Sign In
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
Digitaalinen maailmahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digitaalinen-maailma.aspxDigitaalinen maailma
Impulssi 2/2018https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-2-2018.aspxImpulssi 2/2018
Biotalous ja kiertotaloushttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Biotalous-ja-kiertotalous.aspxBiotalous ja kiertotalous
Älykäs teollisuushttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Älykäs-teollisuus.aspxÄlykäs teollisuus
Vähähiilinen energiahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Vähähiilinen-energia.aspxVähähiilinen energia
Liiketoiminnan kehittäminenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Liiketoiminnan-kehittäminen.aspxLiiketoiminnan kehittäminen
Kestävät ja älykkäät yhteisöthttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kestävät-ja-älykkäät-yhteisöt.aspxKestävät ja älykkäät yhteisöt
Palvelut PK-yrityksillehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Palvelut-PK-yrityksille.aspxPalvelut PK-yrityksille
Terveys ja hyvinvointihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Terveys-ja-hyvinvointi.aspxTerveys ja hyvinvointi
Ikäteknologia arjen apuna ja turvanahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ikäteknologia-arjen-apuna-ja-turvana.aspxIkäteknologia arjen apuna ja turvana
Energiavarastojen kysyntä kasvaa vauhdillahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Energiavarastojen-kysynta-kasvaa-vauhdilla.aspxEnergiavarastojen kysyntä kasvaa vauhdilla
Hybridimenetelmillä uusia ratkaisuja metallien kierrätykseenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/hybridimenetelmilla-uusia-ratkaisuja-metallien-kierratykseen.aspxHybridimenetelmillä uusia ratkaisuja metallien kierrätykseen
Ihmisten jäljillähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ihmisten-jaljilla.aspxIhmisten jäljillä
Infinited Fiber tuo muutoksen tekstiiliteollisuuteenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Infinited-Fiber-tuo-muutoksen-tekstiiliteollisuuteen.aspxInfinited Fiber tuo muutoksen tekstiiliteollisuuteen
Kohti potilaskeskeistä, yksilöllistä terveydenhuoltoahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kohti-potilaskeskeista-yksilollista-terveydenhuoltoa.aspxKohti potilaskeskeistä, yksilöllistä terveydenhuoltoa
Autonominen maailma on jo täällähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Autonominen-maailma-on-jo-taalla.aspxAutonominen maailma on jo täällä
Automaatiolla älykkyyttä liikenteeseenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Automaatiolla-alykkyytta-liikenteeseen.aspxAutomaatiolla älykkyyttä liikenteeseen
Avoimen lähdekoodin infrastruktuuri sähkömekaanisen alan tuotekehityksessähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Avoimen-lahdekoodin-infrastruktuuri-sahkomekaanisen-alan-tuotekehityksessa.aspxAvoimen lähdekoodin infrastruktuuri sähkömekaanisen alan tuotekehityksessä
Digikärjellä kaivokseenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digikärjella-kaivokseen.aspxDigikärjellä kaivokseen
Digitalisoimalla biotalous uudelle tasollehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digitalisoimalla-biotalous-uudelle-tasolle.aspxDigitalisoimalla biotalous uudelle tasolle
Mediatuotannossa ja asumispalveluissa valmistaudutaan 5G-verkkoonhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Mediatuotannossa-ja-asumispalveluissa-valmistaudutaan-5G-verkkoon.aspxMediatuotannossa ja asumispalveluissa valmistaudutaan 5G-verkkoon
Onko tulevaisuudessa jätevettä?https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Onko-tulevaisuudessa-jatevetta.aspxOnko tulevaisuudessa jätevettä?
S-ryhmä uskoo monikanavamalliinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/S-ryhma-uskoo-monikanavamalliin.aspxS-ryhmä uskoo monikanavamalliin
Tehdään totta biotaloudestahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tehdaan-totta-biotaloudesta.aspxTehdään totta biotaloudesta
Teollinen 3D-tulostus nousukiidossahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Teollinen-3D-tulostus-nousukiidossa.aspxTeollinen 3D-tulostus nousukiidossa
Tulevaisuuden 5G-verkko etenee koekäyttöön Oulussahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tulevaisuuden-5G-verkko-etenee-koekayttoon-oulussa.aspxTulevaisuuden 5G-verkko etenee koekäyttöön Oulussa
Digitaaliset ekosysteemit valtaavat alaahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digitaaliset-ekosysteemit-valtaavat-alaa.aspxDigitaaliset ekosysteemit valtaavat alaa
Maailmalla ei ole parempaa innovaatiomalliahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Maailmalla-ei-ole-parempaa-innovaatiomallia.aspxMaailmalla ei ole parempaa innovaatiomallia
Tuottoa sijoituksillehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tuottoa-sijoituksille.aspxTuottoa sijoituksille
Uusi agenda tehostaa tutkimusinfran käyttöähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Uusi-agenda-tehostaa-tutkimusinfran-käyttöä.aspxUusi agenda tehostaa tutkimusinfran käyttöä
Robotiikka – monien mahdollisuuksien tekniikkaahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Robotiikka-–-monien-mahdollisuuksien-tekniikkaa.aspxRobotiikka – monien mahdollisuuksien tekniikkaa
Uudenlaista liiketoimintaa selluloosastahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Uudenlaista-liiketoimintaa-selluloosasta.aspxUudenlaista liiketoimintaa selluloosasta
Impulssi 1/2018https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2018.aspxImpulssi 1/2018
Suomi on hyvä investointihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Suomi-on-hyva-investointi.aspxSuomi on hyvä investointi
Energiaratkaisut ja 2050-tavoitteethttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Energiaratkaisut-ja-2050-tavoitteet.aspxEnergiaratkaisut ja 2050-tavoitteet
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”
Röntgenkuvantaminen uudelle tasollehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Rontgen-kuvantaminen-uudelle-tasolle.aspxRöntgenkuvantaminen uudelle tasolle
Energia-ala varautuu yhdessä kyberuhkiinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Energia-ala-varautuu-yhdessa-kyberuhkiin.aspxEnergia-ala varautuu yhdessä kyberuhkiin
Intohimo siivittää tutkimustahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/intohimo-siivittaa-tutkimusta.aspxIntohimo siivittää tutkimusta
Hienokemia tarvitsee biopohjaisia aromaattejahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Hienokemia-tarvitsee-biopohjaisia-aromaatteja.aspxHienokemia tarvitsee biopohjaisia aromaatteja
Kolmiulotteinen virtuaalitodellisuus ja lisätty todellisuus – Kohti uusia maailmojahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kolmiulotteinen-virtuaalitodellisuus-ja-lisätty-todellisuus-Kohti-uusia-maailmoja.aspxKolmiulotteinen virtuaalitodellisuus ja lisätty todellisuus – Kohti uusia maailmoja
Suomalainen polttokennotekniikka pyrkii maailmallehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Suomalainen-polttokennotekniikka-pyrkii-maailmalle.aspxSuomalainen polttokennotekniikka pyrkii maailmalle
Salofa tuo pikatestit terveyden ja ympäristön seurantaanhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Salofa-tuo-pikatestit-terveyden-ja-ympariston-seurantaan.aspxSalofa tuo pikatestit terveyden ja ympäristön seurantaan
Autonomiset järjestelmät yleistyvät teollisuudessa nopeastihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Autonomiset-jarjestelmat-yleistyvat-teollisuudessa-nopeasti.aspxAutonomiset järjestelmät yleistyvät teollisuudessa nopeasti
LEO tuo älyä sylintereihinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/LEO-tuo-alya-sylintereihin.aspxLEO tuo älyä sylintereihin
Lämpöaistimus on monen tekijän summahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Lampoaistimus-on-monen-tekijan-summa.aspxLämpöaistimus on monen tekijän summa
Älypuhelinsovelluksella työhyvinvointia tehdasympäristöönhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Alypuhelinsovelluksella-tyohyvinvointia-tehdasymparistoon.aspxÄlypuhelinsovelluksella työhyvinvointia tehdasympäristöön
IPR edellä ulkomaillehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/IPR-edella-ulkomaille.aspxIPR edellä ulkomaille
Yhteisöllisiä asumisratkaisuja Suomesta Namibiaanhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Yhteisöllisiä-asumisratkaisuja-Suomesta-Namibiaan.aspxYhteisöllisiä asumisratkaisuja Suomesta Namibiaan