Materiaalien palauttaminen kulutuksesta kiertoon vaatii aina energiaa. Kattavan kiertotalouden toteuttaminen edellyttääkin, että käytössä on tarpeeksi päästötöntä ja edullista energiaa. Jos tämä energiahaaste onnistutaan ratkaisemaan, myös ilmakehää voidaan hyödyntää raaka-aineiden ja ruuan lähteenä.
Toimivan kiertotalouden toteuttaminen vaatii suuria muutoksia myös energiantuotannossa, muistuttaa VTT:n johtava tutkija Raija Lantto.
– Kierrossa olevan materiaalin kerääminen, lajittelu, prosessointi ja palauttaminen takaisin käyttökelpoiseen muotoon puhtaiksi raaka-aineiksi vie enemmän energiaa kuin neitseellisen raaka-aineen käyttö. Jo pelkkä mekaaninen lajittelu kuluttaa energiaa. Koska kierrätetyn materiaalin käyttöä pitää joka tapauksessa lisätä, olemme tilanteessa, jossa tarvitsemme yhä enemmän ja enemmän energiaa, Lantto huomauttaa.
Rinnan kiertotalouden edistämisen kanssa ihmiskunnan pitää nopeasti vähentää hiilidioksidin ja muiden kasvihuonekaasujen päästöjä, jotta ilmastonmuutos edes hidastuisi.
Tämän kaksoishaasteen ratkaisemisessa tarvitaan Lanton mielestä energiatransitiota eli siirtymistä päästöttömän ja mielellään uusiutuvan energian käyttöön.
Haasteista ei välttämättä selvitä nykyisin käytössä olevan energian määrällä.
– Näyttää siltä, että energian tarve vain kasvaa. Ja koska ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta pitää rajoittaa nopeasti, siirrymme kohti teollisuuden ja liikenteen sähköistämistä. Kysymys kuuluukin, millä sähkö tehdään tai mitä kaikkea voidaan suoraan sähköistää.
Täysin puhtaita ja uusiutuvia energialähteitä ovat oikeastaan vain aurinko-, tuuli ja vesivoima sekä maalämpö. Ydinenergia on päästönäkökulmasta katsottuna puhdasta, mutta se ei ole uusiutuvaa. Bioenergia ei puolestaan ole täysin päästötöntä, vaikka onkin uusiutuvaa.
– Biomassan konversio energiaksi merkitsee useimmiten polttamista, ja siitähän syntyy hiilidioksidia. Se on aina parempi vaihtoehto kuin fossiilisten raaka-aineiden poltto, mutta silti biomassan poltto lisää ilmakehän CO2-pitoisuutta lyhyellä aikavälillä. Biomassaa tarvitaan kuitenkin polttoaineiden raaka-aineena koska kaikkea liikennettä ja teollisuutta ei voida suoraan sähköistää. Käyttämällä biomassaa pystytään rajoittamaan uuden fossiilisperäisen hiilen tuomista maanpäälliseen kiertoon.
Koska vesi- ja tuulivoimaa on tarjolla vain rajallisesti, odotukset kohdistuvat ennen kaikkea aurinkoenergiaan.
– Aurinkoenergiaa pitää voida muuttaa sähköksi hyvin tehokkaasti ja hyvin paljon, jotta maapallon energiadilemma saadaan ratkaistua. Myös ydinvoima saattaa päästä nykyisestä paaria-asemastaan.
Ilmakehästä apu resurssipulaan
Energian tarvetta lisää myös maapallon resursseihin kohdistuva paine, joka on seurausta talouden ja väestön kasvusta.
– Kun tuotanto ja kulutus kasvavat, raaka-aineita ja energiaa käytetään koko ajan enemmän. Jo nyt näköpiirissä on resurssien riittämättömyys. Jossain vaiheessa eteen tulee suoranainen puute sekä energiasta että materiaaleista.
– Silloin uusiutuvat raaka-aineet eivät enää riitä kattamaan resurssivajetta. Meidän on ryhdyttävä tekemään ruokaa ja erilaisia tuotteita kuten materiaaleja ja polttoaineita hiilidioksidista ja ilmakehän muista komponenteista.
Ilmakehässä esiintyvien molekyylien käyttö ravinnon ja raaka-aineiden lähteenä kuulostaa vallankumoukselliselta, ja sitä se onkin.
Teknologioita, joilla ilmakehän kemiallisia komponentteja muunnetaan raaka-ainelähteeksi, on tunnettu jo pitkään. Hiilidioksidista voidaan valmistaa tärkeitä kemiallisia välituotteita kuten hiilivetyjäja metanolia. Niitä edelleen muokkaamalla saadaan erilaisia kemikaaleja ja materiaaleja. Lisäksi teollisella biotekniikalla pystytään valmistamaan räätälöityjä mikrobeja, joilla hiilidioksidi pystytään muuntamaan kemikaaleiksi ja ruoaksi.
On vain yksi ongelma. Tarvittavat kemialliset menetelmät ovat hyvin energiaintensiivisiä.
– Hiilidioksidin käyttö raaka-aineena onnistuu, jos meillä on käytössämme riittävästi edullista ja päästötöntä energiaa.
Lantto arvioi, että hiilidioksidin hyödyntäminen alkaa siellä missä se on helpointa.
– Aluksi hiilidioksidi tullaan ottamaan talteen tehtaan tai voimalaitoksen piipun päästä, sillä siellä se on valmiiksi väkevöitynyt ja helpoimmin saatavissa. Sen jälkeen hiilidioksidi voidaan varastoida tai ottaa hyötykäyttöön. Myöhemmin hiilidioksidia otetaan myös ilmakehästä.
Biojalostamot ovat monessa mielessä kestäviä ratkaisuja, mutta hiilidioksidipäästöt ovat niidenkin haaste.
– Vaikka tietyt biojalostamot tuottavat energiaa yli tarpeen, yhtenä lopputuotteena on joka tapauksessa hiilidioksidi. Aikamoinen määrä hiilidioksidia menee taivaan tuuliin, vaikka tehtaan muut kierrot ovat suljettuja. Jalostamojen kestävyys paranisi huomattavasti, jos ne ottaisivat savukaasunsa talteen ja hyötykäyttöön. Muutaman vuoden sisällä pitääkin tehdä radikaaleja päätöksiä.
Ruokaa ja raaka-aineita hiilidioksidista
VTT on tutkinut hiilidioksidin hyödyntämistä jo usean vuoden ajan. Tutkimustyö strategisena alueena alkoi kolmisen vuotta sitten, kertoo tutkimusprofessori Juha Lehtonen.
– Kun aloitimme, yritysten tietoisuus asiasta ei ollut kauhean laajaa. Nyt kiinnostus on selvästi herännyt. Yritykset kokevat, että hiilidioksidin hyödyntäminen on yksi vaihtoehto päästöjen rajoittamiseksi. Ja siellä missä on isot päästöt, on myös vahvat draiverit, Lehtonen muistuttaa.
Prosessien suurin haaste on myös Lehtosen mielestä energian tarve ja hinta.
– Hiilidioksidi on molekyylinä hyvin energiaköyhä. Sen täytyy reagoida suurienergisen molekyylin kanssa, joka yleisimmin on vety. Vetyä pysytään valmistamaan kestävän kehityksen mukaisesti elektrolyyttisesti eli pilkkomalla vettä vedyksi ja hapeksi sähkön avulla. Energian tarve on tässä prosessissa merkittävä.
Lehtonen uskoo, että energiaongelma helpottuu ajan mittaan.
– Prosessissa keskeisessä asemassa olevan veden elektrolyysin tehokkuus paranee koko ajan. Skenaariomme on, että jossain vaiheessa vetyä voi olla riittävästi saatavilla.
Lopulta hiilidioksidin hyödyntämisenkin täytyy perustua liiketoimintaan.
– Pitkällä tähtäimellä käy paremmin, jos toiminta perustuu aitoon bisnekseen. Tarvitsemme ratkaisuja, joilla prosessit saadaan kannattaviksi, Lehtonen sanoo.
Mikäli hiilidioksidin hyödyntämisessä onnistutaan, ihmiskunta voi siirtyä rajattomien resurssien aikakauteen. Matka sinne on kuitenkin pitkä. Ja ensin on selätettävä resurssien riittämättömyys ja sitä seuraava pula resursseista.
– Maapallon kestävyyshaastetta pitäisi ratkoa kaikenlaisen kestävyyden näkökulmasta. Perusongelma on kuitenkin se, että olemme lineaarisen talouden vankeja. Nyt tarvitaan rohkeutta ja uudenlaista asennetta. Joka tasolla pitää nyt olla rohkeutta irrota etabloituneesta taloudesta. Se on edellytys sille, että ihmiskunta selviää maapallolla, Raija Lantto sanoo.
Ensimmäiset askeleet kohti resurssien riittävyyttä:
- Asennemuutos – rohkeus jättää vanha ja lähteä käänteentekevän muutoksen tielle.
- Hyödykkeiden, tavaroiden ja materiaalien yhteiskäyttö.
- Investoinnit resurssi- ja energiatehokkuuteen.
- Huomio energiaintensiivisten tuotantoprosessien kehittämiseen.
- Sähköistämiseen tarvittavien uusiutumattomien luonnonvarojen pitäminen kierrossa.
- Kehitetään rinnakkain hiilidioksidin varastointi- ja hyötykäyttömenetelmiä.
