Pyrolyysiöljy - uusi lisä energian omavaraiisuuteen

Pyrolyysiöljy - uusi lisä energian omavaraisuuteen

10.7.2015

Kotimaisen nestemäisen biopolttoaineen logistiikan haasteet ja mahdollisuudet - pyrolyysiöljyn arvoketjuanalyysi

Suomen energiaomavaraisuusaste oli 35 % vuonna 2014. Loput 65 % kulutetusta energiasta jouduttiin tuomaan muualta ja suurin osa siitä Venäjältä. Omavaraisuusasteen parantaminen on erittäin tärkeää ja se tulisi tehdä ympäristöystävällisesti, kestävä kehitys huomioiden. Turpeen ohella Suomen luonnonvarat ovat suurimmaksi osaksi metsässä ja tämä vuoksi juuri metsä on vaihtoehto raaka-ainelähteeksi. Lisäksi maassamme on paljon asiantuntemusta liittyen metsäteollisuuteen ja metsästä peräisin oleviin tuotteisiin. Metsästä voidaan myös saada useita erilaisia biopolttoaineita, josta lupaava vaihtoehto on pyrolyysiöljy. Pyrolyysiöljyn raaka-ainepohjana voi toimia hakkuujäte tai esimerkiksi metsäteollisuuden sivutuotteet, kuten sahanpuru tai muut tähteet.

Fortumin Joensuun bioöljylaitos käyttää raaka-aineena metsähaketta ja muuta puubiomassaa.
Kuva: Fortum

Pyrolyysiöljyn valmistusprosessi on erittäin joustava, joten raaka-aineena voi toimia myös erilaiset maatalousjätteet, autonrenkaat tai turve. Laajemmalla raaka-ainepohjalla voidaan parantaa saatavuutta ja vähentää taloudellisia riskejä. Lopputuote eli pyrolyysiöljy on nestemäinen ruskea, tervamainen öljy. Tuotteen ominaisuuksiin kuuluu mm. matala pH (2-3), korkea happi- ja vesipitoisuus, vähäiset typpi- ja rikkipäästöt ja matalahko lämpöarvo. Vesipitoisuuden takia pyrolyysiöljy muodostaa helposti kaksi erilaista faasia – kerrostumaa, jotka vaikuttavat bioöljyn varastointi- ja kuljetusominaisuuksiin. Matala pH asettaa vaatimuksia varastoinnille ja käytölle. Materiaalien, jotka ovat kosketuksissa varsinaisen öljyn kanssa, on oltava haponkestäviä.

Biopolttoaineet eivät vielä ole tehneet varsinaista läpilyöntiä siitä huolimatta, että niiden käyttö vähentää hiilidioksidipäästöjä ja jarruttaa ilmastonmuutosta. Erityisesti korkeat kuljetuskustannukset ja kilpailu fossiilisten polttoaineiden kanssa ovat olleet suurimpina esteinä. Lisäksi biopolttoaineiden käytön vähyys johtuu korkeista pääomakustannuksista, raaka-aineen saatavuudesta, laadusta sekä hinnasta. Arviolta 20 - 50 % kustannuksista toimitusketjussa koostuu kuljetus- ja käsittelykustannuksista. Turhat käsittelyvaiheet on tämän vuoksi tärkeää minimoida. Kokoamalla raaka-ainetta terminaaleihin voidaan ehkäistä kausiluontoisia saatavuusongelmia.

Seuraava kehitysvaihe liikennepolttoaineet

Suomessa on vasta yksi ja maailmalla muutamia toimivia pyrolyysilaitoksia. Näiden tuottamaa bioöljyä käytetään lähinnä polttolaitoksissa korvaamaan raskasta tai kevyttä polttoöljyä sähkön- ja lämmöntuotannossa. Pyrolyysiöljyssä on kuitenkin paljon potentiaalia. Tulevaisuudessa öljyä voidaan käyttää esimerkiksi laivojen ja raskaan liikenteen polttoaineina sekä kemikaalien raaka-aineena.

Fortumin Joensuun sähkön- ja lämmön yhteistuotantolaitokseen integroitu bioöljylaitos.
Kuva: Fortum

Arvonketju voidaan määritellä ketjuksi erilaisia aktiviteetteja, jotka ovat sidoksissa toisiinsa ja joita tarvitaan tuotteiden tai palveluiden tuottamiseen. Aktiviteetit, jotka liittyvät tuotteen tai palvelun tuottamiseen, nostavat näiden arvoa. Tämä voi tarkoittaa, että esimerkiksi tuotetta jalostetaan niin, että asiakas on valmis maksamaan siitä enemmän. Tuotteen parannus tai jalostus voi olla fyysistä tai kemiallista muokkaamista tai esimerkiksi kuljetusta, jotka nostavat tuotteen arvoa. Pyrolyysiöljyn arvoketjuun kuuluu monta erilaista toimintoa. Jos raaka-ainepohjana käytetään esimerkiksi hakkuujätettä, niin arvoketjuun voi kuulua hakkuu, hakkujätteiden keräys ja kuljetus tienvarteen, varastointi tienvarressa, kuljetus valmistukseen sekä lopputuotteen varastointi ja käyttö.

Haasteet pyrolyysiöljyn arvoketjussa liittyvät kolmeen tekijään: saatavuuteen, ulkoisiin tekijöihin sekä raaka-aineen tai lopputuotteen ominaisuuksiin. Tärkein näistä on saatavuus. Suomessa ei ole puutetta puuaineksista, päinvastoin metsät kasvavat enemmän kuin ehditään käyttää. Haasteena on raaka-aineen kausiluontoinen saatavuus, johon vaikuttavat kelirikot, sateet tai vaillinainen metsätieverkko.

Varsinaisen raaka-aineen, esim. hakkuutähteen, pitkä kuljetus ei ole taloudellisesti kannattavaa. Tämä vaikuttaa myös saatavuuteen. Tuotantolaitokset kannattaa sijoittaa lähelle raaka-ainelähteitä. Hyvin suunnitellulla varastoinnilla voidaan vaikuttaa raaka-aineen kausiluontoisiin saatavuusongelmiin.

Politiikka vaikuttaa

Ulkoiset tekijät vaikuttavat kokonaisvaltaisesti pyrolyysiöljyn arvoketjuun ja liittyvät lähinnä valtion, EU:n ja muiden instanssien toimiin. Tällä tarkoitetaan pyrolyysiöljytuotannon kannalta positiivista ja ohjaava päätöksentekoa, jolla esimerkiksi edistetään varsinaista tuotantoa tai rajoitetaan kilpailevien fossiilisten polttoaineiden käyttöä. Esimerkkinä negatiivisesta päätöksenteosta voisi olla päätös, jossa puuperäiset raaka-aineet määriteltäisiin ei-hiilidioksidivapaiksi. Tämä voisi merkittävästi estää pyrolyysiöljyn tuotantoa, työpaikkojen luomista ja Suomen omavaraisuusasteen parantamista.

Kolmas tekijä eli raaka-aineen ja lopputuotteen ominaisuudet tulevat lähinnä esille kuljetuksessa sekä varastoinnissa. Hakkutähteen tai hakkeen kannattavat kuljetusmatkat ovat rajalliset (70 - 100 km) ja raaka-aineen matala lämpöarvo vaikuttaa kuljetettavan raaka-aineen kuljetusmääriin. Lisäksi hakkeen varastointi on rajallista, noin 1 vuotta, ja pyöreän puun noin 1-2 vuotta.

Pyrolyysiöljyn ominaisuudet, kuten matala pH ja faasinmuodostus saattavat aiheuttaa haasteita arvoketjussa. Matala pH asettaa vaatimuksia mm. kuljetuslaitteistolle ja varastosäiliöille. Kuljetuksessa joudutaan käyttämään kemikaalikuljetukseen tarkoitettuja, haponkestäviä tankkiautoja. Jos pyrolyysiöljyllä korvataan raskaan tai kevyen polttoöljyn käyttö vanhassa polttolaitoksessa joudutaan tekemään muutoksia esim. varastosäilöihin, putkistoihin ja polttimiin.

Faasiutuminen voi aiheuttaa ongelmia saannon, käsittelyn, varastoinnin ja loppukäytön kannalta. Raaka-ainepohjalla ja prosessiolosuhteilla on suuri merkitys faasin muodostuksen kanssa. Tulevaisuudessa voidaan tuotekehityksellä parantaa lopputuotteen laatua. Eräs mahdollisuus on käyttää pyrolyysiöljyä ja fossiillista öljyä yhdessä jatkojalostuksen raaka-aineina, jolloin on mahdollista tuottaa liikennepolttoaineita, joiden hinta on huomattavasti lämmitysöljyä korkeampi.

Huoltovarmuus vaatii merkittäviä tuotantomääriä

Huoltovarmuuden kannalta on ensisijaisen tärkeää, että pyrolyysiöljyä tuotetaan tarpeeksi. Edellä on esitetty, että tietyt tekijät aiheuttavat haasteita pyrolyysiöljyn arvoketjun toimintaan. Nämä tekijät käsittävät lähinnä normaalin markkinatilanteen, mutta voivat olla myös läsnä poikkeustilanteissa. On tärkeää varmistaa, että pyrolyyiöljyä voidaan tuottaa myös poikkeustilanteissa, jolloin nousevat esille hieman eri tekijät. Raaka-ainepulaa tuskin Suomessa tulee olemaan, mutta työvoimasta, korjuulaitteistosta ja kuljetuskalustosta voi olla pulaa, jos armeija voi ottaa poikkeustilanteessa omaan käyttöönsä sekä kalustoa että työntekijöitä.

Raaka-aineen ja lopputuotteen varastointiominaisuudet nousevat esille, jos poikkeustilanne jatkuu pitkään eikä työvoimaa ja kalustoa ole saatavissa. Tuotannon turvaamisessa on tärkeää myös se, että tuotantolaitosten energiansaanti turvataan. Ilman sähköä ja energiaa ei voida pyrolyysiöljyä tuottaa. Huoltovarmuuden kannalta on positiivista, että pyrolyysiprosessissa käytettyä osaamista ja teknologiaa löytyy Suomesta hyvin, eli tämän suhteen olemme pitkälti omavaraisia.


Bioöljyä.
Kuva: Fortum

Hiilidioksidineutraalien energialähteiden, kuten pyrolyysiöljyn käyttö vähentää päästöjä ja jarruttaa ilmastonmuutosta. Kotimaassa valmistettu pyrolyysiöljy parantaa myös energiaomavaraisuutta ja huoltovarmuutta. Suurimpina haasteina voidaan nähdä vielä kilpailu fossiilisten polttoaineiden kanssa, mutta tukemalla uusiutuvien polttoaineiden käyttöä ja valmistusta voidaan sen asemaa parantaa. Tämä vaatii EU:n ja valtion tukea investointeihin ja tuotekehitykseen.

Hyötynä ei ole pelkästään päästöjen vähentyminen ilmakehään, vaan myös se, että alalle muodostuu uusia työpaikkoja. Pyrolyysiöljyllä on selkeä potentiaali Suomen huoltovarmuuden parantamisessa. Tosin se ei ole mahdollista ilman toimivaa ja riittävää tuotantoa. Alla on yhteenvetona tärkeimmät tekijät, jotka tulisi huomioida, jotta pyrolyysiöljyllä voidaan parantaa Suomen huoltovarmuutta:

• Raaka-aineen saatavuus on taattava sekä normaalissa markkina- että poikkeustilanteissa.
• Laajalla raaka-ainepohjalla luodaan joustavuutta ja voidaan turvata pyrolyysiöljytuotanto
• Raaka-aineen ja lopputuotteen ominaisuuksien tuomat haasteet arvoketjussa on huomioitava
• Valtion ja EU:n positiiviset, ohjaavat päätökset edistävät pyrolyysiöljyteollisuuden kehitystä.

Kimmo Kaasinen

DI

Artikkeli perustuu Kimmo Kaasisen Svenska Handelshögskolanissa Logistik och samhällsansvar -osastolle keväällä 2015 tekemään pro gradu -työhön.
 

Lue lisää

Kimmo Kaasisen pro gradu -työn Logistiska utmaningar och möjligheter inom de inhemska flytande biobränslena - värdekedjeanalys för pyrolysolja voit lukea Huoltovarmuuskeskuksen verkkosivujen Julkaisut-kohdasta.

 

Katso video bioöljytuotannosta

 

 

 

 

 

 

Jaa artikkeli