Hiili-imurit osaavat jo siepata hiilidioksidia suoraan ilmasta – Talteenotto voi kehittyä avaintekniikaksi ilmaston hallinnassa - Tiede - Satakunnan Kansa

Hiili-imurit osaavat jo siepata hiilidioksidia suoraan ilmasta – Talteenotto voi kehittyä avaintekniikaksi ilmaston hallinnassa

Hiilidioksidin imurointi ulkoilmasta on toistaiseksi hankalaa, ja hiili-imureita tarvittaisiin tuhansittain.

Hiilensieppauslaitoksen imuriseinää Islannissa.

22.8. 13:00

Ihmiskunnalla on kiire vähentää päästöjä ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi. Jos ilmaston lämpenemisen suuntaan halutaan kääntää, ei riitä, että luovumme fossiilisista polttoaineista. Hiilidioksidia pitäisi sitoa maahan ja meriin aiempaa paremmin.

Tuttuja keinoja hiilidioksidin sitomisessa ovat esimerkiksi metsitys, soiden ennallistaminen ja maatalousmaiden hiilimäärien kasvattaminen.

Lisäksi talteenottoon kehitetään uudenlaista teknologiaa: hiilidioksidia imetään suoraan ilmasta ja varastoidaan maan alle.

Yksi tällainen laitos aloittaa toimintansa syyskuussa Islannin Hellisheidissä.

Se on yksi ensimmäisistä hiilidioksidin suorasieppaajista ja käynnistyessään maailman suurin. Orcaksi nimetty laitos erottaa ulkoilmasta hiilidioksidia 4 000 tonnia vuodessa.

Määrä on pieni, jos sitä vertaa ihmiskunnan vuosittain tuottamiin hiilidioksidipäästöihin, noin 40 miljardiin tonniin. Jotta kaikki päästöt voitaisiin imuroida, Orcan kaltaisia laitoksia tarvittaisiin kymmenen miljoonaa.

Todellisuudessa laitoksia tulee olemaan paljon vähemmän, mutta merkittävä määrä. Erilaisia ja erikokoisia hiili-imureita pitäisi rakentaa tuhansia monien muiden laitosten lisäksi. Hellisheidissä tarvittava energia tulee geotermisestä voimalasta.

Laitoksen on suunnitellut sveitsiläinen Climeworks-yritys. Sen perustivat vuonna 2009 Zürichin teknillisen korkeakoulun ETH:n insinöörit Christoph Gebald ja Jan Wurzbacher.

Yhtiö on jo rakentanut 15 erikokoista hiilensiepparia eri puolille Eurooppaa. Ensimmäinen kaupallinen laitos käynnistyi Sveitsin Hinwilissä vuonna 2017.

Ilmakehätutkija, akateemikko Markku Kulmala Helsingin yliopistosta vertailee Islannin laitoksen tekniikkaa metsän kykyyn imeä hiilidioksidia.

– Yksi neliömetri suomalaista metsämaata sitoo 300 grammaa alkuainehiiltä neliömetriä kohti vuodessa, Kulmala laskee.

Tutkijat ovat mitanneet määrän tarkasti Smear II - mittausasemalla Hyytiälässä. Mukana on puiden lisäksi myös aluskasvillisuuden ja maaperän vaikutus.

300 grammaa hiiltä sitoutuu, kun kasvit imevät noin 1 100 grammaa hiilidioksidia. Hehtaari metsää sitoo 11 tonnia hiilidioksidia vuodessa.

Näin ollen hiilidioksidin sieppauslaitos, jonka kapasiteetti on 4 000 tonnia hiilidioksidia vuodessa, sitoo hiiltä saman verran kuin 364 hehtaaria metsää.

Teollisen mitan laitos alkaa imuroida ilmasta hiilidioksidia Islannin Hellisheidissä.

Myös Climeworksin insinöörit ovat laskeneet hiilensieppauksen vaatimia pinta-aloja. He viittaavat koko laitteiston vaatimaan pinta-alaan, josta suurin osa on aurinkopaneeleja ja pieni osa imurilaitosta.

Vain 2 000 neliökilometrin laajuinen laitteisto riittäisi sitomaan miljardi tonnia hiilidioksidia eli 2–3 prosenttia ihmiskunnan vuotuisista 40 miljardin tonnin päästöistä, yrityksen toinen perustaja Wurzbacher kollegoineen laskee Frontiers in Climate -tiedelehden artikkelissa.

Pinta-ala on laskettu olettamalla, että kaikki energia tuotetaan aurinkopaneeleilla ja hyödynnetään tehokkaasti lämpöpumppujen avulla.

Suurimman osan alasta vie aurinkovoimala. Itse imurit tarvitsevat vain 62 neliökilometrin alan. Vähäaurinkoisella alueella pinta-ala voi olla moninkertainen, mutta silti pieni. Se on suuri etu maailmassa, jossa kasvipeitteen arvo kasvaa koko ajan.

Ulkonaisesti Climeworksin sieppari muistuttaa ilmanvaihtolaitteiston imuria. Imurit kootaan konttikoon paketeiksi tai moduuleiksi, joista edelleen yhdistellään halutun kokoisia laitoksia.

Laitteet imevät ilman ja puhaltavat sen läpi suodattimen, joka on päällystetty hiilidioksidia sitovalla materiaalilla.

Suodatinmateriaalin on kehittänyt kanadalainen hiilensidontalaitteiden valmistaja Svante. Yritys ei paljasta materiaalin koostumusta tai muita yksityiskohtia ja puhuu vain yleisesti strukturoiduista rakenteista. Materiaalin geometria on optimoitu mahdollisimman suuren erotustehon saavuttamiseksi.

Täyttynyt suodatin kuumennetaan sataan asteeseen ja samalla painetta alennetaan. Hiilidioksidi vapautuu.

Hellisheidin laitoksessa se sekoitetaan veteen ja pumpataan maahan säilytettäväksi. Toinen vaihtoehto tulevissa laitoksissa on hyödyntää hiilidioksidia polttoaineiden ja kemikaalien raaka-aineena.

Laitoksen rakentaminen ja käyttö aiheuttavat omat hiilidioksidipäästönsä. Climeworksin mukaan uusiutuvaa energiaa käytettäessä elinkaaren aikaiset päästöt ovat nyt alle kymmenesosan siepatusta hiilidioksidista. Tavoitteena on päästä neljään prosenttiin.

Climeworksin perustajat Christoph Gebald ja Jan Wurzbacher esittelevät hiilensieppauslaitteita.

Mikään tekniikka ei kuitenkaan yksinään ratkaise koko ongelmaa.

– Joka ikinen keino tarvitaan, Kulmala kiteyttää.

Hiilen imurointitekniikastakin on kehitetty useita muunnoksia. Tekopuu, joka elävän puun tavoin imee hiilidioksidia, on niin hullunhauska idea, että voisi onnistuakin.

Mekaanisen puun on ideoinut Arizonan valtionyliopistossa negatiivisten hiilipäästöjen tutkimuskeskuksessa professori Klaus Lacknerin ryhmä.

Tekopuu on noin kymmenen metrin korkuinen torni. Lehtien virkaa hoitavat 150 hiilidioksidia imevää kiekkoa, joiden koostumus on liikesalaisuus. Täyttyneet kiekot laskeutuvat alas pohjasäiliöön ja vapauttavat siellä hiilidioksidin talteenottoa varten.

Ensimmäinen tekopuu on tarkoitus saada käyntiin yliopiston kampuksella joulukuussa.

Tekniikkaa kaupallistaa irlantilainen Silicon Kingdom Holdings. Yhtiön mukaan kahdentoista mekaanisen puun rypäs kerää tonnin hiilidioksidia vuorokaudessa. Suuri, 120 000 tuhannen tekopuun puisto keräisi vuorokaudessa 10 000 ja vuodessa 3 650 000 tonnia.

Irlantilainen Silicon Kingdom -yritys on visioinut suuria tekopuupuistoja, jotka sieppaisivat hiilidioksidia talteen.

Miljardin tonnin keräämiseen tarvittaisiin vajaat 300 miljoonaa tekopuuta. Ne muodostaisivat muutamia satoja tekopuumetsiä.

Myös perinteisistä kemian teollisuuden ja rakennusalan materiaaleista haetaan ratkaisuja hiilidioksidin imurointiin.

Kanadalainen Carbon Engineering on toistakymmentä vuotta kehittänyt teknologiaa, jossa hiilidioksidi sidotaan ensin kaliumhydroksidiin. Syntyy kaliumkarbonaattia.

Seuraavassa silmukassa hiilidioksidi sidotaan kalsiumiin ja saadaan kalsiumkarbonaattia. Kalsiumkarbonaatti hajotetaan kuumentamalla eli kalsinoimalla kalsiumoksidiksi ja hiilidioksidiksi.

Kalium ja kalsium kiertävät prosessissa. Ulos tulee puhdasta hiilidioksidia varastoitavaksi tai raaka-aineena käytettäväksi.

Havainnekuvassa kanadalaisen Carbon Engineeringin näkemys hiilidioksidia keräävästä laitteistosta.

Tekniikka etenee hitaasti kohti kaupallistamista. Heinäkuussa Carbon Engineering ja brittiläinen energiateknologiayhtiö Storegga ilmoittivat suunnittelevansa ja rakentavansa Skotlannin koillisosaan laitoksen, joka erottaa vuodessa vähintään puoli miljoonaa tonnia hiilidioksidia.

Alalla kuhisee, mutta moni ihmettelee yhä touhua. Miksi kerätä hiiltä hankalasti ohuesta ilmasta, kun sitä voisi poistaa suoraan savukaasuista?

Tekniikat ovat kytköksissä, muistuttaa energiatekniikan apulaisprofessori Tero Tynjälä Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta:

– Kun päästään fossiilisista polttoaineista eroon, syntyy seuraavaksi tarve poistaa jo tehtyjä päästöjä. Ilmastopaneelin mukaan päästöjen tulee olla negatiivisia vuosisadan loppupuolella, Tynjälä sanoo.

– Toiseksi hiilidioksidia on ryhdyttävä keräämään polttoaineiden ja kemikaalien valmistusta varten, kun fossiilisten raaka-aineiden käyttö lopetetaan.

Kaikkia tekniikoita tarvitaan ja paljon – myös gigatonneja eli miljardeja tonneja hiilen sieppausta ilmasta.

Tällä hetkellä tutkimus keskittyy pistemäisten päästölähteiden, kuten sellu-, sementti- ja terästehtaiden päästöjen puhdistamiseen. Samalla hiilidioksidin erotustutkimukseen suunnataan merkittäviä voimavaroja.

Suomessa alan tutkimus alkoi vuonna 2014 Lappeenrannan teknillisen yliopiston LUT:n ja Teknologian tutkimuskeskus VTT:n Neo-Carbon Energy -hankkeessa.

Yksi tuloksista on ollut startup Soletair Power, jonka tekniikalla erotetaan hiilidioksidia rakennusten ilmanvaihdon ilmavirroista.

– Viime vuonna käynnistyi uusi hanke DAC2.0, jossa tutkitaan hiilidioksidin erottamisen energiatehokkuutta, materiaaleja ja laitteistoja kokonaisuutena. Tärkeä osa tutkimusta on koko elinkaaren aikaisten vaikutusten selvittäminen. Laitosten rakentaminen ja käyttö eivät saa itse aiheuttaa liikaa päästöjä, Tynjälä sanoo.

Uuteen hankkeeseen osallistuu LUT:n ja VTT:n lisäksi myös Jyväskylän yliopisto.

Akateemisen tieteen tärkeä etu on julkisuus. Tutkijat kertovat salaperäisistä materiaaleista, joilla hiilidioksidia voidaan siepata. Suomen DAC2.0-hankkeessa tutkitaan muun muassa metallo-orgaanisia kehikoita eli mof-rakenteita.

Nimensä mukaan mof koostuu metalli-ioneista ja orgaanisista yhdisteistä, jotka muodostavat häkkimäisiä, huokoisia rakenteita. Hiilidioksidin molekyylit halutaan poimia ilmasta ensin mof-kehikon sisään ja sitten päästää ulos keräyssäiliöön.

Muitakin materiaaleja tutkitaan. Japanissa Okayaman yliopiston tutkijat ovat parantaneet zeoliitteja, huokoisia alumiinisilikaatteja.

Professori Yasushige Kurodan ryhmä on kertonut saaneensa odottamattoman hyviä tuloksia hiilidioksidin erottamisessa, kun zeoliittia tuunattiin kalsiumin ioneilla ja huokoskoko valittiin sopivasti.

Osion uusimmat

Luitko jo nämä?

Lue myös: