Toimet ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi edellyttävät irtaantumista fossiilisista raaka-aineista niin liikenteessä kuin energia- ja kemianteollisuudessa. Tätä kuitenkin hidastaa kustannuskilpailukykyiset jalostusprosessit ja raakaöljyn tehokas hyödyntäminen monenlaisissa lopputuotteissa.
Vuosikymmeniä hiotut jalostusprosessit ovat kehittyneet energia ja raaka-ainetehokkaiksi ja ne hyödyntävät tehokkaasti erilaiset raakaöljystä syntyvät jakeet suuren volyymin tuotteissa, kuten liikenteen polttoaineissa, sekä lukuisissa pienemmän volyymin, mutta korkeamman jalostusarvon käyttökohteissa. Esimerkiksi orgaaniset kemikaalit ja polymeerit valmistetaan lähes kokonaan fossiilisesta raakaöljystä ja täydellinen irtaantuminen raakaöljyn käytöstä vaatii vaihtoehtoisten tuotteiden tai tuotantotapojen kehittämisen myös näille tuotteille.
Tärkeää on myös huomioida, että kevyen tieliikenteen sähköistymisestä huolimatta kestävien polttoaineiden kysyntä Euroopassa tulee jatkumaan suurena erityisesti lento- ja meriliikenteessä myös vuonna 2050 (ReFuelEU Aviation, FuelEU Maritime).
Nopea pyrolyysi on niin sanottu termokemiallinen nesteytyteknologia, jonka avulla esimerkiksi metsäteollisuuden kiinteät jätteet ja tähteet voidaan muuntaa nestemäiseksi bioöljyksi. Pyrolyysin kautta tuotettu bioöljy on koostumukseltaan hyvin erilaista verrattuna fossiiliseen raakaöljyyn, mikä asettaa erityisvaatimuksia bioöljyn jatkojalostuprosesseille. Kun raakaöljy koostuu suurelta osin hiilestä ja vedystä, eli hiilivedyistä, on bioöljyn koostumus paljon monimutkaisempi.
Bioöljyssä on paljon vettä ja erilaisia happea sisältäviä yhdisteitä, ja erityisesti hapen poisto on kriittistä, jos tavoitteena on tuottaa bioperäisiä hiilivetyjä polttoaineiksi tai kemianteollisuuden syöttöaineiksi. Tästä huolimatta bioöljy on hyvin potentiaalinen raaka-aine raakaöljyn korvaamiseen. Nesteytysteknologiat avaavat mahdollisuuksia hyödyntää kiinteitä bioperäisiä jätteitä ja tähteitä, joiden hyödyntäminen kemianteollisuudessa sellaisenaan on haastavaa.
Hapen poistamiseksi bioöljyistä on kehitetty erilaisia katalyyttisiä jalostusteknologioita. Niistä lupaavimpia ovat vetykäsittelyteknologiat, joissa bioöljyä käsitellään korkeassa lämpötilassa ja paineessa vetykaasun ja kiinteän katalyytin avulla. Vety reagoi bioöljyn happipitoisten molekyylien kanssa ja tällöin muodostuu hiilivetyjä sekä vettä, mikä voidaan poistaa tuotteesta.
Bioöljyjen vetykäsittelyteknologioita ei ole kuitenkaan vielä pystytty kaupallistamaan mm. katalyyttien kestoon liittyvien haasteiden vuoksi. VTT on kehittänyt uudenlaista bioöljyjen vetykäsittelyteknologiaa, missä tuoretta katalyyttiä pystytään lisäämään koko ajan prosessiin ja käytettyä poistamaan ja näin ollen toivottavasti ratkaisemaan kaupallistamisen haasteet.
Haasteena kestävyys ja taloudellinen kannattavuus
Nopean pyrolyysin prosesseja on kehitetty jo vuosia ja kaupallistamisvaiheen ensimmäisessä aallossa bioöljyjä on käytetty polttoöljyn korvikkeena lämmöntuotantoon. Tätä käyttökohdetta varten on myös kehitetty laatustandardeja, jotka ovat edesauttaneet teknologian kaupallistamista ja laitosten rakentamista. Polttoöljy on kuitenkin hyvin alhaisen jalostusarvon tuote, mikä asettaa haasteita laitosten taloudelliselle kannattavuudelle. Tämän lisäksi nopean pyrolyysin sivutuotteena syntyvä biohiili ja kaasumaiset tuotteet menevät nykyisellään pitkälti energiakäyttöön.
Tärkeää olisikin, että bioöljystä saataisiin valmistettua korkeamman jalostusarvon tuotteita, kuten liikennepolttoaineita ja orgaanisten kemikaalien ja polymeerien syöttöaineita, ja että sivuvirrat saataisiin tehokkaammin hyödynnettyä tuotteiksi, jotta laitosten kannattavuus paranisi. Tämän vuoksi bio-öljyjen jatkojalostusteknologioiden, kuten vetykäsittelyn, tutkimus on tärkeää. Lisäksi sivuvirtojen hyödyntämisellä muualla kuin energiakäytössä on potentiaalia prosessin kestävyyden parantamisessa. Etenkin pyrolyysissä muodostuva biohiili on lupaava materiaali hiilen varastoinnissa, jos se pystytään hyödyntämään pitkäikäisissä käyttökohteissa.
Korkean jalostusarvon tuotteet pyrolyysin kautta
Biomassan nopean pyrolyysin ympärillä keskeisiä tutkimusteemoja on korkeamman jalostusarvon tuotteiden ja tuotantoreittien kehittäminen bioöljystä ja sivujakeista. Jalostusreittien kehittäminen on myös tärkeää hiilineutraaliustavoitteiden kannalta. Esimerkiksi Kemianteollisuus ry on asettanut tavoitteeksi hiilineutraalin kemianteollisuuden Suomessa vuoteen 2045 mennessä (Luontopositiivinen ja hiilineutraali kemia).
Näemmekin, että nopea pyrolyysi ja muut kiinteiden biomassojen nesteytys- ja jatkojalostusteknologiat voivat olla tärkeässä roolissa tulevaisuudessa hiilineutraalius- ja kestävyystavoitteiden tavoitteiden täyttämisessä. Myös nesteytysprosessien sivujakeiden maksimaalinen hyödyntäminen avaa mahdollisuuksia uusille kestäville tuotteille kuten biohiilille. Biomassan nesteytysteknologioiden kehitys luo mahdollisuuksia hyödyntää vaikeasta hyödynnettävä jätteitä ja tähteitä laajemmilla teollisuudenaloilla. Tätä kehitystyötä tullaankin jatkamaan muun muassa VTT:n koordinoimassa Business Finland rahoitteisessa Bio4all-projektissa.
Prosessisivuvirtojen, kuten biohiilen, tehokkaampi hyödyntäminen voi lisätä nesteytysteknologioiden ja jalostusprosessien kannattavuutta ja kestävyyttä (Kuva VTT).
