Uutta tietoa huipputeknologiasta ja sen hyödyntämisestä, tietoa tulevaisuuden ratkaisuista ja palveluista päätöksenteon tueksi ja liiketoiminnan kehittämiseen. Kohdistettu VTT:n kumppaneille, asiakkaille sekä huipputeknologiasta ja sen sovelluksista kiinnostuneille.
Julkaisu tieteestä, teknologiasta ja liiketoiminnasta

Pasi Vainikka

​Pasi Vainikka.

Ilman hiilidioksidista raaka-aine polttoaineisiin, kemikaaleihin ja ruokaan

Teksti: Tarja Rannisto | Kuva: Teemu Leinonen | 16.11.2017

​Uusiutuvasta energiasta ja ilman hiilidioksidista voidaan valmistaa biopolttoainetta ja muovien raaka-aineita. Lisäksi uutta apua maailman nälänhätään voisi tulla hiilidioksidista valmistetusta proteiinista.

​Suomalaisen Neo-Carbon Energy -hankkeen tavoite on luoda uusiutuvaa energiaa käyttävän energiajärjestelmän perusteet. Idea ja kokonaisstrategia ovat yhdenmukaisia Pariisin ilmastosopimuksen päästötavoitteiden kanssa eli nollata kasvihuonekaasujen päästöt vuoteen 2050 mennessä ja laskettava nettopäästöt negatiivisiksi vuoteen 2100 saakka.

– Koko energiajärjestelmän rakentaminen uudelleen parissa vuosikymmenessä on valtava, ellei mahdoton projekti. Konkreettisen tekniikan pilotoinnin avulla haluamme osoittaa teollisuudelle ja päättäjille, että uusiutuvaan energiaan, kuten aurinkoon ja tuuleen perustuva energiajärjestelmä on mahdollista, kertoo VTT:n johtava tutkija Pasi Vainikka.

Neo-Carbon Energy -hankkeessa tutkijat päätyivät arvioon, että jopa öljyn- ja ruoantuotantoa tulisi voida sähköistää.

Uusiutuvaa polttoainetta ja kemikaaleja

VTT ja Lappeenrannan teknillinen yliopisto (LUT) ovat kehittäneet Soletair-hankkeessa menetelmää valmistaa uusiutuvaa polttoainetta ja kemikaaleja hiilidioksidista.

Pilotointi käynnistyi Lappeenrannassa vuoden 2017 kesäkuussa neljän integroidun yksikön voimin: aurinkovoimala, hiilidioksidia ja vettä ilmasta erottava laitteisto, vetyä elektrolyysin avulla tuottava osa sekä synteesilaite, jolla hiilidioksidista ja vedystä valmistetaan raakaöljyn korvaavaa seosta.

Hankkeen erikoisuutena on suoraan ilmasta tapahtuva hiilidioksidin erotus. VTT:n laitteiston tekniikka on peräisin väestönsuojissa käytetyistä ilmanpuhdistimista ja sitä on edelleen kehitetty VTT:llä. Suomalaisessa laitteessa käytetään kiinteää adsorbenttia.

VTT:n kemiallisessa synteesiyksikössä hiilidioksidi yhdistetään katalyyttisesti vedyn kanssa hiilivedyksi niin sanotussa FischerTropsch-synteesissä. Näin saatua valmistetta voidaan hyödyntää esimerkiksi polttonesteiden raaka-aineena. Synteesiyksikön suurin uutuusarvo on reaktoritekniikassa, jossa hyö- dynnetään mikrorakenteista lämmönvaihdinta. Synteesiyksikkö on näin voitu pakata konttiin mahtuvaan tilaan ilman, että kapasiteetti pienenee.

– Yhteistyökumppanina on viime vuonna toimintansa aloittanut saksalainen spinoffyritys, jolle Soletair-hanke on ensimmäinen suurempi teollinen sovelluskohde, kertoo hankkeen koordinoinnista vastaava johtava tutkija Pekka Simell VTT:ltä.

LUT:n elektrolyysiyksikössä puolestaan aurinkosähköä käytetään vedyn tuottamiseen, joka on synteesiprosessin toinen raaka-aine.

– On kiinnostavaa nähdä, millaisia käytännön kysymyksiä tulee eteen esimerkiksi tiedonkeruuseen, integraattiin ja ohjaamiseen liittyen sekä kuinka hyvin päästään arvioimaan sitä, minkälaisia sisäisiä välivarastoja tarvitaan, Simell pohtii.

– Tämän tyyppisiä, integrointiin liittyviä, vastauksia hankkeessa haetaan ensimmäisenä.

Soletair-hankkeesta hyötyvät muun muassa useat teollisuuden alat. Esimerkiksi hiilidioksidin talteenottoprosessissa ja tehoelektroniikassa on mukana suomalaisia yrityksiä. Hanke herättää mielenkiintoa yrityksissä, jotka ovat kiinnostuneita uudesta teknologiasta uusiutuvan energian varastoimisessa.

Simellin mukaan hanke on vähintään ensimmäisiä, joissa hiilidioksidia otetaan suoraan ilmasta ja käytetään elektrolyysiä vedyn tuottamiseen synteettisten polttonesteiden valmistamiseksi.

– Olemme saavuttaneet paljon huomiota kansainvälisestikin, Simell toteaa.

Soletair – uusiutuvan energiajärjestelmän edelläkävijä

Uusiutuva energiajärjestelmä edellyttää järjestelmän kokonaishallintaa, jossa on huomattavan paljon enemmän toiminnallisia yksiköitä kuin energiajärjestelmässä on nyt. Pienvoimalat, lämpöpumput, autot, energiavarastot, kylmälaitteet, valaistus ja erilaiset koneet ja moottorit tulevat osaksi asioiden internetiä.

– Monella sektorilla ajatellaan vieläkin, että suora sähköistäminen on vaikeaa. Esimerkiksi lento- ja meriliikenteessä sekä materiaalikäytössä ja terästeollisuuden prosesseissa tarvitaan erittäin korkeita lämpötiloja ja siksi näillä aloilla uusi polttoaine olisi varmasti kätevä, kertoo Vainikka, joka on ollut kiinteästi mukana Soletair-hankkeen käynnistämisessä.

– Mitä tulee fossiilisen öljyn korvaamiseen, niin Soletair-pilotillamme halusimme osoittaa teollisuuden alalle ja päättäjille konkreettisesti, että uusiutuvaan energiaan perustuva energiajärjestelmä on nykyteknologialla mahdollista rakentaa.

Hankkeessa on käynnissä viimeiset kokeet, ja polttoainetta on tuotettu noin 100 litraa. Seuraavaksi tavoitteena on tehdä ensimmäinen versio todellisesta, isomman mittakaavan tuotantolaitoksesta.

– Jatkossa Soletair-polttoainetuotannon yksi vaihtoehto on rakentaa yksittäisiä isoja laitoksia. Kiinnostavaa voisi olla myös pienten yksiköiden rakentaminen sarjatuotantoon. Tällöin puhuttaisiin yksiköistä, jotka voisivat minimissään tuottaa kuvaannollisesti sanoen kaksi öljytynnyriä tunnissa, kertoo Vainikka.

– Soletair pyrkii olemaan visionääri ja avaamaan uusia mahdollisuuksia sekä näyttämään, mikä on mahdollista. Meidän tehtävämme tutkijoina ja instituutioina on ottaa sellaista teknologista riskiä, mitä yritykset eivät voi.

Proteiinia ilman peltoja

VTT:n johtava tutkija Juha-Pekka Pitkänen vastaa mikrobiprosessin kehittämisestä LUT:n koordinoimassa Suomen Akatemian hankkeessa, jossa kasvatetaan mikrobeja vesiliuoksessa, johon tuotu sähkö hajottaa veden vedyksi ja hapeksi. Prosessissa käytetään hiilen lähteenä hiilidioksidia ja sähköä energian lähteenä.

Ihmisten aiheuttamista hiilidioksidipäästöistä noin kolmannes syntyy ravinnon tuotannosta ja maankäytön muutoksista. Päästöt jakautuvat kolmeen pääsektoriin: karjaan ja siihen liittyviin metaanipäästöihin, typpilannoitteista syntyvään ilokaasuun sekä maankäytön muutoksiin, kuten metsien raivaamiseen pelloksi, jolloin puihin sitoutunut hiilidioksidi vapautuu ilmakehään.

– Lähdimme ajatuksesta kasvattaa hiilidioksidista ja sähköenergiasta erittäin proteiinipitoisia, syötäväksi kelpaavia mikrobeja. Tarkoituksena on osoittaa, että proteiinia voidaan valmistaa ilman, että tuotetaan lannoite- tai kasvihuonekaasupäästöjä. Lisäksi esimerkiksi aavikolla ja muilla erittäin kuivilla alueilla ihmisten proteiinintarve voidaan tyydyttää ilman kasteluvettä, selventää Pitkänen.

Vaikka hankkeessa ollaan vasta alkuvaiheessa, eli proteiinia voidaan valmistaa yksi gramma noin kahdessa viikossa, se on kuitenkin jo osoittanut, että proteiinin tuottaminen on mahdollista irrottautumalla fotosynteettisistä prosesseista ja sitä kautta maataloudesta.

– Kahvikuppikokoluokan kokeilua siis vielä, joten prosessointia vaaditaan vielä lisää, ennen kuin lopulliseen ruokatuotantoon on mahdollista päästä, Pitkänen toteaa.

– Jos tahdomme kehittää tästä tuottavan tuotantolaitoksen, vuosituotannon tulisi olla noin kaksi miljoonaa kiloa eli 100 miljoonaa annosta, jos noudatetaan 20 gramman proteiinisuositusta annosta kohden.

Tämänhetkinen valmiste sisältää 50 prosenttia proteiinia ja muistuttaa rakenteeltaan kuivahiivaa. Sitä Pitkänen ei vielä varmasti osaa sanoa, tuleeko lopullisesta proteiinivalmisteesta rakenteeltaan esimerkiksi nyhtökauran tai Quornin kaltaista.

Tuotettavasta proteiinista osa menee eläinrehuksi, jolloin viljelysala voi keskittyä ihmispopulaation ravinnon tuotantoon. Hankkeen rahoituksen suhteen Pitkänen on syystä positiivinen:

– Kiinnostusta hanketta kohtaan on. Ruoka koskettaa jokaista, joten on rahoittajillekin helppo kertoa, mistä tässä on kyse.

Samankaltaisia tutkimuksia ja kokeiluja tehdään myös muualla maailmassa. Ensimmäinen tämän tyyppinen tutkimus tehtiin 1960-luvulla, kun alettiin suunnitella avaruuslennoilla tarjottavaa ravintoa. Silloin aurinkopaneelit ja yhteiskunnan sähköistyminen olivat kuitenkin aivan eri tasolla kuin nykyään.

 

 

Impulssihttp://www.vtt.fi/ImpulssiImpulssi
Impulssi 2/2017http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-2-2017.aspxImpulssi 2/2017
Älylasit haastavat kännykänhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Alylasit-haastavat-kannykan.aspxÄlylasit haastavat kännykän
Digitaaliset ekosysteemit valtaavat alaahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digitaaliset-ekosysteemit-valtaavat-alaa.aspxDigitaaliset ekosysteemit valtaavat alaa
Idean jyvistä isoihin innovaatioihinhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Idean-jyvista-isoihin-innovaatioihin.aspxIdean jyvistä isoihin innovaatioihin
Minima Processor Oy – Energiatehokkuuden maailmanennätys kiihdyttää IoT-kehitystähttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Minima-Processor-Oy-Energiatehokkuuden-maailmanennätys-kiihdyttää-IoT-kehitystä.aspxMinima Processor Oy – Energiatehokkuuden maailmanennätys kiihdyttää IoT-kehitystä
VTT:n nuoret tutkijat tekevät tulevaisuuttahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Nuoret-tutkijat-tekevat-tulevaisuutta.aspxVTT:n nuoret tutkijat tekevät tulevaisuutta
Turbiinisiivillä miljoonien säästöihinhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Turbiinisiivet-saastavat-miljoonia.aspxTurbiinisiivillä miljoonien säästöihin
Tulevaisuuden uudet selluloosatuotteet ja niiden sovelluksethttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tulevaisuuden-uudet-selluloosatuotteet-ja-niiden-sovellukset.aspxTulevaisuuden uudet selluloosatuotteet ja niiden sovellukset
Petri Kalliokoski: Tekoäly siirtyy sanoista tekoihinhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Petri-Kalliokoski-Tekoaly-siirtyy-sanoista-tekoihin.aspxPetri Kalliokoski: Tekoäly siirtyy sanoista tekoihin
Digikärjellä kaivokseenhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digikärjella-kaivokseen.aspxDigikärjellä kaivokseen
Kännykällä mielenrauhaahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kannykalla-mielenrauhaa.aspxKännykällä mielenrauhaa
VTT:n spinno GrainSense tuo laboratorion maanviljelijän kouraanhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/VTTn_spinno_GrainSense_tuo_laboratorion-maanviljelijan-kouraan.aspxVTT:n spinno GrainSense tuo laboratorion maanviljelijän kouraan
Salofa tuo pikatestit terveyden ja ympäristön seurantaanhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Salofa-tuo-pikatestit-terveyden-ja-ympariston-seurantaan.aspxSalofa tuo pikatestit terveyden ja ympäristön seurantaan
Tuotteita jätteestä – muovipitoinen orgaaninen jäte otetaan käyttöönhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tuotteita-jätteestä.aspxTuotteita jätteestä – muovipitoinen orgaaninen jäte otetaan käyttöön
Oma osaaminen yhteiseksi hyväksihttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Oma-osaaminen-yhteiseksi-hyvaksi.aspxOma osaaminen yhteiseksi hyväksi
Wärtsilän Jaakko Eskola: Menestymme vain innovoinnilla ja uusiutumisellahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Wärtsilän-Jaakko-Eskolaä-Menestymme-vain-innovoinnilla-ja-uusiutumisella.aspxWärtsilän Jaakko Eskola: Menestymme vain innovoinnilla ja uusiutumisella
Tulevaisuuden arkkitehdit asiallahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tulevaisuuden-arkkitehdit-asialla.aspxTulevaisuuden arkkitehdit asialla
Voiko älykkäiden kaupunkien suorituskykyä mitata?http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Voiko-alykkaiden-kaupunkien-suorituskykya-mitata.aspxVoiko älykkäiden kaupunkien suorituskykyä mitata?
Asiakasasenteen airuethttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Asiakasasenteen-airuet.aspxAsiakasasenteen airuet
Vanha ydintutkimusreaktori poistetaan käytöstä – uusi ydinturvallisuustalo rakenteillahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/FiR-1-tutkimusreaktori-poistetaan-kaytosta.aspxVanha ydintutkimusreaktori poistetaan käytöstä – uusi ydinturvallisuustalo rakenteilla
Impulssi 1/2014http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2014.aspxImpulssi 1/2014
Optinen isotooppispektroskopia: Yhä tarkempia tietoja tutkimuskohteestahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Optinen-isotooppispektroskopia-kehittynyt-merkittavasti.aspxOptinen isotooppispektroskopia: Yhä tarkempia tietoja tutkimuskohteesta
Yhteisöllisiä asumisratkaisuja Suomesta Namibiaanhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Yhteisöllisiä-asumisratkaisuja-Suomesta-Namibiaan.aspxYhteisöllisiä asumisratkaisuja Suomesta Namibiaan
Kovaakin kovempi vientituotehttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kovaakin-kovempi-vientituote.aspxKovaakin kovempi vientituote
Sopiiko elinkaariarviointi poliittisen päätöksenteon tueksi?http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Sopiiko-elinkaariarviointi-poliittisen-päätöksenteon-tueksi.aspxSopiiko elinkaariarviointi poliittisen päätöksenteon tueksi?
Painettu teknologia kutsuu muotoilijoitahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Painettu-teknologia-kutsuu-muotoilijoita.aspxPainettu teknologia kutsuu muotoilijoita
ChemSheet-innovaatioilla tietä uusille ratkaisuillehttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Chemsheet-innovaatioilla-tietä-uusille-ratkaisuille.aspxChemSheet-innovaatioilla tietä uusille ratkaisuille
Mediatuotannossa ja asumispalveluissa valmistaudutaan 5G-verkkoonhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Mediatuotannossa-ja-asumispalveluissa-valmistaudutaan-5G-verkkoon.aspxMediatuotannossa ja asumispalveluissa valmistaudutaan 5G-verkkoon
Puun voimalla biotalouteenhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Puun-voimalla-biotalouteen.aspxPuun voimalla biotalouteen
Laitteet kämmenen kokoisiksihttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Laitteet-kammenen-kokoisiksi.aspxLaitteet kämmenen kokoisiksi
Mallinnuksen ja simuloinnin hyödyntäminen uusissa voimalaitoskonsepteissahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Mallinnuksen-ja-simuloinnin-hyodyntaminen-uusissa-voimalaitoskonsepteissa.aspxMallinnuksen ja simuloinnin hyödyntäminen uusissa voimalaitoskonsepteissa
Ikäteknologia arjen apuna ja turvanahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ikäteknologia-arjen-apuna-ja-turvana.aspxIkäteknologia arjen apuna ja turvana
VTT hyödyntää Fabry-Perot interferometriteknologiaahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Fabry-Perot-interferometriteknologia.aspxVTT hyödyntää Fabry-Perot interferometriteknologiaa
Liiketoimintaa liikenteeseenhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Liiketoimintaa-liikenteeseen.aspxLiiketoimintaa liikenteeseen
Energiavarastojen kysyntä kasvaa vauhdillahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Energiavarastojen-kysynta-kasvaa-vauhdilla.aspxEnergiavarastojen kysyntä kasvaa vauhdilla
Maailma kuluttajien silminhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Maailma-kuluttajien-silmin.aspxMaailma kuluttajien silmin
Digitalisaatio tasoittaa erojahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digitalisaatio-tasoittaa-eroja.aspxDigitalisaatio tasoittaa eroja
Ketterä ja nopea Ponssehttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kettera-ja-nopea-Ponsse.aspxKetterä ja nopea Ponsse
Lämpöaistimus on monen tekijän summahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Lampoaistimus-on-monen-tekijan-summa.aspxLämpöaistimus on monen tekijän summa
Automaatio antaa paketille siivethttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Automaatio-antaa-paketille-siivet.aspxAutomaatio antaa paketille siivet
Uudenlaista liiketoimintaa selluloosastahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Uudenlaista-liiketoimintaa-selluloosasta.aspxUudenlaista liiketoimintaa selluloosasta
Tekoäly paljastaa sydänpotilaan komplikaatioriskinhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tekoaly-paljastaa-sydanpotilaan-komplikaatioriskin.aspxTekoäly paljastaa sydänpotilaan komplikaatioriskin
Bisnesenkeli Sauli Törmälä: Kasvua kansainvälisiltä kentiltähttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Sauli-Tormala-Kasvua-kansainvalisilta-kentilta.aspxBisnesenkeli Sauli Törmälä: Kasvua kansainvälisiltä kentiltä
Maailmalla ei ole parempaa innovaatiomalliahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Maailmalla-ei-ole-parempaa-innovaatiomallia.aspxMaailmalla ei ole parempaa innovaatiomallia
Tehdään totta biotaloudestahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tehdaan-totta-biotaloudesta.aspxTehdään totta biotaloudesta
Kaivostoiminnasta kestävää ja hyväksyttäväähttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kaivostoiminnasta-kestavaa-ja-hyvaksyttavaa.aspxKaivostoiminnasta kestävää ja hyväksyttävää
Kaura on kysyttyä tavaraa maailmallahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kaura-on-kysyttya-tavaraa-maailmalla.aspxKaura on kysyttyä tavaraa maailmalla
Kansainvälinen yrittäjyys ei toteudu hetkessä vaan siihen kasvetaanhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kansainvälinen-yrittäjyys-ei-toteudu-hetkessä-vaan-siihen-kasvetaan.aspxKansainvälinen yrittäjyys ei toteudu hetkessä vaan siihen kasvetaan
Suomalaispyörät pyörivät myös tulevaisuudessahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Suomalaispyörät-pyörivät-myös-tulevaisuudessa.aspxSuomalaispyörät pyörivät myös tulevaisuudessa