HIILEKKAASTA 2.
Hanke tarkastelee biohiilen tuotannon paikallisia ja alueellisia arvoketjuja biohiilituotannon käynnistämiseksi Keski-Pohjanmaalla Hankkeen aikana parannetaan biohiilituotannon tunnettuutta Keski-Pohjanmaan alueella sekä demonstroidaan ja pilotoidaan biohiilituotantoa pienen mittakaavan pyrolyysilaitteistolla.
Arvoketjujen analyysin ja paikallisen pilotoinnin pohjalta luodaan biohiilen tuotannon ekosysteemimallinnus. Hanke edistää biohiileen liittyvien tuotantoinvestointien syntymistä, tukee hiilivarastojen ja –nielujen kehittymistä sekä innostaa etenkin nuoria koko biohiilentuotannon jakeluketjun kattavaan toimintaan.
Biohiilen tuottaminen kuten raaka-aineiden hankinta, kuljetus, jalostus ja myynti voivat luoda työpaikkoja ja kannustaa paikallista yrittäjyyttä. Biohiilen tuotanto on vähäpäästöinen tapa tuottaa energiaa, ja siten edistää Keski-Pohjanmaan maakunnan siirtymistä kohti vähähiilistä taloutta. Biohiili voidaan tuottaa paikallisista biomassoista, kuten metsäbiomassasta tai maatalouden sivutuotteista, mikä edistää alueellista omavaraisuutta ja vähentää riippuvuutta fossiilisista polttoaineista. Biohiili on myös erinomainen maanparannusaine, joka edistää maaperän terveyttä ja viljelyn tuottavuutta
Hanke on käynnissä 1.10.2023-30.09.2025. Hankkeen kokonaiskustannusarvio on 226 499€, ja hankkeen rahoittavat KeskiPohjanmaan liitto JTF-rahoituksella (80%) sekä Kaustisen seutukunta (20%).
Hiilensidonta
Hiilensidonnan lisääminen kaikessa toiminnassa on tärkeää, jotta ilmastonmuutoksen vaikutuksia saataisiin hillittyä ja ilmaston nykyinen lämpenemistahti saataisiin pysäytettyä. Ilmastonmuutoksen voidaan todeta olevan tällä hetkellä suurin yksittäinen uhkatekijä ekosysteemille ja ihmisille. Ilmastonmuutos on seurausta liiallisista kasvihuonekaasupäästöistä ja erityisesti hiilidioksidista ilmakehässä. Sen vuoksi onkin olemassa kansainvälinen tahtotila löytää toimia hiilidioksidin ja kasvihuonekaasujen poistamiseksi ilmakehästä Nämä toimet ovat osa hiilensidontaa. Hiilensidonnaksi lasketaan kaikki toiminta, mikä sitoo hiilidioksidia ilmakehästä ja varastoi sen itseensä Hiilensidontaan lasketaan osaksi myös kasvien luontaisesti tekemä yhteyttäminen.
Alkuvuoden 2024 poliittinen sopu EU:n hiilienpoistojen sertifiointikehyksen asetuksesta antaa tukea myös kotimaan hiilimarkkinoihin liittyvien toimien edistämiselle. Sertifiointikehyksessä on neljä kategoriaa, joista yksi on hiilen pysyvä poisto ilmakehästä (teknologiset nielut). Pysyvien hiilenpoistojen kategoriassa myös biohiili voidaan laskea pysyväksi poistoksi (BECCS, DACCS lisäksi). Tämä edellyttää hyvän sertifiointimenetelmän kehittämistä
Päästökompensaatiot
Jos kaikkia aiheutettuja päästöjä ei voida välttää tai sitovia hiilinieluja ei pystytä kasvattamaan, käytetään päästökompensaatioita. Päästökompensaatiolla tarkoitetaan toimijan (valtio, maakunta, kunta, yritys, organisaatio tai yksilö) aiheuttamien päästöjen hyvittämistä poistamalla niitä vastaava kasvihuonekaasumäärä toisaalla
Päästökompensaatioista puhuttaessa käytetään päästövähennysyksikköä, joka tarkoittaa mitä tahansa yhden hiilidioksidiekvivalenttitonnin (1 t CO2e) suuruista päästövähennystä vastaavaa hyvin määriteltyä yksikköä, jolla voidaan päästöjen hyvitysnäkökulmasta käydä kauppaa. Päästövähennysyksiköitä voidaan hankkia joko lain velvoittamien tai vapaaehtoisten markkinoiden kautta Suomessa erilaiset toimijat ovat kiinnostuneita kompensoimaan päästöjään nimenomaan kotimaisilla päästövähennyskohteilla.
Lue lisää päästökompensaatioista
Raakaainehuolto
Biohiilen raaka-aineen hankinta edesauttaa suomalaisissa nuorissa kasvatusmetsissä esiintyvien hakkuurästien hoitamista. Puunkorjuu voidaan toteuttaa joko karsittuna rankana tai kokopuuna.
Raaka-aineintensiivisissä tuotteissa raaka-aine muodostaa merkittävimmän osan koko tuotteen kustannusrakenteesta. Biohiili on juuri tällainen tuote, jonka liiketoiminnan kokonaiskannattavuuden kannalta erittäin merkittävää on hankintojen kustannustehokas toteuttaminen ja toimituslogistiikan hallinta.
Biohiilen raaka-ainehuolto perustuu alueellisesti selvitettyyn eri raaka-aineiden määräpotentiaaliin sekä niiden hintatasoon ja käytettävyyteen. Biohiilen potentiaalisia raaka-aineita ovat metsäbiomassa, maatalouden erilaiset sivuvirrat, puutarhajätteet, kierrätyspuutavara, kutterilastu ja muut puutuoteteollisuuden hukkamateriaalit, käytöstä poistetuilla turvetuotantoalueilla kasvatettavat nopeakasvuiset puulajit sekä biohiilen valmistuksessa mahdollisesti hyödynnettävät muut kasvit.
Biohiilen raaka-aineen valinnassa määräävänä tekijänä on se, minkälaiseen käyttötarkoitukseen biohiiltä valmistetaan On tärkeää huomioida eri puulajien soveltuvuus biohiilen käyttötarkoituksen mukaisesti. Esimerkiksi, jos vaatimuksena on biohiilen korkea sorptiokyky, edellyttää se huokoisen puulajin (kuusi) Mänty soveltuu myös hyvin biohiilen raaka-aineeksi. Puurakenteeltaan tiheänä materiaalina koivu soveltuu esimerkiksi lietelantaloiden katteeksi ehkäisemään ammoniakkipäästöjä
Metsäbioenergiajakeiden hankinta biohiilitehtaalle toteutetaan joko valmiiksi haketettuna tai karsittuna rankana tehtaalle kuljetettuna. Tärkeä peruste on toteuttaa biohiilen raakaainehuolto mahdollisimman kustannustehokkaasti keskittyen biohiilen tuotantoprosessin ja koko toimituslogistiikan virtaviivaistamiseen.
Potentiaaliset puunkorjuun kohteet - nuore kasvatusmetsät
Suomessa on paljon nuoria kasvatusmetsiköitä, joissa taimikonhoito on jäänyt kokonaan tekemättä, ja sen vuoksi on kiireellistä toteuttaa nuoren metsän kunnostus Nuoren metsän kunnostuksella varmistetaan puuston latvussuhteiden säilyminen riittävänä, jolloin puusto kehittyy elinvoimaisena kohti seuraavaa harvennusta
Jos latvussuhde (elävän latvuksen osuus rungon koko pituudesta) supistuu havupuulla merkittävästi alle 40 %:iin ja koivulla merkittävästi alle 50 %:iin, on mahdollista, että puusto ei enää toivu kunnolliseen kasvukuntoon. Tällöin on mahdollista, että metsänomistajalle koituu metsikön kiertoajan aikana (n 80 vuotta) merkittäviä taloudellisia menetyksiä
Puunkorju teknologia
Hakkuukoneella pieniläpimittaisten puiden hakkuutyön kustannukset ovat korkeita johtuen hakkuun alhaisesta tehokkuudesta Tämän vuoksi pieniläpimittaisia puita sisältävät metsiköt harvennetaan nykyisin melko usein raivaussahalla, jolloin metsään jää hyödyntämättä merkittävä määrä (20–50 m3/ha) biohiilen raakaaineeksi soveltuvaa pienpuuta
Giljotiinikouralla varustetut tai risupeto-tyyppiset hakkuukoneyksiköt soveltuvat pieniläpimittaisten nuorten kasvatusmetsien harvennushakkuisiin tuottaen karsimatonta rankaa. Erillistä raivaussahalla tehtävää ennakkoraivausta ei tarvita. Tällaisissa leimikoissa on hyvin tyypillistä, että harvennuksessa poistettavien runkojen keskitilavuus on alle 50 litraa.
Parhaimmillaan tehokkuus tällaisissa kohteissa voi olla lähes 100 m3/8 h. Karsimaton ranka haketetaan metsäkuljetuksen sekä kuivumisen jälkeen kaukokuljetuskelpoisen tien varressa, ja kaukokuljetus toteutetaan hakekuljetukseen soveltuvalla kalustolla käyttökohteeseen.
Karsittu ranka
Karsittu ranka on myös potentiaalinen biohiilen raaka-aine. Karsitun rangan hakkuu toteutetaan normaalilla hakkuukoneella, jolloin tarvitaan ennen hakkuuta miestyönä toteutettu ennakkoraivaus raivaussahalla. Karsitun rangan kaukokuljetus voidaan toteuttaa samalla kalustolla kuin ainespuun kuljetus joko suoraan tehtaalle tai välivarastoon
Kokonaislogistiikan paremman hallittavuuden vuoksi, on yleistynyt toimintatapa, jossa rangat kuljetetaan ensiksi välivarastoon. Haketus tapahtuu välivarastolla, josta hake kuljetetaan tehtaalle tarpeen mukaisesti.
Raaka-aineen kosteus ja jakeitten koko 10.
Biohiilen raaka-aineen valmistuskosteus syötettäessä materiaali pyrolysointiin, tulisi olla alle 20 %, koska pyrolyysiin kuluva aika on sitä pidempi, mitä kosteampaa raaka-aine on Pyrolyysissä tehot ja biohiilen saanto heikkenevät vettä lämmittäessä, jolloin on selvää, että korkeaa kosteuspitoisuutta tulee välttää Puutuoteteollisuuden hukkapätkät omaavat valmiiksi alhaisen loppukosteuden, jolloin erillistä kuivausta ei tarvita.
Metsäbiomassan kuivaus voidaan toteuttaa joko ennen haketusta tai haketettuna. Rankana puut kuivataan luonnonolosuhteissa, sateelta suojattuna välivarastossa, jolloin kuivumisaika venyy helposti parin vuoden mittaiseksi. Tämä voi olla suunnitelmallisen toiminnan kannalta ongelmallista Haketettuna kuivaus edellyttää erityisesti hakkeen kuivaukseen suunniteltua kuivausteknologiaa. Lähtökohtana tulee kuitenkin olla se, että kuivauksen tarvitsemat investointikustannukset sekä operatiiviset kuivauskustannukset mahdollistavat kannattavan biohiililiiketoiminnan. Merkittävä mahdollisuus kuivauksen tarvitseman lämpöenergian suhteen on hyödyntää pyrolyysin tuottama lämpöenergia
Pyrolyysiprosessiin syötettävien raaka-ainejakeiden koko tulee olla pyrolyysiin soveltuva. Liian pieni jaekoko vaarantaa pyrolyysin onnistumisen, koska materiaali ei pyrolysoidu kunnolla liian tiiviiksi pakkautuessa. Normaali metsähake sisältää myös melko pieniä jaekokoja, jolloin seulonta voi tulla tarpeelliseksi. Eräänä vaihtoehtona esikäsittelyksi on raaka-aineen murskaus, jolloin jaekoko saadaan todennäköisesti hyvin pyrolyysiin soveltuvaksi.
Pyrolyysi 11.
https://www.bioenergia.fi/ tietopankki/hiilensidonta/
Pyrolyysi on termokemiallinen reaktio, jossa orgaanisia aineita kaasutetaan kuumentamalla , mutta materiaali ei pala. On tärkeää erottaa toisistaan termit pyrolyysi ja palaminen. Sivutuotteena saadaan pyrolyysikaasua sekä pyrolyysinesteitä Osa kaasusta voidaan käyttää myös bioenergiana. Palamisessa biomassasta jää jäljelle valtaosin vain tuhkaa, kun orgaaninen aines on muuttunut hiilidioksidiksi ja vedeksi Tuhkaan jää lähinnä mineraalit ja metallit eikä juuri yhtään orgaanista hiiltä. Pyrolyysi on epätäydellistä palamista. Täydellinen palaminen vaatisi happea Pyrolyysin aikana tapahtuu sekä endo- että eksotermisiä reaktioita.
Pyrolyysissä käytetään raaka-aineena eri materiaaleja ja prosessissa syntyvä päätuote on biohiili ja sivutuotteena tisleet. Hitaan pyrolyysin suurin etu on biohiilen suuri saanti. Hitaassa pyrolyysissä lämmitysnopeus on hyvin alhainen. Se vaihtelee välillä 0.1–1°C/s ja on pitkäkestoinen prosessi, jonka prosessointilämpötila vaihtelee välillä 400–700°C.
HIILEKAS-hankkeeseen hankitulla panosretortilla tehtävissä pyrolysoinneissa loppulämpötila (max.) vaihtelee 480–650 °C riippuen pyrolysoitavasta raaka-aineesta. Kun biomassa muunnetaan pyrolyysiprosessilla biohiileksi, noin puolet biomassan sisältämästä hiilestä varastoituu pitkäaikaisesti biohiileen, eikä kaasuunnu ilmakehään hiilidioksidina. Euroopan biosertifikaatin määritelmän mukaan ”biohiili on heterogeeninen aine, jossa on runsaasti aromaattista hiiltä ja mineraaleja”.
Työnäytökset
Toholampi 15.5.
Raaka-aine: rakennusjätepuu, kuusi ja mänty
Pyrolyysiaika: noin 5 tuntia
Kaustinen 7.6.
Raaka-aine: mänty- ja haapaklapit
Pyrolyysiaika: noin 4 tuntia
Veteli 7.6.
Raaka-aine: kirsikka, omena ja tammi
Pyrolyysiaika: noin 6 tuntia
Raaka-aine: hamppu
Pyrolyysiaika: noin 3,5 tuntia
Halsua 30.6.
Lestijärvi 31.8.
olor sit amet, consectetur adipiscing elit Donec purus arcu, molestie eget ipsum a, vestibulum interdum risus.
Raaka-aine: mänty, tarkemmin sanoen hirrentyöstön hukkapalat
Pyrolyysiaika: noin 6 tuntia
13.
Pyrolyysin tuottamat tuotteet ja liiketoimintapotentiaali
Biohiili
Biohiilelle löytyy tällä hetkellä useita kymmeniä eri käyttökohteita
Kasvualustat
Kasvualustoissa biohiiltä voidaan käyttää monipuolisesti esimerkiksi tasapainottamaan kasvualustan kosteusolosuhteita
Suodattaminen
Suodatuskäytössä biohiili puhdistaa esimerkiksi kaupunkien hulevesiä tai maatalouden ravinnepitoisia vesiä.Biohiiltä voi myös käyttää sisäilman suodattamiseen ja puhdistamiseen, ja tutkimusta tehdään esim biohiilen kyvystä puhdistaa ilmasta VOC-yhdisteitä osana rakennusmateriaaleja
Kaupunkiympäristö ja rakennustuotteet
Biohiiltä voidaan käyttää kaupunki- ja viherrakentamisessa. Käyttökohteita ovat mm: katupuiden kasvualustat viherkatot
hulevesien puhdistusjärjestelmät
Maatalous
Biohiiltä voidaan käyttää maanparannusaineena maataloudessa Myös kotieläintilojen laaja-alainen kaskadikäyttö on mahdollista. Biohiiltä voidaan lisätä rehuun ja sen on todettu lisäävän karjan hyvinvointia. Sama biohiili kulkee lantaan vähentämään hajuhaittoja ja sitten tehostamaan kompostointia. Lopuksi se voidaan laittaa maahan parantamaan kasvua. .
Hiilensidonta ja –varastointi
Ennemmin tai myöhemmin biomassa hajoaa, minkä seurauksena sen sisältämä hiilidioksidi vapautuu takaisin hiilikiertoon Tähän kiertokulkuun voidaan puuttua, kun biomassasta valmistetaan biohiiltä, joka varastoidaan sadoiksi tai tuhansiksi vuosiksi maaperään.
Tisleet
Pyrolyysissä syntyy tervansekaisia tisleitä sekä vahvaa tervaa, joiden käyttökohteita voivat olla:
Bitumikattojen ja tiilikattojen huolto Puumateriaalien suojakäsittely
Tuhoeläinten karkotus maa – ja metsätaloudessa rikkakasvien ja kasvitautien torjunnassa
Muu käyttö
Biohiilen käyttökohteita on todella monenlaisia Biohiiltä voidaan käyttää edellä mainittujen kohteiden lisäksi mm. metallurgiassa, kosmetiikassa, lääketeollisuudessa, biokaasun tuotannossa, akkujen raaka-aineena, maaleissa, elintarvikeväriaineena ja tekstiileissä ym
Hankkeen tallenteita 15.
Kokopuuna korjuun työnäytös
klikkaa kuvaa
Biohiilen valmistuksen työnäytös
HIILEKAS käynnistyswebinaari
klikkaa kuvaa
Biohiiliwebinaari
Biohiilen tutkimukseen, liiketoimintaan ja erilaisiin raportteihin liittyviä linkkejä:
http://european-biochar org
https://ceet.vsb.cz/export/sites/ceet/vec/.content/galerie-souboru/245schmidt.pdf
https://www sciencedirect com/science/article/pii/S0959652624031093
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.143660
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.137138
https://biochar-international.org/2023-global-biochar-market-report/
https://www.biochar-industry.com/2024/european-biochar-market-report2023-2024-available-now/
https://climate.ec.europa.eu/eu-action/land-use-sector en
https://commission.europa.eu/strategy-and-policy/priorities-20192024/european-green-deal_fi
https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/fi/qanda 22 7159
https://biochar-zero.com/agriculture/biochar-feed/
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0013935124009812
https://www.researchgate.net/publication/334652079 The effect of biochar with biogas digestate or mineral fertilizer on fertility aggregation and o rganic carbon content of a sandy soil Results of a temperate field exper iment
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2949750723000226
Uusiutuvan energian ja biotalouden seutu
VISIO
Kaustisen seutu toimii edelläkävijänä uusiutuvia luonnonvaroja jalostavana ja energiaa vastuullisesti tuottavana seutuna. Kaustisen seutukunta yhdistää uusiutuvan energian tuotannon, hyödyntämisen ja varastoinnin kestävällä tavalla Seudulla on vahvaa omaa osaamista sekä tarvittavat verkostot ja kumppanit, mikä on tuonut kyvyn nopeaan muutosjoustavuuteen ja uusiin mahdollisuuksin tarttumiselle
Rankapuun hankintapotentiaali Kaustisen seutukunnan alueella
Selvityksen pienpuun ja hakkuutähteiden hankintapotentiaalista Keski-Pohjanmaan alueella on toteuttanut LUKE:n tutkija Luonnonvarakeskuksen hallinnoimassa TURKE-hankkeessa Selvityksessä on huomioitu myös kaikki alueella pienpuuta käyttävät tahot, joten se on todellinen potentiaali Selvityksestä voidaan tehdä se johtopäätös, että alueella on saatavissa riittävästi pienläpimittaista rankapuuta raaka-aineeksi mahdollisesti perustettavalle teollisen kokoluokan tuotantoa harjoittavalle biohiilitehtaalle
Yhteyshenkilöt 18.
Reijo
Virtanen
Projektipäällikkö
Anu Kauppila
Päivi Skantsi
Hankeassistentti
Petri Jylhä
Tiedottaja Kehittämispäällikkö
https://kaustisenseutu.fi/kaustisenseutukunta/hanketoiminta/omat-hankkeet/hiilekas/ reijo.virtanen@kaustisenseutukunta.fi