Suomessa tutkitaan mullistavaa päästötöntä teknologiaa – teollisuuden savukaasuista halutaan tehdä kiinteää hiiltä

Suomalaistutkijat selvittävät, millaisiin päästöttömiin ratkaisuihin ilma taipuu tulevaisuudessa.

hiilidioksidi
Maapallo maalataan ruutuun
Kiinteiden hiilituotteiden valmistukseen käytettävä teknologia voisi tulevaisuudessa myös hidastaa ilmastonmuutosta.Lasse Isokangas / Yle

Lappeenrannan-Lahden teknillisessä yliopistossa LUTissa tutkitaan, miten ilman hiilidioksidista voisi valmistaa erilaisia hiilituotteita.

Kemian prosessijärjestelmien professorin Tuomas Koirasen ja energiatehokkuuden professorin Jero Aholan tutkimusryhmistä koostuvat asiantuntijat aikovat pelkistää ilman hiilidioksidista elektrolyysin avulla kiinteitä hiiliä.

– Hiilidioksidia saadaan esimerkiksi teollisuuden savukaasuista, ilmasta tai jopa meristä liuenneena, kertoo LUTin kemian prosessijärjestelmien professori Tuomas Koiranen.

Hiilidioksidin talteenotto perustuu jo olemassa oleviin menetelmiin ja tekniikoihin. Tutkimuksen ensisijaisena tavoitteena on valmistaa kiinteitä hiilituotteita. Koiranen kuitenkin uskoo, että tulevaisuudessa voi avautua liiketoimintamahdollisuuksia hiilen sitomiseen laajemmassa mittakaavassa.

– Kehittelemämme teknologia voisi tulevaisuudessa hidastaa ilmastonmuutosta, Koiranen sanoo.

Fossiilisten polttoaineiden kuten kivihiilen käyttö rasittaa ympäristöä, ja uusia hiilivapaita teknologioita kehitetään jatkuvasti. Hiilivapaa tuotanto tarkoittaa, ettei tuotteen valmistaminen lisää hiilidioksidipäästöjä.

Ihmisten aiheuttamat hiilidioksidipäästöt ovat globaalisti arvioituna nykyään noin 40-50 gigatonnia vuodessa.

– Ehkä noin 10 prosenttia siitä määrästä voitaisiin ottaa talteen ja hyödyntää johonkin. Toki kaikkea tästä määrästä ei otettaisi suoraan ilmasta, Teknologian tutkimuskeskuksen VTT:n tutkimusprofessori Juha Lehtonen kertoo.

Esimerkiksi polttoaineen tuotannossa on otettu askelia kohti hiilivapautta. Lehtosen mukaan bensiinin ja dieselin hiilineutraalia tuotantoa on tutkittu paljon ja pieniä tuotantolaitoksia on jo olemassa.

Myös LUT-yliopistossa tutkitaan synteettisten polttoaineiden valmistamista. Synteettisten polttoaineiden valmistaminen on kallista, mutta LUTissa uskotaan, että niitä voitaisiin valmistaa kilpailukykyiseen hintaan jo nyt, jos hiilidioksidi ja vety napattaisiinkin talteen tehtaiden ylijäämäkaasuista.

Mihin kaikkeen ilmasta sitten on? Ja mitä hyötyä ilman hiilidioksidista valmistettavista hiilituotteista saadaan?

Höyryä ja voimalinjoja
Hiilidioksidia saadaan talteen esimerkiksi teollisuuden savukaasuista.Esko Jämsä / AOP

Hiiliä teollisuuden käyttöön

LUT-yliopiston tutkijoiden tarkoituksena on valmistaa tuuli- tai aurinkovoimasta saadun sähkön ja hiilidioksidin avulla grafeenia, amorfista hiiltä, hiilimustaa ja mahdollisesti myös hiilinanoputkea.

Grafeenia voidaan käyttää komponenttina esimerkiksi sähköautojen akuissa ja amorfista hiiltä esimerkiksi jätevesien ja kaasujen puhdistuksessa. Hiilimustaa voidaan hyödyntää esimerkiksi autonrenkaissa ja hiilinanoputkia akkuteollisuuden raaka-aineena.

Tutkimus sai rahoituksen Teknologiateollisuuden 100-vuotissäätiön sekä Jane ja Aatos Erkon säätiön Tulevaisuuden tekijät -rahoitusohjelmasta. 450 000 euron suuruisen rahoituksen avulla rakennetaan ensimmäinen demonstraatio laitteesta.

– Sen jälkeen voimme toivottavasti jatkoprojekteissa kaupallistaa teknologian, Koiranen sanoo.

Kolmevuotinen projekti kestää vuoteen 2022 asti. LUT-yliopiston tuore tutkimus jatkaa kansainvälisestikin ajankohtaista tulevaisuuden tutkimusta.

– Kaikki julkaisut, joita aihepiiristä on, ovat muutaman vuoden vanhoja, kertoo Tuomas Koiranen.

Samankaltaista tutkimusta on tehty esimerkiksi Kanadan Carbon engineering -pilottilaitoksessa.

Ratkaisuja nälänhätään ja ilmastonmuutokseen

LUT-yliopistossa on jo aiemmin onnistuttu valmistamaan proteiinia ilmasta. Proteiini valmistetaan keinotekoisesti mikrobien avulla.

– Teemme keinotekoisesti sen, minkä kasvit tekevät luontaisesti. Ne ottavat tarvitsemansa hiilidioksidin ja auringon säteilyn ilmasta ja vettä maasta. Lisäksi tarvitaan ravinteita, sanoo professori Jero Ahola.

Proteiinijauhetta kämmenellä
LUTissa on tehty ilmakehän hiilidioksidista jo proteiinijauhetta.Solar Foods

Proteiinin valmistaminen ilmakehästä on iso uutinen maailman nälkäalueille.

Perinteiseen maatalouteen verrattuna uudesta menetelmästä hyötyy myös luonto, sillä kasvinsuojeluaineita ei tarvita ja prosessi on suljettu. Siitä ei tule professori Jero Aholan mukaan valumia vesistöihin tai muodostu voimakkaita kasvihuonekaasuja.

Sen sijaan ilmakehän hiilidioksidin hyödyntäminen ei ole vielä kustannustehokasta, koska hiilidioksidin pitoisuus ilmassa on hyvin pieni. Pienten pitoisuusmäärien talteenottaminen on vielä tällä hetkellä kallista ja työlästä.

– Helpompi on ottaa aine talteen suoraan kohteesta, josta se tulee, esimerkiksi tehtaasta tuleva hiilidioksidi, sanoo Turun yliopiston materiaalikemian professori Carita Kvarnström.

Ilmasta apua magneettikuvauksiin?

Kvarnströmin mielestä LUTin tutkimus on realistinen, mutta sitä ei voi vielä hyödyntää laajemmin.

– Tutkimus on tieteellinen saavutus ja merkittävä, kun mietitään tulevaisuutta. Hiilidioksidin määrä kasvaa ilmakehässä.

Ilmakehän hiilidioksidin hyödyntäminen on siis todennäköisesti tulevaisuudessa helpompaa, kun pitoisuudet ovat suuremmat.

Hiilen talteenotto ja hyödyntäminen on VTT:n mukaan yksi tärkeimmistä työkaluista Pariisin ilmastosopimuksessa määriteltyjen ilmastomuutoksen lieventämistavoitteiden saavuttamiseksi.

Ilmakehässä on myös typpeä, jota voitaisiin tutkijoiden mukaan hyödyntää paljon enemmän. Myös esimerkiksi heliumia, jota käytetään lääketieteessä MRI-magneettikuvauslaitteissa, voitaisiin ottaa talteen suoraan ilmasta.