Browsing by Subject "biokaasu"

Biokaasulaitos tuottaa biokaasua energiakäyttöön ja mädätettä lannoitteeksi kasvintuotantoon. Biokaasulaitos on täten monipuolinen tuotanto- ja kierrätyslaitos. Tavanomainen energian- ja lannoitteiden tuotanto on hyvin energiaintensiivistä ja uusiutumattomia energianlähteitä käyttävää. Biokaasulaitos mahdollistaa hajautetun energiantuotannon ja lannoitteiden tuottamisen uusiutuvista raaka-aineista, monesti raaka-aineista jotka olisivat muuten jätteeksi luokiteltavaa. Tutkimuksen tarkoitus oli selvittää, mitä Suomessa toimivissa biokasulaitoksissa käytetään syötteinä, kuinka paljon biokaasua saadaan tuotettua, millaisia ovat mädätteen ravinnepitoisuudet ja kuinka viljelijät käyttävät mädätettä pelloilla. Tutkimuksessa selvitettiin myös, millainen olisi ideaali biokaasulaitoksen toiminta kaasuntuoton, mädätteen jatkokäytön ja laitoksen toiminnan kannalta. Kuinka biokaasuntuotantoa voitaisiin Suomessa lisätä ja parantaa energia- ja ravinneomavaraisuutta? Tarkoitus oli kerätä tietoa sekä keskitetysti toimivilta biokaasulaitoksilta että maatilojen omilta biokaasulaitoksilta. Tavoitteena oli vertailla eri laitosten antamia tietoja ja selvittää millaisia eroja laitoksista löytyy. Tutkimus toteutettiin internetpohjaisena kyselynä. Kyselypohjia oli kaksi: toinen biokaasulaitoksille ja toinen maatiloille, joilla joko oli oma biokaasulaitos tai tilalla oli joskus käytetty mädätettä lannoitteena. Yhteensä vastaajia kertyi 14 kappaletta. Mädätteiden pääravinnepitoisuuksissa oli eroja, vaihteluväli oli 2,8-16 ja keskiarvo 6,47 kokonaistypen osalta. Niissä mädätteissä, joissa oli korkea kokonaistyppipitoisuus, oli myös korkea kokonaisfosforipitoisuus (R2=0,56; p=0,013). Tuloksista ei voi tehdä selkeitä johtopäätöksiä sen suhteen, mikä tai mitkä olisivat parhaita syöteaineita. Syöteaineet olivat vaihtelevia, ja samanlaatuisilla syöteaineilla kaasuntuotanto ja mädätteen laatu erosivat kahdella eri laitoksella.

Tutkielma käsittelee biopolttoaineiden kestävyyskriteerisääntelyä. Kestävyyskriteerisääntelyn soveltamisala laajenee uudelleenlaaditun uusiutuvan energian direktiivin ((EU) 2018/2001, RED II) myötä. EU:n jäsenvaltioiden on saatettava direktiivin säännökset kansallisesti voimaan 30.6.2021 mennessä. Soveltamisalan laajenemisen vaikutuksia tarkastellaan yhtäältä biokaasualan sääntely-ympäristön ja toisaalta kestävyysjärjestelmän todentajan kannalta. Kasvihuonekaasupäästöjen vähentäminen on Euroopan unionin energia- ja ilmastopolitiikan suuri haaste. Fossiilisten polttoaineiden korvaaminen biopolttoaineilla on yksi keino päästöjen vähentämiseen. Biopolttoaineiden tuottamiseen liittyy kuitenkin paljon kestävyyshaasteita, sillä niiden laajamittainen tuotanto aiheuttaa muun muassa metsien hiilinielujen pienenemistä ja biodiversiteetin katoa. Uusiutuvan energian direktiivissä säädetään kestävyyskriteereistä, joiden täyttyminen toiminnanharjoittajan tulee osoittaa, jotta sen tuottama tai jakelema biopolttoaine voidaan luokitella kestäväksi. Kestävyyskriteerit koostuvat kasvihuonekaasupäästöjen vähenemään ja biomassan alkuperään liittyvistä kriteereistä. Kestävyyskriteerien täyttäminen on edellytyksenä sille, että biopolttoaineen tuotannolle voidaan myöntää uusiutuvan energian tukemiseen tarkoitettuja valtionavustuksia, sekä sille, että biopolttoaineet voidaan laskea mukaan RED II -direktiivissä määriteltyyn uusiutuvan energian lisäämistavoitteeseen. Lisäämistavoite asetetaan direktiivin 3(1) artiklassa, jonka mukaan uusiutuvan energian osuuden on oltava vähintään 32 prosenttia EU:n energian kokonaisloppukulutuksesta vuoteen 2030 mennessä. Biokaasu on kaasumainen biomassapolttoaine, jota voidaan käyttää liikenteen polttoaineena sekä sähkö-, lämmitys- ja jäähdytysenergian tuottamiseen. RED II -direktiivin kansallisen voimaantulon myötä polttoaineena käytettävän jalostetun biokaasun ohella myös biokaasulla tuotetun sähkö-, lämmitys- ja jäähdytysenergian on täytettävä kestävyyskriteerit tuotantolaitoksissa, joiden kokonaislämpöteho on yli 2 MW. Toiminnanharjoittaja voi osoittaa kestävyyskriteerien täyttymisen kansallisen viranomaisen ylläpitämän järjestelmän tai Euroopan komission hyväksymän vapaaehtoisen järjestelmän kautta. Kestävyysjärjestelmän todentaja on delegoitua julkista valtaa käyttävä yksityinen toimija, jonka suorittama auditointi eli todentaminen on edellytys toiminnanharjoittajan kestävyysjärjestelmän hyväksymiselle. Suomen kansallisessa kestävyysjärjestelmässä toimivat todentajat hyväksyy ja niitä valvoo Energiavirasto. Vapaaehtoisissa sertifiointijärjestelmissä toimivat todentajat hyväksyy Euroopan komissio. Biokaasualan näkökulmasta tutkielman tavoitteena on selvittää, miten soveltamisalan laajeneminen vaikuttaa alan sääntely-ympäristöön. Lisäksi arvioidaan, miten soveltamisalan laajeneminen toteuttaa vertailun mittareiksi valittuja direktiivin tavoitteita, uusiutuvan energian lisäämistavoitetta ja kiertotalouden periaatteiden huomioimista. Kestävyysjärjestelmän todentajan osalta tavoitteena on systematisoida todentajan oikeudellista roolia sekä arvioida, miten kestävyyskriteerisääntelyn soveltamisalan laajeneminen vaikuttaa todentajan asemaan. Työn pääasiallinen metodi on sääntelyteoreettinen, ja täydentävänä metodina käytetään lainoppia. Todentajan roolin tarkastelussa hyödynnetään new governance -viitekehystä. Biokaasun sääntely-ympäristöön liittyen työn johtopäätöksenä on, että kestävyyskriteerisääntelyn laajeneminen todennäköisesti lisää toiminnanharjoittajiin kohdistuvaa hallinnollista taakkaa. Biokaasualan keskeiset sääntelytarpeet eivät kuitenkaan liity raaka-aineen kestävyyteen vaan biokaasun tuotannon taloudelliseen kannattavuuteen. Taloudellisen kannattavuuden tukeminen on avain siihen, että uusiutuvan energian lisäämistavoite ja kiertotalouden periaatteiden huomioiminen voivat toteutua tehokkaasti biokaasualan kontekstissa. Kestävyysjärjestelmän todentajiin liittyen työn johtopäätöksenä on, että todentajalla on merkittävä rooli kestävyyskriteerisääntelyn toimeenpanossa. Toimiessaan Suomen kansallisessa järjestelmässä todentaja hoitaa julkisia hallintotehtäviä, jotka voidaan hahmottaa yhdistelmäksi valvontatehtäviä ja teknistä tarkastamista. Julkisen hallintotehtävän asianmukaisen hoidon varmistaminen edellyttää riittäviä resursseja todentajia valvovalta viranomaiselta, Energiavirastolta. New governance -viitekehyksessä todentaminen voidaan hahmottaa yhteissääntelyn muotona, jossa yksityinen toimija osallistuu sääntelyn sisällön tosiasialliseen määrittelyyn lainsäätäjän ohella. Kestävyyskriteerisääntelyn soveltamisalan laajeneminen vahvistaa todentajan asemaa edelleen.

The modern food production consumes substantial amounts of fossil energy. Meanwhile, the bioenergy that is embedded in the side streams of food production – such as manure and excess grass biomass, is lost. That energy could be utilized by anaerobic digestion in biogas plants, which would also contribute to an efficient nutrient cycling since the nutrient-rich digestate can be used as a fertilizer. Agroecological symbiosis is a local model for a sustainable food system that is based on the cooperative actions of food production stakeholders around a biogas plant. The aim of this study was to discover what the application of agroecological symbiosis would mean for energy self-sufficiency, nutrient cycling, food production and the structure of agriculture on municipal level. The study subject area was the agricultural area in the municipality of Saltvik on Åland, where grassland for forage and pasture cover 40 % and grains 38 % of the agricultural land area. There are 0,56 livestock units per agricultural hectare. The current state of the food production was modelled based on local farming statistics. Based on that, three scenarios (S1-S3) with increasingly wide modifications were created. In the first scenario (S1), only the digestion of side streams in a biogas plant was added compared to the current system. On the second scenario (S2), 25 % of the agricultural land area devoted to grain production was altered to green manure leys, and in the third scenario (S3) 50 %. The reduction of grain area led to a lower degree of local self-sufficiency of grain feed, which was corrected by reducing the number of animals. The released share of grassland for forage was used for cultivating peas for direct human use. That way the scenarios represented a possible situation, where plant-based food production is increased and animal-based is decreased. The energy self-sufficiency was estimated by the relation of potential bioenergy production and fossil energy use. The rate of energy self-sufficiency rose scenario by scenario, as it was 58 % in S1, 69 % in S2 and 83 % in S3 due to the increased amount of bioenergy produced, as well as the decreased amount of fossil energy used. Simultaneously the portion of recycled nutrients used for fertilization was increased. Compared to the 46 % share of recycled nitrogen in the current system, 5, 9 and 17 percentage units more were used in the S1-S3, respectively. As for phosphorus the corresponding percentage units compared to the original 70 % were 3, 4 and 5 in S1-S3, respectively. The local self-sufficiency of feed remained unchanged and the food production nearly unchanged in each scenario compared to the current state. The study demonstrated the current potential to produce renewable energy in Saltvik based on agricultural side streams to a degree that would cover over half of the current fossil energy use of local food production. By shifting the focus of food production towards plant production, and by expanding the area of green manure furthermore increased the energy and nutrient self-sufficiency.

Maapallon väkiluvun kasvamisen ja väestön elintason nousun seurauksena eläinperäisten tuotteiden kulutuksen arvioidaan kasvavan jopa 70 % vuoteen 2050 mennessä. Tämän vuoksi eläinperäisten tuotteiden valmistuksesta aiheutuvia päästöjä on hillittävä. Päästöjen hillitsemisen kannalta on tärkeää tunnistaa päästölähteet sekä niiden suuruus. Tuotteen vaikutusta ilmaston lämpenemiseen voidaan arvioida laskemalla sen hiilijalanjälki, joka ottaa huomioon tuotannosta aiheutuneet kasvihuonekaasupäästöt sekä valmistetun tuotteen määrän. Tässä työssä kerättiin 20:n suomalaisen maitotilan tiedot niiden tuotantomenetelmistä ja tuotantopanosten käytöstä. Kerätyn tiedon avulla laskettiin kyseisten maitotilojen raakamaidon hiilijalanjäljet. Näiden tulosten mukaan noin puolet suomalaisen raakamaidon hiilijalanjäljestä koostuu nautojen märehtimisestä aiheutuvasta metaanipäästöstä. Muita merkittäviä maidontuotannon päästölähteitä ovat maankäytöstä aiheutuvat hiilidioksidi- ja dityppioksidipäästöt, energiankäytön hiilidioksidipäästöt sekä kalkin ja väkilannoitteiden käytöstä aiheutuvat hiilidioksidipäästöt. Lannan hallinnan metaani- ja dityppioksidipäästöt aiheuttavat vain noin 5 % suomalaisen raakamaidon hiilijalanjäljestä ja sen vuoksi lannan prosessoinnilla saatavien suorien lannan hallinnan päästövähennysten vaikutus maidon hiilijalanjälkeen on pieni. Suoria päästövähennyksiä ovat esimerkiksi lannan varastoinnista aiheutuvien metaani- ja dityppioksidipäästöjen pieneneminen. Suorien päästövähennysten lisäksi lannan prosessointi pienensi näiden tulosten mukaan myös väkilannoitteiden käytöstä aiheutuvia hiilidioksidipäästöjä sekä epäsuoria dityppioksidipäästöjä, joita aiheutuu esimerkiksi typen haihtumisesta lannan levityksestä. Tämän tutkielman perusteella suomalaisen raakamaidon hiilijalanjälki oli 1,02 kg CO2 ekv./kg EKM. Lannan prosessointimenetelmästä saatava biokaasu voidaan hyödyntää korvaamalla raskaan liikenteen fossiilisia polttoaineita. Fossiilisten polttoaineiden korvaamisesta saatavat päästövähennykset kohdennettiin alkutuotantoon. Huomioimalla kaikki edellä mainitut päästövähennykset saatiin suomalaisen raakamaidon hiilijalanjälkeä pienennettyä keskimäärin 14,3 %.

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää kuivamädätysperiaatteella toimivan biokaasulaitoksen kannattavuutta ja siihen vaikuttavia tekijöitä 360 lypsylehmän esimerkkitilalla. Lisäksi selvitettiin biokaasuinvestoinnin vaikutus kuvitteellisen esimerkkitilan käyttämän energian hiilijalanjälkeen. Tarkasteltavan biokaasulaitoksen prosessin raaka-aineina käytettiin tilalla syntyvää naudan lietelannan kuivajaetta ja nurmisäilörehua. Kannattavuuslaskennassa biokaasuinvestointia verrattiin vaihtoehtoisiin energiantuotantomuotoihin, joita olivat hake- ja öljylämmitys sekä ostosähkö. Vertailtavien vaihtoehtojen investointikustannusten määrittämisessä hyödynnettiin laitevalmistajilta kysyttyjä tarjouksia. Taloudellista kannattavuutta tutkittiin takaisinmaksuajan, sisäisen korkokannan ja annuiteettimenetelmän avulla. Biokaasulaitoksen vaikutus esimerkkitilan käyttämän energian kasvihuonekaasupäästöihin selvitettiin hallitustenvälisen ilmastonmuutospaneelin laskentamenetelmien avulla. Kuivamädätysmenetelmällä tapahtuva biokaasun tuotanto ei osoittautunut kannattavaksi esimerkkitilan tapauksessa. Kannattavuutta alentavia tekijöitä ovat biokaasulla korvattavan energian edullisuus, nurmisyötteen tuotantokustannukset ja biokaasulaitoksen erittäin korkea investointikustannus. Biokaasulaitoksella voidaan kuitenkin saavuttaa selviä ympäristöhyötyjä kasvihuonekaasupäästöjen vähentyessä.

The profitability of grain cultivation has diminished as the prices of inputs have increased relative to the prices of grain. Long term monoculture of grains decreases yields. Organic farming shows increased profitability but the availability of organic fertilizers is restricted. This thesis searched solutions to the described challenges by means of biogas production. The study investigated impacts of a common biogas plant for the operation and economy of three case farms located in North Ostrobothnia. The impacts were examined from the perspective of farm acting as a raw materials producer and digestate utilizer. The cost-effectiveness of the biogas production was studied outside this study. One of the three farms produced pork, one grains and the last suckler cows. The pork and the grain farms would produce energy grass and the suckler cow farm would supply manure to the biogas production. The effects of the biogas production on the operation and economy of the farms were studied in scenarios where the variables were production method (conventional/organic) and biogas production technology (continuous/batch). It was also compared whether it was profitable for the conventional farms to converse to organic farming if the biogas production was not applied. The objective was to determine which of the scenarios was the most economically viable. The yields of the different scenarios were estimated according to the available nitrogen fertilization. The economic parameters were the value of the crop, the agricultural subsidies and variable and fixed costs. The viability of the scenarios was compared with the amount of surplus which covers the farming expenses that did not vary between the scenarios. For each farm a different scenario was the most profitable. The surplus of the current scenario was the lowest for each of the farms. The conclusions discussed the results of the feasibility study of biogas production. The batch digestion showed better profitability than the continuous digestion but neither obtained the pursued profitability. The comprehensive cost-effectiveness of all the farms and the common biogas plant was considered. The best alternative was the conversion of the conventional farms to organic farming without biogas production and applicable co-operation of the pork and the suckler cow farms in the crop rotation.