Bioenergian ilmastovaikutuksia tulee arvioida johdonmukaisesti

Bioenergiaa pidetään yleisesti hiilineutraalina polttoaineena. Sen avulla voidaan korvata fossiilisten polttoaineiden käyttöä ja sitä kautta hillitä ilmastonmuutosta. Ajatus bioenergian hiilineutraaliudesta perustuu oletukseen, että biomassan poltossa vapautuva hiilidioksidi sitoutuu takaisin kasvavaan biomassaan. Näin voi biomassan uusiutumisnopeuden perusteella ollakin. Pelkästään tämän seikan perusteella ei kuitenkaan voi päätellä, onko bioenergia ilmastonmuutoksen hillinnän kannalta tehokasta vai ei.

Bioenergia ja ilmasto

Usein ristiriitaiset bioenergian ilmastovaikutusten arviointitulokset vaikeuttavat päätöksentekoa ja aiheuttavat taloudellisia riskejä. Olemme VTT:llä ja SYKEllä tutkineet kansainvälisessä yhteistyössä, miten arviointikäytännöt saadaan johdonmukaisiksi. Renewable & Sustainable Energy Reviews -lehdessä julkaistava tutkimuksemme selventää sitä, mihin bioenergian tuotantoa tulisi ilmastovaikutusten arvioimisessa verrata ja mitä eri tavoin määritellyistä hiilitaseista voidaan päätellä.

EU:ssa pohditaan parhaillaan, miten maankäyttösektori kytketään mukaan vuoden 2020 jälkeisiin ilmastovelvoitteisiin ja minkälaisia kestävyyskriteereitä bioenergialle sovelletaan. Nämä päätökset saattavat myös vaikuttaa toisiinsa. Samat asiat nousevat esille Pariisin ilmastosopimuksen yhteydessä.

Ne bioenergian lähteet, jotka pystyvät vastaamaan ilmastonmuutoksen hillintätavoitteisiin tehokkaimmin, tulevat olemaan myös kilpailukykyisimpiä. Tämän vuoksi bioenergian ilmastovaikutusten tunnistaminen on tärkeää. Sama koskee myös muita biotalouden tuotteita.

Epäjohdonmukaisuudet aiheuttavat ristiriitoja tuloksiin ja tulkintoihin

Erityisen tärkeä kysymys bioenergian ilmastovaikutuksia arvioitaessa on, miten bioenergian tuotannon oletetaan vaikuttavan maan käyttöön ja siten hiilivarastojen kehitykseen.

Bioenergian ilmastovaikutusten arvioinneissa on päädytty keskenään ristiriitaisiin tuloksiin ja tulkintoihin, kun on käytetty erilaisia maankäytön vertailutilanteita tai vertailu on jätetty kokonaan tekemättä. Lisäksi arviointien lähtökohdista ja niiden vaikutuksesta tuloksiin ei aina kerrota riittävän selvästi, mikä vaikeuttaa tulosten johdonmukaista tulkintaa.

Jotta bioenergian todellinen kyky hillitä ilmastonmuutosta voidaan arvioida, tulee bioenergian tuotantoa verrata tilanteeseen, jossa sitä ei tuoteta. Tällöin haasteena on paitsi vaihtoehtoisen energiamuodon, myös biomassan ja sen tuottamiseen tarvittavan maa-alan vertailutilanteen määritteleminen.

Maankäytön vertailutilanteen johdonmukainen valinta

Todellisuudessa biomassalla ja sen tuottamiseen tarvittavalla maa-alalla on aina jokin vaihtoehtoinen kohtalo. Tätä vaihtoehtoista kohtaloa voidaan kutsua vertailutilanteeksi, joka jää siis toteutumatta, jos resurssit päätetään hyödyntää bioenergiaksi. Maankäytön osalta vertailutilanne voi olla esimerkiksi maa-alan hyödyntäminen erilaisten biomateriaalien, ruoan tai rehun tuotantoon, rakentamiseen tai muiden ekosysteemipalveluiden tuotantoon.

Bioenergian ilmastovaikutusten johdonmukaista arviointia varten biomassan tai sen tuottamiseen tarvittavan maa-alan vertailutilanne voidaan valita siten, että se kuvaa resurssin todennäköisintä vaihtoehtoista hyödyntämistapaa. Haasteena on, että objektiivisuuden vuoksi saatetaan joutua tekemään useita skenaarioita siitä, mikä vaihtoehtoinen hyödyntämistapa olisi todennäköisin. Lisäksi tällöin joudutaan määrittämään epäsuorat vaikutukset, joita aiheutuu vertailutilanteessa tuotetun palvelun, esimerkiksi ruoan tuottamisesta toisaalla. Arvioinnista saattaa tulla hyvin monimutkainen ja sen tulokset ovat herkkiä tehdyille sosioekonomisille oletuksille.

Maankäyttöön liittyvät epäsuorat vaikutukset on usein sivuutettu bioenergian ilmastovaikutusten arvioinneissa. Tämä tarkoittaa, ettei vaihtoehtoista hyödyntämistapaa ole huomioitu. Tällöin johdonmukainen oletus olisi, että biomassaa tai sen tuottamiseen tarvittavaa maa-alaa ei käytettäisi vertailutilanteessa mihinkään. Tutkimuskysymyksestä ja siihen sopivasta tarkastelun aikajänteestä riippuen maa-ala olisi siten joko luonnontilassa tai palautuisi sitä kohden. Tällaisen vertailutilanteen kuvaaminen sisältää luonnontieteellistä mutta ei sosioekonomista epävarmuutta.

Tutkimuksemme keskeinen johtopäätös on, että vertailutilanne tulee valita tutkimuskysymyksen mukaan. Vertailutilanne määrää, mitä johtopäätöksiä tarkastelusta voidaan tehdä. Siksi valittu vertailutilanne ja sen vaikutus tuloksiin tulee kertoa selkeästi.

Tutkimus on osa kansainvälisen energiajärjestö IEA:n bioenergiaohjelman ilmastovaikutustyöryhmän (IEA Bioenergy Task 38) työtä. Suomalaisten tutkijoiden työtä rahoittivat Suomen Akatemia, BEST Bioenergia -ohjelma sekä Maj ja Tor Nesslingin säätiö.

Kati Koponen VTT

Kati Koponen
tutkija, tekniikan tohtori
Twitter: Kati_Kop

Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy
puh. 040 487 8123, etunimi.sukunimi@vtt.fi

Sampo Soimakallio SYKE

Sampo Soimakallio
erikoistutkija, dosentti
Twitter: @SSoimakallio

Suomen ympäristökeskus SYKE
puh. 029 525 1803, etunimi.sukunimi@ymparisto.fi

Tutkimusartikkeli

Koponen, K., Soimakallio, S., Kline, K., Cowie, A., Brandão, M. 2017. Quantifying the climate effects of bioenergy – Choice of reference system. Renewable & Sustainable Energy Reviews (in press). http://authors.elsevier.com/sd/article/S1364032117309759

The climate effects of bioenergy must be quantified consistently

Bioenergy is generally considered to be carbon-neutral. It can be used as replacement for fossil fuels and, therefore, as a way of mitigating climate change. The idea of bioenergy being carbon-neutral is based on the assumption that the carbon dioxide released by the combustion of biomass is bound again into the growing biomass. Based on the regeneration rate of biomass, this may well be the case. However, based on this fact alone, we cannot draw conclusions whether bioenergy is an efficient measure for climate change mitigation or nor.

Bioenergia ja ilmasto

Often conflicting quantification results of the climate effects of bioenergy make decision-making difficult and cause financial risks. At VTT and the Finnish Environment Institute (SYKE), we have been involved in international cooperation to study how the quantification practices could be made consistent. Our study, to be published in the Renewable & Sustainable Energy Reviews journal, clarifies what bioenergy production should be compared with when quantifying climate effects and what kind of conclusions can be drawn from the carbon balances defined in various ways.

The EU is currently considering how to involve the land use sector in the post-2020 climate commitments and what kind of sustainability criteria to apply to bioenergy. These decisions may also affect each other. The same issues also arise in connection with the Paris Agreement on Climate Change.

Those bioenergy sources that can most efficiently respond to the mitigation targets for climate change will also be the most competitive ones. Therefore, it is important to identify the climate effects of bioenergy. The same also applies to the other products of the bioeconomy.

Inconsistencies lead to conflicting results and interpretations

When quantifying the climate effects of bioenergy, the particularly important question to ask is how the production of bioenergy is supposed to affect land use and, consequently, the development of carbon stocks.

In the quantifications of climate effects of bioenergy, some very conflicting results and interpretations have been produced, when different reference systems of land use have been used or the reference land use has been excluded in the first place. In addition, the starting points for the various analysis and their impact on the results are not always explained clearly enough. This makes it difficult to draw any consistent conclusions from the results.

To be able to quantify the real capacity of bioenergy to mitigate climate change, we must compare the production of bioenergy to a situation in which it is not produced. In such a case, the challenge lies not only in defining the form of alternative energy, but also in defining the reference system for biomass and the land area needed for producing it.

Systematic selection of the reference system for land use

In reality, the biomass and the land area needed for producing bioenergy always has some alternative fate. We call this alternative fate the “reference system”, meaning the situation which remains unrealised if the decision is made to use the land and biomass resources for bioenergy production. For land use, the reference system can be, for example, the use of the land area for production of different biomaterials, food or feed, construction, or provision of other ecosystem services.

For the purpose of systematic quantification of the climate effects of bioenergy, the reference system for the biomass or the land area needed for producing bioenergy can be selected in such a manner that it describes the most likely alternative use of the resource. The challenge is that, for objectivity’s sake, it may be necessary to draw up several scenarios on which alternative use of the resource would be the most likely. In addition, in such a case, it would also be necessary to define the indirect impacts that are caused when the service displaced, such as food, is produced elsewhere. The quantification may become very complicated and its results are very susceptible to any socio-economic assumptions made.

The indirect impacts related to land use have often been ignored in the quantifications of the climate effects of bioenergy. This means that the most likely alternative use of resources has been ignored. In such a case, the consistent assumption would be that, in the reference system, the biomass or the land area needed for producing bioenergy would not be used for any purpose. Therefore, depending on the research question and the time span suited for examining it, the land area would be either in its natural state or gradually returning towards it. Describing such a reference system entails scientific uncertainty, but no socio-economic uncertainty.

The key conclusion of our study is that the reference system must be selected in accordance with the research question. The selection of the reference system defines what kind of conclusions can be drawn from the analysis. Therefore, the reference system selected and its impact on the results must be clearly explained.

The study is part of the work of the International Energy Agency’s IEA Bioenergy Task 38 investigating the climate effects of bioenergy. The work performed by Finnish research scientists was funded by the Academy of Finland, the Sustainable Bioenergy Solutions for Tomorrow (BEST) research programme, and the Maj and Tor Nessling Foundation.

Kati Koponen VTT

Kati Koponen
Research Scientist, DSc (Technology)
Twitter: Kati_Kop

VTT Technical Research Centre of Finland Ltd
tel. +358 40 487 8123, firstname.lastname@vtt.fi

Sampo Soimakallio SYKE

Sampo Soimakallio
Docent, Senior Scientist
Twitter: @SSoimakallio
Finnish Environment Institute (SYKE)
tel. +358 29 525 1803, firstname.lastname@ymparisto.fi

Research article

Koponen, K., Soimakallio, S., Kline, K., Cowie, A., Brandão, M. 2017. Quantifying the climate effects of bioenergy – Choice of reference system. Renewable & Sustainable Energy Reviews (in press). http://authors.elsevier.com/sd/article/S1364032117309759