Energy blog

 

Energia- ja hiilidioksiditaseet

Kimmo Klemola
01.01.2007

 

Etanolin suurin etu on, että se on uusiutuva polttoaine. Etanolin palaessaan vapauttaman hiilidioksidin voidaan katsoa sitoutuneen vastikään kasveihin, joista se on tuotettu. Jokainen etanolin tuotantovaihe vaatii kuitenkin ulkopuolista energiaa, joka ei useimmiten ole uusiutuvaa:

  • Lannoitteiden tuotanto ja levittäminen

  • Kylväminen ja sadonkorjuu

  • Etanolin kuljetus

  • Tislaus jne.

Etanolin energiataseessa tulee selvittää:

  • Etanolin raaka-aineen viljelyyn/tuottamiseen tarvittava energia

  • Etanolin tuottamiseen vaadittava energia

  • Kuinka allokoida yo vaiheiden energian käyttö etanolille ja sivutuotteille

Fossiilienergia on teollisen maatalouden välttämätön osa. Seuraavassa on lueteltu teollisen maissinviljelyn vaatiman energian lähteet [1]:

  • Typpilannoitteet (kaikki fossiilienergiasta)

  • Fosfaatit, kalium ja kalkki (suurin osa fossiilienergiasta)

  • Kasvi- ja hyönteismyrkyt (kaikki fossiilienergiasta)

  • Fossiiliset polttoaineet: diesel, bensiini, nestekaasu (LPG), maakaasu (kaikki fossiilienergiasta)

  • Sähkö (lähes kaikki fossiilienergiasta)

  • Kuljetus (kaikki fossiilienergiasta)

  • Siemenet ja kastelu (suurin osa fossiilienergiasta)

  • Infrastruktuuri (suurin osa fossiilienergiasta)

  • Työvoima (suurin osa fossiilienergiasta)

Kaiken kaikkiaan etanolin peltotuotannossa on otettava huomioon:

  • Agrokemikaalien tuotanto

    • Lannoitteet

    • Kalkki

    • Kasvinsuojeluaineet: herbisidit, insektisidit

  • Agrokemikaalien kuljetus

  • Viljely

  • Viljan/maissin/sokerijuurikkaan/sokeriruo’on kuljetus

  • Etanolin valmistus

  • Sivutuotteet: eläinrehu

  • Peltomaan eroosio (kestävä tuotanto)

    • Peltomaan N2O- ja CO2-päästöt

  • Etanolin kuljetus, varastointi ja jakelu

  • Ominaisuudet auton polttoaineena (eroja bensiiniin ja dieseliin)

Selluetanolin tuotannossa on otettava huomioon:

  • Agrokemikaalien tuotanto

    • Lannoitteet

    • Kalkki

    • Kasvinsuojeluaineet: herbisidit, insektisidit

  • Agrokemikaalien kuljetus

  • Biomassan kasvatus

  • Biomassan kuljetus

  • Etanolin valmistus

  • Sivutuotteet: sähkö (kuluu prosessissa), biodiesel, metanoli, vety, kemikaalit

  • Metsämaan eroosio (kestävä tuotanto)

  • Etanolin kuljetus, varastointi ja jakelu

  • Ominaisuudet auton polttoaineena (eroja bensiiniin ja dieseliin)

Tuoreen riippumattoman yhdysvaltalaistutkimuksen mukaan USA:ssa tuotettu maissietanoli sisältää vähemmän energiaa kuin sen valmistamiseen on kulunut fossiilienergiaa [2]. Maissista tuotettu etanoli vaatii 29 % energiasisältöään enemmän fossiilienergiaa. Ruokohelven tyyppisestä viljellystä ruohokasvista (luutahirssi, switchgras) tuotetulle etanolille vastaava luku on 50 %, puumassasta valmistetulle etanolille 57 % ja soijaöljystä valmistetulle biodieselille 27 %. Näiden biopolttoaineiden tuotanto ei siis vähennä vaan päinvastoin lisää fossiilienergian kulutusta ja kasvihuonepäästöjä. Peltojen valjastaminen autojen ruokkimiseen on myös eettinen ongelma maailmassa, jossa noin joka toinen ihminen on aliravittu. Yhden auton vuotuiseen etanolintarpeeseen tarvitaan USA:ssa noin kaksi hehtaaria peltoa, jolla voisi ruokkia kolme amerikkalaista.

Peltoetanolille voidaan saada positiivinen tai vain hieman negatiivinen energiatase, jos rehukäyttöön hyödynnettävissä olevalle sivutuotteena saatavalle kiintoaineelle lasketaan energia-arvoa. Toisaalta pitkäaikaisessa viljelyssä tämä kiintoaine tulisi palauttaa peltoon maaperän köyhtymisen takia, jolloin kiintoaineella ei ole energia-arvoa. Peltoetanoli ei lisää energiaomavaraisuutta, se ei ole taloudellista ja se on ympäristöongelma. Bensiinin tuotanto vaatii 24 % energiasisältöään enemmän fossiilienergiaa, mutta ilman peltoetanolin tuotannon haittoja. Yhdysvallat käyttää maissietanolin tuottamiseen 3,3 miljoonaa hehtaaria viljelysmaata, joka elättäisi kaikki suomalaiset. Tämä viljelysala pitää liikkeellä 2 % USA:n autoista.

Puumassan käytön epäedullinen energiasuhde johtuu tutkimuksen mukaan suuresta höyryn ja sähköenergian kulutuksesta. Yleensä selluetanolin prosessienergian katsotaan tulevan hydrolyysistä yli jääneestä kiintoaineksesta eli ligniinijakeesta, jolloin fossiilienergian käytön mukaan laskettu hyötysuhde saadaan näyttämään hyvältä – aivan kuten sokeriruokoetanolillakin. Ligniinijakeen energia voitaisiin käyttää myös kivihiilen korvaamiseen sähkön- ja lämmöntuotannossa. Brasiliassa sokeriruokoetanolin energiataseen on raportoitu olevan hyvä. Kun etanolintuotannon sivutuotteena syntyvä bagassi käytetään energiaksi, ylittää tuotteiden energia-arvo noin tuplasti tuotantoon laitetun energiapanoksen.

Pelkästään typpilannoitteita tarvitaan etanolin raaka-aineen maissin tuottamiseen määrä, jonka valmistus kuluttaa 302 bensiinilitraa vastaavan määrän energiaa hehtaaria kohti. Prosessointi 99,5 %:ksi etanoliksi, lähinnä tislaus, vie 1416 bensiinilitraa vastaavan määrän energiaa hehtaaria kohti. Kaikkiaan etanolin tuotanto maissista kuluttaa fossiilista polttoainetta 2626 bensiinilitraa vastaavan määrän energiaa hehtaaria kohti. Hehtaari maissia tuottaa 3217 litraa etanolia, jonka energia-arvo vastaa 2039 litraa bensiiniä (litra bensiiniä sisältää 58 % enemmän energiaa kuin litra etanolia). Fossiilisuhteeksi saadaan siis 2626/2039=1,29 eli etanolin tuotanto vaatii 29 % sisältämäänsä energiamäärää enemmän energiaa, joka on suurimmaksi osaksi peräisin fossiilisista polttoaineista. Professorit Pimentel ja Patzek kannattavat bioenergiaa esimerkiksi lämmöntuotannossa, jossa ne voivat tehokkaasti korvata fossiilisia polttoaineita. Biomassan muuttaminen nestemäisiksi liikennepolttoaineiksi ei sen sijaan ole kannattavaa taloudellisesti, energian tai fossiilisten polttoaineiden säästön kannalta eikä se ole ekologisesti kestävää. [2]

Muun muassa maissinviljelijäjärjestön konsulttien tekemät tutkimukset ovat päätyneet etanolille lievästi positiiviseen energiataseeseen. He eivät ole kuitenkaan laskeneet esimerkiksi maatalouskoneiden valmistuksen energiankulutusta. ”Oletko nähnyt maanviljelijän enää viljelevän peltojaan käsin?”, kysyy professori Pimentel. Suurin ero laskelmiin tulee kuitenkin kiinteiden sivuaineiden, joita voidaan käyttää rehuna, arvostuksesta. Pimentel ja Patzek eivät anna niille arvoa, koska ne pitää heidän mukaansa palauttaa maaperään sen köyhtymisen estämiseksi. Jotkut tutkijat taas yliarvioivat rehun energia-arvon laskelmissaan ja saattavat jopa kohdentaa tislausprosessin käyttämää energiaa sivutuotteille. Joissakin laskelmissa on jopa jätetty täysin huomiotta maissin (tai muun etanolintuotantoon käytetyn peltokasvin) viljelyn vaatima energia. Etanolin tuotannon ongelmia kuvaa vanha sanonta, ettei ole olemassa ilmaista lounasta. Jos halua tuottaa energiaa, täytyy kuluttaa energiaa. Energiaa ei synny tyhjästä, eikä varsinkaan nykyisten liikennepolttoaineiden korvaamiseksi ole olemassa helppoja ratkaisuja.

Yhdysvalloissa on professori Patzekin mukaan tehtävä kaksi asiaa kulutuksen vähentämiseksi. Autojen polttoaineenkulutusta on vähennettävä ja kaupungit on suunniteltava uudestaan vähemmän autoilusta riippuvaisiksi. Valitettavasti Suomessa kaupunkisuunnittelussa jättimarketteineen on jäljitelty Yhdysvaltojen kestämätöntä yhdyskuntarakennetta.

Polttoaineiden energiataseissa tulee ottaa huomioon, että kaikkien energiamuotojen energiayksiköt eivät ole tasa-arvoisia, vaan jotkut energiamuodot ovat arvokkaampia (eksergia). Emmehän muuten maksaisi 10-kertaista hintaa kilowattitunnista sähköä verrattuna kilowattituntiin kivihiiltä tai puuta. Esimerkiksi CTL-prosessissa, jossa kivihiilestä valmistetaan dieselöljyä, kahdesta megajoulesta kivihiiltä saadaan megajoule dieselöljyä ja muita synteettisiä nesteitä.

 

Lähteet:

1. Patzek Tad W., Thermodynamics of the corn-ethanol biofuel cycle, University of California Berkeley, August 14, 2005.

2. Pimentel David, Patzek Tad W., Ethanol production using corn, switchgrass, and wood; biodiesel production using soybean and sunflower, Natural Resources Research, Vol. 14, No. 1, March, 2005.

 

 

 

Energy blog
www.dontfly.org