Metallit ja vihreä energia

Maapallon löydetyt metallivarat ovat rajalliset ja käyttökelpoisten esiintymien pitoisuudet laskevat koko ajan. 

– Kaikki helpot, rikkaat ja lähellä maan pintaa olevat esiintymät on jo käytetty, ja malmeja joudutaan louhimaan yhä syvemmältä. Ja koska niiden metallipitoisuus on matalampi, louhittavan ja prosessoitavan sivukiven määrä kasvaa ja sen rikastamiseen kuluu aikaisempaa enemmän energiaa, Aalto-yliopiston metallurgian professori Ari Jokilaakso kuvaa tilannetta.

– SER- eli sähkö- ja elektroniikkalaiteromussa voi olla arvometalleja jopa kymmenen prosenttia eli kymmenkertainen määrä malmiin verrattuna. SER-romua ei myöskään tarvitse kaivaa, eikä parhaassa tapauksessa edes murskata, vaan se voidaan helpoimmillaan kierrättää lähes sellaisenaan olemassa olevissa prosesseissa.

Jokilaakson työryhmä tutkii yhdessä mineraalien prosessoinnin ja kierrätyksen apulaisprofessori Rodrigo Sernan ryhmän kanssa nikkeliä ja kobolttia sisältävän akkuromun käyttöä nikkelikuonan puhdistusprosessissa. 

– Akkuromun loppujae on käytännössä mustaa mönjää, jonka sisältämällä hienojakoisella grafiitilla voidaan korvata koksia kuonaan joutuneen metallin pelkistäjänä. Samalla kierrätysmassaan jäänyt nikkeli ja koboltti auttavat kuonassa olevan nikkelin ja koboltin talteenotossa, Jokilaakso kuvaa.

– Meillä on nimenomaan tavoitteena olemassa olevien jalostusprosessien käyttäminen kierrätyksessä. Tietokoneiden ja puhelimien emolevyt ovat erittäin haluttua raaka-ainetta myös kuparinvalmistuksessa, koska niistä saadaan kuparia ja samoja jalometalleja, joita otetaan talteen myös luonnonmalmista. Eli siellä ovat kaikki reitit jo valmiina.

Kierrätys on myös energiansäästöä

Metallirikasta SER-romua syntyy maailmassa vuosittain yli 50 miljoonaa tonnia, ja määrä kasvaa arviolta parilla miljoonalla tonnilla vuodessa. Siitä otetaan talteen vain viidesosa, loppu hukataan kaatopaikoille, harmaille markkinoille tai luontoon. Suomessa kierrätysaste on noin 60 prosenttia.

Metallisen tuotteen valmistamiseen on sidottu valtavasti energiaa, ja jos sitä ei kierrätetä, se kaikki energia hukataan. Kaikki se metalli, joka jää ottamatta talteen, joudutaan kaivamaan maan alta, Jokilaakso sanoo.

– Vaikka kierrätys ei ratkaise metallien tarvetta, se vähentää osaltaan myös metallien valmistuksen energiantarvetta. Metallien jalostuksessa energiaa syövät nimenomaan räjäytetyn materiaalin murskaus ja jauhatus, minkä takia kierrätysmetallien jalostuksen energiantarve on murto-osa malmiprosessin energiantarpeesta.

Kierrätysromun 50 miljoonaa tonnia on paljon, kun sitä verrataan esimerkiksi kuparin vuotuiseen 18 miljoonan tonnin tuotantoon, koboltin 140 000 tonniin tai kullan 3 000 tonniin. Kierrätysromu sisältää kuitenkin 40–50 alkuainetta, Jokilaakso huomauttaa, joten kunkin aineen kohdalla talteen saatava määrä voisi olla enimmillään muutamia kymmeniä tuhansia tonneja, mikäli kaikki SER-romu saataisiin talteen. Merkittävä osa SER-romusta on koteloiden rautaa ja alumiinia. 

– Kultaa on malmissa todella vähän, ja silti sitä kannattaa louhia. Kymmenen kiloa piirikorttiromua, jossa on 500 miljoonasosaa kultaa, korvaa tonnin malmia, jossa sitä on viisi miljoonasosaa. Ja vaikka yksittäisessä älypuhelimessa olisi kultaa vain 10 milligrammaa, vuosittain valmistettavaan 1,5 miljardiin puhelimeen kultaa tarvitaan jo 15 tonnia.

Metallipula pullonkaulana vihreydelle

Iso ongelma, jota ei ratkaista kierrätyksellä – ja josta ei meillä ole paljon puhuttu – on maapallon tunnettujen metallivarantojen ehtyminen ja niiden tuotantokapasiteetin pullonkaulat. 

Kaivosten ja metallien vaatimien teollisten prosessien käynnistämiseen kuluu keskimäärin kymmenen vuotta investointipäätöksestä, ja monen metallin kohdalla kohtuullistenkin kasvuennusteiden mukainen metallien tarve ylittää lähivuosina tuotannon, Jokilaakso kertoo.

Yksi osasyy metallipulalle on se, että räjähdysmäisesti kasvava uusiutuvan energian käyttö vaatii merkittävästi enemmän metalleja kuin perinteisten energialähteiden hyödyntäminen.

Sähköautossa on sähköistyksen takia moninkertaisesti enemmän metalleja kuin bensiinikäyttöisessä autossa ja merelle rakennettavaan tuulivoimalaan tarvitaan enemmän terästä kuin tavalliseen hiili- tai kaasuturbiinivoimalaan.

Vaikka nykyisestä energiantuotannosta vain pieni murto-osa tuotetaan uusiutuvilla lähteillä, pula metalleista on nähtävissä jo nyt.

– Lähivuosikymmeninä ovat loppumassa muun muassa nikkeli ja koboltti. Vielä nopeammin tulee pula harvinaisista maametalleista, joita käytetään kestomagneettien raaka-aineena sähköautojen moottoreissa ja tuulimyllyjen generaattoreissa, Jokilaakso kertoo. 

– Eikä niistä ole mitään iloa ilmastonmuutoksen kannalta, jollei niihin tarvittavia metalleja tuoteta puhtaalla energialla.

Olemme uskoneet vihreän uusiutuvan energian ehtymättömyyteen. Vihreän energiatalouden infrastruktuurin valmistamiseksi pitää kuitenkin rakentaa lisää tuulimyllyjä, aurinkovoimaloita ja vesivoimaa, joihin tarvitaan jälleen lisää näitä samoja metalleja – ja niin edelleen.

– Vaikka nykyisestä energiantuotannosta vain pieni murto-osa tuotetaan uusiutuvilla lähteillä, pula metalleista on nähtävissä jo nyt. Pelkään, että vihreän energian tavoitteet ja hiilineutraalius jäävät saavuttamatta, mikäli ei tule sellaista teknistä läpimurtoa, joka vähentäisi radikaalisti joko metallien tai energian tarvetta.

Laboratorioista teolliseen mittakaavaan

Tällaisia läpimurtoja tai ainakin niiden ituja on nähty laboratoriomittakaavassa. Kuitenkin vasta aika näyttää, mitkä niistä päätyvät tuotantoon ja millä aikataululla, ja ovatko kuluttajat ja laitevalmistajat valmiita maksamaan niistä. Esimerkiksi SSAB:n fossiilivapaa teräs näyttää käyvän kaupaksi premium-tuotteisiin, joista tuo lisähinta halutaan maksaa.  

– Esimerkki idullaan olevasta läpimurrosta on täällä Aallossa professori Tanja Kallion vetämä hanke, jossa on onnistuttu laboratoriomittakaavassa ennallistamaan litiumioniakku kemikaalikäsittelyllä uutta vastaavaksi. Jos se saadaan skaalattua teolliseen mittakaavaan, akkuja ei tarvitsisi kierrättää, vaan ne voitaisiin ennallistaa.

Jokilaakso tunnustautuu optimistiksi ja kertoo uskovansa, että tekniset ratkaisut ilmastonmuutoksen torjuntaan ovat olemassa. Otsonikatokin onnistuttiin pysäyttämään kansainvälisellä yhteistyöllä.

– Niiden lisäksi tarvitaan kuitenkin myös poliittisia päätöksiä, joilla ilmastonmuutoksen torjunta pannaan verotuksella tai muilla keinoin etusijalle, priorisoidaan pullonkaulana olevien resurssien kehittämistä ja kehityshankkeita, joilla vähennetään metallien ja energian tarvetta.

Myös pitäisi miettiä, tulisiko rikkaiden maiden rahoittamia uusiutuvan energian hankkeita suunnata globaalisti sinne, missä niistä on ilmastonmuutoksen kannalta eniten hyötyä. 

– Ilmastonmuutos on globaali ongelma ja mineraalivarannot ovat nekin globaaleja, eikä niitä pitäisi katsoa omasta nurkkakuntaisesta kansallisesta näkökulmasta. Energiankulutus pitää saada laskemaan ja myös muun kulutuksen kasvu pitäisi saada pysähtymään ainakin kehittyneissä maissa, Jokilaakso pohtii.

– Yksi osa yhtälöstä on, että emme todennäköisesti voi siirtyä pois ydinvoimasta emmekä fossiilisesta hiilestä niin nopeasti kuin haluaisimme. Vaikka niitä korvaavia päästöttömiä energiamuotoja on, niitä käyttäviä voimalaitoksia ei ehditä eikä metallien niukkuuden takia pystytä rakentamaan nyt asetetuissa aikatauluissa.