Metsien ja puunkäytön ilmastovaikutukset -seminaari 7.3.2018

1. © Natural Resources Institute Finland© Natural Resources Institute Finland
Aapo Rautiainen, Jussi Lintunen, Jussi Uusivuori
Metsien ja puunkäytön ilmastovaikutukset –seminaari
7.3.2018
Kuinka ilmastokestävää on
hakkuutähteiden poltto
suhteessa fossiilisten
polttoaineiden käyttöön?

2. © Natural Resources Institute Finland
Tutkimuskysymykset
• Kuinka haitallisia ovat hakkuutähteiden polton CO2-päästöt?
• Kuinka tähteiden polton ilmastohaitat suhteutuvat fossiilisten
polttoaineiden ilmastohaittoihin?
Rajoitukset: (1) Tarkastelemme vain CO2-päästöjä.
(2) Emme huomioi hakkeen tuotantoketjun päästöjä.
2 9.3.2018

3. © Natural Resources Institute Finland
Lähtökohta
• Tähteiden polttoon liittyy useita näkökohtia.
– Ilmastovaikutukset, biodiversiteetti, hinnat, kustannukset,
teknologia, vaihtoehtoiset energialähteet, esteettiset mieltymykset…
• Ilmastovaikutukset ovat eräs tärkeä näkökohta muiden rinnalla.
• Tässä esityksessä
– kerron, kuinka ilmastohaittoja voidaan mitata, jotta ne voitaisiin
huomioida johdonmukaisesti esim.
» laajemmissa kestävyystarkasteluissa, tai
» politiikan suunnittelussa.
– En kerro
» mitä hakkuutähteille pitäisi tehdä, tai
» minkälainen energiajärjestelmä Suomessa tulisi olla.
3 9.3.2018

4. © Natural Resources Institute Finland
Miksi ilmastohaitat?
Miksei hakkuutähteiden poltto ole ilmastoneutraalia?
• Hiilen määrä ilmakehässä vaikuttaa ilmastoon.
– Siten kaikki toiminta, joka vaikuttaa hiilen liikkeisiin
ilmakehään tai ilmakehästä, vaikuttaa ilmastoon.
• Puun käyttö ei ”lisää uutta hiiltä globaaliin kiertoon”,
– mutta vaikuttaa ilmastoon, koska
– ratkaisevaa on, mikä osa kierrossa olevasta hiilestä on
milloinkin ilmakehässä ja mikä muissa hiilivarastoissa
(kasvillisuus, maaperä, tuotteet…).
4 9.3.2018

5. © Natural Resources Institute Finland
Miksi ilmastohaitat eikä -hyödyt?
• Hakkuutähteiden poltosta vapautuu hiilidioksidia.
• Hiilidioksidi ilmakehässä on haitallista.
• Poltosta syntyvät päästöt ovat siis potentiaalisesti haitallisia
• Ainakaan ne eivät ole hyödyllisiä!
• Tähteiden poltto voi olla fossiilisten käyttöä vähemmän haitallista
– ns. korvaushyödyt syntyvät haittojen vähentämisestä:
• ”korvataan jotakin haitallista jollakin vähemmän haitallisella”.
– Korvaushyödyt syntyvät energiajärjestelmän tasolla.
• Ne eivät ole puun polton ominaisuus.
5 9.3.2018

6. © Natural Resources Institute Finland
Miksi huomioimme vain päästöt?
Miksi emme huomioi kasvua?
• Mittaamme hakkuutähteiden polton ilmastohaittoja.
• Metsän kasvu ei aiheudu hakkuutähteiden poltosta.
– Uusi metsä kasvaa riippumatta siitä poltetaanko
hakkuutähteet vai ei.
• Kasvavan metsän tuottamat ilmastohyödyt on mielekästä
huomioida ilmastopolitiikassa itsenäisesti, erillään tähteiden
poltosta.
– Niiden voimistamiseen voidaan myös kannustaa erillisellä
politiikalla (ks. esim. Lintunen ym. 2016) [3]
6 9.3.2018

7. © Natural Resources Institute Finland
Haittojen vertailu:
hakkuutähteet vs. fossiiliset polttoaineet
• Hiilidioksidia vapautuu ilmakehään, kun poltetaan
– fossiilisia polttoaineita, tai
– hakkuutähteitä.
• Mutta…
– ellei fossiilisia polteta, hiili ei vapaudu;
– ellei hakkuutähteitä polteta, hiili vapautuu silti hiljalleen.
• Kuinka haitallista on hakkuutähteiden poltto?
…eli…
• Kuinka haitallista on päästöjen aikaistaminen?
7 9.3.2018

8. © Natural Resources Institute Finland
Päästöjen aikaistamisen haitallisuus:
• Kolme vaikuttavaa tekijää:
1) Hakkuutähteiden hajoamisen aikaprofiili
• Kuinka hiili vapautuisi, jos tähteitä ei poltettaisi?
2) Päästöjen haitallisuuden kehitys ajassa
• Onko hiilidioksidipäästö tulevaisuudessa (esim. 2035)
haitallisempi kuin tänään?
• Tarvitaan haitan mitta.
3) Diskonttokorko
• Kuinka paljon voimakkaasti arvostamme nykyistä vs.
tulevaa hyvinvointia?
8 9.3.2018

9. © Natural Resources Institute Finland
1) Hakkuutähteiden hajoaminen
• Hajoaminen on luonnontieteellinen kysymys
• Yasso07-malli boreaalisille metsille (Tuomi ym. 2011)
• Mallissa hajoamiseen vaikuttaa
– Hakkuutähteiden koko (jae)
– Kemiallinen koostumus (laji)
– Ilmasto (sijainti)
9 9.3.2018

10. © Natural Resources Institute Finland
1) Hakkuutähteiden hajoaminen
• Yasso-malli [A,B]
10 9.3.2018
Hiili maaperässä hakkuun jälkeen

11. © Natural Resources Institute Finland
1) Hakkuutähteiden hajoaminen
11 9.3.2018
1 tC ≈ 3.67 tCO2
Hiilidioksidipäästöt

12. © Natural Resources Institute Finland
2) Haitan mitta: fysiikasta taloustieteeseen
• Fysikaalisia mittoja päästöille & lämmittävälle vaikutukselle:
– CO2-tonnit,
– kumulatiivinen säteilypakote,
– vaikutus globaaliin lämpötila-anomaliaan annetulla hetkellä.
• Haittaa ei voida mitata puhtaan fysikaalisilla mittareilla, koska
– ilmaston lämpenemisen vaikutukset ovat epälineaarisia,
– tulevaisuudessa on enemmän ihmisiä kärsimässä haittoja, ja
– tulevaisuudessa on enemmän omaisuutta tuhottavaksi.
• ”Hiilen hinta” eli Social Cost of Carbon (SCC)
– Tietyllä ajan hetkellä päästetyn (marginaalisen) CO2-tonnin
aiheuttaman globaalin haitan rahallinen nykyarvo.
– Arviot suuruudesta vaihtelevat paljon.
12 9.3.2018

13. © Natural Resources Institute Finland13 9.3.2018
𝑝 𝑡 = 𝑝0 𝑒 𝑔𝑡

14. © Natural Resources Institute Finland
3) Diskonttokorko
• Hakkuutähteiden polttoa harkitessamme, valitsemme haittojen
ajoituksen.
• Kuinka siis painotamme nykyistä hyvinvointia suhteessa
tulevaan?
• Diskonttokorko kuvaa tätä painotusta
– Korkea korko painottaa nykyistä hyvinvointia huomattavasti
tulevaa voimakkaammin.
– Matala korko painottaa nykyistä hyvinvointia vain hieman
tulevaa voimakkaammin.
– Valinta on subjektiivinen
14 9.3.2018

15. © Natural Resources Institute Finland
Diskonttokorko vs. ”aikajänne”
• Diskonttokorko vaimentaa hyvin kaukaisen tulevaisuuden
merkityksen.
• Äärettömän aikahorisontin ongelmasta ei päästä eroon
käyttämällä ”luonnontieteellisempiä” mittareita.
– Niissä ongelma ratkaistaan rajoittamalla tarkastelun aikajännettä
• Esim. AGWP100 huomioi säteilypakotteen täysipainoisesti sadan
vuoden ajalta ja sen jälkeen ei lainkaan.
– Tämäkin on eräänlaista diskonttausta
– Aikajänteen pituuden valinta on subjektiivinen.
• Korkea korko ≈ lyhyt aikajänne / Matala korko ≈ pitkä aikajänne
15 9.3.2018

16. © Natural Resources Institute Finland
𝑐𝑖 𝑡 = 𝑝 𝑡 − 𝑒−𝑟𝑠
𝑝 𝑡 + 𝑠 𝑚𝑖 𝑠 𝑑𝑠
∞
0
Haitta päästöjen aikaistamisesta
16 9.3.2018
𝑚𝑖(𝑠)
𝑐𝑖 𝑡
𝑝 𝑡
𝑟
hakkuutähteiden sisältämän CO2-tonnin vapauttamisesta
aiheutuva haitta
CO2-tonnin haitan yhteiskunnallinen arvo (SCC), €/𝑡𝐶𝑂2
diskonttokorko
CO2-päästöt hakkuutähteiden hajoamisesta
𝑖 hakkuutähdejae (esim. ”oksat” tai ”kannot”)
vältetyt tulevat haitat
hakkuutähteiden
hajoamisesta

17. © Natural Resources Institute Finland
Haitta päästöjen aikaistamisesta
17 9.3.2018
𝑐𝑖 𝑡 = 1 − 𝑒− 𝑟−𝑔 𝑠
𝑚𝑖 𝑠 𝑑𝑠
∞
0
𝑝 𝑡
𝜀 ∈ [0,1]
CO2-tonnin hinta
Kuvaa hakkuutähteiden sisältämän CO2-tonnin vapauttamisen
suhteellista haittaa verrattuna fossiilisen CO2-tonnin vapautta-
misesta aiheutuvaan haittaan.
𝑟Kertoimen arvo riippuu diskonttokorosta
ja hiilen hinnan (eli haittojen) kasvuvauhdista 𝑔

18. © Natural Resources Institute Finland
Perinteinen, luonnontieteellinen päästökerroin:
• CO2- päästöt energiayksikköä kohden
• Maakaasu 55
• Kivihiili 93
• Kuusen oksat 101
• Kuusen kannot 100
• Turve: 106
• Tilastokeskuksen polttoaineluokituksessa kaikki puu: 109,6
18 9.3.2018
𝑔𝐶𝑂2 𝑀𝐽−1
𝛾𝑖
Jatkossa
päästökerrointa
merkitään

19. © Natural Resources Institute Finland
Entä sitten haitat energiayksikköä kohden?
19 9.3.2018
Fossiiliset polttoaineet Hakkuutähteet
𝐻𝑎𝑖𝑡𝑡𝑎 = 𝛾𝑖 × 𝑝(𝑡)
𝐻𝑎𝑖𝑡𝑡𝑎
𝑝(𝑡)
= 𝛾𝑖
𝐻𝑎𝑖𝑡𝑡𝑎 = 𝛾𝑖 × 𝑐𝑖(𝑡)
𝐻𝑎𝑖𝑡𝑡𝑎
𝑝(𝑡)
= 𝛾𝑖 ×
𝑐𝑖(𝑡)
𝑝(𝑡)
päästökerroin
𝑔𝐶𝑂2 𝑀𝐽−1
CO2-päästöstä
aiheutuva haitta
€(𝑡𝐶𝑂2)−1
päästökerroin
𝑔𝐶𝑂2 𝑀𝐽−1
päästökerroin
𝑔𝐶𝑂2 𝑀𝐽−1
CO2-päästöstä
aiheutuva haitta
€(𝑡𝐶𝑂2)−1
tehollinen
päästökerroin
𝑔𝐶𝑂2 𝑀𝐽−1
”suhteellinen
haitta”
saa arvon
väliltä 0 - 1
𝜀

20. © Natural Resources Institute Finland20 9.3.2018
Tehollinen päästökerroin
Kuusi (Hämeenlinna) Kuusi (Sodankylä)Päästökerroin
Hakkuutähteiden tehollinen päästökerroin
← Turve (106)
← Kivihiili (93)
← Maakaasu (55)
← Kannot
← Pienet rungot
← Isot oksat
← Havut
← Pienet oksat
Tehollinen päästökerroin riippuu
”nettodiskonttokorosta”.
Mikä se on?

21. © Natural Resources Institute Finland21 9.3.2018
Tehollinen päästökerroin
Kuusi (Hämeenlinna) Kuusi (Sodankylä)”Nettodiskonttokorko”:
𝑛 = 𝑟 − 𝑔
𝑟 on diskonttokorko
𝑔 on hiilen hinnan (eli
haittojen) kasvuvauhti
𝑛 kuvaa tulevien päästöjen
haitan nykyarvon kehitystä
päästöajankohdan
etäisyyden mukaan

22. © Natural Resources Institute Finland22
Tehollinen päästökerroin
Kuusi (Hämeenlinna) Kuusi (Sodankylä)Esimerkki:
𝑛 = 𝑟 − 𝑔
𝑟 = 3%
Oletetaan:
𝑔 = 1%
𝑛 = 2%
Joten:

23. © Natural Resources Institute Finland23 9.3.2018
Tehollinen päästökerroin
Kuusi (Hämeenlinna) Kuusi (Sodankylä)Huomioita:
1) Mitä matalampi n sitä paremmin
hakkuutähteet pärjäävät suhteessa
fossiilisiin ja turpeeseen
2) Oksien haitat ovat kantojen haittoja
pienemmät
3) Kaikki jakeet pärjäävät kivihiilelle ja
turpeelle oletuksista riippumatta
4) Vertailu maakaasuun on herkempi
oletuksille (isojen jakeiden osalta)

24. © Natural Resources Institute Finland24 9.3.2018
Tehollinen päästökerroin
Kuusi (Hämeenlinna) Kuusi (Sodankylä)

25. © Natural Resources Institute Finland
Uuden lähestymistavan etuja
• Tehollinen päästökerroin vs. takaisinmaksuaika
– kvalitatiiviset tulokset ovat samansuuntaisia (vrt. Repo ym.
2012): esim. kannot ovat haitallisempia kuin oksat.
• Uutta lähestymistavassamme:
– Perustuu yhteiskunnallisiin haittoihin, ei pelkästään
fysikaalisiin vaikutuksiin.
– Mahdollistaa subjektiivisten oletusten (diskonttokorko,
haittojen oletettu kehitys) läpinäkyvän huomioinnin.
– Mahdollistaa hakkuutähteiden ja fossiilisten polttoaineiden
haittaverotuksen harmonisoimisen
25 9.3.2018

26. © Natural Resources Institute Finland26 9.3.2018
Jae pienet
oksat
n=2%
pienet
oksat
n=2,5%
kannot
n=2%
maa-
kaasu
kannot
n=2,5% kivihiili
Tehollinen
päästökerroin,
𝑡𝐶𝑂2/𝐺𝐽
0,015 0,017 0,054 0,056 0,058 0,093
Vero,€/𝐺𝐽 0,90 1,04 3,32 3,45 3,57 5,78
Hiilen hinta esimerkissä: 62 €/𝑡𝐶𝑂2
(Polttoaineveron hiilidioksidi-komponentti Suomessa)
Päästöveroesimerkki
𝑣𝑒𝑟𝑜 €/𝐺𝐽 = 𝑡𝑒ℎ𝑜𝑙𝑙𝑖𝑛𝑒𝑛 𝑝ää𝑠𝑡ö𝑘𝑒𝑟𝑟𝑜𝑖𝑛 (𝑡𝐶𝑂2/𝐺𝐽)× ℎ𝑖𝑖𝑙𝑒𝑛 ℎ𝑖𝑛𝑡𝑎 (€/𝑡𝐶𝑂2)

27. © Natural Resources Institute Finland
Huomioita päästöveroesimerkistä
• Esimerkissä ilmastovaikutusten ohjaus hoidetaan verottamalla
• Samanlainen ohjausvaikutus voidaan saada aikaan tukemalla
hakkuutähteiden jättämistä metsään
• Ohjauskeinon valintaan vaikuttaa se, kuinka metsäsektorin
ilmasto-ohjaus muuten järjestetään (jos järjestetään):
– Metsänhoidon ja puunkäytön ilmastovaikutuksia ohjaava politiikka
voidaan muotoilla monella tapaa
– Yleistajuinen katsaus aiheesta: ”Metsät ja hiilivirtoja ohjaava
ilmastopolitiikka” (Lintunen et al. 2016, Metsätieteen
aikakauskirja) [3]
27 9.3.2018

28. © Natural Resources Institute Finland
Johtopäätöksiä
• Hakkuutähteiden poltto ei ole haitatonta
– Haitat ovat kuitenkin pienemmät kuin kivihiilellä ja turpeella.
– Vertailu maakaasuun on herkempi tehdyille oletuksille.
• Haittojen vertailuun vaikuttavat subjektiiviset valinnat, eli
– diskonttokorko ja hiilen hinnan aikaura.
– Menetelmämme huomioi nämä tekijät läpinäkyvästi.
• Subjektiivisten oletusten on kuitenkin hyvä olla johdonmukaisia:
– Matala korko
• Hakkuutähteillä suurempi suhteellinen etu fossiilisiin verrattuna
• Korkea hiilen hinta -> Kireä ilmastopolitiikka (myös metsille)
– Korkea korko -> (päinvastoin)
28 9.3.2018

29. © Natural Resources Institute Finland
Thank you!Kiitos!
aapo.rautiainen@luke.fi
@LukeFinland
@aaporau

30. © Natural Resources Institute Finland
Lisää aiheesta:
[1] Rautiainen, A., Lintunen, J., & Uusivuori, J. (2018). How harmful is burning
logging residues? Adding economics to the emission factors for Nordic tree
species. Biomass and Bioenergy, 108, 167-177..
[2] Lintunen, J., & Uusivuori, J. (2016). On the economics of forests and climate
change: Deriving optimal policies. Journal of Forest Economics, 24, 130-156.
[3] Lintunen, J., Uusivuori, J., Laturi, J., Pohjola, J., & Rautiainen, A. (2016).
Metsät ja hiilivirtoja ohjaava ilmastopolitiikka. Metsätieteen aikakauskirja 3-4,
2016, 157-164.
30 9.3.2018

31. © Natural Resources Institute Finland31 9.3.2018
Kuusi Mänty Koivu
Tehollinen päästökerroin
(Hämeenlinna)
Esimerkeissä oletetaan muuttumaton ilmasto. Ilmastonmuutoksen vaikutus
tehollisiin päästökertoimiin on pieni. Sensitiivisyysanalyysi löytyy artikkelista.
𝑛 = 𝑟 − 𝑔
”net discount rate”

32. © Natural Resources Institute Finland
Tehollinen päästökerroin vs. takaisinmaksuaika
• Aiemmin hakkutähteiden ja fossiilisten polttoaineiden
ilmastovaikutuksia on tarkasteltu perustuen
takaisinmaksuaikoihin (esim. Repo ym. 2012)
• Perusajatus:
– Korvataan fossiilinen polttoaine hakkuutähteillä
– Jos fossiilisen polttoa jatkettaisiin, kumulatiiviset päästöt
kasvaisivat tasaisesti.
– Hakkuutähteisiin perustuvan järjestelmän päästöt ovat aluksi
suuremmat, mutta kumulatiiviset päästöt tasoittuvat ajan mittaan.
– Kuinka kauan kestää, että hakkutähteiden käytön kumulatiiviset
päästöt alittavat fossiilisen vaihtoehdon kumulatiiviset päästöt?
32 9.3.2018

33. © Natural Resources Institute Finland33 9.3.2018
Esimerkkilaskelman taustaoletukset: (1) n = 3%, (2) Korjuun, kuljetuksen ja
käsittelyn päästöt eivät mukana, (3) takaisinmaksuaika perustuu CO2-päästöihin, ei
säteily-pakotteeseen, (4) muuttumaton ilmasto
Maakaasun korvaaminen hakkuutähteillä
Tehollinen päästökerroin vs. takaisinmaksuaika