Uusia energianlähteitä: Torrefioidut pelletit puuraaka-aineesta YE6.1 26.4.2012 Kiira Happonen Helsingin Energia

Uusiutuvia energianlähteitä ovat mm. Aurinko Tuuli Vesi Biopolttoaineet Nestemäiset (bioetanoli, biodiesel, bioöljyt) Kiinteät (esim. energiakasvit, metsähake, pelletti, torrefioitu pelletti) Kaasumaiset (esim. biokaasu ja bio-SNG) Kiira Happonen 12.1.2012

Miksi uusiutuvaa energiaa? Ilmastonmuutos ja päästöjen vähentäminen Lainsäädäntö EU:n uusiutuvan energian edistämisdirektiivi (RES) Suomen uusiutuvien velvoite 38 % energian loppukulutuksesta vuonna 2020 Tuontipolttoaineriippuvuuden (öljy, kaasu, hiili) vähentäminen ja huoltovarmuus

Esimerkki: Energiayritys ja uusiutuva energia Helsingin Energian tavoitteena on nostaa uusiutuvien osuus 20 %:iin ja vähentää khk-päästöjä 20 % vuoteen 2020 mennessä (kaupungin päätösten mukaisesti) Pidemmällä tähtäimellä tavoitteena on hiilineutraali hankinta Tavoitetta kohti edetään vaiheittain 5-10 % pellettiä kivihiililaitoksiin 2014 Vuonna 2015 päätös uuden monipolttoainelaitoksen rakentamisesta tai 40 % seospoltosta hiililaitoksilla Kiira Happonen 12.1.2012

Helenin kehitysaskeleet hiilineutraaliin 2050 © Helsingin Energia

Mitä ovat torrefioidut pelletit eli ”biohiili”? = Torrefioitua eli paahdettua biomassaa, joka puristetaan pelletiksi – voi käyttää myös termiä paahtopelletti = Biopolttoaine, jolla korkea lämpöarvo ja ”hiilimäisiä” ominaisuuksia Kuva: ECN = Lupaava seospolttoaine kivihiililaitoksiin Biohiilielinkaari Kiira Happonen 1.9.2011

Biohiilen valmistusprosessi – massa- ja energiataseet Kuvat: ECN Biohiilielinkaari Kiira Happonen 1.9.2011

Yhdistetty torrefiointi ja pelletöinti Kuvan lähteet: Bergman (2005), Novox (2010) Biohiilielinkaari Kiira Happonen 1.9.2011

Biohiilen ominaisuuksia Polttoaine Kosteus-% Irtotiheys, kg/i-m3 Tehollinen lämpöarvo, MWh/t Energiatiheys, MWh/i-m3 Metsätähdehake 30-60 250-400 1,7-3,6 0,8 Puupelletti 7-10 600-650 4,5 3 Torrefioitu biomassa 230 5,5 1,3 Torrefioitu pelletti 1-5 750-850 6 4,8 Kivihiili 5-10 900-1000 7 6,5 Biohiilielinkaari Kiira Happonen 1.9.2011

Kivihiili = suhdeluku 1

Miksi biohiili kiinnostaa energiayhtiöitä? Korkea lämpöarvo ja energiatiheys (pelletöitynä) Muita hyviä polttoaineominaisuuksia Matala kosteusprosentti Lähes hydrofobinen, ei-biohajoava Hyvä jauhautuvuus Logistisia etuja verrattuna esim. hakkeeseen ja pellettiin Voidaan päästä korkeisiin seospoltto-osuuksiin Ei välttämättä edellytä suuria muutoksia voimalaitospäähän → Biohiili on lupaava seospolttoaine etenkin kivihiililaitoksiin!

Biohiilen elinkaari (polttoaineen tuotantoketju) Jos metsätähde ajatellaan sivutuotteeksi, sen ”elinkaari” alkaa tästä Biohiilielinkaari Kiira Happonen 1.9.2011

Ketjun ympäristövaikutukset (1/3) Metsikkötasolla: Metsämaan hiilivarasto pienenee lyhyellä aikavälillä → epäsuora hiilidioksidipäästö, hiilivelka Vaikutukset monimuotoisuuteen (esim. lahopuun väheneminen) Kasvuvaikutukset (ravinnepoistuma erityisesti neulasten mukana) → voi johtaa lannoitustarpeeseen Vesistövaikutukset mahdollisia (lähinnä kannoilla) …korjaamalla energiapuuta kestävällä tavalla voidaan vähentää haittavaikutuksia Biohiilielinkaari Kiira Happonen 1.9.2011

Ketjun ympäristövaikutukset (2/3) Hakkeen tuotantoketju Khk- ja muita päästöjä korjuusta, haketuksesta ja kuljetuksista Varastoinnin päästöt? Biohiilen tuotantoprosessi Tarvittavan apuenergian (sähkö + lämpö) tuotannon päästöt Mahdollisesti: melu, pölyäminen, ilmapäästöjä paahtokaasun poltosta Biohiilielinkaari Kiira Happonen 1.9.2011

Ketjun ympäristövaikutukset (3/3) Logistiikka → päästöjä kuljetusmuodosta riippuen Poltto CO2-päästöjä ei huomioida kun kyseessä biopolttoaine Hieman muita khk-päästöjä Vähemmän SO2 ja NOx kuin hiilen poltosta Hiukkaspäästöt pienet isoissa voimalaitoksissa Lopputuote: tuhka Vähemmän tuhkaa kuin hiilestä ….mutta voiko seostuhkaa hyödyntää? Biohiilielinkaari Kiira Happonen 1.9.2011

Case-esimerkki: Biohiiltä Salmisaareen? (1/3) Kuvitteellinen case, jossa metsähakkeesta tuotettua biohiiltä poltetaan Salmisaaressa hiilen seassa.* Nettoilmastohyöty kivihiilen korvaamisesta biohiilellä? Yksityinen ja yhteiskunnallinen kannattavuus? Oletukset: Biohiiltä käytetään hiilen seassa 100 kton/vuosi (vastaa reilua 20 % polttoaine-energiasta) Biohiililaitos on integroitu turvetta ja puuta käyttävään CHP-laitokseen Biohiili tehdään sekahakkeesta (40 % ht, 45 % pp, 15 % kanto) *Case-tarkastelu on osa Helenillä tehtyä pro gradu -työtä: Torrefied wood pellets as an alternative fuel to coal: Climate benefits and social desirability of production and use (Kiira Happonen, 2011) Biohiilielinkaari Kiira Happonen 1.9.2011

Case-esimerkki: Biohiiltä Salmisaareen? (2/3) Päästösäästö korvattaessa kivihiiltä 100 kton määrällä biohiiltä 211 000 t CO2-ekv. 162 000 t CO2-ekv. (hiilivaraston muutos, 100 v aikajänne) 89 000 t CO2-ekv. (hiilivaraston muutos, 20 v aikajänne) Saavutettava ilmastohyöty (jos päästövähennyksen arvo yhteiskunnalle on 22 € / t CO2-ekv.) 4,64 M€ 3,57 M€ (hiilivaraston muutos huomioitu, 100 v aikajänne) 1,96 M€ (hiilivaraston muutos huomioitu, 20 v aikajänne) Biohiilen ilmastovaikutuksen laskennassa on huomioitu metsätähteen korjuun, metsäkuljetuksen ja haketuksen, hakkeen kuljetuksen, biohiiliprosessissa tarvittavan apuenergian tuotannon ja biohiilen laivakuljetuksen kasvihuonekaasupäästöt. Vertailukohtana ovat kivihiilen tuotannon ja polton päästöt. Metsätähteen korjuun aiheuttamien metsämaan hiilivarastomuutosten vaikutusta tuloksiin on tarkasteltu erikseen 20 ja 100 vuoden aikajänteellä. Biohiilielinkaari Kiira Happonen 1.9.2011

Case-esimerkki: Biohiiltä Salmisaareen? (3/3) Biohiilen seospoltto ei ole voimalaitoksella yksityisesti kannattavaa polttoaineiden suuresta hintaerosta johtuen (kivihiili ~12 €/MWh, biohiili ~35 €/MWh) ja päästöoikeuden hinnan ollessa matala Mutta onko yhteiskunnallisesti kannattavaa kun huomioidaan koko polttoaineketju ja hiilen korvaamisen tuottama ilmastohyöty? Yht.kunn. nettohyöty seospoltosta positiivinen Nousisi kuitenkin hieman (1 %), jos biohiilen määrä puolittuisi Tulos riippuvainen hintasuhteista ja ilmastohyödyn arvosta Kiira Happonen 12.1.2012

Biopolttoaineisiin liittyy haasteita… Saavutetaanko riittävä hintakilpailukyky fossiilisten polttoaineiden kanssa? Teknologinen kehitys, suurtuotannon edut Miten päästöoikeuden hinta kehittyy Miten fossiilisten polttoaineiden hinnat kehittyvät Käytännön toimivuus (esim. ruokohelpi ei sopinut kattiloihin..) Raaka-aineiden saatavuus? Laajamittaisen tuotannon kestävyys? → Mutta tuotannon ja käytön huomattavakin lisääminen kestävällä tavalla on mahdollista ! Kiira Happonen 12.1.2012

Last but not least Biopolttoaineet ja uusiutuva energia eivät yksinään ole riittävä ratkaisu ilmastonmuutoksen torjumiseen ja energiantuotannon päästöjen vähentämiseen…. → Tärkeintä on energiatehokkuus ja energian järkevä käyttö ! Mitä sinä voit omalta osaltasi tehdä? Laske huonelämpötilaa (asuinhuone 20-22 °C, makuuhuone 19-21 °C) Sammuta tarpeettomat sähkölaitteet, vältä valmiustilaa Älä tuhlaa lämmintä vettä Jne. – pienistä asioista se on kiinni ! Kiira Happonen 12.1.2012

Energiatehokkuus tärkein päästöjen vähentämisessä

Kysymyksiä tai kommentteja? KIITOS ! Kysymyksiä tai kommentteja? Yhteystiedot: kiira.happonen@helen.fi Biohiilielinkaari Kiira Happonen 1.9.2011