Hiilipäästöjen vähentäminen kasvihuonetuotannossa

RE-maatila |

Niina Haario, Livia

Tässä kirjoituksessa kerrotaan lyhyesti perustietoja kasvihuoneviljelystä Suomessa ja nykymuotoisen kasvihuoneviljelyn ilmastovaikutuksista yleisellä tasolla. Tämän jälkeen esitellään keinoja, millä kasvihuoneviljelyn ilmastovaikutuksia voi minimoida. Lopuksi lyhyt katsaus kasvihuonetuotannon tulevaisuuteen ilmaston kannalta.

Kasvihuonetuotanto Suomessa
Kasvihuonetuotantoa harjoitettiin Suomessa vuonna 2017 yhteensä 389 ha pinta-alalla. Tuotanto on monimuotoista sekä tuotettujen tuotteiden, tuotantorakennusten materiaalien ja tuotantotapojen (viljelykauden pituus) osalta. Tämän vuoksi jutussa esitetyt, eri lähteistä poimitut tiedot ovat luonteeltaan keskimääräisiä tai yleistäviä ja erot yksittäisten kasvihuoneyritysten välillä ovat suuria.

Suomen kasvihuonepinta-alasta suurin osa on vihannestuotannossa (249 ha). Tärkeimpinä vihanneksia ovat kurkku, tomaatit ja erilaiset ruukkusalaatit. Erilaisia koristekasveja, pääosin ruukuissa myytäviä kasveja sekä leikkokukkia viljellään noin puolella tästä pinta-alasta (121 ha).

Suurin osa kasvihuonetuotannosta on kausiluontoista, eli talven aikana viljelyssä on useamman kuukauden mittainen tauko. Kasvihuonekurkun ja -tomaatin viljelyalasta noin kolmannes on ympärivuotisesti viljeltyä, ruukkuvihanneksista koko pinta-ala.

Kasvihuonetuotannon ilmastovaikutukset
Kasvihuonetuotanto on melko energiaintensiivistä ja tuottaa ilmastopäästöjä. Asiaa on tutkittu ja selvitetty paljon viimeisen kymmenen vuoden aikana. Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskuksen tekemän melko laajan selvityksen (Yrjänäinen ym. 2013) mukaan esimerkiksi kurkun ja tomaatin viljelyssä suurin osa, eli 75 – 96 % ilmastopäästöistä syntyy energiantuotannosta. Vastaavasti ruukkusalaateilla 52 – 95 % ja ruukkubegonioilla 70 – 78 % ilmastopäästöistä syntyy energiantuotannosta.

Muita kuin energiantuotantoon liittyviä tuotannon ilmastopäästöjen lähteitä ovat kurkulla ja tomaatilla pääasiassa lannoitteet, taimet, pakkaukset ja jätteet. Sen sijaan materiaalien kuljetusten, hiilidioksidilannoituksen ja kasvualustojen aiheuttamilla päästöillä on kokonaisuudessa vain hyvin pieni merkitys. Ruukkusalaattien tuotannossa myös pakkauksien ja kasvualustan osuus ilmastopäästöistä saattoi olla melko suuri.

Leikkotulppaaneilla suuri osuus ilmastopäästöistä aiheutui tuotannossa käytettävistä sipuleista ja pauliinabegonialla ilmastovaikutusta aiheutui energiantuotannon lisäksi merkittävästi käytetystä kasvualustasta.

Viljelytavan vaikutus energian kulutukseen
Kasvihuonetuotannossa energiaa käytetään sekä kasvihuoneiden lämmitykseen että kasvatettavien kasvien keinovalotukseen. Ympärivuotisessa viljelyssä tarvitaan paljon energiaa, koska talvikuukausina kasvihuoneita lämmitetään ja kasveja valotetaan eniten. Kausiviljelyssä kasveja ei välttämättä valoteta, jolloin sähköntarve on pienempi, mutta toisaalta kasvihuoneita kuitenkin lämmitetään. Ympärivuotisessa viljelyssä valotukseen käytetty sähköenergia myös lämmittää huoneita ja suoraa lämmitysenergiaa tarvitaan vähemmän.

Yrjänäisen ym. (2013) raportin mukaan kesäkuukausina tuotettujen kasvihuonetuotteiden ilmastovaikutukset saattoivat olla vain neljännes talvikuukausina tuotettuihin verrattuna. Toisaalla on kerrottu (Jokinen 2017) ympärivuotisessa tuotannossa saavutettavan kausiviljelyä suurempia satotasoja ja todetaan, että tuotettua tuotetta kohti jyvitettyjen ilmastopäästöjen välillä ei välttämättä ole suurta eroa siinä, oliko tuotanto ympärivuotista vai kausituotantoa.

Raportissa (Yrjänäinen ym. 2013) mainitaan kuitenkin kesäkuukausina tuotetun tuotteen energiantuotannon aiheuttamat päästöjen olleen kurkulla ja tomaatilla vain kolmanneksen keskimääräisestä ja toisaalta kylmimmän ja pimeimmän vuosineljänneksen aikana päästöjen olleen vähintään 1,5 -kertaiset keskimääriseen verrattuna.

Kasvihuonetuotannon viimeaikainen kehitys ja sen vaikutus päästöihin
Kasvihuoneyritysten energiankäyttöä on selvitetty muutaman vuoden välein. Edellinen selvitys on tehty vuonna 2014 ja sitä edeltävät selvitykset vuosina 2011, 2008 ja 2006. Kasvihuonetuotannon kokonaisenergiankulutus on vähentynyt vuodesta 2006 vuoteen 2014 noin 10,5 % (1774 GWh -> 1587 GWh). Samaan aikaan tuotantopinta-ala laski 16 %, tuotanto kasvoi vihannesten osalta 15 % ja ruukkuvihannesten osalta jopa 61 %. Sähkönkulutus kasvoi 23 % vuodesta 2006 vuoteen 2014 (444 GWh -> 547 GWh).

Lämmitysenergian osalta entistä suurempi osa tuotetaan nykyään uusiutuvilla energialähteillä. Puu- ja peltoenergian käyttö on lisääntynyt, raskaan polttoöljyn ja kivihiilen käyttö lämmöntuotossa on vähentynyt. Kokonaisenergiankulutuksesta suurin osa on kuitenkin sähköä ja tilastoinnissa ei ole eritelty, miten käytetty sähkö on tuotettu.

Yhteenvetona voi todeta tuotannon tehostuneen, eli pinta-alan ja kokonaisenergiankulutuksen laskusta huolimatta tuotanto on kasvanut. Näin ollen tuotettua yksikköä kohti laskettu energiankulutus on pienentynyt viime vuosina. Lämmöntuotannossa on siirrytty voimakkaasti fossiilisista uusiutuviin energiamuotoihin.

Tuotekohtaisia ilmastopäästöjä
Kasvihuonetuotannon ilmastovaikutuslaskennan loppuraportin (Yrjänäinen ym. 2013) mukaan kasvihuonetuotteiden ilmastopäästöt vaihtelivat suuresti ja olivat heidän tutkimuksessaan mukana olleilla tiloilla seuraavat:

Tuote (määrä) kg CO2-ekvivalenttia (pienin – suurin)
Tomaatti (1 kg) 1,36 – 3,68
Kurkku (1 kg) 0,54 – 3,26
Ruukkusalaatti (1 kpl) 0,11 – 0,83
Tulppaani (10 kpl) 1,47 – 3,48
Ruukkubegonia (1 kpl) 0,67 – 0, 77

Kasvihuoneissa tuotettujen eri tuotteiden ilmastovaikutukset vaihtelevat siis erittäin paljon. Vaihteluväli oli suurin kurkulla (83%) ja pienin ruukkubegonialla (13%). Tämän vuoksi keinot ilmastopäästöjen vähentämiseksi ovat tila- ja tapauskohtaisia, mutta mahdollisia keinoja listaan seuraavissa luvuissa.

Menetelmiä ja keinoja ilmastopäästöjen vähentämiseksi
Energian käytön ollessa kasvihuonetuotannossa suurin ilmastovaikutusten aiheuttaja, on energian käytön vähentäminen ja vähän ilmastopäästöjä aiheuttavan energian käyttö merkittävin keino ilmastopäästöjen vähentämiseksi. Yrjänäisen ym. (2013) raportissa todetaankin: ”Fossiilisiin energialähteisiin pohjautuva tuotanto sijoittuu vertailussa suurimpiin ilmastovaikutuksiin, kun taas uusiutuviin energialähteisiin pohjautuva tuotanto aiheuttaa vertailun pienimmät ilmastovaikutukset”.

Keinoja energiankulutuksen vähentämiseen on esitetty esimerkiksi Motivan 2005 julkaisemassa Kasvihuoneviljelijän energia- ja ilmasto-oppaassa. Seuraavassa esitellään muutamia kyseisessäkin oppaassa esiteltyjä keinoja kasvihuoneen energiansäästöön. Tekstissä mainitut luvut on otettu tai laskettu pääosin Jukka Tuomisen (2014) energiansäästöinvestointeja käsittelevässä esitelmässä kertomien tietojen pohjalta, ellei tekstissä toisin mainita.

Sähköenergian ilmastopäästöt
Eri tavoin tuotetun sähköllä on erilaiset ilmastopäästöt. Termiä sähköenergian päästökerroin käytetään kuvaamaan sähkön tuotannosta syntyneitä ilmastopäästöjä tuotettua sähköenergiaa kohti. Kasvihuonetuotteiden ilmastopäästöjä laskettaessa käytetään Suomessa tuotetun sähkön keskimääräistä päästökerrointa, mikäli käytetyn sähkön päästökerroin ei ole tiedossa. Vuonna 2014 Suomessa tuotetun sähkön päästökerroin oli 175,1 kg CO2-ekv./MWh (Energiavirasto 2018).

Käyttämällä vähäpäästöistä sähköä voidaan helpoiten pienentää ympärivuotisen kasvihuonetuotannon ilmastopäästöjä. Vähäpäästöisinä sähköntuotantomuotoina pidetään yleisesti ydin-, vesi-, tuuli- ja aurinkosähköä. Näille ei kuitenkaan ole helposti löydettävissä päästökertoimia. Oletan, että joissain laskentamalleissa myös uusiutuvilla polttoaineilla (ns. bioenergia) tuotettua sähköä pidetään päästöttömänä sähköntuotantomuotona.

Toisaalta esimerkiksi Tilastokeskus julkaisee polttoaineluokitusta, josta on löydettävissä päästökertoimet eri energiamuodoille ja siinä useat bioenergian muodot eivät uusiutuvuudestaan huolimatta ole päästökertoimeltaan useita fossiilisia energiamuotoja pienempiä.

Lämpöenergian ilmastopäästöt
Kasvihuonetuotteiden ilmastovaikutukset -raportissa (Yrjänäinen ym. 2013) ilmastovaikutusten laskennassa uusiutuvien lämmitysenergian muotojen päästökertoimet kerrotaan otetun elintarvikkeiden tuotannon ilmastovaikutusten laskentasuositusten ohjeistuksesta (Hartikainen ym. 2012).

Raportissa tai suosituksessa ei suoraan kerrota käytettyjä päästökertoimia, mutta oletan niiden olevan laskennassa pieniä ellei olemattomia. Raportissa mainitaan uusiutuvan energian käytön lämmityksessä vähentävän kasvihuonetuotannon ilmastopäästöjä merkittävästi. Tämä on mielenkiintoinen tai jopa kyseenalainen tulkinta, koska ohjeistuksessa kerrotaan, että polttoaineiden polton päästöt otetaan huomioon ja myös uusiutuville energiamuodoille löytyy päästökertoimet esimerkiksi Tilastokeskukselta (2018).

Tässä tarkemmin syventymättä polttoaineiden ilmastopäästöihin tai kysymykseen siitä, tuleeko uusiutuvista energialähteistä syntyneet päästöt huomioida vai jättää huomioimatta, kasvihuonetuotannossa on mahdollista vähentää lämmitysenergian kulutusta monin tavoin.

Lämmitysenergian säästömenetelmiä
Lämpöenergia tuotetaan kasvihuoneissa usein lämpökeskuksessa polttamalla jotakin polttoainetta. Polttoainevalinta vaikuttaa aiheutettuihin ilmastopäästöihin. Tietoa eri polttoaineiden päästökertoimista löytyy esimerkiksi Tilastokeskuksen (2018) polttoaineluokituksesta. Uusiutuvista polttoaineista pienin päästökerroin on jätepuuhakkeella.

Modernissa hakekattilassa voi polttaa erilaisia polttoaineita.

Kasvihuoneen lämmitystä voidaan hoitaa myös lämpöpumpuilla. Maalämpöpumppuja on käytössä isoissakin kasvihuoneyrityksissä. Lämpöpumppu tuottaa lämpöenergiaa lämpökertoimensa (COP) verran suhteessa kuluttamaansa sähköenergiaan. Maalämpöpumpuissa COP on yleisesti luokkaa 2,5 – 3, eli ne tuottavat lämpöenergiaa 2,5-3 kertaisen määrän kuluttamaansa sähköön nähden. Mikäli kasvihuone lämmitetään maalämmöllä ja käytetään päästökertoimeltaan pientä sähköenergiaa, voidaan ilmastopäästöt pitää matalina.

Lisäksi joillain kasvihuoneen jäähdytysjärjestelmillä (esim. Novarbo) voidaan kerätä kasvihuoneesta poistettu ylimääräinen lämpöenergia talteen ja käyttää se myöhemmin lämmitykseen lämpöpumppuja hyödyntäen. Tämä säästää paitsi energiaa, mahdollistaa myös jäähdyttämätöntä kasvihuonetta suuremman satotason paremman ilmastonhallinan (ns. suljettu kasvihuone) avulla ja täten pienentää tuotekohtaisia ilmastopäästöjä.

Kasvihuoneen materiaali- ja kalustevalinnoilla ja yleisesti pitämällä kasvihuoneen hyvässä kunnossa voi säästää paljon lämmitysenergiaa kylmän vuodenajan viljelyssä. Katemateriaali vaikuttaa suoraan kasvihuoneen lämmitysenergian tarpeeseen eri katemateriaalien erilaisen lämmöneristävyyden vuoksi. Esimerkiksi noin 2000 m2 kasvihuoneen vuotuinen lämmitysenergian kulutus voisi olla lasikatteisena n. 1 GWh kun kennolevykatteisena (muuten samoin viljeltynä) vuotuinen lämmitysenergiantarve voisi olla luokkaa 560 MWh. Ilmastopäästöt vähenisivät samassa suhteessa, yli 40 %, mutta määrä riippuu käytetyn lämmitysenergian päästökertoimesta. Kennolevykatetta käytetään kuitenkin rajallisesti sen kalliimman hinnan ja huonomman valonläpäisyn vuoksi. Lasi läpäisee valoa kennolevyä paremmin ja näin kasvihuoneessa voidaan hyödyntää auringonvaloa tehokkaammin suurin osa vuotta. Kennolevyä käytetään kuitenkin usein esimerksi huoneen seinissä ja päädyissä.

Energiaverhoja on nykyisin kasvihuoneissa paljon käytössä. Luonnonvaloviljelyssä energiaverhoilla voidaan saavuttaa esimerkiksi yli 10 % lämmitysenergian säästö (vuosikulutus viikosta 8 viikolle 44 ulottuvassa viljelyssä laskee 526 -> 464 kWh/m2). Ympärivuotisessa valoviljelyssä valotehon ollessa 300 W/m2 lämmitysenergian tarve voi laskea esimerkiksi jopa 20% (320 -> 256 kWh/m2). Ilmastopäästöt vähenevät vastaavasti, kokonaispäästövähenemän riippuessa  käytetyn lämmitysenergian päästökertoimesta.

Valaistus on valoviljelyssä merkittävä energian kuluttaja. Pienentämällä valaistukseen käytettyä energiaa voidaan myös viljelyn ilmastopäästöjä vähentää. Valokaluston huoltamisella (vanhojen lamppujen ja heijastimien vaihtaminen) voidaan saavuttaa arviolta 10-15 % säästö energiankulutuksessa tai parempi tulos valotuksella. Vaihtamalla vanha 240 V kalusto 400 V valokalustoon saadaan voidaan säästää 15 % energiassa. Ledeillä arvellaan olevan energiansäästöpotentiaalin lisäksi mahdollista valon spektrillä esimerkiksi puolittaa ruukkubasilikan kasvuaika (Jalkanen 2018), jolloin tuotannon tehostumisen myötä tuotekohtaiset päästöt vähenevät.

Erilaisilla viljelytavoilla voidaan myös säästää energiaa ja pienentää kasvihuonetuotannon ilmastovaikutuksia. Kasvihuoneviljelyssä vuorokaudenaikaiset lämpötilavaihtelut voidaan säätää siten, että lämmitysenergian kulutusta minimoidaan ja valotusta voidaan optimoida sähkön säästämiseksi. Säätöautomatiikan optimoinnilla on esitetty olevan mahdollista saavuttaa 10 % energiansäästö (Tuominen 2014). Tämä säästöpotentiaali on tietysti täysin viljelmä- tai kasvihuonekohtainen.

Tulevaisuuden visioita kasvihuonetuotannon kehityksestä
Viime vuosina yhdeksi kasvihuonetuotannon kehityssuunnaksi on ennakoitu kerrosviljelyä. Mm. Jalkanen ja Soini (2018) kertovat Puutarha & Kauppa -lehden artikkelissaan kaupallisessa tuotannossa olevasta kerrosviljelmästä Robben pikku puutarhalla Lapinjärvellä ja Novarbon ja Netledin kehittämistä nelikerroksisista pilottilaitoksista. Novarbon laitos myös jäähdyttää kasvatustilaa ja kerää liikalämmön talteen taas lämmityksessä käytettäväksi.

Tämänhetkiset kerrosviljelmät sopivat matalien kasvien tuottamiseen. Niiltä saadaan samalta kasvihuonepinta-alalta moninkertainen sato yksikerrosviljelyyn verrattuna. Esimerkiksi salaatilla on saatu yli kolminkertaisia neliösatoja nykyiseen ’yksikerrosviljelyyn’ verrattuna (Jalkanen 2018). Valo näissä ratkaisuissa tuotetaan aina ainakin alempiin kerroksiin ledeillä. Kerrosviljelmät sopivat siten parhaiten ympärivuotiseen tuotantoon tai paikkoihin, jossa pinta-alaa on rajallisesti käytössä.

Kerrosviljelmillä on potentiaalia ympärivuotisen tuotannon ilmastopäästöjen vähentämisessä, koska usein talviviljelyssä energiankulutus riippuu paljon viljelypinta-alasta. Toisaalta voisi kuvitella, että kesäaikana kerrosviljelmällä saavutettava energiansäästö ei ole niin suuri, koska alemmat viljelykerrokset ovat enemmän keinovalon varassa ja saavat vähemmän luonnonvaloa.

Käytetyt lähteet

Energiavirasto 2018. Sähköntuotannon päästökerroin. Linkki: https://www.energiavirasto.fi/sahkontuotannon-paastokerroin, viitattu 31.12.2018

Hartikainen, H; Katajajuuri, J.-M.; Pulkkinen, H.; Saarinen, M.; Silvenius, F.; Usva, K. ja Yrjänäinen, H. 2012. Suositus elintarvikkeiden ilmastovaikutusten arvioimiseksi elinkaariarvioinnilla. Linkki: https://portal.mtt.fi/portal/page/portal/mtt/hankkeet/foodprint/laskentasuositus/Suositus_071112_Final.pdf, viitattu 22.11.2018

Jalkanen, J. 2018. Nyt alkaa jo olla ledien aika. Puutarha & Kauppa 13/2018 s. 6-8

Jalkanen J. ja Soini, M. 2018. Kohinaa kerrosviljelmillä eri puolilla maata. Puutarha & Kauppa 13/2018 s. 9

Jokinen, K. 2017. Nykyaikainen kasvihuonetuotanto yhdistää tekniikan ja biologian. Linkki:  http://voimakas.fi/2017/11/09/nykyaikainen-kasvihuonetuotanto-yhdistaa-tekniikan-ja-biologian/, viitattu 30.12.2018

LUKE puutarhatilastot 2017. Linkki: https://stat.luke.fi/puutarhatilastot, viitattu 15. ja 22.11.2018

Motiva 2005. Kasvihuoneviljelijän energia- ja ilmasto-opas – CO2-päästöt hallintaan ja kannattavuutta liiketoimintaan. Linkki: http://www.motiva.fi/files/8003/Kasvihuoneviljelijan_energia-_ja_ilmasto-opas_CO2-paastot_hallintaan_ja_kannattavuutta_liiketoimintaan.pdf, viitattu 15.11. ja 31.12.2018

Novarbo oy. 2018. Verkkosivut: https://www.novarbo.fi/fi/kasvihuoneteknologia/heat-reuse.html, viitattu 8.1.2019

Tilastokeskus 2018. Polttoaineluokitus 2018. Linkki: http://www.stat.fi/static/media/uploads/tup/khkinv/khkaasut_polttoaineluokitus_2018.xlsx

Tuominen, Jukka. 2014. Energiansäästöinvestoinnit. Esitys kasvihuoneviljelijöiden energiapäivillä Turussa 12.11.2014

Yrjänäinen, H., Silvenius, F., Kaukoranta, T., Näkkilä, J., Särkkä, L. ja Tuhkanen, E.-M. 2013. Kasvihuonetuotteiden ilmastovaikutuslaskenta, Loppuraportti. MTT Raportti 83. Osoitteesta: http://www.mtt.fi/mttraportti/pdf/mttraportti83.pdf, viitattu 22.11.2018

 
DMS