Artikkelit jotka sisältää sanan 'Biopolttoaine'

Metsä uusiutuvana luonnonvarana tarjoaa mahdollisuuksia edistää biotaloutta, energiaturvallisuutta ja ympäristöhyötyjä. Väitöskirjan tavoitteena on analysoida metsäbiomassaan perustuvan bioenergiatuotannon kasvavaa potentiaalia (metanoli, Fischer Tropsch biodieseli, CHP) Suomessa. Tutkimuksessa sovellettiin spatiaalisesti täsmällistä, teknillis-taloudellista Mixed Integer Linear Programming (MILP) -mallia, jolla optimoitiin uusien bioenergian jalostusyksiköiden sijoituspaikkakuntia minimoimalla tuotantoketjun kokonaiskustannuksia. Samalla otettiin huomioon metsäresurssin tarjonta, teollisuuden kilpailutekijät ja energian kysyntä. Optimointimallin soveltamisen lisäksi toteutettiin Puolassa 210 maanviljelijän kyselytutkimus, jolla tunnistettiin keskeisiä yhteiskunnallisia parametrejä, joiden hyödyntäminen auttaa tulevaisuudessa optimoimaan tuotantoyksiköiden sijaintia, kun otetaan huomioon bioenergiatuotannon arvoketjun taloudelliset, ympäristöön liittyvät sekä yhteiskunnalliset näkökohdat.

Tutkimuksen tulokset tarjoavat investoijille ja päätöksentekijöille arvokasta tietoa, kun hahmotellaan energiaa koskevaa maantieteellistä suunnittelustrategiaa, ja kohdataan samalla nestemäisten liikennepolttoaineiden ja metsähakkeen osalta Suomen 2020 -luvun energiatuotannon tavoitteet. Mallin tulokset sisältävät kustannusperusteisesti optimaalisen laitospaikkakunnan, teknologiavalinnan, raaka-ainevarannon allokoinnin mukaan lukien tuontimahdollisuus, raaka-aineen tarjontaketjun, sivutuotteiden myyntitulot ja hiilidioksidipäästöjen vähenemisen. Malliparametrien herkkyystarkastelu osoitti, että investointikustannukset, konversiotehokkuus ja lämmön hintavaihtelut olivat yksikkövaikutuksien osalta merkittävimpiä parametrejä. Seuraavia vaikutusten merkittävyyden suhteen olivat raaka-aineen hinta, sähkön hinta, tuet ja kuljetuskustannukset. Havaitut parametrimuutokset epävarmoissa markkinaolosuhteissa, joita epävakaat politiikkatoimet ruokkivat, aiheuttaisivat tulevaisuudessa biopolttoaineisiin ja CHP-tuotantoon perustuvalle teollisuudelle merkittäviä haasteita niiden edistäessä metsäbiomassan käyttöä. Kyselytutkimus osoitti, että maanviljelijöiden halukkuus tarjota biomassaa saattaisi olla saatavuuden suhteen olennainen tuotannollinen varmuustekijä nestemäisten biopolttoaineiden tuotannolle ja CHP-teollisuudelle. Sosiaalisesti kattavien politiikkatoimien aikaan saaminen on siksi välttämätöntä pitkän aikavälin markkinavakautta ja tulevaisuuden menestymistä tavoittelevalle bioenergiateollisuudelle.

• Natarajan, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: karthikeyan.natarajan@uef.fi

Euroopan energia- ja ympäristöpolitiikalla on laaja vaikutus pohjoismaisiin metsätuotemarkkinoihin. Opinnäytetyössä keskitytään neljään pääkysymykseen. Ensinnäkin Suomen ja Ruotsin metsätuotteiden markkinoiden kulutuksen, tuotannon ja kaupan maailmanlaajuisten muutosten vaikutukset. Toiseksi tutkitaan fossiilisten polttoaineiden (hiili) korvaamista metsäpohjaisen biopolttoaineen avulla edistävien toimenpiteiden tehokkuutta. Kolmanneksi verrataan ja arvioidaan pohjoismaiden tutkimustietoa Euroopan unionin muiden alueiden kanssa, mikä perustuu asiantuntijoiden käsityksiin Euroopan unionin 2020-tavoitteiden saavuttamisesta. Neljänneksi ennustetaan Ruotsin, Suomen, Tanskan ja Norjan uusiutuvan energian ja puupolttoaineen energian tuotannon keskinäistä vuorovaikutusta. Ensimmäisessä ja neljännessä tutkimuksessa tehtiin ekonometrinen analyysi, toinen tutkimus suoritettiin kehittämällä teoreettinen malli, ja kolmannessa tutkimuksessa analysoitiin kyselylomakkeella kerättyä dataa.

Tulokset osoittavat, että vuosina 1981–2012 rakennemuutosvuodet olivat 1991 ja 1992 suomalaisen mallin osalta ja 2004, 2005 ja 2006 Ruotsin mallin osalta. Fossiilisten polttoaineiden korvaava tutkimus osoitti, että verojen ja tukien yhdistäminen lisää biopolttoaineiden kokonaiskysyntää ja lisää fossiilisten polttoaineiden korvaamista noin 19% ja 31%. Alueellinen arviointi osoitti, että Pohjoismaiden asiantuntijoiden mielestä, joita oli valtaosa (82–93%) Euroopan unionin asiantuntijoista, vakaita ja riittäviä kannustimia ehdotettiin uusiutuvan energian tavoitteiden saavuttamiseksi biomassalle. Yleinen mielipide oli, että 2020-tavoitteita ei saavuteta. Lopuksi uusiutuvan energian ja puupolttoaineen välinen arvio osoittaa, että uusiutuvien energialähteiden saannilla oli aina positiivinen reaktio ja puupolttoaineella oli aina negatiivinen reaktio omiin ja keskinäisiin positiivisiin impulsseihin. Opinnäytetyössä todetaan, että verot ja tuet vaikuttavat yhdessä voimakkaasti fossiilisten polttoaineiden korvaamiseen metsäpohjaisilla biopolttoaineilla. Odottamattomat impulssit voivat lisätä uusiutuvan energian tuotantoa ja vähentää puupolttoaineiden tuotantoa, ja johdonmukaiset ja riittävät poliittiset välineet ovat välttämättömiä Euroopan unionin tavoitteiden saavuttamiseksi.

• Khanam, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: tahakh@student.uef.fi

Torrefioidun puun kosteusominaisuudet ja lahoaminen varastoinnin aikana Globaalia ilmastonmuutosta pyritään hidastamaan korvaamalla fossiilisia polttoaineita uusiutuvilla energianlähteillä ja tähän liittyvä tutkimus on yhä tärkeämmässä asemassa. Suomessa puuta on perinteisesti hyödynnetty biopolttoaineena ja sen ominaisuudet tunnetaan hyvin. Puulla, kuten kaikilla selluloosapohjaisilla biomassoilla, on kuitenkin joitain ongelmallisia ominaisuuksia. Kosteus vaikuttaa näiden polttoaineiden toimitusketjuun negatiivisesti hankaloittaen logistiikkaa ja polttoa. Puun hygroskooppisuus johtaa varastoinnin yhteydessä lahoamiseen, josta seuraa kuiva-ainetappioita. Tähän ongelmaan on etsitty ratkaisua lämpökäsittelyllä, torrefioinnilla, jossa puun hygroskooppisuutta vähenee. Torrefioidun materiaalin on sanottu olevan biologisesti lahoamatonta, eikä se siten ole alttiina kuiva-ainehäviölle. Aiheesta ei kuitenkaan ole monia tutkimuksia ja torrefioidun materiaalin varastointiominaisuuksien selvittämisen on osoitettu olevan tärkeä tutkimusalue. Tämä väitöskirja pyrkii vastaamaan kysymyksiin torrefioidun puun ja hiilen varastointiominaisuuksista ja erityisesti kosteuden vaikutuksesta varastoitavuuteen. Tämä väitöskirja koostuu neljästä osajulkaisusta, joissa tutkitaan monipuolisesti torrefioidun kuusen ja koivun, sekä samoista lähdemateriaaleista valmistetun hiilen, kosteusominaisuuksia. Yhdessä osajulkaisussa verrataan torrefioitujen ja höyryräjäytettyjen pellettien ominaisuuksia tiivistämättömään materiaaliin. Tutkimusmateriaali otti itseensä vain pieniä määriä vesihöyryä ja hiukkaskoko sekä materiaalin hydroksyyliryhmien saavutettavuus pienenivät. Vaikka kapillaarinen absorptio hidastui, vedenottokapasiteetti kasvoi. Tämä johti korkeisiin kosteusprosentteihin varastointikokeiden aikana. Torrefioidusta materiaalista eristettiin runsaasti erilaisia sieniä ulkovarastointikokeen aikana. Moni tunnistetuista suvuista piti sisällään tunnettuja allergeenejä. Kokeissa myös osoitettiin, että torrefioidut pelletit eivät siedä vettä ja ne tulisi varastoida katettuina. Tutkimuksissa osoitettiin oikeanlaisen, katetun varastoinnin sekä työturvallisuuden tärkeys.

• Kymäläinen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: Maija.kymalainen@helsinki.fi

Lignoselluloosabiomassan käyttö fermentoinnilla tuotetun biobutanolin biojalostusprosesseissa Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli käyttää lignoselluloosabiomassaa - ohran olkea - biobutanolin tehokkaassa tuotannossa. Ohran oljen hemiselluloosa erotettiin selluloosasta laimealla rikkihappo- esikäsittelyllä. Esikäsittelyssä syntynyt hydrolysaatti fermentoitiin yhdessä tärkkelys biomassan kanssa (yhteisfermentointi) asetoni-butanoli-etanoli (ABE) liuokseksi. Työssä tutkittiin kaksi erilaista yhteisfermentointiprosessia: I) Ohran olki sekoitettiin yhteen ohran jyvien kanssa ja seos käsiteltiin laimea happo -esikäsittelyllä. Hemiselluloosasta ja tärkkelyksestä hydrolysaattiin vapautuneet sokerit fermentoitiin biobutanoliksi; II) esikäsitelty ohran olki hydrolysaatti ja gelatinoitu tärkkelys liuos sekoitettiin ja fermentoitiin. Esikäsittelyssä syntynyt kiinteä jäännös, joka pääosin sisältää selluloosaa, hydrolysoitiin fermentoituviksi sokereiksi yhtäaikaisesti sellulaasilla ja ksylanaasilla yhdessä pinta-aktiivisten lisäaineiden kanssa. Syntynyt liuos fermentoitiin ABE fermentoinnilla. Kypsymättömästä ohrasta tehtyä tuoretta säilörehua tutkittiin esimerkkinä tärkkelyksen ja lignoselluloosan yhteisfermentoinnista biobutanoliksi. Ohran olki ja jyvä sekoituksen (prosessi I) optimaalinen sokerisaanto saatiin esikäsittelyolosuhteissa jossa käytettiin 1,5 % rikkihappoa 60 minuuttia. Yksiprosenttinen rikkihappo tuotti kuitenkin paremman ABE fermentointituloksen hydrolysaattisekoituksena kuin 1,5 % rikkihappo.  Tämän liuoksen (1% rikkihappokäsittely) fermentointi tuotti 11,3 g/l ABE liuosta mutta vain 19 % pentoosisokereista oli kulutettu. Prosessi II:ssa jossa fermentointiin liuosta joka oli esikäsitellystä olki ja jyvä sekoituksesta tuotti enemmän ABE liuosta (13,5 g/l) kuin prosessi I, ja 95 % pentoosisokereista oli kulutettu. Kypsymättömän ohran esikäsittelystä syntyvä hydrolysaatti, johon lisättiin gelatinoitua tärkkelystä, tuotti 9,0 – 10,9 g/l ABE liuosta. Ksylanaasin, sellulaasin ja pinta-aktiivisten aineiden (PEG 4000) yhteiskäyttö esikäsittelystä jäävän kiinteän aineen hydrolyysissä lisäsi glukoosin ja ksyloosin tuottoa verrattuna käsittelyyn ilman ksylanaasia ja PEG 4000. Lisääntynyt sokereiden saanto lisäsi ABE tuottoa 93,8 g/kg 135 g/kg esikäsiteltyä olkea. Tulokset viittaavat siihen, että olkibiomassasta tuotettu hemiselluloosa lisättynä sopivalla määrällä tärkkelystä sisältävää biomassaa on käyttökelpoinen raaka-aine biobutanolin tuotannossa. Hemiselluloosan tehokkaassa hyödyntämisessä prosessi II näyttää parhaimmalta erityisesti kun on useita biomassoja käytössä. Ksylanaasin ja pinta-aktiivisten aineiden lisäys sellulaasilla tehtyyn hydrolyysiin tuotti hyvälaatuista materiaalia biobutanolifermentointiin. Vihreä ohrasäilörehu tuotti selvitetyillä esikäsittelymenetelmillä hyvin biobutanolia, mikä indikoi vihersäilörehun potentiaalia biojalostusprosesseissa.

• Yang, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: ming.yang@uef.fi