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.

 

 

VTT Impulssihttps://www.vtt.fi/ImpulssiVTT Impulssi
Tekoäly paljastaa sydänpotilaan komplikaatioriskinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tekoaly-paljastaa-sydanpotilaan-komplikaatioriskin.aspxTekoäly paljastaa sydänpotilaan komplikaatioriskin
Impulssi 1/2018https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2018.aspxImpulssi 1/2018
Matti Apunen: Ennen kuin tieto hukkuu numeroihinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ennen-kuin-tieto-hukkuu-numeroihin.aspxMatti Apunen: Ennen kuin tieto hukkuu numeroihin
Ihmisten jäljillähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ihmisten-jaljilla.aspxIhmisten jäljillä
Kohti uutta syöpähoitoa soluseulonnallahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kohti-uutta-syopahoitoa-soluseulonnalla.aspxKohti uutta syöpähoitoa soluseulonnalla
Maailma vuonna 2030 – vastauksia huomisen kysymyksiinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Maailma-vuonn-2030-vastauksia-huomisen-kysymyksiin.aspxMaailma vuonna 2030 – vastauksia huomisen kysymyksiin
Matti Apunen: Ongelma nimeltä huippuosaajahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Matti-Apunen-Ongelma-nimelta-huippuosaaja.aspxMatti Apunen: Ongelma nimeltä huippuosaaja
Kun osaat mitata, osaat parantaahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/MIKES-tekee-vaativia-mittauksia-teollisuuden-kayttoon.aspxKun osaat mitata, osaat parantaa
Muutosjohtamisen luova voimahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Muutosjohtamisen-luova-voima.aspxMuutosjohtamisen luova voima
Suomella osaaminen globaaleihin ongelmiinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Suomella-osaaminen-globaaleihin-ongelmiin.aspxSuomella osaaminen globaaleihin ongelmiin
Erkki KM Leppävuori: Tehoa tutkimukseenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tehoa-tutkimukseen.aspxErkki KM Leppävuori: Tehoa tutkimukseen
Teknologiahypestä asiakasymmärrykseenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Teknologiahypesta-asiakasymmarrykseen.aspxTeknologiahypestä asiakasymmärrykseen
Teollisuuden kyberturvallisuus paranee yhteistyöllähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Teollisuuden-kyberturvallisuus-paranee-yhteistyolla.aspxTeollisuuden kyberturvallisuus paranee yhteistyöllä
Tositoimia Suomen nostamiseksihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tositoimia-Suomen-nostamiseksi.aspxTositoimia Suomen nostamiseksi
Yritysten ja tutkijoiden löydettävä toisensa uudella tavallahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Yritysten-ja-tutkijoiden-loydettava-toisensa-uudella-tavalla.aspxYritysten ja tutkijoiden löydettävä toisensa uudella tavalla
Plasmakäsittely kirittää materiaalikehitystähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Plasmakasittely-kirittaa-materiaalikehitysta.aspxPlasmakäsittely kirittää materiaalikehitystä
ChemSheet-innovaatioilla tietä uusille ratkaisuillehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Chemsheet-innovaatioilla-tietä-uusille-ratkaisuille.aspxChemSheet-innovaatioilla tietä uusille ratkaisuille
Tulevaisuuden sensorihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tulevaisuuden-sensori.aspxTulevaisuuden sensori
Painettu teknologia kutsuu muotoilijoitahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Painettu-teknologia-kutsuu-muotoilijoita.aspxPainettu teknologia kutsuu muotoilijoita
LEO tuo älyä sylintereihinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/LEO-tuo-alya-sylintereihin.aspxLEO tuo älyä sylintereihin
Maailma kuluttajien silminhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Maailma-kuluttajien-silmin.aspxMaailma kuluttajien silmin
Tehdään totta biotaloudestahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tehdaan-totta-biotaloudesta.aspxTehdään totta biotaloudesta
Automaatio antaa paketille siivethttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Automaatio-antaa-paketille-siivet.aspxAutomaatio antaa paketille siivet
Kvanttinormaaleita uudistuvalle SI-järjestelmällehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kvanttinormaaleita-uudistuvalle-SI-jarjestelmalle.aspxKvanttinormaaleita uudistuvalle SI-järjestelmälle
Ledikalvot taipuvat kansanlampusta lentokoneisiinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ledikalvot-taipuvat-kansanlampusta-lentokoneisiin.aspxLedikalvot taipuvat kansanlampusta lentokoneisiin
Petri Kalliokoski: Tekoäly siirtyy sanoista tekoihinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Petri-Kalliokoski-Tekoaly-siirtyy-sanoista-tekoihin.aspxPetri Kalliokoski: Tekoäly siirtyy sanoista tekoihin
Uutta virtaa elektroniikkateollisuuteenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Uutta-virtaa-elektroniikkateollisuuteen.aspxUutta virtaa elektroniikkateollisuuteen
Voiko älykkäiden kaupunkien suorituskykyä mitata?https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Voiko-alykkaiden-kaupunkien-suorituskykya-mitata.aspxVoiko älykkäiden kaupunkien suorituskykyä mitata?
Voiko ympäristöväittämiin luottaa?https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Voiko-ymparistovaittamiin-luottaa.aspxVoiko ympäristöväittämiin luottaa?
Kitka ja kasvihuonepäästöt kuriin materiaalien digitoinnillahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kitka-ja-kasvihuonepaastot-kuriin-materiaalien-digitoinnilla.aspxKitka ja kasvihuonepäästöt kuriin materiaalien digitoinnilla
Kyberturvallisuus vaatii muutakin kuin teknologiaosaamistahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kyberturvallisuus-vaatii-muutakin-kuin-teknologiaosaamista.aspxKyberturvallisuus vaatii muutakin kuin teknologiaosaamista
Suomi matkalla kohti vähähiilistä vuotta 2050https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tyhjä-artikkeli-3-numerolle-1.aspxSuomi matkalla kohti vähähiilistä vuotta 2050
Impulssi 2/2014https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-2-2014.aspxImpulssi 2/2014
Impulssi 1/2014https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2014.aspxImpulssi 1/2014
Impulssi 1/2016https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2016.aspxImpulssi 1/2016
Panimolaboratorio – Paremman oluen puolestahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Panimolaboratorio-paremman-oluen-puolesta.aspxPanimolaboratorio – Paremman oluen puolesta
Älylasit haastavat kännykänhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Alylasit-haastavat-kannykan.aspxÄlylasit haastavat kännykän
Pekka Soinin Business Finland on yritysten ”kansainvälistymiskanava”https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Pekka-Soinin-Business-Finland-on-yritysten-kansainvalistymiskanava.aspxPekka Soinin Business Finland on yritysten ”kansainvälistymiskanava”
Digitalisoimalla biotalous uudelle tasollehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digitalisoimalla-biotalous-uudelle-tasolle.aspxDigitalisoimalla biotalous uudelle tasolle
IPR edellä ulkomaillehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/IPR-edella-ulkomaille.aspxIPR edellä ulkomaille
Teollinen 3D-tulostus nousukiidossahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Teollinen-3D-tulostus-nousukiidossa.aspxTeollinen 3D-tulostus nousukiidossa
Tuottoa sijoituksillehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tuottoa-sijoituksille.aspxTuottoa sijoituksille
Digitalisaatio tasoittaa erojahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digitalisaatio-tasoittaa-eroja.aspxDigitalisaatio tasoittaa eroja
Kestävästi lankaa puukuidustahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kestavasti-lankaa-puukuidusta.aspxKestävästi lankaa puukuidusta
Tua Huomo: Energiantuotanto ja -käyttö – fiksut valinnat vaikuttavathttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Energiantuotanto-ja-kaytto–fiksut-valinnat-vaikuttavat.aspxTua Huomo: Energiantuotanto ja -käyttö – fiksut valinnat vaikuttavat
Energiaministeri laajentaisi päästökauppaahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Energiaministeri-laajentaisi-paastokauppaa.aspxEnergiaministeri laajentaisi päästökauppaa
Solar Foods Oy: Räätälöityä ravintoa avaruustutkimuksen malliinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Solar-Foods-Oy-Raataloitya-ravintoa-avaruustutkimuksen-malliin.aspxSolar Foods Oy: Räätälöityä ravintoa avaruustutkimuksen malliin
Energiaratkaisut ja 2050-tavoitteethttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Energiaratkaisut-ja-2050-tavoitteet.aspxEnergiaratkaisut ja 2050-tavoitteet
Mies, jota optimismi ja uteliaisuus vievät eteenpäinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Mies-jota-optimismi-ja-uteliaisuus-vievat-eteenpain.aspxMies, jota optimismi ja uteliaisuus vievät eteenpäin