapohjaiset raaka-aineet (esim. kiinteät metsäpolttoaineet ja sivutuotepuu, kemiallisen metsäteollisuuden nestemäiset sivutuotteet) sekä erilaiset jätejakeet. Kiinteän biomassan kaasutukseen perustuvat ratkaisut ovat teknisesti huomattavan paljon edellä ja lähempänä kaupallistumista kuin esim. mustalipeän käyttöön perustuvat ratkaisut. Mustalipeän kaasutusta kuitenkin pidetään kiinnostavana vaihtoehtona korkeamman sähkön saannon ja liikennepolttoaineiden tuotantomahdollisuuksien takia. (Näyhä 2006). Neste Oil toi vuonna 2007 markkinoille ensimmäistä sukupolvea kehittyneemmän ja laadukkaamman NExBTL-dieselin, joka vähentää yhtiön mukaan päästöjä % ja jota voidaan valmistaa joustavasti eri kasviöljyistä ja elintarviketeollisuuden rasvapitoisista jätteistä. Raaka-aineena käytetään pääasiassa palmuöljyä ja tuotantomenetelmänä on vetykäsittely. Periaatteessa NexBTL:n raaka-aineet ovat vielä ensimmäistä sukupolvea, tuotantomenetelmä 1,5 sukupolvea ja tuote toista sukupolvea vastaava. Neste Oil kuitenkin laajentaa raakaainepohjaa 2-sukupolven ja kotimaisen raaka-aineen suuntaan. Vuonna 2009 yhtiö teki yli kymmenen miljoonaa litraa biodieseliä eläinrasvasta, ja on myös tehnyt Raision kanssa sopimuksen kotimaisen rypsiöljyn ylijäämän käytöstä. Arvion mukaan Suomessa tuotettu rypsiöljy nousee merkittäväksi raaka-aineeksi Porvoon jalostamon biodieselin tuotannossa. (KL 21.9.) Yksi mahdollinen raaka-aine on myös sellunkeiton sivutuotteena saatavasta suovasta jalostettu mäntyöljy, joka olisi ympäristö- ja ruoan tuotannon vaikutuksiltaan palmuöljyä parempi raaka-aine. Suomalainen mäntyöljyjalostaja Forchem voisi toimittaa mäntyöljyä enimmillään sata tuhatta tonnia vuodessa. Neste Oilin mukaan mäntyöljy sopii raaka-aineeksi palmuöljyn rinnalle, ja yhtiö tekee parhaillaan teknisiä testejä. (KL 11.5.). Tällä hetkellä laajimmat panostukset Suomessa on kohdistettu kiinteän puun kaasutuksesta saatuun synteesikaasuun ja siitä Fischer-Tropsch synteesillä valmistettavaan ja edelleen jalostettavaan toisen sukupolven biodieseliin. Tämä on myös puupohjaisten liikennepolttoaineiden valmistuksessa kypsin teknologia, ja siitä on lähivuosina tulossa kaupallisia tuotteita. Kaikki suuret suomalaiset metsäteollisuusyritykset (UPM, Stora Enso ja Metsäliitto) ovat muodostaneet konsortioita biodieselin kaupallisen valmistuksen kehittämiseksi. Synteesikaasun Fischer-Tropsch -prosessissa biomassan käytön kokonaishyötysuhde on jopa 90 %, jos synteesissä syntyvä lämpö hyödynnetään sähköksi, lämmöksi tai teollisuuden prosessihöyryksi. Muuten hyötysuhde jää alle 60 prosentin. Tästä syystä tuotantolaitos on kannattavaa sijoittaa puuta tai turvetta käyttävän voimalaitoksen tai paljon lämpöä tarvitsevan sellu- ja paperitehtaan kupeeseen. (Reini & Törmä 2010). Lisäksi raaka-aineen hankinnassa (hakkuutähteet, harvennuspuu) ja sivutuotteet (pääasiassa kuori) saadaan synergiaetuja. 32
34 Bioetanoli Toisen sukupolven bioetanolin raaka-aineita ovat etupäässä lignoselluloosapohjaiset biomassat (kuten kiinteät metsäpolttoaineet ja sivutuotepuu, kemiallisen metsäteollisuuden nestemäiset sivutuotteet, peltobiomassat) sekä erilaiset jätejakeet kuten biojäte ja muovit. Puupohjaisen etanolin tuotantoprosesseja kehitellään etenkin Yhdysvalloissa ja Japanissa, ja useat yhtiöt ilmoittavat rakentavansa kaupalliseen tuotantoon tähtääviä laitoksia. Maailman ensimmäinen kaupallinen puupohjaista bioetanolia valmistava laitos aloitti toimintansa Japanissa (Osaka) vuonna 2007 ja ensimmäinen jätepuuta käyttävä etanolilaitos aloitti USA:ssa (Upton, Wyoming) vuonna (UNEP 2010.) Pisimmällä toisen sukupolven bioetanolin tuotannossa Suomessa on tällä hetkellä polttoaineyhtiö St1. Yhtiö valmistaa tällä hetkellä itse kehittämällään Etanolix -konseptilla bioetanolia 5 laitoksessa raaka-aineenaan elintarviketeollisuuden biopohjaiset sivutuotteet ja jätteet. Etanolix-yksiköt ovat pieniä ja yhden yksikön vuosituotantokapasiteetti on keskimäärin n m3 bioetanolia. Raaka-aineesta riippuen Etanolix-prosessi tuottaa sivutuotteena esim. rehua tai lannoitetta. St1:n tavoitteena on rakentaa Suomeen Etanolix-laitosta ja tuottaa vuonna 2020 jätteistä ja sivuvirroista n m 3 etanolia liikennekäyttöön. Seuraava laitostyyppi Bionolix saa ensimmäisen tehtaansa Hämeenlinnaan vuonna 2010 ja mahdollistaa myös erilliskerätyt kotitalouksien, kauppojen ja teollisuuden biojätteet. Lisäksi yhtiö kehittää Cellunolix -teknologiaa selluloosapohjaisten raaka-aineiden käyttöön (lajiteltu yhdyskuntien pakkausjäte), sekä Fiberix teknologiaa, joka mahdollista lignoselluloosa-pohjaisen etanolin valmistamisen maatalouden sivuvirtana syntyvästä oljesta. (www.st1.fi/index.php?id=5804). UPM on puolestaan kehittänyt yhdessä Lassila & Tikanojan (L&T) kanssa konseptin bioetanolin valmistamiseksi kaupan ja teollisuuden jätteistä sekä omien tehtaidensa siistauslietettä. Raakaaineesta on noin kolmannes puuta, kolmannes paperia ja pahvia ja loppuosa muovia. Paperi- ja kartonkikolmannes käytetään etanolin valmistukseen ja loppuosa voimalaitoksella. Itse etanoliprosessissa tarvitaan energiaa höyryn ja lämmön muodossa, ja paperitehtaalla paperin kuivattamiseen. Integraattietua UPM:n konseptissa tulee myös siitä, että etanolin valmistukseen on määrä hyödyntää myös keräyspaperia käyttäviltä tehtailta syntyvää siistauslietettä. Suurin etu itse investoinnissa tulee juuri siitä, että kaksi kalleinta osaa, voimalaitos ja jätevedenkäsittely, ovat jo valmiina paperitehtailla. (UPM, Oululainen Chempolis kehittää non-food ja non-wood -pohjaisia biojalostamoteknologioita, joilla voidaan valmistaa selluloosapohjaisesta ruoaksi kelpaamattomasta kasvimassasta kuten maatalouden sivutuotteista ja kuitupitoisista kasveista bioetanolia, sellua ja biokemikaaleja. Yhtiön kehittämiä teknologioita ovat paperikuitua tuottava formicofib ja bioetanolia tuottava formicobio. Lisäksi näiden valmistuksen yhteydessä syntyy biokemikaaleja, joiden käsittelyä varten on lanseerattu formicochem-prosessi. Päätuotteen valmistuksessa syntyvästä hemiselluloosasta voidaan siten tehdä biokemikaaleja ja ligniini käytetään tehtaan energiantuotantoon. Chempolis avasi toukokuussa 2010 lignoselluloosapohjaisen bioetanolin esittely-, demonstraatio- ja tutkimuslaitoksena toimivan tuotantolinjan Oulussa. Yhtiö ei itse valmista lopputuotteita, vaan lisensoi teknologioitaan. Lisäksi se vastaa laajemminkin tuotantolaitoksen suunnittelusta, hankinnasta ja käyttöönotosta. Yhtiön päämarkkina-alue on Kiina. (www.chempolis.com, 33
35 Kansallisen uusiutuvan energian edistämiseksi tehdyn toimintasuunnitelman mukaan Suomeen saattaa olla mahdollista rakentaa myös ensimmäisen sukupolven viljapohjaista bioetanolin tuotantoa tonnia, mikä tyydyttäisi noin 15 % liikenteen biopolttoaineiden 7 TWh:n tavoitteesta. Tuotanto tapahtuisi kaupallisin perustein mutta investointeja voitaisiin rahoittaa yritystukien kautta, mikäli RES-direktiivin kestävyyskriteerit täyttyvät. Pyrolyysiöljy Yhtenä nestemäisten polttoaineiden kehitystyön kohteena on myös biomassasta valmistettava pyrolyysiöljy, jota voidaan käyttää mm. lämpö- ja voimalaitoksissa fossiilisen öljyn korvaajana ja edelleen jalostettuna myös liikenteen polttoaineena. Pyrolyysissä biomassa kuumennetaan hapettomissa oloissa muutamassa sekunnissa asteen lämpötilaan, jolloin se höyrystyy kaasuiksi, ja jäähdytetään sitten mahdollisimman nopeasti, jolloin höyryt tiivistyvät pyrolyysiöljyksi. (Häyrynen 2006). Nestejakeen määrä voidaan maksimoida nopealla pyrolyysillä (flash-pyrolyysi). Parhaimmillaan kuivasta biomassasta voidaan saada painoprosenttia nestetuotetta. (Näyhä 2006). Pyrolyysiöljyä voidaan valmistaa metsäpolttoaineista ja kiinteistä sivutuotteista sekä kemiallisen metsäteollisuuden nestemäisitä sivutuotteista kuten mm. Pyrolyysiöljy on tuotantokustannuksiltaan halvinta nestemäistä biopolttoainetta. Ominaisuuksiltaan se vastaa lähinnä raskasta polttoöljyä, ja sillä voidaan korvata raskasta ja kevyttä polttoöljyä kaukolämpöja voimalaitoksissa. Pyrolyysiöljyn lämpöarvo on korkeammasta happipitoisuudesta ja suuremmasta kosteudesta johtuen noin puolet mineraaliöljystä ja samaa luokkaa kuin puupelleteillä eli MJ/kg. (Häyrynen 2006). Metso, UPM ja VTT ovat kehittäneet pyrolyysiöljyprosessia perinteisen leijukattilan yhteyteen ja UPM on tuotteistamassa sitä bioöljy-nimikkeellä. Bioöljyn raaka-aineena käytetään puuperäistä biomassaa eli hakkuutähteitä ja metsäteollisuuden sivutuotteena syntyvää sahanpurua. Biomassa kaasutetaan reaktorissa hapettomissa olosuhteissa leijukattilan tuottamalla lämmöllä ja kaasu tiivistetään jäähdyttämällä nestemäiseen muotoon. Jäljelle jäänyt koksi ja kaasu palautetaan kattilaan, missä se poltetaan lämmöksi ja sähköksi. Merkittävä osa bioöljyn tuotannon taloudesta perustuu tuotannon kiinteään yhteyteen olemassa oleviin prosesseihin ja massavirtoihin. UPM tutkii myös bioöljyn vetykäsittelyä liikenteen polttoaineeksi. Bioöljyn tuotannon pilotointi aloitettiin Metson tutkimuslaitoksella Tampereella vuonna 2009, ja lopputuotetta on jo koekäytetty menestyksellisesti Fortumin omistamalla kaukolämpölaitoksella. UPM suunnittelee tuottavansa bioöljyä paperitehtaidensa voimalaitoskattiloiden yhteydessä, ja asiakkaita voisivat olla alueelliset lämpökeskukset. Yhtiön mukaan bioöljyssä on todennäköisesti suurempi liiketoimintapotentiaali kuin bioetanolissa. (www.upm.fi, Tekniikka&Talous ) Kiinteät biopolttoaineet Metsähake Myös vähemmän jalostetun metsähakkeen tuotantoketjussa löytyy liiketoimintamahdollisuuksia. Suomen ilmasto- ja energiastrategiassa sekä kansallisessa toimintasuunnitelmassa uusiutuvien energialähteiden edistämiseksi (direktiivin 2009/28/EY mukaisesti) metsähake on asetettu keskeiseksi uusiutuvan energian lähteeksi vuoden 2020 uusiutuvan energian tavoitteen saavuttamisessa. Kansallisen toimintasuunnitelman mukaan 34
36 metsähakkeen käyttö CHP-tuotannossa ja erillisessä lämmön tuotannossa nostetaan 13,5 miljoonaan kiinto-m3:een (noin 28 TWh), kun se vuonna 2009 oli noin 5 milj. kiinto-m3. Pääosa kasvusta tulisi tapahtua pienpuulla ja kannoilla, mikä edellyttää uusia tukimuotoja. Metsäenergian lisäämiseksi on määritetty kolmiosainen tukipaketti, johon kuuluu uudistuva pienpuun energiatuki, metsähakkeella tuotetun sähkön päästöoikeuden hinnan perusteella muuttuva tuotantotuki (syöttötariffi), sekä pienten CHP-laitosten syöttötariffi. Pien-CHP:n syöttötariffin määrä puusta tuotetulle sähkölle olisi 103,5 /MWh (tavoitehinta 83,5 /MWh + lämpöpreemio 20 /MWh). Tavoitteena on suunnata tuki niin, että se olisi kannattavinta uusille laitoksille, joiden sähköteho on alle 3 MW ja polttoaineteho noin 20 MW. Lisäksi kivihiilen käyttöä sähkön ja lämmön tuotannossa (nykyisin noin 15 TWh) korvataan uusiutuvilla biopolttoaineilla 7-8 TWh. Taloudellisina ohjauskeinoina tässä ovat muuttuva sähköntuotantotuki ja investointituet Puun pienkäytön (polttopuu) osalta tavoitteena on pitää käyttö nykyisessä 12 TWh:ssa, joten mitään lisätukia ei tälle ole luvassa. Kiinteät biopolttoainejalosteet Biopolttoaineiden paikallisen käytön ja kansainvälisen kaupan kasvaessa uutta kysyntää voidaan nähdä jalostetuille, perinteistä puupolttoainetta suuremman energiatiheyden omaaville kiinteille biomassapolttoaineille. Näitä ovat mm. puupelletit, briketit, sekä torrefioitu biomassa ja biohiili. Puupellettien suurimmat käyttömäärät globaalisti ja Euroopassa syntyvät suurissa voimalaitoksissa hiilen korvaajana, ja tämä trendi näyttäisi vahvistuvan kun eurooppalaisessa sähköntuotannossa siirrytään kivihiilestä biopolttoaineisiin. Suomessa pellettien käyttö on keskittynyt pienempään kokoluokkaan, lämpökeskuksiin ja talokohtaiseen lämmitykseen. USA ja Eurooppa kattoivat pellettien maailmanlaajuisesta kysynnästä 97 % vuonna Euroopassa pelletin käytön on vuonna 2010 arvioitu olevan lähes 13 miljoonaa tonnia, kun taas tuotanto on vain 8 miljoonaa tonnia. (Downey 2010). Tuotantoa rajoittaa hyvälaatuisten raakaaineiden (eli sahanpurun ja kutterinlastun) saatavuus. Pelletin kulutuksen Euroopassa arvioidaan uusiutuvan energian tavoitteiden johdosta nousevan 50 miljoonaan tonniin vuonna 2020, ja pelletin tuonnin odotetaan lisääntyvän voimakkaasti. Suomen kansallisen uusiutuvan energian toimintasuunnitelman mukaan pelletin käytön tavoite on 2 TWh vuonna 2020, kun se nyt on noin 0,7 TWh. Pellettiä tuotetaan Suomessa nykyisin noin tonnia vuodessa. Torrefioitu biomassa on herättänyt kiinnostusta uutena tuotteena ja uusia T&K -aloitteita on tehty. Torrefiointi on polttoaineen mietoa pyrolyysiä hapettomissa olosuhteissa ºC:ssa, jolloin siitä saadaan poistettua vesi ja osa haihtuvista aineista. Polttoaineena voidaan käyttää mm. puuta, maatalouden sivutuotteita tai jätteitä. Käsitellyn aineen ominaisuudet muuttuvat säilyvyydeltään ja käyttöominaisuuksiltaan merkittävästi raaka-aineeseen verrattuna. Käsittelyn tuloksena aineen lämpöarvo nousee (5,5-6 MWh/t, vrt. pelletit 4,8 MWh/t), aine hylkii vettä, jauhautuu hyvin sekä ei savuta poltettaessa ja sillä on pienet hiukkaspäästöt. Lisäksi prosessissa lopputuotteen energia säilyy hyvin, ollen jopa 90 % alkuperäisestä biomassasta. Torrefioidun biomassan markkinamahdollisuuksia ovat pitkiä kuljetusmatkoja ja varastointia vaativat käyttökohteet, etenkin suurissa hiilivoimaloissa, lämpölaitoksissa ja -kattiloissa, sekä kaasutuksessa (sähkömoottorit/turbiinit tai synteesikaasu). (Hämäläinen & Heinimö 2006). 35
37 Euroopassa kaupalliseen tuotteeseen tähtäävää torrefiointiteknologiaa ovat kehittäneet mm. EBES AG ja Energy Research Centre of the Netherlands (ECN), joista jälkimmäinen on kehittänyt yhdistettyä torrefiointi ja pelletöinti (TOP) -prosessia. Torrefioitu materiaali on alhaisen massatiheytensä (kg/m 3 ) vuoksi hankalaa ja kallista kuljettaa, joten sen tiheyttä tulee nostaa kuljetuksia varten tiivistämällä esim. pelletöimällä. Tällöin saatavan tuotteen (torrefioitu ja pelletöity biomassa, TOP) lämpöarvo on parhaillaan noin 6 MWh/t ja energiatiheys n. 5,5 MWh/m 3, mikä on jo lähes samaa luokkaa kuin kuin hiilellä (7 MWh/t, 6 MWh/m 3 ) ja noin 20 % korkeampi kuin puupelleteillä, mikä tarjoaa etua erityisesti kuljetuksessa. Torrefionti yhdistettynä pelletöintiin on parhaimmillaan kilpailukykyinen vaihtoehto, kun kivihiiltä korvaavaa biomassaa jalostetaan kaukana käyttöpaikasta ja kuljetetaan irtotavarana aluskuljetuksina. Lappeenrannan teknillisen yliopiston tekemän esiselvityksen mukaan torrefioidun puupolttoaineen tuottamiseen Suomen olosuhteissa arvioidaan olevan teknistaloudellisia mahdollisuuksia. Kuitenkin torrefiointiprosessin soveltaminen Suomen olosuhteisiin ja kotimaisiin raaka-aineisiin vaatii panostusta jatkotutkimukseen ennen varsinaiseen toteutusvaiheeseen siirtymistä. (Hämäläinen & Heinimö 2006). Toisaalta TOP:n rajoitteita yhteispoltossa ei vielä täysin tunneta, kun taas pyrolyysiöljyä ja biohiiltä voidaan käyttää rinnakkaispoltossa ilman rajoitteita (Bradley 2006). Biohiilen tuotantoprosessi on periaatteessa yksinkertaisempi (puun hidas pyrolyysi haihtuvien yhdisteiden poistolla, hapettomissa olosuhteissa C lämpötilassa) kuin TOP:n. Hyvälaatuisesta biomassaraaka-aineesta valmistetun biohiilen lämpöarvo on parhaimmillaan kivihiilen luokkaa, eli noin 7 MWh/t. Pyökistä valmistetun biohiilen tiheys on 0,45 t/m 3 ja männystä valmistetun 0,28 t/m 3 (Starck 2010). Tällöin energiatiheys on luokkaa 2-3,15 MWh/ m 3, eli alhaisempi kuin pelletillä. Tuotantoprosessissa noin 50 % raaka-aineesta muuttuu hiileksi ja loput 50 % puukaasuksi, joka voidaan käyttää joko energian tai synteesikaasun tuotantoon. Biohiiltä voidaan käyttää myös maanparannusaineena ja hiilinieluna. Biohiilen tuotantoa Suomessa on kehittänyt Preseco Oy, jonka Preseco Carboniser on suunniteltu tuottamaan pyrolyysillä korkealaatuista biohiiltä laajasta valikoimasta orgaanisia aineita. Hiilestyksessä orgaaninen materiaali syötetään karbonisaattoriin ja poltetaan hapettomissa olosuhteissa. Viipymisaika karbonisaattorissa on minuuttia. Prosessin nopeus ja lopputuotteen laatu riippuvat syötetyn biomateriaalin partikkelikoosta. Tilavuusmittainen muutos on prosenttia, ja energiatehokkuus parhaimmillaan 90 %. Prosessi on jatkuvatoiminen ja energiaomavarainen, kun hiilestyksessä vapautuva tuotekaasu poltetaan prosessin vaatimaksi lämmöksi. Käynnistyksen yhteydessä tukipolttoaineena tosin voidaan käyttää esimerkiksi maakaasua tai öljyä. Prosessista saadaan sivutuotteena noin asteista lämpöä, jota voidaan hyödyntää paikallisesti suorakäyttönä tai kaukolämpöverkossa. (www.preseco.fi). Presecolle on valmistunut ensimmäinen demonstraatiokokoluokan biohiililaitos Suomeen. Yhtiö on myös solminut Kiinalaisen energiayhtiön kanssa yhteistyösopimuksen rakentaa Hubein maakuntaan useita biohiilen tuotantolaitoksia ja myydä korkealaatuista biohiiltä. Ensimmäisessä vaiheessa rakennettava laitos tuottaa vuodessa noin tonnia biohiiltä. (Tekniikka&Talous ) Torrefioidulla ja pelletöidyllä biomassalla on tiettyjä etuja biohiileen nähden. Torrefioidun biomassan kiinteä hiilipitoisuus on noin 25 % ja energiapitoisuus noin 90 % alkuperäisestä, kun hiilletyn puun vastaavat arvot ovat 85 % ja 50 %. Torrefioinnissa lopputuotteeseen saadaan siis siirrettyä alkuperäisestä biomassaraaka-aineesta selvästi enemmän energiaa. Torrefioitua biomassaa voidaan myös pelletöidä toisin kuin hiillettyä biomassaa. (HS ). Tällöin 36
38 päästään parempaan energiatiheyteen, josta on selvää hyötyä polttoaineen kuljetuksessa, varastoinnissa ja käytössä Energiantuotanto Perinteisissä energiatuotteissa kuten sähkö ja lämpö, sekä uudemmissa kuten kaukojäähdytys, on myös löydettävissä uusia ja vahvistuvia biomassaan pohjautuvia liiketoimintamahdollisuuksia. Seuraavaksi luetellaan näistä merkittävimpiä uusia ja vahvistuvia liiketoiminnan alueita. Sähkö ja lämpö Kun olemassa olevat suuremmat lämpökuormat on jo pitkälti hyödynnetty teollisuuden ja yhdyskuntien CHP-tuotannossa, on pienemmän kokoluokan kuormissa mahdollisuuksia lisätä sähkön tuotantoa uuden teknologian ja suuremman julkisen tuen myötä. Edellä mainittu (kohta 4.2.2) metsähakkeelle tuleva pien-chp tuotannon sähkön syöttötariffi parantaa pienen kokoluokan sähköntuotannon kilpailukykyä merkittävästi. Lisäksi useita lupaavia pien-chp teknologioita on 2000-luvun loppuun mennessä kehittynyt kaupallisiksi tai lähelle kaupallistumista. Pisimmälle kehittynyttä teknologiaa edustaa ORC (Organic Rankine Cycle), joka on jo laajalti käytössä Keski-Euroopassa pienen kokoluokan sähkön tuotannossa sahoilla ja yhdyskuntien energiantuotannossa. Keski-Euroopassa on yli 150 kpl käytössä olevaa ORC-voimalaa, joiden teho on väliltä 200 kwe - 2 MWe. Voimaloita löytyy lähinnä Saksassa ja Itävallassa, joissa on ollut syöttötariffeja pienen mittakaavan CHP-yksiköille jo monta vuotta. (Granö 2009.) Biomassan kaasutusteknologialla ja yhdistetyllä polttomoottorilla tai mikroturbiinilla puolestaan saataisiin lämpökuormiin nähden korkein sähköntuotannon rakennusaste aina 50 kwe kokoluokasta lähtien, mutta täysin onnistuneita kaupallisia toteutuksia ei vielä monia ole. Biomassan kaasutukseen on kuitenkin Suomessa menossa lukuisia kaupallistamiseen tähtääviä T&K -hankkeita sekä tiettävästi ainakin yksi kaupallinen hanke, jossa voimala on jo käynnissä (Kempeleen ekokortteli, mm. Perinteisesti sähköä sekä lämpöä on tuotettu suurissa laitoksissa höyryturbiineissa, jotka pyörittävät generaattoreita ( MWe). Pienen kokoluokan höyryturbiinit ovat nyt myös kehittyneet ja niistä löytyy mahdollisuuksia ainakin kokoluokassa 1-15 MWth ( kwe). Nykyisin markkinoilla on myös pienempiä höyryturbiineja alkaen 100 kwe, mutta pieni höyryturbiini tulee usein ensisijaiseksi vaihtoehdoksi kokoluokaltaan yli 1 MWe olevissa laitoksissa. (Granö 2009.) Yksi uusimmista vaihtoehdoista on kuumailmaturbiini, joka voi olla vaihtoehto laitoksille kokoluokassa 2-3 MW, ja turbiineja löytyy jo kokoluokasta 25 kwe saakka (esim. Talbott s Biomass Energy Ltd). Kuumailmaturbiini vaatii puhtaita savukaasuja lämmönvaihdinten toimintaan, joten paras kombinaatio saadaan biomassan kaasutuksen kanssa. Pienintä kokoluokkaa taas edustavat taas Stirling-moottorit, joita on kwe kokoluokassa mikro CHP-tuotantoon etenkin rakennuskohtaisissa sovelluksissa. (Granö 2009.) Lämmön erillistuotannossa taas on löydettävissä potentiaalia etenkin öljyn korvaamisessa biomassapohjaisella kauko- ja aluelämmöllä sekä kiinteistökohtaisessa lämmityksessä. Lisäksi suorasähkölämmitteisissä pien- ja rivitaloissa biomassan käyttöä voitaisiin lisätä 37
39 pellettitakkojen avulla. Edellä mainitut tosin tarvitsevat lisää kannustimia, jotta ovat kilpailukykyisiä verrattuna tällä hetkellä markkinoita hallitsevaan ilmalämpöpumpputeknologiaan. Kaukojäähdytys Vaikka rakennusten energiankäyttö Suomessa koostuu pitkälti tilojen ja käyttöveden lämmitysenergiasta, on jäähdytysenergian käyttö kasvanut nopeasti etenkin palvelu- ja toimistorakennuksissa. Keskitetysti tuotettu kaukojäähdytys on energiatehokkain ja ympäristöystävällisin tapa tuottaa jäähdytysenergiaa, ja tuotanto voidaan toteuttaa biomassalla tuotettavan lämmön ja absorptiojäähdyttimen avulla. Samalla saataisiin kesäaikaista lämpökuormaa joka lisäisi laitoksen käyttöaikaa ja mahdollistaisi CHP-laitoksen suuremman sähköntuotannon. Euroopassa kaukojäähdytyksen asennettu kapasiteetti on 2000-luvulla kasvanut kymmenkertaiseksi, ja sen markkinaosuus on noin 2 % ja tuotanto vuodessa yli 3 TWh. Esimerkiksi Ruotsissa kaukojäähdytyksen vuotuinen tuotanto on yli 1 TWh. Suomessa kaukojäähdytystä tuotetaan Helsingissä, Turussa, Lahdessa ja Heinolassa Vierumäellä, ja sen myynti vuonna 2009 oli n. 60 GWh ja sopimusteho n. 120 MW. (Energiateollisuus ry). Missään näistä ei tiettävästi käytetä vielä biomassalla tuotettua lämpöä. Helsingissä kaukokylmän teho on noin 100 MW, ja tuotantoteknologioina ovat CHP-voimalaitoksen (Salmisaari, kivihiili) lämmöllä toimiva absorptiojäähdytin, merivesijäähdytys sekä lämpöpumput. Kaukokylmän kysyntä Helsingissä on moninkertaistunut 2000-luvulla, ja Helsingin Energian arvion mukaan vuoteen 2030 mennessä kaukojäähdytyksen käyttö voi jopa kolminkertaistua. (YLE Helsinki ). Jätteiden ja sivuvirtojen hyödyntäminen EU-tason ja kansallisen jätehierarkian mukaan ensisijainen tavoite tulisi olla jätteiden syntymisen vähentäminen, toissijaisesti jäte tulisi kierrättää ja kolmanneksi, mikäli kaksi edellistä vaihtoehtoa eivät ole mahdollisia, jäte tulisi käyttää energiaksi. Neljäs ja nykyisin vielä yleisin vaihtoehto on syntyneen jätteen hyödyntämättä jättäminen ja kaatopaikkasijoitus. Suurin osa jätteistä Suomessa päätyy vielä kaatopaikalle. Esimerkiksi vuonna 2007 Suomessa syntyneistä jätteistä hyödynnettiin vain noin 40 %. Jätteet muodostavat siten merkittävän käyttämättömän biomassavirran. Suomen uusiutuvan energian tavoitteiden mukaan biokaasun käyttöä lisätään 0,7 TWh ja kierrätyspolttoaineiden käyttöä 2 TWh (uusiutuva osuus). Tukimuotona biokaasulle käytetään sähkön syöttötariffia (83,50 /MWhe + 50 /MWhe lämpöpreemio), ja kierrätyspolttoaineille sähkön tuotannon tukea 2,40 /MWhe). (TEM 2010). Nykyisellään hyödyntämättömät jätejakeet sekä myös teollisuuden ja maatalouden sivuvirrat tarjoavat mahdollisuuksia uuteen liiketoimintaan energian- ja polttoaineiden tuotannossa, mm.: Energiantuotanto o Sähkön, lämmön ja kylmän yhdistetty tuotanto o REF:n rinnakkaispoltolla parempi sähkön tuotannon hyötysuhde kuin jätteenpoltolla o Jätteiden kaasutus ja kaasun poltto hiilipölykattiloissa (Pulverized Coal Boiler, PCB) 38
40 o Biokaasu CHP o Kaatopaikkakaasun talteenotto ja käyttö energiantuotannossa Polttoaineet o Biokaasu liikenteen polttoaineena: lanta, jätevesilietteet, biojäte, peltobiomassa (käyttämätön olki ja lisänä esim. ruokohelpi) o Biodiesel ja bioetanoli (kts. edellä liikenteen polttoaineet, esim. UPM ja ST1) Jätteistä voidaan energian ja polttoaineiden ohella tuottaa myös muita tuotteita, kuten esimerkiksi pitkälle jalostettuja typpi- ja fosforilannoitteita, kompostointi- ja mädätystuotteita sekä hiilidioksidia. 4.3 Biopohjaiset materiaalit Biomassojen ainesosista voidaan tuottaa hyvin monenlaisia materiaaleja, mm. erilaisia biopolymeerejä ja komposiittituotteita. Uusiutuvia ja kierrätettäviä raaka-aineita suosiva trendi parantaa biopohjaisiin materiaaleihin liittyviä liiketoimintamahdollisuuksia. Lisäksi EU-tason ja kansallinen lainsäädäntö tulee jatkossa yhä vahvemmin ohjaamaan uusiutuvien materiaalien käyttöön. Tällä hetkellä biomateriaaleista valmistettuja tuotteita on lähinnä pakkausmateriaaleissa ja niiden valmistukseen käytettävien biomateriaalien valikoima lisääntyy nopeasti. Uusia tuotteita ja liiketoimintaa nähdään erityisesti seuraavissa tuotteissa (mm. BIOCLUS - workshop 12.5., BioRefine): Rakentamisen tuotteet (kantavat rakenteet, eristeet ja muut tuotteet) o puu- ja muut biopohjaiset parannetut rakenteet, erityisesti komposiitit - puun rakennusteknisen suorituskyvyn parantaminen esim. kemiallisesti o biopohjaiset eristeet (biopolymeerit, biomassavilla) o biomuovit (biopolymeerit) rakennusosina (eristeen lisäksi) Funktionaaliset materiaalit, biomuovit ja komposiitit (esim puusta ja hampusta) muille aloille - käyttökohteita laajasti: mm. pakkaukset, huonekalut, autojen muoviosat ja tekstiilit Metalli-puukuituhybridimateriaalit teollisuuskäyttöön Biopohjaiset liimat Älymateriaalit kuten RFID -älypaperit ja älypakkaukset Nanomateriaalit, esim. nanosellu - luonnon sellukuidusta tuotettuja nanopartikkeleita Luonnonpolymeereistä löytyy huomattavaa potentiaalia materiaalitekniikan uusiin sovelluksiin. Hyödyntämällä polymeerirakenne mahdollisimman pitkälle voidaan biomassasta saada enemmän lisäarvoa kuin sen kemikaali- tai polttoarvo antaa. Suomelle luontainen arvoketju voisi perustua metsäbiomassan ja metsäteollisuuden raaka-aineiden hyödyntämiseen ja 39
41 metsäteollisuuden kanssa synergistisiin polymeereihin kuten selluloosa-, ligniini- ja tärkkelysjohdannaisiin. Myös uudet jo aikaisemmin käytössä olleet peltotuotteet kuten pellava ansaitsevat huomiota. Luonnon polymeerien hyödyntäminen edellyttää teollisen biotekniikan eli ns. valkoisen biotekniikan laajentamista uusille alueille ja vaatii mittavia T&K -panostuksia, edullista raaka-ainetta ja riittävän suurta tuotantoyksikön kokoa. Suomessa on prosesseja - mm. VTT:n kehittämiä - joita voidaan soveltaa, mikäli arvoketjun kaikki osatekijät saadaan edullisesti. (Aittomäki et al. 2007). Esimerkiksi UPM on alkanut valmistaa ProFi -puumuovikomposiittia tarralaminaattien tuotannon sivutuotteina syntyvästä paperista ja muovista (selluloosakuituja ja muovipolymeereja). Toisin kuin muut puumuovikomposiitit, paperikuituja, jotka eivät sisällä juuri lainkaan ligniiniä, oka aiheuttaa harmaantumista auringonvalon vaikutuksesta. UPM ProFia voidaan kutsua myös paperimuovikomposiitiksi. Kierrätysmateriaalin määrä riippuu tuotteen käyttökohteesta ollen aina vähintään 50 prosenttia. Loput raaka-aineet ovat neitseellistä muovia, erilaisia täyteaineita ja väriä. Puumuovikomposiittituotteita voidaan tuottaa hyödyntämällä tavanomaisia muovinvalmistusteknologioita. UPM ProFista valmistetaan tuotteita suulakepuristamalla ja ruiskuvalamalla. Jatkotyöstämiseen soveltuvat tavalliset puuntyöstövälineet. Komposiitissa yhdistyy puukuitujen ja muovin ominaisuuksia, ja se kestää hyvin kulutusta, ei ime vettä eikä sisällä myrkkyjä. UPM ProFi voidaan hävittää polttamalla tai kierrättää takaisin tuotantoprosessiin. Uusien tuotteiden ohella myös puusta tehtyjen perinteisten tuotteiden ja niihin liittyvien arvoketjujen edelleen kehittämisessä on potentiaalia, mm. viestinnän väliaineeksi, pakkauksiin ja rakentamiseen (mukaillen Aittomäki et al. 2007): Raaka-ainelähtöinen tarkastelu: parannuksia lähtömateriaaliin (geenimuokkaus ja/tai uudet kasvit ja -lajikkeet), kuidutus, koko prosessin integrointi energiaketjuun (ml. liikennepolttoaineet), nykyisten tuotteiden sekä epäorgaanisen osion uusiokäyttö Markkinalähtöinen tarkastelu: tuotteet - makrorakenne - mikrorakenne - ulkonäkö/ brändi Uudet ja parannetut sellu- ja paperituotteet mm. viestinnän ja logistiikan kehittyviin tarpeisiin, erilaisiin hygienia- ja kotitalouskäyttöihin, sekä moninaisiin teknisiin erikoissovelluksiin Puusta etenkin mekaanisesti valmistettuja tuotteita rakentamiseen - näiden tuotekehitys ja kokonaiset tuote- ja palvelupaketit passiivi- ja nollaenergiataloissa (ml. energiantuotanto) Myös jo käytössä olevat peltotuotteet kuten pellava ja hamppu ansaitsevat huomiota. (esim. hamppu maailman vahvin kasvikuitu ja mahdollistaa puukuituja paremman kierrätettävyyden) Sellusta tehtävä viskoosikuitu, joiden valmistus tullut jälleen kannattavaksi polyesterin tuotantoon käytettävän öljyn hinnan nousun takia sekä puuvillan hinnan nousun takia (KL 4.11.) Turpeen osalta liiketoiminnaltaan merkittäviä ja kaupallistumassa olevia uusia tuotteita ole ei juuri näköpiirissä. Tällä hetkellä merkittävin materiaalikäyttö on kasvualustana, ja globaalisti kasvuturvekäyttö on noin 10 % turpeen energiakäyttömäärästä. Tästä pisimmälle jalostettua on 40
42 pakattu kasvuturve, jossa on mukana lannoite- ja lisäaineita (mm. savea tai hiekkaa). Jonkin verran palaturvetta käytetään myös teiden routaeristeenä. Turvetta jalostetaan myös pieniä määriä erottamalla siitä tupasvillaa, joka on kuitutuote jota voidaan käyttää ekologisena eristeenä. Yksi merkittävä maailmanlaajuinen tuote on myös kylpy- ja kosmetiikkaturve, jonka volyymit ovat pieniä mutta jalostusarvo suurta. Turvetta on todistetusti käytetty edullisempana öljyn korvaajana muovin täyteaineena menettämättä lujuusominaisuuksia (Tampereella VTT:llä). Tämä voisi olla myös volyymituote, mutta on vielä kaupallistamatta. Turpeessa kasvavaa tupasvillan kuitua voidaan käyttää komposiittimateriaaleissa lujitteena. Tämä olisi ainespuuta edullisempi vaihtoehto, joskin nykyisin käytetty sivutuotepuu on hinnaltaan ja saatavuudeltaan yleensä edullisempi vaihtoehto. Tupasvillaa voidaan käyttää myös eristeenä perinnerakentamisessa pellavan ohella. Tupasvillan etuna pellavaan verrattuna on säilyminen ilman lisäkemikaaleja 4.4 Biopohjaiset kemikaalit Biopohjaisista raaka-aineista saadaan tuotettua eri prosessireittien kautta runsaasti erilaisia kemikaaleja, jotka voivat toimia raaka- ja lisäaineina mm. lääke-, kemian- ja elintarviketeollisuudelle. Nämä sisältävät periaatteessa samoja aineita, joita kemianteollisuus nyt tarjoaa fossiilisista raaka-aineista valmistettuna. Jatkossa onkin mahdollista, että metsien biomassa toimii kemianteollisuuden lähituotettuna raaka-aineena, joka korvaa tuotuja fossiilisia raaka-aineita. Vuonna 2004 globaalit kemikaalimarkkinat olivat noin 1776 miljardia euroa, josta EU:n osuus noin 586 miljardia euroa (33 %). Noin 5 % prosenttia kemikaaleista vuonna 2004 oli biopohjaisia (vain bioteknisesti tuotetut). Vuonna 2005 tämä osuus oli jo 7 % ja on arvioitu, että vuonna 2010 noin 10 % (125 miljardia euroa) kemianteollisuuden tuotteista olisi bio-pohjaisia. McKinsey on arvioinut valkoisen biotekniikan avulla (biomassa raaka-aineena, fermentointi tai entsymaattinen konversio tuotantoprosessina) tuotettujen tuotteiden markkinoita vuodelle 2010 (kuva 17). (Aittomäki et al. 2007). Kuten nähdään, ovat tässäkin arviossa liikenteen biopolttoaineet markkinoiden kooltaan potentiaalisin tuoteryhmä. 41
43 Kuva 17. Valkoisen biotekniikan arvioidut markkinat tuoteryhmittäin (Aittomäki et al. 2007). Toimijakenttää tarkasteltaessa Suomen kemian teollisuuden yrityksistä varsin harvalukuinen määrä voidaan luokitella biomassaa raaka-aineenaan käyttäväksi (Aittomäki et al. 2007): Biotekniikkaa soveltava teollisuus: esimerkiksi entsyymit, käymistuotteet, leivinhiiva ja biologiset torjunta-aineet. Näiden yritysten raaka-aineiden käyttö on varsin laaja-alaista käsittäen mm. sokerit (esim. glukoosi) ja elintarvike-teollisuuden sivutuotteet (esim. laktoosi, rankki). Huomattava osa raaka-aineista tuodaan kuitenkin tänä päivänä ulkomailta. Metsäteollisuuden sivujakeita hyödyntävä teollisuus: mäntyöljyn jalosteet, ligniinipohjaiset tuotteet, puutisleet. Näistä sivuvirroista voidaan edelleen jalostaa uusia tuotteita niin kemian kuin elintarvike- ja lääketeollisuuden raaka-aineiksi Maatalouden tärkkelysjohdannaisia tuotteita jalostava teollisuus Tekes BioRefine -liiketoimintaselvityksen mukaan potentiaalista uutta liiketoimintaa nähdään löytyvän etenkin seuraavista osa-alueista (Aittomäki et al. 2007): Entsyymien tuotanto o Suomessa on jo kertynyt huomattavaa osaamista niin yrityksiin kuin tutkimusorganisaatioihin o Entsyymien käyttö biomassan hydrolyysissä tulee kasvamaan lähivuosina merkittävästi bioetanolilaitosten lukumäärän kasvun myötä. 42
44 Metsäteollisuuden sivuvirtojen laajempialainen hyödyntäminen. o Suomen teollisuuden kanssa synerginen ala o Alalla jo toimiva teollisuus yhdessä perinteisen metsäteollisuuden tutkimus- ja tuotanto-osaamisen kanssa luo edellytykset uusien tuotesovellusten löytymiselle o Hyödynnettäviä sivuvirtoja ovat esim. metsätähteet, puun kuori, mustalipeän fraktiot ja erilaiset lietteet o Entsyymien käyttö metsäteollisuuden eri prosesseissa tulee lisääntymään tulevaisuudessa. Yhdessä entsyymiteknisen osaamisen kanssa näille raaka-aineille voidaan löytää uusia ominaisuuksia ja sovelluksia Metsäteollisuuden sivuvirtojen laajempi hyödyntäminen kemikaaleina tarkoittaa periaatteessa näiden kemiallista ja termistä fraktiointia ja edelleen jalostamista korkeampiarvoisiksi tuotteiksi, esimerkiksi: Hemiselluloosan uuttamista kiinteästä biomassasta kuten hakkeesta tai sahanpurusta tutkitaan mm. Metsäklusterin Oy:n Tulevaisuuden biojalostamo (Future Biorefinery) - hankkeessa. o Jos hemiselluloosien sokeriketjut pilkotaan yksittäisiksi sokeriyksiköiksi, voidaan sokerit edelleen käyttää biopolttoaineiksi (bioetanoli tai biobutanoli) tai niistä voidaan tuottaa erilaisia kemikaaleja esimerkiksi muovien tai tekstiilien lähtöaineeksi. o Yksittäisten sokeriyksiköiden hyödyntämisen ohella polymeerinen eli pilkkoutumaton luonnollinen hemiselluloosa on herättänyt paljon kiinnostusta. Sen mahdollisia sovelluskohteita ovat esimerkiksi pakkausmateriaalien eristävät kalvot, emulsioiden muodostus, paperikemikaalit sekä terveysvaikutteiset yhdisteet ja jopa lääkkeet. Näiden tuotteiden kehittämisen haasteena on pystyä eristämään hemiselluloosa biomassasta mahdollisimman ehjänä. Yksi uusi tie tehokkaampaan kemikaalien tuotantoon metsäteollisuuden virroista on Tekesin BioRefine -ohjelmassa tutkittu ns. SEW-pulping (SO 2 -ethanol-water) prosessi, jossa saadaan tehokaammin erotettua hemiselluloosan monomeerit ja ligniini, ja niistä edelleen tuottaa arvokkaampa kemikaaleja kuten isopropanolia, butanolia sekä etanolia käyttäen ns. ABE-fermentaatioprosessia. Mm. butanoli olisi erittäin potentiaalinen liikenteen polttoaine (Granström ja Heiningen 2009). Vastaavasti puubiomassan kaasutusreitin kautta voidaan saada jatkossa suuria määriä erilaisia kemikaaleja, joihin kohdistuu odotuksia muoviteollisuuden raaka-aineina. Puhdistetusta tuotekaasusta voidaan valmistaa mm. eri olefiineja, aromaatteja sekä metanolia. (Granö 2008). Potentiaaliseksi alueeksi on tunnistettu myös teollisen biotekniikan eli ns. valkoisen biotekniikan laajentaminen uusille alueille - lähinnä biopolymeerien ja kemikaalien - tuotantoon. Tämä kuitenkin vaatii mittavia T&K -panostuksia, edullista raaka-ainetta ja riittävän suurta tuotantoyksikön kokoa. Suomessa on prosesseja - mm. VTT:n kehittämiä - joita voidaan soveltaa, mikäli arvoketjun kaikki osatekijät saadaan edullisesti. 43
45 Uuden liiketoiminnan potentiaalia on sekä valmistuksessa että teknologian viennissä. Potentiaalisia biomassasta valmistettavia uusia kemikaaleja on esitetty taulukossa 12. (Aittomäki et al. 2007): Taulukko 12. Potentiaalisia kemikaaleja biomassasta Tällä hetkellä näköpiirissä olevia ja kehityksen kohteena olevia uusia tuotteita (mukaillen Aittomäki et al. 2007): Kemia Elintarvikkeet Kemian teollisuuden uudet tuotteet liittyvät huomattavassa määrin metsäteollisuuden ja elintarviketeollisuuden arvoketjuihin ja niiden virtojen maksimaaliseen hyödyntämiseen: o Metsäteollisuuden sivuvirroista: sterolit, antioksidantit, lääkeraaka-aineet o Ligniinituotteet (2. sukupolven bioetanoliteollisuus tulee tuottamaan rikki-vapaata ligniiniä) o Orgaaniset hapot o Erikoissokerit Selluloosa- tärkkelys- ja polysakkaridijohdannaiset Uudet entsyymit fermentointiteollisuudesta Pitkällä aikavälillä mahdollisesti synteesikaasuun perustuvat kemikaalit Forchemin kehittämä Formicochem -prosessi täydentää heidän toisia non-food nonwood biorefinery -prosessejaan (bioenergia ja sellu), ja sillä voidaan tuottaa biomassoista monia biokemikaaleja, kuten ligniiniä, etikkahappoa ja furfuraalia, sekä biopolttoaineita Turpeen ja puun tuhkan hyötykäyttö: puhdas turvetuhka haluttu sementin raaka-aine, puhdas puutuhka taas lannoitteena. (Useimmissa laitoksissa tulee kuitenkin rinnakkaispoltosta johtuen turpeen ja puun seostuhkaa) Ruoan lisäaineet ja funktionaaliset tuotteet (esim. entsyymit, luonnonmolekyylit) Erikoissokerit 44
46 Esim. nykyisin jo laajasti käytetty Liquid smoke - pyrolyysillä saatava elintarvikekemikaali ruoan säilytykseen ja maustamiseen Hyvinvointi Maailmassa on tällä hetkellä voimakkaan kehityksen kohteena ns. etninen lääketiede, joka etsii luontoperäisiä lääkeaineita järjestelmällisesti. Nämä ovat pienivolyymisia ja korkean teknologian tuotteita, jotka voivat olla Suomelle potentiaalisia uuden liiketoiminnan alueita Antioksidanttien ja funktionaalisten elintarvikkeiden tuottaminen teollisuuden sivuvirroista: selluloosateollisuuden mustalipeä, tärkkelys- ja etanolituotannon sivujakeet Uudet lääkkeet ja biologisesti aktiiviset komponentit metsä- ja peltobiomassan uuteaineista Luontaistuotteet terveyden hoitoon Esim. UPM kehittää kosmetiikkakemikaaleja (yhteistyössä Lumene), sekä lisäaineita funktionaalisiin elintarvikkeisiin Kemikaalit turpeesta Turve on kemialliselta rakenteeltaan monipuolinen seos erilaisia yhdisteitä, joista voidaan teoriassa erottaa monenlaisia kemikaaleja. Periaatteessa turpeesta voidaan valmistaa kemikaaleja samankaltaisesti kuin puustakin. Todennäköisesti turpeen merkittävimmät käyttömahdollisuudet ovat bioetanolin raaka-aineena. Turpeesta käyttöä muuhun kuin energian tuotantoon ei ole paljoa tutkittu (Aittomäki et al. 2007), vaikkakin potentiaalia erilaisten arvokkaiden kemikaalien tuottamiseen (esim. lääke- ja kosmetiikka-alalle) on todettu. Toisaalta turpeella ei ole uusiutuvan raaka-aineen etuja kuten puulla ja muulla uusiutuvalla biomassalla. 5 Mahdollisuudet Keski-Suomessa 5.1 Mahdollisuuksien rajoitteita Edellisessä luvussa käytiin yleisesti läpi mahdollisia uusia tuotteita ja liiketoimintamahdollisuuksia biomassan laajempialaisessa hyödyntämisessä. Näiden mahdollisuuksien realisoitumiselle Keski-Suomen maakunnassa on kuitenkin olemassa monia rajoitteita, joista oleellisimpia ovat: Löytyykö mahdollisen uuden liiketoiminnan harjoittamiseen maakunnasta toimijoita - sekä suuria että pieniä? Yksi merkittävimpiä mahdollisuuksia uusien biomassapohjaisten tuotteiden tuotannolle on olemassa olevien metsäteollisuuden integraattien hyödyntäminen, jolloin olemassa olevan tuotannon (paperi, kartonki ja sellu) kanssa saadaan synergiaetuja jotka voivat vähentää merkittävästi uusien tuotteiden tuotantokustannuksia. Metsäteollisuuden sivuvirroista voidaan tehdä uusia tuotteita, todennäköisesti olemassa olevia tuotantolinjoja pienemmillä linjoilla. Tällaista toimintatapaa edistäisi se että olemassa olevien integraattien lisäksi niiden sisälle tulisi 45
47 uusia teknologiaosaamiseen ja innovaatioihin suuntautuneita toimijoita. Mikäli edellä mainittuja toimijoita ei ennestään ole olemassa, on uuden liiketoiminnan syntyminen yleensä hankalaa. Uuden liiketoiminnan käynnistämiseksi tarvitaan innovaatioiden luovuttajia ja toimialarajat ylittävää yhteistyötä sekä yritysten (etenkin pk-sektorin) aktivointia. Pkyritykset voivat olla keskeisiä toimijoita metsäteollisuuden uusissa tuotteissa, joissa volyymi on pientä mutta lopputuotteen arvo suurempaa kuin perinteisissä (paperi, sellu) tuotteissa. Alan pienet yritykset maakunnassa toimivat useimmiten arvoketjun alkupäässä raaka-aineen hankinnassa. Kuitenkin uusissa, korkeamman arvon biomassatuotteissa korostuvat enemmän jalostustoimintaan liittyvä liiketoiminta- ja teknologiaosaaminen sekä niiden synnyttämät innovaatiot. Minkälaiset ovat biomassan raaka-aineresurssit ja niiden nykyinen käyttö? Mikäli biomassaresurssit ovat jo pitkälti käytössä, kilpailevat eri käyttömuodot kovemmin resursseista keskenään ja toimijoilta vaaditaan suurempaa maksukykyä. Tämä taas luo paineita lopputuotteesta saatavalle hinnalle. Biomassavarojen käyttöön liittyvän selvityksen (BIOCLUS -raportti WP2.1 c ja d, tarkasteltu luvussa 3) mukaan useimmat biomassavarat ja -virrat ovat Keski-Suomessa jo varsin pitkälle hyödynnettyjä. Biomassavarat joiden käyttöä voidaan vielä selvästi lisätä, ovat puu ja turve. Muita mielenkiintoisia jakeita ovat mm. mekaanisen ja kemiallisen metsäteollisuuden sivuvirrat, joista voitaisiin löytää suoraa polttoa arvokkaampia hyödyntämismahdollisuuksia. Myös jätteissä (yhdyskuntien biohajoavat jätteet ja jätevesilietteet) ja maataloudessa (hyödyntämätön olki, kesantoalat, karjanlanta) on hyödyntämätöntä potentiaalia. Näissä on hyödyntämätöntä potentiaalia, mutta volyymi on huomattavasti pienempi. Mikä on tuotteen markkinapotentiaalia (volyymi ja arvo) sekä toteutettavuus? Mikäli uudelle tuotteelle ei ole näköpiirissä selvää markkinapotentiaalia tai sen toteutettavuus toimijoiden tai raaka-aineen puutteen, teknisten esteiden tms. seikkojen näkökulmasta on kovin hankalaa, ei sitä voida pitää kovin lupaavana uuden liiketoiminnan kannalta. BIOCLUS-työpajassa esitettyjä arvioita uudesta liiketoiminnasta ja sen vaikutuksista Keskeistä alueellisen klusterin kannalta on kuinka uusien tuotteiden tutkimus ja tuotanto sijoittuu Mitä itse asiassa ovat uudet tuotteet, ja pyritäänkö niillä vientiin vai alueellisille tai kotimarkkinoille? - periaatteessa suorat energiatuotteet (kuten sähkö ja lämpö) menevät kotimaiseen ja paikalliseen käyttöön, kun taas muille jalostetuimmille tuotteille täytyy löytyä markkinoita muualtakin riittävän mittakaavan saamiseksi Kuinka mahdolliset uudet tuotteet ja liiketoiminta työllistävät? Yleisesti ottaen tuotantoketjun alkupää työllistää enemmän (biomassan korjuu ja logistiikka) kuin loppupää (jalostus, joka yleensä pääomavaltaista) Voivatko uudet tuotteet korvata bulkkituotantoon perustuvaa perinteistä metsäteollisuutta? Toisaalta alueellinen yrityskenttä asettaa rajoitteita: Tarvitaan innovaatioiden luovuttajia sekä toimialarajat ylittävää yhteistyötä ja yritysten (etenkin 46
48 pk-sektorin) aktivointia (Esimerkki Biorefine -ohjelman aktivointi tilaisuudet pienille ja pk-yrityksille) Yhtenä oleellisena rajoitteena voidaan nähdä myös turpeen asema tulevaisuudessa. Kun uusiutuvien biomassojen käyttöä tuetaan jatkossa yhä voimakkaammin, on hitaasti uusiutuvan turpeen kohtelu päinvastainen. Hallitus päätti budjettiriihessä , että turpeen energiakäyttöä verotetaan vuoden 2011 alusta 1,9 /MWh, ja että verotus tulee kiristymään portaittain jatkossa. Lisäksi päästökauppa heikentää turpeen kilpailukykyä yli 20 MW laitoksissa. 5.2 Energia ja polttoaineet Energian ja polttoaineiden osalta liiketoiminnan uusia ja vahvistuvia mahdollisuuksia on arvioitu mahdollisten raaka-ainepotentiaalien, toimijoihin perustuvien tuotanto- ja käyttöpotentiaalien, sekä maakunnallisten tavoitteiden valossa. Bioenergiasta elinvoimaa -klusteriohjelmassa on vuonna asetettu 2007 yhteensä 4 TWh:n tavoite (ns. 4 TWh:n savotta) uusiutuvan energian, pääasiassa biomassojen, ja turpeen lisäämiseksi energian tuotannossa Keski-Suomessa vuoteen 2015 (Paananen, 2007). Tavoitteita tarkistettiin syksyllä 2010, jolloin siihen mennessä tapahtuneen kehityksen perusteella puun ja turpeen lisäystavoitetta nostettiin ja peltobiomassojen, pelletin, REF:n sekä muiden tavoitteita laskettiin. Alkuperäiset ja uudet lisäystavoitteet on kuvattu taulukossa 13. Lisäksi maakuntasuunnitelman linjauksen mukaan Keski-Suomi on vuoteen 2020 mennessä fossiilisista polttoaineista vapaa maakunta, lukuun ottamatta osaa liikenteen polttoaineista. Tämän tavoitteen toteutuminen tukee Ruralia-instituutin mukaan (Reini & Törmä 2010) Keski- Suomen aluetaloutta lisäämällä talouskasvua puoli prosenttiyksikköä yli perusuran mukaisen kehityksen, mikä vastaisi euroina 35 miljoonaa, ja parantamalla alueen työllisyyttä yli 200 henkilötyövuodella. Myönteisiä aluetalousvaikutuksia todennäköisesti vielä vahvistaisi alueen ulkopuolelta tuotavan lämmitysöljyn ja sähkön määrän väheneminen. Lisäksi alueelle voi kertyä hyötyjä alan laitevalmistuksen osaamisen ja liiketoiminnan lisääntymisen kautta. Taulukko 13. BEV-klusteriohjelman 2007 asetetut ja 2010 päivitetyt lisäystavoitteet vuoteen 2015, GWh 2007 lisäystavoite Turve 1200 Biojalostamo 400 GWh 2010 päivitetty lisäystavoite 2015 tavoitteen mukainen käyttö Metsähake Peltobiomassa 700 Biokaasutus 25 GWh, pelletit 100 GWh REF, polttopuu,
49 aurinko ja lämpöpumput Puupelletit Yhteensä Nestemäiset polttoaineet Biodiesel Merkittävin mahdollisuus liikenteen biopolttoaineiden tuottamiseksi Keski-Suomessa on suuren koon biojalostamon perustaminen jonkun metsäteollisuuden nykyisen integraatin yhteyteen. Ainoat Keski-Suomea koskevat suunnitelmat tällaisesta ovat Metsäliitolla ja Vapolla, jotka kaavailevat biodieseliä tuottavaa laitosta olemassa olevan tehdasintegraatin yhteyteen. Vaihtoehtoisina paikkoina ensimmäisessä vaiheessa ovat Kemi, Äänekoski, Etelä-Ruotsin Jönköping sekä Viron Kunda. Kemiin ja Äänekoskelle on syksyllä 2010 valmistunut ympäristövaikutusten arviointi. Ensimmäisen laitoksen sijoituspaikan valintaan vaikuttaa yhtiöiden mukaan erityisesti raaka-ainehuollon varmuus. Yhtiöiden tavoitteena on selvittää vuoden 2010 aikana biojalostamon teknologiset ja liiketaloudelliset edellytykset. Laitos tuottaisi Fischer-Tropsch -synteesiin perustuvalla prosessilla maksimissaan tonnia biodieseliä ja naftaa, ja käyttäisi tällä kapasiteetilla toimiessaan 4,2 TWh biomassaa vuodessa. Biomassaa on arvioitu hankittavan 200 km:n säteeltä ja että se jakautuisi seuraaviin jakeisiin: puu 3-4,1 TWh (n. 2 milj. m 3 ), turve 0-1,2 TWh (tuotantoala max ha/25 vuotta) ja ruokohelpi 0-0,2 TWh. (Metsäliitto ja Vapo 2010). Biodiesellaitos pystyy muuntamaan raaka-aineen eli biomassan energiasisällöstä noin puolet biopolttonesteeksi. Loppuosa raaka-aineista muuntuu prosessissa lämpöenergiaksi, joka voidaan käyttää esimerkiksi sähkötuotantoon sekä prosessi- että kaukolämpönä. Osa tästä energiasta tullaan hyödyntämään raaka-aineiden kuivauksessa sekä muutoin integraatissa. Kun prosessien tuottama energia käytetään mahdollisuuksien mukaan hyödyksi, saadaan prosessin kokonaishyötysuhteeksi noin 90 %. Syntyvien prosessihöyryjen ja -lämpöjen tehokas hyödyntäminen biodiesellaitoksessa tai muualla ympäröivän metsäteollisuusintegraatin toiminnoissa onkin yksi keskeinen laitoksen suunnittelukriteeri. (Metsäliitto ja Vapo 2010). Tämän mukaan siis noin 40 % raaka-aineen energiasisällöstä menee integraattiin ja osa siitä korvaa siten olemassa olevan Äänevoiman voimalaitoksen polttoaineenkäyttöä. Mikäli biojalostamon sivuvirrat korvaavat polttoaineenkäyttöä esim. noin 1 TWh edestä, on biojalostamon tuoma nettolisäys biomassojen tarpeeseen luokkaa 3 TWh. Maksimikapasiteetin mukainen t tuotanto vastaa tyypillisen BtL -biodieselin tiheyden mukaan litraa. Käyttämällä tuottajahintaa 0,5-0,7 /l (mm. Reini & Törmä 2010) saadaan tuotannon arvoksi noin milj.. Vastaavasti dieselin kuluttajahinnalla (diesel hinta noin 1, sis. polttoainevero, ei alv.) saadaan tuotannon arvoksi noin 256 milj.. YVA:n mukaan työpaikkoja biojalostamolle tulisi 100 ja raaka-aineen hankintaan noin 500. Pelkän laitoksen toiminnan työllisyysvaikutukset olisivat noin htv/twh. Toisaalta kun käytetään Pellin (2010) arviota metsähakkeen korjuun työllisyysvaikutuksista, huomioiden myös raaka- 48
50 aineen tuotannon välilliset vaikutukset kokonaistyöllisyysvaikutukset olisivat arviolta luokkaa htv. Laitokselle harkitaan myös hiilidioksidin talteenottoa ja loppusijoitusta, jolloin laitos toimisi hiilidioksidin poistajana ilmakehästä. Prosessi tuottaa Mt hiilidioksidia vuodessa, josta n. 80 % voidaan nesteyttää ja kuljettaa loppusijoituspaikalle. BtL-laitoksessa hiilidioksidia syntyy biomassan kaasutuksessa ja kaasun jatkojalostuksessa, josta se joudutaan erottamaan ennen prosessointia nestemäiseksi tuotteeksi. Hiilidioksidin erotustekniikka kuuluu oleellisena osana tuotantoprosessiin. Laitos tuottaa noin t puhdasta loppusijoituskelpoista hiilidioksidia vuodessa, joka loppusijoitettaisiin meren pohjalle. Tämän määrän vieminen loppusijoituspaikalle vaatii komprimointilaitoksen sekä kuljetukset loppusijoituspaikalle. Ilmakehästä poistettaisiin vuodessa karkeasti noin tonnia hiilidioksidia. Tällöin muuttuu myös turpeella valmistetun dieselin hiilijalanjälki, jolloin se olisi samaa suuruusluokkaa kuin kokonaan uusiutuvasta biomassasta tuotetun biodieselin hiilijalanjälki. (Metsäliitto ja Vapo 2010). Hiilidioksidin talteenoton ja varastoinnin kannattavuus riippuu pitkälti päästöoikeuden hinnasta sekä siitä kuinka päästökauppajärjestelmässä tullaan kohtelemaan hiilidioksidin talteenottoa periaatteessa hiilineutraalien puupolttoaineiden kohdalla. Kannattavuuteen vaikuttaa myös se, saako hiilidioksidin talteenoton sisältävällä prosessilla turpeesta tehty biodiesel saman kohtelun kuin puupohjainen diesel. Mahdollisuuden toteutuminen riippuu täysin Metsäliiton ja Vapon päätöksestä biojalostamon sijoituspaikan suhteen. Toisaalta raaka-ainehuollon varmuuden painottaminen sijoituspaikan kriteerinä voidaan nähdä Keski-Suomelle edullisena seikkana, sillä selvityksen mukaan Äänekosken hankinta-alueen metsäenergian potentiaali on peräti 12 TWh (Metsäliitto ja Vapo 2010). Investointipäätökseen vaikuttaa merkittävästi myös biodiesellaitoksille jaettavan EU:n investointituen kohdentuminen, joka on laitoksen toteutumiselle välttämätön. Tuen osuus voi olla jopa puolet investoinnista, ja siitä päättää Euroopan investointipankki joka arvioi kilpailevat hankkeet ja tekee lopulliset valinnat (Kauppapolitiikka ). Lisäksi biodieselin käytön tukeminen jakeluvelvoitteella ja siihen liittyvällä puuperäisen dieselin kaksinkertaisella painoarvolla sekä valmisteilla olevan verouudistuksen kautta vaikuttavat oleellisesti laitoksen kannattavuuteen. Bioetanoli Raaka-aineiden perusteella Keski-Suomessa on tuotantomahdollisuuksia puu- ja jätepohjaisen bioetanolin valmistukseen. Tällä hetkellä pisimmälle kehittyneissä teknologioissa mahdollisuuksia olisi UPM:n kaupan ja teollisuuden jätteitä ja siistauslietettä käyttävälle laitokselle sekä ST1:n etanolilaitoksille. UPM:n bioetanolilaitokselle löytyy maakunnasta potentiaalista raaka-ainetta Kaipolassa, jossa siistausliete mene polttoon ja läjitykseen. Lisäksi siistauslietettä syntyy maakunnan ulkopuolella Mäntässä (noin tonnia), jossa sen poltolle ei ole lupaa. Laitos tarvitsee UPM:n mukaan raaka-aineeksi lietteen lisäksi noin tonnia kaupan ja teollisuuden jätettä, mikä edellyttäisi jätteiden tuontia maakunnan ulkopuolelta. Tällä konseptilla voitaisiin tuottaa yhtiön mukaan joitakin kymmeniä miljoonia litroja. Kun nykyinen etanolin tuottajahinta on noin 50 senttiä litralta, liikevaihto olisi yhtä tuotantoyksikköä kohti noin miljoonaa. Biodieselin tuotantoon sopivan tehtaan valinta on parhaillaan käynnissä. UPM:n mukaan Päätös bioetanolin demolaitoksesta syntynee kesän jälkeen, ja teollisessa mittakaavassa tuotanto voisi Suomessa alkaa todennäköisesti vuonna (Tekniikka&Talous ) 49
51 Maakunnassa olisi myös potentiaalia jätteiden hyödyntämisessä etanoliksi ST1:n Bionolix - tyypin laitoksilla, jotka pystyvät käyttämään elintarviketeollisuuden sivuvirtojen ohella myös kotitalouksien, kauppojen ja teollisuuden erilliskerättyä biojätettä. Hämeenlinnaan valmistuneen ensimmäisen Bionolix-laitoksen koko on noin raaka-ainetta josta tuotetaan noin 1 miljoonaa litraa etanolia. Tällaisella laitoskoolla saadaan myös Keski-Suomessa helposti riittävä raaka-ainepohja laitokselle tai useammallekin. Rahallinen arvo 1 miljoonan etanolilitran vuotuiselle tuotannolle olisi 50 senttiä litralta tuottajahinnalla noin Edellä mainitut etanolihankkeet kilpailevat jäteraaka-aineen osalta biokaasun tuotannon kanssa. Bionolix-laitoksen ohella Keski-Suomelle lupaavia uusia ST1:n bioetanolin valmistusteknologioita ovat selluloosapohjaista jäteraaka-ainetta (pakkaukset) käyttävä Cellunolix sekä olkea käyttävä Fiberix. Näissä molemmissa löytyisi Keski-Suomesta raaka-ainetta ST1:lle tyypilliselle pienen koon laitokselle. Yksi tarkastelluista mahdollisuuksista oli Chempoliksen non-food ja non-wood -pohjainen biojalostamoteknologia, jolla voidaan valmistaa selluloosapohjaisista maatalouden sivutuotteista ja kuitupitoisista kasveista bioetanolia, sellua ja biokemikaaleja. Tämän teknologian hyödyntämisen ei maakunnassa ole kovinkaan suurta raaka-ainepontetiaalia, sillä käyttämätöntä maatalouden biomassaa ei juuri ole ja suurin selluloosapotentiaali on selvästikin puubiomassoissa. Suurin huonosti käytetty biomassavirta on maanparannukseen käytettävä olki ( tonnia). Toisaalta tuotantosuunnan muutoksilla saataisiin esimerkiksi nurmiviljelystä alaa raaka-ainetuotantoon, mutta tämä periaatteessa rikkoisi non-food - periaatetta vastaan, sillä nurmea käytettään ruoan tuotantoketjussa eläinten rehuna. Chempoliksen mukaan heidän teknologiansa päämarkkina-alue onkin periaatteessa Kiina, jossa mm. maa- ja elintarviketalouden sivutuotebiomassaa on runsaasti saatavilla. Pyrolyysiöljy Pyrolyysiöljyn tuotantoon lähitulevaisuudessa toimivin vaihtoehto olisi (UPM, Metso, Fortum ja VTT:n kehittämä) tuotannon integrointi leijukerroskattilan yhteyteen. Tästä saatavalla bioöljyllä voitaisiin korvata raskasta ja kevyttä polttoöljyä Keski-Suomen CHP- ja lämpölaitoksissa. Keski- Suomessa käytetyn raskaan polttoöljyn määrä on nykyisin GWh (öljyalan keskusliiton tilastot), minkä rahallinen arvo raskaan polttoöljyn nykyhinnalla 36 /MWh (ei sis. alv.) on noin 23-25,2 miljoonaa. Lisäksi pyrolyysiöljyllä voidaan maakunnassa korvata pieniä määriä (10-20 GWh) kalliimpaa kevyttä polttoöljyä (noin 60 /MWh ilman alv:a) lämpö- ja voimalaitoksissa, minkä arvo on noin Mikäli näitä vastaava määrä bioöljyä tuotetaan pyrolyysiprosessilla 75 % hyötysuhteella, tarvitaan biomassaa noin GWh. Prosessissa syntyvä jäännöshiili ja polttokaasu hyödynnetään kattilan energiantuotannossa. Tällä hetkellä ei ole maakunnassa ole uutta laitoshanketta jonka yhteyteen ko. tuotantoprosessia voisi tulla, mutta prosessi on liitettävissä jälkiasennuksena myös olemassa oleviin kattiloihin. Periaatteessa kattilan kuitenkin tulisi olla prosessia kehittävän Metson tekemä, jotta teknologian käyttöönotto olisi lyhyellä aikavälillä mahdollista. Kaupallista tuotantoa pyrolyysiöljylle ei maakunnassa ole näköpiirissä lyhyellä aikavälillä. Pyrolyysiöljyn tuotantokustannuksiksi 44 MW fuel polttoainetehoisessa laitoksessa (Sipilä 2005) raaka-aineen (metsätähteet) hinnalla /MWh on arvioitu /MWh. Lisäkustannuksia tulee kuljetuksesta sekä veroista, joista pyrolyysiöljyn kilpailukykyisyys pitkälti riippuu. 50
52 Pyrolyysiöljyn hinnoittelun tulisi periaatteessa olla erittäin kilpailukykyinen polttoöljyn hintaan verrattuna, jotta se innostaisi laitoksia vaihtamaan uuteen polttoaineeseen. Päästökauppa tukee pyrolyysiöljyn kilpailukykyä (vaikutus esim. 20 /tco2 hinnalla noin 4 per POR MWh). Lisäksi vuonna 2011 voimaan tulevat polttoaineverojen korotukset (POR noin 7,2 /MWh ja POK n. 7 /MWh vuonna 2011) tukevat pyrolyysiöljyn kilpailukykyä Kiinteät biomassapolttoaineet Kiinteät biopolttoainejalosteet Kiinteiden biopolttoainejalosteiden tuotannossa Keski-Suomessa suurin raaka-ainepotentiaali on puupohjaisissa biomassoissa (etenkin metsäpolttoaineiden ja metsäteollisuuden sivutuotteena syntyvän kuoren jalostuksessa). Turpeen raaka-ainekäyttöä heikentää se, ettei sitä lasketa uusiutuvaksi raaka-aineeksi, jolloin menetetään uusiutuvan energian käytölle saatavat tuet. Pienempää potentiaalia on myös peltobiomassoissa (esim. ruokohelpi, olki) ja jätteissä (kaatopaikkasijoitukseen päätyvä yhdyskuntien biojäte). Suurimmat potentiaaliset volyymit saataisiin Euroopan suurten kivihiilivoimaloiden rinnakkaispolttoaineiksi suunnatuilla vientituotteilla kuten biohiili sekä torrefioitu ja pelletöity biomassa (TOP). Torrefioidulla ja pelletöidyllä biomassalla (TOP) sekä biohiilellä on markkinamahdollisuuksia etenkin vientituotteena suomalaisia laitoksia paremman maksukyvyn omaaville, pidempien kuljetusmatkojen päässä sijaitseville suurille kivihiilivoimaloille ja IGCC-laitoksille. Mahdollisuuksia on myös muussa energiakäytössä (kaasutus, pien-chp, Fischer-Tropchs diesel ja lämmitys) sekä teräksen tuotannon hiilen korvaamisessa. TOP:lla on selviä etuja biohiileen nähden, kuten tuotantoprosessin parempi hyötysuhde ja parempi energiatiheys pelletöinnin kautta, ja sitä tarkastellaan tässä tarkemmin. Vastaavasti puupellettien valmistuksen laajentamiseksi maakunnassa täytyisi siirtyä metsäbiomassaan, joka on nykyistä sahanpurua ja kutterinlastua vaikeampaa raaka-ainetta ja vaatisi uudenlaista pellettien tuotantoteknologiaa. Lisäksi kotitalousmarkkinoille kelpaavan vaalean pelletin valmistus vaatisi runkopuun käyttöä. Tällä hetkellä maakunnassa syntyvä puupellettien valmistukseen käytettävä puru menee jo nyt kokonaan puupellettien valmistukseen maakunnassa tai sen ulkopuolella. Lisäksi pellettien kysyntä Suomessa ei nykyisellään vastaa lähellekään kapasiteettia, joten pelletti olisi osin selkeä vientituote. Suomessa pellettiä käytetään noin tonnia ja pellettitehdaskapasiteettia on jo yli tonnin valmistamiseen ja uusiakin tehdashankkeita on suunnitteilla (Suomen Pellettienergiayhdistys ry). Tämän takia monipuolisesti kosteita ja edullisempia raaka-aineita (kuten metsähake, peltobiomassat ja jätteet) käyttävä TOP-teknologia on vaihtoehto jota kannattaa tutkia tarkemmin. Toisaalta pellettien käytölle on maakunnassa runsaasti potentiaalia rakennusten öljylämmityksen korvaamisessa (kts. kappale 5.2.3). Torrefioidulle biomassalle ja puuhiilelle ei ole vielä olemassa markkinahintaa, mutta niiden tuotantokustannuksia ja mahdollisia markkinahintoja, lähinnä kivihiililaitosten maksukykyyn perustuen, on tutkittu jonkin verran. Torrefioidun biomassa hinta on arvioiden mukaan selvästi kivihiiltä korkeampi. TOP pellettien tuotantokustannusten on ilman raaka-ainekustannuksia arvioitu olevan laitoskoolla 75 kton/a ja 6-9,4 /MWh, riippuen raaka-aineen kosteudesta (25-50 %). Vastaavasti laitoskoolla 112 kton/a päästään alimmillaan 5,6 /MWh tuotantokustannuksiin (kosteus 35 %). (Kiel 2007). 51
53 Arvion mukaan TOP-prosessin pääomakustannukset ovat suuremmat kuin pelletöinnillä, ja kokonaistuotantokustannukset joko hieman suuremmat tai pienemmät riippuen laitoskoosta ja raaka-aineen kosteudesta. Vastaavasti kuljetuksessa saavutetaan noin 30 % kustannusetu pellettiin nähden. TOP-pellettejä voidaan tehdä laajemmasta raaka-ainevalikoimasta kuin tavallisia pellettejä. (Bergman 2005, Kiel 2007.) Kuva 18. TOP:n ja tavallisten pellettien tuotantokustannusten vertailua (Kiel 2007). Alankomaalaisessa ECN-tutkimuskeskuksessa on tarkemmin tarkasteltu tuotantoketjua, jossa TOP-pellettien tuotanto tapahtuisi Etelä-Afrikassa ja pelletit kuljetettaisiin loppukäyttöön Eurooppaan, esim. Rotterdamiin. Laivakuljetuskustannuksiksi TOP-pelleteille (ilman satamakäsittelyjä ja -varastointia) on arvioitu 28 /t (4,8 /MWh). Kyseisen tuotanto- ja toimitusketjun kokonaiskustannuksiksi on vastaavasti arvioitu ilman raaka-ainetta yhteensä noin /t (15,8-16,5 /MWh). Saman tutkimuksen mukaan sahanpurusta Afrikassa valmistetut ja Eurooppaan kivihiilivoimaloille kuljetetut TOP-pelletit olivat tässä tapauksessa edullisempia kuin tavalliset pelletit. (Bergman 2005.) Eurooppalaisen TOP pelletin markkinahinnaksi voimalaitosten rinnakkaispoltossa on arvioitu 26 /MWh ( /tonni riippuen lämpöarvosta) (Bergman 2005). Toisaalta jos TOP-pellettiä valmistetaan metsähakkeesta, voivat raaka-ainekustannukset olla n. 18 /MWh, jolloin edellä mainituilla tuotanto- ja kuljetuskustannuksilla kokonaistuotantokustannuksiksi muodostuu jo 33,8-34,5 /MWh. Lisäksi raaka-aine olisi tässä tapauksessa kosteampaa, mikä nostaa tuotantokustannuksia. Suuren kokoluokan tuotantolaitos (75 kton/a) voisi tuottaa vuodessa noin 450 GWh TOP:a jonka arvo olisi luokkaa miljoona. Kun oletetaan raaka-aineeksi metsähake ja 52
54 vastaavat laitospään ja välilliset vaikutukset kuin metsähakkeen suorassa energiantuotannossa, saadaan TOP-tehtaan työllisyysvaikutuksiksi htv. On arvioitu, että tuotannon kehittyessä ja mittakaavaetujen myötä TOP:sta voisi tulla pellettiä parempi tuote suurten hiilivoimaloiden seospolttoaineeksi. Kuvassa 18 esitetään torrefioidun biomassan etuja hiilivoimaloiden seospolttoaineena (tässä EBES AG:n käyttämä termi ACB - Accelerated Carbonised Biomass). Kuva 18. Eri polttoaineiden ominaisuuksia kivihiilivoimaloiden rinnakkaispoltossa (Wild 2009). Vastaavasti puuhiilen tuotantokustannukseksi on eräässä tutkimuksessa saatu 28 /MWh (Venäjä, raaka-aine tukkipuuta hinnalla n. 16 per MWh puuhilltä). Puuhiilibrikettien tuotantokustannuksiksi on edelleen saatu edellä mainitusta Venäläisestä puuhiilestä Suomessa noin 104 /MWh, mutta brikettien käyttökohteet ovat tässä tapauksessa lähinnä grillauspolttoaineena. (Bagramov 2010.) Tähän mennessä polttoainekäyttöön tuotetun biohiilen menestynein suomalainen teknologiakehittäjä on Preseco Carbonisertuotantoteknologiallaan. Tämän teknologian tuotantokustannuksista ja lopputuotteen hinnasta ei tällä hetkellä ole julkista tietoa. Keskisuomalaisista toimijoista vain KS Party Oy Suolahdessa valmistaa lehtipuuhiiltä ja puuhiilibrikettejä grillauspolttoaineiksi (katso liite 1). Torrefioitu ja pelletöity biomassa on merkittävä mahdollisuus pidemmälle jalostetun biomassan laajamittaiseen tuotantoon maakunnassa. Siten tähän liittyvään tutkimus- ja kehitystoimintaan tulisi panostaa uuden osaamisen kartuttamiseksi ja teknologian tuotantomittaan saattamiseksi. Metsähake ja turve Metsähakkeen käytölle on asetettu maakunnallinen 1,6 TWh lisäystavoite vuoteen 2015, jolloin sen käyttö tulisi olemaan 2,6 TWh. Vertailuvuotena on vuosi 2006, jolloin metsähakkeen käyttö oli noin 1 TWh. Tavoite on nykykäyttöön verrattuna merkittävä, ja siten myös sen vaikutukset työllisyyteen ja liikevaihtoon ovat merkittävät. Taulukossa 14 ja 15 esitetään metsähakkeen nykyisen työllistävyyden ja hinnan (18 /MWh) perusteella laskettuja arvioita työllisyysvaikutuksista ja tuotannon arvosta. Jatkossa entistä suurempi osa metsähakkeesta tuotetaan pienpuusta, jolloin työllisyysvaikutukset ovat hieman suuremmat kuin nykyisellä 53