Teollisuus ja hiilensidonta

Tutkimustiimin päällikkö Lauri Kujanpää VTT:ltä pitää hiilidioksidin teollisen poiston ja käytön keskeisenä ajurina teollisuuden halua sähköistää toimintojaan hiilidioksidipäästöjensä vähentämiseksi. 

– Aurinko- ja tuulisähkötuotanto on tuonut tarpeen varastoida sähköenergiaa ja kehittää erilaisia synteettisiä prosesseja, joilla sähkön ja vedyn avulla tehdään polttoaineita ja kemikaaleja. Ja siinä tarvitaan hiiltä, Kujanpää sanoo.

– Hiilidioksidia halutaan myös hyötykäyttää korkeamman arvon tuotteissa, jolloin puhutaan esimerkiksi synteettisestä metaanista, metanolista, polyoleista ja erilaisista orgaanisen kemian reiteistä.

Huhtikuun alussa julkaistussa hallitustenvälisen ilmastopaneelin IPCC:n kuudennessa raportissa negatiivisia päästöjä eli hiilen poistamista ilmakehästä pidetään välttämättömänä sille, että lämpenemiselle asetettu kahden asteen yläraja ei ylittyisi. 

– Negatiiviset päästöt kiinnostavat sitä enemmän, mitä pahemmaksi ilmastokriisi muuttuu.

Teollisilla ratkaisuilla on lähes yhtä suuri potentiaali poistaa ja sitoa hiiltä kuin metsityksillä ja muilla biologisen hiilensidonnan keinoilla. Metsitys on selvästi edullisempaa ja sinänsä tärkeää, vaikka sen vaikutukset tuntuvat kunnolla vasta vuosikymmenien päästä.

– Tekniset nielut vaikuttavat saman tien. Vaikka niiden määrä on vielä mitätön, ne eivät ole kuriositeetti, vaan seuraavien vuosikymmenten valtavirtaa. Ja mitä myöhemmin ne luodaan, sitä kalliimmaksi se käy.

Vapaaehtoinen päästömarkkina voimistuu

Päästökauppa on keskeinen työkalu, jolla motivoi­daan hiilidioksidipäästövähennyksiä. Hiilidioksidin talteen­oton ja varastoinnin osalta se koskettaa kuitenkin vain fossiilisilla polttoaineilla tuotettuja päästöjä. Biogeeniselle hiilelle eli esimerkiksi puun tai hakkeiden poltossa vapautuvalle hiilidioksidille ei ole markkinaa eikä päästön välttämiselle taloudellista ajuria. 

Se on Kujanpään mielestä kasvava ongelma, sillä fossiilisista polttoaineista luopuminen vie yhä isomman osan energiantuotannosta pois päästökaupan piiristä. Suomessa poltetaan jo nyt etupäässä biomassaa.

Päästökaupan rinnalle on viime vuosina tullut biopuolen vapaaehtoinen hiilimarkkina. Se on vielä heikosti säädeltyä, mutta nyt sitä ollaan kehittämässä ja harmonisoimassa. 

– Jo nyt merkittävä osa biomassan ja jätteen polton hiilipäästöjen talteenoton rahoituksesta suunnitellaan saatavan vapaaehtoisilta markkinoilta myymällä todennettuja hiilenpoistosertifikaatteja halukkaille ostajille, joilla ei ole mitään velvoitetta ostamiseen.

Isot päästölähteet ensimmäiseksi

Teollisuudessa prosesseja halutaan sähköistää, koska se parantaa säädettävyyttä ja vapauttaa poltosta ja sen päästöistä. Ruotsalainen teräsvalmistaja SSAB tuotti viime vuoden elokuussa ensimmäisen erän fossiilitonta terästä, jonka tuotannossa käytettiin hiilen ja koksin sijasta uusiutuvalla energialla tuotettua sähköä ja vetyä.

– Hiilidioksidin talteenotto ja sen hyötykäyttö tai varastointi on tärkeä mahdollisuus ilmastonmuutoksen hillintään. Talteenoton ansiosta monia kemikaaleja, polttoaineita ja materiaaleja voidaan tuottaa ilman fossiilisia luonnonvaroja ja bioperäisen hiilen varastointi on ainoa teollisessa mittakaavassa hyödynnettävä hiilinegatiivinen teknologia.

Isoimmat päästöt syntyvät terästeollisuudessa ja erityisesti sementin tuotannossa, joka yksinään aikaan noin seitsemän prosenttia globaaleista hiilidioksidipäästöistä.

VTT:llä on käynnissä sementti-, sellu- ja muun teollisuuden kalkinpolton päästöjä leikkaava koehanke, josta kerrotaan erillisessä kainalojutussa. VTT myös tutkii pilottikokein epäorgaanisia mineralisointireittejä, joilla pyritään valmistamaan pysyviä hiiltä sitovia tuotteita. Niitä ovat erilaiset keinokiviainekset sekä betonielementtien kovettaminen hiilidioksidilla. 

– Ne ovat kaupallisesti valideja keinoja sitoa hiiltä kustannustehokkaasti ja niihin voidaan hyötykäyttää tuhkia ja muita komponentteja ja saada pysyvä nielu aikaiseksi. Meillä on Hollolassa betonitehtaan kyljessä tuore pilotti, jossa hiilidioksidia sidotaan betonituotteisiin. Prosessista ja päästöoikeuksien hankinnasta saatavien säästöjen lisäksi hiilineutraali betoni voisi kiinnostaa myös kuluttajaa.

Betonin potentiaali hiilinieluna on noin 100 000 tonnia vuodessa, keinokivissä se on hieman isompi. VTT:n lisäksi tutkimusta hiilidioksidin mineralisoinnista rakennusmateriaaleiksi tekevät Suomen Akatemian ja Business Finlandin rahoittamana muun muassa Åbo Akademi ja Oulun yliopisto.

Polttoaineita ja kemikaaleja

Uusiutuvaa energiaa alkaa olla saatavilla niin paljon, että hiilidioksidista halutaan tehdä polttoaineita ja kemikaaleja käyttämättä fossiilisia raaka-aineita. Siinä puhutaan Power-to-X -teknologioista.

– Uusiutuvalla energialla tuotettujen synteettisten polttoaineiden hyötysuhde on huonompi kuin tallentamalla tuulisähkö suoraan akkuun. Varastoitavan vedyn, ammoniakin tai metaanin etuna on kuitenkin mahdollisuus tasata uusiutuvan sähköntuotannon heilahtelua, Kujanpää selittää.

– Samaa tarkoitusta ajavat toki paineilmasäiliöt tai vesialtaat, joihin pumpataan ilmaa tai vettä sähköllä, jolle sillä hetkellä ei ole parempaa käyttöä. Vety on energiavarasto siinä missä akku, mutta myös rakennuspalikka kemikaaleille. Esimerkiksi Fischer-Tropsch-prosessin avulla hiilidioksidista ja vedystä voidaan tuottaa olefiineja raaka-aineiksi erilaisille tuotteille.

Tähän tulee nosto. Tähän tulee nosto. Tähän tulee nosto. Tähän tulee nosto. Tähän tulee nosto.

Kujanpää muistuttaa, että energian tallennuksen teknologiapalettiin tarvitaan vaihtoehtoja: jossakin akku on parempi, jossain muualla vety. 

– Hiilidioksidin jalostamiseen ilman vetyä orgaanisen kemian tuotteiksi on useita reittejä, mutta totta kai on haaste tuottaa teollisessa mittakaavassa kemikaaleja niin, että prosessi on ennakoitavissa, tasainen ja sen käyttöaste korkealla.

Suomalaisista yrityksistä Power-to-X -hankkeistaan ovat kertoneet muun muassa P2X-solutions, joka valmistaa vetyä elektrolyysillä, Nordic Ren-Gas, joka kehittää polttoaineita raskaalle liikenteelle, Vantaan energia, joka suunnittelee hiilineutraalin metaanin tuotantoa, sekä Wärtsilä, joka kehittää siihen tarvittavaa teknologiaa. 

Yrityksiä kiinnostavat tie- ja laivaliikenteessä käytettävät synteettiset polttoaineet, joiden varastoitavuus ja energiatiheys määrittelevät niiden parhaimmat käyttökohteet.

Jätevedenpuhdistamolta maan uumeniin

Erityistä kiinnostusta osittain biogeenisen hiilidioksidin talteenottoon ovat osoittaneet jätelaitokset, kuten Vantaan energia, Vaasan seudulla toimiva Westenergy ja Fortum Riihimäellä. 

Talteen otettava hiilidioksidi pyritään suomalaishankkeissa muuntamaan polttoaineiksi tai muovin raaka-aineeksi. Muissa pohjoismaissa selvitetään sen sijaan hankkeita, joissa Tukholmassa sijaitsevasta bioenergialaitoksesta sekä Kööpenhaminan ja Oslon suurilta jätelaitoksilta kerättäisiin hiilidioksidia laivalla, jonka lasti purettaisiin Norjassa varastoitavaksi geologisesti.  

– Hankkeet ovat saaneet merkittävää julkista rahoitusta ja laitoksille on rakennettu pilottilaitokset. Nyt odotellaan investointipäätöksiä ja valtioiden ratkaisuja järjestää esimerkiksi käänteisiä huutokauppoja hiilensidonnalle.

Kujanpää muistuttaa, että jätelaitokset eivät ole mukana päästökaupassa. Sen sijaan hankkeita rahoittavat valtioiden ja kuntien ohella EU:n innovaatiorahasto ja muun muassa öljysektorin suuryritykset Equinor, Total ja Shell sekä Norjan valtionyhtiö Gassnova.

– Kiinnostuksen taustalla on monimutkainen kenttä erilaisia tavoitteita ja taloudellisia ajureita. Päästökaupan ohjaaminen on haastavaa, ja ehkä valtioiden strategiana on ohjata tukensa sinne, missä sillä ei sotketa päästökauppaa.