Autojen keventäminen puupohjaisilla hiilikuiduilla pudottaisi päästöt
Suomi voi johtaa autoalan vallankumousta aineella, jota pidettiin ennen jätteenä
Hiilikuitu on vanha keksintö, joka kevyenä ja kestävänä materiaalina olisi jo syrjäyttänyt teräksen autoteollisuudessa, ellei se olisi niin kallista. Muutos voi tapahtua pian: edullinen selluteollisuuden sivutuote, ligniini, voisi korvata öljyn hiilikuitujen valmistuksessa, kirjoittaa tietokirjailija Risto Isomäki.
Maantieliikenne tuottaa noin 15 prosenttia kaikista ihmisen aiheuttamista kasvihuonepäästöistä.
Autojen, rekkojen ja bussien rakentaminen uusista, superkevyistä materiaaleista voi kuitenkin tulevaisuudessa vähintäänkin puolittaa vanhanaikaisten autojen päästöt – ja samalla nopeuttaa niiden korvautumista sähköautoilla.
Tämä teknologinen vallankumous voi alkaa Suomesta. Tarkemmin sanottuna Kotkasta.
Mitä hiilikuidut ovat?
Hiilikuidut ovat meille tuttu materiaali. Niitä käytetään polkupyörissä ja yhä useammissa erilaisissa urheiluvälineissä, kuten hiihtosauvoissa ja jääkiekkomailoissa.
Se, mitä tarkoitamme hiilikuiduilla, on oikeasti kahden hyvin erilaisen materiaalin yhdistelmä eli niin sanottu komposiitti. Hiilikuidut ovat hyvin ohuiden ja pitkien hiilisäikeiden nippuja, jotka on upotettu epoksiksi kutsutun erittäin kovan muovin sisään.
Tällä tavoin on saatu aikaan materiaali, joka on kymmenen kertaa terästä lujempaa, mutta sitä viisi kertaa kevyempää. Hiilikuidut eivät myöskään ruostu, ja ne kestävät monenlaisessa käytössä hyvin pitkään.
Hiilikuiduilla auton painosta saisi nopeasti pois kolmanneksen
Päästörajoitukset vauhdittavat siirtymistä kevyempiin materiaaleihin autoteollisuudessa.
Saksa on ollut edelläkävijä ilmastoystävällisempien autojen kehittämisessä. Sen hallitus päätti jo jokin aika sitten, että bensakäyttöisten autojen hiilidioksidipäästöt täytyy laskea 20 grammaan kilometriä kohti. Aikaa on vuoteen 2030 asti.
Tavoite on kova, sillä saksalaisten autojen keskimääräinen hiilidioksidipäästö on tällä hetkellä kuusi kertaa tavoitetta suurempi, 120 grammaa kilometriä kohti.
Autoteollisuudessa uskotaan, että tavoitetta ei ole mahdollista saavuttaa keventämättä autojen painoa merkittävästi. Se tarkoittaa, että autot täytyy jatkossa rakentaa pääosin hiilikuiduista.
Tässä ruotsalaistutkijoiden vuonna 2016 valmistamassa auton pienoismallissa katto ja akun elektrodit on valmistettu puupohjaisesta hiilikuidusta.
Kuva: Tukholman Kuninkaallinen teknillinen korkeakoulu
Aina kun auton paino kevenee prosentin, sen polttoaineen kulutus laskee 0,7–0,8 prosentilla.
Sekä autojen korit että suurin osa niiden muista osista olisi mahdollista tehdä teräksen, alumiinin ja muiden metallien sijaan hiilikuiduista. Autojen painoa voisi laskea tällä tavalla suhteellisen nopeasti noin 35 prosentilla.
Aina kun auton paino kevenee prosentin, sen polttoaineen kulutus laskee 0,7–0,8 prosentilla.
Pitkän päälle on toteutettavissa vielä paljon isompikin painonpudotus, jos autoissa aletaan käyttää hiilikuitujen lisäksi niin sanottua piioksidiaerogeeliä, englanniksi silica aerogel.
Sitä tehdään piioksidista eli kvartsista, jota on hiekassa. Piioksidiaerogeeli painaa vain pari kiloa kuutiolta, mutta se on ylivoimaisesti tehokkain tunnettu iskunvaimennin.
Vuosikymmenien varrella on rakennettu autoja, jotka ovat kevyimmillään painaneet vain 500–600 kiloa, vaikka ne on tehty teräksestä.
Ne eivät kuitenkaan selviytyneet nykyaikaisista törmäystesteistä, kun sellaiset otettiin käyttöön.
Samalla tavoin muotoiltu auto, jossa hiilikuituisen rungon tukena olisi iskuja vaimentavaa aerogeeliä, voisi olla vielä kevyempi, mutta läpäisisi silti törmäystestit heittämällä.
Toistaiseksi keveyteen on varaa vain luksusautoissa
Öljystä tehdyt hiilikuidut ovat hyvin kalliita. Teräs on tällä hetkellä kymmenen kertaa hiilikuituja halvempaa.
Siksi ainoastaan kaikkein kalleimmat luksusautot rakennetaan nykyään hiilikuiduista. Tavallisten autojen painosta niitä on vain yksi prosentti.
Nykyisten hiilikuitujen tuotanto ei ole myöskään kovin ympäristöystävällistä. Öljypohjaisten hiilikuitujen valmistus tuottaa keskimäärin 20 tonnia hiilidioksidia yhtä tonnia valmista tuotetta kohti.
Hiilikuitujen hinnan pitäisi autoteollisuuden mukaan suunnilleen puolittua, jotta myös tavalliset autot voitaisiin tehdä niistä.
Ratkaisu hiilikuitujen hintaan löytyy puusta
Autoteollisuuden asiantuntijat useissa eri maissa ovat laskeneet, että hiilikuitujen hinta saattaisi laskea neljäsosaan, jos niissä käytetty öljypohjainen epoksi korvattaisiin puusta saatavalla ligniinillä.
Ligniini ja selluloosa ovat puun tärkeimmät ainesosat. Selluloosa koostuu pitkistä kuiduista, joita on jo kauan käytetty muun muassa paperin ja vaatteiden valmistuksessa.
Vajaa kolmannes puusta on ligniiniä, joka on eräänlaista selluloosan kuidut yhteen sitovaa liimaa. Se pitää puun koossa.
Hiilikuitujen hinta saattaisi laskea neljäsosaan, jos niissä käytetty öljypohjainen epoksi korvattaisiin puusta saatavalla ligniinillä.
Kuva: Pentti palmu / Yle
Sellutehtaiden päätuote on perinteisesti ollut selluloosa. Ligniini oli aikoinaan vain ylimääräinen riesa – jotakin, joka täytyy irrottaa selluloosakuiduista, jotta niistä voitiin valmistaa paperia.
Ensimmäiset sellutehtaiden sukupolvet kohtelivat ligniiniä jätteenä, joka dumpattiin mereen, järviin tai jokiin.
Suomessa on edelleen lukuisia järven- ja merenlahtia, joiden pohjat on vuorattu selluloosakuiduista irrotetulla ligniinillä. Pistokokeiden perusteella ligniinistä syntyneitä kerrostumia voi edelleen olla monen metrin paksuudelta, mutta pohjaeliöstö on jo alkanut toipua.
Ennen ligniiniä pidettiin jätteenä, jota dumpattiin mereen, järviin tai jokiin. Tulevaisuudessa ligniini on yhä useammin sellutehtaiden arvokkain yksittäinen tuote.
Nykyään ligniiniä ei enää kohdella jätteenä vaan bioenergiana: se poltetaan energiaksi sellutehtaissa.
Ligniini tuottaa sellunkeitossa tarvittavan prosessilämmön ja usein myös ylimääräistä lämpöenergiaa, jota on monilla paikkakunnilla hyödynnetty kaupunkien kaukolämpönä.
Tulevaisuudessa ligniini on yhä useammin sellutehtaiden arvokkain yksittäinen tuote, sillä sille löytyy jatkuvasti uusia käyttötarkoituksia.
Niistä tärkein voi olla hiilikuitujen valmistus.
Alkaako hiilikuitujen vallankumous Kotkasta?
Stora Enson Kotkassa sijaitseva Sunilan tehdas on ligniinin jalostuksen kansainvälinen edelläkävijä. Se on kehittänyt erittäin kuivan ligniinin valmistusmenetelmiä ja on maailman suurin superkuivan ligniinin valmistaja.
Kuivuus on erityisen tärkeää hiilikuitujen valmistuksessa. Silloin ligniini saadaan reagoimaan hiilikuitujen kanssa samalla tavalla kuin epoksi.
Stora Enson Kotkassa sijaitseva Sunilan tehdas on ligniinin jalostuksen kansainvälinen edelläkävijä.
Stora Enson Tukholmassa sijaitseva Biomateriaalien innovaatiokeskus on puolestaan kehitellyt hiilikuidun esiasteen valmistusta. Sitä tehdään liukosellusta tuotettavan viskoosikuidun ja Sunilasta tulevan ligniinin seoksesta.
Viskoosikuitu ja ligniini erotetaan ensin toisistaan ja puhdistetaan suurella vaivalla – ja sotketaan sitten taas yhteen, hiukan muuttuneessa muodossa.
Menetelmä saattaa kuulostaa järjettömältä, mutta siten saadaan aikaiseksi erittäin korkeatasoisia puupohjaisia hiliikuituja.
Ensin autot, sitten lentokoneet, tuulimyllyt, rakennukset ja tiet?
Stora Enso solmi vuonna 2020 asiaan liittyvän kehitysyhteistyösopimuksen saksalaisen Cordenka Gmbh:n kanssa. Cordenka kuuluu Saksan merkittävimpiin teollisten viskoosikuitujen valmistajiin.
Stora Enson ja Cordenkan yhteistyön tavoitteena on tuottaa hiilikuidun esiastetta, josta hiilikuidun valmistajat ja teollisuuskomponenttien tuottajat voivat valmistaa muun muassa auton koreja, lentokoneiden osia ja tuulimyllyjen siipiä.
Puupohjainen hiilikuitu saattaa pienentää myös lentokoneiden päästöjä ja laskea tuulivoiman hintaa.
Jos hanke on menestyksekäs, se voisi muutamassa vuosikymmenessä puolittaa polttomoottoriautojen päästöt kaikkialla maapallolla ja nopeuttaa sähköautojen tulemista.
Puupohjainen hiilikuitu saattaa pienentää myös lentokoneiden päästöjä ja laskea tuulivoiman hintaa. Noin kaksikymmentä prosenttia kaikista hiilikuiduista käytetään tuuliturbiinien siipiin.
Tuotteelle voi olla laajaa käyttöä myös rakennusteollisuudessa. Bitumia korvaavat ligniinivalmisteet saattavat jossakin vaiheessa tehdä monenlaisista rakennuksista ja teistä hiilinieluja.
Alvar Aallon suunnittelema Sunilan tehdas ja sen työläisten asuinalueet saavuttivat aikoinaan laajaa julkisuutta arkkitehtuurinsa ansiosta. Länsimaiden lehdistö ylisti Sunilaa ”maailman kauneimmaksi tehdasmiljööksi”.
Tulevaisuudessa Sunila saatetaan kuitenkin tuntea maailmalla jostakin aivan muusta.
Tieto- ja tieteiskirjailija Risto Isomäki on tullut tunnetuksi globalisaatiota ja ympäristökysymyksiä koskevista teoksistaan. Hänen tunnetuin romaaninsa on “Sarasvatin hiekkaa”, joka oli Finlandia-palkintoehdokkaana vuonna 2005. Isomäki sai vuonna 2020 tiedonjulkistamisen elämäntyöpalkinnon pitkäaikaisena maan, meren ja ilmaston tulevaisuuden puolestapuhujana.
Mahtikoneita ja ilmastoihmeitä -sarjassa etsitään ratkaisuja maapallon pelastamiseksi. Katso jakso ligniinistä:
Juttua muokattu 15.4. klo 11. Korjattu väliotsikkoa ja seuraavia kohtia: Joensuun Uimaharjun tehtaan sijaan hiilikuidun esiastetta on kehitelty Stora Enson Tukholmassa sijaitsevassa innovaatiokeskuksessa. Cordenka valmistaa teollisia viskoosikuituja, ei hiilikuituja. Cordenka ei valmista Stora Enson ligniinistä valmiita hiilikuitutuotteita, vaan Stora Enson ja Cordenka tuottavat yhdessä hiilikuidun esiastetta.