1. Biomassi kasutuse arengusuunad
Ülo Kask
Tallinna Tehnikaülikooli soojustehnika instituut
Sügisakadeemia, Tallinn

2. Teemad Olulised mõisted
EL ja Eesti olulisi bioenergiaalaseid dokumente
Bioenergia lähteressursid
Bioenergia kasutus Eestis
Tehnoloogiad
Biomassi produktiivsus
Biomass oht keskkonnale
Biomassi piisavusest

3. Mõisted
Biomass – bioloogilist päritolu materjal v.a see, mis on kinnistunud geoloogiliste formatsioonide käigus ja muutunud fossiilseks (vähem kasutatav osa). Biomassiks loetakse põllumajanduse, metsanduse ja nendega seotud tööstusharude tooteid, jäätmeid ja jääke (s.h taimne ja loomne aines), nagu ka tööstuslike ja olmejäätmete biolagunevat osa (EL, Eesti Elektrituru seaduse kontekst).

4. Mõisted II
Biomass (US) – Any organic matter that is available on a renewable or recurring basis, including agricultural crops and trees, wood and wood residues, plants (including aquatic plants), grasses, animal residues, municipal residues, and other residue materials. Biomass is generally produced in a sustainable manner from water and carbon dioxide by photosynthesis. There are three main categories of biomass - primary, secondary, and tertiary (USAs kasutatav definitsioon).

5. Mõisted III
Biokütus – biomasskütus. Kütus mis on toodetud otseselt või kaudselt biomassist. Kütus võib olla läbinud mehaanilise, keemilise või bioloogilise töötluse (muundamise) või eelneva kasutuse. Biokütuse hulka kuuluvad nii tahked, vedelad kui gaasilised biomassist pärinevad (biomassi põhised) kütused.

6. Mõisted IV
Bioenergia – biokütustest saadav energia. Useful, renewable energy produced from organic matter - the conversion of the complex carbohydrates in organic matter to energy. Organic matter may either be used directly as a fuel, processed into liquids and gases, or be a residual of processing and conversion (USA).

7. Mõisted V
Energiakultuurid – on Euroopa nõukogu määruse (EÜ) nr 1782/2003, millega kehtestatakse ühise põllumajanduspoliitika raames kohaldatavate otsetoetuskavade ühiseeskirjad ja teatavad toetuskavad põllumajandustootjate jaoks, artikli 88 kohaselt kultuurid, mida tarnitakse peamiselt järgmiste energiatoodete tootmiseks:
- biokütusena käsitatavad tooted;
- biomassist toodetud elektri- ja soojusenergia.
Energiakultuuridena käsitatavate kultuuride loetelu võib piiritleda liikmesriik.

8. Euroopa Komisjoni strateegia säästva, konkurentsivõimelise ja turvalise energiamajanduse tagamiseks
Kliimamuutuste leevendamine,
Energia varustuskindluse tagamine,
Konkurentsivõime tugevdamine.
Oluline on suurendada energiatõhusust,
Arendada taastuvate energiaallikate kasutuselevõtmist,
Sellega täidetakse korraga mitut eesmärki:
vähendatakse heitmeid,
vähendatakse sõltuvust impordist,
saadakse stabiilsem turg,
tõuge tehnoloogia arenguks Euroopas.

9. Olulisi dokumente, EL
Euroopa Komisjon kutsus oma 7. detsembri aasta teatises „Biomassi Tegevuskava” (KOM 2005) 628 liikmesriike üles koostama siseriiklikke biomassi tegevuskavasid.
Lisaks biomassi tegevuskavale esitas Euroopa Komisjon 8. veebruaril aastal Euroopa Liidu biokütuste strateegia.

10. Olulisi dokumente, Eesti
Põllumajandusministeeriumis töötati välja biomassi ja bioenergia kasutamise edendamise arengukava (valmis jaanuariks “Biomassi ja bioenergia kasutamise edendamise arengukava aastateks ”).
Juuliks 2010 peab valmima Eesti bioenergiastrateegia.

11. EL suundumused
Euroopa Komisjoni kliima- ja energeetikapakett Taastuvenergia direktiiv
Direktiivi eesmärk juhindub 2007 märtsi ülemkogul kinnitatud sihtidest:
tagada, et aastal % energia tarbimisest kaetakse taastuvate energiaallikate baasil (s.h biomass)
tagada, et aastal % transpordis tarbitavast kütusest on toodetud taastuvatest energiaallikatest

12. EL suundumused
Eesmärk aastaks 2030: 25% transpordis tarbitavast kütusest on toodetud taastuvatest energiaallikatest.
Hinnatakse, et 4 kuni 13% kogu ELi haritavast maast vajatakse lähemaks eesmärgiks seatud koguse biokütuse tootmiseks (5,75% , Directive 2003/30/EC).
Eesmärk liikuda taastuva elektri tootmises 14%lt (1997) 21%ni aastaks 2010 EU 25 (22.1% EU 15). Directive 2001/77/EC.

13. EL eesmärk Eestile Eesmärgid Eestile:
tagada, et 25% energia tarbimisest kaetakse taastuvate energiaallikate baasil aastal 2020
tagada, et 10% transpordis tarbitavast kütusest oleks toodetud taastuvatest energiaallikatest.

14. Tänu bioenergia ohtrale kasutamisele on Rootsi suutnud KHG vähendada 9%, võrreldes 1990 aastaga.
2008
Rootsis on viimase 20 aasta jooksul bioenergia kasutamise kasvutempo olnud 3,3 TWh/a. see on ekvivalentne 6400 m3 fossiilse kütteõli kasutamisega nädalas.

15. Mida annaks biomassi kasutuselevõtmise laiendamine energia ja materjalide tootmises?
• aitab tagada energiaga varustamise kindlust (varustuskindlus);
• vähendab sõltuvust imporditavast energiast ja selle hinnakõikumistest;
• loob põllumajandustoodangule uued turuväljundid, võimaldades otsetoetuste vähenemise kompensatsiooniks teenida asendus- või lisasissetulekut;
• aitab vähendada reostussurvet keskkonnale, eriti energeetikasektori keskkonnakoormust;
• aitab tagada sisemajanduse kogutoodangu kasvu või stabiilsust;
• avaldab positiivset mõju kaubandusbilansile;
• võimaldab luua uusi töökohti või säilitada olemasolevaid (eriti maapiirkondades);
• mitmekesistab põllumajandustoodangu ja energiaressursside nomenklatuuri;
• aitab hajutada energia tootmist;
• aitab tagada põllumajandus- ja metsamaa hooldatust (ka looduslikud rohumaad).

16. Biomassi lähteressursid Eestis
Maaressurss tuhat hektarit kasutamata põllumajandusmaad.
Metsaressurss - Raieprognoos aastateks annab optimaalseks aastaseks kasvava metsa raiemahuks (ilma sanitaar- ja valgustusraieta) 12,6 miljonit tm ehk 5,6 tm ühe hektari metsamaa kohta. Eesti metsamaa pindala 2,27 miljonit ha.

17. Biomassi lähteressursid Eestis II
Puit on kõige suurema majandusliku potentsiaaliga biokütus nii soojuse kui ka elektri tootmiseks Eestis. Vastavalt kütuse- ja energiamajanduse pikaajalisele riiklikule arengukavale aastani 2015 on puidu kogu võimalik majanduslik aastane primaarenergia kogus 5,72 TWh.

18. Eesti maaressurss

19. Biomassi lähteressursid Eestis III
Energiakultuuride ressurss - Eestis seniste uurimistulemuste najal seni perspektiivseimateks peetud energiakultuuride liikide nimekiri, mis on jagatud nende mõnede ühistunnuste alusel gruppideks:
Õlirikkad kultuurid: raps, rüps, valge sinep, tuder, õlikanep,
Kiirekasvulised puuliigid: paju, hall lepp, kask, haab,
Kiirkasvulised rohttaimekultuurid: päideroog, kiukanep, roogaruhein, ida-kitsehernes (galeega),
Etanoolikultuurid: nisu, rukis, tritikale, kartul, suhkrupeet,
Looduslikud heintaimed: niidetav biomass püsirohumaadelt ning (pool)looduslikelt kooslustelt, märgaladelt (pilliroog).

20. Biomassi lähteressursid Eestis III
Jäätmete ressurss - Olmejäätmeid jäätmekütusena kasutatakse energia tootmisel praegu vähe - kuni 30 tuh tonni jäätmeid ASs Kunda Nordic Cement, kus sellega asendatakse fossiilkütuseid. Eesmärk aastaks 2010 kuni 100 tuh t.
Põhimõtteliselt saab jäätmepõletuse jagada tehniliselt kaheks lahenduseks: masspõletamine ja koospõletamine (nn RDF - jäätmekütuse põletamine).
Põllumajanduse, tööstuse, olme ja kaubanduse biolagunevad jäätmed – biogaas - kütus, energia.

21. Biomassi kasutamine Eestis. Puitkütus
Eestis on biomass (halupuude ja hagude näol) kasutusel juba tuhandeid aastaid hoonete kütmiseks ja toiduvalmistamiseks.
Kaasaja Eestis on biomassi (puitu) kasutatud kütusena põhiliselt soojust tootvates katlamajades ja kodumajapidamistes (väikemajad).
Praegu on valminud ja ehitatakse ja projekteeritakse puidu- ja turbaküttel põhinevaid soojus- ja elektri koostootmisjaamu (CHP).
Võrreldes tahkete kütustega on biomassi konkurentsivõimet suurendanud soodustariifid ja kauplemine saastekvootidega.
Puitgraanulite tootmine algas Eestis 1990ndatel aastatel ja peaaegu kogu toodang läheb ekspordiks, põhiliselt Skandinaavia riikidesse. Hetkel on ainult mõned väiksemad katlamajad muudetud puitgraanulite kütet kasutavateks.
Puitgraanulite ekspordi peapõhjuseks on graanulite kõrge hind ja puuduv vajalik infrastruktuur.

22. Puitkütuse kasutus Eestis (halupuu)

23. Puitkütuse kasutus Eestis (hakkpuit)

24. Puitkütuse kasutus Eestis (presspuit)

25. Võimalikud biokütusel soojuse- ja elektri koostootmisjaamad Eesti kaugküttesüsteemides
[2] Soojusvõimsus 70 MWs on seotud nn. suitsugaaside pesuri ehk kondensatsioon ökonomaiseri rakendamisega.
[3] Erinevad variandid Tartu ja Pärnu puhul on seotud eraldiasuvate soojusvõrkude ja omanikega.

26. Küttepuude tootmine Eestis 2004-2007, tuh tm

27. Eesti osakaal EL-27 küttepuidu toodangus oli 1,2%, elaniku kohta aga suurim.

28. Biokütuste toodang, väliskaubandus ja tarbimine energiana 2005-2007

29. Kokkuvõte biokütuste tootmisest
Kui kõik Eestis toodetud biokütused arvestada ümber energiaks, siis aastal toodeti biokütuseid kokku ~30 PJ (8,3 TWh, 15,5% rohkem kui 2006).
Toodetud biokütuste energia pärines 98,8% puit-biokütustest, 0,2% agro- ja transpordi biokütustest ning 1% muudest biokütustest sh biogaasist ja mustast leelisest.
2007. aastal tarbiti Eestis 80,6% kohapeal toodetud biokütuste energiast (~24 PJ ehk 6,7 TWh).
2007. aastal Eestis tarbitud biokütuste energiast moodustas 99,1% puit-biokütuste energia.

30. Kokkuvõte II

31. Biokütuste tootmine Eestis III (Eesti Konjunktuuriinstituut, 2007)
Tahked biokütused (3,4% EL 25 küttepuu toodangust, 2004)
- Küttepuu, puitjäätmed, raiejäätmed – (2,87 + 6,79 + 2,27TWh)
- Puitpelletid (üle tonni, 1,32 TWh, Koduturul 3,5%)
- Puitbriketid (~9000 t, 39,6 GWh, 2006)
- Puusüsi (4885 t, e 41 GWh, Tooraineks küttepuu)
- Põhk ja muu rohtne biomass (900 t,~3-4 GWh, 2007)
Vedelad biokütused
- Biodiislikütus (~5300 t, 2006) – potentsiaal t
Biogaas
- Prügilagaas
- Põllumajanduslik biogaas
Tahked biokütused kokku ~12 TWh
(Puitjäätmetest osa ~2 TWh ehitusmaterjaliks)

32. EU25 biomassi tootmise potentsiaal (primaarallika energiasisaldus, Mtoe). Allikad: 2003 EUROSTATi andmed; projektsioon 2010, 2020 ja 2030 aastaks -European Environmental Agency. Allikas: Biofuels in European Union. A vision for 2030 and beyond.

33. Biokütuse tootmise ja kasutamise ahel

34. Biomassi vedelateks ja gaasilisteks biokütusteks muundamise kaasaja tehnoloogiad
Ethyl-tertio-butyl-ether
Fatty Acid Methyl Ester
Compressed Synthetic Natural Gas

35. Vedelate biokütuste liigitus
Esimese põlvkonna biokütused:
Bioetanool suhkrust ja tärklisest. Tooraineks on suhkruroog, mais, nisu jt teraviljad, suhkrupeet, kartul;
Biodiislikütus rapsiõlist, sojaõlist, palmiõlist jt.

36. Vedelate biokütuste liigitus II
Teise põlvkonna biokütused:
Bioetanool lignotselluloosist (õled, puit jne).
Bioetanool ja biodiislikütus toodetud Fisher-Tropsch tehnoloogiaga.
Bio-DME.
Biometanool.
Biodiislikütus.
Biodiislikütus, toodetud HTU (Hydro Thermal Upgrading) tehnoloogiaga.
Sisaldades keskmiselt 42% tselluloosi ja 21% hemitselluloosi on ühest grammist puidust teoreetiliselt võimalik saada 0,32 grammi etanooli.

37. Biokütuse tehas, kus toimub toorme integreeritud biokeemiline ja termokeemiline muundamine

38. Eeldatav tehnoloogiline areng

39. Vedelate biokütuste liigitus III
Kolmanda põlvkonna biokütused
Tooraineks (tootjad) vetikad, tsüanobakterid
Biodiislikütus
Bioetanool jt
Vesinik

40. Biomassi produktiivsus. Taimede kasv (g/m2). (Vaclav Smil
Biomassi produktiivsus. Taimede kasv (g/m2). (Vaclav Smil. Energy in Nature and Society. London.2008)
Maksimaalsed päevased (juurde)kasvud on –
50 – mais, 40 suhkruroog (opt FS 30-45°C juures);
35 – riis ja kartul;
20-25 – enamus kaunvilju
20 – nisu
Ideaalsetes tingimustes olevad taimelehed võivad ööpäevas anda 1,7 t/ha fütomassi (adsorbeerivad 250 kJ/dm2) ja kui selline kasv toimuks aasta läbi saaks 620 t/ha.
Reaalne lühiajaline juurdekasv oleks 33% eelmisest, väga heal aastal erilistes tingimustes oleks juurdekasv 20-25% ideaalsest ja pikaajalise keskmisena 10% ideaalsest.

41. Fotosünteesi kasutegur
Väga optimaalsetes kasvutingimustes (valgus, toitained, niiskus, temperatuur) võib ulatuda taimekasvu kasutegur 4-5%ni. Üldjuhul optimaalseid tingimusi ei eksisteeri ja 4%line kasutegur ei ole saavutatav.
Tavalisel viljapõllul muundub põllule langevast päikese kiirgusest vaid 0,1% viljaterade keemiliseks energiaks (FSi käigus kasutatakse 10% langevast kiirgusest, palju kadusid).

42. Biomassi produktiivsus (NPP – net primary productivity)
Kõige tõenäolisem ülemaailmne NPP oli 20 saj lõpus Gt C/a, so Gt kuiva fütomassi ja 3,3-3,6 ZJ (energiavoog TW). See kasvab koos CO2 emissiooni kasvuga.
Eelmisest kogusest tuleb keskmiselt 56,4 Gt C/a maise biomassi arvele ja 48,5 Gt C/a ookeanide (ja merede) arvele.
Keskmiseks energiatiheduseks saame 450 mW/m2 jäävaba maismaa kohta ja 130 mW/m2 ookeanide pinna kohta.
Söekaevanduses on saadava energia tihedus:
Allmaakaevandamisel – 1-2 kW/m2
Karjääri kaevandamisel kuni 20 kW/m2.
Nafta tootmisel kW/m2. 10% sellest kulub mitteenergeetiliseks vajaduseks.
Parima energiataime energiatihedus jääb alla 1 W/m2.

43. Fossiilkütus - biomass
7,5 Gt fossiilse süsiniku (fossiilkütuses sisalduva C) põletamine aastal vajas esialgu 50 Tt muistset fütomassi. See on ekvivalentne 500 aasta jooksva NPP (105 Gt C/a).
Eeldatavalt sisaldab maine fütomass 500 – 600 Gt süsinikku
Me oleme igal aastal kasutanud fossiilset fütomassi koguses, mis on võrdne kordse planeedi kogu tänase fütomassi varuga.

44. Metsade ja maade produktiivsus
Maailma keskmise jätkusuutliku metsanduse reeglite kohase raiega on biomassi produktiivsus 4 GJ/ha troopilistes tingimustes ja kuni 20 GJ/ha Põhja-Ameerika ja Skandinaaviamaade okaspuumetsades.
Kuivades piirkondades kasvava vilja ja kaunviljade saagikus on alla 2 tKA/ha, troopilise suhkruroo saagikus aga 50 tKA/ha. Iowa maisi teri ja Hollandi nisuteri saab 8-9 t/ha ja kogu taime t/ha (koristuskaalus).
Suhkruroo kõrgeim fikseeritud saagikus on olnud Jaava saarel – 94 tKA/ha (keskm ~9,2 kg/m2, 160 MJ/m2 , ~17,5 MJ/kg).
Rohumaade keskmine saagikus jääb vahemikku 1 – 2 kgKA/m2.

45. Metsade ja maade produktiivsus
Kõige produktiivsemad ökosüsteemid on märgalad – tavaliselt 1,5% päikesekiirgusest muundatakse fütomassiks
Heade rohumaade efektiivsus on - 1,2%
Alpiaasadel - 0,05- 0,15%
Parasvöötme metsadel kuni 1,5%
Troopilistel vihmametsadel - 1%
Küpsetel okas- ja lehtpuumetsadel – 0,4 - 0,9%
Planeedi keskmine NPP on 15 MJ/m2 (1,5 GJ/ha) ja fotosünteesi kasutegur on 0,3%. Ookeanide keskmine fütoplanktoni NPP on 3 MJ/m2 ja fotosünteesi kasutegur 0,06%.

46. Tüüpilised energia-tihedused taastuvate energia-allikate muundamisel ja energia tarbimises moodsas ühiskonnas

47. Biokütused - oht keskkonnale
“Biokütuste tootmise põhieesmärk peaks olema võimalikult väike oht maailma kliimale ning elustiku mitmekesisusele,” ütles ühe uurimuse juhtautor Martha Groom Washingtoni ülikoolist. Ta soovitab edaspidi pigem kasvatada vetikaid ja kiirekasvulisi puid, sest nende puhul on kasu kulunud maa pindala kohta kõige suurem.
“Teine uuring kinnitab, et paljude biokütustega kaasnevad suured kahjud keskkonnale, eriti käib jutt maisist, suhkruroost ning palmiõlist valmistatud biokütustest,” ütles Andy Tait Greenpeace’ist (hävitatakse vihmametsi).

48. Biokütused - oht keskkonnale
Uuritud kahekümne kuuest biokütusest kahekümne ühe kasutamisel paisatakse õhku üle 30 protsendi võrra vähem süsinikdioksiidi kui bensiini põletades, kuid 12 biokütuse kasutamine on Zah’i (Rainer Zah Šveitsi Empa uurimisinstituudist) meetodi järgi keskkonnale kahjulikum kui bensiin.
Nende seas on muuhulgas USA maisietanool, Brasiilia suhkruroost toodetud etanool, sojadiisel ning Malaisia palmiõlidiisel.
Parema hinde said jäätmetest toodetud kütused, näiteks kasutatud küpsetusõlist toodetud kütus ning biomassist tehtud etanool.

49. Biokütused - oht keskkonnale
Arvutuste kohaselt tasub loodusliku rohumaa muutmine põllumaaks end ära kasvuhoonegaaside vähendamise mõttes summaarselt alles 93  aastaga ning lähima 93 aasta jooksul me tegelikkuses hoopis suurendame emissioone.
Biokütuste tootmise käigus tekib samuti palju CO2.
Näiteks võib öelda, et arvestades tuumajaama ehitust ja käigushoidmist, tekib seal ühe toodetud energiaühiku kohta umbes 3 korda vähem CO2 kui fossiilsete kütuste põletamisel.

50. Kuidas edasi?
Globaalsete arengute valguses pole riigi rikkuse indikaatoriteks enam mitte SKP inimese kohta ning majanduskasvu protsent, vaid allesjäänud ja taastuvate ressursside hulk inimese kohta.
Inimesed, kes sünnivad aastail , näevad oma elu jooksul naftaajastu langust. Inimesed, kes sünnivad aastal 2100, elavad maailmas, kus nafta majanduselus ei domineeri.

51. Kuidas edasi?
Uute võimaluste otsinguil kasvava energiavajaduse rahuldamisel vastandavad taastuvenergeetikud end tuumaenergeetikutele.
Kivisöele toetuvad energeetikud püüavad rääkida ‘puhtast söest’, otsides võimalusi süsinikdioksiidi eemaldamiseks, sama käib põlevkivienergeetika kohta.
On selge, et väga pikas perspektiivis võidab selle võitluse taastuvenergeetika, kuna tehnoloogia areneb järjest edasi, kuid lähiaastakümnetel säilib rohkesti söejaamu ning ehitatakse uusi tuumajaamu,

52. Järeldused biokütuste piisavuse kohta
Puitkütused
Tulevikus tuleks rohkem tähelepanu pöörata raiejäätmetele ja ka alternatiivsetele võimalustele puitkütuste tootmisel – kändude juurimisele, raiejäätmete kogumisele kraavikallastelt ja elektriliini trassidelt, energiametsade kasvatamisele jne.
Traditsioonilisest metsandusest ja saetööstustest tekkiva puitpõhise kütuse allikad on end praktiliselt ammendanud.
Mujalt lisanduvat hulka (elektriliini alused, kraavikaldad jms, istandused) raske prognoosida.

53. Järeldused biokütuste piisavuse kohta
Rohtne biokütus
Energiakultuurid, looduslike rohumaade hein ja pilliroog – teoreetiline saadavus 3,9-7,8 TWh, reaalne lähiajal 1,0-1,5 TWh
Põllumajandusjäätmed
Põhk – teoreetiline saadavus 2,5 TWh, reaalne 0,8 TWh
Biogaas
prügilagaas – 6 suuremat prügilat GWh/a
biogaas - sõnnikust, heitvee mudast ja biolagunevatest jäätmetest 96 mln m3 e 576 GWh biogaasi aastas
Kokku: teoreetiline keskmiselt 8,9 TWh, lähiajal reaalne 2,0 TWh.

54. Biokütuste teoreetiline potentsiaal põlevkivi asendamiseks Eestis (perspektiiv kuni 2030)
Puitkütus (s.h raiejäätmed) TWh
Puitpelletid ja –briketid
Õled (põhk) –1.0
Energiakultuurid (-taimed) 9.8
Pilliroog ja luhahein
Biogaas
Toidujäätmed
Mustleelis
Turvas
Kokku –26.0 TWh

55. Tänan tähelepanu eest!