Kooste: Energialähteitä vedestä ja hiilidioksidista

Tulevaisuudessa tarvitaan hiilineutraali energiajärjestelmä, fossiilisten polttoaineiden käytön rajoittamista ja uusiutuvia energialähteitä, mikäli halutaan saavuttaa Pariisin ilmastosopimuksen tavoitteet maapallon ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden rajoittamiseksi. Maapallon energiatalous perustuu suurelta osin fossiilisten polttoaineiden käyttöön, jolloin niihin sitoutunut hiili vapautuu ja lisää ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta. Tutkaksen aamukuulemisessa 2.6.2017 kuultiin, minkälaisia energialähteitä saadaan tuotettua vedestä ja hiilidioksidista auringonvalon ja tuulivoiman avulla.

aro_vainikka

Uushiili energiataloudessa

Fossiilisten polttoaineiden sisältämä energia on alkuperin ollut kasvien sitomaa aurinkoenergiaa. Aikojen kuluessa kasvibiomassa on muuntunut hiilivedyiksi, maakaasuksi, maaöljyksi ja kivihiileksi, joita poltetaan energian tuottamiseksi tai käytetään petrokemian raaka-aineena esimerkiksi muoveihin.

Miltä kuulostaisi tuottaa polttoaineita, maakaasua tai öljyä, ilmakehän hiilidioksidista aurinko- tai tuulivoiman avulla?  Tätä teknologiaa kehitetään VTT:n, Lappeenrannan teknillisen yliopiston ja Turun yliopiston tulevaisuuden tutkimuskeskuksen yhteisessä Neo-Carbon Energy hankkeessa.  Neo-carbon- eli uushiiliteknologiassa ilmakehän hiilidioksidista tuotetaan synteettisiä hiilivety-yhdisteitä sähköllä. Samalla energia varastoituu syntyviin tuotteisiin kemiallisena energiana. Uushiiliteknologian tuotteita ovat esimerkiksi synteettinen öljy ja maakaasu.

Ilmakehän hiilidioksidista valmistettujen synteettisten polttoaineiden käyttö on hiilineutraalia. Pohjimmiltaan kyse on hiilen kiertotaloudesta. Nykyinen fossiilisiin polttoaineisiin pohjautuva energiajärjestelmä vapauttaa maaperässä varastoituneena olevan hiilen, ja ilmakehän hiilidioksidipitoisuus lisääntyy. Uushiilitekniikassa ilmakehän hiilidioksidi kiertää eikä sen määrä lisäänny. Tästä juontuu myös teknologian nimi neo-carbon eli uushiili.

Uushiiliteknologian tuotteet ratkaisevat tuuli- ja aurinkoenergian pitkäaikaisen varastoimisen ongelmat. Synteettisen öljyn ja kaasun varastoinnille, kuljetukselle ja käytölle on olemassa pitkät perinteet, ja ne voivat myös hyödyntää jo olemassa olevia energiateollisuuden rakenteita ja tuotantolaitoksia. Synteettinen maakaasu toimii sähköntuotannossa siinä kuin fossiilinen maakaasu. Myös liikenne voi hyödyntää synteettisiä polttoaineita, vaikka fossiilista polttoaineista luovuttaisiinkin. Yksi tärkeimmistä käyttökohteista on lentoliikenne, jonka ennakoidaan kaksinkertaistuvan 2040-2050 mennessä.

Aurinkopolttoaineet

Kasvit pystyvät tuottamaan auringon energian avulla orgaanisia aineita fotosynteesissä eli yhteyttämisessä. Samalla aurinkoenergia sitoutuu ja muuntuu kemialliseksi energiaksi. Yhteyttämisen lähtöaineita ovat hiilidioksidi ja vesi, lisäksi tarvitaan valon energiaa.  Lopputuotteena syntyy hiilihydraatteja, joista solun biokemialliset reaktiot tuottavat edelleen muita yhdisteitä. Fotosynteesikoneisto on erittäin tehokas, sillä se pystyy hajottamaan vesimolekyylin vedyksi ja hapeksi. Fotosynteesi mahdollistaa maapallon kaiken ravinnontuotannon viljelykasvien ja rehuntuotannon kautta ja tuottaa kasvibiomassaa hyödynnettäväksi esimerkiksi polttoaineina. Myös fossiiliset polttoaineet ovat syntyneet aikojen saatossa kasvibiomassasta.

Puubiomassa on perinteinen polttoaine. Se on kuitenkin melkoisen tehoton, sillä vain noin 0,2% fotosynteesissä sidotusta energiasta on jäljellä biomassassa. Lisäksi metsien käyttö bioenergiana aiheuttaa negatiivisia ilmastovaikutuksia. Puuhun sitoutunut hiili vapautuu poltettaessa, ja kestää keskimäärin 40 vuotta ennen kuin se on taas sitoutunut kasvaviin puihin. Polttoainetuotannossa tulisi suosia nopean elinkierron kasveja ja leviä.

Kasvien kykyä sitoa aurinkoenergiaa  –  normaalin kasvien kasvun lisäksi  –  hyödynnetään polttoainetuotannossa kahdella eri tavalla. Fotosynteesin periaatetta voidaan matkia ja rakentaa keinotekoisia fotosynteesikoneistoja. Lopputuotteita ovat vety tai hiilipohjaiset polttoaineet. Suorat aurinkopolttoaineet syntyvät, kun yhteyttämiskoneistoa muokataan tuottamaan yhdisteitä, jotka käyvät polttoaineiksi. Tällöin tuotantoa hidastava, tehoton biomassavaihe jää kokonaan pois.

Turun yliopiston primaarituottajien huippuyksikössä tutkitaan, miten kasvimolekyylibiologia mahdollistaa yhteyttävien organismien käytön aurinkopolttoaineiden tuottamisessa. Tavoitteena on hyödyntää sinibakteereja tehokkaina ja hiilineutraaleina, aurinkopolttoaineiden ja muiden kemikaalien tuottajina. Soveltavan tutkimuksen lisäksi huippuyksikkö keskittyy fotosynteesin perustutkimukseen.

"Tiede on kuin taikuutta mutta totta"

Suomi on edelläkävijä tuuli- ja aurinkoenergiaa hyödyntävän uushiiliteknologian kehitystyössä. Vastaavasti suomalainen fotosynteesitutkimus on huipputasoa. Uudet energiaratkaisut vaativat innovaatioiden lisäksi poliittista tahtoa ja kunnianhimoisia ilmastotavoitteita toteutuakseen. Tämä koskee niin julkisen tutkimusrahoituksen ohjaamista kohdennetusti kuin halua suunnata kehitystä kohti uutta energiataloutta.

"Tiede on kuin taikuutta mutta totta" todettiin tulevaisuuden energiaratkaisuista puhuttaessa. Lappeenrannan teknillisen yliopiston ja VTT:n Soletair (l. auringosta ja ilmasta) –pilottilaitos vihitään käyttöön kesäkuussa 2017.

***

Tutkaksen aamukuuleminen "Biopolttoaineita auringonvalosta ja tuulesta" järjestettiin perjantaina 2.6.2017 Eduskunnan Pikkuparlamentin Kansalaisinfossa. Asiantuntijoina olivat johtava tutkija, dosentti Pasi Vainikka, VTT, Neo-Carbon Energy tutkimushankkeesta  ja akateemikko Eva-Mari Aro, Turun yliopisto, Primaarituottajien molekyylibiologian huippuyksiköstä.  Tilaisuuden avasi Tutkaksen puheenjohtaja, edustaja Sanna Lauslahti ja päätössanat lausui edustaja Merja Mäkisalo-Ropponen, tulevaisuusvaliokunnan varapuheenjohtaja. Moderaattorina oli ja koosteen kirjoitti Tiedonjulkistamisenneuvottelukunnan pääsihteeri Reetta Kettunen. Tilaisuus järjestettiin yhteistyössä Ympäristötiedon foorumin kanssa.

Tutkijoiden ja kansanedustajien seura Tutkas, eduskunnan tulevaisuusvaliokunta ja Tiedonjulkistamisen neuvottelukunta järjestävät Pikkuparlamentin Kansalaisinfossa yleisölle avoimet kuulemistilaisuudet ajankohtaisista teemoista. Aamukuulemiset jatkuvat syyskuussa 2017.

Lisälukemista:

Tilaisuuden materiaalit

Neo-Carbon Energy-hanke

Soletair pilotlaitos

Primaarituottajien huippuyksikkö

Euroopan tiedeakatemioiden yhteistyöjärjestön EASAC:in raportti "Multi-functionality and sustainability in the European Union’s forests"
Raportti
Suomenkielinen tiivistelmä

Tilaa uutiskirjeemme niin pysyt ajan tasalla tulevista
tapahtumista ja julkaisuista

Liity sähköpostilistalle

Tilaamalla uutiskirjeen pysyt ajan tasalla YTF:n tulevista tapahtumista ja julkaisuista. Rekisteriseloste

[contact-form-7 id="1569" title="newsletter"]