Hiilimarkkinat

Korvausta hiilen varastoimisesta peltomaahan

Hiiliviljely voi tarjota rahallisia kannustimia viljelijöille kahdella tavalla: 1) satojen noustessa ja satovarmuuden parantuessa sekä 2) rahallisena korvauksena tuotetuista hiilihyödyistä. Taloustieteilijät ovat jo pitkään kehittäneet hiilimarkkinoita ja niiden maksujärjestelmiä. Sopimukset viljelijän kanssa voidaan tehdä joko hehtaariperusteisesti tai tulosperusteisesti, todellisen sidotun hiilimäärän mukaan.

Australiassa, Kaliforniassa ja Itävallassa on jo käytössä viljelijöille suunnattuja hiilensidonnan korvausjärjestelmiä, ja vastaavia ollaan kehittämässä useissa maissa. Korvausjärjestelmiä kehitetään tällä hetkellä aktiivisesti myös Suomessa, muun muassa keskeisenä osana Carbon Action -tutkimusta.

Siinä vaiheessa, kun hiilen varastointiin soveltuvat toimenpiteet voidaan nimetä, voidaan edetä myös taloudellisella puolella. Tällä hetkellä tiedetään jo paljon hiiltä varastoivista toimenpiteistä, mutta tutkimustyö jatkuu entistä tarkemman tiedon kartuttamiseksi.

Toimivan korvausjärjestelmän luominen vaatii paljon tietoa. Tutkimuksiin perustuvat, jatkuvasti kehittyvät mallinnukset toimivat korvausjärjestelmien kehittämistyön pohjatietona. Viljelijöiden kokemusperäinen tieto ja pelloilla tehtävät kokeilut ovat välttämätön osa järjestelmän kehittämistä.

Miten saada tuloa hiiliviljelystä?

Hiiliviljelyn korvausjärjestelmien suunnittelussa on runsaasti pohdittavia kysymyksiä. Ensimmäinen niistä on, että kuka toimii maksajana viljelijälle? Potentiaalisesti on olemassa kaksi tahoa, jotka voivat toimia maksajina:

1. Yhteiskunta. Sekä maailmanlaajuisesti että EU- ja kansallisella tasolla on välttämätöntä saavuttaa ilmastotavoitteet, ja hiiliviljelystä maksaminen on siksi kiinnostava vaihtoehto yhteiskunnalle. Keinona voi olla esimerkiksi EU:n yhteinen CAP-politiikka.
   

2. Yritykset. Yritykset haluavat joko osoittaa yhteiskuntavastuuta tai kilpailla toimintansa ympäristövaikutuksilla. Jälkimmäisessä tapauksessa yritykset vähentävät omia päästöjään niin paljon kuin pystyvät järkevillä kustannuksilla. Sen jälkeen niiden on ostettava päästövähennyksiä muilta toimijoilta. Lentoliikenne tulee olemaan lähivuosina suuri päästöjen ostaja, koska lentoliikenne on sitoutunut päästöjen pienentämiseen. Jos yritykset olisivat maksajina, tarkoittaisi se vapaaehtoista hiilipörssiä tai hiilimarkkinoita, joissa korvaus maksettaisiin kysynnän ja tarjonnan perusteella. Myyntikelpoinen päästövähennys tuotetaan vähentämällä päästöjä perustason alapuolelle. Perustaso on vallitsevan CAP-politiikan määrittämä vähennystilanne.

Hiilen varastoitumisen korvausjärjestelmiin liittyvät avainkäsitteet

Hiiliviljelyllä voidaan tuottaa joko päästövähennysyksiköitä tai hiilinieluyksiköitä. Kummassakin hiiltä sidotaan maahan viljelytoimenpiteillä. Näitä yksiköitä käsitellään markkinoilla eri tavoin.

Perusura= maatalouden hiilipäästöjen kehitys ilman kohdennettuja tai uusia päästövähennystoimenpiteitä

Päästövähennysyksikkö = yksikkö, joka edustaa 1 t CO₂ suuruista perusuran ylittävää, eli lisäistä päästövähennystä. Päästövähennys pitää olla vahvistettu tavalla tai toisella. Teollisuuden päästövähennykset voi vahvistaa esimerkiksi jokin verifioiva eli todentava yritys. Maataloudessa todentaminen voi tulla tutkimuksesta, jossa on osoitettu, millä toimilla hiiltä saadaan varastoitua maaperään.

Kuva 11. Myyntikelpoinen päästövähennys tuotetaan vähentämällä päästöjä perustason alapuolelle. Perustaso on vallitsevan CAP-politiikan määrittämä vähennystilanne. Kuva lähteestä 2.

Hiilinieluyksikkö = yksikkö, joka edustaa 1 t CO₂ suuruista pysyvää ja perusuran ylittävää, eli lisäistä hiilensidontaa.

Kuva 12. Nieluhyvitysyksikkö tuotetaan kasvattamalla nielua perustason yläpuolelle. Nieluhyvityksen haasteita: aikaviive, lisäisyys ja pysyvyys, epävarmuus läsnä. Yhden nieluyksikön tuottaminen edellyttää enemmän kuin yhden tonnin hiilen sidonnan. Kuva lähteestä 2.

Hiilidioksidiekvivalentti = Eri kasvihuonekaasuilla on erilainen lämmitysvaikutus (GWP, Global Warming Potential). Hiilidioksidiekvivalenttia (CO₂-ekv.) käytetään laskemaan eri kasvihuonekaasupäästöjen yhteenlaskettua vaikutusta ilmaston lämpenemiselle. Päästöjä laskettaessa hiilidioksidiekvivalentit ilmaistaan massana niin, että muiden kasvihuonekaasujen vaikutus on muunnettu vastaamaan hiilidioksidin lämmitysvaikutusta sadan vuoden tarkastelujaksolla. Hiilidioksidin GWP on siis 1, kun taas esimerkiksi metaanipäästöt kerrotaan kertoimella 28–34 ja dityppioksidipäästöt kertoimella 265–298.(3)

Hiili, hiilidioksidi vai eloperäinen aines?

Hiiliviljelyyn, hiilensidontaan ja hiilimarkkinoihin liittyy paljon vaikeaa terminologiaa, joka on hallittava, jotta asian voisi kokonaisvaltaisesti ymmärtää. Perehdy yksiköihin ja käsitteisiin tarkemmin hiilitermistössä.​

Mitä markkinat vaativat: kuinka kauan hiilen on pysyttävä maassa?

Kun hiiliviljelystä aletaan maksaa korvauksia, on keskeistä määritellä se, kuinka kauan hiilen tulee korvauksen saamiseksi pysyä maaperässä. Alustavien tietojen mukaan hiiltä voidaan varastoida maahan hyvinkin pitkiksi ajoiksi, kunhan sen säilymisestä maassa pidetään huolta.

Kaikki hiilimarkkinat perustuvat suhteellisen pitkäaikaisiin sopimuksiin. Muutaman vuoden sopimukset eivät ole riittäviä. Kalifornian päästökaupassa vaatimuksena on, että hiilen pitää pysyä maassa sata vuotta. Järjestelmät voidaan kehittää myös niin, että otetaan huomioon se aika, minkä hiili säilyy ja katsotaan, miten se otetaan laskennassa huomioon. Lyhytaikaisissa sopimuksissa korvaus on alhaisempi kuin pitkäaikaisissa.

USA:ssa on osoittautunut tärkeäksi niin sanottu hiilivuotoilmiö: hiiltä ei saa karata muualta, jos tietylle pellolle on tehty toimenpiteitä. Jos esimerkiksi viljelijän satotaso pienenee hiiliviljelytoimenpiteiden takia, ei ole soveliasta raivata muualle lisää peltoja aikaisemman satotason saavuttamiseksi, koska pellon raivaus synnyttää aina hiilidioksidipäästöjä. Jos viljelijä siis raivaa uutta peltoa samaan aikaan kun saa korvausta hiilensidonnasta, integriteetti ei täyty eikä korvaus ole oikeutettu. Toisessa esimerkissä aiemmin viljan viljelyssä olleet pellot muutetaan nurmiksi, tavoitteena hiilimarkkinoille osallistuminen. Silloin viljan hinta nousee, jota varten raivataan uusia peltoja viljan tuottamiseksi. Kun järjestetään hiilinieluhyvityksiä, esitetyn kaltaisia hiilivuotoja ei voi tapahtua. Korvausjärjestelmien rakentaminen vaatiikin paljon tarkkuutta.

Korvaus pinta-alan vai tulosten mukaan?

1) Tonnikohtainen sopimus

Korvaus €/t C lisätystä maaperähiilestä ja sen ylläpidosta sopimuksen ajan

Tietovaatimukset:

• hiilivarasto/hiilensidonnan vertailutaso

• hiilensidonta ja sen aikaura

• vertailutason ja hiilensidonnan määrittelytapa

Tässä tulosperusteisessa sopimusmallissa mitataan ensiksi hiilen määrä maassa. Tämän jälkeen muutetaan viljelytapaa hiiltä sitovammaksi. Hiilivaraston annetaan kasvaa tietty aika, jonka jälkeen mitataan hiilivaraston koko uudelleen. Mikäli tehdään merkittäviä muutoksia viljelymenetelmissä, ja pellon hiilipitoisuus on lähtötilanteessa alhainen, voidaan hiilivarastoa kasvattaa huomattavasti. Tonnikohtaisessa sopimuksessa korvauksen määrä perustuu todelliseen muutokseen. Alkuvaiheessa hiilen lisäys voi olla voimakasta, mutta jossain vaiheessa lisäys taittuu. Hiilen määrä maaperässä saavuttaa 20–50 vuodessa pitkä aikavälin tasapainon. Sopimusta rakennettaessa on hyvä katsoa keskimääräistä vuotuista lisäystä sopimusaikana, sillä yksittäisten vuosien väliset vaihtelut voivat olla suuria.

2) Hehtaarikohtainen sopimus

Viljelijälle maksetaan vakiokorvaus jokaisesta hehtaarista, jolla omaksutaan hiiltä sitova viljelytapa, riippumatta todellisuudessa sidotusta hiilen määrästä. Tässä vaihtoehdossa korvaus perustuu rakennettuihin malleihin, joiden perusteella on arvioitu eri toimenpiteiden hiilensidonnan potentiaali.

Tietovaatimukset:

• aiempi viljelytapa

• vaadittu viljelytapa

• sopimuksen pituus

• korvauksen suuruus

• yleinen tieto sidotusta määrästä (esim. tutkimuksesta)

Hehtaarikohtainen sopimus on viljelijöille tuttu muun muassa ympäristökorvausohjelmasta: tukea ei makseta tulosten perusteella vaan pinta-alaperusteisesti. Tämä sopimusmalli perustuu siihen, että tiedetään tiettyjen toimenpiteiden varastoivan tehokkaasti hiiltä maaperään. Tieto perustuu tutkimuksissa rakennettuihin malleihin. Viljelytoimenpiteisiin sekä hiilen prosesseihin liittyvää tutkimusta tehdään aktiivisesti sekä laboratorioissa että peltotutkimuksissa. Tutkimusten yhtenä tavoitteena on löytää tehokkaat hiiliviljelyn toimenpiteet. Eri tutkimusten tiedot yhdistetään malleissa suureksi kokonaisuudeksi, jolla voidaan päästä lähelle todellista tilannetta. Tällaista mallinnustutkimusta tehdään parhaillaan Suomessa esimerkiksi Carbon Action -tutkimuksessa. Tieto tarkentuu hetki hetkeltä, mutta jo nykyisellä tutkimustiedolla voidaan rakentaa perustat toimintamalleille. Kaikki uusi tieto kasvattaa olemassa olevaa tietoa, joten mallit kehittyvät sitä mukaa kun niihin syötetään lisää tietoa.

Case study

Hiilensidonnan todentamisen tutkimusta Carbon Action -alustalla

Kuva 13. Pyörrekovarianssi-laitteistolla mitataan hiilidioksidin määrää ja liikettä pellon pinnan tuntumassa. Kuva: Marjo Aspegren.

Katso miten väitöskirjatutkija, viljelijä Laura Heimsch kertoo pyörrekovarianssi-laitteiston toiminnasta ja hiilidioksidin vaihdon mittauksista Qvidjan kartanolla Paraisilla.

Video: Hiilidioksidivuon pyörrekovarianssimittaukset nurmelta (03:25)​

Hiilen tai hiilidioksidin sitoutuminen maaperään, sen lisäisyyden, pysyvyyden ja vuotojen määrittäminen pitää tehdä tieteellisesti hyväksytyin keinoin.

Maatalousmaan hiilensidontaa voidaan tutkia esimerkiksi maanäytteitä analysoimalla, reaaliaikaisilla lämpötila- ja kosteusmittauksilla, kaasunvaihtomittauksilla ja kaukokartoituksella. Carbon Action -tutkimuksen seurauksena syntyvät ratkaisut eivät kuitenkaan perustu pelkästään konkreettiseen mittaamiseen ja tulosten analysointiin. Tavoitteena on luoda kokonaisvaltainen todentamismenetelmä, jolla voidaan mallintaa ja ennustaa hiilensidontaa myös sellaisilla alueilla, joilta konkreettista mittausaineistoa on saatavilla vain vähän.

Tavoitteena on luoda ja testata yleisesti päteviä käytäntöjä ensin Suomen mittakaavassa ja sen jälkeen skaalata käytännöt muualla toimiviksi. Laskelmien ja mallinnuksen tulee perustua kansainvälisesti hyväksyttyyn ja varmistettuun tutkimustietoon. Carbon Action -alustalla edelleen kehitettävät mittaus- ja mallinnusmenetelmät ovat laajasti käytössä ilmastotyötä johtavissa yliopistoissa ja tutkimuslaitoksissa.

Erityisesti maaperän hiilensidontaa todentamaan on Ilmatieteen laitoksella kehitetty laskenta- ja mallinnusmenetelmää yhteistyössä johtavien kansainvälisten huippuasiantuntijoiden kanssa. Työn tavoitteena on luoda täysin uudenlainen alusta, jolla voidaan yhdistää useita käytössä olevia mallinnusmenetelmiä reaaliaikaisesti päivittyvään laskuriin. Näin tuotettavat tulokset voidaan arvioida usean mallin avulla, eikä syöttöaineistoa tarvitse erikseen räätälöidä kaikille malleille sopivaksi. Ensimmäinen vertaisarvioitu avoin tieteellinen julkaisu tietoinfrastruktuurista on jo saatavilla. Lue julkaisu tästä.​

Hiilensidonnan todentamisessa on hyödynnetty Ilmatieteen laitoksella kehitettävää Yasso-mallia ja muita peltojen hiilensidonnan laskemiseen soveltuvia laskentamalleja (mm. BASGRA ja STICS-malleja). Yasso on dynaaminen malli maaperän hiilimäärän, hiilimäärän muutosten ja heterotrofisen maahengityksen laskemiseen. Sitä on sovellettu muun muassa maankäytön ja ilmastonmuutoksen vaikutusten arviointiin sekä kasvihuonekaasujen inventaarioihin (UNFCCC).

Uudistavaa viljelyä tutkittaessa Yassoon on lisätty hiiliviljelyn vaikutusten laskemisen erityispiirteitä. Yassoon on onnistuttu menestyksekkäästi lisäämään typenkierto ja satelliittiaineistoa hyödyntävä pintakasvillisuuden määritysparametri. Yassoa voi myös käyttää maaperän keräsieniaineiston analysoimiseen, sillä hankkeessa tapahtuneen kehitystyön ansiosta malli ymmärtää nyt myös maaperän lämpö- ja kosteusmittauksia. Kehitystyö jatkuu edelleen ja Yassolla voidaan jo melko tarkasti analysoida muun muassa maahengityksen ja typen vaikutuksia ja linkkejä hiilensidontaan paikallisesti, sekä ennustaa tuloksia yli eripituisten ajanjaksojen.

Todentamismenetelmän ja siitä saatavien tulosten viestinnän tehostamiseen on kehitetty Pelto-observatorio, joka on verkossa vapaasti käytettävissä oleva alusta, jossa visualisoidaan kerättyä mittausaineistoa tutkimuspelloilta. Kaasunvaihtomittausten lisäksi alustalle kootaan reaaliaikaista aineistoa hyödyntäen satelliittiaineistoa, peltosensoreita, sääennustuksia ja maaperäanalyysien tietoja.

Viljelijät voivat näillä tiloilla itse seurata hiiliviljelytoimenpiteiden vaikuttavuutta lohkotasolla. Lisäksi tulokset julkaistaan vuosittain Zenodo-palvelimella (hakusana ’Carbon Action’). Tulosten avulla nähdään, miten eri lohkot käyttäytyvät kuivuuden ja rankkasateiden aikana, miten kasvit kasvavat eri lohkoilla ja miten viljelijä voi kehittää kasvien ja maaperän kykyä sopeutua muuttuvaan ilmastoon.

Tutkimuksen tuloksia pääsee tarkastelemaan reaaliaikaisesti Pelto-observatorion kautta, ja tulevaisuudessa oman pellon hiilensidontaa ja hiiliviljelytoimenpiteiden vaikutuksia voi konkreettisesti havaita. Todentamismenetelmän kautta on myös pian mahdollista määrittää todellinen peltoon sitoutunut hiilen määrä ja hyödyntää tätä tietoa esimerkiksi hiilikrediittien laskentaan.

Kuva 14. Ilmatieteen laitoksen väitöskirjatutkija, viljelijä Laura Heimsch peittää kammiomittauslaitetta Qvidjassa. Kuva Marjo Aspegren.

Katso videolta, kun Laura Heimsch kertoo kammiomittauksen toiminnasta käytännössä.

Video: Hiilidioksidivuon kammiomittaus nurmelta (04:38)​

​Hiiliviljelyn kannattavuus markkinoilla​

Hiilihyötyjen tuottamisen kannattavuus riippuu monista tekijöistä, kuten sopimuksen pituudesta, korvauksen suuruudesta sekä sidottavan hiilen määrästä tai saavutettavista päästövähennysten määrästä.

Mitä suurempi hiilihyöty on saatavissa yli ajan, sen suurempi tuotto hiiliviljelystä voidaan saada. Kattavat viljelykokeilut auttavat löytämään lisää tehokkaita tapoja. Maankäytön muutos, kuten esimerkiksi huonosti tuottavien turvepeltojen poistaminen tuotannosta, on usein suuri hiilihyötyjen tuottaja.

Mitä suurempi hinta hiiliyksiköstä saadaan, sen suurempi on hiiliviljelyn kannattavuus. Hiiliyksikön markkinahinta riippuu monista seikoista ja sen ennustaminen on hankalaa. Hiilihyödyn määrä ja yksikköhinta eivät yksinään ratkaise hiiliviljelyn kannattavuutta, vaan sen ratkaisee lopulta sopimuksen pituus.

Kun sopimus hiilihyötyjen tuottamisesta päättyy, viljelytapaa voidaan muuttaa ja hiili voi vapautua takaisin ilmakehään. Lyhyen sopimuksen tuoma ilmastohyöty on pienempi kuin pitkän sopimuksen, joka on huomioitava markkinan laskentasäännöissä ja korvausta maksettaessa.

Vapaaehtoisten hiilimarkkinoiden luonteesta

Kysyntä hiilihyödyille syntyy päästöjen hyvityksestä eli kompensaatiosta, kun jokin toimija korvaa aiheuttamansa päästön hankkimalla vastaavan päästövähennyksen toiselta toimijalta. Kompensaatiossa hankittu päästövähennysyksikkö neutraloi aiheutetun päästöyksikön. Kompensaatio on mahdollinen, jos saatavilla on siihen soveltuvia päästövähennysyksiköitä.

Hiilimarkkinoiden hinta määräytyy kysynnän ja tarjonnan pohjalta: paljonko tarjontaa on, ja kuinka paljon hyvityksiin on tarvetta. Toiminnan epävarmuutta lisää syntyvä suuri kilpailu.

Tärkeitä kestävien järjestelmien syntymiseksi ovat myös hiilimarkkinan status ja luottamus lisäisyyteen. Statuksella kuvataan sitä, onko hiilimarkkina aidosti lisäinen suhteessa valtion velvoitteisiin. Ostajien täytyy voida lisäksi luottaa siihen, että hiilihyöty (päästövähennys tai hiilensidonta) on aidosti lisäistä eikä systeemissä ole hiilivuotoa (tilan sisällä eikä maan tasolla).

Maatalousmailla on potentiaalia toimia hiilinieluina ja hiilinieluyksiköiden tuottaminen markkinoille voi tulevaisuudessa olla osa maatalouselinkeinon tulovirtaa. Mittausjärjestelmien kehittäminen on kuitenkin vaikeaa, ja vaatii pitkäjänteistä sitoutumista tutkimukselta, tuottajilta ja potentiaalisilta ostajilta.

Tällä hetkellä viljelijöiden kannattaa seurata tutkimuksen ja julkisen keskustelun kehittymistä. Keskusteluun kannattaa osallistua aktiivisesti, jotta viljelijän näkökulma järjestelmiä kehitettäessä osattaisiin huomioida oikein. Vaihtoehtoisia toimintamalleja on useita ja niiden kehittämiseen kannattaa panostaa.

Vaikka hiilimarkkinat kehittyvät hitaasti ja kehitystyö on vaikeaa, voi maan kasvukuntoon ja hiilensidontaan panostava viljelijä nauttia työnsä hyödyistä heti. Vaikka pelloilta ei vielä voi myydä hiilihyötyjä, voidaan nauttia välittömästi hiiliviljelyn muista eduista; parantuneesta maan kasvukunnosta, kohenevista satotasoista ja positiivisista ympäristövaikutuksista.

Tervetuloa jatkamaan keskustelua uudistavasta viljelystä Carbon Action Klubissa!

Katso luvussa 10 käytetyt lähteet.​

Lukua 10 ovat olleet kirjoittamassa:
Ari Nopanen, ProAgria Etelä-Suomi
Eliisa Malin ja Eija Hagelberg, BSAG
Layla Höckerstedt, Ilmatieteen laitos

Luvun 10 asiantuntijatarkastus:
Kyösti Arovuori, REINU econ