Hiilidioksidin hyötykäyttö parantaa kannattavuutta

Hiili talteen savukaasuista

09.12.2022, kello 09:58

Teksti Heikki Jaakkola | Kuva Scanstockphoto

Hiilidioksidin sieppaaminen savukaasuista on edennyt tahmeasti. Teknisesti ratkaisu on toimiva, mutta se on yhä taloudellisesti kannattamatonta. Kannattavuus kohenee, jos hiilidioksidia käytettäisiin teollisuuden raaka-aineena.

Hiilidioksidin talteenotosta on toivottu ratkaisua ilmastonmuutoksen torjuntaan jo pitkään. Vaikka tekniikka on tunnettua, on hiilidioksidin kaappaaminen savukaasuista edennyt hitaasti.

CCS:n eli Carbon Capture and Storage -teknologian käytön keskeinen ongelma on suuri energiankulutus sekä korkeat kustannukset. Jos savukaasuista siepattu hiilidioksidi nesteytetään ja sidotaan maaperän sedimentteihin tai varastoidaan merenpohjaan, ei hiilidioksidi enää lämmitä ilmakehää, mutta ei siitä ole mitään hyötyäkään. Teollisen toiminnan näkökulmasta hiilidioksidin talteenotto ja varastointi ovat siis pelkkä kustannus.

Siksi talteenotetun hiilidioksidin hyötykäyttö — CCU (Carbon Capture & Use) — on paljon kiinnostavampaa. Se parantaa toiminnan kannattavuutta.

Käyttöä savukaasuista kaapatulle hiilelle kyllä löytyy.

VTT:n teollisuuden energiaan ja vetyyn keskittyneen tutkimusalueen johtaja Antti Araston mukaan hiiltä voitaisiin käyttää synteettisten polttoaineiden tai vetyä varastoivien yhdisteiden komponenttina. Yksi määrällisesti merkittävä hiilinielu on betonin valmistus. Betoniteollisuudessa tutkitaan parhaillaan mahdollisuutta lisätä betoniin hiiltä, joka samalla voi parantaa myös betonin laatua.

Aivan uusi suomalainen avaus on peräisin elintarviketeollisuudesta. Solar Foods -niminen spin off -yritys on jo esitellyt ravintokäyttöön tarkoitetun synteettisen, hiiltä sisältävän proteiinin. Nyt yritys yrittää saada proteiinilleen ravintoaineen statuksen.

— Hiilidioksidia sisältävälle proteiinille ei tietääkseni ole maailmalla kilpailijaa, eli kyse on edelläkävijähankkeesta, Arasto huomauttaa.

Araston mukaan savukaasuista siepattua hiilidioksidia voi hyödyntää myös lämpöneristeiden ja erilaisten muovien valmistuksessa.

Pelisäännöt vasta tekeillä

Kun savukaasuista kaapattu hiili varastoidaan pois kierrosta, on jokaisella kaapatulla hiilitonnilla periaatteessa päästökiintiön arvo. Jos talteenotettu hiilidioksidi käytetään teollisuudessa, ei toiminnan ilmastovaikutusten arviointi ole yhtä selkeää.

Ilmakehän hiilitasetta ajatellen talteenotetun hiilidioksidin pitäisi pysyä poissa ilmakehästä useita kymmeniä vuosia tai jopa sata vuotta. Tämä ei välttämättä toteudu silloin, kun hiilidioksidi käytetään teollisuuden raaka-aineena. Esimerkiksi polttoaineen komponenttina tai virvoitusjuoman ponnekaasuna käytetty hiilidioksidi karkaa ilmakehään hyvin lyhyellä viiveellä. Lämpöeristeen raaka-aineena käytetyn hiilidioksidin viipymä on pidempi, mutta pitkäikäisenä muovi- tai hiilikuitumateriaalina käytettynä viipymä voi venähtää hyvinkin pitkäksi.

Entä jos fossiilisen polttoaineen palokaasuista kaapattu hiili käytetään synteettisen polttoaineen valmistukseen, jolla korvataan fossiilisten polttoaineiden käyttöä?

Kun hiilensidonnan ilmastovaikutuksia arvioidaan, ei Araston mielestä talteenoton vaikutuksia saa kuitenkaan ”tuplata”. Tuplaaminen tarkoittaa sitä, että hyöty lasketaan kahteen kertaan: talteenoton ja hiilidioksidista valmistetun synteettisen polttoaineen käytön yhteydessä.

— Ilmastovaikutukseen liittyvän laskennan kehittämisen on kova haaste regulaation valmistelijoille. Pelisääntöjä ollaan vasta rakentamassa Suomessa, EU:ssa ja koko maailmassa.

Kaikki keinot käyttöön

Araston mielestä ilmastomuutoksen hillintä edellyttää nyt kaikkien keinojen käyttämistä. Työkalupakkiin kuluu myös hiilidioksidin talteenottotekniikat. Tekniset kokemukset ovat Araston mukaan hyviä, mikä näkyy myös kokeiluhankkeiden runsautena.

— Pohjameren alueella Hollanti, Belgia, Iso-Britannia ja Norja ovat aktiivisia. Niiden tavoitteena on varastoida kaapattu hiilidioksidi Pohjanmeren pohjaan.

Arasto kertoo, että Norjan Sleipnerissä hiilidioksidia on varastoitu menestyksellisesti jo 1990-luvulta lähtien. Alueen merenpohja on huokoista kiveä, jonka kanssa hiilidioksidi reagoi kemiallisesti pitkän ajan kuluessa ja päätyy lopulta hyvin vakaaseen tilaan.

— Hiilidioksidi ei pyri karkailemaan edes varastoinnin alkuvaiheessa merenpohjasta, koska hiilidioksidi on samassa hydrostaattisessa paineessa ympäristönsä kanssa. Se ei siis pyri nousemaan kohti pintaa.

Sähköä kemialliseksi energiaksi

Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa hiilidioksidista valmistetaan kalsiumkarbonaattia. Professori Tuomas Koiranen kertoo, että kalsiumkarbonaatille on paljon kysyntää täyteaineena elintarvike-, paperi- ja maaliteollisuudessa.

Lappeenrannassa on tutkittu myös hiiltä hyödyntävää metanolisynteesiä. Koirasen mukaan metanoli olisi hyvä reitti valmistaa muitakin aineita.

— Uusi osaaminen voi tehostaa saantoa prosessissa, jossa sähköenergia varastoidaan kemialliseksi energiaksi ja takaisin sähköksi.

Koiranen kertoo, että Lappeenrannan teknillinen yliopisto ja Tampereen yliopisto kehittävät yhteistyössä myös uusien hiilimuotojen hallittua tuottamista. Tämä mahdollistaisi uudenlaisten nanomittakaavan hiiliputkien, -sipulien ja muiden muotojen tuottamisen hiiliatomeista.

Synteettistä kaasua rekkojen polttoaineeksi

Espoolainen Ren Gas valmistelee jo synteettisen metaanipolttoaineen tuotantoa teollisessa mittakaavassa. Kehitysjohtaja Matti Rautkivi kertoo, että yritys suunnittelee viittä power-to-gas-laitosta Mikkeliin, Poriin, Tampereelle, Kotkaan ja Lahteen. Ne sijoitetaan voimalaitosten yhteyteen.

Laitosten tuottaman kaasun käyttäjiksi on kaavailtu raskasta rekkaliikennettä. Synteettisen metaanin tuotannon on pitäisi alkaa vuonna 2026.

Synteettisen metaanin valmistuksessa tarvittava hiili kaapataan voimalaitosten savukaasuista. Metaanin synteesilaitokset rakennetaan voimalaitosten yhteyteen, koska tämä on Rautkiven mukaan logistisesti järkevintä. Vedyn valmistuksessa tarvittavaa sähköä ei kuitenkaan hankita polttoprosessiin perustuvista voimalaitoksista, vaan Suomen hinta-alueella sijaitsevista tuulivoimalaitoksista.

Ren Gas ei aio rakentaa omia tuulivoimalaitoksia, vaan ostaa tarvitsemansa tuulisähkön tuottajilta. Rautkivi ei usko, että sähköstä tulee pulaa Suomessa.

— Suomessa on valmisteilla yli 40 000 megawattia uutta tuulivoimalaitoskapasiteettia.

Eurooppaa tällä hetkellä ravisteleva energiakriisi edistää Rautkiven mielestä energiaomavaraisuutta tukevia hankkeita etenkin pitkällä aikavälillä. Tämä koskee sekä Suomea että muitakin maita.

— Tällä hetkellä kukaan ei Euroopassa jarruttele puhtaan energian hankkeita tai energiaomavaraisuutta lisäävää toimintaa.

Hiili talteen jätteenpolttolaitoksen kaasuista

Hiilidioksidin talteenotto on perinteisesti painottunut voimalaitosten ja petrokemian laitosten savukaasuihin. Talteenottoa yritetään laajentaa nyt myös jätteenpolttolaitoksiin.

Viime keväänä Fortum ja Q Power käynnistivät pilottihankkeen, jossa hiilidioksidia otetaan talteen Riihimäen jätteenpolttolaitoksen savukaasuista. Talteenotettu hiilidioksidi käytetään synteettisen metaanin valmistukseen.

Ohjelmajohtaja Tony Rehn kertoo, että talteenottoprosessi on pitkälti samanlainen kuin petrokemian laitoksissa.

— Prosessia joudutaan kuitenkin säätämään savukaasujen erilaisten ominaisuuksien vuoksi.

Fortum tutkii myös muita talteenottoprosesseja kehittääkseen toiminnan energiatehokkuutta ja talteenoton hyötysuhdetta.

Eniten energiaa kuluu siihen, kun hiilidioksidi irrotetaan aineista, johon kaasu on sitoutunut. Irrottamiseen tarvitaan matalapainehöyryä ja laitteita pyörittävää sähköä. Rehnin mukaan sähköä kuluu yhden hiilidioksiditonnin irrottamiseen noin 10–20 kilowattituntia.

— Lämmityskauden ulkopuolella jätteenpolttolaitoksilla on yleensä käytössä runsaasti ylijäämähöyryä, jota voidaan hyödyntää prosessissa.

Hiilidioksidin irrottamista enemmän sähköä kuluu kuitenkin hiilidioksidin paineistamiseen.

— Kompressori käyttää sähköä 100–150 kilowattituntia hiilidioksiditonnia kohti, Rehn huomauttaa.

Fortumin tavoitteena ei ole talteenotetun hiilidioksidin käyttäminen polttoaineiden komponenttina, vaan tähtäimessä on hiilen hyödyntäminen kokonaan uusien materiaalien valmistuksessa.

— Kierrätettävien tuotteiden osana hiili pysyy pitempään suljetussa kierrossa vapautumatta ilmakehään, Rehn toteaa.

Hiilidioksidin talteenotto ja varastointi on Rehnin mielestä hyvä välivaihe. Pidemmällä tähtäimellä hiilidioksidia kannattaa kuitenkin hyödyntää esimerkiksi muovien ja muiden materiaalien tuotannossa.

Rehn toivoo, että jätteenpoltto liitettäisiin osaksi EU:n päästökauppajärjestelmää vuodesta 2026 lähtien.

— Jätteenpolttamisen liittämien päästökauppaan synnyttää kannusteen investoida päästöjä vähentävään hiilidioksidin talteenottoon ja sen hyödyntämiseen teollisessa toiminnassa.

#energiatalous