Comparison of energy and greenhouse gas balances of biogas with other transport biofuel options based on domestic agricultural biomass in Finland

Abstract

Tutkimuksen tavoitteena oli verrata peltobiokaasun energia- ja kasvihuonekaasutaseita muihin kotimaisiin liikenteen biopolttoainevaihtoehtoihin. Peltobiokaasun elinkaariset kasvihuonekaasupäästöt ja energiatase laskettiin, kun raaka-aineena oletettiin käytettävän timotei-apilanurmi- ja ruokohelpisäilörehua. Yhtenä vaihtoehtona tarkasteltiin luomukasvintuotantotilan viherlannoitusalan käyttöä biokaasun raaka-aineena. Lisäksi tutkittiin lannoitevalintojen vaikutuksia taseisiin. Biokaasun energiapanos ja kasvihuonekaasupäästöt olivat pienemmät kuin ohraetanolilla ja rypsibiodieselillä. Energiapanoksen suuruus peltobiokaasulla oli raakaaineesta riippuen noin 22 37% tuotoksesta, kun taas kotimaisen ohraetanolin energiapanoksen on arvioitu olevan 82% ja rypsibiodieselin 50% tuotoksesta. Kasvihuonekaasupäästöt ohraetanolilla ja rypsibiodieselillä on arvioitu jopa ylittävän fossiilisten polttoaineiden päästöt, kun taas peltobiokaasun elinkaaren aikaiset kasvihuonekaasupäästöt olivat vain noin 21 36% fossiilisten polttoaineiden päästöistä. Lannasta, elintarviketeollisuuden jätteistä ja orgaanisesta yhdyskuntajätteestä valmistetun biokaasun kasvihuonekaasupäästöjen on arvioitu olevan noin 13 23% fossiilisten polttoaineiden kasvihuonekaasupäästöistä. Suurin energiapanos vaadittiin biokaasureaktorin lämmityksessä, kun taas kasvihuonekaasupäästöistä suurin osa syntyi viljelyssä. Peltobiokaasun tuotannossa suurimmat kasvihuonekaasupäästölähteet olivat työkoneiden polttoaineiden päästöt, maan dityppioksidipäästöt sekä biomassan säilöntään käytetyn rehunsäilöntäaineen valmistuksen päästöt. Säilöntäaine tosin voidaan korvata reaktorin mikrobisiirroksella. Energia-, kasvihuonekaasu- sekä ravinnetaseiden kannalta olisi kannattavinta käyttää bioenergian raakaaineena ensisijaisesti maatalouden, elintarviketeollisuuden ja yhdyskuntien orgaanisia jätteitä ja sivutuotteita. Biokaasuteknologia tarjoaa tähän erinomaisen mahdollisuuden, sillä biokaasua voidaan valmistaa kaikesta orgaanisesta aineksesta. Lisäksi biokaasuteknologia mahdollistaa ravinteiden tehokkaan kierrätyksen, sillä biokaasutusjäännös on erinomaista lannoitetta.

Biofuels have been promoted as a way to reduce greenhouse gas (GHG) emissions, but it is questionable whether they indeed do so. The study compared energy and GHG balances of transport biofuels produced in Finnish conditions. Energy and GHG balances were calculated from a life cycle perspective for biogas when timothy-clover and reed canary grass silages and green manure of an organic farm were used as a raw material. The results were compared with published data on barley-based ethanol, rape methyl ester (biodiesel) and biowaste-based biogas. The energy input for biogas was 22 37% of the output depending on the raw material. The GHG emissions from field-based biogas were 21 36% of emissions from fossil-based fuels. The largest energy input was used in the processing of the biofuels while most of the greenhouse gases were emitted during farming. The GHG emissions of the field-based biogas were emitted mainly from fuels of farming machinery, nitrous oxide (N2O) emissions of the soil and the production of ensiling additives. The energy efficiency was most sensitive to the methane yield, and GHG emissions to the N2O emissions. Biogas had clearly lower energy input and GHG emissions per unit energy output than domestic barley-based ethanol and biodiesel.