Biopolttoaine

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Biopolttoaine on biomassasta eli eloperäisestä aineesta valmistettu polttoaine; Biopolttoaineesta saatavaa energiaa kutsutaan bioenergiaksi. Biomassaa voidaan kuivata ja polttaa sellaisenaan tai siitä voidaan jalostaa polttoainetta kuten bioetanolia tai biodieseliä. Liikenteen biopolttoaineiden valmistukseen kasvatetaan erityisesti maissia, sokeriruokoa ja öljypalmua.

Biopolttoaineita luokitellaan yleensä sukupolvittain: ensimmäisen sukupolven biopolttoaineissa käytetään tavallisesti elintarviketuotantoon soveltuvia raaka-aineita, kuten maissia tai sokeriruokoa. Toisen sukupolven polttoaineiden raaka-aineena käytetään pääasiassa jätettä, jossa on korkea lignoselluloosapitoisuus. Tällaisia ovat muun muassa hakkuujätteet ja puupurkutavara. Myös elintarviketeollisuuden jätteitä voidaan hyödyntää toisen sukupolven biopolttoaineeksi.[1]

Vuonna 2007 Euroopan unioni sopi ns. 20-20-20-tavoitteet, joiden yhtenä osana pyritään lisäämään biopolttoaineiden osuus 10 prosenttiin liikenteen polttoaineista vuoteen 2020 mennessä.[2]

Biopolttoaineiden jalostus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Metsästä ja maataloudesta saatavan raaka-aineen jalostus.

Biopolttoaineiden raaka-aineet voivat olla peräisin muun muassa metsästä, maataloudesta tai lannasta, tai ne voivat olla jätettä kuten yhdyskunta-, maatalous- tai prosessiteollisuuden jätettä. Raaka-ainetta voidaan polttaa suoraan tai sitä voidaan käsitellä termisesti tai biokemiallisesti bakteerien avulla. Biomassan suora poltto on tavallista voimalaitoksissa ja polttopuuna.[3]

Kaasuttamalla biomassaa saadaan synteesikaasua, jota voidaan puhdistamisen ja mukauttamisen jälkeen polttaa sinällään sähkön-/lämmöntuotantoa varten. Puukaasua voidaan myös jalostaa liikennepolttoaineeksi ja kemiallisiksi raaka-aineiksi. Terva on yksi suurimmista puukaasun ongelmista, sillä sen puhdistaminen puukaasusta on vaikeaa. Monet yritykset pyrkivätkin kehittämään prosesseja, joilla terva saataisiin pois kaasusta.[3]

Biokemiallinen käsittely on tyypillinen bioetanolin ja biokaasun valmistuksessa: bioetanolin valmistuksessa hyödynnetään alkoholikäymistä, kun taas biokaasua tuotetaan anaerobisella hajoamisella.

Ensimmäisen ja toisen sukupolven biopolttoaineille ei sinällään ole tarkkaa vakiintunutta määrittelyä, mutta ne luokitellaan tavallisesti niin, että ensimmäisen sukupolven biopolttoaineet tehdään elintarviketuotantoon kelpaavasta raaka-aineesta, kun taas toisen sukupolven biopolttoaineet tehdään tavallisesti lignoselluloosapitoisesta jätteestä. Tällöin polttoaineentuotanto ei kilpaile suoraan ruoantuotannon kanssa samasta raaka-aineesta.

Ensimmäisen sukupolven biopolttoaineiden raaka-aineet ja valmistusprosessit[1]
Polttoaine Nimike Raaka-aine Valmistusprosessi
Bioetanoli Tavanomainen bioetanoli Sokeriruoko,
-juurikkaat,
vehnä, maissi
Hydrolyysi +
fermentointi
Kasviöljyt Puhtaat kasviöljyt Rapsi, rypsi Kylmäpuristus
Uutto
Biodiesel RME, FAME Rapsi, rypsi Kylmäpuristus
Uutto
Transesteröinti
Biodiesel Biodieseliä jätteistä Jäterasvoja ja
öljyjä, eläinrasvaa
Transesteröinti
Biokaasu Puhdistettu biokaasu (Märkä) biomassa Metabolisointi
Bio-ETBE Bioetanoli Kemiallinen synteesi

Toisen sukupolven biopolttoaineiden valmistus perustuu lähes kokonaan biomassan kaasutukseen. Raaka-aine on tavallisesti lignoselluloosaa.

Toisen sukupolven biopolttoaineiden raaka-aineet ja valmistusprosessit[1]
Polttoaine Nimike Raaka-aine Valmistusprosessi
Bioetanoli Selluloosapohjainen bioetanoli Lignoselluloosa Vaativa hydrolyysi +
fermentointi
Synteettiset
biopolttoaineet
Biomass to liquid (BTL),
Fischer-Tropsch diesel,
Biometanoli,
Seosalkoholit,
Biodimetyylieetteri (Bio-DME)
Lignoselluloosa Kaasutus + synteesi
Biodiesel Vetykäsitelty biodiesel Kasviöljyt, eläinrasva Hydraus
Biokaasu SNG(synteettinen
luonnonkaasu)
Lignoselluloosa Kaasutus + synteesi
Biovety Lignoselluloosa Kaasutus + synteesi,
vaihtoehtoisesti biologisia
prosesseja

Tuotanto maailmassa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Renewables Global Raport 2010 -raportin mukaan vuonna 2009 bioetanolia tuotettiin maailmassa 76 mrd. litraa. Tästä lähes 90 prosenttia tuotettiin Yhdysvalloissa ja Brasiliassa. Biodieseliä tuotettiin vastaavasti 16,6 mrd. litraa, josta EU:ssa tuotettiin puolet.[4]

Biodieselin suurimmissa tuottajamaissa Saksassa ja Ranskassa tuotettiin vuonna 2009 30 prosenttia maailman biodieselistä. Maissista tuotettiin yli puolet maailman bioetanolista ja sokerijuurikkaasta yli kolmannes.[5]

Polttoaineet sähkön- ja lämmöntuotannossa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Peltobiomassat[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Peltobiomassat koostuvat pelloilla tai soilla kasvatetuista energiakasveista tai niiden osista. Peltobiomassaksi soveltuvat muun muassa ruokohelpi, öljykasvit ja viljakasvien osat kuten olki. Näitä voidaan käyttää polttoaineena sinällään tai niistä voidaan jalostaa kiinteitä tai nestemäisiä polttoaineita.[6]

Puuperäiset polttoaineet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Puupolttoaine

Puuperäisiä polttoaineita ovat muun muassa halot, hakkuujäte ja puupelletit sekä erilaiset purut ja lastut. Myös kemiallisessa metsäteollisuudessa sivutuotteena syntyvä mustalipeä luetaan puuperäiseksi polttoaineeksi.[7]

Etenkin paperiyhtiöt ovat kiinnostuneita tekemään biopolttoainetta metsien hakkuujätteistä. Hakkuujätteen ongelma on kuitenkin heterogeenisuus: siinä on paljon ravinteita kuten typpeä ja fosforia, jotka aiheuttavat ongelmia jalostuksessa myöhemmin. Etenkin puun lehdet, neulaset ja kuori ovat ongelmallisia. Hakkuujätteestä voidaankin arvioiden mukaan tehdä biopolttoaineita laajassa mittakaavassa vasta 2010-luvun loppupuolella.[8]

Turve[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Turvetta suolla.
Pääartikkeli: Turve

Turvetta käytetään polttoaineena voimalaitoksissa. Kasvihuonekaasulaskelmissa turve luetaan fossiiliseksi polttoaineeksi.[9]

Kierrätyspolttoaineet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kierrätyspolttoaineet ovat jätettä, joka soveltuu energiantuotantoon. Kierrätyspolttoaineita poltetaan usein voimalaitoksissa yhdessä turpeen tai hiilen kanssa.[10]

Biopolttoaineet liikenteessä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Biopolttoaineiden osuus EU-maiden liikennepolttoaineista vuonna 2007 verrattuna vuosien 2010 ja 2020 tavoitteisiin. Lähde: EEA

Bioetanoli[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Bioetanoli

Bioetanolia voidaan käyttää bensiinin tavoin, ja sitä voidaan valmistaa esimerkiksi sokerijuurikkaasta, viljasta, selluloosasta tai jätteiden biologisesti hajoavista osista. Bioetanolin käyttö sellaisenaan moottoripolttoaineena on vähäistä teknisten ongelmien, kuten polttomoottorien kylmäkäynnistysongelmien vuoksi, mutta sitä käytetään paljon seosaineena esimerkiksi E85:ssä.

Biodiesel[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Biodiesel

Ensimmäisen sukupolven biodiesel on tyypiltään pääasiassa RME:tä tai FAME:a. Laadultaan dieselöljyä vastaavaa metyyliesteriä (RME) saadaan öljykasveista kuten rypsistä. Biodieseliä voidaan valmistaa myös käytetystä uppopaistorasvasta ja eläinöljystä (FAME). Biodieseliä voidaan käyttää sellaisenaan normaalin dieselin sijasta dieselautoissa, jos polttoainejärjestelmässä on käytetty biodieseliä kestäviä tiivisteitä. Yhdestä hehtaarista rypsiä saadaan 500–1 000 litraa biodieseliä vuodessa riippuen satomääristä. Rypsissä öljyä on noin kolmannes, rapsissa jonkun verran enemmän.

Biodieselin vaihtoesteröintiin tarvitaan metanolia tai etanolia, sekä hiukan lipeää. Tuotteeksi tulee biodieseliä ja glyserolia. Biodieseliä voidaan tuottaa hyvin yksinkertaisilla laitteilla suoraan maatiloilla tai kotitalouksissa. Suurempia, muun muassa FT-prosessiin perustuvia jalostusmenetelmiä on kehitteillä.

Aivan uusi aluevaltaus biodieselin valmistuksessa ovat suunnitelmat tehdä biodieseliä metsäteollisuuden puuperäisestä biomassasta. Eräs jo kaupallisen starttinsa nähnyt puubiomassan käyttötapa on hyödyntää sellunkeiton ohessa syntyvä mäntyöljy biodieselinä. Ruotsin Piitimessä käynnistyi vuonna 2010 maailman ensimmäinen mäntyöljyä biodieseliksi jalostava tuotantolaitos Sunpine Ab toimesta.[11] Biodieselin kuluttajajakelijana toimii huoltoasemaketju Preem.

Biokaasulaitos Isosuon jäteasemalla Raisiossa. Biokaasua kerätään putkistojen avulla nykyään täytetyn ja käytöstä poistuneen kaatopaikan penkkojen sisältä.

Biokaasu[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Biokaasu

Biokaasulla voidaan korvata maakaasua lämmitys- ja liikennekäytössä. Sitä tuotetaan vesilaitosten ja kaatopaikkojen kaasuista, maatalouden biojätteistä ja vihreästä biomassasta. Tuotanto tapahtuu suurehkoissa lämpöeristetyissä reaktoreissa metaanibakteerien aiheuttaman mätänemisen avulla.

Puhdas kasviöljy[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kasviöljy on öljykasveista puristamalla, uuttamalla tai vastaavalla tavalla tuotettu öljy, joka voi olla jalostamatonta tai jalostettua. Se ei kuitenkaan ole kemiallisesti muunneltua, sillä edellytyksellä, että se soveltuu moottorin tyyppiin ja täyttää päästöjä koskevat vaatimukset. Tätä polttoainetta voidaan käyttää pienellä osuudella dieselmoottoreissa, suurempi osuus vaatii polttoainejärjestelmään kohtuullisen edullisen muunnossarjan asennuksen.

Muita liikenteen biopolttoaineita[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Puuta kaasuttamalla voidaan tuottaa puukaasua. Puukaasuttimissa pystytään hyödyntämään jätepuuta, joka ei kelpaa teollisuudelle, sekä muun muassa sahausjätteitä. On mahdollista käyttää myös palaturvetta polttoaineena. Puukaasua käyttävillä häkäpöntöillä on korkea energiahyötysuhde (65–80 prosenttia) verrattuna muihin biopolttoaineisiin.

Biomassasta tai jätteiden biologisesti hajoavista osista voidaan myös valmistaa:

Biometanolin pohjalta voidaan edelleen valmistaa ETBE:tä ja MTBE:tä, joita käytetään parantamaan polttoaineiden eri ominaisuuksia.

Ympäristövaikutukset[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Biopolttoaineille on asetettu yhä kovempia paineita ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi. Arvioitaessa biopolttoaineiden ympäristövaikutuksia tulee kuitenkin arvioida niiden koko elinkaarta; esimerkiksi VTT:n mukaan monien ensimmäisen sukupolven biopolttoaineiden raaka-ainetuotanto viljelemällä kuluttaa enemmän energiaa kuin mitä polttoaineista saadaan.[12]

Jotta biopolttoaineiden tuotanto olisi kestävän kehityksen mukaista, niille ollaan kehittämässä EU:ssa ns. kestävyyskriteereitä, joissa tuotantoa arvioidaan ympäristöllisistä, taloudellisisista ja sosiaalisista näkökulmista. Nämä jakautuvat edelleen eri näkökulmiin. Kestävyyttä on kuitenkin vaikeaa mitata yksiselitteisesti ja sen arviointikin on erittäin haastavaa, sillä tuotannon kestävyys riippuu voimakkaasti valitusta näkökannasta ja tehdyistä oletuksista. VTT:n mukaan onkin mahdollista, että biopolttoaineille ei voida luoda yksinkertaistettuja kriteerejä, joita seuraamalla niiden tuotanto olisi kestävää.[13]

Sinänsä biopolttoaineiden raaka-ainetuotanto ei ole muuta maa- tai metsätaloutta haitallisempaa, mutta merkittävä tuotannon lisääminen vaikuttaa maaperän, vesistöjen ja ilman laatuun; samoin tietyillä alueilla lisääntyvä biopolttoaineiden tuotanto voi uhata alueen biodiversiteettiä ja veden riittävyyttä.[13]

Mitattaessa biopolttoaineiden ilmastovaikutusta keskeinen tekijä on biomassan uusiutumisnopeuden ja ilmastonmuutoksen hillinnän tavoitteiden välinen suhde. Ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi ilmakehän kasvihuonekaasujen pitoisuus pitäisi vakauttaa alhaiselle tasolle mahdollisimman pian. Kuitenkin mitä hitaampaa biomassa on uusiutumaan, sitä tehottomampaa on sen käyttö ilmastonmuutoksen hillinnässä.[13]

Epäsuorat vaikutukset[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Polttoaineiden ilmastovaikutukset riippuvat merkittävästi myös ns. epäsuorista vaikutuksista, joita aiheuttavat kilpailu muun muassa raaka-aineista ja tuotantoalasta. Pahimmillaan ne voivat johtaa trooppisten sademetsien tuhoutumiseen tai runsaspäästöisten raaka-aineiden käyttöönottoon käyttökohteissa, jotka kilpailevat biopolttoaineiden kanssa.[13] Esimerkiksi jos aiemmin ruuantuotantoon käytetty pelto valjastetaan biodieselin raaka-ainetuotantoon, saatetaan ruuantuotantoon valjastaa sademetsäalueita.

Poliittisten ja ympäristötavoitteiden asettamista vaikeuttaa muun muassa se, että kehitteillä olevista teknologioista on saatavilla huonosti tietoa. Myös monet biopolttoainetuotannon konkreettiset ympäristövaikutukset, kuten biomassan tuotannon ja korjuun vaikutukset maaperään, tunnetaan huonosti.[13]

EU:n sertifiointijärjestelmä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

EU:n ympäristökomissaari Stavros Dimasin mukaan biopolttoainetavoitteen aiheuttamat sosiaaliset ja ympäristöongelmat ovat olleet suurempia kuin alussa kuviteltiin[14]. EU onkin luomassa biopolttoaineiden sertifiointijärjestelmää, joka takaisi polttoaineiden kestävän tuotannon. Palmuöljydieselin kaltaisten polttoaineiden tuontia ei sinällään olla kieltämässä, vaan pelkästään vaatimukset täyttävät biopolttoaineet lasketaan mukaan EU:n asettamiin kansallisiin tavoitteisiin. Lisäksi vain tällaisille polttoaineille voidaan myöntää esimerkiksi verohelpotuksia.[15]

Ekoenergia-merkintä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ympäristöjärjestöjen tukema Ekoenergia on voittoa tavoittelematon ympäristömerkki, josta tunnistaa sähkötuotteen, joka todennetusti edistää kestävävyyskriteerit täyttävän bioenergian ja muun uusiutuvan energian tuotantoa.

Suomen ainoa energian ympäristömerkki, Ekoenergia, rajaa kestävän bioenergian piiristä pois mm. kannot ja juurakot. [16].

"Juurakot sitovat maaperää ja estävät humuksen ja ravinteiden kulkeutumista vesistöihin. Kannot toimivat metsässä pitkään hiilivarastona niiden hitaan lahoamisen vuoksi ja turvaavat metsäluonnon monimuotoisuutta tuomalla lahopuuta monien eliöiden tarpeisiin. Näiden syiden vuoksi kantoja ja juurakoita ei lasketa mukaan Ekoenergia-merkityn sähkön polttoaineeksi," perustelee Suomen luonnonsuojeluliitto kriteerien tiukentumista. [17].

Ekoenergia-merkintä on julkaisemassa osana eurooppalaisen RES-E-standardin kriteerejä kattavammat bioenergian kestävyyskriteerit vuonna 2012.[18]lähde tarkemmin?

Kritiikki[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Elintarvikehuolto[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Greenpeace osoittamassa mieltä palmuöljydieseliä vastaan Helsingissä.

Helsingin yliopiston Ympäristömuutoksen professori Atte Korholan mukaan ruuan käyttäminen biopolttoaineena aiheuttaa pulaa sekä ruuasta että puhtaasta juomavedestä, koska viljelyksiä pitää kastella. Hänen mukaansa olisi kokonaisuuden kannalta järkevämpää muuttaa viljelykset metsiksi, koska puut sitovat itseensä huomattavia määriä hiilidioksidia, joka aiheuttaa kasvihuoneilmiötä.[19] Bioetanolihuuma ja Euroopan poikkeuksellinen sää ovat nostaneet viljan hintaa rajusti.[20]

Maailmanpankin mukaan biopolttoaineet ovat aiheuttaneet jopa 75 prosenttia ruuan hinnannoususta vuosina 2002-2008. Polttoaineprosessien kilpailun lisäksi keinottelu on lisännyt viljan hintaa. Peltopinta-alaa on jätetty kesannolle ja spekulaatio kallistuvilla hinnoilla on johtanut hintakierteeseen. Viljan kallistuminen on vienyt maailmanlaajuisesti noin 100 miljoonaa ihmistä lisää köyhyysrajan alapuolelle [21]

Vastine kritiikkiin[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Biopolttoaineet ovat pääasiassa uusiutuvia energianlähteitä, ja ne vapauttavat poltettaessa sen hiilidioksidimäärän joka raaka-aineeseen sitoutui sen syntyessä. Biopolttoaineita voi tuottaa myös muista kuin elintarvikkeiksi kelpaavista raaka-aineista.

YK:n ympäristöohjelma UNEP kehottaa varovaisuuteen ekologisissa kysymyksissä, mutta kannattaa uusiutuvien polttoaineiden kehitystä rauhallisesti edeten.[22] Yhdysvaltain hallituksen laskelmien mukaan kasveista valmistetut biopolttonesteet olisivat lisänneet ruuan hintaa vain marginaalisesti: osuus noususta olisi kolme prosenttia.

Ruuan hinnan nousun tärkeänä osasyynä on lannoitteiden hinnan nouseminen.[23] Lannoitteiden hinnat ovat kolminkertaistuneet välillä 2004-2008. Tärkeimmän lannoitteiden komponentin ammoniumnitraatin energiasisältö on merkittävä; kilo nitraattia vastaa noin 1,4kg öljyä. Valmistusprosessissa käytetään valtaosin maakaasua, jonka hinta on huimassa nousussa.

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c Henrik Romar: Biopohjaiset polttoaineet (PDF) Highbio-projekti. Viitattu 15.10.2010.
  2. EU:n ilmasto- ja energiapaketti 19.6.2008. Eurooppa-tiedotus. Viitattu 1.10.2010.
  3. a b U-F Granö: Bioenergiaraaka-aineiden jalostus (PDF) Highbio-projekti. Viitattu 17.10.2010.
  4. Renewables Global Status Report 2010 (PDF) (s. 24-25) REN21. Viitattu 15.10.2010.
  5. Renewables Global Status Report 2010 (PDF) (Yhteenveto s. 10, taulukko R6 s. 56) REN21. Viitattu 17.10.2010.
  6. Bioenergia Suomessa - Peltobiomassat Finbio ry. Viitattu 15.10.2010.
  7. Puuperäiset polttoaineet Finbio ry. Viitattu 15.10.2010.
  8. Hakkuujätteistä biopolttoainetta 10 vuoden kuluttua julkaistu 2.5.2008, päivitetty 31.10.2008. YLE Uutiset. Viitattu 18.10.2010.
  9. Turve on hitaasti uusiutuva biomassapolttoaine Tilastokeskus. Viitattu 16.10.2010.
  10. Kierrätyspolttoaineet Finbio ry. Viitattu 15.10.2010.
  11. http://www.sunpine.se
  12. VTT Merkittävää ympäristöetua vasta uusista biopolttoaineratkaisuista. 25.10.2006
  13. a b c d e Biopolttoaineiden kestävyydelle ei aukotonta mittaria 15.6.2009. VTT. Viitattu 17.10.2010.
  14. EU rethinks biofuels guidelines 14.1.2008. BBC News. Viitattu 18.10.2010. englanti
  15. Komissio perustaa kestävien biopolttoaineiden sertifiointijärjestelmän 10. kesäkuuta 2010. Euroopan komissio. Viitattu 18.10.2010.
  16. Ekoenergian bioenergia-kriteerit 1. tammikuuta 2012. Suomen luonnonsuojeluliitto. Viitattu 19.6.2010.
  17. Ekoenergian kiristää kestävän bioenergian kriteerejä 1. tammikuuta 2012. Suomen luonnonsuojeluliitto. Viitattu 19.6.2010.
  18. Renewable Electricity Standard for Europe 1. tammikuuta 2012. RES-E Inititativa Group. Viitattu 19.6.2010.
  19. Leppänen, Riku: Ollila: Biopolttoaineet ovat epäeettisiä. Taloussanomat, 2007, nro 166, s. 24.
  20. Jurvelin, Kyösti: Viljan hinta rajussa nousukierteessä. Optio, 2007, nro 30.8.2007, s. 46.
  21. Biofuels cause 75pc increase in food prices, report says 4.7.2008. The Telegraph. Viitattu 1.4.2011. (englanniksi)
  22. Biofuels, let’s look before we leap
  23. Typpilannoitteet kallistuivat 40 prosenttia alkuvuonna Maaseudun tulevaisuus. 17.3.2010. Viitattu 18.10.2010.

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]