Sign In

Bio-CO2 - Biopohjaisen hiilidioksidin arvoketjut

Tausta

Hiilidioksidin talteenotto ja hyötykäyttö – mitä ja miksi?

Hiilidioksidin talteenotolla ja hyötykäytöllä (CCU, Carbon Capture and Utilisation) tarkoitetaan prosesseja, joissa hiilidioksidi otetaan ensin talteen – joko pistelähteistä tai suoraan ilmasta – ja käytetään sitten lisäarvoa tuottavien prosessien raaka-aineena. Toisin sanoen kyse on siis hiilidioksidin näkemisestä raaka-aineena eikä haitallisena kasvihuonekaasuna. Hiilidioksidille on monia, toisistaan paljon eroavia käyttökohteita. Siitä voidaan valmistaa yhtälailla mm. synteettisiä polttoaineita tai perus- ja erikoiskemikaaleja kuin myös polymeerejä muoviteollisuuteen tai rakennusmateriaaleja.

Tärkeimpiä syitä kiinnostukselle hiilidioksidin hyötykäyttöä kohtaan ovat:

  • tarve vähentää riippuvuutta fossiilista raaka-aineista
  • ilmastonmuutoksen hillitseminen
  • sähkön tuotannon ja kulutuksen tasapainotus tuuli- ja aurinkoenergian lisääntyessä

Fossiilisista kohti uusiutuvia ja kiertotaloutta

Hiilidioksidin talteenotto ja hyötykäyttö mahdollistaa kestävät, pelkästään uusiutuvia raaka-aineita ja energiaa hyödyntävät prosessit. Tämä vähentää riippuvuutta fossiilisista raaka-aineista ja täten parantaa energiaomavaraisuutta ja -turvallisuutta sekä mahdollisesti hillitsee myös hintavaihteluja. Samalla vauhditetaan siirtymistä kiertotalouteen ja parannetaan yritysten kilpailukykyä uusien, kestävämpien prosessien kautta sekä luodaan uusia liiketoimintamahdollisuuksia.

Valmistamalla polttoaineita ja kemikaaleja sähköstä ja hiilidioksidista, on mahdollista sähköistää epäsuorasti myös sellaiset prosessit tai tuotteet, joiden suora sähköistäminen on haastavaa. Esimerkiksi siirtyminen sähköautoihin on toimiva ratkaisu henkilöliikenteeseen, mutta raskas liikenne ja erityisesti lentoliikenne tulevat tarvitsemaan liikennepolttoaineita vielä kauan – tässä on liiketoimintamahdollisuus hiilidioksidin hyötykäytölle.

Ilmastohyötyjen arviointi vaatii elinkaaritarkastelun

Vaikka hiilidioksidin hyötykäyttö on lähellä hiilidioksidin talteenottoa ja varastointia (CCS, Carbon Capture and Storage), niiden vaikutusmekanismit hiilidioksidipäästöjen vähentämisessä eroavat toisistaan. Siinä missä CCS-sovelluksissa hiilidioksidi varastoidaan pysyvästi geologisiin varastoihin, vapautuu se monissa hyötykäyttösovelluksissa – kuten esimerkiksi polttoaineiden tai kemikaalien valmistuksessa – jo melko pian takaisin ilmakehään. Näissä tapauksissa ilmastohyödyt tulevat siitä, että vastaavien fossiilisten tuotteiden käyttö vähenee. Lopulta tavoite tulisi olla hyödyntää bioperäistä tai suoraan ilmasta talteenotettua hiilidioksidia.

On myös oleellista huomata, että hiilidioksidi itsessään ei sisällä energiaa. Hiilidioksidista synteettisiä polttoaineita valmistettaessa energia tuodaan prosessiin yleensä joko suoraan sähkönä tai useammin vedestä sähkön avulla valmistetun vedyn muodossa. Ilmastonäkökulmasta sähkön päästökertoimella on keskeinen rooli.

Hiilidioksidin hyötykäyttövaihtoehtojen kirjo on suuri ja eri vaihtoehtojen ilmastovaikutukset ja -mekanismit eroavat. Oleellisia huomioitavia seikkoja ovat muun muassa se kuinka pitkäksi aikaa hiilidioksidin sitoutuu, mikä on prosessin energiantarve ja -lähde sekä korvattavan tuotteen hiilijalanjälki. Merkittävien positiivisten ilmastovaikutusten varmistamiseksi jokaisesta CCU-prosessista tulisikin aina suorittaa elinkaariarviointi (LCA, life cycle analysis).

Sähkön tuotanto ja kulutus tasapainoon

Yksi suurimmista haasteista siirryttäessä täysin uusiutuvaan ja paljon vaihtelevaa aurinko- ja tuulienergiaa sisältävään energiajärjestelmään, on energian tuotannon ja kulutuksen tasapainon säilyttäminen kaikkina ajanhetkinä. Ratkaisuina tähän haasteeseen on esitetty esimerkiksi siirtoyhteyksien kehittämistä ja laajentamista, kysyntäjoustoa sekä energian varastointia. Synteettisten polttoaineiden valmistus hiilidioksidista ja sähköstä ajanhetkinä, jolloin sähköä on verkossa ylimäärin, on yksi lupaava ratkaisu erityisesti kausittaiseen energian varastointiin.

Hiilidioksidia voidaan hyödyntää – mutta ei kaikkea!

Verrattuna ihmisen aiheuttamiin hiilidioksidipäästöihin, hiilidioksidin hyötykäytön potentiaali on rajallinen. Arvioitu pitkän aikavälin hyötykäyttöpotentiaali on kertaluokkaa – ja nykyinen hyötykäyttö kahta kertaluokkaa – pienempi kuin nykyiset hiilidioksidipäästöt. [1,2]

Nykyisin valtaosa hyödynnettävästä hiilidioksidista käytetään urean ja epäorgaanisten karbonaattien valmistuksessa sekä tehostamaan metanolin tuotantoa. [2] Näissä käyttökohteissa hyödynnetään hiilidioksidia, joka on vapautettu prosessien aiemmissa vaiheissa. 'Todelliset', esimerkiksi savukaasuista talteenotettua hiilidioksidia ja sähköä hyödyntävät sovellukset ovat vasta demonstraatioasteella. Näin ollen uusille sovelluksille on valtavasti kasvupotentiaalia. Siitä huolimatta on selvää, että hiilidioksidin hyötykäyttö ei yksin tule ratkaisemaan ilmastonmuutosta, mutta sillä voi silti olla merkittävä rooli. Kysymys ei ole joko tai – ilmastonmuutoksen hillintä tarvitsee useiden eri ratkaisujen yhteispeliä.

 potentiaali.png

[1] von der Assen, N. et al (2016). Selecting CO2 Sources for CO2 Utilization by Environmental-Merit-Order Curves, Environmental Science & Technology, 50 (3),  ss. 1093-1101.

[2] Aresta, M. et al. (2013). The changing paradigm in CO2 utilization, Journal of CO2 Utilization, 3–4, ss. 65–73.