Pyrolysoitujen maa- ja metsätalouden sivuvirtojen hiilensidontapotentiaali ja mahdollisuus vaikuttaa Suomen ilmastotavoitteisiin

Abstract

Suomen valtion tavoitteena on saavuttaa hiilineutraalius vuoteen 2035 mennessä. Ilmastolaissa (423/2022) on asetettu päästövähennystavoitteet vuosille 2030, 2040 ja 2050 sekä EU:n LULUCF-asetuksessa hiilinielutavoitteet jokaisen jäsenmaan maankäyttösektorille. Maankäyttösektorin nielut ovat romahtaneet viime vuosina, minkä valossa on selvää, etteivät maankäyttösektorille kaavaillut toimet hiilineutraaliuden saavuttamiseksi ole riittäviä. Tekniset hiilinielut ovat välttämättömiä kuromaan umpeen kuilua tavoitteiden ja nykytilan välillä.

Suomessa on runsaasti alihyödynnettyjä biomassoja, joissa piilee valtava hiilensidontapotentiaali, mikäli edes osa niistä pyrolysoitaisiin biohiileksi. EU:n vuonna 2024 hyväksymän hiilenpoistojen sertifiointikehikon avulla pysyviin nieluihin kuuluva biohiili voitaneen tulevaisuudessa laskea osaksi Suomen valtion hiilitasetta. Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää neljän teknistaloudelliselta saatavuudeltaan parhaimman maa- ja metsätalousbiomassan hiilensidontapotentiaali pyrolyysin avulla Suomen mittakaavassa ja suhteuttaa tuloksia Suomen ilmastotavoitteisiin.

Saatavuudeltaan parhaiksi biomassoiksi osoittautuivat metsätalouden sivuvirrat sisältäen energiapuun ja havupuiden latvusmassan, puu- ja selluteollisuuden kuori, olki sekä hevosenlanta. Biomassoista pyrolysoitujen biohiilten kemiallisista ominaisuuksista (C, H, H/Corg -suhde) ja saannoista tekemäni kirjallisuuskatsauksen pohjalta olen valikoinut optimaalisimmat saannot ja ominaisuudet perustuen parhaimpiin pyrolyysiolosuhteisiin. Näillä optimaalisimmilla arvoilla olen laskenut biomassojen hiilensidontapotentiaalin käyttämällä alan vakiintuneinta Woolf ym. kehittämää laskentakaavaa.

Laskelmien johtopäätöksenä neljän valikoidun biomassan yhteenlaskettu teknistaloudellinen potentiaali biohiiletettynä on n. 1,6–3,9 milj. tCO2e. Työn julkaisuhetkellä maankäyttösektorin LULUCF-asetuksen mukaiset nielutavoitteet eivät ole varmistuneet muuttuneiden vertailulukujen takia, mutta alustaviin arvioihin pohjautuen pyrolysoiduilla biomassoilla voisi olla erittäin merkittävä vaikutus Suomen vuoden 2035 hiilineutraaliustavoitteeseen. Tulos on potentiaali ennen päästöjä, jotka tulee vähentää ns. bruttopotentiaalista. Todellista potentiaalia rajoittaa kilpailu biomassoista sekä se, että biohiililaitosinvestointien toteutuminen on täysin markkinaehtoista.

Tapausesimerkkinä arvioin pyrolysoidun hevosenlannan hiilensidontapotentiaalia tilakoon mittakaavassa, missä hyödynnän Euroopan aluekehitysrahaston HAMK:n ja Luken BioKanta-hankkeessa saatuja tuloksia. Opinnäytetyö on myös Business Finlandin rahoituksella Euroopan Unionin osarahoittama.

Finland's goal is to achieve carbon neutrality by 2035. To achieve the carbon neutrality goals, the Climate Act (423/2022) has set emission reduction targets for 2030, 2040 and 2050, and the EU LULUCF Regulation has set carbon sink targets for each member state's land use sector. Sinks in the land use sector have collapsed in recent years, which makes it clear that the measures planned for the land use sector to achieve carbon neutrality are not sufficient. Technical carbon sinks are necessary to bridge the gap between the goals and the current situation.

Finland has a large amount of underutilized biomass, which would have a huge carbon sequestration potential if at least some of it were pyrolyzed into biochar. With the Carbon Removals and Carbon Farming Regulation adopted by the EU in 2024, biochar belonging to permanent sinks could in the future be counted as part of the Finnish state's carbon balance. The aim of this thesis was to investigate Finland’s carbon sequestration potential as concerns the four agricultural and forestry biomasses with the best technical and economic availability through pyrolysis and to relate the results to Finland's climate goals. The most available biomasses turned out to be forestry side streams, including energy wood and coniferous tree canopy mass, bark from the wood and pulp industry, straw, and horse manure. Based on my literary analysis of the chemical properties (C, H, H/Corg -ratio) and yields of pyrolyzed biochars from side streams, I have selected the optimal yields and properties based on the best conditions for pyrolysis. With these optimal values, I have calculated the carbon sequestration potential of the side streams using the most established formula developed by Woolf et al.

The calculations conclude that the combined techno-economic potential of the four selected side streams when pyrolyzed is approximately 1.6–3.9 million tCO2e. At the time of publication of the work, the sink targets for the land use sector according to the LULUCF Act have not been confirmed due to changes in comparison figures, but based on preliminary estimates, pyrolyzed biomasses would have a huge impact on Finland's 2035 carbon neutrality target. The result is the potential before emissions, which must be subtracted from the so-called gross potential. The actual potential is also limited by competition for biomasses, and the fact that the implementation of biochar plant investments is completely market driven.

As a case study, I evaluated the carbon sequestration potential of pyrolyzed horse manure on a farm-scale, which was carried out by utilizing the results obtained in the European Regional Development Fund HAMK and Luke's BioKanta project. The thesis is also co-funded by the European Union with funding from Business Finland.