Rapsista tuotetun biodieselin ja vehnästä tuotetun bioetanolin energiavirrat ja ympäristövaikutukset Euroopan unionissa

The aim of this thesis was to study the crops currently used for biofuel production from the following aspects: 1. what should be the average yield/ ha to reach an energy balance at least 0 or positive 2. what are the shares of the primary and secondary energy flows in agriculture, transport, processing and usage, and 3. overall effects of biofuel crop cultivation, transport, processing and usage. This thesis concentrated on oilseed rape biodiesel and wheat bioethanol in the European Union, comparing them with competing biofuels, such as corn and sugarcane-based ethanol, and the second generation biofuels. The study was executed by comparing Life Cycle Assessment-studies from the EU-region and by analyzing them thoroughly from the differences viewpoint. The variables were the following: energy ratio, hectare yield (l/ha), impact on greenhouse gas emissions (particularly CO2), energy consumption in crop growing and processing one hectare of a particular crop to biofuel, distribution of energy in processing and effects of the secondary energy flows, like e.g. wheat straw. Processing was found to be the most energy consuming part in the production of biofuels. So if the raw materials will remain the same, the development will happen in processing. First generation biodiesel requires esterification, which consumes approximately one third of the process energy. Around 75% of the energy consumed in manufacturing the first generation wheat-based ethanol is spent in steam and electricity generation. No breakthroughs are in sight in the agricultural sector to achieve significantly higher energy ratios. It was found out that even in ideal conditions the energy ratio of first generation wheat-based ethanol will remain slightly under 2. For oilseed rape-based biodiesel the energy ratios are better, and energy consumption per hectare is lower compared to wheat-based ethanol. But both of these are lower compared to e.g. sugarcane-based ethanol. Also the hectare yield of wheat-based ethanol is significantly lower. Biofuels are in a key position when considering the future of the world’s transport sector. Uncertainties concerning biofuels are, however, several, like the schedule of large scale introduction to consumer markets, technologies used, raw materials and their availability and - maybe the biggest - the real production capacity in relation to the fuel consumption. First generation biofuels have not been the expected answer to environmental problems. Comparisons made show that sugarcane-based ethanol is the most prominent first generation biofuel at the moment, both from energy and environment point of view. Also palmoil-based biodiesel looks promising, although it involves environmental concerns as well. From this point of view the biofuels in this study - wheat-based ethanol and oilseed rape-based biodiesel - are not very competitive options. On the other hand, crops currently used for fuel production in different countries are selected based on several factors, not only based on thier relative general superiority. It is challenging to make long-term forecasts for the biofuel sector, but it can be said that satisfying the world's current and near future traffic fuel consumption with biofuels can only be regarded impossible. This does not mean that biofuels shoud be rejected and their positive aspects ignored, but maybe this reality helps us to put them in perspective. To achieve true environmental benefits through the usage of biofuels there must first be a significant drop both in traffic volumes and overall fuel consumption. Second generation biofuels are coming, but serious questions about their availability and production capacities remain open. Therefore nothing can be taken for granted in this issue, expect the need for development.

Biopolttoaineiden on-line -laadunmittauksen hyödyt energiantuotannossa

Biopolttoaineet ovat tärkeä energianlähde suomalaisessa energiantuotannossa. Biopoltto- aineille on kuitenkin ominaista laadun vaihtelevuus. Yksi tärkeimmistä laatutekijöistä on kosteus, joka vaikuttaa myös polttoaineen energiasisältöön. Laatutekijät puolestaan vai- kuttavat polttoainekäsittelyyn, polttoprosessiin ja koko laitoksen hyötysuhteeseen. Tämän työn tarkoituksena oli tutkia voisiko biopolttoaineiden online-laadunmittaus tuoda lisäarvoa energiantuotantolaitokselle. Esimerkkinä käytettiin yhtä online-laadunmittaus- sovellusta, InrayFuel-röntgenmittausjärjestelmää. Sillä voidaan seurata biopolttoaineiden kosteutta ja polttoaineen sisältämiä vierasaineita. Työssä on laadittu kustannusanalyysi, jolla pyritään selvittämään, onko nykyisen kertaluontoisen mittausmenetelmän korvaami- nen jatkuvatoimisella kannattavaa. Esimerkkilaitoksena on Etelä-Savon Energian Pur- sialan voimalaitos, jossa röntgenmittausjärjestelmään on testattu. Saatujen tulosten mukaan investoiminen esimerkkimittausjärjestelmään maksaisi itsensä takaisin alle vuodessa. Kun laitoksella pystytään seuraamaan polttoaineen laatua jatkuva- toimisesti, laadunhallinta paranee ja sitä kautta voidaan saavuttaa kustannussäästöjä. Polt- toaineesta johtuvat häiriötilanteet vähenevät, polttoaine on mahdollista optimoida edulli- semmaksi polton kannalta ja poltto-olosuhteita voidaan säätää paremmin, jolloin päästöt vähenevät ja hyötysuhde kasvaa. Työssä käytetty laskenta analysoi kuitenkin hyvin ylei- sellä tasolla, sillä käytössä ei ollut laitoksen omaa taselaskentajärjestelmää. Laskenta siis sisältää paljon oletuksia. Tämän ja rohkaisevien tulosten vuoksi tutkimusta jatkuvatoimi- sen laadunmittauksen hyödyistä kannattaa tehdä enemmän.

Puupolttoaineen varastonhallinta- ja hankintamalli

Työssä luodaan energiapuun varastonhallintamalli ja hankintamalli energiantuotantolaitoksen näkökulmasta sekä kuvataan kustannustehokkaita ja toimitusvarmoja vaihtoehtoja puupolttoaineen varastoinnille ja haketukselle. Varastonhallintamallissa keskitytään varastotason hallintamenetelmiin toimintaympäristössään. Hankintamalli määrittää oman varaston ja suoran laitostoimituksen suhteen sekä auttaa pohtimaan strategisen hankinnan merkitystä hankinnan toteuttamiseen ja hankintakanavien valintaan. Työ antaa vastauksia koko hankintatoiminnan toteutukseen ja hallitsemiseen. Varastonhallintamallin skenaariotarkastelussa selvisi, että yrityksen oma varasto vaatii 18 – 37 % varmuusvaraston suhteessa käyttövarastoon. Hankintamallin mukaan oman varaston kannattavimman puupolttoainejakeen hankintaetäisyys voisi olla keskimäärin korkeintaan 96 km. Tarpeen, saatavuuden, jakeiden kustannustasojen ja toimintaympäristön mahdollisuuksien ollessa selvillä, on mahdollista tehdä päätöksiä hankintakanavista ja varmuusvarastoista kustannustehokkuuden perusteella. Yrityksen polttoainemäärien ohjauksen toteutukseen vaaditaan kehittämistoimia. Oman toimintaympäristön vakiointi ja toimintamallien dokumentointi on tärkeää tiedonjaon, toimitussopimusten mitoittamisen ja toiminnan kehittämisen kannalta. Toiminnan pullonkaulojen vähentäminen ja puupolttoaineen ohjaaminen kustannustehokkaimpien haketusketjujen kautta mahdollisimman tehokkaasti synnyttävät kustannussäästöjä toimitusketjussa.