Hiilen kierrätyksellä päästöjen vähentämiseen

Suomen tavoittelema hiilineutraalisuus vuonna 2035 merkitsee rajua remonttia liikenteeseen ja energiantuotantoon. Viidentoista vuoden kuluttua nielujen pitäisi sitoa kaikki fossiiliset sekä ei-fossiiliset hiilipäästöt. Liikenteen aiheuttamaa hiilirasitusta yritetään leikata synteettisillä polttoaineilla, joiden hiili on kaapattu teollisuusprosessien päästöistä. 

Tilastokeskuksen julkaiseman aineiston mukaan ylivoimaisesti suurin päästölähde on energiasektori. Sähköntuotanto saa jo melko puhtaat paperit suoria hiilipäästöjä ajatellen, lämmöntuotanto sitä vastoin tukeutuu vielä vahvasti hiileen, turpeeseen ja puuhun. Hankalin päästölähde lienee kuitenkin liikenne, joka perustuu edelleen suurelta osin polttamiseen. 

Hiilineutraaliuden tavoite on lisännyt mielenkiintoa hiilidioksidin talteenottoon päästölähteistä, minkä jälkeen sitä voitaisiin käyttää esimerkiksi synteettisten liikennepolttoaineiden komponenttina. Hiilidioksidin kierrätys vähentäisi uuden fossiilisen hiilen tarvetta. 

Lappeenrannan Teknillinen yliopisto LUT toteutti muutama vuosi sitten Proof of concept -hankkeen, jossa valmistettiin synteettistä hiilivetyä ilmasta kaapatusta hiilestä ja vedestä erotetusta vedystä. Nyt LUT vetää selvitysprojektia, jonka tulosten perusteella Joutsenoon on määrä valmistua parin vuoden kuluttua synteettistä metanolia tuottava teollisen mittakaavan pilottilaitos. Toteutusprojektia vetää kotimainen energiayhtiö St1. 

Suomalaisen teollisuuden päästöissä on paljon hyödyntämiskelpoista hiilidioksidia.

Metanolin valmistuksessa käytettävä hiilidioksidi on tarkoitus ottaa Finnsementti Oy:n Lappeenrannan tuotantolaitoksen savukaasuista, vety Kemiran Joutsenon tehtaalta. Raaka-aineet syntetisoidaan suoraan nestemäiseksi metanoliksi ja jatkojalostetaan tavallisiksi liikennepolttoaineiksi. Hankkeen tutkimusjohtaja Petteri Laaksonen näkee suomalaisen teollisuuden päästöissä paljon hyödyntämiskelpoista hiilidioksidia. Myös talteenotossa tarvittava laitostason teknologia on jo markkinoilla. 

Sieppaus perustuu esimerkiksi amiiniprosessiin, jossa hiilidioksidi sitoutuu lähteessä kiertävään aineeseen. Kuljettaja-aine kierrätetään lämmitykseen, jossa hiilidioksidi irtoaa ja kierto alkaa alusta. 

Laaksosen mukaan hiilidioksidipäästöistä noin 90 prosenttia voitaisiin periaatteessa ottaa tällä tavalla talteen. Käytännössä tavoite ei ole välttämättä järkevä. 

– Saannon tehostaminen sataan prosenttiin edellyttää kaasujen lisäpesua, mikä nostaa kustannuksia.

Myös hiilen kaappaaminen suoraan ilmakehästä on tehotonta.

– Pienen pitoisuuden takia kaappaus edellyttäisi valtavaa prosessipinta-alaa ja paljon energiaa kuluttavaa laitetekniikkaa. 

Nopeasti valmista

Laaksonen näkee nestemäisten moottoripolttoaineiden valmistuksen tärkeänä myös siksi, että tuotteet voidaan käyttää suoraan jo olemassa olevissa autoissa, työkoneissa, laivoissa ja lentokoneissa. Hän muistuttaakin tavoitteen kireästä aikataulusta, 15 vuotta on lyhyt aika, jos tehtävänä on päivittää valtavia aine- ja energiavirtoja.   

Hiilidioksidin talteenottoon perustuvia innovaatioita tutkitaan nyt laboratoriotasolla kaikkialla maailmassa todella paljon. Hankkeen eteneminen laboratoriovaiheesta tuotantoon kestää kuitenkin yleensä noin 20 vuotta. 

– Nyt pitää käyttää olemassa olevaa ja teollisesti valmista teknologiaa. 

Lyhyt nielu

Hiilipäästöjen välttäminen ei ole mahdollista vuoden 2035 jälkeenkään, minkä takia merkitystä on myös nielujen tehostamisella. 

Suomen olennaisin nielu on metsä, jonka potentiaalilla on kuitenkin rajansa. Avuksi voivat tulla myös hiiltä pitkäkestoisesti sitova maankäyttö sekä keinotekoiset nielut eli hiilen sitominen ja pitkäaikainen varastointi. 

Voimalapäästöjen hiilidioksidin talteenotosta ja sedimentoinnista on puhuttu jo pitkään, mutta asiassa ei ole päästy lähtöruutua pidemmälle.  

– Hiilen talteenottoa ja hautaamista on vaikea yhdistää kannattavaan teolliseen toimintaan, minkä lisäksi kaasu karkaa monissa ratkaisuissa noin sadan vuoden kuluessa takaisin ilmakehään. 

Laaksonen ei usko, että Suomeen voitaisiin rakentaa merkittäviä uusia hiilinieluja. 

Mikrobit avuksi konvertointiin

Akatemiatutkija Marika Kokko Tampereen Yliopiston materiaalitieteen ja ympäristötekniikan yksiköstä tutkii Suomen akatemian rahoituksella hiilidioksidin ja metanolin konvertointi pitkäketjuisemmiksi yhdisteiksi mikrobien avulla. Ensimmäisiä tavoitteita on C4-voihapon ja C6-heksaanihapon valmistus. Rasvahapot voivat toimia komponentteina myös ison volyymin lopputuotteissa kuten voitelu- ja poltto­aineissa. 

Kokon mukaan mikrobeihin perustuvan tuotannon etuna on niiden kyky toimia normaalipaineessa ja matalissa (35–60 C) lämpötiloissa. Monet elottomat prosessit tarvitsevat kovempia paineita ja lämpötiloja, joiden saavuttamien edellyttää enemmän energiaa. 

– Tuotanto voi olla hitaampaa, mutta valmistusmääriä biologia ei periaatteessa rajoita.

Kokon tutkimukset ovat vielä laboratoriovaiheessa; maailmalta kuitenkin löytyy hänen mukaansa myös pitkälle edenneitä projekteja, joissa hiilidioksidia muutetaan biologisesti erilaisiksi tuotteiksi. 

– Tulevaisuudessa tarvitaan erilaisia teknologioita, joten on hyvä, että meneillään on useita eri vaiheessa olevia hankkeita.