Suomessa teollisuudessa on valtava hyödyntämiskelpoisen hukkalämmön potentiaali. Motiva on laatinut useita selvityksiä hukkalämmön eli ylijäämälämmön potentiaalista Suomessa. Niistä laajin on vuonna 2021 julkaistu raportti ”Suomen teollisuuden sähköistyminen ja sen vaikutus energiatehokkuuteen ja hukkalämpöjen hyödyntämiseen” (Motiva, 2021). Alla poiminto em. raportin sisältämästä kaaviosta, joka hyvin kuvaa teollisuuden alojen energiankäyttöä ja niiden teknisesti hyödynnettävissä olevan ylijäämälämmön potentiaalia.

Eniten ylijäämälämpöä tuottavat siten metsäteollisuus, kemianteollisuus ja metalliteollisuus. Tarkastelen yksityiskohtaisemmin em. Motivan raportin pohjalta lyhyelti metalliteollisuutta ja kemianteollisuutta sekä syvällisemmin metsäteollisuutta, jonka hukkalämpöjen hyödyntämisen aihepiiriin oma YAMK-opinnäytetyönikin kuuluu.

Metalliteollisuus

Metalliteollisuus on Suomen teollisuuden kolmanneksi suurin energiankäyttäjä, jolla on valtava hukkalämpöpotentiaali. Energiankäyttö metalliteollisuudessa on noin puolet sähköä ja noin puolet polttoon perustuvaa energiantuotantoa. Metalliteollisuus käyttää runsaasti fossiilista energiaa hiilen ja kaasun muodossa. Osassa terästeollisuuden prosesseja (mm. sulatus, uunit) käytetään merkittävä määrä sähköä. Lämpötilat ovat metalliteollisuuden prosesseissa usein hyvin korkeita, ylimmillään jopa 500–1000 °C. Metalliteollisuudesta on siten saatavissa hyvin korkean lämpötilan ylijäämälämpöjä. Haasteita ylijäämälämmön hyödyntämiselle ovat hukkalämpöjen usein kaasumainen olomuoto ja niiden pieni tilavuusvirta. Ylijäämälämmölle löytyy kuitenkin metalliteollisuudessa jonkin verran sisäisiä käyttötarpeita esimerkiksi maalausprosessit, peittaus ja esilämmitykset. Ulkopuolisia käyttökohteita ylijäämälämmölle ei Motivan selvityksen mukaan löydy helposti. Korkeiden lämpötilojen vuoksi metalliteollisuuden mahdollisuudet käyttää lämpöpumppuja ylijäämälämmön talteenotossa ovat vähäiset. Toisaalta korkeat ylijäämälämpöjen lämpötilat mahdollistavat suorat lämmönvaihdinkytkennät.

Kemianteollisuus

Motivan selvityksen mukaan kemianteollisuudessa suurin osuus energiakäytöstä on polttoaineita, joista merkittävä osuus on fossiilisia polttoaineita. Kemianteollisuudessa prosessien toiminta ja turvallisuus ovat aina etusijalla. Jonkin verran hukkalämpöjen talteenottoa on tehty myös lämpöpumppuratkaisuin, mutta turvallisuus-, materiaali- ja ATEX-vaatimukset tekevät investointien suunnittelusta ja toteutuksesta vaativia ja nostavat kustannuksia. Takaisinmaksuajat saattavat muodostua liian pitkiksi kannattavuutta ajatellen.

Metsäteollisuus

Metsäteollisuus on Suomen teollisuuden suurin energiankäyttäjä. Metsäteollisuuden sisällä eri alat ovat energiankäytön suhteen hyvin erilaisia. Koska aiheena on hukkalämpöjen talteenotto, on lukijan hyvä ymmärtää paperi- ja selluteollisuuden energiankäytön suurimmat eroavaisuudet, joten alla lyhyt yhteenveto aiheesta.

Paperiteollisuus on hyvin energiaintensiivinen teollisuuden ala. Varsinkin raaka-aineenaan mekaanista massaa käyttävä paperitehdas on iso sähkön ja lämmön kuluttaja. Toisaalta mekaanisessa massanvalmistuksessa käytetystä sähköstä osa muuntuu prosessissa lämmöksi, jota voidaan kuumahierreprosessissa hyödyntää lämmön talteenotossa puhtaan prosessihöyryn tekemiseen paperikoneelle tai hiomoprosessissa prosessivesien lämmitykseen. Paperin kuivaaminen vaatii paljon energiaa ja yleensä kuivatuksen prosessihöyryn muodossa tarvitsema lämpöenergia tuotetaan paperitehtaan yhteydessä voimalaitoksella biopolttoaineita, kuten sivutuotteena syntyvää kuorta tai metsänkorjuun yhteydessä syntyviä puupolttoainejakeita polttamalla.

Sellutehdas puolestaan on aina energian ja sähkön suhteen omavarainen, koska sen energiantuotanto perustuu keittolipeään liuenneiden puun sidosaineiden polttoon osana tehtaan keittolipeän talteenottoprosessia. Karkea nyrkkisääntö sellun valmistuksessa on se, että prosessin saanto on alle puolet käytetyn puuraaka-aineen kuivapainosta. Yli puolet raaka-aineena käytetystä puusta liukenee siten keittoprosessissa keittolipeään muodostaen nk. mustaa lipeää, joka ensin haihdutetaan korkeaan kuiva-aineeseen ja sen jälkeen poltetaan energiaksi soodakattilassa. Kattilan pohjalta suolasula otetaan talteen veteen liuottamalla nk. viherlipeäksi, joka ohjataan kaustisointiprosessiin, jossa keittolipeä muunnetaan kalkin avulla uudelleen keittolipeäksi (valkolipeä). Sellutehdas on mustanlipeän polton vuoksi lämmön osalta omavarainen ja ajoittain jopa ylijäämäinen. Sellutehdas yleensä myös tuottaa sähköä turbiinilaitoksessaan yli oman käyttötarpeensa.

Paperi- ja sellutehtaiden prosesseissa syntyy runsaasti kuumia jätevesiä, joista voidaan ottaa lämpöä talteen lämmönvaihtimilla esimerkiksi prosessivesiin, kemiallisen veden valmistukseen menevään raakaveteen, kemiallisesti puhdistettuun veteen, polttoaineiden kuivaamiseen ja jopa kiinteistöjen lämmitykseen. Paperitehtaiden jätevedet ovat kuitupitoisia ja siksi lämmön talteenotto jätevesijakeista paperitehtaan sisällä ei välttämättä onnistu suoralla lämpöpumppukytkennällä vaan väliin tarvitaan lämmönvaihdin, jolla hukkalämpöä siirretään puhtaaseen väliaineeseen. Toinen mahdollinen paikka paperitehtaiden jätevesien lämmön talteenotolle on laitoksen jätevedenpuhdistamolta ulosajettava vesi. Kuitupitoinen kiintoaine poistetaan jätevedenkäsittelyn esiselkeytysvaiheessa ja biologisen prosessin kiintoaine eli liete poistetaan jälkiselkeytyksessä, joten jätevesilaitokselta ulosajettavan veden sisältämän hukkalämmön voi ottaa talteen lämpöpumpputekniikalla ilman ylimääräistä lämmönvaihdinta. Metsäteollisuuden jätevedenpuhdistamoiden hukkalämpöjen hyödyntämistä saattaa vaikeuttaa esimerkiksi pitkä etäisyys potentiaalisiin kulutuskohteisiin. Nykyisillä lämpöpumpputekniikoilla on mahdollista tuottaa lämpöä yli 100 °C-asteen lämpötiloissa, eli tuottaa jätevesien ylijäämälämmöistä jopa prosessihöyryä. Lämpöä on mahdollista siirtää höyryn muodossa pidempiä matkoja kannattavasti kuin pumppaamalla veteen sidottua lämpöä.

Omassa opinnäytetyössäni (Siirtola, 2025) tein yhteenvedon viime vuosina metsäteollisuudessa tehdyistä hukkalämpöjen talteenottoa käsittelevistä opinnäytetöistä. Niissä on tutkittu monipuolisesti potentiaalisia hukkalämmönlähteitä kuten jätevesiä, paperikoneen huuvan poistoilmaa ja jäähdytysvesiä. Käyttökohteita lämmölle ovat esimerkiksi paperin ja sahatavaran kuivatusprosessit, prosessi- ja sulatusvesien lämmitys, tehdaskiinteistöjen lämmitys tai jopa kaukolämmön tuotanto.
Metsäteollisuudessa usein haasteeksi hukkalämpöjen hyödyntämiseksi lämpöpumpputekniikalla muodostuu taloudellinen kannattavuus. Esimerkiksi kiinteistöjen lämmitykseen suunniteltujen lämpöpumppuratkaisujen kannattavuutta heikentävät lyhyt vuotuinen käyttöaika ja säännölliset tuotantoseisokit. Lämpöpumppuinvestointien kannattavuutta heikentää myös vaihtoehtoisen energian alhainen hinta, eli metsäteollisuudessa lämmöntuotantoon käytettävien biopolttoaineiden alhainen hinta. Lyhyitä takaisinmaksuaikoja lämpöpumppuinvestoinneille on saavutettavissa, mikäli investoinnilla korvataan fossiilista energiaa, esim. maakaasua.

Teollisten hukkalämpöjen talteenoton tulevaisuuteen vaikuttavat tekijät

Metsäteollisuuden hukkalämpöjen talteenoton kannattavuuden osalta on huomionarvoista se, että viime vuosina biopolttoaineiden hinnat ovat merkittävästi nousseet. Tilastokeskuksen julkaiseman taulukon ”Voimalaitospolttoaineiden hinta sähköntuotannossa” (Tilastokeskus taulukko 13p7) mukaan metsähakkeen keskihinta on noussut vuoden 2020 jälkeen voimakkaasti tasolta noin 20–21 €/MWh tasolle 38–39 €/MWh. Vaikka omassa opinnäytetyössäni lähteinä käyttämäni opinnäytetyöt eivät ole kovin vanhoja, on toimintaympäristön tilanne selkeästi muuttunut niiden julkaisun jälkeen. Parhaimpia takaisinmaksuaikoja saavuttaneita investointeja saattaisi kannattaa laskea uudelleen tässä muuttuneessa tilanteessa.

Toinen tulevaisuuden näkymien kannalta huomion arvoinen asia on viime vuosien sähkömarkkinan hintavolatiliteetin raju muutos niin spot- kuin intraday-markkinalla. Mikäli hukkalämpöjen hyödyntäminen vapauttaa esim. metsäteollisuudessa yhteistuotannossa voimalaitoskapasiteettia säätösähkömarkkinalle, tulisi sähkömarkkinoilta saavutettavissa oleva tuottopotentiaali huomioida investointien kannattavuuslaskelmissa. Tulevaisuuden tuottopotentiaalin arviointi ei tosin ole helppoa, koska sähkön hintakehitys tulevaisuudessa riippuu mm. uusiutuvan sähkön tuotantokapasiteetin kasvusta, sähköistymisen etenemisestä, uusien sähkön kulutusta lisäävien teollisuuslaitosten rakentamisesta sekä kysyntäjouston määrän kasvusta teollisuudessa ja kotitalouksissa.

Hukkalämpöinvestoinnin yleiset reunaehdot ja rahoitus

Edellisissä kappaleissa käsiteltiin metalliteollisuuden, kemianteollisuuden ja metsäteollisuuden hukkalämpöjen potentiaalia, hukkalämpöjakeiden laatua ja määrää, talteenoton erityispiirteitä aloittain sekä reunaehtoja taloudelliselle kannattavuudelle. Lopuksi on hyvä pohtia eri teollisuusalojen hukkalämpöjen talteenottoon ja hyötykäyttöön liittyviä yhtäläisyyksistä, yleistyksiä ja muita reunaehtoja.

Peruslähtökohta hukkalämpöjen hyödyntämiselle on, että pitää olla sopiva kohde, johon lämpöä voidaan ottaa talteen. Kohde voi olla oma teollisuusyksikön sisäinen lämmöntarve tai ulkoisen sidosryhmän tarve esim. paikallinen kaukolämmöntuotanto. Joskus kimmoke hukkalämpöjen hyödyntämiseen voi tulla ideana ulkopuoliselta toimijalta, joka tarvitsee matalalämpöistä hukkalämpöä tuotannossaan. Käyttökohteen pitää sijaita sopivalla etäisyydellä hukkalämmönlähteestä, sillä hukkalämpöjä ei ole järkevää siirtää pitkiä matkoja.

Hukkalämmön talteenottoon tehtävien investointien pitää maksaa itsensä takaisin kohtuullisen lyhyessä ajassa. Mikäli hukkalämmöstä tuotettu energia korvaa muulla tavalla tuotettua primäärienergiaa, pitää tuotantokustannusten olla selvästi alhaisemmat kuin primäärienergian tuotannon tuotantokustannukset. Investointia suunnitellessa pitää huomioida myös hukkalämmön tuottavan laitoksen toiminnan jatkuvuuden riskit, hukkalämpöä tuottavan prosessin käyntiaste, toimitusvarmuus sekä lämpöpumppuinvestoinnin elinkaari ja sen aikaiset käyttökustannukset.

Hukkalämpöinvestointeja edistää energiatuki eli valtion käyttämä rahoitusinstrumentti, jolla yrityksiä ja yhteisöjä kannustetaan energiatehokkuusinvestointeihin. Kuluvan vuoden linjausten mukaan yritysten ja yhteisöjen on mahdollista hakea Työ- ja elinkeinoministeriöltä tukea investointihankkeisiin, jotka edistävät energiansäästöä, energiantuotannon tai -käytön tehostamista tai jotka muokkaavat energiajärjestelmää vähähiilisemmäksi. Tukijärjestelmässä priorisoidaan hankkeita, joissa käytetään uutta teknologiaa. Kuitenkin on mahdollista saada energiatukea tavanomaisen teknologian lämpöpumppuinvestointeihin, mikäli lämpöpumpun lämmönlähteenä on hukkalämpö. Energiatuen perustasolla hukkalämmön talteenottoon perustuvaan lämpöpumppuinvestointiin voi tietyin reunaehdoin saada tukea 15 % tai 20 % riippuen siitä onko yritys tai yhteisö solminut energiatehokkuussopimuksen vai ei.

Lähteet:

Motiva (2021), Suomen teollisuuden sähköistyminen ja sen vaikutus energiatehokkuuteen ja hukkalämpöjen hyödyntämiseen, raportti

Sari Siirtola (2025), Hukkalämmön talteenotto ja hyödyntäminen paperitehtaalla – Raakaveden lämmittäminen hukkalämmöillä, YAMK-opinnäytetyö, Turun Ammattikorkeakoulu