Vedelad biokütused

Mõistet biokütused võib defineerida mitmeti - on määratlusi, kus piiritletakse nimetatud terminit vaid biomassist toodetavate gaas- ja vedelkütuseid kirjeldavaks. Samas leidub ka allikmaterjale, kus biokütuste all käsitletakse ka tahkekütuseid, mille energiakandjaks on elusorganismide poolt toodetud orgaaniline aine.

Artiklis "Vedelad biokütused" kirjeldatakse bioetanooli, biodiislikütuse ning biometanooliga seonduvat.

Biokütused

Biokütused on biomassist toodetavad kütused, mille all käsitletakse enamasti transpordis kasutatavaid vedel- või gaaskütuseid, mis on toodetud biomassist. Biokütuste tootmine ning kasutamine ( joonis 1) avaldab laialdast regionaalset sotsiaalmajanduslikku mõju, soodustades kohalikku ettevõtlust ning avades uusi turuvõimalusi põllumajandustootjatele. Kuigi biokütuste kasutamine on sotsiaalselt ning keskkonnasõbralikkuselt kõige soovitatavam vedelkütus (väheneb kasvuhoonegaaside emissioon, õhusaaste ning transpordikütuste impordivajadus) , ei ole see kasu alati arvestatav majandusarvutustes.¹

Biokütuste tootmist kui biomassi väärindusahelat saab jagada vastavalt kasutatavale substraadile või selle koostisosale ²:

— I põlvkonna biokütuste tootmine põhineb suhkrul, tärklisel või taimeõlil;

— II põlvkonna biokütuste tootmine põhineb lignotselluloosil;

— III põlvkonna biokütuste tootmine põhineb vetikatel;

Joonis 1. Taastuvate energiaalikate sh biomassi kasutamise prognoos Euroopa Liidus25

Vedelad biokütused

Euroopa Liidu suundumused ja regulatsioonid

Vedelate biokütuste tootmist ning kasutamist mõjutavad Euroopa Liidus mitmed EL-i regulatsioonid, mis enamasti on seotud Euroopa Liidu kliima- ja energia paketiga³:

• Renewable Energy Sources Directive;
• Mootorikütuste Kvaliteedistandardite Diretiiv - Fuel Quality Directive;
• Renewable Energy Directive;
• REACH;
• Indirect Land Use Change;
• Community Guidelines on State Aid for Environmental Protection.

Biokütuste turgu, eriti bioetanooli turgu, hakkab oluliselt mõjutama 01.01.2011 jõustunud "Mootorikütuste Kvaliteedistandardite Direktiiv", mis toob kaasa kolm peamist muutust⁴:

• fossiilkütuste dekarboniseerimise nõue;
• võimalus müüa 10 %-lise bioetanooli sisaldusega mootorikütust;
• regulatsiionid, mille tulemusena soodustatakse biokütuste kasutuselevõtu Põhja-Euroopas.

Vedelkütuste dekarboniseerimise mehhanismi sätestamine tähendab siinjuhul, et eesmärk toota taastuvatest energiaallikatest 10 % pole mitte mahupõhine, vaid kasvuhoonegaaside heitkoguse suhtelise vähenemise põhine.⁵

Vedelate biokütuste tootmine

Tulenevalt energiatarbimise pidevast kasvust, on ka vedelate biokütuste üldisele tootmisele prognoositud kasvu ( joonis 2).

Tulenevalt tehnoloogia olemasolust ja kasutatavusest toodetakse praegu peamiselt I ja II põlvkonna vedelaid biokütuseid ( tabel 1).

Eestis saab vedelate biokütuste tootmise lähtematerjalidena käsitleda:

• juurvilju (kartul, suhkrupeet);
• teravilju (rukis, nisu, tritikale, oder);
• viljapõhku;
• viljakasvatuse kõrvalprodukti (jäädet);
• looduslikel ja pool-looduslikel rohumaadel kasvavat rohtu;
• puittaimi (metsakasvatuse jäägid, raiejäägid);
• puidupõhise biomassi töötlemise kõrvalsaadusi (saepuru, töötlemisjäägid);
• biojäätmeid.

Joonis 2. Globaalne biokütuste toodang ja selle prognoos (1G - esimese, G2 - teise põlvkonna bioetanool)26

Tabel 1. Esimese ja teise põlvkonna biokütused

Esimese põlvkonna biokütused Teise põlvkonna biokütused Bioetanool suhkrust ja tärklisest. Tooraineks on mais, nisu jt teraviljad, suhkrupeet, kartul Bioetanool lignotselluloosist (õled, puit). Bioetanool ja biodiislikütus toodetud ''Fisher-Tropsch meetodiga''. Bio-DME Biodiislikütus rapsi- ja sojaõlist Biometanool. Biodiislikütus. Biodiislikütus, toodetud HTU (Hydro Thermal Upgrading) tehnoloogiaga.

Biokütused ja energiabilanss

Biokütuste tootmisel nimetatakse energiabilansiks biokütuse tooraine ja tootmiseks kulutatud energia suhet biokütuste energiasse⁶:

E=(biokütuste toorme energia, MJ - biokütuste tootmiseks kulutatud energia, MJ) / (biokütuse energiasisaldus, MJ)

Teise näitajana saab kasutada taastuvkütuse tootmiseks kulutatud fossiilse energia kogust⁷:

F=(kasutatud fossiilsete kütuste energia, MJ) / (toodetud biokütuse energiasisaldus, MJ)

Bioetanooli ning biodiisli tootmise energiabilansside näidet saab näha jooniselt 3 ning jooniselt 4. Eelnimetatud näidete puhul on biokütuse tootmiseks vaja kulutada mitmeid kordi rohkem energiat kui fossiilkütuste tootmisel - mõnel juhul on energia kulu suurem biomassi kasvatamisel (väetised, taimekaitse), mõnel juhul ümbertöötlemisprotsessis.⁸

Joonis 3. Bioetanooli tootmise energiabilansi näide27

Joonis 4. Biodiisli tootmise energiabilansi näide (tootmisel rapsiseemnest28

 

Bioetanool

Etanool mootorikütusena

Kuigi etanool e. etüülalkohol on üks tuntumaid alkohole, on seda võimalik kasutada ka mootorikütusena nii puhtal kujul kui ka segus bensiiniga. Kuivõrd etanooli oktaanarv on väga kõrge, saab seeläbi suurendada ka bensiini oktaaniarvu. Kuni 10 % etanooli sisaldav bensiin sobib tavalistele bensiinimootoritele, suurema etanoolisisaldusega bensiini korral on vajalik mootorite ümberseadistamine.⁹

Sealjuures tuleb arvestada, et etanoolis, mida tahetakse kasutada mootorikütusena, tohib olla maksimaalselt 0,5 %-i vett (tavalise destillatsiooni käigus saadakse 96 %-list etanooli).

Etanooli kütteväärtus on bensiini omast ~33 % väiksem (23,3 MJ/l vs 34,8 MJ/l). Seega kaasneb etanooli kasutamisega mõningane kütusekulu suurenemine (läbitavate kilomeetrite vähenemine). Seda efekti aitab mõningal määral vähendada oktaaniarvu suurenemisest tingitud mootori võimsuse suurenemine.¹⁰

Mootorikütusena kasutatakse peamiselt 10 ja 85 %-lise etanoolisisaldusega kütuseid ( joonis 5). Kütusesegude kasutamisel jagatakse kütused kahte klassi:

• kõrged segud;
• madalad segud.

Joonis 5. Kasvuhoonegaaside vähenemine heitgaasides etanooli lisamisel bensiinile29

Tootmine

Senini on eristatud kahte peamist bioetanooli tootmise allikat¹¹:

• suhkrut ja tärklist sisaldavad taimed;
• lignotselluloossed taimed.

Seega toodetakse praegu veel peamiselt I ja II põlvkonna biokütuseid.

Euroopas muundatakse etanool enne bensiiniga segamist ETBE-ks (etüül-tert-butüüleetriks).

Eestile sobivaks bioetanooli tootmise mudeliks on bioetanooli totmise integreerimine põlevkivienergeetikaga, mille tulemusena asendatakse elektri- ja soojuse koostootmisel osa põlevkivist etanooli tootmisjääkide ning põhuga, sealjuures toodetakse jääkauru baasil etanooli. Sellise toote CO₂-sääst, võrreldes kütusestandardi normiga 83,8 g CO₂/MJ, on 62...65%.¹²

Kvaliteedinõuded

Mootorikütusena kasutatavale bioetanooli kvaliteedile kehtib Euroopa standard EN15376' Bioetanool. Spetsifikatsioonid.'' Sealjuures on kvaliteedinõuded ( tabel 2) rangemad kui joogipiiritusel¹³.

Tabel 2. Bioetanooli, bensiini ja ETBE omadused30

Bioetanooli tootmise eelised ning kõrvalmõjud

Euroopa Liidus kasutatav bioetanool peab vastama mitmete eespool kirjeldatud direktiivides sätestatud säästlikkuse kriteeriumitele. Eestil on bioetanooli tootjamaana mitmesuguseid eeliseid võrreldes teiste Euroopa riikidega. Need tulenevad nii põllumajanduslikest ja põlevkivipõhisest elektri- ning soojatootmise iseärasustest kui ka EL-i regulatsioonidest.¹⁴

Eestis toodetud bioetanooli olulisim eelis tuleneb elutsükli-põhisest KHG-heidete vähenemise arvutamiset. Ülevaade bioetanooli tootmise eelistest ning kõrvalmõjudest on toodud tabelis 3.

Peamisteks takistusteks bioetanooli tootmise arendamisel on¹⁵:

1. Puudub ligipääs eri osapoolte kompetentsidele ja ressurssidele.
2. Puudub sujuv infovahetus.
3. Puudub võimalus kujundada seadusandlust nii Eestis kui ka Euroopas.

Tabel 3. Bioetanooli tootmise eelised ja kõrvalmõjud31

Biodiislikütus

Biodiisel mootorikütusena

Biodiislikütust saab käsitleda kahes erinevas tähenduses¹⁶:

• rasvhapete estrid, mis saadakse taimset või loomset päritolu rasvade ja õlide (rasvhapete glütserooliestrite) ümberesterdamisel ühehüdroksüülsete alkoholidega;

  rasvhapete metüülestrid, mis saadakse taimeõli, eelkõige rapsiõli ümberesterdamisel metanooliga.

• Euroopas toodetakse biodiislikütust (FAME) peamiselt rapsiõlist, sealjuures on biodiislikütus oma omadustelt sarnane tavadiislikütusega, kuid teda kasutatakse enamasti segus fossiilse diislikütusega. Biodiislikütuse energiasisaldus on tavadiislikütusest väiksem (vastavalt 37 MJ/kg ning 43 MJ/kg).¹⁷

Biodiislikütus sobib puhtal kujul kasutamiseks eeskätt vanemates diiselmootorites. Seejuures ei ole sätestatud ühtseid reegleid (tuleb lähtuda autotootja kasutusjuhendist). Üldjuhul ei sobi biodiislikütus kasutamiseks uutes EURO 4 ja EURO 5 nõuetele vastavates mootorites. Samuti ei tööta puhtal biodiislikütusel veokite või busside salongi soojendused (seisuküte).

Tootmine

Nagu eelnevalt mainitud, kasutatakse Euroopas biodiislikütusena peamiselt rasvhapete metüülestreid, mille tootmiseks kasutatakse peamiselt rapsiõli ( joonis 6). (mujal maailmas on kasutatud ka soja, Jathropa palmi vilju, kookospähkleid jms).¹⁸

Eestis on põhiliseks põllukultuuriks, millest saaks toota kvaliteetset biodiislikütust, raps ( tabel 4).

Joonis 6. Biodiislikütuse valmistamise tooraine jaotus maailmas, %32

Tabel 4. Mitmesuguste õlikultuuride Eestis kasvatamise poolt ja vastuargumendid33

Õlikultuur Eelised Puudused Raps kõrge saagikus (Eesti tingimustes kasvavatest õlikultuuridest kõrgeim); õlikook sobib kasutamiseks loomasöödana; laialdased kasvatamiskogemused. palju haiguseid ja kahjureid - suured kulutused taimekaitsevahenditele (ei ole keskkonnasõbralik); suhteliselt suur väetustarve. Rüps rapsiga võrreldes väiksem väetustarve; talirüps ei moodusta külviaastal vart, mis annab võrreldes talirapsiga paremad eeldused talve üleelamiseks. palju haiguseid ja kahjureid - suured kulutused taimekaitsevahenditele (ei ole keskkonnasõbralik); saak väiksem kui rapsil.

Kvaliteedinõuded

Biodiislikütus peab vastama standardile EN 14214. Biodiislikütuse omaduste võrdlus fossiilse diislikütusega on toodud tabelis 5.

Tabel 5. Biodiisli- ja fossiilse diislikütuse omadused34

Vedelate biokütuste tootmise võimalikkusest Eestis

Takistused

Vedelate biokütuste tootmist ning kasutuselevõttu piiravad järgmised asjaolud:

1. Eestis puuduvad nõuded kütustele massibilansi asendusmeetodil saavutatava säästlikkuse kriteeriumi parameetrite täitmiseks ja nõuetelevastavuse tõendamiseks. See tähendab, et erinevalt nt Saksamaast või Soomest, kus kasutatakse EURO 5 klassi nõuetele vastavaid kütuseid (01.01.2017 EURO 6), kasutatakse Eestis EURO 4 nõuetele vastavaid kütuseid, mis dekarboniseerimiseks ei nõua biolisandeid küttesegus.

2. Aktsiisimäärade rakendamisel lähtutakse kütuste mahust, mitte kütteväärtusest, mis alternatiivkütuste kontekstis (kütteväärtus mahuühiku (l; m³) kohta on kuni 30 % madalam, tähendab kõrgemat maksumäära¹⁹. ²⁰

Võimalused

Jätkusuutlikkuse ja säästlikkuse kriteeriumeid arvestades saaks Eestis toota energiakultuuridena kasutatavat rapsi/rüpsi ~15 000 hektari suurusel maa-alal, mis saagikuse 2 t/ha juures võimaldaks toota umbes 10 000 tonni biodiislikütust. Sellise tootmismahuga ettevõtte (ka suurema võimsusega) taasavamine või rajamine ei oleks majanduslikult otstarbekas praeguses situatsioonis, kus Euroopa Liidus on umbes 50% tootmisvõimsustest suletud.²¹

Samal ajal saaks biometaani ja bioetanooli tootmise abil Eestis üsna hõlpsalt võimalik täita Euroopa Liidu ees võetud kohustusi kasutada transpordikütuste lõpptarbimises 10% ulatuses taastuvate energiaallikate baasil toodetud kütuseid või elektrit. Kuna kinnistub nõue, et vähemalt pool (või umbes pool) kasutatavate vedelate biokütuste hulgast tuleb toota teise põlvkonna või säästlikkuse kriteeriume täitvate biokütustega, siis seda on lihtsam saavutada biometaani ja bioetanooliga²². II põlvkonna biodiislikütuste (BtL) valmistamise tehnoloogiad on oma arendusjärgus II põlvkonna bioetanooli tootmise tehnoloogiatest maas.²³

Esimeses lähenduses võiks riiklike toetusmehhanismide abil toetada jäätmetest biometaani ja kohaliku toorme baasil I põlvkonna bioetanooli tootmise alustamist (sest umbes 5% võib olla I põlvkonna biokütuse osa transpordikütuste lõpptarbimises). I põlvkonna bioetanoolitehase saab hiljem ümber seadistada II põlvkonna bioetanooli tootmiseks (peale viljaterade muundataks etanooliks ka õled, millede koristusmass on enam-vähem võrdne viljaterade massiga). Seejärel on mõistlik tegeleda ka kõigi II põlvkonna biokütuste alaste uuringutega ja tootmise arendamisega.²⁴

Täiendavat lugemist

 

Aasta	Kategooria	Pealkiri
2014	Ülevaade	Sisend arutelusse bioetanooli tootmisest
2013	Ettekanne	Autokütuste turg Eestis - metaankütuste perspektiivid
2013	Ettekanne	Biometaani olulisus riigi seisukohalt
2013	Uuring	Bioetanooli kasutamise eeldused ja võimalused Eestis (energia- ja kütusemajandus)
2010	Uuring	Bioetanool puidust
2004	Uuring	Biodiisli tootmise alustamise tasuvuse analüüs
2013	Uuring	Biodiislikütuse tootmise ja kasutamise võimalused Eestis (energia- ja kütusemajandus)
2014	Ettekanne	Bioetanooliga või bioetanoolita - biokütuste ümarlaua tulemused
2014	Ettekanne	Bioetanooli kasutamise eeldused ja võimalused Eestis
2008	Uuring	Transpordis kasutatavas kütuses biokütuse osatähtsuse suurendamiseks vajalikud meetmed, nende maksumus ja mõju kütuseturule
2008	Uuring	Transpordis kasutatavas kütuses biokütuse osatähtsuse suurendamiseks vajalikud meetmed, nende maksumus ja mõju kütuseturule. Lisad
2012	Ettekanne	Kohalike biokütuste tootmisvõimalused Hiiumaal
2013	Ettekanne	Kohalike biokütuste tootmisvõimalused Hiiumaal ning soojuse ja elektri koostootmise majanduslikud aspektid
2013	Ettekanne	Bioenergeetika olulisus metsaomanikule
2012	Ettekanne	Global usage perspectives of biomass
2012	Ettekanne	Taastuvenergia osatähtsus Eestis ja biomassi osatähtsus
2012	Ettekanne	Biomassist energiat, kas mõju puiduhinnale on tingitud sellest
2011	Ettekanne	Biokütuste termokeemiline töötlus. ORC-l põhinev soojuse ja elektri koostootmine
2007	Uuring	Bioenergiastrateegia Balti mere regioonis
2006	Aruanne	Biomassi kättesaadavus ja maksumus maanteesõidukikütuste toorainena Euroopa Liidus
2011	Ettekanne	Biokütuste potentsiaalist Eestis
2004	Analüüs	Biodiisli tootmise alustamise tasuvuse analüüs
2007	Uuring	Biofuels - is the cure worse than the disease?
2007	Uuring	Biofuels - at what cost?
2007	Raport	Well-to-wheels analysis of future automotive fuels and powertrains in the european context
2005	Projekt	Biokütuste tootmise ja kasutamise riikliku programmi ettevalmistamine
-	Väljaanne	Põllumajanduses kasutatavate biogaasiseadmete gaasitootlus
2008	Aruanne	Bioetanooli tootmiseks sobivate teraviljasortide valik ja aretus
2015	Magistritöö	Eesti biometaani ressursside kasutuselevõtu analüüs
2014	Aastaraamat	Taastuvenergia aastaraamat 2014

Viited

---

1. Kask, Ü. Bioetanooli kasutamise eeldused ja võimalused Eestis (energia- ja kütusemajandus), Tallinn 2013.↩︎
2. Alaru, M.; Vollmer, E. Mitmeaastaste heintaimede biomassi väärindusahelad - BIOREF projekt Eesti Maaülikoolis.↩︎
3. Kask, Ü. Biodiislikütuse tootmise ja kasutamise võimalused Eestis (energia- ja kütusemajandus), Tallinn 2013.↩︎
4. UFOP. Biodiesel 2012/2013 - Report on the Current Situation and Prospects - Abstract from the UFOP Annual Report, august 2013.↩︎
5. Eesti Maksu- ja Tolliamet. Aktsiisimäärad. (19.01.2014).↩︎
6. Tiit Maidre, Eesti Biokütuste Ühing. E-kiri 19.12.2014.↩︎
7. Volpi, G. The role of bioenergy in the European Union. (19.09.2013).↩︎
8. Reiska, R. Bioetanool puidust. (27.09.2013).↩︎