Produktionen av biomassa och bränsleanvändningen spelar en avgörande roll när bioenergins nytta för klimatet bedöms

Finland tillhör toppländerna inom bioenergianvändning i Europa. En fortsatt ökning av produktionen och användningen av bioenergi eftersträvas med särskild målsättning att minska utsläppen av växthusgaser, användningen av fossila bränslen och beroendet av importerade bränslen. Dessutom har ökad bioenergianvändning sysselsättnings- och regionalpolitisk nytta. Både nationellt och på EU-nivå har ett flertal mål för bioenergin ställts. Bioenergins livscykelkedja för med sig många miljökonsekvenser. Å ena sidan sänker biobränslena utsläppen jämfört med fossila bränslen, men å andra sidan kan de öka belastningen.

Bioenergiproduktionen

Med bioenergi avses energi från biobränslen. Med biobränslen avses bränslen som tillverkas av biomassa, dvs. av organogena växtmassor som skapats genom fotosyntes. Dessa kan produceras förutom av skogsbiomassa även av åkerbiomassa och avfall. Majoriteten av bioenergin är träbaserad energi som även i fortsättningen produceras av skogsindustriella anläggningar. Användningen av åkerbiomassa och samhällsavfall till energiproduktion har varit låg i Finland men särskilt den senare är på uppåtgående. Rörflen och korn har använts för att framställa fasta bränslen för kraftverk som ger elektricitet och värme som slutprodukt [1].

Avfall kan förbrännas direkt i avfallskraftverk eller användas för mekanisk tillverkning av återvinningsbränsle. Avfallet kan också vidareförädlas till biogas eller flytande bränslen, t.ex. etanol och dieselolja. Med återvinningsbränsle som tillverkas av avfall avses sådant bränsle som tillverkas av torrt, fast och brännbart samhälls- och företagsavfall som sorteras på upphovsplatsen. Som återvinningsbränsle räknas även återvinningsvirke och bränsle som tillverkas av osorterat samhällsavfall med en mekanisk behandlings- och sorteringsprocess. Blandavfall eller återvinningsbränsle producerar inte enbart bioenergi eftersom de i allmänhet innehåller plaster som är tillverkade av fossilt råmaterial. 

Ett kraftigt ökat intresse har visats för framställningen av biobränslen för fordon av både biomassor från jord- och skogsbruket och av avfall.    

I tabell 1 visas bioenergiproduktionens bränsletyper, grundtekniker och de material som används vid produktionen samt de biprodukter som uppkommer.

Tabell 1.  Klassificering av bioenergiproduktionen enligt bränsle ([2], modifierat, ursprungskälla [3])

Bränsletyp

Grundteknik

Råmaterial

Biprodukter

Vegetabiliska oljor och animala fetter

1) Användning som fordonsbränsle antingen genom att anpassa motorernas funktion eller genom att omvandla vegetabilisk olja så att den är lämpad som drivmedel i traditionella motorer.

2) Produktion av elektricitet och/eller värme

1) Rapsolja, solrosolja och andra vegetabiliska oljor, vegetabiliskt oljeavfall

2) Rapsolja, palmolja, jatrophaolja och andra vegetabiliska oljor, animaliskt fett

Växtrestbriketter till foder

Biodiesel

Oljor och fetter transesterfieras för att producera fettsyrametylestrar (FAME)

Vätebehandling (Neste, NexBTL)

Användning som fordonsbränsle

Raps, solros, soja, palmolja, jatropha

Växtrestbriketter till foder, glycerin, briketter av oljepalmväxtrester till förbränning

Bioetanol

Fermentering (socker), hydrolys + fermentering (stärkelse)

Användning som fordonsbränsle

Spannmål, majs, sockerrör, maniok

Foder, växtrester till förbränning

Biogas (CH4, CO2, H2)

Fermentering av biomassa

Används antingen i ett decentraliserat energiproduktionssystem eller matas till en naturgasledning (i form av renad biometan)

Produktion av elektricitet och/eller värme

Användning som fordonsbränsle

Biologiskt nedbrytbart avfall (bioavfall, slam, gödsel), energiväxter (majs, snabbväxande träd, växter med flera skördar)

Rötrester till gödsling (återvinning av näringsämnen)

Fasta biobränslen

1) Komprimering av biomassan (densification) genom torkning (torrefaction) eller förkolning

2) Resterna till produktion av elektricitet och/eller värme

Trä, spannmål, torrt hushållsavfall, annat biologiskt nedbrytbart avfall

 

Bioetanol

Cellulolytisk nedbrytning av biomassan i många steg; inkl. hydrolys och fermentering

Lignocellulosamassa: halm från vete, majsblad och -stjälkar, träd, energirika växter (sockerrör)

 

Biodiesel och anpassade biobränslen (väte, metanol, 2,5-dimetylfuran, dimetyleter, alkoholblandningar)

Förgasning av biomassor med låg fukthalt (under 20 procent) producerar syntesgas (CO, H2, CH4, kolväte). Av gasen framställs flytande bränslen och baskemikalier.

Lignocellulosamassa: träd, halm, sekundära råvaror (plastavfall)

Fischer-Tropsch–processen kan användas för att producera råvaror till kemiindustrin

Biodiesel, flygbränslen, bioetanol, biobutanol

Bioreaktorer för framställning av etanol (kan kombineras med omhändertagning av koldioxid från kraftverk)

Transesterfiering och pyrolys för biodieselproduktion, utveckling av andra tekniker pågår

Makroalger i haven och mikroalger som odlas i dammar eller bioreaktorer

Proteinhaltigt foder, biopolymerer, gödselmedel

Användningen av bioenergi i Finland

Biobränslen används primärt i Finland för samproduktion av elektricitet och värme. Inom detta område tillhör Finland de främsta länderna i världen. Däremot är användningen av biobränslen för fordon liten i Finland.

Enligt Statistikcentralen har den totala årliga energiförbrukningen i Finland varit 1300-1500 petajoule (PJ) under 2000-talet. Bland biobränslen statistikförs förbrukningen av träbränslen separat. Användningen av träbränslen har utgjort cirka 20 procent av den totala energiförbrukningen per år. Avlutar, bark, sågspån och flis av hyggesrester från skogsindustrin utgör den största delen av träenergiförbrukningen. Dessa fraktioners användning för energiproduktion är i hög grad beroende av skogsindustrins produktionsstruktur och -volym [4].

Ökad användning av bioenergi

Ökad bioenergianvändning jämfört med nuvarande nivå föreslås och krävs i ett flertal strategier, utredningar och rapporter som berör klimat- och energipolitiken både på EU-nivå och på nationell nivå. Både användning av biobränslen som fordonsbränsle och övrig användning av bioenergi bör ökas. Asplund m.fl. (2005) uppskattade i sitt program för främjande av förnybara energikällor [5] möjligheterna att uppnå de mål som hade ställts för år 2010 och visionen för år 2015 ur tekniskt-ekonomiskt perspektiv [Asp05] . Följande fyra bioenergikällor bedömdes ha de största potentialerna [6]:

• ökad användning av skogsflis (42 PJ)

• ökad småskalig användning av trä (21 PJ) (utom skogsflis)

• ökad användning av återvinningsbränslen och biogas (21 PJ) varav återvinningsbränsle utgör 14 PJ och biogas 7 PJ, samt

• ökad användning av åkerbiomassa (15 PJ) 

Uppskattningen utgick från läget år 2003. Den sammanräknade utökningspotentialen var 99 PJ, dvs. cirka 7 procent av Finlands totala energiförbrukning år 2005.

Enligt en bedömning av EEA [?] finns den största bioenergipotentialen i Finland i avfallet och i detta inräknas bl.a. avlutar från massa- och pappersindustrin (tabell 2). Avlutar används redan effektivt för produktion av energi och ytterligare potential uppkommer endast vid ökad massaproduktion. Därmed finns utökningspotentialen främst i utnyttjandet av energiprodukter från jord- och skogsbruket [7].

Tabell 2.  Bioenergipotentialen i Finland ([2], modifierat, ursprungskälla [?] )

 

2010

2020

2030

 

MtOE 1)

PJ

TWh

MtOE

PJ

TWh

MtOE

PJ

TWh

Jordbruk

1,9

80

22

1,8

75

21

1,3

54

15

Skogsbruk

1,7

71

20

1,8

75

21

1,8

75

21

Avfallssektorn

6,1

255

71

6,2

260

72

6,2

260

72

Totalt

9,6

402

112

9,8

410

114

9,4

394

109

1) MtOE= Million tons of oil equivalent (oljeekvivalent); den energimängd som frigörs när ett ton råolja förbränns.

Bioenergins miljökonsekvenser

Minskade utsläpp av växthusgaser är en av de viktigaste faktorerna som talar för bioenergi. Bioenergins livscykelkedja för dock med sig många miljökonsekvenser. Å ena sidan sänker biobränslena utsläppen jämfört med fossila bränslen, men å andra sidan kan de öka belastningen. Vissa effekter är ännu inte utredda. Biogas kan till exempel framställas av många olika material och den slutliga miljöbelastningen beror på råvaran. Åkerenergins miljökonsekvenser beror bland annat på odlingsmetoderna. Direktsåddens eutrofierande och erosionsframkallande egenskaper är till exempel mindre än samma egenskaper hos traditionell odling [7].

Miljökonsekvenserna under biobränslenas livscykel uppkommer i huvudsak vid produktionen av biomassa och vid användningen av biobränslet. Biobränslets produktionsfas har mindre betydelse och transporternas miljökonsekvenser beror på transportformen. Långa sjötransporter i stora transportenheter medför i allmänhet inga stora miljökonsekvenser per biobränsleenhet, men om bränslet transporteras i förhållandevis små enheter på landsväg kan betydelsen av denna fas få väsentlig betydelse för klimatförändringen och för andra luftutsläpp [7].

Tabell 1 beskriver biobränslen av första, andra och tredje generationen. I regel kan biobränslena uppdelas i biobränslen av första och av andra generationen enligt användningsegenskaperna eller råvarorna. Med biobränslen av första generationen avses åkerväxtbaserad etanol och biodiesel vilkas användning i moderna fordon är begränsad på grund av användningsegenskaperna hos bränslena. Biobränslen av andra generationen anses vara kolvätebränslen av god kvalitet som inte berörs av användningsbegränsningar i någon större utsträckning. Till exempel lignocellulosamaterial kan användas som råvara [7]. Klassificeringarna och definitionerna varierar i viss utsträckning i olika rapporter.

Bioenergi och ett hållbart system för energiproduktion

Det energieffektivaste sättet att producera bioenergi är att använda virke från skogarna, energiväxter från åkrarna och bioavfall såsom halm direkt för till exempel kombinerad produktion av värme och el. Grot, halm, klenvirke och rörflen kan produceras med lägre energiinsatser än de fossila bränslena bensin och dieselolja [7].

Energieffektiviteten vid tillverkningen av fordonsbiobränslen av första generationen är i allmänhet låg. Tillverkningen av biobränslen av andra generationen anses vara en betydligt mer lovande möjlighet att producera biobränslen energieffektivt. Bioraffinaderierna, som även producerar annat än biobränslen, är en lovande möjlighet att producera biobränslen energieffektivt [7].

Det effektivaste sättet även kostnadsmässigt att minska utsläppen av växthusgaser är att använda träbaserad biomassa för samproduktion av värme och el om denna energi används för att ersätta till exempel stenkolsbaserad energi. I vissa fall kan det vara lönsamt att ersätta torv med grot vid produktion av värme och el. Det är också möjligt att minska utsläppen av växthusgaser till en rimlig kostnad med spannmålsetanol om halmen kan användas för produktion av värme och el. Traditionellt framställd spannmålsetanol och biodiesel är effektiva metoder för minskning av växthusgasutsläppen endast i de fall då halmen kan utnyttjas för energiproduktion. Förgasning av träbaserad biomassa (t.ex. grot, svartlut) i skogsindustrins integrerande bioraffinaderier skulle i framtiden kunna vara en av de mest kostnadseffektiva sätten att minska utsläppen av växthusgaser vid tillverkningen av sådana biobränslen som är lämpliga för fordonsbruk [7].

Vid bedömningen av bioenergins livscykelkedja måste man vid sidan av klimatförändringen, energieffektiviteten och andra miljöaspekter även beakta de övriga dimensionerna av hållbarhet, dvs. ekonomisk och social hållbarhet. I samband med globaliseringen av ekonomin knyts miljövården oskiljaktigt till det internationella ansvaret för hållbar användning av naturresurserna. Vid bedömningen av de alternativa produktionsmetoderna för biobränslen måste man ta hänsyn till råvarornas alternativa utnyttjande, t.ex. som livsmedel, kemikalier eller skogsindustriprodukter [7]

Källor

  1. Motiva 2009. Uusiutuva energia http://www.motiva.fi/toimialueet/uusiutuva_energia
  2. YM 2010. Biohajoavista jätteistä enemmän energiaa. Biojäte-energiatyöryhmän raportti. Ympäristöministeriön raportteja 3/2010. http://www.ymparisto.fi/download.asp?contentid=115599&lan=fi
  3. UNEP 2009: Towards sustainable production and use of resources: Assessing biofuels. http://www.unep.fr/scp/rpanel/pdf/Assessing_Biofuels_Full_Report.pdf
  4. KTM 2002. Uusiutuvan energian edistämisohjelma 2003–2006. Työryhmän ehdotus 5.12.2002 http://julkaisurekisteri.ktm.fi/ktm_jur/ktmjur.nsf/All/4B1BDE137F9B5121C2256CE5002B3AC1/$file/tyto5eos.pdf
  5. Asplund, D., Korppi-Tommola, J. & Helynen, S. 2005. Uusiutuvan energian lisäysmahdollisuudet vuoteen 2015. VTT, Jyväskylän yliopisto ja Jyväskylä Science Park. http://julkaisurekisteri.ktm.fi/ktm_jur/ktmjur.nsf/all/E5063805F1B754D5C22570190028414D/$file/34642005.pdf
  6. EEA 2006: How much bioenergy can Europe produce without harming the environment? Report No 7/2006 http://www.eea.europa.eu/publications/eea_report_2006_7
  7. Antikainen, R., Tenhunen, J., Ilomäki, M., Mickwitz, P., Punttila, P., Puustinen, M., Seppälä, J. & Kauppi, L. 2007. Bioenergian uudet haasteet Suomessa ja niiden ympäristönäkökohdat. Nykytilakatsaus. Suomen ympäristökeskuksen raportteja 11/2007 http://www.ymparisto.fi/default.asp?contentid=240503

Skrivet av