Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 Kohti biokaasun liikennekäyttöä Pohjois-Savossa FarmGas-PS 2 -hankkeen raportti hajautetusta biokaasuntuotannosta Saija Rasi, Jukka Markkanen, Ville Pyykkönen, Kalle Aro, Ari-Matti Seppänen, Olli Niskanen, Seppo Mönkkönen, Miika Kahelin ja Sari Luostarinen Luonnonvarakeskus, Helsinki 2022 Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 Kohti biokaasun liikennekäyttöä Pohjois-Savossa FarmGas-PS 2 -hankkeen raportti hajautetusta biokaasuntuotannosta Saija Rasi, Jukka Markkanen, Ville Pyykkönen, Kalle Aro, Ari-Matti Seppänen, Olli Niskanen, Seppo Mönkkönen, Miika Kahelin ja Sari Luostarinen Viittausohje: Rasi, S., Markkanen, J., Pyykkönen, P., Aro, K., Seppänen, A.-M., Niskanen, O., Mönkkönen, S., Kahelin, M. ja Luostarinen S. 2022. Kohti biokaasun liikennekäyttöä Pohjois-Savossa : FarmGas-PS 2 -hankkeen raportti hajautetusta biokaasuntuotannosta. Luonnonvara- ja biota- louden tutkimus 51/2022. Luonnonvarakeskus. Helsinki. 44 s. Saija Rasi ORCID ID, https://orcid.org/0000-0002-4007-9783 ISBN 978-952-380-453-1 (Painettu) ISBN 978-952-380-454-8 (Verkkojulkaisu) ISSN 2342-7647 (Painettu) ISSN 2342-7639 (Verkkojulkaisu) URN http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-380-454-8 Copyright: Luonnonvarakeskus (Luke) Kirjoittajat: Saija Rasi, Jukka Markkanen, Ville Pyykkönen, Kalle Aro, Ari-Matti Seppänen, Olli Niskanen, Seppo Mönkkönen, Miika Kahelin ja Sari Luostarinen Julkaisija ja kustantaja: Luonnonvarakeskus (Luke), Helsinki 2022 Julkaisuvuosi: 2022 Kannen kuva: Saija Rasi Painopaikka ja julkaisumyynti: PunaMusta Oy, http://luke.omapumu.com/fi/i http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-380-454-8 Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 3 Tiivistelmä Saija Rasi1, Jukka Markkanen1, Ville Pyykkönen1, Kalle Aro1, Ari-Matti Seppänen1, Olli Niskanen1, Seppo Mönkkönen2, Miika Kahelin2 ja Sari Luostarinen1 1Luonnonvarakeskus 2Savonia ammattikorkeakoulu Suomi tavoittelee kunnianhimoisesti kasvavaa biokaasuntuotantoa ja tehokkaampaa ravintei- den kierrätystä. Merkittävimmät biokaasuntuotantoon käyttökelpoiset, vielä vähäisellä käytöllä olevat biomassat, ovat maataloudessa. Tämä korostuu Pohjois-Savon kaltaisella maatalousval- taisella alueella. Biokaasulaitosten määrän kasvua myös maatilamittakaavassa ovat kuitenkin hidastaneet kannattavuuden haasteet. Tässä hankkeessa tarkasteltiin hajautetun biokaasun- tuotannon mallia, jossa useissa maatilalaitoksissa tuotettu biokaasu hyödynnetään keskitetyn jakelupisteen kautta liikenteen polttoaineena. Hankkeen laskelmien mukaan Pohjois-Savossa on kustannustehokkainta tuottaa biometaania keskitettyyn jakeluun siten, että biokaasu jalostetaan ja paineistetaan jokaisella konseptissa mukana olevalla biokaasulaitoksella. Sen jälkeen paineistettu biometaani kuljetetaan autokul- jetuksena keskitettyyn jakelupisteeseen. Siellä biometaani voidaan edelleen nesteyttää raskaan liikenteen käyttöön. Konseptin kokonaiskustannuksista noin 70 % kohdistuu tilakohtaisille biokaasulaitoksille. Kui- tenkin myös kuljetuksen ja varastoinnin kustannukset ovat merkittävät verrattuna suuren kes- kitetyn laitoksen biometaanin tuotantoon. Muodostuvaan kuluttajahintaan ja biometaanin myynnistä saataviin tuottoihin vaikuttaa merkittävästi myös jakeluvelvoite ja sen mukana tuleva tikettikauppa, jonka merkitystä hintoihin on kirjoitushetkellä vaikea arvioida. Tilojen näkökulmasta keskitetty biometaanin jakelu tuo yhden suuren ja vakaan asiakkaan, jonka vastuulla on tuotteen varastointi, markkinointi ja jakelu loppukäyttäjälle. Suuri investointi voi kuitenkin olla tiloille haastava. Myös tilakoon on oltava keskimääräistä pohjoissavolaista tilakokoa suurempi tai lisäsyötteiden määrä merkittävä, jotta päästään kannattavuuden kan- nalta tarpeeksi suureen laitoskokoon. Jakelijan näkökulmasta hajautettu tuotanto mahdollistaa monipuolisten raaka-aineiden käytön biometaanin tuotannossa. Jakelija voi myös keskittyä biometaanin myyntiin, kun biokaasulai- toksia operoivat viljelijät, ja mädäte ravinteineen jää tilojen omaan käyttöön. Mahdollinen tarve siirtää ravinteita tilalta tai alueelta toiselle on kuitenkin arvioitava erikseen, sillä alueittaiset olo- suhteet vaihtelevat merkittävästi. Politiikkaympäristö on lähtökohtaisesti biokaasua kohtaan myönteinen, ja biokaasun käyttöä pyritään edistämään sekä kansallisella tasolla että maakunta- ja kuntatasoilla. Tietoisuus bio- kaasun mahdollisuuksista kasvaa jatkuvasti, ja toimivilla esimerkeillä on suuri rooli biokaasulii- ketoiminnan edistämisessä. Keskeisimmät hidasteet biokaasukentälle syntyvät tuotannon hei- kosta kannattavuudesta, biokaasun tulevaisuuteen liittyvistä epävarmuuksista sekä ohjauskei- nojen monimutkaisuudesta ja ennakoimattomuudesta. Maatilamittakaavassa maatilojen hei- kentynyt taloustilanne ja jaksaminen ovat viime aikoina hidastaneet investointeja. Oikeudenmu- kaisuuden näkökulmasta on tärkeää, että viljelijät saavat tunnustusta niistä päästövähennyksistä, jotka on osaltaan mahdollistettu viljelijöiden investoinneilla ja työpanoksella. Näin siitä huoli- matta, että tiloilla tuotettu biokaasu käytettäisiin maatalouden ja maatilojen ulkopuolella. Asiasanat: Biokaasu, biometaani, uusiutuva energia, liikennepolttoaine, ravinteiden kierrätys Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 4 Sisällys 1. Johdanto .................................................................................................................. 6 2. Hajautettu biokaasuntuotanto .............................................................................. 7 2.1. Konseptin periaate ......................................................................................................................................... 7 2.2. Konseptin mallinnus Pohjois-Savossa ..................................................................................................... 8 2.3. Hajautetun toimintakonseptin tekniikkaselvitys .............................................................................. 10 2.3.1. Biokaasun varastointi ......................................................................................................................... 10 2.3.2. Biokaasun kuljetus ............................................................................................................................... 10 2.3.3. Biokaasun jalostus biometaaniksi ................................................................................................. 11 2.3.4. Biometaanin kuljetus .......................................................................................................................... 11 2.3.5. Jalostetun biometaanin nesteytys................................................................................................. 12 2.4. Biokaasuliiketoimintaan liittyvien hintojen määrittely ................................................................... 12 2.4.1. Toteutunut biokaasun hintakehitys liikennepolttoaineena ................................................ 12 2.4.2. Maatilojen energiankäyttö ja energian hinnat ......................................................................... 13 2.4.3. Lannoitearvo ja lantalogistiikan hyödyt ...................................................................................... 15 2.5. Hajautettu biokaasuntuotanto, teoreettisen konseptin kustannukset Pohjois-Savossa .. 16 2.5.1. Biokaasun ja biometaanin tuotantokustannukset .................................................................. 17 2.5.2. Biometaanin kuljetuksen, varastoinnin ja jakelun kustannukset ...................................... 18 2.6. Biometaanin käyttäjäpotentiaali Pohjois-Savossa ........................................................................... 19 3. Esimerkkitilat ja -biokaasulaitokset Pohjois-Savossa ....................................... 21 3.1. Esimerkkilaitosten perustiedot................................................................................................................ 21 3.2. Esimerkkilaitosten taloudellinen kannattavuus biokaasun eri käyttövaihtoehdoissa........ 23 3.2.1. Maitotila (A) ........................................................................................................................................... 23 3.2.2. Lihakarjatila (B) ..................................................................................................................................... 24 3.2.3. Kahden maitotilan yhteinen laitos (C) ......................................................................................... 25 3.2.4. Lihakarjatilan ja kasvintuotantotilojen yhteislaitos (D) ......................................................... 27 4. Konseptiin liittyviä muutospaineita, esteitä ja ajureita .................................... 28 4.1. Tausta ja menetelmät ................................................................................................................................. 28 4.2. Politiikkatavoitteet ja ohjauskeinot ....................................................................................................... 29 4.3. Ympäristöajurit ja -hidasteet ................................................................................................................... 29 4.4. Sosiaaliset ajurit ja hidasteet ................................................................................................................... 30 4.5. Teknis-taloudelliset ajurit ja hidasteet ................................................................................................. 30 4.6. Paikallisten arvoketjujen muodostuminen ......................................................................................... 31 5. Yhteenveto ............................................................................................................. 33 Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 5 Viitteet .......................................................................................................................... 36 Liitteet .......................................................................................................................... 40 Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 6 1. Johdanto Suomi tavoittelee kunnianhimoisesti kasvavaa biokaasuntuotantoa ja tehokkaampaa ravintei- den kierrätystä. Suurin vielä käyttämätön potentiaali biokaasuntuotannossa on maatalouden biomassoissa, mukaan lukien kotieläintuotannon lannat ja erilaiset kasvibiomassat. Lanta on tärkein biomassa myös ravinteiden kierrätyksen kannalta. Pohjois-Savossa merkittävimmät bio- kaasuntuotantoon käyttökelpoiset biomassat ovat maataloudessa. Etenkin vahvan lypsykarja- tuotannon lanta, osin myös lihakarjatuotannon lanta, ja kasvintuotannon sivuvirrat voisivat mahdollistaa merkittävän biokaasuntuotannon ja tehostaa ravinteiden käyttöä paikallisesti ja alueellisesti. Kiinnostus biokaasuntuotantoon maatalousperäisistä biomassoista on kasvanut viime vuosina, mutta haasteena on edelleen ollut taloudellinen kannattavuus. Maatilamittakaavassa, etenkin nautakarjatiloilla, lämmön ja sähkön tarpeen ajallinen vaihtelu sekä kokonaistarve eivät aina vastaa biokaasulaitoksen tuotantoa. Liikenteen polttoaineena biokaasusta saa parhaimman myyntihinnan, mutta jalostus- ja jakelulaitteiston investointihinta on korkea ja maatilat usein kaukana valtateistä, jolloin kaasun markkinointi ja myynti ovat haasteellista. Keskitetyn biokaa- suntuotannon haasteena maatilojen biomassoja käytettäessä taas ovat olleet raaka-aineen sekä mädätteen pitkät kuljetusmatkat tai mädätteen kuljetettavuuden lisäämiseksi tarpeellisen jalostamisen kustannukset. FarmGas-PS 2 -hankkeen yhtenä päätavoitteena oli edistää maatilojen omien tai maatilojen yhteisten biokaasulaitosten investointeja. Hanke on jatkoa FarmGas-PS 1 -hankkeelle, jossa ra- portoitiin alueen erityispiirteet sekä aikaisemmista biokaasuhankkeista kerätty tieto (Pyykkö- nen ym. 2021). Tavoitteen toteuttamiseksi tarkasteltiin vaihtoehtoa, jossa biokaasuntuotanto ja mädätteen hyödyntäminen lannoituksessa tapahtuvat hajautetusti maatiloilla, mutta biokaa- sun sisältämä energia hyödynnetään keskitetysti joko paineistettuna tai nesteytettynä biome- taanina. Tällöin kaasun hyödyntäjinä voivat olla myös nesteytettyä biokaasua käyttävät tahot, kuten raskas liikenne. Hajautetun konseptin toimintamahdollisuuksia tarkasteltiin Pohjois-Sa- vossa muodostuvan biomassan määrän ja sijainnin sekä teknisten ratkaisumahdollisuuksien kannalta. Tarkastelussa painotettiin lannan määrää ja sijaintia pääasiallisena raaka-aineena. Lannan lisäksi huomioitiin muita tiloilla syntyviä sivuvirtoja sekä nurmen käyttöä lisäraaka-ai- neena. Tässä raportissa esitetään hajautettuun biokaasuntuotantoon perustuvan toimintamallin kus- tannuksia toimintaketjun eri vaiheissa. Toimintamallin kustannusten lisäksi havainnollistetaan esimerkkitilojen avulla maatilalle aiheutuvat investointi- ja käyttökustannukset sekä tuotot, kun biokaasu hyödynnetään toimintamallin mukaisesti keskitetyn jakelun kautta. Lisäksi esimerkki- tilojen kustannuksia ja tuottoja verrataan tilanteeseen, jossa vastaavat laitokset toimivat itse- näisesti toimintamallin ulkopuolella (hyödyntäen tuotetun biokaasun sähkönä ja lämpönä tai myymällä biometaanin suoraan tilalta kuluttajalle). Lisäksi tarkastellaan hajautetun biokaasun- tuotannon toimintakonseptiin liittyviä muutospaineita, esteitä ja ajureita Pohjois-Savon toimi- joiden näkökulmasta. Luonnonvarakeskuksen ja Savonia-ammattikorkeakoulun toteuttamaa hanketta rahoittaa Eu- roopan unionin aluekehitysrahasto Pohjois-Savon liiton kautta. Mukana ovat myös Kiuruvesi, Kuopio, Iisalmi, Vieremä, Lapinlahti, Sonkajärvi ja Siilinjärvi sekä Valio Oy, MTK-Pohjois-Savo, SKAL Itä-Suomi ry, Savon Voima ja Stora Enso. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 7 2. Hajautettu biokaasuntuotanto 2.1. Konseptin periaate Tässä hankkeessa tarkasteltiin tilannetta, jossa maatalouden sivuvirrat ovat hajallaan, jolloin raaka-aineiden kuljetusmatkat keskitettyyn biokaasulaitokseen kasvavat kustannusten kannalta haasteellisiksi. Raaka-aineiden ja tuotetun biokaasun kuljetettavuutta voidaan tarkastella hyvin karkeasti, jos verrataan niiden sisältämää energiamäärää (Taulukko 1). Vertailu ei ole täysin ta- sapuolista, sillä vertailu ei huomioi energiapanoksia, joita tarvitaan energiamäärän tuotta- miseksi. Välimatkojen kasvaessa energiatiheyden merkitys kuljetuksissa kuitenkin lisääntyy. Taulukko 1. Esimerkki, miten paljon energiaa noin kuution tilavuus sisältää eri jakeilla. Esimerkki kWh Naudan lietelanta (1 000 kg/m3) 140 Säilörehu (500 kg/m3) 430 Biokaasu (70 bar) 410 Paineistettu biometaani (250 bar) 2 500 Nesteytetty biometaani (~160 °C) 5 800 Tämän hankkeen hajautetun biokaasuntuotannon konseptissa maatalouden sivuvirtoja hyö- dynnetään syntypaikalla ja tuotettua biokaasua kuljetetaan keskitettyyn jakelupisteeseen. Ha- jautettuun konseptiin ja sen teknisiin ratkaisuihin vaikuttavat raaka-aineena käytettävien bio- massojen sijainti, keskitetyn jakelupisteen potentiaalinen sijainti sekä sen etäisyys biokaasua tuottaviin laitoksiin. Etäisyydet sekä yksittäisten biokaasulaitosten tuotantokapasiteetit vaikut- tavat kaasun siirtoon ja jalostukseen valittaviin teknologioihin ja edelleen konseptin kustan- nuksiin. Tässä hankkeessa tarkasteltiin seuraavia vaihtoehtoisia toteutustapoja hajautetulle konseptille: • Biokaasun putkikuljetus maatilojen laitoksilta keskitettyyn jakelupisteeseen, jossa tapahtuu biokaasun jalostus ja paineistus/nesteytys biometaaniksi. • Biokaasun jalostus biometaaniksi ja paineistus maatilojen laitosten yhteydessä. Tuotetun biometaanin putki- tai autokuljetus keskitettyyn jakelupisteeseen. • Biokaasun jalostus biometaaniksi ja nesteytys maatilojen laitosten yhteydessä. Nesteytetyn biometaanin autokuljetus keskitettyyn jakelupisteeseen. • Biokaasun jalostus ja paineistus/nesteytys maatilojen laitoksilta kiertävällä mobiiliratkaisulla. Tuotetun biometaanin kuljetus keskitettyyn jakelupisteeseen. Laitosverkoston kokonaisenergian tuotannon tavoitteeksi päätettiin alan toimijoiden kanssa käytyjen keskustelujen perusteella 25 GWh, joka vastaa 2,5 milj. m3 metaania. Syötteinä tämän kaasumäärän tuottaminen edellyttää esimerkiksi noin 116 500 t naudan lietelantaa ja 11 650 t nurmimassaa, jos kyseisten massojen biometaanipotentiaalista toteutuu 90 %. Seuraavissa kap- paleissa tarkastellaan Pohjois-Savon maatalouden sivuvirtojen määrää ja sijaintia sekä teknisiä reunaehtoja hajautetulle konseptille. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 8 2.2. Konseptin mallinnus Pohjois-Savossa Konseptin mallinnustyössä käytettiin Biomassa-atlasta, viljelijäkyselyä ja Valion tiloiltaan kerää- mästä lantakeskittymästä koottuja aineistoja. Aineiston tarkastelu päätettiin rajata biomassojen osalta nautojen lietelantoihin, jolloin laitostekniikat eivät rajoita mallinnusta. Tiedossa oli myös Pohjois-Savon biomassapotentiaalin painottuminen naudan lantaan (Pyykkönen ym. 2021). Lantakeskittymät syötettiin karttaohjelmistoon kylän tarkkuudella ja oletettiin, että kyseisen si- jainnin tilakohtainen tai useamman maatilan yhteinen laitos pystyy käsittelemään kaikki lanta- keskittymän lietelannat. Laitosten yhteydestä oletettiin löytyvän säilörehua tai muuta ylijää- mänurmea noin 10 % laitoksen käsittelemästä lantamäärästä (tuorepainona). Tämä nurmi- määrä lisättiin osaksi laitosten syöteseosta nostamaan kuiva-aineen määrää mädätyksessä sekä tehostamaan kaasuntuottoa. Määrän oli kuitenkin maltillinen RED II direktiivin kestävyystarkas- telun kannalta (Rasi ym. 2019). Keskittymien kartta-aineistosta hahmoteltiin potentiaaliset lai- tosverkostot laitosten minimikoon, verkoston energiantuotantopotentiaalin ja etäisyyksien pe- rusteella. Tilakohtaisen laitoksen lannankäsittelykapasiteetin minimiksi päätettiin 8 000 t/v ja maksimiksi 20 000 t/v. Kuljetusetäisyyksissä pyrittiin kustannusten minimointiin. Hankkeen keräämän kartta-aineiston perusteella nautojen lantakeskittymät painottuivat Ylä- Savoon ja Kuopion pohjoispuolisille alueille (Kuva 1). Lantakeskittymiä kartoitettiin yhteensä 28, joista 20 täytti lantamäärälle asetetut kriteerit. Näitä kohteita tarkastellessa hahmottui kaksi alueellista ryhmää: Iisalmen seutu ja Siilinjärven seutu. Kuva 1. Hankkeen kartoittamat lantaesiintymät Pohjois-Savon alueella. Näiden kahden seudun biomassoja tarkastelemalla, Biomassa-atlaksesta nousivat esiin kunta- kohtaiset erot naudan lietelannan määrissä. Iisalmen alueella suurimmat naudan lietelantamää- rät sijaitsivat Kiuruveden (n. 160 000 t/v) ja Vieremän (n. 80 000 t/v) kunnissa. Alueen pienimmät naudan lietelantamäärät sijaitsivat Iisalmessa (n. 45 000 t/v) ja Pielavedellä (n. 40 000 t/v). Siilijärven alueella suurimmat naudan lietelantamäärät sijaitsivat Kuopion (n. 130 000 t/v) ja Lapinlahden (n. 70 000 t/v) kuntien alueella. Osassa Siilinjärven läheisistä kunnista naudan lie- telantaa oli huomattavasti pienempiä määriä, kuten Tuusniemellä (n. 10 000 t/v) ja Tervossa (n. 5 000 t/v). Iisalmen alueella 25 GWh:n tuottamiseen tarvittava lietelantamäärä (117 208 t/v) Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 9 saataisiin 25,7 km:n säteellä Iisalmesta ja Siilinjärven alueella 27,3 km säteellä Siilinjärveltä (117 260 t/v). Keskitettyjen jakelupisteiden sijainneiksi päätettiin mallintaa Iisalmessa sijaitsevaa valtateiden 27 ja E63 risteysaluetta ja Siilinjärvellä sijaitsevaa valtateiden 77 ja E63 risteysaluetta. Näiden sijantien perusteella valittiin lähimmät (mallinnetut) biokaasulaitokset, joiden lantamäärät oli- vat tarpeeksi suuria ja jotka yhdessä tuottivat 25 GWh vastaavan määrän biokaasua. Molempien laitosvaihtoehtojen läheisyydestä kartoitettiin yhdeksän maatilan biokaasulaitoksen verkostot, joista kaksi sopisi molempiin ryhmiin (Kuva 2). Kuva 2. Keskitettyjen biometaanin jakelupisteet ja niiden piirissä olevat esimerkkilaitokset: a) Iisalmen verkosto, b) Siilijärven verkosto (Fonectan karttapalvelu). Iisalmen verkostossa etäisyydet maatilojen biokaasulaitosten ja keskitetyn jakelupisteen välillä vaihtelivat 12 km:n ja 57 km:n välillä. Tieverkostoa pitkin keskitetyltä jakelupisteeltä kaikkien maatilalaitosten kautta takaisin keskitetylle jakelupisteelle matkaa kertyi 224 km. Tämän bio- kaasulaitosten verkoston biometaanin tuotantopotentiaali oli 2 543 100 m3, joka vastaa n. 25,4 GWh:n energiantuotantoa. Laitoskohtaiset biometaanin tuotot vaihtelivat 1,8 ja 4,5 GWh:n vä- lillä. Siilinjärven seudun maatilojen biokaasulaitosten etäisyydet keskitettyyn jalostuslaitokseen vaihtelivat 14 km ja 39 km välillä. Tieverkostoa pitkin keskitetyltä jakelupisteeltä kaikkien maa- tilalaitosten kautta takaisin keskitetylle jakelupisteelle matkaa kertyi 219 km. Tämän verkoston biometaanin tuotantopotentiaali on 2 508 100 m3, joka vastaa noin 25 GWh:n energiantuotan- toa. Laitoskohtaiset biometaanin tuotot vaihtelivat 2,3 ja 3,3 GWh:n välillä. Näitä kahta alueellista verkostoa vertaamalla, keskeisimmiksi eroiksi nousivat maatilalaitosten kokoluokat ja etäisyydet keskitettyyn jakelupisteeseen. Iisalmen verkoston maatilalaitosten ko- koluokat vaihtelivat huomattavasti enemmän kuin Siilinjärven verkoston. Siilinjärvellä kaikkien maatilalaitosten kokoluokka oli 10 000–15 000 t/v lietelantaa. Siilinjärven verkostossa tilojen laitokset olivat lähempänä keskitettyä jakelupistettä kuin Iisalmen verkostossa, mutta tiever- kostoa pitkin reittien pituuksissa ei ollut suurta eroa Iisalmen (224 km) ja Siilinjärven (219 km) verkostojen välillä. a b Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 10 2.3. Hajautetun toimintakonseptin tekniikkaselvitys Tekniikkaselvityksen tavoitteena oli selvittää biokaasun varastointiin, jalostukseen, paineistuk- seen ja nesteytykseen vaikuttavia teknisiä ratkaisuja, jotka vaikuttavat hajautetun biokaasun- tuotannon konseptiin ja konseptin kustannuksiin. 2.3.1. Biokaasun varastointi Biokaasua täytyy pystyä varastoimaan lyhyen aikaa tuotantolaitoksen yhteydessä ennen sen jatkokäsittelyä. Varastointia tarvitaan tuotantoprosessin ja biokaasun käytön tai jalostusproses- soinnin mahdollisten kapasiteettimuutosten vuoksi. Biokaasulaitoksen yhteydessä on yleensä reaktorialtaan päällä kaksikerroksinen kaasukupu, jonka alle kaasua voi varastoida rajallisia määriä riippuen märkämädätyslaitoksen reaktorialtaan tai kuiva-mädätyslaitoksissa perkolaat- tisäiliön koosta. Vastaavantyyppisiä maanpäällisiä varastointipalloja voidaan käyttää kaasun va- rastointiin myös reaktorirakenteiden ulkopuolella. Talvisiin olosuhteisiin sopivien kaasuvaras- tojen rakenteen tulee olla kaksikerroksinen, jossa itse kaasupussin päällä on ylipaineistettu kuo- rikupu, joka kantaa tuuli- ja lumikuorman. Näissä varastopalloissa biokaasun varastointipaine on matala, tyypillisesti noin 10–50 mbar (Mohan 2018). Matalan kaasunpaineen vuoksi biokaa- sun varastointikapasiteetti on kaasupallon tilavuuteen nähden pieni. Jalostamattoman biokaasun varastointikapasiteetti on rajallinen. Hajautetussa konseptissa mukana olevalla biokaasulaitoksella a) jalostamatonta biokaasua tulee pystyä siirtämään putkikuljetuksella; b) siirrettävän jalostuslaitteiston käsittelykapasiteetin tulee vastata varastointikapasi- teettia; tai c) laitoksella on oltava jalostus- ja paineistuslaitteisto, jotta varastoinnille saadaan lisää vaihtoehtoja. 2.3.2. Biokaasun kuljetus Jalostamattoman biokaasun kuljetusvaihtoehtoja on rajoitetusti, sillä biokaasun paineistusta rajoittaa seoskaasussa olevan hiilidioksidin ominaisuudet. Raakakaasun maksimipaine voi olla korkeintaan 100 bar, jotta hiilidioksidin nesteytyminen ei tuota ongelmaa kaasun käsittelyssä. Lyhyillä kuljetusmatkoilla alle 100 baariin paineistettua biokaasua voidaan kuljettaa autokulje- tuksena, mutta biokaasun energiamäärän jäädessä alhaisessa paineessa pieneksi on tällainen kuljetus taloudellisesti kannattamatonta. Biokaasun putkisiirron yleistasoisia kustannuksia on vaikea arvioida, koska siirtolinjan reitin olo- suhteet vaikuttavat merkittävästi putkilinjan perustamiskustannuksiin. Putkireitti asettaa myös maankäytöllisiä rajoituksia, jotka voivat vaikeuttaa putkiston rakentamista. Biokaasullekin so- veltuvan kaasuputken materiaalikustannus on noin 30 €/m, ja asennushinta vaihtelee suuresti. Kirjallisuuden mukaan asennustyön hintataso on noin 60 €/m (Haimila 2015). Biokaasun siirto putkilinjalla on todettu kannattavaksi alle 20 km siirtomatkoilla, jos siirrettävän biokaasumää- rän energiasisältö on vähintään 11 GWh/v (Hurtig ym. 2014). Koska etäisyydet hajautettujen maatilalaitosten ja keskitetyn jalostuspisteen välillä Pohjois- Savon alueella olivat pääosin yli 20 km ja kuljetettavan biokaasun määrät energiasisällöl- tään alle 5 GWh/v, päätettiin tässä hankkeessa, ettei putkikuljetuksen kustannuksia tarkas- tella tämän tarkemmin. Huomioitavaa kuitenkin on, että pienemmillä etäisyyksillä ja/tai suuremmilla biokaasumäärillä putkikuljetus on varteenotettava vaihtoehto. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 11 2.3.3. Biokaasun jalostus biometaaniksi Biokaasu koostuu pääasiassa metaanin (50–70 %) ja hiilidioksidin (30–50 %) seoksesta, jossa voi mukana olla pieniä määriä vesihöyryä, rikkivetyä ja muita orgaanisia yhdisteitä. Biokaasusta voidaan jalostaa liikennepolttoaineeksi soveltuvaa biometaania poistamalla hiilidioksidi ja muut epäpuhtaudet. Yleisesti liikennepolttoaineeksi myytävän biometaanin metaanipitoisuus on yli 95 %. Turvallisuusmäärittelyissä biometaanin minimimetaanipitoisuuden raja-arvo on 80 % (Tukes, Biokaasun turvallisuusohje). Suomessa yleisimmin käytössä olevat tekniikat biokaasun jalostukseen maatilamittakaavassa ovat vesipesuun ja membraanipuhdistukseen perustuvia. Lisäksi suuremman kokoluokan bio- kaasulaitoksilla on yleisesti käytössä PSA (pressure swing adsorption) -tekniikkaan sekä kemi- alliseen absorbointitekniikkaan perustuvia laitoksia. Vesipesutekniikan etuja ovat tehokas hiili- dioksidin poisto ja matala poistokaasun metaanipitoisuus. Haittapuolina ovat korkea investoin- tikustannus, korkeat käyttökustannukset ja huono skaalautuvuus vaihteleville kaasunkäsittely- tarpeille. Membraanipuhdistuksen etuja ovat matala investointikustannus, hyvä skaalautuvuus, soveltuvuus pienille biokaasumäärille ja yksinkertainen prosessin hallinta. Haittapuolena on, että prosessi vaatii puhdistettavan biokaasun tehokkaan kuivauksen ja rikinpoiston, jotta puh- distuselementit säilyvät toimintakunnossa. Lisäksi kaasua tulee kierrättää prosessissa useaan kertaan, jotta päästään tarvittavan korkeisiin metaanipitoisuuksiin ja alhaiseen poistokaasun metaanihävikkiin. Membraaniyksiköiden elinkaaresta ei ole saatavilla paljon tietoa, ja kalvojen kestävyys on voimakkaasti riippuvainen jalostettavan biokaasun laadusta (Ryckeboch ym. 2011). Konseptitarkastelun yhtenä vaihtoehtona oli, että biokaasua jalostetaan mobiililla jalostusyksi- köllä, joka kiertäisi konseptissa olevien biokaasulaitosten välillä. Vaikka mobiileja jalostusyksi- köitä on suunniteltu eri hankkeissa jo pitkään, liittyy niihin kuitenkin vielä teknisiä kysymyksiä, jotka vaikuttavat myös kustannuksiin. Tässä hankkeessa päädyttiin siihen, ettei mobiilia ratkai- sua käytetä konseptin talouslaskennassa, vaan jokaisella biokaasulaitoksella on oma jalostus- ja paineistuslaitteisto. Biokaasun jalostustekniikan valintaan vaikuttavat paikalliset olosuhteet, käsiteltävän biokaasun määrä ja laatu sekä prosessissa tarvittavan energian hinta (Ardolino ym. 2020). Tässä hank- keessa ei oteta kantaa puhdistustekniikan valintaan, mutta talouslaskennassa käytettiin vesipe- sun hintoja (Liite 1 ja 2). 2.3.4. Biometaanin kuljetus Jalostettua biometaania voidaan kuljettaa tuotanto- ja jalostuspaikalta jakelupisteeseen pai- neistettuna putki- tai autokuljetuksena tai nesteytettynä autokuljetuksena. Nesteytetyn biome- taanin kuljetus edellyttää kaasun nesteytystä tuotanto- ja jalostuspaikalla. Biometaanin paineistuksella pystytään lisäämään kaasun tiheyttä ja näin kuljettamaan suu- rempi määrä energiaa pienemmässä tilassa. Autokuljetuksessa biometaani voidaan kuljettaa painepullokonteissa, joita on saatavilla joko koukkulavalastaukseen tai nosturilastaukseen so- pivina. Koukkulavalastauksen etuna on erillisen kuormausnosturin tarpeettomuus. Kontteja kulkee ajoneuvoyhdistelmässä maksimissaan kolme kappaletta. Painepullokonteissa biome- taani voidaan paineistaa 250–300 baarin paineeseen riippuen painepullojen paineenkestosta. Biometaanin kuljetukseen käytettävien pullojen ja konttien osalta on noudatettava ADR-sopi- musta (European Agreement concerning the international carriage of Dangerous goods by Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 12 Road). Pullot ja kontit tarkastetaan ADR-sopimuksessa esitetyin määräajoin. Jos pullokontit si- sältävät vesitilavuudeltaan yli 450 litran säiliöitä, tulee ne rekisteröidä Tukesin rekisteriin. Esimerkiksi 500 m3 normaalipaineista biometaania vie 250 baarin paineeseen paineistettuna 20 °C:n lämpötilassa noin 2,2 m3. Tässä hankkeessa jalostetun biometaanin kuljetuksen tarkasteluun valittiin paineistetun bio- metaanin konttikuljetus koukkulavakomposiittikontissa pitkien siirtomatkojen vuoksi. Lyhy- emmillä matkoilla hyötykuormaltaan pienemmät kontit/kaasupullopatteristot voivat olla kannattavampia (Liite 1). 2.3.5. Jalostetun biometaanin nesteytys Biometaanin nesteytys perustuu kryogeenitekniikkaan, jossa biometaanin lämpötila lasketaan normaalissa ilmanpaineessa alle -164 °C:n. Silloin sen olomuoto muuttuu kaasusta nesteeksi. Nesteytettynä biometaani tiivistyy noin 600-kertaisesti, jolloin sen kuljettaminen esimerkiksi ajoneuvon polttoainesäiliössä on tehokasta. 250 baarin paineeseen paineistetun kaasumaisen biometaanin tiheys on 180 kg/m3 ja nesteytetyn 423 kg/m3. Nesteytysprosessia varten biome- taanin laatuvaatimukset ovat korkeat, hiilidioksidipitoisuuden tulee olla alle 50 ppm, veden alle 1 ppm ja rikkivedyn alle 4 ppm. Biometaani voidaan nesteyttää käyttämällä nestetypen haihtumiseen tai kompressoritekniik- kaan perustuvaa prosessia. Braytonin, Rankisen ja Clauden kiertokompressoritekniikoissa kyl- mäaineena toimii itse biometaani. Käänteisessä Stirling-prosessissa kylmäaineena toimii helium (Capra ym. 2019). Biometaanin nesteytyslaitteistojen korkeiden puhtausvaatimusten ja suurten kustannusten vuoksi hajautetussa biokaasuntuotantokonseptissa nesteytyksen oletettiin tapahtuvan kes- kitetyssä jakelupisteessä. Tutkimus- ja kehitystyötä pienen mittakaavan nesteytyksestä teh- dään kirjoitushetkellä, mutta luotettavien teknisten ja taloudellisten lähtöarvojen puuttuessa laitoskohtaista nesteytystä ei tässä hankkeessa voitu huomioida. 2.4. Biokaasuliiketoimintaan liittyvien hintojen määrittely Biokaasuntuotantoon liittyvä liiketoiminta elää murrosvaihetta, johon sisältyy uusia mahdolli- suuksia, mutta myös riskejä. Laskelmiin perustuva kannattavuuden määrittely on riippuvainen laskelmissa käytettävistä hintaoletuksista. Niihin sisältyykin aina riskejä tulevien hintojen toteu- tumisesta, mutta toki historiatietojen avulla voidaan arvioida hintavaihteluita ja markkinatilan- teen tulevaisuutta. 2.4.1. Toteutunut biokaasun hintakehitys liikennepolttoaineena Pitkällä aikavälillä biometaani on ollut kilometrikustannusten perusteella edullinen ja hinnal- taan vakaa liikennepolttoaine. Laskelmassa käytettävät polttonesteiden hinnat perustuvat Ti- lastokeskuksen keräämiin hintoihin sekä maa- ja biometaanin Gasum Oy:n ilmoittamiin keski- hintoihin. Kilometrikustannus on laskettu liikenne- ja viestintäviranomaisen (Traficom) tuotta- man lakisääteisen hintavertailun mukaan keskikokoisten autojen viitekulutuksen ja käyttövoi- maverojen jyvityksellä 17 000 kilometrin ajomäärälle. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 13 Maakaasun hinta on ollut pitkään biokaasua edullisempaa, mutta vuoden 2021 loppupuolella muuttunut markkinatilanne on nostanut biokaasun kilometrihinnaltaan edullisimmaksi poltto- aineeksi (Kuva 3). Hinnan kehitys tätä raporttia kirjoittaessa (kevät 2022) on edelleen muuttunut merkittävästi. Kuva 3. Polttoaineiden vertailukelpoinen kilometrikustannus euroa/100 km, sis. keskimääräi- sen käyttövoimaveron 17 000 km/vuosi ajomäärällä (Traficom 2022, oma laskelma) 2.4.2. Maatilojen energiankäyttö ja energian hinnat Suomen maatilojen energiankäyttö vuonna 2020 oli yhteensä 10 700 GWh (Luke 2022a). Tästä sähkön osuus oli 18 % ja moottori- ja viljankuivauspolttoöljyjen osuus 38 %. Lämmöntuotan- non osuus kokonaisenergiankulutuksesta oli 44 %. Noin 60 % lämmöstä tuotettiin uusiutuvalla puu- ja peltoenergialla (Kuva 4). Kuva 4. Energiankäyttö maataloudessa (Luke 2022a). Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 14 Luonnonvarakeskuksen tilastojen mukaan (2022b) yleisimmän lämpöenergian lähteen, ener- gianpuun, tilastoidusta kaupasta oli vuoden 2021 viimeisellä neljänneksellä karsittua rankaa 51 %. Keskimäärin energiapuusta vuosina 2014–2021 on maksettu pystykaupassa 3,7 euroa per kuu- tio ja hankintakaupassa 22,2 euroa per kuutio. Kiintokuutiometri rankapuuta vastaa keskimää- rin 2 MWh energiaa (2,5 kuutiota haketta). Käyttöpaikalle toimitettuna metsähake maksaa noin 23–25 €/MWh, kun kantohintaan on lisätty hankinta, kuljetus ja haketus tai hankintahintaan kuljetus ja haketus. Käyttöpaikkahinta on viime vuosina ollut noin 2,2–2,5 senttiä per kWh. Polt- toainekustannusten nousu kuljetuksessa ja haketuksessa sekä energiapuun kysynnän kasvu ta- voiteltaessa tuontienergian vähentämistä voi nostaa hintaa tästä (Kuva 5). Kuva 5. Energiapuun hinta keskimäärin pystykaupassa ja hankintakaupassa (Luke 2022b). Sähkön hinta on ollut viime vuosina nousujohteinen. Eurooppalaisittain sähkön hintataso on Suomessa ollut edullinen, mutta kevään 2021 jälkeen tilanne on muuttunut. Hinnat ovat kallis- tuneet huomattavan paljon koko Euroopassa, myös Suomessa. Tyypillisesti pörssihintojen suu- rempien heilahdusten taustalla on useita samanaikaisesti vaikuttavia tekijöitä. Euroopassa säh- köä valmistetaan paljon maakaasusta, jonka hintavaihtelu välittyy eurooppalaiseen sähkön hin- taan (Tilastokeskus, 2022a). Pohjoismaiden sähköverkko on integroitunut Eurooppaan, mutta keskeinen tekijä hintojen määräytymisessä on hydrologinen tase eli veden määrä vesivoimalai- tosten vesialtaissa. Suomessa Olkiluodon kolmannen ydinreaktorin käynnistyminen vuoden 2022 aikana tulee parantamaan Suomen sähköomavaraisuutta ja siten myös vakauttamaan sähkön hintaa. Silti sähköpörssissä tullaan jatkossakin näkemään heilahduksia. Sähkön koko- naishinta ilman arvonlisäveroa 12/2021 oli noin 12 snt/kWh (Kuva 6) (Tilastokeskus, 2022a). Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 15 Kuva 6. Sähkön hinta snt/kWh keskimäärin käyttäjäryhmässä maatilatalous, pääsulake 3x35 A, sähkön käyttö 35 000 kWh/v. Hinta sisältää sähköenergian, siirtomaksun ja verot (Tilastokeskus, 2022b). 2.4.3. Lannoitearvo ja lantalogistiikan hyödyt Biokaasuntuotanto voi parhaimmillaan parantaa lannan ravinteiden hyödynnettävyyttä. Lanta on erinomainen lannoite, mutta lannan typen hidas mineralisoituminen kasveille käyttökel- poiseksi voi vähentää lannan käytön hyötyä viljelyssä. Lannan typpeä on mahdollista hyödyntää huomattavasti nykyistä paremmin, sillä aikaisempien laskelmien perusteella hyödyntäminen on esimerkiksi maitotiloilla vaihdellut 15–32 % välillä (Nousiainen 2011, Kajava ym. 2019). Kasvit, kuten viljat ja nurmet, ottavat suurimman osan ravinteistaan kasvukauden alussa. Tyy- pillisesti lannan käyttö osana lannoitusta suunnitellaan niin, että osa ravinteista annetaan no- pealiukoisina mineraalilannoitteina, jotka tyydyttävät kevään ravinnetarvetta. Lannan ravinteet vapautuvat hitaammin kasvukauden aikana. Biokaasuprosessin ravinnehyöty prosessoimatto- maan lantaan verrattuna perustuu pääasiassa lannan sisältämän typen suurempaan liukoisen typen osuuteen mädätyksen jälkeen. Näin lannalla voidaan korvata suurempi osuus mineraali- lannoitteista. Raaka-aineiden orgaanista typpeä hajoaa liukoiseen muotoon mädätyksessä. Siten reaktorista poistuvan mädätteen liukoisen typen määrä on suurempi kuin raakalannassa, mutta kokonais- typen määrä pysyy jotakuinkin ennallaan. Mineralisaation määrä riippuu käytettyjen raaka-ai- neiden laadusta ja prosessiparametreista (esimerkiksi viipymä ja orgaaninen kuormitus sekä orgaanisen aineen hajoavuus), joten yksiselitteistä arvoa sille ei voida antaa. Naudan lietelannan typpi ei liukoistu kovin voimakkaasti, sillä materiaali on käynyt läpi yhden typpeä hajottavan prosessin jo märehtijän pötsissä. Naudan lietelannan liukoisen typen määrä nousee noin 20 %. Sian lietelannan typpi voikin mineralisoitua naudan lantaa voimakkaammin. Vastaavasti helposti hajoavan kasvibiomassan typen mineralisaatio voi olla jopa 50–80 % (Paa- vola 2015). Kun syötteenä on naudan lietelantaa ja kasvibiomassoja, liukoisen typen osuus nou- see huomattavasti. Saavutettua hyötyä voidaan kuitenkin menettää, mikäli mädätteen varas- tointitavat, levitysteknologia ja levitysolosuhteet eivät ole parhaat mahdolliset. Tämän raportin kannattavuuslaskelmissa laskettiin typen liukoistuminen olettaen, että biokaasuprosessissa or- gaanisen typen ja orgaanisen aineen pitoisuuden vähenemän suhdeluku on 0,6 (Liite 2). Suh- delukuarvio perustuu naudan lietelannan (Frost & Gilkinson 2011, suhdeluku 0,73), sian liete- lannan (Marcato ym. 2008, suhdeluku 0,63) ja käsittelemättömän ruokajätteen (Tampio ym. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 16 2014, suhdeluvut eri kuormituksilla 0,60–1,2) mädätyskokeiden dataan. Liukoisen typen hin- naksi arvioitiin 2,35 €/kg (alv 0 %). Typen liukoistumisen lisäksi biokaasuprosessoinnin hyötynä voi olla mädätteen liukoisen typen parempi satovaste verrattuna raakalantaan. Kolmivuotisissa ohrakokeissa lypsykarjatilan bio- kaasulaitoksen mädätteen liukoinen typpi vastasi lähes täysin (keskimäärin 98 %) mineraalityp- peä. Vastaava luku naudan prosessoimattomalla lietelannalla oli 85 %. Nurmikokeissa eroa mä- dätteen ja raakalannan välillä ei havaittu (Virkajärvi ym. 2016). Kotieläintilan lannan ravinteiden hyödyntämisessä keskeinen haaste on peltolevityksen oikea- aikaisuus ja tehokkuus. Prosessoimattomassa naudan lietelannassa on alhainen ravinnepitoi- suus, mikä nostaa logistiikkakuluja ja estää levitystä keväällä, kun peltojen kantavuus on talven kosteuden jäljiltä heikentynyt. Mädätys voi parantaa lietelannan käsiteltävyyttä ja juoksevuutta, mikä helpottaa levitystä. Parempi juoksevuus voi mahdollistaa myös tehokkaamman levitystek- nologian, kuten vetoletkulevityksen käytön. Mineraalitypen keskimääräinen hinta yleisimmissä typpilannoitteissa on ollut vuosina 2013–2021 keskimäärin 1,15 euroa/kg ja hintavaihtelua ku- vaava keskihajonta 0,17 euroa/kg typpeä. Vuoden 2021 lopussa kiihtynyt hintojen nousu on johtanut typen arvon nousuun jopa 2,35 euroa/kg tasolle (Kuva 7). Lannan liukoisen typen osuuden kasvattaminen, lantalogistiikan parantuminen ja typen haihtumisen minimoiva levi- tysteknologia kasvattavat lannan taloudellista arvoa ja vähentävät osaltaan hintavaihteluista aiheutuvia taloudellisia riskejä. Kuva 7. Typen hinta mineraalilannoitteissa (Tilastokeskus 2022c, oma laskelma). 2.5. Hajautettu biokaasuntuotanto, teoreettisen konseptin kustannukset Pohjois-Savossa Tekniikka- ja taloustarkastelujen perusteella hajautetun biokaasuntuotannon konseptiksi valit- tiin vaihtoehto, jossa jokaisella maatilojen biokaasulaitoksella on oma jalostus- ja paineistus- laitteisto (Kuva 8). Jokaiselta maatilalaitokselta jalostettu ja paineistettu kaasu kerätään auto- kuljetuksena keskitettyyn jakelupisteeseen, jossa kaasu voidaan myös nesteyttää. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 17 Kuva 8. Hankkeessa tarkasteltu hajautetun biokaasuntuotannon konsepti. 2.5.1. Biokaasun ja biometaanin tuotantokustannukset Molemmissa konseptivaihtoehdoissa (Iisalmi ja Siilinjärvi) oli yhdeksän maatilakohtaista bio- kaasulaitosta. Oletuksena oli, että kaikissa laitoksissa perussyötteenä on naudan lietelantaa sekä lisäsyötteenä noin 10 % nurmirehua (tuorepaino). Osa lisäsyötteestä voisi olla myös eri- laisia kuivia lantoja, mutta tässä esimerkissä niitä ei otettu mukaan laskennan yksinkertaista- miseksi. Laitosten koko vaihteli 1,8 GWh/v tuotannosta 4,5 GWh/v tuotantoon, ja vuosittain mädätetyn lietelannan määrä vaihteli 8000 tonnista 20 000 tonniin. Laitokset ovat Pohjois-Sa- von keskimääräisiä maatiloja suurempia, joten kaikilla laitoksilla oletettiin, että 1/3 lietelannasta ja rehusta kuljetetaan toisilta tiloilta. Kuljetusmatka olisi keskimäärin 10 km. Myös mädätteestä kolmannes palautetaan syötteitä toimittaville tiloille. Esimerkkibiokaasulaitokset koostuvat lietelannan syötesäiliöstä, biokaasureaktorista, prosessi- laitteistosta ja teknisistä tiloista. Syötesäiliön tilavuus vastaa 20 vuorokauden lietelannan mää- rää, ja se on varustettu sekoittimella ja syöttöpumpulla. Kiinteille syötteille (säilörehu, lanta) tarvitaan 50 m3 katettu välivarasto. Kiinteä syöte murskataan 10 m3 vetoisella sähkökäyttöisellä apevaunulla, josta on syöttöyhteet reaktoriin. Reaktori on jatkuvasyöttöinen, täyssekoitteinen säiliöreaktori (CSTR), jossa syötteen viipymä on 35 vuorokautta. Mädäte pumpataan reaktorista maatilan lietesäiliöön, joka ei kuulu biokaasulaitosinvestointiin. Kaikkiin laitoksiin kuuluu kaa- supolttimella varustettu lämpökattila ja boileri sekä soihtu. Muita laitteita ovat vesiabsorptioon perustuva kaasunjalostus- ja paineistuslaitteisto sekä mädätteen välivarasto (puskurivarasto), jonka tilavuus vastaa 20 vuorokauden lietelannan määrää. Näillä oletuksilla pienimmän laitoskoon (8 000 t lietelantaa) biometaanin myynnin kannatta- vuusrajaksi muodostui 73,6 €/MWh ja suurimman (20 000 t lietelantaa) 54,6 €/MWh. Jos kaikille konseptissa mukana oleville laitoksille oletetaan sama biometaanin myyntihinta (72 €/MWh = 1 €/kg), jäisi pienimmän laitoksen tulos miinukselle (Taulukko 2). Tuloissa on huomioitu liukoi- sen typen määrän lisääntyminen prosessissa, joka keskimäärin näillä esimerkkilaitoksilla on 26 % verrattuna syötemateriaalien sisältämään liukoisen typen määrään. Konseptin toteutettavuu- den kannalta olisi tärkeää, että eri kokoisilla biokaasulaitoksilla olisi mahdollisuus liittyä kon- septiin mukaan. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 18 Taulukko 2. Konseptin keskimääräiset laitokset ja niiden tuotot ja tulos. Laitos Lietelanta t/v Nurmi- säilörehu t/v Energian tuotto GWh/v Tulos €/v Takaisin- maksuaika v Investointi milj.€ Minimi 8 000 960 1,8 -2 900 10,5 0,94 Keskiarvo 12 500 1500 2,8 +27 000 6,0 1,07 Maksimi 20 000 2 400 4,5 +77 000 3,9 1,29 2.5.2. Biometaanin kuljetuksen, varastoinnin ja jakelun kustannukset Kustannuslaskennan molemmissa konseptivaihtoehdoissa (Siilinjärvi ja Iisalmi) laitokset jaettiin kahteen ajolenkkiin, joiden keskimääräinen pituus oli 110 km. Oletuksena oli, että jokaiselle konseptissa mukana olevalle laitokselle tarvitaan kaksi biometaanille varattua kuljetuskonttia, joista toinen toimii varastona. Vähintään yksi kontti tarvitaan aina biometaanin jakeluasemalla. Kuljetus tapahtuu komposiittikonteissa, joita kuljetetaan täysperävaunuyhdistelmällä kolme kerrallaan (hyötykuorma 9 540 kg). Jakeluaseman kustannus laskettiin paineistetun biometaa- nin nopeatankkausasemasta. Investointien lisäksi kustannuksiin huomioitiin kiinteät kustan- nukset (20 v, 5 %) sekä sähkö- ja huoltokustannukset. Paineistetun biometaanin jakelun koko- naiskustannukset näillä oletuksilla ovat 50,07 snt/kg (Taulukko 3). Taulukko 3. Paineistetun biometaanin kuljetuksen sekä jakeluaseman kustannukset. Kustannus Yksikkö Hinta Yhden kontin kuorma kg 3 150 Kontin hinta € 158 000 Keskimääräinen kuljetusmatka km 110 Kuormia vuodessa, keskimäärin - 20,5 Kontin kiinteä kustannus (25 v, 5 %) € 11 210 Rahtikustannus snt/kg 34,72 Kuljetus yhteensä snt/kg 37,32 Tankkauksen maksimikapasiteetti kg/v 333 333 Investointi € 400 000 Kiinteät kustannukset (20 v, 5 %) €/v 32 096 Sähkö snt/kg 1,62 Huolto snt/kg 1,5 Jakeluasema yhteensä snt/kg 12,75 Jakelu yhteensä snt/kg 50,07 Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 19 Lisäksi kustannuksissa tulisi huomioida arvonlisävero sekä valmistevero, joka koostuu energia- sisältöverosta (10,33 €/MWh) sekä hiilidioksidiverosta. Kestävyysvaatimukset täyttävälle bio- metaanille hiilidioksidivero on 0 €. Näiden lisäksi biometaani kuuluu jakeluvelvoitteen piiriin, jos tuotanto on yli yhdeksän GWh vuodessa. Lisäksi soveltamisrajan alle jäävät jakelijat voivat vapaaehtoisesti hakeutua jakeluvelvoitteen piiriin. Jakeluvelvoitteen tuoman mahdollisen lisä- tulon arvioiminen on kuitenkin haastavaa, sillä ulkopuolisilla toimijoilla tai viranomaisilla ei ole oikeutta saada tietoonsa ylitäytön siirron kaupallisia ehtoja, kuten hintoja. Kirjallisuuden mukaan biometaanin nesteytyskustannus noin 25 GWh vuosikapasiteetilla vaihte- lee käytetyn teknologian, tarvittavan energian ja nestetypen hintojen mukaan noin 31–61 snt/kg. Nesteytetyn biometaanin jakeluaseman kustannuksista emme tässä hankkeessa saaneet tark- kaa arviota. 2.6. Biometaanin käyttäjäpotentiaali Pohjois-Savossa Konseptin käyttäjäselvitys toteutettiin vertaamalla kirjallisuuslähteiden pohjalta alueen poten- tiaalisia biometaanin käyttäjämääriä mallinnetun biokaasuverkoston energiantuotantoon. Koo- tun numeerisen aineiston tueksi selvitettiin alueen toimijoiden motivaatiota ja näkemyksiä kaa- sun käytöstä. Henkilöauton vuosittaiseksi keskimääräiseksi kilometrimääräksi oletettiin 14 000 km, kuorma-autoille 68 000 km ja raskaille ajoneuvoyhdistelmille (rekoille) 77 000 km (Tilastokes- kus 2019). Kilometrikulutukseksi biometaanilla oletettiin henkilöautoilla 2 MJ/km paineistetulla biometaanilla ja kuorma-autoilla ja rekoilla 15,5 MJ/km nesteytetyllä biometaanilla (Börjesson 2017). Kaasukäyttöisen henkilöauton toimintasäteeksi yhdellä tankillisella oletettiin 400 km ja kuorma-autolle ja rekoille 1000 km. Mallinnetun biokaasuverkoston vuosittainen energiantuotto 25 GWh (90 000 000 MJ) vastaisi 3 200 henkilöauton tai 75 rekan (30 t puoliperävaunuyhdistelmän) vuosikulusta. Sama energia- määrä vastaa 112 500 tankillista henkilöautoille tai 5 800 tankillista rekoille. Pohjois-Savossa henkilöautoja oli vuoden 2020 päättyessä 173 077 ja kuorma-autoja (ml. ras- kaat ajoneuvoyhdistelmät) 8 018 (Tilastokeskus 2021) (Taulukko 4). Kohdealueen kunnissa (Ii- salmessa, Siilinjärvellä, Kiuruvedellä, Lapinlahdella, Sonkajärvellä, Kuopiossa ja Vieremällä) näistä henkilöautoista oli 112 493 (Liiteri-tietopalvelu, hakupäivä 10.12.2021). Jos oletetaan, että kuorma-autoja on kohdealueella samassa suhteessa kuin henkilöautoja (65 % maakunnan autokannasta) olisi alueella 5 211 kuorma-autoa. Koko Pohjois-Savon alueen henkilöautojen vuosittainen energiantarve on 1 731 GWh ja kohdealueen 1 125 GWh. Edellä mainitulla tavalla johdetulle kuorma-autojen määrälle vastaava tarve on kohdealueella 1 638 GWh. Verrattaessa kohdealueen autokannan energian käyttöä mallinnetun biokaasulaitosverkoston energiantuo- tantoon huomataan, että energian tarve on huomattavasti verkoston tuottamaa suurempi. 25 GWh:n tuotanto riittää kattamaan vain noin 3 % henkilöautojen tai noin 2 % kuorma-autojen energian käytöstä. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 20 Taulukko 4. Pohjois-Savon ja kohdealueen henkilö- ja kuorma-autojen määrät ja vuosittai- nen energian käyttö. Maakunta Henkilöautojen määrä Energian käyttö GWh/v Kuorma-auto- jen määrä Energian käyttö GWh/v Pohjois-Savo 173 077 1 346 8 018 2 347 Kohdealue 112 493 875 5 211 1 526 Mallinnettujen keskitettyjen nesteytetyn biometaanin jakelupisteiden kautta kulkevien rahti- kuljetusten määrä on riippuvaista siitä, sijaitseeko laitos Iisalmessa vai Siilinjärvellä. Iisalmen kautta kulkevien valtateiden E63 ja 27 vuosittainen tavaraliikennevolyymi on 800 000 t (Rantala ym. 2020), joka vastaa noin 27 000 puoliperävaunuyhdistelmää (30 t). Siilinjärven kautta kulke- vien valtateiden E63 ja 77 vuosittainen tavaraliikennevolyymi on selvästi suurempi, 2 000 000 t (Rantala ym. 2020), joka vastaa noin 67 000 puoliperävaunuyhdistelmää. Näiden volyymien pe- rusteella mallinnettujen jakelupisteiden ohi kulkevasta tavaraliikenteestä 21 % tulisi pysähtyä tankkaamaan Iisalmessa tai 9 % Siilinjärvellä, jotta vuosittainen energiantuotanto tulisi käyte- tyksi. Kohdealueella on myös huomionarvoisia logistiikkatoimijoita, joiden rahtiliikenne voisi toimia ajurina tuotetun nesteytetyn biometaanin käytölle. Valion tehdas Lapinlahdella on keskeinen logistinen toimija alueella. Valion maitoautot kulkevat alueella ympäri vuorokauden, ja Valio on arvioinut yhden maitoauton keskimääräiseksi vuosittaiseksi kilometrimääräksi 290 000 km (Valio 2022). Lapinlahden tehtaalla ajossa on noin 12 maitoautoa (Rantala ym. 2020), jolloin näiden maitoautojen vuosittainen energiantarve edellä mainitulla kilometrimäärillä olisi 15 GWh. Lisäksi Valion tehtaan tuotteet kulkevat kuorma-autoilla logistiikkakeskuksiin eripuolille Suo- mea, jolloin näidenkin kuljetusten energiantarve voitaisiin kattaa alueen biometaanilla. Kohdealueella sijaitsee myös mm. Yaran lannoitetehdas Siilinjärvellä sekä Ponssen metsäkone- tehdas Vieremällä. Molempien tehtaiden Suomen asiakaslogistiikka hoidetaan pääasiassa kuorma-autoilla (Rantala ym. 2020). Myös nämä toimijat voisivat kattaa huomattavan osan tuo- tetusta nesteytetystä biometaanista. Vastaavasti Wega Oy:n kysyntäkartoituksessa Biokaasulla liikkeelle -hankkeessa (Wega 2021) arvioitiin Iisalmen alueen paikallisen raskaan liikenteen kaa- sukysynnäksi 23–28 GWh, kansallisen raskaan liikenteen kysynnäksi 4–9 GWh, kaupunkiliiken- teen, jakelun ja jätehuollon kysynnäksi 3–7 GWh sekä yksityisen henkilöautoliikenteen 1–2 GWh yksityisessä henkilöautoilussa. Myös tällöin kysynnästä suurin osa on nesteytetylle raskaan lii- kenteen polttoaineelle. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 21 3. Esimerkkitilat ja -biokaasulaitokset Pohjois- Savossa Hankkeen pääasiallisena tavoitteena oli selvittää, onko maatilakokoluokan biokaasulaitokselle kannattavaa lähteä tuottamaan biokaasua ja edelleen biometaania keskitetyn jakelun konsep- tiin, vai onko tilalle kannattavampaa käyttää tuotettu biokaasu tilan omaan energiantuotan- toon tai myydä biometaani paineistettuna liikennekäyttöön oman jakeluaseman kautta. Tässä kappaleessa kuvataan tarkemmin maatilamittaluokan biokaasulaitoksen kulujen muo- dostumista käyttäen taustatietona pohjoissavolaisten maatilojen lähtötietoja. Samalla huomi- oidaan laitoksen mahdollinen osallistuminen keskitetyn jakelun konseptiin tai tuotetun biokaa- sun muu käyttö. Hankkeeseen ilmoittautui mukaan 14 nautakarjatilaa eri puolilta Pohjois-Sa- voa. Maatiloista yhdeksän oli maitotilaa ja viisi lihakarjatilaa. Maitotilojen kokoluokka vaihteli 120 lypsylehmästä 270 lypsylehmään ja lihakarjatilojen 500 naudasta tuhanteen nautaan asti. Vastaavasti käytettävissä oleva lietelantamäärä vaihteli 4 000 kuutiosta 11 000 kuutioon per tila. Useimmilla tiloilla oli lisäksi käytettävissä biokaasulaitoksen syötteeksi jonkin verran kuiva- lantaa ja säilörehunurmea tai muita nurmia. 3.1. Esimerkkilaitosten perustiedot Tilaesimerkit muodostettiin hankkeessa mukana olleiden todellisten maatilojen pohjalta. Yksi- kään esimerkeistä ei suoraan kuvaa yksittäistä hanketilaa. Hankealueelta kuitenkin löytyy useita kotieläintiloja ja mahdollisia tilakeskittymiä, jotka ovat esimerkkien kokoluokkaa. Näin ollen hankkeen taustatietojen perusteella oheiset esimerkit kuvaavat varsin hyvin tilakokoa, joilla biokaasuntuotannon käynnistäminen voisi olla mahdollista Pohjois-Savossa. Konseptin tarkas- telua varten luotiin neljä erilaista esimerkkitilaa. Esimerkkitiloista kaksi olivat tilan omia laitoksia (esimerkkitilat A ja B) ja kaksi tilojen yhteislaitoksia (esimerkkitilat C ja D). Kullekin esimerkkiti- lalle laskettiin kolme vaihtoehtoa biokaasun käytölle. Vaihtoehdot olivat: 1. Biokaasun käyttö sähkönä ja lämpönä CHP-laitoksen avulla tilan omaan ja biokaasulaitoksen käyttöön. Investoinnin tuottoihin laskettiin sähkön kustannussäästö, lämmön kustannussäästö sekä lannoitekustannussäästö. Kolmella neljästä esimerkistä ylijämätuotto oletettiin menevän myyntiin jalostettuna ja paineistettuna sekä yhdessä esimerkissä ylijäämäsähkö oletettiin myytävän verkkoon. 2. Biokaasun jalostus biometaaniksi ja myynti paineistettuna jakelijalle. Biometaani paineistus komposiittikonttiin, jotka omistaa erillinen jakelija. CHP-laitosta ei ole, ja biokaasulaitoksen tarvitsema lämpö tuotetaan kaasukattilalla. Investoinnin tuottoihin laskettiin biometaanin myyntituotto ja lannoitekustannussäästö. 3. Biokaasun jalostus biometaaniksi ja myynti oman jakeluaseman kautta. CHP-laitosta ei ole, ja biokaasulaitoksen tarvitsema lämpö tuotetaan kaasukattilalla. Investoinnin tuottoihin laskettiin biometaanin myyntituotto ja lannoitekustannussäästö. Kaikissa esimerkeissä tilan biokaasulaitoksen kustannukset koostuvat syötteiden hinnasta, huolto- ja korjauskustannuksista sekä laitoksen vaatiman työn hinnasta. Biokaasulaitosinves- toinnin kannattavuutta arvioitiin takaisinmaksuajan perusteella. Alle kymmenen vuoden takai- sinmaksuaikaa voidaan pitää perusteltuna esimerkiksi tarvittavan rahoituksen näkökulmasta. Useimmiten investointi vaatii pankkilainaa, ja pankit harvoin myöntävät investoinnille kym- mentä vuotta pidempää laina-aikaa. Hankkeiden kannattavuuden arvioinnissa on huomattava, että niihin saatavilla oleva investointituki on vuonna 2022 50 % kustannuksista. Kaikissa Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 22 vaihtoehdoissa on oletettu sama 50 %:n tukitaso, vaikka osassa esimerkkejä biokaasua sekä hyödynnetään tilalla että myydään. Tämän hetken tukipolitiikka ei kuitenkaan ole näin joustava (Pyykkönen ym. 2021). Tilakohtaisen laitoksen onkin jo suunnitteluvaiheessa harkittava, millai- nen investointituki on missäkin tapauksessa hyödyllisin. Investointituen määrä ja perusteet voi- vat myös muuttua. Kaikissa laitosesimerkeissä käytettiin samoja taustaoletuksia vertailun helpottumiseksi. Todel- lisuudessa laitostekniikka voi olla eri laitoksilla hyvinkin erilainen, mikä vaikuttaa oleellisesti lai- toksen investointi- ja käyttökustannuksiin. Maatilojen biokaasulaitosten oletettiin olevan sa- manlaisia kuin konseptin keskitetyt laitokset (kappale 2.5.1) ilman mädätteen välivarastointia. Muita laitteita olivat tapauksesta riippuen CHP-yksikkö (sähkön ja lämmön yhteistuotanto), ve- siabsorptioon perustuva kaasunjalostus- ja paineistuslaitteisto ja/tai tankkausasema. Vertailun helpottamiseksi tietyt suureet vakioitiin laskennassa (Taulukko 5). Tarkemmat laskentatiedot Liitteessä 2. Taulukko 5. Laskennassa käytettyjä oletusarvoja. Tieto Käytetty oletusarvo Yksikkö Lähde Lietelannan kuiva-aine 9 % Luostarinen ym. 2017 Säilörehun kuiva-aine 30 % arvio Kuivikelannan kuiva-aine 30 % arvio Lietelannan metaani- potentiaali 200 m3 CH4/t VS Biokaasulaskuri Kuivikelannan metaani- potentiaali 200 m3 CH4/t VS Biokaasulaskuri Säilörehun metaanipotentiaali 320 m3 CH4/t VS arvio (ei huippulaatua) Syötteen hydraulinen viipymä (HRT) biokaasureaktorissa 35 vrk arvio Sähkön hinta 0,12 €/kWh, alv 0 % Markkinahinta 3/2022 Typpikilon hinta 2,35 €/kg, alv 0 % Markkinahinta 12/2021 Säilörehun tuotantokustan- nus, tuoretonni 20 €/tn, alv 0 % ProAgria/Luke/Savonia Myydyn tukkukaasun hinta 1,00 €/kg, alv 0 % Tilahinnan oletusarvo Myydyn biometaanin hinta 1,458 €/kg, alv 0 % Markkinahinta 2/2022 Investointituki % 50 % Investointitukitaso 2022 Laskentakorkokanta 5 % arvio Työtunnin hinta sis. sivukulut 21 €/h Työntekijän palkka sivuku- luineen v. 2022 Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 23 3.2. Esimerkkilaitosten taloudellinen kannattavuus biokaasun eri käyttövaihtoehdoissa 3.2.1. Maitotila (A) Maitotilan eläinmäärä on 240 lypsylehmää ja lisäksi nuorkarjaa 180 eläintä. Tilan peltopinta-ala on 300 ha. Viljelykierrossa peltopinta-alasta on nurmea 240 ha ja ohraa 60 ha. Nurmi uusitaan suojaviljaan, ja osa nurmesta voidaan käyttää syötteenä biokaasureaktoriin. Reaktorin vuosit- taisena syötteenä on 10 000 tonnia lietelantaa ja 400 tuoretonnia viljeltyä nurmea. Biokaasu- laitoksen reaktorin kokonaistilavuus on 1 100 m3. Reaktori tuottaa raakakaasua 255 000 m3/v. Liukoisen typen määrä lisääntyy prosessissa noin 18 % (5 230 kg/v) verrattuna syötemateriaa- lien liukoisen typen määrään. Paras taloudellinen tulos saavutetaan, kun biometaani myydään oman tankkausaseman kautta (Taulukko 6). Laskenta ei kuitenkaan ota huomioon, onko biometaanille tasaista kysyntää ja onko tilan ja tankkausaseman sijainti biometaanin käyttäjien kannalta hyvä. Biokaasun suora käyttö CHP-laitoksen kautta oman tilan sähkönä ja lämpönä ei ole kannattava vaihtoehto, koska lämpöenergiasta voidaan hyödyntää vain pieni osa. Biokaasun käyttö omaan energian- tuotantoon voi tulla kyseeseen, jos esimerkiksi lypsyrobottien pesuun lämpimällä vedellä tar- vitaan paljon energiaa tai jos tilalla on navetan lisäksi muita lämmitettäviä rakennuksia. Oman käytön kannattavuuden ratkaisee korvattavan sähkön ja lämmön hinta. Omassa käytössä usein ongelmaksi muodostuu CHP:n tuottaman lämmön heikohko käyttöaste, sillä CHP:n energian- tuotosta noin 1/3 on sähköä ja 2/3 osaa on lämpöä. Tämän tyyppisillä tiloilla voi olla järkevää säätää biokaasun tuottoa syötteiden koostumusta muuttamalla eri vuoden aikoina (Kuva 9). Maksimaalista biokaasun tuottoa ei aina kannata tavoitella. Suurellakaan maitotilalla ei välttä- mättä löydy lämmölle käyttöä kaikkina vuodenaikoina, ja sitä on lauhdutettava. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 24 Taulukko 6. Maitotilan (A) kustannukset ja tuotot eri biokaasun käyttövaihtoehdoissa. A1) Biokaasun käyttö tilalla sähköksi ja lämmöksi, ylijäämä myynti sähkönä verkkoon A2) Biome- taanin tuotanto ja myynti jakelijalle, A3) Biometaanin tuotanto ja myynti omalta tankkausase- malta. Yksikkö A1 A2 A3 Biokaasun tuotantopotentiaali MWh/v 1 600 1 600 1 600 Biometaanin myynti MWh/v - 1 240 1 240 Biokaasulaitoksen investointikustannus € 850 000 854 000 980 000 CHP-yksikön osuus koko investoinnista € 181 000 - - Puhdistus ja paineistusyksikön osuus koko in- vestointikustannuksesta € - 185 000 185 000 Jakeluaseman osuus koko investoinnista € - - 120 000 Tuotot € 56 500 102 000 143 000 Laitoksen kustannukset €/v 41 000 51 000 56 000 Investoinnin annuiteettikustannus €/v 39 000 37 000 42 000 Takaisinmaksuaika v 25,2* 7,7** 4,5*** * sähkön korvaushinta 220 000 kWh/v a’ 0,12 €/kWh, lämmön hinta 160 000 kWh a’ 0,07 €/kWh, sähkön myyntihinta 330 000 kWh a´ 0,02 €/kWh, **1 €/kg biometaanin myyntihinta (ALV 0 % ja käyttövoimavero 0 €/MWh), *** 1,458 €/kg biome- taanin myyntihinta (ALV 0 % ja käyttövoimavero 0 €/MWh) Kuva 9. Esimerkkitila A1:n lämmön tuotanto ja kulutus CHP-laitoksen kautta 3.2.2. Lihakarjatila (B) Lihakarjatilan eläinmäärä on 800 lihanautaa lämpimässä ritiläpalkkikasvattamossa. Lisäksi yksi- kössä on vasikkakasvattamo, joka tuottaa kuivikelantaa 500 tn vuodessa. Tilan peltopinta-ala Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 25 on 500 ha. Viljelykierrosta peltopinta-alasta on 350 ha nurmea ja 150 ha ohraa. Nurmi uusitaan suojaviljaan, ja osa nurmesta voidaan käyttää syötteenä biokaasureaktoriin. Reaktorin syöt- teenä käytetään 10 000 tonnia lietelantaa, 500 tn kuivikelantaa ja 1000 tuoretonnia viljeltyä nurmea. Biokaasureaktorin koko on 1 213 m3. Reaktori tuottaa raakakaasua 207 400 m3/v. Liu- koisen typen määrä lisääntyy prosessissa noin 26 % (7 800 kg/v) verrattuna syötemateriaalien liukoisen typen määrään. Esimerkkitilan tulokset eivät eroa paljon toisistaan energiankäytön eri vaihtoehdoissa (Taulukko 7). Tilan oman energian käytön vaihtoehdossa rinnalla on myös biometaanin myynti jakelijalle, sillä pelkästään sähköä ja lämpöä hyödyntämällä iso osa kaasusta jää hyödyntämättä. Ratkaisun riskinä on kuitenkin nykyisten investointitukien eri rahoituslähteiden ehdot. Investointitukea saa ainakin toistaiseksi eri lähteistä vain joko tilan omaan käyttöön tai myyntiin. Esimerkkitilan B tulosta parantaa merkittävästi kaikissa vaihtoehdoissa lisäsyötteiden (kuivikelanta ja säilö- rehu) merkittävästi suurempi määrä kuin maitoa tuottavalla esimerkkitila A:lla. Lisäsyötteet kas- vattavat biokaasuntuotantoa n. 30 % verrattuna tilanteeseen, jossa lisäsyötettä ei käytetä. Taulukko 7. Lihakarjatilan (B) biokaasulaitoksen kustannukset ja tuotot eri biokaasun käyttö- vaihtoehdoissa. B1) Biokaasun käyttö tilalla sähköksi ja lämmöksi, ylijäämän myynti biometaa- nina jakelijalle (59 %), B2) Biometaanin tuotanto ja myynti jakelijalle, B3) Biometaanin tuo- tanto ja myynti omalta tankkausasemalta. Yksikkö B1 B2 B3 Biokaasun tuotantopotentiaali MWh/v 2 070 2 070 2 070 Biometaanin myynti MWh/v 1 210 1 640 1 640 Biokaasulaitoksen investointikustannus € 977 000 901 000 1 027 000 CHP-yksikön osuus koko investoinnista € 122 000 - - Puhdistus ja paineistusyksikön osuus koko investoinnista € 193 000 219 000 219 000 Jakeluaseman osuus koko investoinnista € - - 126 000 Tuotot € 130 000 139 000 193 000 Laitoksen kustannukset €/v 55 000 69 000 74 000 Investoinnin annuiteettikustannus €/v 46 000 39 000 44 000 Takaisinmaksuaika v 5,8* 5,9** 3,4*** * sähkön korvaushinta 160 000 kWh/v a’ 0,12 €/kWh, lämmön hinta 80 000 kWh a’ 0,07 €/kWh, 1 €/kg kaasun myyntihinta (ALV 0 %), **1 €/kg biometaanin myyntihinta (ALV 0 % ja käyttövoimavero 0 €/MWh), *** 1,458 €/kg biometaanin myynti- hinta (ALV 0 % ja käyttövoimavero 0 €/MWh) 3.2.3. Kahden maitotilan yhteinen laitos (C) Kahden maitotilan eläinmäärä on yhteensä 400 lypsylehmää ja 250 eläintä nuorkarjaa. Tilojen yhteen laskettu peltopinta-ala on 500 ha. Viljelykierrossa peltopinta-alasta on nurmea 400 ha ja ohraa 100 ha. Nurmi uusitaan suojaviljaan, ja osa nurmesta voidaan käyttää syötteenä bio- kaasureaktoriin. Reaktorin syötteenä käytetään 18 000 tonnia lietelantaa ja 500 tuoretonnia viljeltyä nurmea. Biokaasulaitos sijaitsee toisen tilan eläinsuojan yhteydessä, ja lietelanta Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 26 pumpataan toiselta tilalta putkisiirtona (1,5 km) biokaasulaitokselle. Myös mädäte pumpataan putkisiirtona takaisiin toiselle tilalle (sama putkilinja kuin raakalannalle). Molemmat tilat voivat käyttää mädätettä pelloille ilman hygienisointia. CHP-laitos sijaitsee biokaasulaitoksen yhtey- dessä, ja sen tuottamaa sähköä siirretään toiselle tilalle sähkökaapelia pitkin. Biokaasulaitoksen reaktorin kokonaistilavuus on 1 774 m3. Reaktori tuottaa raakakaasua 272 160 m3/v. Liukoisen typen määrä lisääntyy prosessissa noin 17 % (8 700 kg/v) verrattuna syötemateriaalien liukoi- sen typen määrään. Tässä esimerkissä tulosta parantaa kaikissa vaihtoehdoissa syötteiden määrän ja yksikkökoon kasvu verrattuna edellisiin esimerkkeihin (A ja B) (Taulukko 8). Investointikustannus jää tuotet- tua biokaasukiloa kohden pienemmäksi kuin esimerkkitiloilla A ja B. Esimerkkitila koostuu kah- desta suuresta maitotilasta, jotka sijaitsevat lähellä toisiaan. Mallissa lietelanta siirretään tilojen välillä putkilinjalla, jonka investointikustannuksesta ja toimivuudesta on vielä vähän tietoa ja kokemuksia. Myös esimerkkitilalla C paras tulos saadaan oman biometaanin jakeluaseman kautta, mutta tällä mallilla on myös samat rajoitteet kuin esimerkkitilalla A, eli tulos saavutetaan vain myymällä kaikki tuotettu biometaani. Taulukko 8. Kahden maitotilan yhteisen laitoksen (C) kustannukset ja tuotot eri biokaasun käyttövaihtoehdoissa. C1) Biokaasun käyttö tilalla sähköksi ja lämmöksi, ylijäämän myynti bio- metaanina jakelijalle (45 %), C2) Biometaanin tuotanto ja myynti jakelijalle, C3) Biometaanin tuotanto ja myynti omalta jakeluasemalta. Yksikkö C1 C2 C3 Biokaasun tuotantopotentiaali MWh/v 2 720 2 720 2 720 Biometaanin myynti MWh/v 1 210 2 080 2 080 Biokaasulaitoksen investointikustannus € 1 250 000 1 110 000 1 200 000 CHP-yksikön osuus koko investoinnista € 170 000 - - Puhdistus ja paineistusyksikön osuus koko investoinnista € 183 000 228 000 228 000 Pumppauslinjan osuus koko investoin- nista € 100 000 100 000 100 000 Jakeluaseman osuus koko investoin- nista € - - 126 000 Tuotot € 163 000 170 000 238 000 Laitoksen kustannukset €/v 54 000 71 000 77 000 Investoinnin annuiteettikustannus €/v 8 000 48 000 53 000 Takaisinmaksuaika v 4,6* 4,6** 2,8*** * sähkön korvaushinta 400 000 kWh/v a’ 0,12 €/kWh, lämmön hinta 100 000 kWh a’ 0,07 €/kWh, 1 €/kg kaasun myyntihinta (ALV 0 %), **1 €/kg biometaanin myyntihinta (ALV 0 % ja käyttövoimavero 0 €/MWh), *** 1,458 €/kg biometaanin myynti- hinta (ALV 0 % ja käyttövoimavero 0 €/MWh) Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 27 3.2.4. Lihakarjatilan ja kasvintuotantotilojen yhteislaitos (D) Lihakarjatilan eläinmäärä on 500 lihanautaa lämpimässä ritiläpalkkikasvattamossa. Tilan pelto- pinta-ala on 250 ha. Peltopinta-ala 250 ha on kokonaan nurmea. Tila tekee yhteistyötä viiden kasvinviljelytilan kanssa, joilta saadaan syötteeksi kultakin 400 tonnia viljelykierrosta tulevaa nurmea (sekä ostettua ohraa). Kasvinviljelytilat ottavat vastaan 1/3 mädätteen määrästä. Reak- torin syötteenä käytetään 7 000 tonnia lietelantaa ja 2 000 tuoretonnia viljeltyä nurmea. Bio- kaasulaitoksen reaktorin kokonaistilavuus on 863 m3. Reaktori tuottaa vuodessa raakakaasua 266 240 m3. Liukoisen typen määrä lisääntyy prosessissa noin 42 % (8 800 kg/v) verrattuna syötemateriaalien liukoisen typen määrään. Esimerkki D poikkeaa muista esimerkeistä siten, että merkittävä määrä säilörehupohjaisista li- säsyötteistä ostetaan ja kuljetetaan (noin 10 km) kasvinviljelytiloilta lantaa tuottavan lihakarja- tilan yhteyteen. Lisäksi osa mädätteestä palautetaan kasvinviljelytiloille. Lisäsyötteiden määrä on märkämädätysprosessin ylärajoilla (14 %). Tällaisen mallin mukainen toteutustapa vaikuttaa lupaavalta, jos rehun ja mädätteen siirtomatka on maltillinen (Taulukko 9). Kun lisäsyötteen määrän on näin suuri, laitosta suunniteltaessa tulee huomioida erityisen tarkasti uusiutuvan energian direktiivi 2 (RED II). Tässä esimerkissä on oletettu, että nurmi saadaan viljelykierrosta ja mädätteen palauttamisella peltoon huomioidaan, ettei maan hiilen määrä vähene. Mikäli nurmirehua kuitenkin viljellään pelkästään biokaasulaitoksen syötteeksi, nurmen määrän on oltava tarpeeksi alhainen, jotta RED II direktiivin päästövähennykset saadaan aikaiseksi. Tähän vaikuttaa mm. se, onko nurmi viljelty kivennäismaalla vai turvemaalla. Taulukko 9. Lihakarjatilan ja kasvintuotantotilojen yhteislaitos (D) kustannukset ja tuotot eri biokaasun käyttövaihtoehdoissa. D1) Biokaasun käyttö tilalla sähköksi ja lämmöksi, ylijäämän tuotanto ja myynti biometaanina jakelijalle (70 %), D2) Biometaanin tuotanto ja myynti jakeli- jalle, D3) Biometaanin tuotanto ja myynti omalta jakeluasemalta. Yksikkö D1 D2 D3 Biokaasun tuotantopotentiaali MWh/v 2 460 2 460 2 460 Biometaanin myynti MWh/v 1 700 2 120 2 120 Biokaasulaitoksen investointikustannus € 965 000 887 000 1 013 000 CHP-yksikön osuus koko investoinnista 113 000 - - Puhdistus ja paineistusyksikön osuus koko investoinnista € 216 000 240 000 240 000 Jakeluaseman osuus koko investoinnista € - - 126 000 Tuotot € 164 000 173 000 243 000 Laitoksen kustannukset €/v 95 600 112 500 118 000 Investoinnin annuiteettikustannus €/v 44 400 38 000 43 000 Takaisinmaksuaika v 6,3* 6,6** 3,2*** * sähkön korvaushinta 120 000 kWh/v a’ 0,12 €/kWh, lämmön hinta 80 000 kWh a’ 0,07 €/kWh, 1 €/kg kaasun myyntihinta (ALV 0 %), **1 €/kg biometaanin myyntihinta (ALV 0 % ja käyttövoimavero 0 €/MWh), *** 1,458 €/kg biometaanin myynti- hinta (ALV 0 % ja käyttövoimavero 0 €/MWh) Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 28 4. Konseptiin liittyviä muutospaineita, esteitä ja ajureita 4.1. Tausta ja menetelmät Biokaasuliiketoimintaa, varsinkin biokaasuntuotantoa, leimaa voimakas paikallisuus. Erityisesti maatalouden raaka-aineisiin perustuva biokaasuntuotanto on voimakkaasti sidoksissa raaka- aineisiin, joiden kuljetuskustannukset vaikuttavat herkästi tuotannon kannattavuuteen. Biokaa- suntuotanto on täten houkuttelevinta lähellä raaka-aineen tuotanto- tai syntymispaikkaa. Pai- kallisuudesta johtuen biokaasuntuotannon käytännön edistäminen tapahtuu usein juuri kunta- tai aluetasolla, jolla on luontevinta saattaa paikalliset toimijat yhteen. Myös monet biokaasun kannalta keskeiset päätökset, kuten investointipäätökset ja laitosten luvitukset, tehdään paikal- lisella tasolla. Merkittävänä haasteena biokaasuntuotannon edistämiselle on tunnistettu päätöksenteon, lain- säädännön ja ohjauksen sirpaleisuus. Biokaasuntuotantoon ja -käyttöön kohdistuu sääntelyä useilta eri politiikan osa-alueilta (energia, maatalous, ympäristö, ilmasto, liikenne), mikä hämär- tää kokonaiskuvan hahmottamista biokaasun roolista ja mahdollisuuksista. Tämän lisäksi kan- sallisella tasolla asetetut tavoitteet eivät aikaisemmin ole olleet linjassa käytettyjen ohjauskei- nojen kanssa. Se lähettää biokaasukentän toimijoille herkästi ristiriitaisia signaaleja biokaasun tulevaisuudesta ja politiikan jatkuvuudesta (Huttunen ym. 2014). Kansallisen tason politiikka ei myöskään toteudu kaikilla alueilla yhtäläisellä tavalla. Vaikka bio- kaasun kannalta keskeiset kysymykset, kuten tuotannon kannattavuus ja kysynnän luominen ovat relevantteja koko Suomessa, kysymykset on ratkaistava paikallisesti. Erityisesti biokaasun kohdalla kansallisella tasolla luodut energiapolitiikan suunnat, ja näitä tukevat ohjauskeinot näyttäytyvät erilaisina paikalliselta tasolta katsottuna. Biokaasun keskeisiä jakolinjoja ovat esi- merkiksi maatilojen määrä ja sijainti, biometaanin jakeluverkoston kattavuus ja pääsy maakaa- suverkkoon. Politiikan sirpaleisuus yhdessä alueellisten erojen kanssa johtaa helposti siihen, että biokaasu- kysymystä ratkaistaan Suomessa hyvin erilaisessa tahdissa ja erilaisilla tavoilla. Parhaimmillaan kansallisen vision toteuttaminen paikallisesti mahdollistaa alueiden erityispiirteiden ja vah- vuuksien hyödyntämisen. Pahimmillaan se johtaa kokemukseen eriarvoisesta kohtelusta aluei- den välillä ja kehittää biokaasukenttää vaillinaisesti ja vain tietyillä alueilla. Suomessa biokaasukentän kokonaiskuvaa on viime vuosina edistetty tuomalla biokaasun kan- nalta keskeisiä toimijoita yhteen pohtimaan toimenpiteitä biokaasualan kehittämiseksi. Biokaa- suohjelmaa koonneen työryhmän loppuraportti esittää useita mahdollisia toimenpiteitä bio- kaasuntuotannon edistämiseksi. Se pureutuu erityisesti tuotannon kannattavuuteen (Työ- ja elinkeinoministeriö ym. 2020). Vastaavasti biokaasun nykytilaa ja tulevaisuuden näkymiä on Suomessa kartoitettu kattavasti viimeaikoina (Alm 2022). Tässä hankkeessa haastateltiin kymmentä Pohjois-Savon biokaasutoiminnan kannalta kes- keiseksi tunnistettua toimijaa. Haastateltavat pyrittiin valitsemaan siten, että he edustavat mah- dollisimman kattavasti biokaasuntuotantoa, -jakelua ja mahdollista kysyntää. Lisäksi haastatel- luissa oli hallinnon edustajia sekä kunta- että maakuntatasolta. Haastattelut toteutettiin aktii- visina haastatteluina (Holstein & Gubrium 2011). Niiden tavoitteena oli tarkastella maatalouden raaka-aineisiin perustuvaa biokaasuntuotantoa ja -käyttöä Pohjois-Savon toimijoiden näkökul- masta. Haastattelut tehtiin tammikuussa 2022. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 29 Haastatteluaineisto litteroitiin, minkä jälkeen se käsiteltiin laadullisen sisällönanalyysin (Hsieh & Shannon 2005) keinoin NVivo-ohjelmistolla. Analyysissa etsittiin haastatteluissa keskustel- tuja ajureita ja esteitä, jotka vaikuttavat biokaasuntuotantoon Pohjois-Savossa. Aineisto järjes- tettiin viiden teeman alle: 1) politiikka, 2) ympäristö 3) sosiaaliset tekijät, 4) tekniikka ja talous, ja 5) paikallisten arvoketjujen muodostuminen. Teemojen sisälle sijoitetuista tekstipätkistä ero- teltiin biokaasuntuotantoa ja -käyttöä tukevia tekijöitä sekä kentän edistämistä hidastavia es- teitä. 4.2. Politiikkatavoitteet ja ohjauskeinot Suomalainen biokaasupolitiikka on historiallisesti keskittynyt energian tuotannon tukemiseen. Kirjoitushetkellä biokaasulaitoksen investoija voi hakea investointitukea kolmesta eri investoin- titukiohjelmasta (Alm 2022, ss. 43–44). Maaseudun yritystuen tasoa on nostettu määräaikaisesti 50 %:n tasolle hyväksytyistä kustannuksista. Haastateltavat pitivät tätä tasoa paitsi houkuttele- vana, myös tukitason järkevänä ylärajana. Määräaikaisen tukitason potentiaalia ei kuitenkaan ole saatu täysimääräisesti toteutettua. Maatalouden kannattavuuskuoppa on osunut epäonni- sesti juuri korotetun tukitason ajalle, minkä vuoksi rahoituksen varmistaminen ja investointien edistäminen ovat jääneet monella tilalla toteutumatta. Myös korotetun tukitason aikajännettä on pidetty melko lyhyenä biokaasuinvestoinnin suunnitteluun ja toteuttamiseen. Suunnitte- lussa olevaa ilmasto- ja ravinnekierrätystukea (esim. Luostarinen ym. 2019) pidettiin tukimallina kannatettavana, sillä lantasyötteeseen sidotun tuotantotuen nähtiin tuovat jatkuvuutta biokaa- suntuotantoon. Kysynnän edistämiseen tähtäävistä tukimalleista biokaasun sisällyttäminen biopolttoaineiden jakeluvelvoitteeseen (Työ- ja elinkeinoministeriö 2021) nähtiin positiivisena politiikkatoimena. Jakeluvelvoitteen nähtiin luovan biokaasulle peruskysynnän ja näin lisäävän luottamusta bio- kaasuntuotannon kannattavuuteen. Jakeluvelvoitteeseen liittyminen kuitenkin poistaa biokaa- sulta sen liikennekäytössä aiemmin nauttiman veroedun. Veroedun poistumista ei kuitenkaan nähty ongelmallisena johtuen tärkeimmän substituutin, maakaasun, nousseesta hinnasta. Ylei- sesti ottaen markkinaehtoisia ja kysynnän lisäämiseen kohdistuvia politiikkatoimia pidettiin kannatettavina. Haastattelujen perusteella voitiin huomata, että biokaasulle julkilausutut tavoitteet koettiin monitulkintaisiksi, eivätkä ne onnistu luomaan toimijoille pitkän aikavälin kuvaa houkuttele- vasta liiketoiminnasta. Vastaavasti biokaasun tukijärjestelmä näyttäytyi sekavana, koska tukita- sot ja ulosmyyntisäännöt vaihtelevat investointitukien välillä. Tukijärjestelmä koettiin myös muuttuvana ja epäjatkuvana, mikä hankaloittaa investointien suunnittelua. Pääsääntäisesti voi- daan sanoa, että pitkän aikavälin ennakoitavuus oli tukitason hetkellistä nostoa tavoiteltavam- paa. 4.3. Ympäristöajurit ja -hidasteet Biokaasun mahdollisuus vähentää päästöjä maatiloilla ja liikenteessä on keskeinen biokaasu- teknologiaa edistävä ajuri. Biokaasu on tunnistettu yhtenä ratkaisuna Suomen kansallisessa il- mastotoimenpiteiden suunnittelussa, mutta myös useissa alueellisissa ja paikallisissa ilmasto- ohjelmissa. Suunnitelmien avulla on mahdollista paitsi lisätä biokaasun tunnettavuutta, myös luoda tulevaisuuden näkymää biokaasuteknologialle. Biokaasu nähdään erityisen toimivana ratkaisuna maatalousvaltaisilla alueilla. Biokaasun avulla on mahdollisuus samanaikaisesti lisätä uusiutuvan energian tuotantoa, vähentää kasvihuonekaasupäästöjä, lisätä ravinnekiertoja, Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 30 vähentää maatalouden vesistövaikutuksia ja parantaa tilojen toimintaedellytyksiä. Ympäristö- hyötyjen saavuttaminen vaatii kuitenkin hyviä käytäntöjä jokaisessa biokaasuntuotannon vai- heessa. Kuluttajat ja yritykset ovat entistä kiinnostuneempia uusiutuvasta energiasta ja vähähiilisistä tuotteista ja palveluista. Ympäristö- ja ilmastotietoisuuden kasvu on biokaasulle merkittävä ajuri esimerkiksi liikennesektorilla, jossa kuljetusten vähähiilisyydellä nähdään olevan myynti- ja maine-etua. Samalla yrityksille ja kansalaisille avautuu mahdollisuus vähentää päästöjään vä- hähiilisempien tuotteiden ja palveluiden avulla. Lisääntynyt tietoisuus ei ole kuitenkaan vielä siirtynyt maksuhalukkuudeksi, eikä täten luo merkittävää ohjausvaikutusta hintasignaalin kautta. Maatiloilla biokaasuntuotannolla on useita mahdollisia ympäristö- ja kustannushyötyjä. Uusiu- tuvan energian tuottaminen ja mädätteen käyttäminen lannoituksessa mahdollistavat kustan- nussäästöjä tuotantopanoksien hankinnassa. Tulevaisuudessa joillakin tiloilla myös turvekuivik- keen korvaaminen mädätteestä separoidulla kuivajakeella lisää tilan omavaraisuutta. Biokaasu- liiketoiminnan taloudellinen kannattavuus on tärkeä edellytys tuotannon edistämiseksi. Haas- tatteluista ilmeni, että tulevaisuudessa biokaasuntuotannosta ja käytöstä saatavan ilmasto- hyödyn rooli tulee luultavasti kasvamaan. Vähäpäästöisen ja ilmastoviisaan maatalouden har- joittaminen voi olla entistä välttämättömämpää niille tiloille, jotka haluavat jatkaa ja laajentaa tuotantoaan tulevaisuudessa. Tämän vuoksi osa haastateltavista näki haasteellisena, että bio- kaasun päästövähennykset kohdistuvat maatilojen ulkopuolelle, mikäli biokaasua käytetään lii- kenteen käyttövoimana. 4.4. Sosiaaliset ajurit ja hidasteet Mielikuvien rooli on keskeistä kasvaville teknologioille. Toimivat esimerkit biokaasulaitosten ja kaasukäyttöisten teknologioiden käytöstä rakentavat luottamusta investointia suunnitteleviin toimijoihin. Vastaavasti kertomukset huonoista kokemuksista leviävät nopeasti ja voivat mer- kittävästikin heikentää investointihalukkuutta. Kuntalaisten ja yritysten näkemys biokaasusta on tällä hetkellä positiivinen, sillä biokaasuun yhdistetään kuva ympäristöystävällisenä ja uu- siutuvana/kierrättävänä teknologiana. Kokemuksia eri mittakaavan biokaasulaitoksista sekä biokaasujärjestelmien liiketoimintamalleista on kuitenkin vielä rajallisesti. Pilottilaitosten raken- taminen eri alueille ja eri kokoluokissa voisi vauhdittaa maatilalaitosten yleistymistä. Lisääntynyt työmäärä ja henkinen jaksaminen täytyy arvioida biokaasulaitoksesta syntyvien kustannusten lisäksi. Viljelijöille ruuan tuottaminen on toiminnan keskeinen tavoite, ja energi- antuottajan rooli voi näyttäytyä etäisenä, mikäli nämä kaksi näyttäytyvät toisistaan hyvin erilli- sinä. Hyvin suunniteltu biokaasuinvestointi, toiminnan kannattavuus ja viljelijän henkilökohtai- nen kiinnostus biokaasutekniikkaa kohtaan usein laskevat investoinnin kynnystä. Nykyinen il- mastokeskustelu maatalouden ilmastovaikutuksista voi yhtäältä lisätä painetta ja näin vauhdit- taa päästövähennysten tekemiseen maatiloilla, mutta toisaalta passivoida ja heikentää viljeli- jöiden jaksamista. 4.5. Teknis-taloudelliset ajurit ja hidasteet Teknis-taloudelliset ajurit ja hidasteet liittyvät ensisijaisesti biokaasulaitosten raaka-aineen kul- jetusetäisyyksiin, biometaanin jakeluverkoston kattavuuteen ja kaasuajoneuvojen toimivuu- teen. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 31 Maatilojen sijoittuminen asettaa maantieteellisen rajoitteen biokaasulaitosten sijainnille. Mikäli raaka-aineen kuljetusetäisyydet maatiloilta biokaasulaitokseen nousevat liian suuriksi, biokaa- suntuotanto ei ole enää kannattavaa korkeiden logistiikkakustannusten vuoksi. Maatilojen omilla biokaasulaitoksilla raaka-aine tulee tai voidaan tuottaa suoraan tilalla, mikä pienentää kuljetusten kustannuksia merkittävästi. Maatilojen omien biokaasulaitosten kannattava koko- luokka on kuitenkin kasvanut jatkuvasti Se rajaa suuren osan tiloista investointien ulkopuolelle raaka-aineen riittämättömyyden tai investointikyvyn puutteen vuoksi. Maatilojen heikko ta- loustilanne erityisesti viimeisten vuosien aikana on heikentänyt mahdollisuuksia rahoituksen saamiselle ja jättänyt monia pitkällekin suunniteltuja investointeja toteutumatta jaksamisen ja/tai rahoituksen puutteen takia. Mikäli energian ja lannoitteiden hinnat pysyvät korkeina myös jatkossa, maatilojen oma biokaasuntuotanto saattaa vaikuttaa nykyistä houkuttelevam- malta. Erityisesti lantasyötteen arvo lannoituksessa voi kasvaa, mikä saattaa vähentää haluk- kuutta myydä tai luovuttaa lantaa tilan ulkopuolelle. Keskeinen tekninen hidaste biokaasun liikennekäytön lisäämisessä johtuu jakeluasemien rajal- lisuudesta ja niiden maantieteellisestä sijoittumisesta. Raskaan liikenteen toimintaedellytyksien kannalta hajanainen tankkausverkosto asettaa useita haasteita, sillä ajoneuvojen reitit ja toi- mintasäteet ovat rajoittuneet tankkausmahdollisuuksien mukaisesti. Lisäksi yksittäisen tank- kauspumpun tyhjentyminen tai vikatilanne voi tarkoittaa, ettei korvaavaa tankkauspistettä ole saatavilla. Mikäli sekä kaasukäyttöisten henkilöajoneuvojen että raskaampien kuljetusajoneu- vojen määrä lisääntyy yhtäaikaisesti, voi asemien sijoituslogiikka vaihdella. Raskaan liikenteen tankkausasemat tulisi sijoittaa mahdollisimman keskeisille paikoille valtaväylin läheisyyteen. Henkilöautoliikenteessä tankkausasemien hajasijoittelu, esimerkiksi maatilojen omien tank- kauspisteiden kautta, voi tukea asemaverkoston kattavuutta. Kaasukäyttöisiä kuorma-autoja on saatavilla useammalta valmistajalta, ja ajoneuvojen luotet- tavuudesta on hyviä kokemuksia. Vaikka raskaan liikenteen kaasuajoneuvon hankinta- ja huol- tokustannukset ovat dieselkäyttöistä ajoneuvoa suuremmat, voi biokaasun alempi hinta kor- vata tämän ajoneuvon elinkaaren aikana. Kaasutekniikka ei kuitenkaan nykyisellään ole toimiva suurimman kokoluokan ja suoritteen kuorma-autoissa. Tämän vuoksi kaasukäyttöisten ajoneu- vojen vaihtoväli voi kasvaa huomattavan pitkäksi. Pitkä vaihtoväli luo yrittäjälle riskin biome- taanin saatavuudesta tulevaisuudessa ja muiden käyttövoimien nopeammasta kehittymisestä. 4.6. Paikallisten arvoketjujen muodostuminen Hankkeessa toteutettujen haastattelujen perusteella kuljetusliikenne voisi toimia biokaasusta jalostetun biometaanin keskeisenä käyttökohteena Pohjois-Savossa. Valtatiet 5 ja 9 ovat kes- keisiä kuljetusliikenteen kulkuväyliä, ja ne voisivat tarjota biokaasulle kysyntää kuljetuksissa. Kirjoitushetkellä Pohjois-Savon alueella on yksi nesteytettyä biometaania tarjoava tankkaus- asema ja yksi paineistettua biometaania tarjoava asema, jotka kummatkin sijaitsevat Kuopiossa (Gasum 2022). Tankkausasemien määrää tulisi kasvattaa, jotta biometaanin saatavuus tank- kauksen ongelmatilanteissa saataisiin varmistettua. Biokaasukenttä voi käynnistyä paikallisesti, mutta se hyötyy merkittävästi markkinoiden kas- vusta, jossa biokaasun ja biometaanin tuottajien, jakelijoiden ja kuluttajien määrä kasvaa kunta- ja maakuntarajojen yli. Suuren kaupallisen toimijan mukana olo biokaasuntuotannossa ja -ja- kelussa edistää merkittävästi biokaasukentän kasvua. Kaupallinen toimija voi olla joko kunta, yritys tai riittävän suuri maatilojen yhteenliittymä, jolla on kykyä tuottaa biokaasulle uskottava perustarjonta. Pienempien tuottajien ja käyttäjien toimijoiden on helpompi liittyä mukaan bio- kaasuliiketoimintaan, kun kentällä on jo ennestään toimijoita ja toimivia arvoketjuja. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 32 Liikenteen toimijoilla ja kunnilla on kasvava kiinnostus biokaasun käyttöön. Biokaasulla näh- dään hyötyjä sekä kasvihuonekaasupäästöjen vähentämisessä että ravinteiden kierrätyksessä ja maatilojen toimintaedellytysten parantamisessa maatalousvaltaisilla alueilla. Kunnat voisivat toimia biokaasuinvestoinnin keskeisinä koordinaattoreina tuomalla toimijoita yhteen, lisää- mällä biokaasun tunnettavuutta omissa kehityssuunnitelmissaan ja tarjoamalla biokaasulle ky- syntää esimerkiksi julkisessa liikenteessä. Biokaasun edistämistä kuntatasolla heikentää erityi- sesti kysynnän ja tuotannon yhteensovittaminen sekä toimivien arvoketjuesimerkkien vähäi- syys. Tietoa biokaasuntuotannosta ja -käytöstä levitetään kuntien välillä, mutta esimerkkien puute ja teknologian tuntemattomuus vaikuttavat hidastavan teknologiaan investoimista. En- simmäinen biokaasuun sitoutuva ja investoiva kunta kantaa vielä tuntemattoman teknologian mukanaan tuomat investointiriskit ja joutuu selvittämään biokaasun edistämiseen liittyvät by- rokraattiset ja toimijoiden koordinoimiseen liittyvät haasteet. Monelle toimijalle lienee houkut- televaa katsoa ja odottaa, miten biokaasukenttä lähtee pilottikunnan tapauksessa etenemään ennen omaa sitoutumista. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 33 5. Yhteenveto Tässä hankkeessa tarkasteltiin hajautetun biokaasuntuotannon mallia, jossa useissa maatilojen biokaasulaitoksissa tuotettu biokaasu hyödynnetään keskitetyn jakelupisteen kautta liikenteen polttoaineena. Hankkeen kohdealueena käytettiin Pohjois-Savoa, mutta hankkeen tuloksia voi- daan soveltaa myös muilla alueilla. Koska Pohjois-Savon alue on voimakasta lypsykarjatuotan- non aluetta, päähuomio raaka-aineissa keskittyi naudanlantaan. Kootun aineiston perusteella Pohjois-Savon lantakeskittymät painottuivat Ylä-Savoon ja Kuo- pion pohjoispuolisille alueille. Molemmille alueille mallinnettiin kaksi keskitettyä biometaanin jakelupistettä, joissa molemmissa tuotantokapasiteetti oli 25 GWh. Etäisyydet keskitettyjen ja- kelupisteiden ja verkostossa olevien maatilojen välillä vaihtelivat 12 ja 57 km välillä ja yksittäis- ten biokaasulaitosten tuotantokapasiteetit 1,8 ja 4,5 GWh välillä. Hankkeessa tehtiin myös tekniikkaselvitys, jonka avulla määritettiin konseptille toimintatavat ja kustannukset. Kustannustehokkaimmaksi tavaksi tuottaa biometaania keskitettyyn jakeluun osoittautui malli, jossa jokaisella konseptissa mukana olevalla biokaasulaitoksella biokaasu ja- lostetaan ja paineistetaan, jonka jälkeen paineistettu biometaani kuljetetaan autokuljetuksena keskitettyyn jakelupisteeseen. Keskitetyssä jakelupisteessä biometaani voidaan edelleen nes- teyttää raskaan liikenteen käyttöön. Autokuljetus valikoitui pääosin kuljetusmatkojen perus- teella, mutta osassa laitoksia biokaasun tai biometaanin kuljetus putkikuljetuksena voisi tulla kyseeseen. Tällöin voitaisiin jättää välistä biometaanin paineistaminen kuljetusta varten, mikä voisi vähentää kokonaiskustannuksia. Konseptissa mukana olevilla esimerkkibiokaasulaitoksilla tuotetun biometaanin myynnin kan- nattavuusraja vaihteli. Keskimäärin biometaanin tilahinnaksi muodostui 1,00 €/kg, jolla kannat- tavuuden raja laitoksia operoivien tilojen kannalta saavutettiin. Tilakoko kaikissa esimerkkita- pauksissa oli kuitenkin hieman keskimääräistä pohjoissavolaista maatilaa suurempia. Esimer- kiksi maitotilalla tulisi olla yli 200 lypsylehmää ja nuorkarja, jotta esimerkkilaitosten kokoluokka saavutetaan. Tämä vastaa kolmen-neljän lypsyrobotin tilakokoa. Lihakarjatiloilla riittävän suuri tilakoko tarkoittaa yli 500 lihanaudan yksikköä. Hankealueella potentiaalisia maito- ja lihakar- jatiloja on alle 30. Paineistetun biometaanin keskitetyn jakelun kustannukset olivat noin 0,50 €/kg. Yhteenlasket- tuna kuluttajalle myytävän biometaanin hinta tulisi olla veroineen lähelle 2,00 €/kg, jotta kaikki kulut saadaan katettua ja tuloja tuotettua. Lisäkuluja aiheuttaisi vielä biometaanin nesteytys, jonka tuotantokustannus on noin 0,3–0,6 €/kg. Nesteytetyn biometaanin hinta olisi näin vielä paineistettua korkeampi. Hintaan ja biometaanin myynnistä saataviin tuottoihin vaikuttaa mer- kittävästi jakeluvelvoite ja sen mukana tuleva tikettikauppa, jonka merkitystä hintoihin kirjoi- tushetkellä vaikeaa arvioida. Tilojen näkökulmasta keskitetty biometaanin jakelu tuo yhden suuren ja vakaan asiakkaan, jonka vastuulla on tuotteen varastointi, markkinointi ja jakelu loppukäyttäjälle. Suuri investointi biokaasulaitokseen voi silti olla tiloille haastava. Konseptissa ravinteet jäävät mädätteenä tilan omaan käyttöön, mikä erityisesti Pohjois-Savon nautakarjatuotannossa on eduksi. Suuren pel- topinta-alan ja nurmen hyvän ravinteiden oton takia ravinteille yleensä on omaa käyttöä. Ra- vinnetasapainon tarkastelu on kuitenkin tehtävä kaikille tiloille ja alueille erikseen, sillä olosuh- teet vaihtelevat merkittävästi. Jakelijan näkökulmasta hajautettu tuotanto mahdollistaa monipuolisten raaka-aineiden käytön biometaanin tuotannossa. Jakelija voi myös keskittyä liikennepolttoaineen myyntiin, koska vil- jelijät operoivat biokaasulaitoksia, ja mädäte ravinteineen jää tilojen omaan käyttöön. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 34 Biometaanin kuljetuksen ja varastoinnin kustannukset ovat kuitenkin merkittävät verrattuna suuren, keskitetyn biokaasulaitoksen biometaanin tuotantoon. Konseptin skaalaus tuottaa myös oman haasteensa, koska kaikki konseptissa mukana olevat laitokset eivät todennäköisesti valmistu samaan aikaan. Tämän vuoksi ainakin alkuvaiheessa kustannukset voivat olla korke- ammat pienemmästä biometaanin määrästä johtuen. Myös tikettikaupan merkitys on jakelijalle suuri. Biometaanin tuotannon houkuttelevin ja kannattavin vaihtoehto tarkastelluista laitosesimer- keistä on suurilla lihakarjatiloilla (Liite 3), jotka eivät juurikaan saa kustannussäästöjä omasta sähkön ja lämmön käytöstä. Lihakarjatiloilla on motivaatio saada paras mahdollinen biokaasun tuottopotentiaali käyttöön, koska tulot saadaan tilalta ulos myydystä biokaasusta. Niillä olisi myös houkuttelevaa hankkia lannan lisäksi lisäsyötteitä biokaasuntuotannon maksimoimiseksi. Laskelmissa käytetty puhdistetun ja paineistetun biometaanin tilahinnan oletusarvo 1,00 €/kg on teoreettinen viitearvo, koska tuotteelle ei vielä ole ostajaa ja muodostunutta markkinahin- taa. Lisäksi konseptissa on oletuksena, että ostaja toimittaa kaasukontin ja hoitaa logistiikan. Biometaanin myynti liikennepolttoaineeksi paineistettuna ilman omaa, laitoskohtaista jakelu- asemaa vaatii kumppaniksi luotettavan toimijan. Yhden toimijan varaan jääminen voi sisältää merkittävän riskin niin hinnan kuin menekin suhteen. Oman jakeluaseman rakentaminen biokaasulaitoksen yhteyteen ei ole kovin iso lisäinvestointi, mutta se edellyttää riittävää varastopuskuria tuotetulle biometaanille. Asiakkaista pitää olla riit- tävästi ja menekki melko tasainen. Lisäksi jakeluasema tuo mukanaan viranomaisvalvontaa ja raportointia. Kaikkia niistä aiheutuvia kustannuksia ei ole välttämättä näissä laskelmissa voitu ottaa huomioon. Esitetyissä hinnoissa ei myöskään ole mukana arvonlisä- tai käyttövoimave- roa. Investointien esteenä voi olla myös maatilojen kustannuskriisi ja vakuuksien puute. Suuren kokoluokan kotieläintiloilla on tehty merkittäviä investointeja, ja velkataakka on usein valmiiksi suuri. Täten biokaasulaitoksen investointiin voi olla haastavaa saada velkarahoitusta, koska tilan vakuusreserviä ei ole jäljellä. Konseptin mukaisen tilatuotannon toteutumista voitaisiin edes- auttaa merkittävästi esim. leasingrahoituksella tai takauksilla biometaanin ostajalta tai muilta tahoilta (esim. kunta, valtio). Biokaasuntuotantoon ja -käyttöön vaikuttaa useita tekijöitä, joista osa toimii biokaasun asemaa tukevasti ja osa heikentävästi. Biokaasu nähdään kotimaisena ja uusiutuvana energianlähteenä, jolla on energian tuotannon ja päästöjen vähentämisen lisäksi myös muita hyötyjä. Maatalous- valtaisissa kunnissa biokaasun nähdään edistävän kokonaisvaltaisesti alueen energiantuotan- toa, huoltovarmuutta sekä ympäristötavoitteita. Maatiloilla on myös kasvavaa kiinnostusta bio- kaasuteknologiaa ja yleistä tilojen omavaraisuuden kehittämistä kohtaan (Taulukko 10). Poli- tiikkaympäristö on lähtökohtaisesti biokaasua kohtaan myönteinen, ja biokaasun käyttöä pyri- tään edistämään sekä kansallisella tasolla että maakunta- ja kuntatasoilla. Keskeisimmät hidas- teet biokaasukentälle syntyvät tuotannon heikosta kannattavuudesta, biokaasun tulevaisuu- teen liittyvistä epävarmuuksista sekä ohjauskeinojen monimutkaisuudesta ja ennakoimatto- muudesta. Maatilamittakaavassa maatilojen heikentynyt taloustilanne ja jaksaminen ovat viime aikoina hidastaneet investointeja. Biokaasun käyttötapa ja -kohde vaikuttavat keskeisesti biokaasusta saatavan päästövähennyk- sen suuruuteen ja siihen, miten käytön ilmastovaikutusta voidaan laskea esimerkiksi tuotteiden hiilijalanjälkeä arvioitaessa. Tämän vuoksi ei ole yhdentekevää käytetäänkö biokaasua sähkön, lämmön vai liikenteen polttoaineen tuottamiseen, ja käytetäänkö biokaasu maatiloilla vai esi- merkiksi laajemmin henkilö- ja tavaraliikenteessä. Viljelijää houkuttelee usein biokaasun käyttö oman tilan toiminnoissa, koska biokaasusta saatava päästövähennys realisoituu tällöin joko ti- lan omassa ja/tai tuotettavan tuotteen hiilijalanjäljessä. Kansallisen ilmastopolitiikan näkö- Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 35 kulmasta biokaasu kannattaisi kuitenkin pääsääntöisesti käyttää raskaalle tieliikenteelle johtuen voimakkaammasta päästövähennysvaikutuksesta ja muiden uusiutuvien ratkaisujen niukkuu- desta. Oikeudenmukaisuuden vuoksi on tärkeää, että viljelijöille annetaan biokaasulla saavute- tuista päästövähennyksistä tunnustusta, vaikka biokaasun käyttö kohdistuisi maatalouden ja maatilojen ulkopuolelle. Biokaasutuotannon kannattavuuden lisäksi täytyy huolehtia, että vil- jelijät saavat arvostusta esimerkiksi niistä liikenteen päästövähennyksistä, jotka on osaltaan mahdollistettu viljelijöiden investoinneilla ja työpanoksella. Taulukko 10. Biokaasuntuotannon ajureita ja esteitä maatiloilla. Ajurit Esteet ja hidasteet Politiikka ja ohjauskeinot Maatilojen investointituen taso kirjoitushetkellä (50 %) kannus- taa investointeihin. Ilmasto- ja energiapolitiikka tu- kevat uusiutuvien energialähtei- den tuotantoa. Investointitukijärjestelmä monimut- kainen. Tukimekanismien epäjatkuvuus. Politiikkatavoitteet eivät luo tulevai- suudennäkymää biokaasulle. Tekniikka ja talous Lannoitteiden ja energian nous- sut hinta lisää biokaasuntuotan- non houkuttelevuutta. Biokaasuntuotanto lisää tilan toimintamahdollisuuksia. Tilojen heikko kannattavuus. Rahoituksen saaminen haastavaa. Pitkät kuljetusetäisyydet. Sosiaaliset tekijät Tilojen omavaraisuuden kehittä- minen ja biokaasutekniikka kiin- nostavat viljelijöitä. Ilmastokeskustelu voi uuvuttaa ja passivoida. Biokaasulaitos voi lisätä viljelijän työ- määrää. Viljelijät voivat vierastaa energian- tuottajan roolia. Ympäristö Ravinteiden kierrätys ja uusiutu- van energian tuotanto koetaan tärkeänä. Halukkuus vähentää tilan khk- päästöjä. Kuluttajien ilmastotietoisuus ei ole vielä muuttunut maksuhalukkuu- deksi. Päästövähennyksen kohdentuminen maatilojen ulkopuolelle. Liiketoimintamallit Tiloilla kiinnostusta yhteistuo- tantolaitoksiin ja raaka-aineen toimittamiseen. Toimivista arvoketjuista vain rajalli- sesti esimerkkejä. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 51/2022 36 Viitteet Alm, M. 2022. Uusiutuva energia – biokaasulla kohti hiilineutraalia tulevaisuutta (TEM toimi- alaraportit 2022:1). https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-327-951-3 Ardolino, F., Cardamone, G.F., Parrillo, F. & Arena, U. 2020. Biogas-to-biomethane upgrading: A comparative review and assessment in a life cycle perspective. Renewable and Sus- tainable Energy Reviews. 139, 110588. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110588 Biokaasulaskuri 2022. https://maatalousinfo.luke.fi/fi/laskurit/biogas Börjesson, P., Lantz, M., Andersson, J., Björnsson, L., Möller, B., Fröberg, M., Hanarp, P., Hulte- berg, C., Iverfeldt, E., Lundgren, J., Röj, A., Svensson, H. & Zinn, E. 2017. Methane as vehicle fuel – a well to wheel analysis (METDRIV). 10.13140/RG.2.2.24258.79045. Capra, F., Magli, F. & Gatti, M. 2019. Biomethane liquefaction: A systematic comparative analysis of refrigeration technologies. Applied Thermal Engineering. 158, 113815. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.113815 Envitecpolis, 2021. Toteutettavuusselvitykset Kehitysyhtiö Savogrow Oy Kaasua liikkeelle - hanke Loppuraportti 20.4.2021. https://www.savogrow.fi/wp-content/uploads/2021/ 09/2021-04-27-Loppuraportti-Toteutettavuusselvitykset-1.pdf Frost, P. & Gilkinson, S. 2011. 27 months performance summary for anaerobic digestion of dairy cow slurry at AFBI Hillsborough. Interim technical report. https://www.af- bini.gov.uk/sites/afbini.gov.uk/files/publications/%5Bcurrent-domain%3Amachine- name%5D/Anaerobic%20Digestion%20Performance%20Sum- mary%2027%20months.pdf Gasum. 2022. Tankkausasemat. https://www.gasum.com/yksityisille/tankkaa-kaasua/tankkaus- asemat/ Luettu: 29.3.2022 Hahn, H. 2011. Guideline for financing agricultural biogas projects - Training material for biogas investors. http://www.biogasin.org/files/pdf/WP3/D.3.7_IWES_EN.pdf Haimila, P. 2015, Liikennebiokaasun jakelu Mikkelin seudulla: Teknologia- kustannus- ja kan- nattavuustarkastelu. Diplomityö. Lappeenrannan teknillinen yliopisto, tuotantotalous. https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201501231245 Holstein, J. A., & Gubrium, J. F. 2011. Active Interview. SAGE Publications Inc. https://doi.org/ 10.4135/9781412986120 Hsieh, H.-F., & Shannon, S.E. 2005. Three Approaches to Qualitative Content Analysis. Qualita- tive Health Research, 15(9): 1277–1288. Huttunen, S., Kivimaa, P. & Virkamäki, V. 2014. The need for policy coherence to trigger a tran- sition to biogas production. Environmental innovation and societal transitions, 12, 14– 30. https://doi.org/10.1016/j.eist.2014.04.002 https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-327-951-3 https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110588 https://maatalousinfo.luke.fi/fi/laskurit/biogas https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.113815 https://www.savogrow.fi/wp-content/uploads/2021/09/2021-04-27-Loppuraportti-Toteutettavuusselvitykset-1.pdf https://www.savogrow.fi/wp-content/uploads/2021/09/2021-04-27-Loppuraportti-Toteutettavuusselvitykset-1.pdf https://www.afbini.gov.uk/sites/afbini.gov.uk/files/publications/%5Bcurrent-domain%3Amachine-name%5D/Anaerobic%20Digestion%20Performance%20Summary%2027%20months.pdf https://www.afbini.gov.uk/sites/afbini.gov.uk/files/publications/%5Bcurrent-domain%3Amachine-name%5D/Anaerobic%20Digestion%20Performance%20Summary%2027%20months.pdf https://www.afbini.gov.uk/sites/afbini.gov.uk/files/publications/%5Bcurrent-domain%3Amachine-name%5D/Anaerobic%20Digestion%20Performance%20Summary%2027%20months.pdf https://www.afbini.gov.uk/sites/afbini.gov.uk/files/publications/%5Bcurrent-domain%3Amachine-name%5D/Anaerobic%20Digestion%20Performance%20Summary%2027%20months.pdf https://www.gasum.com/yksityisille/tankkaa-kaasua/tankkausasemat/ https://www.gasum.com/yksityisille/tankkaa-kaasua/tankkausasemat/ http://www.biogasin.org/files/pdf/WP3/D.3.7_IWES_