ArticlePDF Available

Liikenteen biopolttoaineiden tuotanto- ja käyttömahdollisuudet Suomessa. Taustaselvitys

Authors:

Abstract

VTT Tiedotteita - Research Notes 2288 EU:ssa eräs keskeinen energia- ja ympäristöpolitiikan tavoite on uusiutuvien energialähteiden käytön edistäminen erityisesti hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi ja huoltovarmuuden parantamiseksi. Tärkein uusiutuva energiavara on biomassa, jota voidaan käyttää niin sähkön ja lämmön tuotannossa kuin liikenteen polttoaineena. Tässä julkaisussa, joka on valtiovarain- ja kauppa- ja teollisuusministeriöiden tilaaman taustaselvityksen "Liikenteen biopolttoaineiden tuotanto ja käyttö Suomessa" loppuraportti, keskitytään biomassan hyödyntämiseen liikenteen polttoaineena. Selvityksen tavoitteena oli antaa taustatietoa viranomaisille kansallisen ilmastostrategian päivittämiseen sekä liikenteen biopolttoaineita koskevan direktiivin soveltamiseen Suomessa. Useimpia biopolttoaineita - alkoholeja, biodieseliä ja biokaasua - voidaan käyttää joko polttoainekomponenttina tai polttoaineena sellaisenaan. Laajimmillaan polttoainelaatujen tulisi soveltua koko ajoneuvokalustoon. Biopolttoaineiden tulee täyttää nykyiset ja tulevat EU:n liikennepolttoaineiden normit ja direktiivit, mistä seuraa selkeitä rajoitteita niiden käytölle. Nykyiset biopolttoainevaihtoehdot eivät ole liiketaloudellisesti kannattavia ilman viranomaisten tukitoimenpiteitä, etenkin verotukea. EU:n biopolttoainedirektiivi edellyttää biopolttoaineille vapaaehtoisena tavoitteena vuonna 2010 5,75 %:n osuutta (energiana) tieliikennekäyttöön myydyistä polttoaineista, joka vastaa EU:ssa noin 17-18 Mtoe/a:n määrää. Nykyisin Euroopassa tuotetaan etanolia ja biodieseliä yhteensä noin 1,5 Mtoe/a. Nykyisiä kaupallisia peltopohjaisia tuotteita edullisemmin voisi valmistaa puu- ja jätepohjaisista biomassavaroista joko nestemäisiä biopolttoaineita tai biokaasuja. Uusia tuotantotekniikoita kehitetään useissa maissa, ja ensimmäiset koetehtaat ja demonstrointihankkeet käynnistyvät lähivuosina. Raportissa esitetään vaihtoehtoja Suomen kehityspoluiksi. Biopolttoaineiden käyttömahdollisuudet on arvioitu suuremmaksi kuin tuotantomahdollisuudet kotimaisiin raaka-aineisiin perustuen. Liikenteen biopolttoaineiden maksimiosuus voisi Suomessa olla kotimaisista raaka-aineista tuotettuna vuonna 2010 3 % ja maakaasun 0,5 % tieliikenteen polttoaineiden kokonaiskulutuksesta eri tuotantoskenaarioissa. One of the key goals of the EU's energy and environment policy is to promote the utilisation of renewable energy sources in order to reduce greenhouse gas emissions and to improve the security of fuel supply. The main renewable energy source is biomass, which can be utilised in heat and power production and as transportation fuel. Biomass utilisation as transportation fuel is the main topic of this publication. The aim of the study was to produce background information on biomass-based transportation fuels for the Finnish authorities to update the national climate strategy and define the national policy in implementing the new EU Biofuel Directive on the promotion of the use of biofuels for transportation. Most biofuels - like bioalcohols, biodiesel and biogas - can be used as fuels additives or as fuels as such. At the broadest fuel grades should apply to the whole vehicle base. Biofuels will have to fulfil current and future directives and standards, which presents clear constraints on their utilisation. The current biofuel options are not economically feasible without supporting measures from the authorities, like tax relief. The Biofuel Directive presents an indicative target share of 5.75% in 2010 for the exploitation of biomass-based road transportation fuels in the EU, which corresponds to a biofuel utilisation of about 17-18 Mtoe/a. In 2003, about 1.5 million oil equivalent tons of bioethanol and biodiesel was produced in the EU. Wood- and waste-derived liquid or gaseous transportation fuels could be produced more cost-effectively than the current commercial ones. New production technologies are under development in several countries, and the first demo plants will start up in the near future. In the report, technological development options are presented for Finland. The potential to utilise biomass-based fuels in the Finnish transportation sector were evaluated to be larger than the potential to produce them from indigenous raw materials. In Finland, the maximum share of biomass-based fuels produced from indigenous raw materials could be 3% of total fuel consumption in road transportation in 2010 and the share of natural gas could be 0.5% in different production scenarios.
VTT TIEDOTTEITA 2288 Liikenteen biopolttoaineiden tuotanto- ja käyttömahdollisuudet Suomessa. Taustaselvitys
Tätä julkaisua myy Denna publikation säljs av This publication is available from
VTT TIETOPALVELU VTT INFORMATIONSTJÄNST VTT INFORMATION SERVICE
PL 2000 PB 2000 P.O.Box 2000
02044 VTT 02044 VTT FI–02044 VTT, Finland
Puh. 020 722 4404 Tel. 020 722 4404 Phone internat. + 358 20 722 4404
Faksi 020 722 4374 Fax 020 722 4374 Fax +358 20 722 4374
ISBN 951–38–6540–1 (nid.) ISBN 951–38–6541–X (URL: http://www.vtt.fi/inf/pdf/)
ISSN 1235–0605 (nid.) ISSN 1455–0865 (URL: http://www.vtt.fi/inf/pdf/)
ESPOO 2005 VTT TIEDOTTEITA 2288
Tuula Mäkinen, Kai Sipilä & Nils-Olof Nylund
Liikenteen biopolttoaineiden
tuotanto- ja käyttömahdollisuudet
Suomessa
Taustaselvitys
Valtiovarain- ja kauppa- ja teollisuusministeriöiden tilauksesta tehdyssä
selvityksessä annetaan taustatietoa viranomaisille kansallisen ilmastostra-
tegian päivittämiseen sekä liikenteen biopolttoaineita koskevan direktiivin
soveltamiseen Suomessa.
Nykyiset kaupalliset biopolttoainevaihtoehdot eivät ole liiketaloudelli-
sesti kannattavia ilman viranomaisten tukitoimenpiteitä, etenkin verotu-
kea. Nykyisiä kaupallisia peltopohjaisia tuotteita edullisemmin voisi val-
mistaa joko nestemäisiä biopolttoaineita tai biokaasuja puu- ja jätepoh-
jaisista biomassavaroista. Uusia tuotantotekniikoita kehitetään useissa
maissa, ja ensimmäiset koetehtaat ja demonstrointihankkeet käynnistyvät
lähivuosina. Julkaisussa esitetään vaihtoehtoja Suomen kehityspoluiksi.
Biopolttoaineiden käyttömahdollisuudet on arvioitu suuremmiksi kuin
kotimaisiin raaka-aineisiin perustuvan tuotannon mahdollisuudet. Eri
tuotantoskenaarioiden mukaan liikenteen biopolttoaineiden maksimiosuus
voisi Suomessa olla vuonna 2010 kotimaisista raaka-aineista tuotettuna
3 % ja maakaasun 0,5 % tieliikenteen polttoaineiden kokonaiskulutuksesta.
VTT TIEDOTTEITA – RESEARCH NOTES 2288
Liikenteen biopolttoaineiden
tuotanto- ja käyttömahdollisuudet
Suomessa
Taustaselvitys
Tuula Mäkinen, Kai Sipilä & Nils-Olof Nylund
VTT Prosessit
ISBN 951–38–6540–1 (nid.)
ISSN 1235–0605 (nid.)
ISBN 951–38–6541–X (URL: http://www.vtt.fi/inf/pdf/)
ISSN 1455–0865 (URL: http://www.vtt.fi/inf/pdf/)
Copyright © VTT 2005
JULKAISIJA – UTGIVARE – PUBLISHER
VTT, Vuorimiehentie 5, PL 2000, 02044 VTT
puh. vaihde 020 722 111, faksi 020 722 4374
VTT, Bergsmansvägen 5, PB 2000, 02044 VTT
tel. växel 020 722 111, fax 020 722 4374
VTT Technical Research Centre of Finland, Vuorimiehentie 5, P.O.Box 2000, FI–02044 VTT, Finland
phone internat. +358 20 722 111, fax +358 20 722 4374
VTT Prosessit, Biologinkuja 3–5, PL 1601, 02044 VTT
puh. vaihde 020 722 111, faksi 020 722 7048
VTT Processer, Biologgränden 3–5, PB 1601, 02044 VTT
tel. växel 020 722 111, fax 020 722 7048
VTT Processes, Biologinkuja 3–5, P.O.Box 1601, FI–02044 VTT, Finland
phone internat. +358 20 722 111, fax +358 20 722 7048
Toimitus Leena Ukskoski
Valopaino Oy, Helsinki 2005
Mäkinen, Tuula, Sipilä, Kai & Nylund, Nils-Olof. Liikenteen biopolttoaineiden tuotanto- ja käyttömah-
dollisuudet Suomessa. Taustaselvitys [Possibilities to produce and use biofuels in transportation in
Finland. Background study]. Espoo 2005. VTT Tiedotteita – Research Notes 2288. 96 s.
Avainsanat transportation fuels, biofuels, manufacturing technology, utilization, bioalcohols, bio-
diesel, biogas, thermal gasification, Fischer–Tropsch, production costs
Tiivistelmä
EU:ssa eräs keskeinen energia- ja ympäristöpolitiikan tavoite on uusiutuvien energialäh-
teiden käytön edistäminen erityisesti hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi ja huolto-
varmuuden parantamiseksi. Tärkein uusiutuva energiavara on biomassa, jota voidaan
käyttää niin sähkön ja lämmön tuotannossa kuin liikenteen polttoaineena. Tässä julkai-
sussa, joka on valtiovarain- ja kauppa- ja teollisuusministeriöiden tilaaman taustaselvi-
tyksen ”Liikenteen biopolttoaineiden tuotanto ja käyttö Suomessa” loppuraportti, keski-
tytään biomassan hyödyntämiseen liikenteen polttoaineena. Selvityksen tavoitteena oli
antaa taustatietoa viranomaisille kansallisen ilmastostrategian päivittämiseen sekä lii-
kenteen biopolttoaineita koskevan direktiivin soveltamiseen Suomessa.
Useimpia biopolttoaineita – alkoholeja, biodieseliä ja biokaasua – voidaan käyttää joko
polttoainekomponenttina tai polttoaineena sellaisenaan. Laajimmillaan polttoainelaatu-
jen tulisi soveltua koko ajoneuvokalustoon. Biopolttoaineiden tulee täyttää nykyiset ja
tulevat EU:n liikennepolttoaineiden normit ja direktiivit, mistä seuraa selkeitä rajoitteita
niiden käytölle.
Nykyiset biopolttoainevaihtoehdot eivät ole liiketaloudellisesti kannattavia ilman viran-
omaisten tukitoimenpiteitä, etenkin verotukea. EU:n biopolttoainedirektiivi edellyttää
biopolttoaineille vapaaehtoisena tavoitteena vuonna 2010 5,75 %:n osuutta (energiana)
tieliikennekäyttöön myydyistä polttoaineista, joka vastaa EU:ssa noin 17–18 Mtoe/a:n
määrää. Nykyisin Euroopassa tuotetaan etanolia ja biodieseliä yhteensä noin 1,5 Mtoe/a.
Nykyisiä kaupallisia peltopohjaisia tuotteita edullisemmin voisi valmistaa puu- ja jäte-
pohjaisista biomassavaroista joko nestemäisiä biopolttoaineita tai biokaasuja. Uusia
tuotantotekniikoita kehitetään useissa maissa, ja ensimmäiset koetehtaat ja demonstroin-
tihankkeet käynnistyvät lähivuosina. Julkaisussa esitetään vaihtoehtoja Suomen kehi-
tyspoluiksi. Biopolttoaineiden käyttömahdollisuudet on arvioitu suuremmaksi kuin tuo-
tantomahdollisuudet kotimaisiin raaka-aineisiin perustuen. Liikenteen biopolttoaineiden
maksimiosuus voisi Suomessa olla kotimaisista raaka-aineista tuotettuna vuonna 2010
3 % ja maakaasun 0,5 % tieliikenteen polttoaineiden kokonaiskulutuksesta eri tuotan-
toskenaarioissa.
3
Mäkinen, Tuula, Sipilä, Kai & Nylund, Nils-Olof. Liikenteen biopolttoaineiden tuotanto- ja käyttömah-
dollisuudet Suomessa. Taustaselvitys [Possibilities to produce and use biofuels in transportation in
Finland. Background study]. Espoo 2005. VTT Tiedotteita – Research Notes 2288. 96 p.
Keywords transportation fuels, biofuels, manufacturing technology, utilization, bioalcohols, bio-
diesel, biogas, thermal gasification, Fischer–Tropsch, production costs
Abstract
One of the key goals of the EU’s energy and environment policy is to promote the utili-
sation of renewable energy sources in order to reduce greenhouse gas emissions and to
improve the security of fuel supply. The main renewable energy source is biomass,
which can be utilised in heat and power production and as transportation fuel. Biomass
utilisation as transportation fuel is the main topic of this publication. The aim of the
study was to produce background information on biomass-based transportation fuels for
the Finnish authorities to update the national climate strategy and define the national
policy in implementing the new EU Biofuel Directive on the promotion of the use of
biofuels for transportation.
Most biofuels – like bioalcohols, biodiesel and biogas – can be used as fuel additives or
as fuels as such. At the broadest, fuel grades should apply to the whole vehicle base.
Biofuels will have to fulfil current and future directives and standards, which presents
clear constraints on their utilisation.
The current biofuel options are not economically feasible without supporting measures
from the authorities, like tax relief. The Biofuel Directive presents an indicative target
share of 5.75% in 2010 for the exploitation of biomass-based road transportation fuels
in the EU, which corresponds to a biofuel utilisation of about 17–18 Mtoe/a. In 2003,
about 1.5 million oil equivalent tons of bioethanol and biodiesel was produced in the
EU. Wood- and waste-derived liquid or gaseous transportation fuels could be produced
more cost-effectively than the current commercial ones. New production technologies
are under development in several countries, and the first demo plants will start up in the
near future. In the publication, technological development options are presented for
Finland. The potential to utilise biomass-based fuels in the Finnish transportation sector
were evaluated to be larger than the potential to produce them from indigenous raw ma-
terials. In Finland, the maximum share of biomass-based fuels produced from indige-
nous raw materials could be 3% of total fuel consumption in road transportation in 2010
and the share of natural gas could be 0.5% in different production scenarios.
4
Alkusanat
EU:ssa eräs keskeinen energia- ja ympäristöpolitiikan tavoite on uusiutuvien energialäh-
teiden käytön edistäminen erityisesti hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi ja huoltovar-
muuden parantamiseksi. Tärkein uusiutuva energiavara on biomassa, jota voidaan käyttää
niin sähkön ja lämmön tuotannossa kuin liikenteen polttoaineena. Tässä julkaisussa, joka
on valtiovarain- ja kauppa- ja teollisuusministeriöiden tilaaman taustaselvityksen ”Liiken-
teen biopolttoaineiden tuotanto ja käyttö Suomessa” loppuraportti, keskitytään biomassan
hyödyntämiseen liikenteen polttoaineena. Selvityksen tavoitteena oli antaa liikenteen bio-
polttoaineista taustatietoa viranomaisille kansallisen ilmastostrategian päivittämiseen sekä
liikenteen biopolttoaineita koskevan direktiivin soveltamiseen Suomessa.
Taustaselvitys tehtiin VTT:ssä 1.7.2004–15.11.2004 välisenä aikana. Työryhmän pääjä-
senet olivat tutkimusprofessori Kai Sipilä, johtava tutkija Nils-Olof Nylund ja erikois-
tutkija Tuula Mäkinen, kaikki VTT Prosessit -yksiköstä. Lisäksi selvityksen tekoon
osallistuivat ja taustamateriaalia toimittivat erikoistutkija Päivi Aakko, kehityspäällikkö
Esa Kurkela, erikoistutkija Juhani Laurikko, johtava tutkija Paterson McKeough ja eri-
koistutkija Yrjö Solantausta, myös VTT Prosesseista. Ministeriöiden yhteyshenkilöt
olivat neuvotteleva virkamies Leo Parkkonen ja neuvotteleva virkamies Merja Sandell
valtiovarainministeriöstä sekä ylitarkastaja Nina Broadstreet ja ylitarkastaja Jukka Saa-
rinen kauppa- ja teollisuusministeriöstä.
Espoo joulukuu 2004
Tekijät
5
Laajennettu tiivistelmä
SELVITYKSEN LÄHTÖKOHTA JA TAVOITTEET
EU:ssa eräs keskeinen energia- ja ympäristöpolitiikan tavoite on uusiutuvien energialäh-
teiden käytön edistäminen erityisesti hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi ja huoltovar-
muuden parantamiseksi. Tärkein uusiutuva energiavara on biomassa, jota voidaan käyttää
niin sähkön ja lämmön tuotannossa kuin liikenteen polttoaineena. Tässä julkaisussa, joka
on valtiovarain- ja kauppa- ja teollisuusministeriöiden tilaaman taustaselvityksen ”Liiken-
teen biopolttoaineiden tuotanto ja käyttö Suomessa” loppuraportti, keskitytään biomassan
hyödyntämiseen liikenteen polttoaineena. Selvityksen tavoitteena oli antaa liikenteen bio-
polttoaineista taustatietoa viranomaisille kansallisen ilmastostrategian päivittämiseen sekä
liikenteen biopolttoaineita koskevan direktiivin soveltamiseen Suomessa.
EU:n komission uusiutuvia energialähteitä koskevassa valkoisessa kirjassa vuodelta
1997 on asetettu tavoitteeksi uusiutuvien energialähteiden käytön kaksinkertaistaminen
12 %:iin primäärienergialähteiden kulutuksesta vuoden 1995 tasosta 6 % vuoteen 2010
mennessä. Valkoisen kirjan liitteessä esitetyn, eri uusiutuville energialähteille vuoteen
2010 laaditun skenaarion mukaisesti bioenergian käyttö kolminkertaistuisi, jolloin lisä-
bioenergian määrä olisi 90 Mtoe. Pelto-, metsä- ja yhdyskuntajätepohjainen biomassa
ovat lähes yhtä suuria lähteitä tavoitellulle lisäkäytölle.
EU:ssa uusiutuvien energialähteiden hyödyntämiselle asetettuja tavoitteita ollaan toteut-
tamassa direktiivein, esim. direktiivit sähkön tuotannon edistämisestä uusiutuvista ener-
gialähteistä (RES-E) ja liikenteen biopolttoaineiden käytön edistämisestä. RES-E- ja lii-
kenteen biopolttoainedirektiiveissä esitetyt tavoitteet ovat ohjeellisia. Liikenteen biopolt-
toaineiden hyödyntämiselle on esitetty ohjeelliset tavoiteosuudet: 2 % vuonna 2005 ja
5,75 % vuonna 2010 energiana tieliikenteen polttoaineiden kulutuksesta. EU:n tavoitteet
bioenergian hyödyntämisen lisäämiselle ovat kunnianhimoisia, ja biomassan saatavuus ja
hinta saattavat olla tulevaisuudessa lisäkäyttöä rajoittavia tekijöitä useammassakin maassa.
LIIKENTEEN BIOPOLTTOAINEIDEN TUOTANNON
NYKYTILANNE
Nykyisin valmistetaan kaupallisesti liikenteen polttoaineiksi viljelykasvipohjaista etano-
lia ja biodieseliä lähinnä Brasiliassa, Yhdysvalloissa ja joissakin EU-maissa. Brasiliassa,
Yhdysvalloissa ja Ruotsissa pääasiallisesti käytettävä biopolttoaine on etanoli ja sen
seokset fossiilisten polttoaineiden kanssa. Ranskassa ja Espanjassa etanoli käytetään
bensiinin lisäainekomponenttina, ETBE:nä. Biodieseliä käytetään lähinnä Saksassa,
Ranskassa ja Italiassa. Italiassa biodieseliä käytetään kuitenkin verotussyistä pääasiassa
lämmityssektorilla. Joissakin maissa, esim. Ruotsissa, on tällä hetkellä tutkimus- ja de-
monstrointitoimintaa biokaasun käytöstä maakaasukäyttöisissä ajoneuvoissa. Nykyiset
6
biopolttoaineiden käyttövaihtoehdot eivät ole taloudellisesti mahdollisia ilman viran-
omaisten tukitoimenpiteitä, kuten lähes täysimääräistä verotukea. Muiden biopolttones-
teiden tuotantoprosessit eivät ole vielä kaupallisia. Päämielenkiinto on ollut eri syistä
peltopohjaisissa tuotteissa, eikä puupohjaisten tuotteiden kehittämistä ole laajalti edis-
tetty. Uusi, vuonna 2003 hyväksytty EU:n liikenteen biopolttoainedirektiivi on kuiten-
kin lisännyt voimakkaasti tutkimus- ja kehityspanostusta.
Vuonna 2003 etanolin ja biodieselin tuotanto EU:ssa oli yhteensä noin 1,5 miljoonaa
öljyekvivalenttitonnia (EU15). Biodieselin tuotanto on kasvanut voimakkaasti viime
vuosina. Tuotanto oli vuonna 2003 EU25-alueella yhteensä noin 1,5 miljoonaa tonnia
(1,35 Mtoe/a). Saksa on suurin tuottajamaa. Polttoaine-etanolin tuotanto oli EU:ssa
(EU25) vuonna 2003 yhteensä noin 450 000 tonnia (290 000 toe/a). Tuotantoa on
EU:ssa viidessä maassa: Espanjassa, Puolassa, Ranskassa, Ruotsissa ja Tsekissä. Espan-
ja on suurin tuottajamaa. EU:n liikenteen biopolttoainedirektiivissä vuodelle 2010 esi-
tetty 5,75 %:n vapaaehtoinen tavoiteosuus tieliikenteen polttoaineista (energiana) mer-
kitsisi EU:ssa arviolta 1718 Mtoe:n/a käyttömäärää.
Suomessa eräät öljy-yhtiöt ovat kokeiluluonteisesti lisänneet etanolia bensiiniin enin-
tään viisi tilavuusprosenttia. Etanolin osuudelle on annettu määräaikainen 30 c:n/l polt-
toaineverohuojennus, joka päättyi 31.12.2004. Etanoli on hankittu Euroopan ja Brasilian
markkinoilta. Lisäksi Suomessa on pienessä mittakaavassa kokeiltu biodieselin ja bio-
kaasun valmistusta ja käyttöä liikenteen polttoaineena (muutamia autoja).
Kansalliset tukiratkaisut vaihtelevat EU:ssa, mikä on myös johtanut erilaisiin käyttörat-
kaisuihin. Erot johtuvat erilaisista poliittisista ja markkinalähtöisistä syistä. Tärkeimpänä
ajavana voimana on ollut maatalouden tukeminen; lisäksi tukiratkaisujen takana on ollut
ympäristönäkökohtia (esim. tieliikenteen häkä- ja hiilidioksidipäästöjen alentaminen) sekä
paikallisen taloudellisen tilanteen parantaminen työpaikkojen lisääntymisen myötä.
LIIKENTEEN BIOPOLTTOAINEIDEN TUOTANTOTEKNIIKOIDEN
KEHITYSNÄKYMÄT
Bioraaka-aineista valmistetaan kaupallisesti kasviöljypohjaista biodieseliä, etanolia sekä
biokaasuja. Kehitys- ja tutkimusvaiheessa ovat metanolin ja synteettisten polttoaineiden
kuten Fischer–Tropsch-polttoaineiden valmistus biomassasta sekä etanolin valmistus lig-
noselluloosapohjaisesta biomassasta (olki, puu). Lisäksi on ollut esillä muita vaihtoehtoja,
kuten mäntyöljypohjaiset tuotteet (mäntyöljyn esterit) ja biokomponentit, jotka jalostettai-
siin pyrolyysitekniikalla tuotetusta bioöljystä. Kuvassa A esitetään liikenteen biopolttoai-
neiden uusien tuotantotekniikoiden perusvaihtoehdot. Alkoholit (metanoli ja etanoli) voi-
daan jalostaa edelleen eettereiksi (esim. MTBE ja ETBE), joita käytetään yleisesti poltto-
aineiden lisäaineina ns. oksygenaatteina. Eettereiden tuotanto on kaupallista tekniikkaa.
7
Etanolin valmistus sokeri- ja tärkkelyspitoisista raaka-aineista on kaupallista tekniikkaa.
Puusta on mahdollista valmistaa etanolia vapauttamalla ensin selluloosan ja hemiselluloo-
san sokerit kemiallisesti tai bioteknisesti hydrolyysin avulla. Puun rakenteen vuoksi hyd-
rolyysi on kuitenkin hankalampaa kuin tärkkelyspitoisen raaka-aineen. Lisäksi laborato-
rioasteella on kehitteillä synteesikaasun fermentointiin perustuvia prosesseja mm. Yhdys-
valloissa ja Suomessa. Etanolin valmistusta puusta tutkitaan lähinnä Yhdysvalloissa,
Ruotsissa ja Kanadassa. Useitakin demonstrointihankkeita on suunnitteilla, mutta mitään
vaihtoehtoisista tekniikoista ei ole vielä kokonaisuudessaan demonstroitu laboratorion
ulkopuolella puupohjaisille polttoaineille. Laimeahappohydrolyysiin perustuva prosessi
on lähimpänä teollisen mittakaavan toteutusta. Ruotsissa on keväällä 2004 käynnistynyt
koetehdas, jossa tuotetaan 400–500 litraa etanolia vuorokaudessa puuraaka-aineista.
Metanoli, F-T-
polttoaineet, DME
Kaasutus ja
kaasun puhdistus Hydrolyysi
Synteesi Sokereiden
fermentointi
Etanoli
Bioraaka-aine
Mädätys
Kaasun puhdistus
ja komprimointi
Metaani
Vety
Kaupalliset: biodiesel (RME) ja
viljaetanoli
Kuva A. Kehitteillä olevat tekniikat liikenteen biopolttoaineiden tuottamiseksi.
Biomassasta on mahdollista valmistaa liikenteen biopolttoaineita myös ns. synteesikaasu-
reitin kautta. Tässä prosessissa biomassasta valmistettaisiin ensin termisesti kaasuttamalla
synteesikaasua ja edelleen synteesikaasusta polttonesteitä, esimerkiksi metanolia tai ns.
Fischer–Tropsch-polttoaineita. Kaasutuksen tuotekaasu täytyy puhdistaa epäpuhtauksista
eri kaasunpuhdistusmenetelmillä ja edelleen konvertoida synteesiprosessin vaatimusten
mukaiseksi synteesikaasuksi. Synteesikaasua voidaan valmistaa erilaisista biomassoista.
Vastaava prosessi demonstroitiin 1980-luvulla Oulussa Kemira Oyj:n laitoksella, jossa
tuotettiin turpeesta ammoniakkia. Laitoksen kapasiteetti oli 80 000 tonnia NH3/a. Etelä-
Afrikassa sijaitsevilla Sasolin laitoksilla valmistetaan kaupallisesti kivihiilestä polttonesteitä
kaasutuksen kautta Fischer–Tropsch-tekniikalla. Maakaasusta tuotetaan synteettisiä poltto-
aineita kaupallisesti Shellin laitoksella Malesiassa. Biomassan käyttöönotto synteesikaasu-
8
pohjaisten prosessien raaka-aineena vaatii kuitenkin vielä kehitystyötä. Tutkimus- ja kehi-
tystyöllä haetaan korkeahyötysuhteisia ja kustannustehokkaita prosessiratkaisuja.
EU:n rahoituksella käynnistyi vuoden 2004 alussa Volkswagen Ag:n vetämä 20 M€:n
kehityshanke, jossa kehitetään erityisesti synteesikaasupohjaisia liikenteen biopolttones-
teiden tuotantoprosesseja. Fischer–Tropsch-dieselin tuotantokustannuksien tavoitearvo-
na on Keski-Euroopassa paikallisesta raaka-aineesta 0,70 €/ekvivalenttinen öljylitra.
Suomessa panostetaan synteesikaasun valmistusprosessin kehittämiseen VTT:n vetä-
mässä Ultra clean gas -hankkeessa.
Orgaanisesta materiaalista, esim. jätevesilietteistä tai biojätteistä, voidaan anaerobikäsit-
telyssä tuottaa ns. biokaasua, joka koostuu lähinnä metaanista ja hiilidioksidista. Kaato-
paikoilla muodostuu vastaavaa kaasua, ns. kaatopaikkakaasua. Biokaasuja voidaan hyö-
dyntää liikenteen polttoaineena puhdistuksen ja paineistuksen jälkeen. Tulevaisuudessa
kehitystyön onnistuessa myös termisesti kaasuttamalla voitaisiin valmistaa kaasumaista
polttoainetta kaasuajoneuvojen polttoaineeksi. Termisellä kaasutuksella tuotetaan vetyä
ja hiilimonoksidia sisältävää polttokaasua, joka voidaan tarvittaessa edelleen prosessoi-
da metaaniksi (samankaltainen prosessi kuin nestemäisten polttoaineiden valmistus kaa-
sutuksen kautta). Terminen kaasutus mahdollistaa siis sekä neste- että kaasumaisten
biopolttoaineiden tuotannon ajoneuvokäyttöön.
Biopolttonesteestä ja tuotantotekniikasta riippuen biopolttonesteiden tuotantokustan-
nukset ovat 1,5–5-kertaisia verrattuna nykyisten fossiilisten polttoaineiden verottomiin
hintoihin. Syksyn 2004 korkea öljynhinta on (hetkellisesti) kaventanut tätä eroa. Nykyi-
set kaupalliset biopolttonesteet, peltokasvipohjaiset biodiesel ja etanoli, on saatu monis-
sa maissa kuluttajille kilpailukykyisiksi verohelpotuksin tai tukemalla tuotantolaitoksia
(Yhdysvallat, Brasilia).
Biopolttonesteiden tuotantokustannuksia pyritään alentamaan tutkimus- ja kehitystyöllä
niin EU:ssa kuin Yhdysvalloissa. Tuotantokustannusten alentamiseen pyritään mm. etsimäl-
lä toimintamalleja, joissa biopolttonesteiden tuotanto yhdistettäisiin teollisuus- tai voimalai-
tokseen sekä hyödynnettäisiin halvempia puu- tai jäteperäisiä raaka-aineita. Tavoitteena on
kehittää tuotantoteknologioita, jotka mahdollistaisivat liikenteen biopolttoaineiden käyt-
töönoton mahdollisimman alhaisin ja alenevin tukitasoin. Tutkimus- ja kehitystyössä tulisi
Suomessa panostaa niiden teknologioiden kehitykseen, joissa tukitarve olisi, mikäli mah-
dollista, alle nykyisen liikenteen polttoaineverotuksen, joka on dieselpolttoaineella 32 snt/l
ja bensiinillä 59 snt/l. Koska suomalaiset yritykset valmistavat maailmanmarkkinoille kil-
pailukykyisiä metsäteollisuuden laitteita, puun korjuukoneita ja voimalaitoksia, on perustel-
tua uskoa, että myös biopolttoaineiden tuotantoprosessien laitteita voitaisiin valmistaa meil-
lä sekä koti- että ulkomaan markkinoita varten. Esimerkiksi viime vuosikymmenellä Suo-
mesta toimitettiin viljaetanolin tuotantolaitoksia maailman markkinoille.
9
Suomessa on tehty varsin vähän liikenteen biopolttonesteiden tuotantokustannusarvioita
verrattuna Yhdysvaltojen ja Euroopan suurissa kehitys- ja tutkimushankkeissa tehtyihin
kattaviin selvityksiin. Seuraavaksi esitetyt arviot ovatkin vain ohjeellisia arvioita uuden
tekniikan mahdollisuuksista. Kun alan tutkimus- ja kehitystyö voimistuu, saadaan myös
tarkempia kustannusarvioita.
Osana VTT:n vetämää ns. Biofuture-hanketta on vertailtu alustavasti eri biopolttoainei-
den tuotantokustannuksia pohjoismaisissa olosuhteissa (kuva B). Tuotantokapasiteettina
on käytetty raaka-ainehuollon kannalta tyypillisiä laitoskokoja. Tämän vertailun perus-
teella biopohjaisista dieseltuotteista rypsipohjaisen biodieselin (RME:n) tuotantokus-
tannukset olisivat korkeimmat. Uusilla tekniikoilla tuotetun F–T-dieselin tuotantokus-
tannukset on arvioitu hieman alemmiksi. Bensiinin eetterikomponenttien raaka-aineista
metanoli näyttäisi olevan tuotantokustannuksiltaan edullisin vaihtoehto tässä kokoluo-
kassa. Kaupallinen viljapohjainen etanoli olisi tuotantokustannuksiltaan RME:n tasolla.
Kehitysvaiheessa olevista etanoliprosesseista metsätähde- ja jätepaperipohjaiset vaihto-
ehdot olisivat metanolia kalliimpia. Biokaasun hinta puhdistettuna ja paineistettuna ajo-
neuvossa olisi samaa suuruusluokkaa kuin synteesikaasupohjaisten polttonesteiden hin-
ta, mutta biokaasun käyttöä rasittaa kaasuajoneuvojen ja jakelujärjestelmien lisäkustan-
nukset. Keski-Euroopassa on tarkasteltu huomattavasti suurempia biopolttonesteiden
tuotantolaitoksia, joissa raaka-ainekapasiteetti olisi 5–10-kertainen verrattuna kuvan B
tapauksiin. Jos polttoainetta olisi samaan hintaan saatavissa näinkin suuriin laitoksiin,
alenisivat tuotantokustannukset merkittävästi. Se edellyttäisi kuitenkin todennäköisesti
raakapuun tuontia suomalaisille tehtaille.
Bensiinin veroton hinta
Bensiinin pumppu-
hinta (ei ALV)
Dieselin pumppu-
hinta (ei ALV)
Raaka-aine, t ka/d 1000 1000 1000 450 570 380 250
Raaka-aine, €/MWh 10 10 10 50 0 8 10 0
Tuotanto, ktoe/a 90 90 68 23 3,5 25 25 25
0
5
10
15
20
25
30
Metanoli DME F-T -diesel RME Biokaasu
(puhdistus &
paineistus)
Etanoli,
vilja
Etanoli,
puu
(hydrolyysi)
Etanoli,
jätekuitu
Etanoli,
puu
(synteesi-
kaasu)
Pyrolyysiöljy
(lämmitykseen)
€/GJ
Kaupallinen
Kehitteillä
Dieselin veroton hinta
Kuva B. Eräiden liikenteen biopolttoaineiden tuotantokustannuksien suuruusluokkavertailu
(lähde: VTT:n Biofuture-projekti, etanoli puusta synteesikaasun kautta NREL, USA).
10
BIOPOLTTOAINEIDEN KÄYTTÖOMINAISUUDET
Useimpia biopolttoaineita – alkoholeja, biodieseliä ja biokaasua – voidaan käyttää joko
polttoainekomponenttina tai polttoaineena sellaisenaan. Alkoholi ja kaasumaiset poltto-
aineet soveltuvat kipinäsytytteisten moottorien (ottomoottorien) polttoaineeksi, kasvi- ja
eläinperäiset öljyjohdannaiset puristussytytteisten (dieselmoottorien) polttoaineeksi.
Euroopassa direktiivi 98/70/EC, sen täydennysdirektiivi 2003/17/EC sekä EN-normit
EN228 (bensiini) ja EN590 (diesel) määrittelevät tieliikennepolttoaineiden laadun. Laajim-
millaan polttoainelaatujen tulisi soveltua koko ajoneuvokalustoon. Biopolttoaineiden tulee
täyttää nykyiset ja tulevat EU:n liikennepolttoaineiden normit ja direktiivit, mistä seuraa
selkeitä rajoitteita. Klassisilla biokomponenteilla (etanoli sellaisenaan, RME) ei päästä kuin
maksimissaan noin viiden tilavuusprosentin korvausasteeseen, jos polttoainenormien vaa-
timuksista halutaan pitää kiinni. Näin ollen sekä käyttöominaisuudet että mahdolliset raaka-
ainevarat rajoittavat klassisten biopolttoaineiden potentiaalia Suomessa. Käytön osalta syn-
teettiset biopolttoaineet tarjoavat enemmän joustoa, ja korvausaste voi periaatteessa olla 0–
100 %. Myös raaka-ainepohja on tässä tapauksessa laajempi kuin klassisilla biopolttoaineilla.
Uusille polttoainevaihtoehdoille on kehitteillä suomalaista valmistus- ja käyttöteknologiaa.
Tarkasteltaessa erilaisten polttoaineiden vaikutuksia moottorien säänneltyihin päästöihin
on huomattava, että nykymoottoreissa pakokaasujen jälkikäsittelylaitteistoilla ja mootto-
rin palamisen tarkalla ohjauksella on aivan ratkaiseva asema päästöjen rajoittamisessa.
Tämä pätee erityisesti nykyaikaisiin bensiinimoottoreihin. Myös dieselhenkilöautoissa
käytetään tänä päivänä pakokaasujen jälkikäsittelylaitteita, ja raskaaseen dieselkalus-
toon jälkikäsittely tulee vuosien 2005 (Euro 4) ja 2008 (Euro 5) kiristyvien pakokaasu-
vaatimusten myötä. Jotta pakokaasujen jälkikäsittelylaitteistot toimisivat halutulla taval-
la, myös polttoaineiden laatuvaatimuksia on jatkuvasti parannettu. Tämä näkyy erityisen
selvästi rikkipitoisuuden alenemisessa. Vuodesta 2005 alkaen tieliikennepolttoaineiden
rikkipitoisuus saa olla enimmillään 50 ppm, ja enintään 10 ppm rikkiä sisältäviä poltto-
aineita on oltava saatavilla (Direktiivi 2003/17/EC). Suomessa moottoribensiinin ja die-
selöljyn valmisteveron porrastuksen perusteita muutettiin 1.9.2004 alkaen siten, että
alinta verotasoa sovelletaan enintään 10 ppm rikkiä sisältäviin polttoaineisiin. Tällä no-
peutetaan siirtymistä rikittömiin polttoainelaatuihin.
Tämän kehityksen valossa on helppo mieltää, ettei minkään biopolttoaineen käyttö, me-
taania lukuun ottamatta, voi nykyautoissa tuoda merkittäviä vähennyksiä (yli 10 %)
säänneltyihin päästöihin. Tämä pätee erityisesti siinä tapauksessa, että biopolttoainetta
käytetään polttoaineen seoskomponenttina. Metaanilla (maakaasuna tai biokaasuna)
nykytekniikalla säännellyt päästöt voivat alentua jopa yli 50 % (raskaiden moottorien
hiukkas- ja typenoksidipäästöt). Etu realisoituu käytännössä lähinnä vain kaupunki-
ilman laadussa taajamakäytössä. Nykytekniikalla biopolttoaineiden etu on mahdollisuu-
dessa vähentää fossiilista CO2-päästöä.
11
TUOTANTO- JA KÄYTTÖKETJUJEN
KASVIHUONEKAASUPÄÄSTÖT
Ajoneuvojen hiilidioksidipäästöihin voidaan vaikuttaa ajoneuvo- ja moottoritekniikan
sekä polttoaineiden avulla. Selkein esimerkki on bensiini- ja dieselkäyttöisten henkilö-
autojen vertailu. Dieselmoottorin hyötysuhde on selvästi bensiinimoottorin hyötysuh-
detta parempi, varsinkin osakuormalla ajettaessa. Tämä näkyy siten, että sekalaisessa
ajossa dieselautojen litramääräinen polttoaineen kulutus on 20–30 % pienempi bensiini-
autoihin verrattuna (energian kulutuksena laskettuna noin 18–27 % pienempi).
Ajoneuvon koko ja moottoriteho vaikuttavat niin ikään polttoaineen kulutukseen. Tietyn
mallisarjan sisällä pienimmällä moottorilla varustettu on usein taloudellisin, joskin
poikkeuksiakin löytyy. Yleistäen voidaan sanoa, että henkilöautojen osalta auton järke-
vällä valinnalla (koko, moottorityyppi, moottorin koko) voidaan vaikuttaa enemmän
hiilidioksidipäästöihin kuin polttoainevalinnoilla. Todennäköisesti vähän polttoainetta
kuluttavat ajoneuvot ovat kustannustehokkaampi vaihtoehto liikenteen CO2-päästöjen
alentamisessa kuin biopolttoaineiden laajamittainen käyttöönotto. Tämä pätee erityisesti
seoksina käytettäviin biopolttoaineisiin. Haittapuolena kalustoon vaikuttamisella on
kuitenkin se, että autokalusto uudistuu varsin hitaasti, yli kymmenessä vuodessa.
Arviot liikenteen biopolttonesteillä saavutettavista kasvihuonekaasupäästöjen vähene-
mistä vaihtelevat raaka-aineen ja prosessin sekä laskennassa käytettyjen oletusten mu-
kaan. Tyypillisiä laskentaoletuksia ovat raaka-aineen viljelyssä käytetty energia, raaka-
aineiden kuljetuksessa käytetty energia, tuotannon hyötysuhde sekä sivutuotteiden hyö-
dyntämisvaihtoehdot. Biodieselillä on esitetty saatavan 50–80 %:n päästövähenemä
verrattuna fossiiliseen dieselpolttoaineeseen ja vastaavasti viljaetanolilla 20–40 %:n
päästövähenemä verrattuna bensiiniin. Puupohjaisilla polttoaineilla on mahdollista saa-
da 75–95 %:n päästövähenemä. Kattavaa kasvihuonekaasutarkastelua tuotannon ja käy-
tön ketjuista perustuen nykytekniikoihin Suomen olosuhteissa ei ole tehty. Tarkastelu
tehdään Tekesin ClimBus-teknologiaohjelmassa.
TOIMINTAVAIHTOEHTOJA SUOMESSA
Energiasektorilla biomassoista voidaan tuottaa sähköä, lämpöä, jalosteita (pellettejä,
bioöljyjä) lämmityssektorille sekä liikenteen polttoaineita. Lisäsähkön tuotanto, lämmi-
tysöljyn korvaus ja liikenteen biopolttoaineet ovat samasta raaka-aineesta kilpailevia
vaihtoehtoja. Kaiken kaikkiaan biopolttoaineiden käyttökohteita on enemmän kuin koh-
tuukustannuksin tarjolla olevia biopolttoaineita, minkä vuoksi tulee suorittaa valintoja
bioraaka-aineiden käytöstä kasvaviin bioenergiavaihtoehtojen tarpeisiin tai metsäteolli-
suuden raaka-aineiksi.
12
Kasvihuonekaasupäästöjen vähentämistoimenpiteenä bioenergian hyödyntäminen yh-
distetyssä sähkön ja lämmöntuotannossa on edullisin vaihtoehto. Bioenergian hyödyn-
täminen kiinteistöjen lämmityksessä on hieman kalliimpi vaihtoehto mutta kuitenkin
edullisempi kuin käyttö liikenteen biopolttoaineena. Hyödyntäen jätepohjaisia raaka-
aineita ja onnistuneella integroinnilla liikenteen biopolttoaineille kustannustaso 20–
40 €/t CO2 voisi olla mahdollinen, metsätähdeintegraateissa synteesikaasutekniikalla
taso olisi 40–120 €/t CO2 ja peltopohjaiset olisivat tasolla yli 200 €/t CO2. Jos bioöljyä
valmistettaisiin stationäärikäyttöön (pyrolyysiöljy), olisi mahdollista päästä tasolle
20 €/t CO2. Vältetyn CO2-tonnin hintaerojen tasoittuminen edellyttäisi periaatteessa
EU:n liikenteen ja sähkön tuotannon ja käytön verotuskohtelun muuttumista tai muuta
taloudellista ohjausta. Tulevina vuosina ja vuosikymmeninä raakaöljyn hintakehitys
vaikuttaa oleellisesti vältetyn CO2-tonnin hintoihin liikenteen biopolttoaineilla.
Liikenteen biopolttoaineitten ja maakaasun käytön edistämistä perustellaan yleensä
huoltovarmuuden parantamisella. EU:n vihreä kirja Euroopan energiahuoltostrategiasta
tavoittelee vuonna 2020 vaihtoehtoisille liikenteen polttoaineille tavoitetasoa 20 %, josta
maakaasun osuus olisi kymmenen prosenttiyksikköä, biopolttoaineiden kahdeksan pro-
senttiyksikköä ja loppu olisi vetyä. Helposti hyödynnettävät öljyvarat ovat maailmassa
supistumassa samaan aikaan, kun esim. Kiinan öljynkulutus on voimakkaassa kasvussa.
Nykyiset tuotantomäärät eivät todennäköisesti kasva enää merkittävästi tai kääntyvät
loivaan laskuun. Piakkoin tarvitaan käyttöön uusia öljyn lähteitä, esimerkiksi raskaita
öljylaatuja ja öljyhiekkoja, ja pidemmällä aikajänteellä tuotantoa kivihiilestä, joista tuo-
tantokustannukset ovat merkittävästi korkeampia. Kaikki tekijät yhdessä johtavat siihen,
että öljyn hintaan kohdistuu nousupaineita tulevina vuosikymmeninä.
Liikenteen biopolttoaineiden hyödyntämisen perusskenaariona on tuoda maahan joko
Euroopassa tai maailmanmarkkinoilla tuotettua polttoaine-etanolia, kasviöljyjä tai nii-
den johdannaisia. Niiden hintatasoksi muodostunee tuonnissa se eurooppalainen taso,
mikä maksetaan (korkeamman) verotuen avulla eri EU-maissa. Esimerkiksi Saksassa
biopolttoaineet on kokonaan vapautettu polttoaineveroista, jotka ovat 47 snt/l dieselille
ja 65 snt/l bensiinille. Suomen polttoainemarkkinat ovat niin pienet, että muita maita
halvemmalla tuonti on tuskin laajasti mahdollista. Euroopan markkinoille ei ole myös-
kään saatavissa suuria eriä niin edullisia biopolttoaineita, että tuontipolttoaineita voitai-
siin hyödyntää ilman tukitoimia.
Teknisesti olisi mahdollista rakentaa Suomeen peltopohjaisiin raaka-aineisiin perustuvat
uudet etanoli- tai biodieseltehtaat. Suomessa voitaisiin kesantopeltoja hyödyntäen tuot-
taa joko viljaetanolia tai RME:tä. Tuotantomääriä rajoittaa suurien tukitarpeiden lisäksi
viljelytekniset rajoitukset, esim. rypsin vuoroviljely. Viljelyalojen perusteella arvioituna
tuotanto voisi olla 50 000–100 000 toe/a. Peltokasvien tuotantokustannukset ovat Suo-
messa Euroopan korkeimpia. Maataloustuella rypsinsiementen ja viljojen kauppa kui-
13
tenkin tapahtuu maailmanmarkkinahinnoin. Etanoli- tai biodieseltehtaissa ei käytettäisi
vain kotimaista raaka-ainetta, vaan todennäköisesti pääosa tuotannosta perustuisi kan-
sainvälisiltä markkinoilta ostettuun raaka-aineeseen. Viljelykasvipohjaisen etanolin ja
biodieselin tuotantomahdollisuuksien kotimaisista raaka-aineista arvioitiinkin olevan
vähäinen käsitellyllä tarkkuudella. Kustannustehokkaampi peltojen non-food-vaihtoehto
olisi ruokohelven viljely kiinteäksi polttoaineeksi sähkön ja lämmön tuotantoon kuin
peltokasvien viljely liikenteen polttoaineiden tuotantoon.
Nykyisiä kaupallisia peltopohjaisia tuotteita edullisemmin voisi valmistaa puu- ja jäte-
pohjaisista biomassavaroista joko nestemäisiä biopolttoaineita tai biokaasuja. Näitä tek-
niikoita kehitetään useissa maissa, ja ensimmäiset koetehtaat ja demonstrointihankkeet
käynnistyvät lähivuosina. Julkaisussa esitetään vaihtoehtoja Suomen kehityspoluiksi.
Kaasumaisten biopolttoaineiden käyttöä liikenteen polttoaineena rajoittavat kaasun saa-
tavuus, polttoainejakelun logistiikka sekä vaadittavat investoinnit tankkausasemiin ja
kaasuajoneuvoihin. Taulukossa A esitetyssä skenaariossa on arvioitu biokaasun liiken-
nekäytön potentiaaliksi 1,7 PJ/a, mikä on kolmannes jätevedenpuhdistamoiden, kaato-
paikkojen ja yhdyskuntien biojätteiden osuudesta Suomen biokaasupotentiaalista. Elekt-
rowatt–Ekonon arvion mukaan Suomen kaatopaikka- ja biokaasun tekninen potentiaali
vuonna 2010 olisi yhteensä 6,6 PJ (1,82 TWh, 360 milj. m3). Biokaasun liikennekäytön
edistämisessä on olennaista maa- ja biokaasun yhteiskäyttö, mikä turvaa polttoainehuol-
toa sekä kaasun jakeluinfrastruktuurin ja riittävän suuren ajoneuvokaluston hankinnat.
Niin EU:n tutkimusohjelmissa kuin Suomessa Tekesin tutkimus- ja tuotekehitysrahoi-
tuksella kehitetään edullisempia, ei-peltokasvipohjaisia ratkaisuja. Niissä käytettäisiin
raaka-aineena pääosin metsätähteitä, yhdyskuntajätteitä sekä teollisuuden biomassapoh-
jaisia sivuvirtoja. Tavoitteena olisi tuottaa nykyisiä biopolttoainetuotteita, kuten etano-
lia, metanolia/MTBE:tä tai biodieseliä, käytettäväksi seoksina bensiinin ja/tai dieselpolt-
toaineen joukossa nykyisissä ajoneuvoissa. Tällöin ei polttoaineiden jakelujärjestelmiin
eikä ajoneuvoihin tarvittaisi muutoksia, joista syntyisi lisäkustannuksia. VTT:n kehitys-
hankkeissa panostetaan mm. synteesikaasun tuotantoteknologian ja bioteknisten etano-
lin valmistusprosessien kehittämiseen. Jyväskylän yliopistossa on tutkittu biokaasun
valmistusta.
Periaatteessa Suomessa olisi tulossa markkinoille riittävästi puu- ja jätepohjaisia raaka-
aineita direktiivin vuoden 2010 tavoitteen mukaisen biopolttonestemäärän tuottamiseksi.
Uuden puupolttoainepotentiaalin oletetaan kuitenkin menevän markkinaehtoisesti pää-
asiassa teollisuuden ja yhdyskuntien kasvavaan yhdistettyyn sähkön- ja lämmöntuotan-
toon. Päästökauppa voi lisätä myös biopohjaisen lauhdesähkön tuotantoa isoissa sähköä
ja lämpöä tuottavissa voimalaitoksissa. Metsätähteiden korjuun oletetaan tehostuvan
vuoteen 2010 sekä korjuuteknologian että markkinoiden maksukyvyn ansiosta.
14
Synteesikaasupohjaisen tekniikan on arvioitu voivan kaupallistua ensimmäisissä demon-
strointilaitoksissa vuoteen 2010 mennessä, jos tutkimus- ja kehitystyöhön panostetaan riittä-
västi. Ensimmäiset kaupalliset koelaitokset voisivat olla tuotannossa Euroopassa 10 000–
60 000 toe:n/a kokoluokassa arviolta vuosina 2008–2010. Raaka-aineiden kulutus olisi tällöin
prosessista riippuen 20 000–150 000 toe/a (0,86,2 PJ/a). Laajamittainen biopolttonestetuo-
tanto voisi olla mahdollista vuosina 2015–2025. Puupohjaisen etanolin tuotannon ei arvioida
olevan kaupallista vielä vuoteen 2010 mennessä, koska vuonna 2004 käynnistyi vasta ensim-
mäinen pienimuotoinen pilottilaitos (Örnsköldvik, Ruotsi). Kehityspanosten uusiin tekniikoi-
hin tulisi olla huomattavia, 20–100 M€ demonstrointilaitosinvestointi mukaan lukien.
Fortum Oil and Gas Oy on esittänyt suunnitelman käynnistää lähivuosina biodieselin tuo-
tanto kasviöljyistä ja eläinrasvoista pohjautuen prosessiin, joka ei perustu esteröintiin
vaan jossa tuotetaan perinteistä dieselpolttoainetta vastaavia hiilivetyjä. Kotimaisista raa-
ka-aineista (käytetyt kasviöljyt ja eläinrasvat) tuotannon on arvioitu olevan noin 20 000
toe/a, mikäli elintarviketeollisuuden raaka-ainekäyttö jatkuu nykyisellään. Pääosa raaka-
aineista olisi tuontia ulkomailta. Arvioitu laitoskapasiteetti on 160 000–180 000 t/a.
Taulukko A. Liikenteen biopolttoaineiden tuotantoskenaarioita Suomessa kotimaisista
raaka-aineista vuonna 2010, uuden tekniikan ensimmäiset demostrointilaitokset. Direk-
tiivin mukainen ohjeellinen tarve vuonna 2010 on 215 000 toe.
Polttoaine Tuotanto, toe/a Tuotanto, PJ/a
RME tai viljapohjainen etanoli kesantopelloilta, viljapoh-
jainen etanoli oletettu liian kalliiksi, rypsissä viljelyrajoite
0–20 000 0–0,8
Biokaasu liikennekäyttöön, kolmannes potentiaalista
(kaatopaikat, jätevedenpuhdistamot, biojäte), edellytyk-
senä maakaasu tukipolttoaineena
40 000 1,7
Energiamarkkinoille tuleva lisäpuu ja kierrätyspolttoaine
synteesikaasupohjaisiin tuotteisiin, 1. demolaitos
40 000–60 000 1,7–2,5
Kotimaiset eläinrasvat ja käytetyt kasviöljyt synteettisen
biodieselin tuotantoon, 1. kaupallinen laitos, johon myös
tuontiraaka-aineita (myös puhtaita kasviöljyjä)
20 000 0,8
Yhteensä 100 000–140 000*4,2–5,8
* Vastaa n. 2,5–3,5 %:a Suomen tieliikenteen arvioidusta polttoainekulutuksesta vuonna 2010.
Laatuvaatimuksiin pohjautuvista käytön rajoitteista huolimatta biopolttoaineiden käyt-
töpotentiaali on arvioitu suuremmaksi kuin tuotantomahdollisuudet kotimaisista raaka-
aineista. Taulukossa B esitetään selvityksessä arvioidut vaihtoehtoisten polttoaineiden
(biopolttoaineet, maakaasu, vety) maksimiosuudet liikenteen polttoaineiden kulutukses-
ta Suomessa vuoteen 2020.
15
Taulukko B. Arvio vaihtoehtoisten liikennepolttoaineiden maksimiosuuksista liikenteen
polttoaineiden kulutuksesta Suomessa, biopolttoaineet kotimaisista raaka-aineista.
2005 2010 2020
Biopolttoaineet 0,01 % 3 %
synt. biodiesel 0,5 %
biokaasu 1 %
biopohj. bensiinikomponentit /
F–T-diesel 1–1,5 %
5 %
Maakaasu 0,1 % 0,5–1 % 3 %
Vety < 0,01 %
Maakaasun ja biokaasun osuudet eivät ole yhteenlaskettavissa. Ajoneuvojen määrä rajoittaa.
Uusien biopolttoaineiden kehittäminen kaupalliselle asteelle vienee 5–10 vuotta ja uu-
den teknologian vielä pidempään. Uudet biopolttoaineet voisivat tulla markkinoille laa-
jamittaisesti vuosina 2015–2025. IEA on arvioinut maaöljyn tuotannon kääntyvän las-
kuun vuosina 2010–2015, mikä voi tuoda öljyn hintaan nousupaineita. Avainkysymys
on se, milloin ja missä laajuudessa uusien biopolttoaineiden kehitystyö tulisi aloittaa.
Jos vaihtoehtoisia liikennepolttoaineita halutaan kehittää Suomessa, voidaan kuvata
seuraavat mahdolliset teknologiavaihtoehdot ja etenemispolut:
synteesikaasun valmistus, biopolttonesteiden (metanoli, F–T-polttonesteet) tuotanto,
demolaitoksen aikaisin arvioitu käynnistyminen vuonna 2010
biokaasun käyttö liikenteessä ja maakaasuverkossa, demonstroitu ulkomailla
selluloosapohjaisen etanolin tuotanto, pienimuotoinen pilottilaitos Ruotsissa
puun pyrolyysiöljy, öljy kiinteistöjen lämmitykseen tai mahdollisesti jalostamolle
liikenteen polttoaineiden tuotantoon, pilottilaitos Suomeen vuosina 2008–2010
synteettisen maakaasun (SNG:n) tuotanto ja käyttö maakaasuverkossa, demolaitok-
sen rakentamisvalmius kehitystyön onnistuessa arviolta vuosina 2008–2012.
Uusien liikenteen biopolttoaineiden käyttöönotolle on oleellista saada aikaan valtioval-
lan ympäristö-, liikenne- ja energiastrategioiden linjausten lisäksi eri toimijoiden yh-
teenliittymiä koko ketjun toteuttamiseksi ja investointien riskien jakamiseksi. Liiken-
teen biopolttoaineet tulevat olemaan yrityksille todennäköisesti kiinteiden biopolttoai-
neiden kansainvälistä kauppaa laajempi liiketoiminta-alue. Koska tarvittavat tuotantolai-
tosinvestoinnit ovat huomattavia, niistä päättäminen edellyttäisi pitkiä viranomaisten
strategia- ja verolinjauksia ja kansainvälisiä yhteistyöjärjestelyjä. Uuden teknologian
tutkimiseen ja kehittämiseen tarvitaan kasvavia varoja, jos halutaan saavuttaa raportissa
arvioidut, matalamman tukitason mahdollistavat biopolttoaineiden tuotanto- ja käyttö-
järjestelmät.
16
Extended abstract
BASIS AND AIMS OF THE STUDY
One of the key goals of the EU’s energy and environment policy is to promote the utili-
sation of renewable energy sources in order to reduce greenhouse gas emissions and to
improve the security of fuel supply. The main renewable energy source is biomass,
which can be utilised in heat and power production and as transportation fuel. Biomass
utilisation as transportation fuel is the main topic of this publication. The aim of the
study was to produce background information on biomass-based transportation fuels for
the Finnish authorities to update the national climate strategy and define the national
policy in implementing the new EU Biofuel Directive on the promotion of the use of
biofuels for transportation.
The White Paper of the Commission for Renewable Energy Resources, adopted in No-
vember 1997, introduced indicative targets for a more sustainable energy system in the
EU. The main objective presented was to double the share of renewable energy re-
sources in the total energy consumption in the EU from 6% to 12% by 2010. Bioenergy
is supposed to play a crucial role in the increase of renewable energy share. The target is
to increase bioenergy use by 90 Mtoe/a from the level of 1995 by 2010. Forest re-
sources, agricultural biomass and commercial and municipal waste fractions represent
equal shares of the biomass resources for additional bioenergy use.
Several EU Directives have been adopted to promote an increasing use of renewable en-
ergy sources in different sectors. For instance, the new Biofuel Directive on the promotion
of the use of biofuels or other renewable fuels for transportation sets national indicative
targets for the utilisation of biofuels in the road transportation sector. The new RES-E
Directive on the promotion of electricity produced from renewable energy sources sets
indicative targets to increase the share of the electricity produced from renewable energy
sources. The Biofuel Directive presents indicative target shares of 2% in 2005 and 5.75%
in 2010 for the exploitation of biomass-based road transportation fuels. The EU goals for
bioenergy use are so ambitious that the availability of national biomass resources and
their prices might be a limiting factor in the future in several countries.
Currently, agricultural-crop-based bioethanol and biodiesel are produced commercially
for transportation fuels in Brazil, the USA, and some EU countries. In addition, in some
countries, e.g. Sweden, there are research and demonstration activities on the use of
biogas in gas engine vehicles. In 2003, about 1.5 million oil equivalent tons of bioetha-
nol and biodiesel was produced in the EU (EU15). The production of biodiesel was
about 1.5 million tons (1.35 Mtoe/a) in EU25, Germany being the main producer. The
production of ethanol for the fuel market was about 450 000 tons (290 000 Mtoe/a). In
17
the EU, ethanol fuel is produced mainly in five countries, namely Spain, Poland, France,
Sweden and the Czech Republic, Spain being the main producer. The indicative target
of 5.75% set in the Biofuel Directive for the biofuel share in road transportation fuels in
2010 would mean a biofuel utilisation of about 17–18 Mtoe/a in the EU.
In Finland, some oil companies have blended ethanol in gasoline with a share of 5 vol-
ume per cent, at maximum, on an experimental basis. The tax relief of 30 c/l has been
granted for the ethanol share for a fixed period, which will end on 31 December 2004.
Ethanol has been purchased from the European and Brazilian markets. In addition, bio-
diesel and biogas production and utilisation in vehicles has been tested on a small scale
(a few vehicles).
National subsidising measures of biofuels for transportation, and hence the realised im-
plementation solutions, differ in the EU due to a variety of policy and market issues.
The most important driving force has been the supporting of agriculture. Environmental
concerns, e.g. the reduction of carbon monoxide emissions and global carbon dioxide
emissions, have also been key drivers in addition to local economic development oppor-
tunities by job creation.
PROSPECTS IN THE DEVELOPMENT OF THE BIOFUEL
PRODUCTION TECHNOLOGIES
Biodiesel and ethanol production from agricultural crops, and biogas production from
biomass by anaerobic digestion, are commercial technologies. Other biofuel production
technologies are not yet commercial. The current biofuel options are not economically
feasible without supporting measures from the authorities, like almost complete tax re-
lief or subsidising production plants (Brazil, the USA). The main interest has been on
agricultural crop-based products, and the development of wood-based products has not
been widely promoted. However, during the last few years, the support to research and
development these new processes have considerably increased due to the new EU Bio-
fuel Directive.
In the development and research phase there are several alternative routes for the pro-
duction of biofuels for transportation. The main alternatives (Figure A) are the produc-
tion of methanol and synthetic fuels like Fischer–Tropsch diesel based on biomass gasi-
fication, and ethanol production from lignocellulosic biomass (straw, wood). In addition
other options have been presented, e.g. tall oil esters and refining biocomponents from
bio oil produced by pyrolysis. Ethers, like MTBE and ETBE, can be produced from
alcohols (methanol, ethanol) by commercial technologies for utilisation as fuel additives
in fossil fuels.
18
Methanol, F-T fuels,
DME
Gasification and
gas cleaning Hydrolysis
Synthesis Fermentation
Ethanol
Biomass
Anaerobic
digestion
Gas cleaning and
compression
Methane
Hydrogen
Commercial: agricultural crop-based
biodiesel and bioethanol
Figure A. Production technologies of biofuels for transportation under development.
Ethanol production from sugar and starch containing raw materials is commercial tech-
nology. Ethanol can be produced from lignocellulosic materials (straw, wood) based on
the hydrolysis and fermentation of the extracted sugars. In the hydrolysis step, the sugars
of hemicellulose and cellulose are extracted by a chemical or enzymatic treatment. How-
ever, due to its structure, the hydrolysis of wood is more complicated compared to the
hydrolysis of starch. In addition, new processes based on the fermentation of synthesis gas
to ethanol are in the early stages of development on a laboratory scale, e.g. in the USA
and Finland. The research and development work on the production of wood-based etha-
nol is being carried out mainly in the USA, Sweden and Canada. Several demonstration
projects have been initiated, but so far none of the alternative technologies have been
demonstrated as a whole outside the laboratory utilising wood as a raw material. The
process based on a dilute acid hydrolysis is considered to be the nearest to an industrial
scale demonstration. In Sweden, a new demonstration plant producing 400–500 litres/d of
ethanol from cellulose and wood-based raw materials was launched in spring 2004.
Liquid biofuels can also be made from a variety of biomasses by so-called indirect liq-
uefaction methods, in which biomass is first gasified, the gasification product gas is
cleaned and processed to form a so-called synthesis gas, which is then used in a com-
mercial chemical synthesis process (methanol, Fischer–Tropsch, DME). The main tech-
nical uncertainties lay in gasification and gas cleaning for the impurity levels required
by the synthesis processes. A process of this type was demonstrated in the 1980's at the
Kemira plants in Oulu, Finland. At the plant, ammonia was produced from peat in the
capacity of 80 000 tons of NH3/a. Synthetic fuels are produced commercially from coal
by gasification using the Fischer–Tropsch (F–T) synthesis technology in the Sasol plants
19
in South Africa and from natural gas in the Shell plants in Malaysia. However, the im-
plementation of biomass as a raw material of synthesis gas-based processes still needs
development work. Cost-effective high-efficiency process concepts are sought by re-
search and development, e.g. a EU-funded project coordinated by Volkswagen Ag was
launched at the beginning of 2004. The total budget of the project is 20 million €. The aim
is to decrease the production costs of F-T diesel to 0.70 €/equivalent oil litre produced in
Central Europe from local raw material. In Finland, synthesis gas production processes
are being developed under a so-called UltraCleanGas project coordinated by VTT.
Biogas produced by the anaerobic fermentation of waste or manure and landfill gas can
be purified into natural gas quality and used in gas engine vehicles after compression.
Biogas and landfill gas consist mainly of methane and carbon dioxide. In the future, it
could be possible to produce gaseous fuels for gas engine vehicles also by thermal gasi-
fication. The combustion gas produced by gasification consisting mainly of hydrogen
and carbon monoxide can be processed into methane using a kind of synthesis process
similar to the synthesis processes producing liquid synthetic fuels. Hence, thermal gasi-
fication enables the production of both liquid and gaseous biofuels for transportation.
Depending on the fuel and production technology, the production costs of biofuels for
transportation are from 1.5-fold to 5-fold compared to the untaxed prices of current fossil
fuels. In autumn 2004, the high crude oil price has (momentarily) narrowed this differ-
ence. Decreasing the production costs of biofuels are aimed for by research and develop-
ment in both the EU and the USA, e.g. through new polygeneration approaches, in which
biofuels are produced in combination with industrial or power plants, and utilising low-
cost wood-based or waste-based raw material options. The aim is to develop production
technologies that enable the introduction of biofuels in the transportation sector with as
low subsidies as possible and with declining levels of subsidies. In Finland, the main fo-
cus of the research and development work should be in the technologies, in which the
subsidising level would be below the current fuel taxes, 32 c/l for diesel and 59 c/l for
gasoline, if possible. Since the Finnish manufacturers provide the world market with
competitive forest-industries machines and equipment and power plants, it is justifiable to
expect that Finnish manufacturers could also supply equipment for the production of bio-
fuels for transport to domestic and international markets, e.g. during the last few decades
grain-based ethanol production plants used to be supplied by Finnish companies.
The production costs of different biofuels in the Nordic conditions (Figure B) has been
preliminary estimated in a so-called Biofuture project coordinated by VTT. The pre-
sented costs are only estimations of the possibilities of new technologies. The selected
plant capacities are typical in the Nordic countries due to local conditions in the avail-
ability and procurement of raw materials. According to this comparison the production
costs of RME would be highest among the biomass-based diesel products. The produc-
20
tion costs of F–T diesel produced by new technologies have been estimated to be
slightly lower. Methanol seems to be the lowest-cost option for raw materials of ether
components in this size-class. The production costs of commercial grain-based ethanol
would be at the same level as the costs of RME. Wood- and waste fibre-based ethanol
production processes under development seem to have higher costs compared to wood-
based methanol production. The production costs of purified and compressed biogas
seem to be at the same level as syngas-based liquid biofuels, however, the investment
costs of gas engine vehicles and fuel distribution systems increase the overall costs of
biogas utilisation. In Central Europe, considerably larger biofuel production concepts
have been estimated, raw material capacity 5- to 10-fold to capacities in the cases in
Figure B. If raw materials were available at the same price to the plants of these high
capacities, the production costs would be considerably lower. However, in this situation
roundwood should most likely to be imported to Finnish plants.
Gasoline untaxed price
Gasoline price at
a pump (excl. VAT)
Diesel price at
a pump (excl. VAT)
Raw material, t ds/d 1000 1000 1000 450 570 380 250
Raw material, €/MWh 10 10 10 50 0 8 10 0
Production, ktoe/a 90 90 68 23 3,5 25 25 25
0
5
10
15
20
25
30
Methanol DME F-T diesel RME Biogas
(cleaning &
compression)
Ethanol,
grain
Ethanol,
wood
(hydrolysis)
Ethanol,
waste fibre
Ethanol,
wood
(synthesis
gas)
Pyrolysis oil
(for heating)
€/GJ
Commercial
Under development
Diesel untaxed price
Figure B. Production cost levels of some biofuels for transportation, sources: Biofuture
project by VTT, ethanol from wood via syngas by NREL, The USA.
PROPERTIES OF BIOFUELS
Most biofuels – like bioalcohols, biodiesel and biogas – can be used as fuel additives or
as fuels as such. Alcohols and gaseous fuels are suitable for fuels of spark ignition en-
gines (otto engines) and biodiesel (FAME) for fuels for compression ignition engines
(diesel engines).
In Europe, the quality of road transportation fuels are determined by EC Directives
98/70/EC and 2003/17/EC and EN standards EN228 (gasoline) and EN590 (diesel). At
the broadest, fuel grades should apply to the whole vehicle base. Biofuels will have to
21
fulfil current and future directives and standards, which present clear constraints for
their utilisation, e.g. the maximum share of classic biofuels (ethanol, FAME) is about 5
volume-%. Therefore, both fuel properties and raw material resources limit the potential
of conventional biofuels in Finland. Synthetic fuels offer more flexibility, and in princi-
pal the substitution share can vary from 0 to 100%. Also, the raw material options, and
resources, are greater than with classic biofuels. Finnish production and utilisation tech-
nology for these options is under development.
When evaluating the effect of various fuel alternatives on regulated emissions it should be
noted that the emission performance of current vehicles is first and foremost determined
by the exhaust after-treatment devices and engine controls. This is especially true for pet-
rol engines. Exhaust after-treatment will also be introduced for heavy-duty vehicles as a
consequence of ever-tightening emission requirements (Euro 4/2005 and Euro 5/2008).
To ensure proper performance of exhaust after-treatment systems, the quality require-
ments for fuels have also been continuously tightened. Starting 2005, the maximum
permissible sulphur content of on-road fuels is 50 ppm, and fuels with less than 10 ppm
sulphur should be readily available (Directive 2003/17/EC). In Finland, starting Sep-
tember 1st 2004, a tax differentiation has been in place subjecting gasoline and diesel
fuel with less than 10 ppm sulphur to the lowest level of excise duty. This will speed up
the switch to sulphur-free fuel qualities.
Against this background it is easy to perceive that a switch to any biofuel, with the ex-
ception of methane, will not render significant reductions (more than 10%) in regulated
emissions for current vehicles. This is especially true when using biofuels as blending
components. However, a switch from diesel to methane (natural gas or biogas) in
heavy-duty vehicles can bring about emission reductions (oxides of nitrogen, particles)
of more than 50%. Therefore, gaseous fuels are of interest to improve urban air quality.
Generally speaking, the most significant benefit of biofuels is the possibility for green-
house gas (GHG) emission reductions.
The carbon dioxide emission of vehicles is dependent on vehicle, engine and fuel technol-
ogy. A comparison of petrol and diesel cars sets a good example. The diesel engine is supe-
rior regarding efficiency compared to the petrol engine, specifically under partial load. As a
consequence, the volumetric fuel consumption of the diesel car is some 20 to 30% lower
(18 to 27% lower calculated as energy), and thus carbon dioxide emission is also lower.
Also, engine power and vehicle weight affect fuel economy. Within a certain model
range of a vehicle, the model with the smallest engine is often the most fuel efficient
one. Most probably, choosing vehicles soundly (vehicle size, engine type, power) would
affect carbon dioxide emissions more than the implementation of blended biofuels. The
22
promotion of energy efficient vehicles could be a more cost-effective way to reduce
GHG emissions than a large-scale introduction of biofuels. However, one major draw-
back in targeting the vehicle fleet is that renewal takes time, as the service life of vehi-
cles is more than 10 years.
A wide range of estimates for net CO2 emissions of biofuel production and utilisation
chains can be found in the literature. However, no comprehensive study for new tech-
nologies on the Finnish conditions has yet been carried out. The results of estimates are
dependable on specific feedstock and process, as well as on particular assumptions, e.g.
energy used in cultivation and transporting feedstocks, plant conversion efficiency, and
byproduct credits. The following ranges of reduction potential have been presented:
with biodiesel (FAME) a 50–80% reduction compared to fossil diesel, with grain-based
ethanol a 20–40% reduction compared to gasoline and with wood-based biofuels a 75–
95% reduction compared to corresponding fossil fuels.
ALTERNATIVE BIOFUEL PRODUCTION AND USE SCENARIOS
IN FINLAND
In the energy sector, biomass can be utilised in heat and power production, as raw mate-
rial for producing biofuels (pellets, bio oils) for the heating sector or for transportation.
The options for increasing bioenergy production – power production, replacing fossil
heating oils and biofuels for transportation – compete for the same raw material re-
sources. Overall, there are more applications for biomass utilisation than biomass fuels
with a reasonable price, and hence, the choice between the use of biomass raw materials
in increasing needs of bioenergy and use as raw material in forest-products industry has
to be made.
As a measure for reducing greenhouse gases, biomass utilisation in combined heat and
power production is the most economic option. Utilising bioenergy in building heating
is slightly more expensive, but still less expensive that the use of biofuels for transporta-
tion. In an optimistic case, utilising waste-based raw materials and with effective inte-
gration, the cost level of 20–40 €/t CO2 could be possible for biomass-based transporta-
tion fuels. With forest residues as raw material in the production plant integrated to the
forest-product industry, the cost level would be 40–120 €/t CO2. Agricultural-based
products are at the cost level of over 200 €/t CO2. If bio oils were produced for station-
ary use (pyrolysis oil), a cost level of 20 €/t CO2 could be possible. In principle, de-
creasing the differences between these cost levels would require changes in EU taxation
policy in transportation and in power production and consumption or other kinds of sub-
sidising measures. In the coming years and decades, the price development of crude oil
will considerably affect the costs of a reduced ton of GHG emissions with biomass-
based transportation fuels.
23
Promoting the use of biomass-based road transportation fuels and natural gas is often
justified by the improvement of the security of fuel supply. The EU Commission Green
Paper ”Towards a European Strategy for Energy Supply” of November 2000 has set
goals to achieve a 20% share of alternative fuels in the transportation sector by 2020. It
has been presented that the share of natural gas could be 10%, biofuels 8%, the rest be-
ing hydrogen. Easily exploitable oil reserves are decreasing at the same time as the oil
usage of, for example, China is rapidly increasing. The current oil production amounts
will most likely not increase notably in the future or they might turn into low-gradient
decreases. In the near future, new oil resources, like low-grade oils and oil sands, will
be needed and in the longer run, production of liquid fuels from coal; the production
costs of which are remarkably higher. In the coming decades, there will be pressure for
a price increase of oil.
The base scenario for the utilisation of biomass-based transportation fuels in Finland is
to import ethanol and/or biodiesel from Europe or the world market. The price level that
will be paid in the countries having higher tax relief will likely determine the price lev-
els in import, e.g. in Germany, biofuels have complete tax relief which is 47 cents/l for
diesel and 65 cents/l for gasoline. The Finnish fuel market is likely too limited for bio-
fuel imports at lower prices than other EU countries. Also, that large amounts of low-
price biofuels are not available for the European market, imported biofuels could be
utilised without supporting actions.
Technically, it would be possible to build new ethanol or biodiesel production plants
using agricultural crops as raw material in Finland. Grain-based ethanol or RME could
be produced utilising set-aside land. Production amounts will be limited due to the need
for high subsidies and cultivation technique issues, e.g. crop rotation in rapeseed cultiva-
tion. The production could be 50 000–100 000 toe/a estimated based on cultivation areas.
In Finland, the cultivation costs of agricultural crops are among the highest in Europe.
The trade of rapeseed and grain is operating at world market prices, agricultural subsidies
are used to cover the gaps between cultivation costs and world market prices. Most likely,
the main share of raw materials for ethanol or biodiesel plants would be imported. Hence,
the production potential of agricultural-crop-based ethanol and biodiesel from indigenous
raw materials is considered to be minor in the accuracy of the evaluation (Table A). A
more cost-effective option for non-food utilisation of fields would be in the cultivation of
reed canary grass for solid biofuel to be utilised in power and heat production.
Wood- and waste-derived liquid or gaseous transportation fuels could be produced more
cost-effectively than the current commercial ones. New production technologies are under
development in several countries, and the first demonstration plants will start up in the
near future. In the publication, technological development routes are presented for
Finland.
24
The utilisation of biogas in transportation is restricted by fuel availability, logistics of
fuel distribution, and the investments needed for refuelling stations and gas-engine ve-
hicles. Using both biogas and natural gas is essential to increase the use of biogas as
transportation fuel in order to ensure the security of fuel supply, distribution infrastruc-
ture for gaseous fuels, and investments for gas-engine fleets.
New, more cost-effective production technologies for biomass-based transportation fuels
are under development in several countries. Research and development work is funded by
EU and in Finland also by Tekes, the national technology agent. Raw materials for the
new processes will mainly be forest residues, MSW, and biomass-based effluents of in-
dustries. The goal is to produce current biofuels, like ethanol, methanol, biodiesel, to be
utilised as blends with gasoline and/or diesel in current vehicles. Then changes and addi-
tional investments to fuel distribution systems and vehicles could be avoided. In Finland,
VTT focuses, e.g., on the development of synthesis gas technology and biotechnical etha-
nol production technologies. Biogas production has been studied at Jyväskylä University.
In principle, the potential supply of wood- and waste-based raw materials for the energy
market would be sufficient for producing biofuels at the indicative target share set for
2010. However, the additional wood fuel resources are expected to be used mainly in in-
creasing municipal and industrial combined heat and power (CHP) production. Emission
trading might also increase biomass-based condensing power production at large CHP
plants. The harvesting of forest residues is expected to increase due to developments in
harvesting technologies and future possibilities to gain higher prices in the energy market.
Production technologies of synthesis gas-based fuels are considered to be commercialised
in the first demonstration plants by 2010, if contributions to research and development are
large enough. The first commercial demonstration plants in a size class of 10 000–60 000
toe/a could be in production in Europe in 2008–2010. The raw material consumption
would then be 20 000–150 000 toe/a (0.8–6.2 PJ/a) depending on the process. New biofu-
els could be launched to the market on a large scale in 2015–2025. Wood-based ethanol
production is not considered to be commercial by 2010, since the first small-scale pilot
plant only started its operation in 2004. Development contributions to new techniques
should be significant, 20–100 M€ in addition to the demonstration plant investment.
Fortum Oil and Gas Oy have published a plan to start vegetable oil- and animal fat-
based diesel production in Finland in the near future using a hydrogen treatment proc-
ess. The product fuel will consist of hydrocarbons and correspond to conventional diesel
fuel. The production, based on indigenous raw materials (used vegetable oils and animal
fats), is estimated to be about 20 000 toe/a, if the consumption of indigenous vegetable
oils in the food industry stays at the current level. The main share of the raw materials
will be imported. The plant capacity is assumed to be around 160 000–180 000 toe/a.
25
Table A. Production scenarios of biofuels for transportation in Finland in 2010 based
on indigenous raw materials, first demonstration plants of new technologies. Indicative
target based on the Biofuel Directive 215 000 toe in 2010.
Fuel Production, toe/a Production, PJ/a
RME or grain-based ethanol from set-aside lands,
grain-based ethanol assumed to be too expensive,
limitations in rapeseed cultivation
0–20 000 0–0.8
Biogas for transportation, one third of the potential
in landfills, wastewater treatment plants, biowaste,
natural gas required as a supporting fuel
40 000 1.7
Additional wood fuels for the energy market and
recovered fuels for synthetic fuels, the first dem-
onstration plant
40 000–60 000 1.7–2.5
Indigenous animal fats and recycled vegetable oils
for the production of synthetic biodiesel, the first
commercial plant, utilising also imported raw mate-
rials (also clean vegetable oils)
20 000 0.8
Total 100 000–140 000*4.2–5.8
* Corresponds to about 2.5–3.5% of the estimated consumption of road transportation fuels in Finland in
2010.
The potential for using biofuels in transportation was assessed to be larger than the pro-
duction potential based on indigenous raw materials despite the restrictions in use based
on fuel quality issues. Estimated maximum shares of alternative road transportation fuels
(biofuels, natural gas, hydrogen) in Finland until 2020 are presented in Table B.
Table B. Estimated maximum shares of alternative road transportation fuels in Finland,
biofuels from domestic raw materials.
2005 2010 2020
Biofuels 0.01% 3%
synthetic biodiesel 0.5%
biogas 1%
biomass-based gasoline components /
F–T diesel 1–1.5%
5%
Natural gas 0.1% 0.5–1% 3%
Hydrogen < 0.01%
Natural gas and biogas are alternative options restricted by the amount of gas engine vehicles.
26
Commercialisation of the new biofuels will probably take about 5–10 years, and with
new technologies even longer. The new biofuels can be introduced to the fuel market on
a large-scale in 2015–2025. IEA has estimated fossil oil production to reduce in 2010–
2015, which will affect oil prices increasingly. A key question is when, and to what ex-
tent, the development work of new biofuels should be initiated? If alternative transpor-
tation fuels are chosen to be developed in Finland, the possible technology and devel-
opment options could be:
syngas production, biofuel production (methanol, F–T fuels), earliest possible
launching of a demonstration plant: 2010
biogas utilisation in transportation and in natural gas grid, demonstrated abroad
production of lignocellulosic-based ethanol, a pilot plant in Sweden
wood pyrolysis oil, bio oil for the heating sector or for oil refineries for transporta-
tion fuel production, a pilot plant to Finland in 2008–2010
production of synthetic natural gas (SNG) and use in natural gas grid, a demonstra-
tion plant possible to be built around 2008–2012, if development work is successful.
It is essential for the introduction of new biomass-based transportation fuels to create, in
addition to national environmental, transportation and energy strategies, consortiums
between different parties to implement the entire chain from production to utilisation,
and to share the risks of investing. Biomass-based transportation fuels will most likely
be a bigger business area for companies than the international trade of solid biofuels.
Because the needed production plant investments are significant, the decision-making
for these investments will require long-span strategies and tax policies from the authori-
ties and international co-operative arrangements. In order to realise the biofuel produc-
tion and operating systems of lower subvention levels estimated in the publication, in-
creasing funds will be needed for the research and development of new technologies.
27
Sisällysluettelo
Tiivistelmä.........................................................................................................................3
Abstract..............................................................................................................................4
Alkusanat...........................................................................................................................5
Laajennettu tiivistelmä ......................................................................................................6
Extended abstract.............................................................................................................17
Määritelmät ja lyhenteet..................................................................................................30
1. Lähtökohdat ja nykytilanne........................................................................................33
1.1 Fossiilisen öljyn hinta ja riittävyys.....................................................................36
1.2 Liikenteen biopolttoaineiden nykyinen tuotanto ja käyttö EU:ssa.....................38
1.3 Peltopohjaisten raaka-aineiden viljelymahdollisuuksista Suomessa..................45
1.4 Ajoneuvojen hiilidioksidipäästöjen alentaminen ja päästömääräysten
kehittyminen.......................................................................................................47
2. Biopolttoaineiden tuotantotekniikat...........................................................................51
2.1 Biodiesel.............................................................................................................51
2.2 Etanoli ................................................................................................................54
2.3 Synteesikaasupohjaiset tuotteet..........................................................................55
2.4 Biokaasut............................................................................................................56
2.4.1 Anaerobikäsittely...................................................................................57
2.4.2 Kaatopaikkakaasun talteenotto..............................................................58
2.4.3 Termiset biokaasut.................................................................................58
2.5 Tuotantokustannukset.........................................................................................59
3. Biopolttoaineiden yttöominaisuudet ......................................................................63
3.1 Biopolttoaineiden vaikutus päästöihin ...............................................................63
3.2 Alkoholit ja eetterit.............................................................................................64
3.3 Biodiesel (RME/FAME) ....................................................................................67
3.4 Synteettiset polttoaineet .....................................................................................69
3.5 Maakaasu ja biokaasut .......................................................................................71
3.6 Vety ....................................................................................................................74
28
4. Kasvihuonekaasupäästöt............................................................................................76
5. Toimintavaihtoehtoja Suomessa ................................................................................79
5.1 Bioenergian kilpailutilanne Suomessa ...............................................................79
5.2 Jätehuolto ja liikenteen biopolttoaineet..............................................................82
5.3 Liikenteen biopolttoaineiden tuotanto- ja käyttöskenaarioita Suomessa vuonna
2010....................................................................................................................83
5.4 Teknologiavaihtoehtojen käyttöönotosta ...........................................................87
6. Yhteenveto .................................................................................................................90
Lähdeluettelo ...................................................................................................................94
29
Määritelmät ja lyhenteet
Biodiesel. Yleisnimitys kasviöljypohjaiselle dieselpolttoaineelle, joka valmistetaan kas-
viöljyistä vaihtoesteröimällä (rasvahappojen metyyliesterit).
Biokaasu. Orgaanisen aineksen anaerobisen hajoamisen tuote, pääkomponentit metaani
ja hiilidioksidi.
Fleet-käyttö. Keskitettyä polttoainehuoltoa käyttävät ajoneuvot.
Kaasutus. Prosessi, jossa kaasuttava aine reagoi kiinteän tai nestemäisen polttoaineen
kanssa korkeassa lämpötilassa muodostaen polttokaasuseoksen. Kaasuttavana aineena
voi olla ilma, happi, vesihöyry tai joku muu hapen kantaja.
Pyrolyysiöljy. Korkeassa lämpötilassa hapettomissa olosuhteissa valmistettu bioöljy,
jota voidaan käyttää raskaan tai kevyen polttoöljyn korvaajana lämmityssektorilla. Pyro-
lyysitekniikalla tuotettuja bioöljyjä on esitetty käytettäväksi myös syötteenä synteesi-
kaasulaitoksilla tai öljynjalostamoilla.
Synteesikaasu. Kaasuseos, jonka pääkomponentit ovat vety ja hiilimonoksidi. Käyte-
tään yleisesti kemian teollisuudessa, valmistetaan nykyisin pääasiassa maakaasusta.
Synteesikaasua voidaan valmistaa biomassasta (termisen) kaasutuksen kautta.
Synteettinen polttoaine. Yleisnimitys yleensä synteesikaasun valmistuksen kautta
valmistetuille hiilivetypolttoaineille. Julkaisussa on käytetty vetykäsittelyllä valmistetul-
le biopohjaiselle dieselpolttoaineelle termiä synteettinen biodiesel erotuksena biodie-
sel-termistä, joka on vakiintunut yleisnimitys vaihtoesteröinnillä valmistetulle kasviöl-
jypohjaiselle dieselpolttoaineelle.
Terminen biokaasu. (Termisellä) kaasutuksella biomassasta valmistettu kaasumainen
polttoaine. (Termisesti) kaasuttamalla saadaan vetyä ja hiilimonoksidia sisältävä poltto-
kaasu, joka voidaan tarvittaessa edelleen prosessoida metaaniksi (SNG, synteettinen
maakaasu) tai muiksi kaasuseoksiksi, esim. vedyksi.
Polttoaineiden lyhenteet
FAME rasvahappojen metyyliesterit (Fatty Acid Methyl Esters), esim. RME
RME rypsimetyyliesteri
EtOH etanoli
MeOH metanoli
ETBE etyyli-tert-butyylieetteri, bensiinikomponentti, ns. oksygenaatti
30
MTBE metyyli-tert-butyylieetteri, bensiinikomponentti, ns. oksygenaatti
TAEE etyyli-tert-amyylieetteri, bensiinikomponentti, ns. oksygenaatti
TAME metyyli-tert-amyylieetteri, bensiinikomponentti, ns. oksygenaatti
C5-eetteri eetteri, jonka kemiallisessa rakenteessa on viisi hiiliatomia
BTL biomassasta valmistettu synteettinen polttoaine, Biomass To Liquids
GTL maakaasusta valmistettu synteettinen polttoaine, Gas To Liquids
DME dimetyylieetteri, normaalilämpötilassa ja -paineessa kaasumainen diesel-
moottoreihin soveltuva polttoaine
F–T Fischer–Tropsch, synteesiprosessi, jolla valmistetaan erityyppisiä poltto-
nesteitä synteesikaasusta
NG maakaasu (natural gas)
CNG paineistettu maakaasu
LNG nesteytetty maakaasu
SNG synteettinen maakaasu
CMG paineistettu metaani
LH2 nesteytetty vety
CGH2 paineistettu kaasumainen vety
B2, B5, B20 biodieselin ja dieselin seoksia, luku ilmoittaa biodieselin osuuden, esim.
B2 sisältää biodieseliä kaksi tilavuusprosenttia ja dieseliä 98 tilavuuspro-
senttia
E85 etanolin ja bensiinin seos, sisältää etanolia 85 tilavuusprosenttia ja bensii-
niä 15 tilavuusprosenttia
Muut lyhenteet
CFPP suodatettavuus (kylmäkäyttöominaisuus), Cold Filter Plugging Point
REF syntypaikkalajitellusta jätteestä valmistettu polttoaine, kierrätyspolttoaine
RES-E uusiutuvilla energialähteillä tuotettu sähkö
R/P-suhde fossiilisten polttoaineiden riittävyyttä kuvaava varantojen ja tuotannon
suhde (Resources/Production)
Yksiköt
loe ekvivalenttinen öljylitra
toe ekvivalenttinen öljytonni
Wh wattitunti
J Joule
31
k kilo, 103 = 1 000
M mega, 106 = 1 000 000
G giga, 109 = 1 000 000 000
T tera, 1012 = 1 000 000 000 000
P peta, 1015 = 1 000 000 000 000 000
1 MWh = 3,6 GJ
1 Mtoe = 11,6 TWh
1 t biodieseliä = 0,9 toe
1 t etanolia = 0,64 toe
32
1. Lähtökohdat ja nykytilanne
EU:ssa eräs keskeinen energia- ja ympäristöpolitiikan tavoite on uusiutuvien energialäh-
teiden käytön edistäminen erityisesti hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi ja huolto-
varmuuden parantamiseksi. Tärkein uusiutuva energiavara on biomassa, jota voidaan
käyttää sekä sähkön ja lämmön tuotannossa että liikenteen polttoaineena. Tässä julkai-
sussa keskitytään biomassan hyödyntämiseen liikenteen polttoaineena.
EU:n komission uusiutuvia energialähteitä koskevassa valkoisessa kirjassa1 vuodelta
1997 on asetettu tavoitteeksi uusiutuvien energialähteiden käytön kaksinkertaistaminen
vuoden 1995 6 %:n tasosta 12 %:iin primäärienergialähteiden kulutuksesta vuoteen
2010 mennessä. Valkoisen kirjan liitteessä esitetyn, eri uusiutuville energialähteille vuo-
teen 2010 laaditun skenaarion mukaisesti bioenergian käyttö kolminkertaistuisi, jolloin
lisäbioenergian määrä olisi 90 Mtoe. Valkoinen kirja ei sisällä maakohtaisia tavoitteita
eikä kuvausta varsinaisista primäärilähteistä. Pelto-, metsä- ja yhdyskuntajätepohjainen
biomassa ovat lähes yhtä suuria lähteitä tavoitellulle lisäkäytölle.
EU:n komissio on vuonna 2000 julkaissut vihreän kirjan Euroopan energiahuoltostrate-
giasta2. Vihreässä kirjassa todetaan lähtökohtana, että ilman toimenpiteitä EU:n riippu-
vuus tuontienergiasta saattaa seuraavien 20–30 vuoden kuluessa kasvaa nykyisestä
50 %:sta 70 %:iin. Vihreässä kirjassa on esitetty pitkän aikavälin energiastrategiasuun-
nitelma, jolla pyritään energian kysynnän suuntaamiseen hallitumpaan ja ympäristöä
säästävämpään kulutukseen. Tarjonnan suhteen etusijalle olisi asetettava ilmastonmuu-
toksen torjuminen. Muutoksen avainkohta on uusien ja uusiutuvien energiamuotojen
kehittäminen.
Liikenteen osalta vihreässä kirjassa on asetettu tavoitteeksi saavuttaa vuonna 2020 lii-
kenteen vaihtoehtoisilla polttoaineilla 20 %:n osuus tieliikenteen polttoainekulutuksesta.
Komission tiedonannossa3 vaihtoehtoisista tieliikenteen polttoaineista on esitetty, että
optimistisen kehitysskenaarion mukaisesti vaihtoehtoisten polttoaineiden osuudet polt-
toainekulutuksesta voisivat olla vuonna 2020 maakaasulle 10 %, biopolttoaineille 8 % ja
vedylle 5 %.
1 Euroopan komissio. Komission tiedonanto. Tulevaisuuden energia: uusiutuvat energialähteet. Yhteisön
strategiaa ja toimintasuunnitelmaa koskeva valkoinen kirja. KOM/97/599 lopullinen. Bryssel 26.11.1997.
2 Euroopan yhteisöjen komissio. Vihreä kirja – Energiahuoltostrategia Euroopalle. KOM (2000) 769
lopullinen. Bryssel 29.11.2000.
3 Komission tiedonanto Euroopan parlamentille, neuvostolle, talous- ja sosiaalikomitealle sekä alueiden
komitealle vaihtoehtoisista tieliikenteen polttoaineista sekä toimenpiteistä biopolttoaineiden käytön edis-
tämiseksi. KOM (2001) 547 lopullinen. Bryssel 7.11.2001.
33
Suomen osalta vuonna 2001 hyväksytty kansallinen ilmastostrategia ja sitä täydentävät
uusiutuvien energialähteiden edistämisohjelma ja energiansäästöohjelma määrittävät
nykyisen energiapolitiikan linjat. Ilmastostrategia laadittiin toimeenpanemaan Kioton
pöytäkirjan tavoite kasvihuonekaasupäästöjen rajoittamisessa vuoden 1990 tasolle. Il-
mastostrategian lähtökohtana on, että Kioton pöytäkirjan tavoite varaudutaan saavutta-
maan mahdollisimman kustannustehokkaasti kotimaisin toimin. Keskeisiä tavoitteita
ovat uusiutuvan energian tuotannon edistäminen sekä energian säästö. Ilmastostrategian
uusimistyö on parhaillaan käynnissä. Tärkeimpänä syynä tähän on päästökauppadirek-
tiivi. (MMM 2004)
EU:ssa uusiutuvien energialähteiden hyödyntämiselle asetettuja tavoitteita ollaan toteut-
tamassa direktiivein, esim. sähkön tuotannon edistäminen uusiutuvista energialähteistä
ja liikenteen biopolttoaineet.
EU:n direktiivi sähköntuotannon edistämisestä uusiutuvista energialähteistä tuotetun
sähkön sisämarkkinoilla4, ns. RES-E-direktiivi, annettiin vuonna 2001. Direktiivissä on
annettu ohjeellinen kokonaistavoite, jonka mukaan vuoteen 2010 mennessä 22,1 % yh-
teisön kokonaissähkönkulutuksesta olisi uusiutuvista energialähteistä tuotettua sähköä.
Suomen kansallinen ohjeellinen tavoiteosuus vuonna 2010 on 31,5 %. Työryhmän esi-
tyksessä uusiutuvan energian edistämisohjelman päivitykseksi5 on asetettu Suomen ta-
voitteeksi direktiivissä esitetty ohjeellinen tavoite.
EU:n direktiivi liikenteen biopolttoaineiden ja muiden uusiutuvien polttoaineiden käy-
tön edistämisestä6 hyväksyttiin keväällä 2003. Direktiivissä esitetyn mukaisesti direktii-
villä pyritään omalta osaltaan edistämään muun muassa seuraavien tavoitteiden saavut-
tamista: ilmastonmuutosta koskevien sitoumusten noudattaminen, ympäristöystävälli-
nen huoltovarmuus ja uusiutuvien energialähteiden käytön edistäminen. Direktiivissä
esitetään ohjeelliset tavoitteet liikenteen biopolttoaineiden hyödyntämiselle: vuonna
2005 biopolttoaineiden markkinaosuus energiasisällön perusteella laskettuna olisi vä-
hintään 2 % kaikesta jäsenmaiden markkinoilla tieliikennekäyttöön myydystä bensiinis-
tä ja dieselöljystä ja vuonna 2010 5,75 %.
Liikenteen biopolttoainedirektiivi ei aseta rajoituksia sen suhteen, saavutetaanko asetet-
tu markkinaosuustavoite myymällä puhtaita biopolttoaineita vai sekoitetaanko niitä ta-
4 Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2001/77/EY, annettu 27. päivänä syyskuuta 2001, sähkön-
tuotannon edistämisestä uusiutuvista energialähteistä tuotetun sähkön sisämarkkinoilla. Euroopan yhteisö-
jen virallinen lehti L 283/33. 27.10.2001.
5 Uusiutuvan energian edistämisohjelma 2003–2006. Työryhmän ehdotus. Kauppa- ja teollisuusministeri-
ön työryhmä- ja toimikuntaraportteja 5/2003. Energiaosasto.
6 Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2003/30/EY liikenteen biopolttoaineiden ja muiden uusiu-
tuvien polttoaineiden käytön edistämisestä. Bryssel 8.5.2003.
34
vanomaisiin polttoaineisiin. Asetetuista viitearvoista voidaan kansallisesti poiketa. Vii-
tearvoista poikkeaminen voi perustua esimerkiksi rajallisiin kansallisiin voimavaroihin
tuottaa biopolttoaineita tai niiden kansallisten voimavarojen määrään, jotka on osoitettu
biomassan käyttöön energian tuottamiseksi muuta kuin liikennettä varten. Jäsenvaltioi-
den on raportoitava komissiolle vuosittain etenemisestä, mm. toteutetuista toimenpiteis-
tä ja biopolttoaineiden myynnistä. Vuonna 2004 jätetyssä raportissa jäsenmaiden oli
ilmoitettava kansallinen ohjeellinen tavoite vuodelle 2005 ja vuonna 2007 jätettävässä
raportissa vuoden 2010 tavoite. Työryhmän esityksessä uusiutuvan energian edistämis-
ohjelman päivitykseksi5 on alustavasti asetettu Suomen tavoitteeksi liikenteen biopolt-
toaineille 2 %:n osuus vuonna 2010.
Maamme autokanta on noin 2,7 miljoonaa autoa. Henkilöautoja on yhteensä noin 2,3
miljoonaa, ja dieselkäyttöisten henkilöautojen osuus on 12 %. Pakettiautoja on noin
250 000, kuorma-autoja 77 000 ja linja-autoja 10 000. Maakaasuautoja on noin 80, jois-
ta valtaosa busseja. Suomessa liikenteen polttoainekulutus on noin 3,75 Mtoe/a, josta
bensiinin osuus on 1,85 Mtoe/a ja dieselin 1,9 Mtoe/a. Lisäksi työkoneissa käytetään
polttoöljyä noin 0,5 Mtoe/a. Maakaasun osuus on vain 3 600 toe/a (0,1 %). Direktiivin
tavoiteluvut olisivat polttoainekulutuksena 75 000 toe (2 %) ja 215 000 toe/a (5,75 %)
laskettuna vuoden 2003 liikennepolttoaineiden kulutuksen perusteella.
EU:ssa käynnistyy vuoden 2005 alussa kasvihuonekaasujen päästökauppa 13.10.2003
annetun direktiivin7 mukaisesti. Direktiivin tavoitteena on vähentää kasvihuonekaasu-
päästöjä kustannustehokkaasti. Direktiivin piiriin kuuluvat keski- ja suurikokoiset ener-
giantuotantolaitokset sekä tuntuva osa energiavaltaisesta prosessiteollisuudesta. Myö-
hemmin päästökauppa laajennee uusiin toimialoihin. Aluksi direktiivi koskee hiilidiok-
sidipäästöjä, mutta on todennäköistä, että se myöhemmin laajennetaan kattamaan myös
muita kasvihuonekaasupäästöjä (MMM 2004).
EU:n tavoitteet bioenergian hyödyntämisen lisäämiselle ovat kunnianhimoisia, ja bio-
massan saatavuus ja hinta saattavat olla tulevaisuudessa kansallisesti rajoittavia tekijöitä
lisäkäytölle useammassakin maassa. Tavoitteiden saavuttamiseksi tarvitaan kaikkia
biomassaraaka-ainevaihtoehtoja: metsä-, pelto- ja jätebiomassoja. Euroopan biomassa-
varoista on esitetty vaihtelevia arvioita. Suomi on yksi harvoista maista, joissa on tehty
yksityiskohtaisia arvioita biomassavaroista huomioiden biomassan hankintakustannuk-
set sekä tehdyt ja odotettavissa olevat investointipäätökset eri bioenergiasektorilla.
7 Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2003/87/EY, annettu 13. päivänä lokakuuta 2003, kasvi-
huonekaasujen päästöoikeuksien kaupan järjestelmän toteuttamiseksi yhteisössä ja neuvoston direktiivin
96/61/EY muuttamiseksi. Euroopan unionin virallinen lehti L 275/32. 25.10.2003.
35
1.1 Fossiilisen öljyn hinta ja riittävyys
Fossiilisten polttoaineiden riittävyyttä voidaan arvioida varantojen ja tuotannon ns. R/P-
suhteella (Resources/Production). Öljyn osalta luku on jo pitkään ollut noin 40, siis ny-
kykulutuksella öljyä riittäisi tunnetuista öljyvaroista noin 40 vuodeksi (kuva 1).
Kuva 1. Öljyvarojen riittävyyden kehitys (tutkittujen öljyvarojen ja tuotannon suhde
vuosina) (BP 2004).
Helposti hyödynnettävät öljyvarat ovat maailmassa supistumassa samaan aikaan, kun
esim. Kiinan öljynkulutus on voimakkaassa kasvussa. Nykyiset tuotantomäärät eivät
todennäköisesti kasva enää merkittävästi tai kääntyvät loivaan laskuun. Piakkoin tarvi-
taan käyttöön uusia öljyn lähteitä, esimerkiksi raskaita öljylaatuja ja öljyhiekkoja, ja
pidemmällä aikajänteellä nestemäisten polttoaineiden tuotantoa kivihiilestä, joista tuo-
tantokustannukset ovat merkittävästi korkeampia (kuva 2).
Nämä tekijät yhdessä johtavat siihen, että öljyn hintaan kohdistuu nousupaineita tulevina
vuosikymmeninä. Tästä saatiin osoitus syyskuussa 2004, jolloin raakaöljyn hinta kävi
lähellä 55 USD:a/barreli. 1970- ja 1980-lukujen ns. öljykriisien aikana öljyn reaalihinta
oli nykyistä huomattavasti korkeammalla. Kuva 3 kuvaa raakaöljyn hintakehitystä ja
IEA:n skenaariota hinnan tulevalle kehitykselle.
Kuva 4 esittää Campbellin (2004) näkemyksen maailman öljyntuotannon kehittymisestä.
Campbellin mukaan maailman öljyntuotanto saavuttaa huippunsa jo vuonna 2008.
36
Kuva 2. Uusien öljynlähteiden tarve (ExxonMobil 2004).
Kuva 3. Raakaöljyn hinnan kehitys (IEA 2004).
37
Kuva 4. Skenaario maailman öljyn tuotannon kehittymisestä (Campbell 2004).
1.2 Liikenteen biopolttoaineiden nykyinen tuotanto
ja käyttö EU:ssa
Nykyisin valmistetaan kaupallisesti viljelykasvipohjaista etanolia ja biodieseliä lähinnä
Brasiliassa, Yhdysvalloissa ja joissakin EU-maissa. Brasiliassa, Yhdysvalloissa ja Ruot-
sissa pääasiallisesti käytettävä biopolttoaine on etanoli ja sen seokset fossiilisten poltto-
aineiden kanssa. Ranskassa ja Espanjassa etanoli käytetään bensiinin lisäainekomponen-
tin, ETBE:n, raaka-aineena. Biodieseliä käytetään lähinnä Saksassa, Ranskassa ja Itali-
assa. Italiassa biodieseliä käytetään kuitenkin verotussyistä pääasiassa lämmityssektorilla.
Joissakin maissa, esim. Ruotsissa, on tällä hetkellä tutkimus- ja demonstrointitoimintaa
biokaasun käytöstä maakaasukäyttöisissä ajoneuvoissa. Nykyiset biopolttoaineiden
käyttövaihtoehdot eivät ole taloudellisesti mahdollisia ilman viranomaisten tukitoimen-
piteitä, kuten lähes täysimääräistä verotukea. Muiden biopolttonesteiden tuotantoprosessit
eivät ole vielä kaupallisia. Päämielenkiinto on ollut eri syistä peltokasvipohjaisissa tuot-
teissa eikä puupohjaisten tuotteiden kehittämistä ole laajalti edistetty. Uusi, vuonna
2003 hyväksytty EU:n liikenteen biopolttoainedirektiivi on kuitenkin lisännyt voimak-
kaasti tutkimus- ja kehityspanostusta.
EurObserverin (Systèmes Solaires 2004) mukaan vuonna 2003 etanolin ja biodieselin
tuotanto EU:ssa oli yhteensä noin 1,5 miljoonaa öljyekvivalenttitonnia (EU15). Biodie-
selin tuotanto on kasvanut EU:ssa voimakkaasti viime vuosina. Tuotanto oli vuonna
2003 (kuva 5) EU25-alueella yhteensä noin 1,5 miljoonaa tonnia (1,35 Mtoe/a). Saksa
on suurin tuottajamaa (kuva 6).
38
Polttoaine-etanolin tuotanto oli EU:ssa (EU25) vuonna 2003 (kuva 7) yhteensä noin
450 000 tonnia (290 000 toe/a). Tuotantoa on EU:ssa viidessä maassa: Espanjassa, Puo-
lassa, Ranskassa, Ruotsissa ja Tsekissä (kuva 8). Espanja on suurin tuottajamaa. Raaka-
aineena on käytetty vehnän ja ohran lisäksi EU:n ylijäämäviiniä (IFP 2004). Ruotsissa
tuontietanoli kattoi suurimman osan polttoaine-etanolin kulutuksesta vuonna 20038,
etanolia tuotiin Norjasta, Espanjasta, Italiasta, Ranskasta ja Brasiliasta. Polttoaine-
etanolin kulutus Ruotsissa oli 150 000 m3 (120 000 t, 76 000 toe). EurObserverin
(Systèmes Solaires 2004) mukaan Puola olisi EU:n toiseksi suurin polttoaine-etanolin
tuottaja, tuotantomääränä on tilastoissa ilmoitettu ETBE:n tuotannossa käytetty koti-
mainen etanoli.
Vuodelle 2010 liikenteen biopolttoainedirektiivissä esitetty 5,75 %:n ohjeellinen tavoite
merkitsisi EU:ssa arviolta 17–18 Mtoe/a käyttömäärää.
0
200000
400000
600000
800000
1000000
1200000
1400000
1600000
1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
tonnes
EU 15
EU 25 New members
Kuva 5. Biodieselin tuotanto EU:ssa, vuodesta 2002 alkaen mukana myös uusien jä-
senmaiden tuotanto, 1 tonni biodieseliä = 0,9 öljyekvivalenttitonnia (Systèmes Solaires
2004).
8 Report pursuant to Directive 2003/30/EC of 8 May 2003 on the promotion of the use of biofuels or other
renewables fuels. Memorandum of 18 June 2004 from the Energy, Forestry and Basic Industries Unit of
the Swedish Ministry, Employment and Communications.
http://europa.eu.int/comm/energy/res/legislation/biofuels_members_states_en.htm
39
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
700000
Saks a Ranska Italia Tanska Itävalta Iso-Britannia Es panja Ruotsi Tsekki
toe/a
Kuva 6. Biodieselin tuotanto EU:ssa maittain vuonna 2003, 1 tonni biodieseliä = 0,9
öljyekvivalenttitonnia (Systèmes Solaires 2004).
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
400000
450000
500000
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
tonnes
EU 15
EU 25 New members
Kuva 7. Polttoaine-etanolin tuotanto EU:ssa, vuodesta 2002 alkaen mukana myös uu-
sien jäsenmaiden tuotanto, 1 tonni etanolia = 0,64 öljyekvivalenttitonnia (Systèmes So-
laires 2004).
40
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
Ranska Espanja Ruotsi Puola Ts ekk i
toe/a
Kuva 8. Polttoaine-etanolin tuotanto EU:ssa maittain vuonna 2003, 1 tonni etanolia =
0,64 öljyekvivalenttitonnia (Systèmes Solaires 2004).
Suomessa eräät öljy-yhtiöt ovat kokeiluluonteisesti lisänneet etanolia bensiiniin enin-
tään 5 tilavuusprosenttia. Etanolin osuudelle on annettu määräaikainen 30 snt:n/l poltto-
aineverohuojennus, joka päättyi 31.12.2004. Etanoli on hankittu Euroopan ja Brasilian
markkinoilta. Lisäksi Suomessa on pienessä mittakaavassa kokeiltu biodieselin ja bio-
kaasun valmistusta ja käyttöä liikenteen polttoaineena (muutamia autoja).
VTT:n vetämässä ns. Biofuture-hankkeessa on arvioitu EU:hun liikennepolttoaineeksi
saatavilla olevat bioetanolivarat (taulukko 1).
41
Taulukko 1. Arvio EU:hun liikennepolttoaineeksi saatavista bioetanolivaroista.
Etanolivara Mahdollinen määrä, m3/a Hinta-arvio, €/l etanolia
Viinietanoli < 400 000 < 0,35
Trooppinen etanoli < 1 000 000 < 0,4 (tulli 0,1 €/l)
Eri etanolilaatujen spot-markkinat < 100 000 < 0,45
Trooppinen etanoli, uudet laitokset
esim. Thaimaassa
< 10 000 000 0,45–0,5 (tulli 0,1 €/l)
Etanoli viljoista tai sokerijuurikkaasta
(Eurooppa)
joitakin miljoonia 0,5–0,55 (sivutuotteella
täysi hinta)
Etanoli viljoista tai sokerijuurikkaasta
(Eurooppa)
joitakin miljoonia 0,55 (sivutuotteen hinta
alempi)
Etanoli puusta < 1 000 000 0,55
Etanoli jätekuiduista (uusi konsepti) > 1 000 000 0,35
Lähde: Östman. Kemiinformation AB for VTT 8.6.2004. 1 l etanolia = 0,61 l bensiiniekvivalenttia, 1 €/l
etanolia = 1,6 €/l bensiiniekvivalenttia.
Kansalliset tukiratkaisut vaihtelevat EU:ssa, mikä on myös johtanut erilaisiin käyttörat-
kaisuihin. Erot johtuvat erilaisista poliittisista ja markkinalähtöisistä syistä. Tärkeimpä-
nä ajavana voimana on ollut maatalouden tukeminen, lisäksi tukiratkaisujen takana on
ollut ympäristönäkökohtia (esim. tieliikenteen häkä- ja hiilidioksidipäästöjen alentami-
nen) sekä paikallisen taloudellisen tilanteen parantaminen työpaikkojen lisääntymisen
myötä (Stevens ym. 2001). Taulukoihin 2 ja 3 on koottu eri lähteistä nykyisiä verohel-
potuksia biodieselille ja etanolille EU:ssa.
Vuoden 2004 alusta voimaan tulleen energiaverodirektiivin (2003/96/EY) mukaan bio-
peräiset polttoaineet on lähtökohtaisesti verotettava samalla tavalla kuin mineraaliöljy-
peräinen energiatuote (ns. korvaavuusperiaate). Jäsenvaltioilla on kuitenkin halutessaan
mahdollisuus myöntää verottomuus tai veronalennus bioperäisille polttoaineille. Vero-
tukien myöntämistä rajoittavat kuitenkin verosyrjintäkielto, ylikompensaatiokielto sekä
valtion tukia koskevat säännökset. (MMM 2004)
42
Taulukko 2. Biodieselin verohelpotukset EU:ssa (lähteet Fortum, Systèmes Solaires
2004, maiden ensimmäiset kertomukset liikenteen biopolttoainedirektiivistä9).
Maa Vero-
huojennus,
€/1000 l
Vero-
huojennus
Käyttö Kommentit
Iso-Britannia 324,0 43,7 % Seokset 5 % 2002–2007,
kunnallinen liikenne 100 %
Saksa 470,0 100 % Puhtaana tai
seokset 5 %
Itävalta 289,6 100 % Puhtaana tai
seokset 3 %
(2 % verovapaana)
Ranska 376,4 100 % B5 ja B30 fleet-käyttö kiintiö 317 500 t
Italia 403,2 100 % Puhtaana ja käyttö
lämmitysöljynä
kiintiö 300 000 t
Ruotsi 346,6 100 % Puhtaana ja B2-
seoksena
Tsekki 316 100 % B31 tuotantotuki polttoainei-
den tuottajille 302 €/t
RME, kiintiö 100 000 t/a
Taulukko 3. Bioetanolin verohelpotukset EU:ssa (Berg 2004, UFOP 2004, maiden
ensimmäiset kertomukset liikenteen biopolttoainedirektiivistä9).
Maa Vero-
huojennus,
€/1000 l
Verohuojen-
nus, %
Käyttö Kommentit
Espanja 420 100 ETBE,
EtOH
seoksena
10 vuotta kullekin laitokselle
(1.1.2004 alkaen suoralle seos-
käytölle)
Saksa 650 100 ETBE,
EtOH
seoksena
1.1.2004–1.1.2010
Ruotsi 520 100 E85 1.1.2004–1.1.2008
Ranska 370 60 ETBE,
EtOH
seoksena
1.1.2004–1.1.2011 (1.1.2004
alkaen sekä ETBE että ETOH)
Suomi 300 51 Päättyy 31.12.2004
Iso-Britannia 290 39 1.1.2005–1.1.2011
9 http://europa.eu.int/comm/energy/res/legislation/biofuels_members_states_en.htm
43
EU:n jäsenmaiden on jätettävä komissiolle ensimmäisen liikenteen biopolttoainedirektii-
vin toimeentulon jälkeen annettava kertomus vuonna 2004, määräaika oli 1.7.2004. Ker-
tomuksessa on ilmoitettava ensimmäistä vaihetta koskevat ohjeelliset kansalliset tavoit-
teet. Taulukkoon 4 on koottu eri maiden esittämiä kansallisia ohjeellisia tavoitteita.
Kansalliset ohjeelliset tavoitteet vaihtelevat. Tanskassa on päädytty ohjeelliseen tavoit-
teeseen nolla vuodelle 2005. Biomassan hyödyntämistä liikenteen polttoaineena ei pide-
tä kustannustehokkaana kasvihuonekaasujen vähentämiskeinona, ja Tanska asettaa etu-
sijalle biomassan hyödyntämisen sähkön ja lämmön tuotannossa. Liikenteen biopoltto-
aineiden tuotantoteknologioiden tutkimus- ja kehitystyötä sekä markkinoiden mahdolli-
sia muutoksia seurataan tulevina vuosina ja muutoksiin reagoidaan tarvittaessa. Tans-
kassa tuotetaan biodieseliä vientiin Saksan markkinoille (n. 40 000 t/a).
Taulukko 4. EU:n jäsenmaiden esittämiä ohjeellisia tavoitteita liikenteen biopolttoai-
neiden osuudeksi liikenteen polttoaineista10.
Maa Kansallinen ohjeellinen tavoite vuodelle 2005*
Alankomaat Vuodelle 2005 nolla, vuodesta 2006 alkaen 2 %
Iso-Britannia Vuodelle 2005 0,3 %
Itävalta 1.4.2005 –> 2,5 %
1.4.2007 –> 4,3 %
1.4.2008 –> 5,75 %
Ruotsi Ehdotus vuoden 2005 tavoitteeksi 3 %,
lopullinen tavoite vahvistetaan syksyn aikana
Saksa Vuodelle 2005 2 %
Tanska Vuodelle 2005 nolla
Tsekki Biodieselin osuus dieselin myynnistä:
2,75 % v. 2006, 3,1 % v. 2010
Etanolin osuus bensiinin myynnistä:
5,2 % v. 2006, 6,6 % v. 2010
* Direktiivin mukaan ensimmäisessä kertomuksessa esitettävä kansallinen ohjeellinen tavoite
vuodelle 2005, osa maista esittänyt tavoitteet pidemmälle ajalle.
10 http://europa.eu.int/comm/energy/res/legislation/biofuels_members_states_en.htm
44
1.3 Peltopohjaisten raaka-aineiden viljelymahdollisuuksista
Suomessa
Teknisesti olisi mahdollista rakentaa Suomeen peltopohjaisiin raaka-aineisiin perustuvat
uudet etanoli- tai biodieseltehtaat. Suomessa voitaisiin kesantopeltoja hyödyntäen tuottaa
joko viljaetanolia tai RME:tä. Tuotantomääriä rajoittaa suurien tukitarpeiden lisäksi vilje-
lytekniset rajoitukset, esim. rypsin vuoroviljely. Viljelyalojen perusteella arvioituna tuo-
tanto voisi olla 50 000100 000 toe/a. Peltokasvien tuotantokustannukset ovat Suomessa
Euroopan korkeimpia. Maataloustuella rypsinsiementen ja viljojen kauppa kuitenkin ta-
pahtuu maailmanmarkkinahinnoin. Etanoli- tai biodieseltehtaissa ei käytettäisi vain koti-
maista raaka-ainetta, vaan todennäköisesti pääosa tuotannosta perustuisi kansainvälisiltä
markkinoilta ostettuun raaka-aineeseen. Esimerkiksi polttoaineverohuojennuksia ei voida
rajoittaa koskemaan vain kotimaista alkuperää olevia tuotteita (EY:n verosyrjintäkielto).
Maatalouden strategiaprosessin yhteydessä Suomessa valmisteltiin öljykasvien osalta
sektorikohtainen strategia vuosille 20022010 (MMM 2003). Energiasäästöohjelman ja
uusiutuvan energian edistämisohjelman 20032006 toteutus- ja seurantaryhmän asetta-
man ”peltobiomassa, liikenteen biopolttonesteet ja biokaasu” -jaoston ensimmäinen
väliraportti ilmestyi 10.9.2004 (MMM 2004). Väliraportissa on esitetty aihealueen taus-
taa sekä peltobiomassan, liikenteen biopolttonesteiden ja biokaasun tuotannon reunaeh-
toja. Lisäksi työryhmä on tehnyt ehdotuksia siitä, miten näiden energiamuotojen tuotan-
toa ja käyttöä voitaisiin edistää. Seuraavassa on esitetty yhteenvetoa näistä kahdesta
raportista (MMM 2003, 2004).
Suomessa öljykasveista viljellään lähinnä kevätrypsiä. Vuonna 2002 Suomessa tuotet-
tiin rypsiä ja rapsia 102 800 tonnia. Suomessa toimii tällä hetkellä kaksi suurta öljynpu-
ristamoa, Raisio Yhtymän ja Mildola Oy:n. Lisäksi toimii useita paikallispuristamoita.
Puristamoiden yhteenlaskettu vuosikapasiteetti on noin 320 000 tonnia siementä. Viime
vuosina puristusmäärät ovat olleet noin 300 000 tonnia, joista 50 % soijapapua ja 50 %
rypsiä tai rapsia. Tuontiraaka-aineen osuus on ollut 75 %. Öljynpuristusteollisuuden
lopputuotteet, kasviöljy ja kasvivalkuaisrehu, menevät pääosin raaka-aineeksi rehu- ja
elintarviketeollisuudelle. (MMM 2003)
Kotimainen öljynpuristusteollisuus joutuu nykyään tuomaan suuren osan rypsin- ja rapsin
tarpeestaan ulkomailta. Öljykasvistrategian (MMM 2003) mukaan suomalaisen öljykasvi-
tuotannon perusongelma onkin tällä hetkellä se, kuinka elintarviketeollisuuden raaka-aineen
kotimaisuusastetta voidaan korottaa. Suomessa öljykasvien aiempaa laajempaa viljelyä puo-
lustaisivat mm. huoltovarmuusnäkökohdat ja viljelykierron monipuolistaminen.
Jotta biodieselin tuotannolla olisi kaupallista merkitystä liikenteen biopolttoainedirektiivin
kannalta, tarvittavat viljelypinta-alat nousisivat huomattavan suuriksi. Öljykasvistrategian
45
(MMM 2003) mukaan laajamittaisen tuotannon sivutuotteena syntyvällä kasvivalkuaisella
voisi olla merkitystä valkuaisrehuvajeen korvaamisessa ja huoltovarmuudessa. Suomi on
eläinrehuna käytettävän täydennysvalkuaisen alituotantomaa, kuten koko EU:kin. EU:n
komissio toteaa, että lihaluujauhon käyttökiellosta aiheutuva valkuaisvaje on edullista
kattaa pääasiassa soijan lisätuonnilla. Tarvittava määrä on helposti saatavilla maailman-
markkinoilta. Loput vajeesta voidaan kattaa lisäämällä viljan osuutta rehuissa.
Suomessa Altia Oyj tuottaa yksinomaan maatalousperäistä etanolia 25 miljoonaa litraa
vuodessa. Alkoholiteollisuus käyttää tämän valmistamiseen 5 % koko viljasadosta, mikä
vastaa 32 000 hehtaarin viljelyalaa. Tuotannosta noin puolet käytetään alkoholijuomien
ja loppu teollisuustuotteiden valmistukseen. (MMM 2004)
Peltopohjaisten biopolttoaineiden tuotannon kannattavuuteen vaikuttavat merkittävästi
viljeltävien kasvien saamat tuotantotuet, jotka vaikuttavat suoraan näiden kasvien vilje-
lystä saataviin tuloihin ja edelleen kasvin kilpailukykyyn verrattuna muihin viljelykas-
veihin. (MMM 2004)
Maataloustuotannon nykyinen tukijärjestelmä Suomessa jakaantuu kolmenlaisiin tukiin:
EU:n kokonaan rahoittamiin tukiin, EU:n osin rahoittamiin tukiin sekä kokonaan kansalli-
sin varoin rahoitettaviin tukiin. Tärkein käytössä olevista Euroopan unionin kokonaan
rahoittamista tukimuodoista on CAP-tuki. Vuoden 2006 alusta Suomessa voimaan astu-
van tilatukiuudistuksen seurauksena tilanne EU-tukien saannissa muuttuu oleellisesti.
Tuotannon harjoittamisvaatimus tuen saamisen ehtona poistuu. Tuen saadakseen viljelijän
tulee jatkossa täyttää tietyt perusvaatimukset, joihin kuuluvat mm. viljelylohkon viljely-
kunnon ylläpito sekä tiettyjen ympäristönhoitomääräysten noudattaminen. Viljelykasvin
viljelijä voi valita suhteellisen vapaasti. Tukeen liittyy velvoitekesannointi. EU:n osittain
rahoittamia tukia ovat luonnonhaittakorvaus (LFA) sekä maatalouden ympäristötuki.
Kansalliset tuet maksetaan kokonaan kansallisista varoista, mutta niiden tukijärjestelmille
ja maksuperusteille on haettava hyväksyntä Euroopan unionilta ennen tukijärjestelmän
täytäntöönpanoa. Maataloustuotannolle maksettavia kansallisia tukia ovat mm. pohjoinen
hehtaarituki, yleinen hehtaarituki ja nuorten viljelijöiden tuki. Tuet ovat yksikkökohtaisia,
ne siis maksetaan tietyn suuruisina tuotantohehtaaria kohden. (MMM 2004)
Energiakasvien tuotannolle on vuoden 2004 alusta alkaen maksettu pinta-alaperusteista
lisätukea 45 euroa/ha, ja EU:n maksimituotantoalaksi on asetettu 1,5 milj. hehtaaria.
Tukea maksetaan vain tuotannolle, josta on tehty sopimus energiantuotantolaitoksen
kanssa. Lisätuen ja pienemmän laaturiskin vuoksi öljykasvien tuotanto energiatarkoi-
tuksiin voisi olla viljelijälle houkuttelevampi vaihtoehto kuin viljely elintarvikekäyt-
töön. Mikäli öljykasveille avautuu Suomessa laajempia markkinoita esimerkiksi biodie-
selin tuotannossa, saattaa tuotanto elintarvikekäyttöön vaarantua. (MMM 2003, 2004)
46
1.4 Ajoneuvojen hiilidioksidipäästöjen alentaminen ja
päästömääräysten kehittyminen
Ajoneuvojen hiilidioksidipäästöihin voidaan vaikuttaa ajoneuvo- ja moottoritekniikan
sekä polttoaineiden avulla. Selkein esimerkki on bensiini- ja dieselkäyttöisten henkilö-
autojen vertailu. Dieselmoottorin hyötysuhde on selvästi bensiinimoottorin hyötysuh-
detta parempi, varsinkin osakuormalla ajettaessa. Tämä näkyy siten, että sekalaisessa
ajossa dieselautojen litramääräinen polttoaineen kulutus on 2030 % pienempi bensiini-
autoihin verrattuna (energian kulutuksena laskettuna n. 1827 % pienempi).
Ajoneuvon koko ja moottoriteho vaikuttavat niin ikään polttoaineen kulutukseen. Tietyn
mallisarjan sisällä pienimmällä moottorilla varustettu on usein taloudellisin, joskin
poikkeuksiakin löytyy. Yleistäen voidaan sanoa, että henkilöautojen osalta auton järke-
vällä valinnalla (koko, moottorityyppi, moottorin koko) voidaan vaikuttaa enemmän
hiilidioksidipäästöihin kuin polttoainevalinnoilla. Tämä pätee erityisesti seoksina käy-
tettäviin biopolttoaineisiin. Haittapuolena kalustoon vaikuttamisella on kuitenkin se, että
autokalusto uudistuu varsin hitaasti, yli 10 vuodessa.
Tietyissä Keski-Euroopan maissa dieselautojen osuus uusien henkilöautojen myynnistä
on jopa yli 50 %. Suomessa verotuksen rakenne ei suosi dieselhenkilöautoja. Diesel-
henkilöautojen osuus vuoden 2003 rekisteröinneistä oli noin 15 %11.
Komissio ja Euroopan autonvalmistajat (ACEA) ovat sopineet henkilöautojen CO2-
päästöjen vähentämisestä vapaaehtoiselta pohjalta. Vuonna 2008 uusien henkilöautojen
CO2-päästön pitäisi olla keskimäärin 140 g/km (1999/125/EC). Litramääräisenä kulu-
tuksena tämä vastaa arvoa 6 l/100 bensiinille ja 5,3 l/100 km dieselille. Vuoteen 2012
mennessä tavoitellaan tasoa 120 g/km.
Kuvassa 9 on Hondan näkemys ajoneuvojen voimalaitetekniikan kehittymisestä. Ta-
vanomaisessa polttomoottorissa on vielä merkittävää kehityspotentiaalia. Hybriditek-
niikka tekee tuloaan. Polttokennoautot voivat mahdollisesti yleistyä vuoden 2020 jäl-
keen (Knight 2004).
Hybridiautossa polttomoottori voidaan mitoittaa normaalia pienemmäksi. Sähköinen
järjestelmä antaa lisätehoa kiihdytyksissä ja mahdollistaa lisäksi jarrutusenergian osittai-
sen talteenoton. Hybriditekniikan osalta Toyota ja Honda ovat olleet edelläkävijöitä.
Suomessakin on markkinoilla Toyota Prius, jonka yhdistetty normikulutus on 4,3
l/100 km, kun vastaavan tavanomaisen bensiiniauton kulutus on noin 7 l/100 km12. Prius
11 http://www.oil-gas.fi/upload/kaaviot/289,1, Dieselhenkilöautojen osuus uusista henkilöautoista.
12 http://www.motiva.fi/fi/autotietokanta/
47
edustaa melko monimutkaista tekniikkaa, joka mahdollistaa ajon myös pelkällä sähköllä.
Valtalinja tullee kuitenkin olemaan ns. ”Minimal Hybrid” tai ”Integrated Starter-
Generator” -tekniikka, joka tuo lisävoimaa kiihdytystilanteisiin, muttei mahdollista ajoa
pelkällä sähköllä. Tälle linjalle ovat lähdössä mm. Ford ja General Motors. General Mo-
tors on tuomassa hybriditekniikkaa myös kaupunkibussien voimansiirtoratkaisuihin.
Dieselmoottori yhdistettynä hybriditekniikkaan tarjoaa vähintäänkin yhtä energiatehok-
kaan voimalaiteratkaisun kuin tulevaisuuden lupaukseksi nimetty polttokennotekniikka.
Kuva 9. Voimalaitetekniikan kehittyminen (Knight 2004).
Kuvassa 10 on esitetty eurooppalaisten päästömääräysten kehittyminen bensiinihenkilö-
autojen ja raskaan dieselkaluston osalta. Kuvasta on helppo havaita, että vuonna 2005
voimaan tulevat päästömääräykset merkitsevät varsinkin bensiinimoottoreille lähestul-
koon 0-päästötasoa rajoittamattomaan tilanteeseen verrattuna.
Euroopassa bensiini- ja dieselhenkilöautoille on käytössä eri päästörajat. Perustelu tälle
lienee se, että halutaan mahdollistaa energiatehokkaiden dieselhenkilöautojen käyttö.
Yhdysvalloissa on voimassa samat päästörajat sekä bensiini- että dieselkäyttöisille hen-
kilöautoille, ja tämän seurauksena dieselhenkilöautojen myynti on Yhdysvalloissa käy-
tännössä nolla.
48
ECE
R49/00 ECE
R49/01 EURO 1 EURO 2 EURO 3 EURO 4 EURO 5
THC
PART. *10
CO
NOx
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
(g/kWh)
European HD Emission Development
THC
PART. *10
CO
NOx
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
CO
HC
NOx
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% of Emissio ns Remaining
Year
Component
CO
HC
NOx
100% = Level Before Standards
Sum of HC+NOx >
CO
HC
NOx
Henkilöautot
Raskaat ajoneuvot
Euro 3: 2000
Euro 4: 2005
Euro 5: 2008 (raskas kalusto)
ECE
R49/00 ECE
R49/01 EURO 1 EURO 2 EURO 3 EURO 4 EURO 5
THC
PART. *10
CO
NOx
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
(g/kWh)
European HD Emission Development
THC
PART. *10
CO
NOx
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
CO
HC
NOx
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% of Emissio ns Remaining
Year
Component
CO
HC
NOx
100% = Level Before Standards
Sum of HC+NOx >
CO
HC
NOx
Henkilöautot
Raskaat ajoneuvot
Euro 3: 2000
Euro 4: 2005
Euro 5: 2008 (raskas kalusto)
Kuva 10. Eurooppalaisten päästörajojen kehittyminen.
Dieselhenkilöautojen pakokaasujen vähentämisessä on tapahtunut merkittävää edisty-
mistä. Euro 4 -määräysten tullessa voimaan lähes kaikki valmistajat tuonevat markki-
noille hiukkassuodattimet. Saksan Umweltbundesamtin (UBA) näkemyksen mukaan
dieselhenkilöautojen hiukkasongelma saadaan kuriin hiukkassuodattimien avulla, ja
UBA onkin ottanut käyttöön dieselautoja virka-ajoon13.
Raskaiden ajoneuvojen osalta tulevat määräykset edellyttävät joko SCR-katalysaattori-
tekniikan (Selective Catalytic Reduction, vähentää typen oksidien päästöjä) tai hiukkas-
loukun ja pakokaasujen takaisinkierrätyksen yhdistelmän käyttöä. Yhdysvalloissa ras-
kaalle kalustolle otetaan käyttöön vielä Eurooppaakin ankarammat päästörajat.
Taajamailman laadun kannalta hiukkaset ja typen oksidit ovat haitallisimmat päästökom-
ponentit. EU:n Joule III -tutkimusohjelmaan kuuluneessa ExternE-projektissa arvotettiin
päästöjä. Bensiinihenkilöauton osalta päästöjen ulkoisiksi kustannuksiksi arvioitiin vuonna
1996 0,0050,051 €/km ja dieselhenkilöautojen kustannuksiksi 0,020,375 €/km14. Tuol-
loin dieselhenkilöautoissa ei käytetty hiukkassuodattimia.
13 http://www.umweltdaten.de/uba-info-presse/pi/pd08403.pdf
14 http://externe.jrc.es/trans.pdf
49
Myös Ruotsissa on arvotettu päästöjä. Kuvassa 11 on Vägverketin arvio bussien ympä-
ristökustannuksista vuositasolla Tukholman liikenteessä päästöluokan funktiona. Vuo-
tuiseksi ajomatkaksi on arvioitu 60 000 km. Kuvasta nähdään, että varsinkin hiukkas-
päästöjä pitäisi vähentää haittakustannusten alentamiseksi.
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5
PM
VOC
NOx
Kuva 11. Bussien ympäristökustannukset Tukholmassa vuositasolla. Ruotsin Vägverketin
käyttämät yksikkökustannukset. Ajomatka 60 000 km/a. (Nylund 2002)
50
2. Biopolttoaineiden tuotantotekniikat
Bioraaka-aineista voidaan kaupallisesti valmistaa eri liikennepolttoaineita: kasviöljy-
pohjaista biodieseliä (FAME), etanolia sekä biokaasuja. Kehitys- ja tutkimusvaiheessa
ovat metanolin ja synteettisten polttoaineiden, kuten Fischer–Tropsch-polttoaineiden,
valmistus biomassasta sekä etanolin valmistus lignoselluloosapohjaisesta biomassasta
(olki, puu). Lisäksi on ollut esillä muita vaihtoehtoja, kuten mäntyöljypohjaiset tuotteet
(mäntyöljyn esterit) ja biokomponentit, jotka jalostettaisiin pyrolyysitekniikalla tuote-
tusta bioöljystä. Kuvassa 12 esitetään liikenteen biopolttoaineiden uusien tuotantotek-
niikoiden perusvaihtoehdot. Alkoholit (metanoli ja etanoli) voidaan jalostaa edelleen
eettereiksi (esim. MTBE ja ETBE), joita käytetään yleisesti polttoaineiden lisäaineina
ns. oksygenaatteina. Eettereiden tuotanto on kaupallista tekniikkaa.
Metanoli, F-T-
polttoaineet, DME
Kaasutus ja
kaasun puhdistus Hydrolyysi
Synteesi Sokereiden
fermentointi
Etanoli
Bioraaka-aine
Mädätys
Kaasun puhdistus
ja komprimointi
Metaani
Vety
Kaupalliset: biodiesel (RME) ja
viljaetanoli
Kuva 12. Kehitteillä olevat tekniikat liikenteen biopolttoaineiden tuottamiseksi.
2.1 Biodiesel
Kasviöljyt eivät sovi sellaisenaan nykyisten ajoneuvojen polttoaineeksi. Kasviöljyt
vaihtoesteröidään alkoholin kanssa viskositeetin ja kylmäominaisuuksien säätämiseksi
dieselkäyttöön soveltuvaksi. Yleensä vaihtoesteröintiin käytetään metanolia, jolloin
kasviöljyjen rasvahapot ja metanoli reagoivat muodostaen rasvahappojen metyylieste-
reitä (FAME), ns. biodieseliä, sekä glyserolia.
Biodieseliä voidaan valmistaa monista raaka-aineista. Yleisin raaka-aine on rypsi tai
rapsi, muita raaka-aineita ovat auringonkukkaöljy sekä erityisesti Yhdysvalloissa soija-
51
öljy. Euroopassa noin 95 % biodieselistä tuotetaan rypsistä tai rapsista (Körbitz ym.
2003). Suomessa kasviöljypohjaisen biodieselin kotimainen pääraaka-aine olisi rypsi
(tuotteena RME, rypsimetyyliesteri). Uusimmissa tuotantolaitoksissa Euroopassa hyö-
dynnetään raaka-aineena myös ravintoloiden ja elintarviketeollisuuden käytettyjä kasviöl-
jyjä, lisäksi tarkastellaan mahdollisuuksia eläinrasvojen hyödyntämiseen raaka-aineena.
Näiden raaka-aineiden saatavuus on kuitenkin hyvin rajallinen polttoainemarkkinaan
nähden.
Rypsi tai rapsi soveltuu öljykasveista parhaiten Euroopassa viljeltäväksi, ja toisaalta
rypsi- tai rapsiöljystä valmistettu biodiesel täyttää parhaiten eurooppalaisen biodiesel-
normin EN 14214 raja-arvot. Auringonkukka- ja soijaöljyistä valmistetuilla biodieseleillä
rajoittavana ominaisuutena on usein jodiarvo (Yhdysvalloissa käytettävässä standardissa
ei rajoiteta jodiarvoa) ja palmuöljystä valmistetulla kylmäkäyttöominaisuudet (CFPP,
Cold Filter Plugging Point), joten näitä öljyjä käytetään Euroopan tuotantolaitoksissa
vain seostettuna muihin raaka-aineisiin. Valmistettaessa biodieseliä käytetyistä kasviöl-
jyistä vaaditaan huolelliset ja puhtaat kierrätyskäytännöt, jotta lopputuote täyttää biodie-
selnormin raja-arvot. (Körbitz ym. 2003)
Rypsimetyyliesterin valmistuksessa siemenet puristetaan ensin mekaanisesti, jolloin
saadaan raakarypsiöljyä sekä valkuaispitoiseksi eläinrehuksi kelpaavaa kiinteää jään-
nöstä eli rypsirouhetta. Kuumapuristuksella saadaan kylmäpuristusta hieman korkeampi
öljysaanto. Kiinteä jäännös voidaan vielä uuttaa liuottimilla, esim. heksaanilla, jolloin
öljysaanto paranee. Rypsimetyyliesteriä saadaan esteröimällä raakarypsiöljy metanolilla
(kuva 13). Sivutuotteena syntyy glyserolia. Suomessa rypsinsiementen keskimääräinen
saanto on noin 1,75 t/ha, joka vastaisi rypsimetyyliesterin saantoa noin 0,61 t RME/ha.
Suomessa on viime vuosikymmeninä useiden eri tahojen toimesta kehitetty vaihtoehtoi-
sia kasviöljyestereiden tuotantokonsepteja eri kokoluokkiin15. Maatilakohtaisesti voi-
daan valmistaa sinappi-, rapsi- ja rypsiöljyä matalaseosteiseksi dieselpolttoaineeksi.
Myös esteröinti RME:ksi voi tapahtua pienehköissä laitoksissa. Myös mäntyöljypohjais-
ta esteriä on tutkittu. Mikään näistä ei ole kuitenkaan johtanut kaupalliseen toimintaan
kaupallisten edellytysten puuttuessa.
Fortum on kehittänyt uudentyyppisen biodieselprosessin, jossa tuotetaan hiilivedyistä
koostuvaa dieselpolttoainetta perinteisen rasvahappoestereistä muodostuvan biodieselin
sijasta. Fortumin prosessi perustuu raaka-aineen vetykäsittelyyn (kuva 14). Ensimmäi-
nen laitos, tuotantokapasiteetiltaan arviolta 160 000–180 000 t/a, voitaisiin rakentaa
lähivuosina, sillä tekninen päätösvalmius investointiin on olemassa.
15 Mildola Oy. 1996. Sisäinen työraportti KTM:n selvitykseen (Solantausta ym. 1997).
52
Laimea happo-
esteröinti
Metanolin
talteenotto
Puhdistus Puhdistus
Vaihtoesteröinti
Biodiesel
Glyseroli
Glyseroli
Metanoli + KOH
Kasviöljyt
Käytetyt kasviöljyt
Rikkihappo + metanoli
Biodiesel
Kuva 13. Biodieselin valmistuksen perusprosessi16.
NExBTL-Process
Conversion
of fatty acids
to
parafins and
isoparafins
Stabilation
Feed tank
Pretreatment
Impurities
removal
Fuel gas
Sour water
Sludge
Acid
Caustic
Water
Hydrogen
Bio Oil
Biodiesel
tank
Diesel
tank
Diesel +
Biodiesel
Blends
NExBTL component sales
Mineral oil diesel
Kuva 14. Fortumin NExBTL-prosessi (lähde: Fortum, syyskuu 2004).
16 AFDC, 2004. Alternative Fuels Data Center.
http://www.eere.energy.gov/cleancities/afdc/pdfs/biodiesel_chart.pdf
53
2.2 Etanoli
Etanolia valmistetaan pääasiassa fermentoimalla sokereita mikro-organismien avulla
alkoholiksi. Sokeripitoisia raaka-aineita on käytössä useita. Noin 60 % maailmassa tuo-
tetusta etanolista on valmistettu sokeripitoisista viljelykasveista, kuten sokeriruo'osta ja
sokerijuurikkaasta, ja suurin osa lopusta valmistetaan viljasta, lähinnä maissista. Tärk-
kelyspitoisten raaka-aineiden, kuten perunan ja viljojen, tärkkelys on muunnettava en-
nen fermentointia sokereiksi ns. hydrolyysin avulla. Tärkkelys on suhteellisen helposti
hydrolysoitavissa sokereiksi. Sokeri- ja tärkkelyspitoisiin viljelykasveihin perustuva
prosessi on tunnettua tekniikkaa ja käytössä polttoainetuotannossa laajassa mittakaavas-
sa Brasiliassa ja Yhdysvalloissa. Prosessien periaatekuva on kuvassa 15. Suomessa vil-
jaetanolin saanto olisi noin 0,91 t/ha, kun raaka-aineena olisi ohra. Viljapohjaisessa tuo-
tannossa saadaan lisäksi rehukäyttöön soveltuvaa sivutuotetta.
Puusta on mahdollista valmistaa etanolia vapauttamalla ensin selluloosan ja hemisellu-
loosan sokerit kemiallisesti hydrolyysin avulla. Puun rakenteen vuoksi hydrolyysi on
kuitenkin hankalampaa kuin tärkkelyspitoisen raaka-aineen. Hydrolyysi voidaan tehdä
kolmella eri perustekniikalla: vahvahappo-, laimeahappo- tai entsymaattisella hydrolyy-
silla. Entsymaattiseen hydrolyysiin perustuviin prosesseihin on kehitteillä eri ratkaisuja,
jotka eroavat toisistaan entsyymien valmistuksen sekä hydrolyysin ja fermentoinnin
kytkennän osalta. Lisäksi laboratorioasteella on kehitteillä synteesikaasun fermentoin-
tiin perustuvia prosesseja mm. Yhdysvalloissa ja Suomessa. Etanolin saanto metsätäh-
teestä hydrolyysiin perustuvissa prosesseissa olisi arviolta 17–22 painoprosenttia kui-
vasta puusta. Etanolin lisäksi prosessissa saadaan huomattava määrä sivutuotteita, joista
tärkein on ligniinipolttoaine. Ligniinipolttoaineen massasaanto on lähes kaksinkertainen
etanolin saantoon verrattuna.
Biomassa
(vilja, puu)
Esikäsittely Fermentointi Tislaus Etanoli
Hydrolyysi
CO2
Jatko-
käsittely Sivutuotteet
(vilja rehu, puu polttoaine)
Kuva 15. Etanolin tuotantoprosessi viljoista tai puusta.
Etanolin valmistusta puusta tutkitaan lähinnä Yhdysvalloissa, Ruotsissa ja Kanadassa.
Useitakin demonstrointihankkeita on suunnitteilla, mutta mitään em. tekniikkaa ei ole
vielä kokonaisuudessaan demonstroitu laboratorion ulkopuolella puupohjaisille poltto-
aineille eikä niitä voida pitää tällä hetkellä kaupallisina prosesseina. Laimeahappohyd-
54
rolyysiin perustuva prosessi on lähimpänä teollisen mittakaavan toteutusta. Ruotsissa on
keväällä 2004 käynnistynyt koetehdas, jossa tuotetaan 400–500 litraa etanolia vuoro-
kaudessa puuraaka-aineista. Havupuun, ja erityisesti metsätähteen, hyödyntäminen raaka-
aineena saattaa kuitenkin olla ongelmallista mm. korkean pihka- ja kuoripitoisuuden
vuoksi. Tekniikoiden ei uskota olevan kaupallisia vuoteen 2010 mennessä.
Suomessa ei tuoteta etanolia polttoainekäyttöön. Eräät öljy-yhtiöt ovat kokeiluluontei-
sesti lisänneet etanolia bensiiniin enintään viisi tilavuusprosenttia. Etanoli on hankittu
Euroopan ja Brasilian markkinoilta. Altia Oyj valmistaa maatalousperäistä etanolia al-
koholijuomien ja teollisuustuotteiden valmistukseen. 1900-luvun jälkipuoliskolla Suo-
messa valmistettiin sulfiittisellun jäteliemestä etanolia, mutta selluntuotannon siirryttyä
sulfaattikeittoon tämä tuotanto loppui. 1990-luvulla Oy Alko Ab esitti ohrapohjaisen
polttoaine-etanolitehtaan rakentamista Koskenkorvan tehtaille17.
2.3 Synteesikaasupohjaiset tuotteet
Biomassasta on mahdollista valmistaa liikenteen biopolttoaineita myös ns. synteesikaa-
sureitin kautta. Tässä prosessissa biomassasta valmistettaisiin ensin termisesti kaasutta-
malla synteesikaasua ja edelleen synteesikaasusta polttonesteitä, esimerkiksi metanolia,
ns. Fischer–Tropsch-polttoaineita tai dimetyylieetteriä (DME). Kaasutuksen tuotekaasu
täytyy puhdistaa epäpuhtauksista eri kaasunpuhdistusmenetelmillä ja edelleen konver-
toida synteesiprosessin vaatimusten mukaiseksi synteesikaasuksi. Prosessin periaateku-
va on kuvassa 16. Hyvin optimoidussa prosessissa voidaan saavuttaa esim. metanolille
jonkin verran yli 55 %:n massasaanto kuivasta puusta.
Biomassa Kaasutus
Kaasun
puhdistus ja
käsittely
Synteesi Tislaus Metanoli
F-T-polttoaineet
Synteesi-
kaasu
Kuva 16. Liikenteen biopolttoaineiden valmistusprosessi synteesikaasun kautta.
Synteesikaasua voidaan valmistaa erilaisista biomassoista. Liikenteen biopolttoaineiden
valmistukseen Suomessa tulisivat kyseeseen lähinnä metsätähde ja kierrätyspolttoaineet.
Ruotsissa on tutkittu myös sellunkeiton jäteliemen, ns. mustalipeän, käyttömahdollisuutta.
Synteesikaasupohjaiset prosessit ovat periaatteessa tunnettua tekniikkaa. Vastaava pro-
sessi demonstroitiin 1980-luvulla Oulussa Kemira Oyj:n laitoksella, jossa tuotettiin tur-
peesta ammoniakkia. Laitoksen kapasiteetti oli 80 000 tonnia NH3/a. Koeajoissa raaka-
17 Oy Alko Ab. 1996. Sisäinen työraportti KTM:n selvitykseen (Solantausta ym. 1997).
55
aineena käytettiin myös sahanpurua. Etelä-Afrikassa sijaitsevilla Sasolin laitoksilla
valmistetaan kaupallisesti kivihiilestä polttonesteitä kaasutuksen kautta ns. Fischer–
Tropsch-tekniikalla. Ensimmäinen laitos Sasolin tehtailla aloitti tuotannon 1950-luvulla.
Maakaasusta valmistetaan synteesikaasua eri kemianteollisuuden prosesseihin. Synteet-
tisiä polttoaineita maakaasusta tuotetaan maailmalla kaupallisesti Shellin laitoksella
Malesiassa18. DME on tutkimusasteella oleva dieselmoottoriin soveltuva polttoaine.
DME:tä ei tuoteta laajamittaisesti. Japanissa on toiminnassa pilottilaitos, jonka tuotan-
tokapasiteetti on 100 t/d.
Biomassan käyttöönotto synteesikaasupohjaisten prosessien raaka-aineena vaatii kui-
tenkin vielä kehitystyötä. Tutkimus- ja kehitystyöllä haetaan korkeahyötysuhteisia ja
kustannustehokkaita prosessiratkaisuja. EU:n rahoituksella käynnistyi vuoden 2004
alussa Volkswagen Ag:n vetämä 20 M€:n kehityshanke, jossa kehitetään erityisesti syn-
teesikaasupohjaisia liikenteen biopolttonesteiden tuotantoprosesseja. Shell ja Volkswa-
gen ovat myös julkistaneet suunnitelman kehittää yhteistyössä uutta moottori- ja poltto-
aineteknologiaa19. Ns. SunFuel-polttoaine tuotettaisiin biomassasta Shellin GTL-tekno-
logiaan perustuvassa prosessissa.
Suomessa panostetaan synteesikaasun valmistusprosessin kehittämiseen VTT:n vetä-
mässä Ultra clean gas -hankkeessa20. Hankkeella tavoitellaan yhdessä teollisuuden
kanssa uuden teknologian demonstrointia vuosina 2008–2009 ja kaupallistumista vuosien
2010–2012 aikana. Suomessa kaavailtujen konseptien perusajatuksena on ollut biopolt-
tonesteiden ja sähkön tai lämmön yhteistuotanto, mikä näyttäisi tarjoavan useita vaihto-
ehtoja kehittää kokonaishyötysuhteeltaan ja taloudeltaan houkuttelevia yhteistuotanto-
laitoksia esim. metsäteollisuusintegraatin tai öljynjalostamon yhteydessä.
2.4 Biokaasut
Orgaanisesta materiaalista, esim. jätevesilietteistä tai biojätteistä, voidaan anaerobikäsit-
telyssä tuottaa ns. biokaasua, joka koostuu lähinnä metaanista ja hiilidioksidista. Kaato-
paikoilla muodostuu vastaavaa kaasua, ns. kaatopaikkakaasua. Biokaasuja voidaan hyö-
dyntää liikenteen polttoaineena puhdistuksen ja paineistuksen jälkeen. Tulevaisuudessa
kehitystyön onnistuessa myös termisesti kaasuttamalla voitaisiin valmistaa kaasumaista
polttoainetta kaasuajoneuvojen polttoaineeksi. Termisellä kaasutuksella tuotetaan vetyä
ja hiilimonoksidia sisältävää polttokaasua, joka voidaan tarvittaessa edelleen prosessoida
18 www.shellglobalsolutions.com
19 http://www.volkswagen-environment.de/_download/sunfuel_en.pdf
20 UltraCleanGas – Synteesikaasun ja ultrapuhtaan polttokaasun valmistustekniikan kehitys. Projektipääl-
likkö: Esa Kurkela, VTT Prosessit.
56
metaaniksi (samankaltainen prosessi kuin kuvassa 16 esitetty nestemäisten polttoainei-
den valmistus kaasutuksen kautta). Terminen kaasutus mahdollistaa siis sekä neste- että
kaasumaisten biopolttoaineiden tuotannon ajoneuvokäyttöön.
2.4.1 Anaerobikäsittely
Anaerobikäsittelyssä, ns. mädätyksessä, orgaanista ainetta hajotetaan hapettomissa olo-
suhteissa toimivien mikro-organismien avulla. Lopputuotteiksi saadaan kiinteää ja nes-
temäistä mädätettä sekä pääasiassa metaanista (noin 50 tilavuusprosenttia) ja hiilidiok-
sidista koostuvaa biokaasua. Biokaasun tuotto mädätysprosessissa määräytyy käytetyn
jätetyypin, orgaanisen aineen määrän, kuormitusasteen, viipymäajan sekä reaktorityypin
mukaan.
Biokaasu on käsiteltävä ennen loppukäyttöä. Liikennekäyttö edellyttää kaasun puhdis-
tusta ja paineistusta. Biokaasu puhdistetaan ajoneuvokäyttöä varten niin, että se vastaa
laadultaan hyvälaatuista maakaasua. Kaasusta poistetaan kaikki korrodoivat ja syövyt-
tävät yhdisteet. Kosteus ja CO2 poistetaan, jotta kaasu voitaisiin komprimoida maakaa-
suajoneuvojen vaatimaan noin 250 bar:in paineeseen.
Mädätyksen jälkeinen materiaali, mädäte, tarvitsee tavallisesti käsittelyä ennen kuin se
voidaan hyödyntää. Useimpien teollisten biojätteen mädätyslaitosten prosesseihin kuuluu
1–2 viikon aerobinen jälkikäsittely (kompostointi). Mädätettä voidaan käyttää esimer-
kiksi lannoitteena tai maisemoinnissa.
Mädätys on jo pitkään ollut vakiintuneessa käytössä jätevesilietteiden käsittelyssä. Peri-
aatteessa mitä tahansa biohajoavaa orgaanista materiaalia voidaan käyttää anaerobisen
käsittelyn raaka-aineena, mutta taloudellisista ja teknisistä syistä toisia materiaaleja käy-
tetään tavallisemmin kuin toisia. Tavallisesti biohajoavan orgaanisen aineen määrä on
70–95 % kuiva-aineen sisällöstä. Aineita, joiden kuiva-aineen orgaanisen aineksen osuus
on alle 60 %, pidetään harvoin kannattavina anaerobisen käsittelyn raaka-aineena. Anae-
robinen prosessi ei kykene hajottamaan ligniiniä, yhtä puun pääainesosista. Puhdas sellu-
loosa on helposti hajoavaa anaerobisessa reaktorissa, mutta sen luonnossa esiintyvät
muodot ovat usein suojattuja biohajoavuudelta niiden sisältämän ligniinin vuoksi. Esi-
merkiksi heinä, olki ja sinimailanen hajoavat 40–70-prosenttisesti anaerobisessa reakto-
rissa, mutta sahanpuru on käytännössä inertti.
57
2.4.2 Kaatopaikkakaasun talteenotto
Kaatopaikoilla muodostuu biokaasua vastaavaa kaasua, ns. kaatopaikkakaasua. Kaato-
paikkakaasu on orgaanisesta jätteestä hapettomassa tilassa tapahtuvan (anaerobisen)
hajoamisen tuloksena syntyvää kaasua, joka sisältää lähinnä metaania ja hiilidioksidia.
Lisäksi se sisältää esim. vesihöyryä, typpeä, happea ja vetyä sekä pieninä pitoisuuksina
kloori- ja fluorivetyjä sekä rikkiyhdisteitä. Kaasun muodostumiseen vaikuttavat eniten
jätteen koostumus ja kaatopaikalla vallitsevat olosuhteet. Jätteiden sisältämästä orgaani-
sesti hajoavasta hiilestä vain noin 25 % vapautuu biokaasuna, loppuosa menee kaato-
paikkojen valumavesiin tai varastoituu kiinteään kaatopaikkakerrokseen.
Kaatopaikkakaasun talteenottojärjestelmät ovat melko vakiintunutta teknologiaa. Tal-
teenottojärjestelmä koostuu jätekerroksiin asennettavista siivilämäisistä imukaivoista tai
salaojaputkistoista. Imukaivot asennetaan pystyyn, kun taas salaojajärjestelmä perustuu
vaakaputkistoihin. Myös näiden yhdistelmiä käytetään. Lisäksi järjestelmään kuuluvat
imuputkisto ja pumppaamo, jossa tehdään putkistoon ja kaivoihin tarvittava imu.
Pumppaamosta kaasu johdetaan joko poltettavaksi soihdussa tai energiakäyttöön. Ennen
energiakäyttöä kaasu täytyy puhdistaa. (Tuhkanen 2002)
Talteenoton tehokkuus riippuu luonnollisesti aloittamisajankohdasta. Monesti talteenotto
aloitetaan vasta kaatopaikan sulkemisen jälkeen, jolloin suuri osa jätekerroksissa syntyvästä
metaanista on jo päässyt ilmakehään. Kaatopaikan toiminnan aikana aloitettu talteenotto on
yleistymässä, jolloin tehokkuus paranee. Kun talteenottojärjestelmä on otettu käyttöön, saa-
daan syntyvästä kaatopaikkakaasusta usein yli 70 % talteen. (Tuhkanen 2002)
Tuhkanen (2002) on arvioinut kaatopaikkakaasun talteenoton (keräilyjärjestelmän ja
pumppaamon) kokonaiskustannuksiksi noin 120–170 €/Nm3/a. Tuotettua energiayksik-
köä kohti kustannukset olisivat noin 1,0–1,3 €/GJ (3,4–4,5 €/MWh). Tällöin jätteen vas-
taanottomaksu sisältäisi kaikki kaatopaikan kustannukset.
EU:n kaatopaikkadirektiivi (1999/31/EY) edellyttää voimakkaita toimia kaatopaikkasi-
joituksen vähentämiseksi. Jätteiden syntyä tulee vähentää, kierrätystä ja energiahyöty-
käyttöä lisätä. Vuonna 2016 saa sijoittaa kaatopaikoille enää 35 % vuonna 1994 kaato-
paikoille sijoitetusta jätemäärästä.
2.4.3 Termiset biokaasut
Eräs lupaavimpia uusia tekniikoita on biokaasujen valmistus termisesti kaasuttamalla.
Termisesti kaasuttamalla saadaan vetyä ja hiilimonoksidia sisältävää polttokaasua, joka
voidaan tarvittaessa edelleen prosessoida metaaniksi (SNG:ksi, synteettinen maakaasu)
58
tai muiksi kaasuseoksiksi, esim. vedyksi. Termisen biokaasun potentiaali on biokaasun
potentiaalia huomattavasti merkittävämpi.
Metaanin valmistaminen biomassasta termisen kaasutuksen kautta perustuu samaan
synteesikaasun valmistusprosessiin, jota kehitetään synteettisten nestemäisten polttoai-
neiden tuotantoon. Synteesikaasun konversio metaaniksi on kaupallista tekniikkaa. Me-
taanin valmistuksen kustannukset olisivat arviolta 60–70 % F–T-dieselin tuotantokus-
tannuksista. Kun kaasupolttoaine paineistetaan ajoneuvon polttoainetankkiin, kustan-
nukset nousevat lähes yhtä suuriksi kuin F–T-dieselin.
2.5 Tuotantokustannukset
Biopolttonesteestä ja tuotantotekniikasta riippuen biopolttonesteiden tuotantokustan-
nukset ovat 1,5–5-kertaisia verrattuna nykyisten fossiilisten polttoaineiden verottomiin
hintoihin. Syksyn 2004 korkea öljynhinta on (hetkellisesti) kaventanut tätä eroa. Nykyiset
kaupalliset biopolttonesteet, peltokasvipohjaiset biodiesel ja etanoli, on saatu monissa
maissa kuluttajille kilpailukykyisiksi verohelpotuksin tai tukemalla tuotantolaitoksia
(Yhdysvallat, Brasilia).
Biopolttonesteiden tuotantokustannuksia pyritään alentamaan tutkimus- ja kehitystyöllä
niin EU:ssa kuin Yhdysvalloissa. Tuotantokustannusten alentamiseen pyritään mm. et-
simällä toimintamalleja, joissa biopolttonesteiden tuotanto yhdistettäisiin teollisuus- tai
voimalaitokseen sekä hyödynnettäisiin halvempia puu- tai jäteperäisiä raaka-aineita.
Tavoitteena on kehittää tuotantoteknologioita, jotka mahdollistaisivat liikenteen biopolt-
toaineiden käyttöönoton mahdollisimman alhaisin ja laskevin tukitasoin. Tutkimus- ja
kehitystyössä tulisi Suomessa panostaa niiden teknologioiden kehitykseen, joissa tuki-
tarve olisi, mikäli mahdollista, alle nykyisen liikenteen polttoaineverotuksen, joka on
dieselpolttoaineella 32 snt/l ja bensiinillä 59 snt/l. Koska suomalaiset yritykset valmis-
tavat maailmanmarkkinoille kilpailukykyisiä metsäteollisuuden laitteita, puun korjuu-
koneita ja voimalaitoksia, on perusteltua uskoa, että myös biopolttoaineiden tuotanto-
prosessien laitteita voitaisiin valmistaa meillä sekä koti- että ulkomaan markkinoita var-
ten. Esimerkiksi viime vuosikymmenellä Suomesta toimitettiin viljaetanolin tuotantolai-
toksia maailman markkinoille.
Suomessa on tehty varsin vähän liikenteen biopolttonesteiden tuotantokustannusarvioita
verrattuna Yhdysvaltojen ja Euroopan suurissa kehitys- ja tutkimushankkeissa tehtyihin
kattaviin selvityksiin. Seuraavaksi esitetyt arviot ovatkin vain ohjeellisia arvioita uuden
tekniikan mahdollisuuksista. Kun alan tutkimus- ja kehitystyö voimistuu, saadaan myös
tarkempia kustannusarvioita.
59
Osana VTT:n vetämää ns. Biofuture-hanketta on vertailtu alustavasti eri biopolttoainei-
den tuotantokustannuksia pohjoismaisissa olosuhteissa. Kuvassa 17 esitetään tuotanto-
kustannuksien ja kuvassa 18 ominaisinvestointien vertailu. Tuotantokapasiteettina on
käytetty raaka-ainehuollon kannalta tyypillisiä laitoskokoja. Tämän vertailun perusteella
biopohjaisista dieseltuotteista rypsipohjaisen biodieselin tuotantokustannukset olisivat
korkeimmat. Uusilla tekniikoilla tuotetun F–T-dieselin tuotantokustannukset on arvioitu
hieman alemmiksi. Bensiinin eetterikomponenttien raaka-aineista metanoli näyttäisi
olevan tuotantokustannuksiltaan edullisin vaihtoehto tässä kokoluokassa. Kaupallinen
viljapohjainen etanoli olisi tuotantokustannuksiltaan RME:n tasolla. Kehitysvaiheessa
olevista etanoliprosesseista metsätähde- ja jätepaperipohjaiset vaihtoehdot olisivat me-
tanolia kalliimpia. Biokaasun hinta puhdistettuna ja paineistettuna ajoneuvossa olisi
samaa suuruusluokkaa kuin synteesikaasupohjaisten polttonesteiden hinnat, mutta bio-
kaasun käyttöä rasittavat kaasuajoneuvojen ja jakelujärjestelmien lisäkustannukset.
Keski-Euroopassa on tarkasteltu huomattavasti suurempia biopolttonesteiden tuotanto-
laitoksia, joissa raaka-ainekapasiteetti olisi 5–10-kertainen verrattuna kuvan 17 tapauk-
siin. Jos polttoainetta olisi samaan hintaan saatavissa näinkin suuriin laitoksiin, alenisi-
vat tuotantokustannukset merkittävästi. Se edellyttäisi kuitenkin todennäköisesti raaka-
puun tuontia suomalaisille tehtaille.
VTT arvioi 1990-luvun lopulla puupohjaisen metanolin ja etanolin tuotantokustannuksia
integroidussa tuotannossa (kuva 19). Selvityksessä arvioitiin myös mahdollisuuksia
pienentää tuotantokustannuksia (kuvassa 19 on esimerkkinä mahdollisuuksia pienentää
metanolin tuotantokustannuksia). Metanolin tuotantokustannuksiksi Suomessa integroi-
tuna sellutehtaan yhdistettyyn sähkön ja lämmön tuotantoon arvioitiin 13,5–17 €/GJ
(48–60 €/MWh) tekniikasta riippuen, kun laitoksen raaka-ainekapasiteetti oli 100 MW
(166 000 t kuiva-ainetta/a). Raaka-aineena käytettävän metsätähteen hinnan arvioitiin
olevan 2,2 €/GJ (8 €/MWh). Jos hyödynnettäisiin jäteperäistä raaka-ainetta, 5 €:n/MWh
käsittelymaksulla metanolin tuotantokustannukset olisivat 8 €/GJ (28 €/MWh). Ko. kä-
sittelymaksu vastaa tyypillistä jätteenpolttolaitoksen vastaanottomaksua. Etanolin tuo-
tantokustannuksiksi arvioitiin 20–26 €/GJ (71–94 €/MWh) (Mäkinen & Sipilä 2003).
EU:n rahoituksella käynnistyi vuoden 2004 alussa Volkswagen Ag:n vetämä 20 M€:n
kehityshanke, jossa kehitetään erityisesti synteesikaasupohjaisia liikenteen biopolttones-
teiden tuotantoprosesseja. F–T-dieselin tuotantokustannuksien tavoitearvona on Keski-
Euroopassa paikallisesta raaka-aineesta 0,70 €/loe.
60
pumppu- Bensiinin
ei
ALV)
Kuva 17. Eräiden liikenteen biopolttoaineiden tuotantokustannuksien suuruusluokka-
vertailu (lähde: VTT:n Biofuture-projekti, etanoli puusta synteesikaasun kautta NREL,
USA).
Kuva 18. Liikenteen biopolttoaineiden tuotantoprosessien ominaisinvestointien suuruus-
luokkavertailu (lähde: VTT:n Biofuture-projekti), vertailuna lauhdesähkö- ja CHP-
laitosten ominaisinvestoinnit (Savolainen ym. 2001).
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Metanoli DME F-T-diesel RME Biokaasu
(puhdistus &
paineistus)
Etanoli,
puu
Etanoli,
vilja
Etanoli,
tekuitu
/toe, a
Kaupallinen
Kehitteillä
La d u
s
h
ä
e
hk
-
ö
150 MW
CHP, 50/
160 MW
Bensiinin veroton hint a
hinta (
Dies ne
hinta
li
( pumppu
ei
A
-
LV)
30
Kaupallinen
25
Raaka-aine, t ka/d 1000 1000 1000 450 570 380 250
Raaka-aine,
/MWh 10 10 10 50 0 8 10 0
Tuotanto, ktoe/a 90 90 68 23 3,5 25 25 25
0
5
10
15
20
Metanoli DME F-T-diesel RME Biokaasu
(puhdistus &
paineistus)
Etanoli,
vilja
Etanoli,
puu
(hydrolyysi)
Etanoli,
tekuitu
Etano , li
puu
(syntees - i
kaasu)
Pyrolyysiöljy
(lämmitykseen)
/GJ
Kehitteillä
Dieselin veroton hinta
61
Kuva 19. Puupohjaisen metanolin ja etanolin arvioidut tuotantokustannukset suomalai-
seen sellutehtaaseen integroidussa tuotannossa (Mäkinen & Sipilä 2003).
Metanoli
Happi-
kaasutus
Syöttö 500 MW
MSW
- 5 €/MWh
Metanoli Metanoli
Epäsuora
kaasutus
00
50
100
25
20
15
10
5
Metanoli
Happi-
kaasutus
€/MWh €/GJ
Metsätähde
Syöttö 100 MW
8 €/MWh
Bensiinin
kuluttajahinta
Bensiinin
tuotantokustannukset
Kapasiteetti Raaka-aine
Prosessikehitys
Etanoli
Laimeahappo-
hydrolyysi
Etanoli
Entsym.
hydrolyysi
Kustannussäästöt
integroinnista: 20-40%
62
3. Biopolttoaineiden käyttöominaisuudet
Useimpia biopolttoaineita – alkoholeja, biodieseliä ja biokaasua – voidaan käyttää joko
polttoainekomponenttina tai polttoaineena sellaisenaan. Alkoholi ja kaasumaiset poltto-
aineet soveltuvat kipinäsytytteisten moottorien (ottomoottorien) polttoaineeksi, kasvi- ja
eläinperäiset öljyjohdannaiset puristussytytteisten (dieselmoottorien) polttoaineeksi.
Euroopassa direktiivi 98/70/EC, sen täydennysdirektiivi 2003/17/EC sekä EN-normit
EN228 (bensiini) ja EN590 (diesel) määrittelevät tieliikennepolttoaineiden laadun. Läh-
tökohtaisesti polttoainelaatujen tulisi soveltua koko ajoneuvokalustoon. Normeista poik-
keavien polttoaineiden käyttö voisi olla mahdollista muunnetuissa, keskitettyä polttoai-
nehuoltoa käyttävissä autoissa, mutta sen rajoituksena ovat korkeat kustannukset ja pieni
kokonaisvaikutus. Ajoneuvojen häiriöttömän toiminnan takaamiseksi EN228- ja EN590-
normien vaatimukset tulisi täyttää. Klassisilla biokomponenteilla (etanoli sellaisenaan,
RME) ei päästä kuin maksimissaan noin viiden tilavuusprosentin korvausasteeseen, jos
polttoainenormien vaatimuksista halutaan pitää kiinni. Synteettiset biopolttoaineet tar-
joavat tässä tapauksessa enemmän joustoa, ja korvausaste voi periaatteessa olla 0–100 %.
3.1 Biopolttoaineiden vaikutus päästöihin
Tarkasteltaessa erilaisten polttoaineiden vaikutuksia moottorien säänneltyihin päästöihin
on huomattava, että nykymoottoreissa pakokaasujen jälkikäsittelylaitteistoilla ja mootto-
rin palamisen tarkalla ohjauksella on aivan ratkaiseva asema päästöjen rajoittamisessa.
Tämä pätee erityisesti nykyaikaisiin bensiinimoottoreihin. Myös dieselhenkilöautoissa
käytetään tänä päivänä pakokaasujen jälkikäsittelylaitteita, ja raskaaseen dieselkalus-
toon jälkikäsittely tulee vuosina 2005 (Euro 4) ja 2008 (Euro 5) kiristyvien pakokaasu-
vaatimusten myötä. Jotta pakokaasujen jälkikäsittelylaitteistot toimisivat halutulla taval-
la, myös polttoaineiden laatuvaatimuksia on jatkuvasti parannettu. Tämä näkyy erityisen
selvästi rikkipitoisuuden alenemisessa. Vuodesta 2005 alkaen tieliikennepolttoaineiden
rikkipitoisuus saa olla enimmillään 50 ppm, ja enintään 10 ppm rikkiä sisältäviä poltto-
aineita on oltava saatavilla (Direktiivi 2003/17/EC). Suomessa moottoribensiinin ja die-
selöljyn valmisteveron porrastuksen perusteita muutettiin 1.9.2004 alkaen siten, että
alinta verotasoa sovelletaan enintään 10 ppm rikkiä sisältäviin polttoaineisiin. Tällä no-
peutetaan siirtymistä rikittömiin polttoainelaatuihin.
Tämän kehityksen valossa on helppo mieltää, ettei minkään biopolttoaineen käyttö, me-
taania lukuun ottamatta, voi nykyautoissa tuoda merkittäviä etuja (yli 10 %) säännelty-
jen päästöjen osalta. Tämä pätee erityisesti siinä tapauksessa, että biopolttoainetta käyte-
tään polttoaineen seoskomponenttina. Vähemmän kehittynyttä moottoritekniikkaa käy-
tettäessä vaihtoehtoisilla polttoaineilla on mahdollista alentaa päästöjä, ja tämä olikin
63
mielenkiinnon kohteena 1980- ja 1990-luvuilla. Metaanilla nykytekniikalla säännellyt
päästöt voivat alentua jopa yli 50 % (raskaiden moottorien hiukkas- ja typenoksidipääs-
töt). Etu realisoituu käytännössä lähinnä vain kaupunki-ilman laadussa taajamakäytössä.
Myös CO2-päästöjä voidaan alentaa metaania käyttämällä (0–25 % maakaasulla, lähes
100 % biokaasulla).
Nykytekniikalla biopolttoaineiden etu on mahdollisuudessa vähentää fossiilista CO2-
päästöä. CO2-säästöpotentiaali on mitä suurimmassa määrin polttoainekohtainen, ja siihen
vaikuttavat mm. raaka-ainepohja sekä käytetyt tuotanto- ja jalostusprosessit. Todennäköi-
sesti vähän polttoainetta kuluttavat ajoneuvot ovat kustannustehokkaampi vaihtoehto lii-
kenteen CO2-päästöjen alentamisessa kuin biopolttoaineiden laajamittainen käyttöönotto.
3.2 Alkoholit ja eetterit
Alkoholeja (metanolia, etanolia) voidaan tietyin edellytyksin käyttää sellaisenaan ben-
siinikomponentteina. Alkoholien ominaispiirteitä:
Alkoholeilla on korkea oktaaniluku.
Alkoholien sisältämä happi tehostaa palamista jossain määrin.
Erikoisrakenteisissa moottoreissa voidaan käyttää lähes pelkkää alkoholia.
Lämpöarvo on 45–60 % bensiinin lämpöarvosta.
Etanoli on käyttöominaisuuksien kannalta selvästi metanolia parempi vaihtoehto suu-
remman lämpöarvonsa, suuremman vesitoleranssinsa ja pienemmän korroosiovaikutuk-
sensa ansiosta. Lisäksi etanolilla on pienempi höyrynpainetta nostava vaikutus. Me-
tanolin kanssa on aina käytettävä väliliuottimia, eikä metanoli ole suositeltava polttoai-
nekomponentti Suomen ilmasto-olosuhteissa, koska metanoli voi erottua bensiinistä.
Tällöin alkoholi ja kosteus jäävät säiliön pohjalle ja bensiini nousee pinnalle.
Käyttöteknisesti eetterit ovat alkoholeja parempi vaihtoehto, koska niillä on
suurempi lämpöarvo
suurempi vesitoleranssi
pienempi korroosiovaikutus
pienempi vaikutus polttoaineen höyrynpaineeseen.
Niinpä eetterit ovat sekä polttoaine- että autoteollisuuden suosima vaihtoehto. EN228-
normi sallii jopa 15 % C5- ja raskaampia eettereitä. Eettereitä käytetään yleisesti oksy-
genaatteina bensiinissä.
64
Eetterien valmistuksessa lähtöaineina ovat alkoholi ja hiilivety. Mahdollisia eetterikom-
ponentteja ovat mm. MTBE, ETBE, TAME ja TAEE. MTBE:ssä ja TAME:ssa lähtöai-
neena on metanoli, ETBE:ssä ja TAEE:ssa etanoli. Alkoholin osuus eetterin lämpöar-
vosta on 15–30 %. MTBE:n käyttö on Yhdysvalloissa vähenemässä pohjavesiongelman
vuoksi, Euroopassa ei vastaavaa kehitystä ole näköpiirissä. Alkoholien ja eettereiden
ominaisuuksia esitetään taulukossa 5.
Suomessa on käytössä metanolipohjainen MTBE. Fortum on myös valmistanut etanoli-
pohjaista ETBE:tä vientiin.
Taulukko 5. Bensiinin ja valittujen oksygenaattien ominaisuuksia (Ikonen ym. 2000).
Bensiini Metanoli Etanoli MTBE TAME ETBE
Kemiallinen kaava CH3OH CH3CH2
OH
(CH3)3CO
CH3
(CH3)2(C2H5)
COCH3
(CH3)3C
OC2H5
Molekyylipaino, g/mol 32,0 46,1 88,2 102,2 102,2
Tiheys 15 °C, kg/l 0,75 0,79 0,79 0,75 0,77 0,75
Kiehumispiste, °C 30–200 65 78 55 85 73
Oktaaniluku, RON 95–99 108 108 117 112 118
Lämpöarvo, MJ/kg 43 19,6 26,4 35 36 36
Höyrynpaine, Raid,
kPa*)
60–90 32 17 55 14 28
Happipitoisuus, p-% 0 49,9 34,7 18,2 15,7 15,7
Stoikiometrinen
ilmakerroin
14,7 6,4 9 11,7 12,1 12,2
*) Höyrynpaine ei käyttäydy yleensä lineaarisesti seoksissa, esim. bensiinin suhteen etanolin seoshöyryn-
paine on 124 kPa.
Bensiinin osalta direktiivit ja EN228-normi rajaavat happipitoisten komponenttien mää-
rän seuraavasti: polttoaineen maksimihappipitoisuus saa olla 2,7 painoprosenttia, ja tie-
tyille yksittäisille oksygenaateille on annettu maksimipitoisuudet (metanoli 3, etanoli 5,
eetterit 15 tilavuusprosenttia). Metanolin kanssa on käytettävä väliliuottimia.
Nämä raja-arvot rajoittavat alkoholien ja eetterien korvausasteen seuraavasti (sulkeissa