Ruokaa ja dieseliä ilmasta

materiaalitekniikka ­Saimaan rannalla tehdään ­hiilidioksidipohjaista ruokaa ja kynttilöitä. Lappeenrannan teknillinen yliopisto ­rakentaa vuoden 2050 päästötöntä maailmaa.

Kynttilä on aivan tavallisen näköinen, mutta ulkonäkö pettää. Kyseessä on kaasutusprosessin avulla tuotettu erikoiskynttilä.

”Tämä Fisher-Tropsch-menetelmällä valmistettu kynttilä on harvinainen”, kertoo Lappeenrannan teknillisen yliopiston (LUT) energiatehokkuuden professori Jero Ahola.

Fisher-Tropsch on kaasutusprosessi, joka tuottaa nestemäisiä ja vahamaisia hiilivetyjä. Se on tuttu jo toisen maailmansodan ajalta, jolloin Saksassa valmistettiin sen avulla hiilestä nestemäisiä polttoaineita.

Tällä kertaa raaka-aineena ei ole hiili tai maakaasu, vaan ilmasta kaapattu hiilidioksidi sekä vesi, joka on hajotettu hapeksi ja vedyksi aurinkosähköllä. Vedystä ja hiilidioksidista on ensin tuotettu synteesikaasua. Sen jälkeen on tapahtunut varsinainen Fischer-Tropsch-synteesi, jonka lopputuotteena syntyy nesteitä ja vahaa eli tällä kertaa kynttilä – täysin päästöttömästi.

Hiilidioksidin talteenotossa ilmasta on Aholan mukaan vielä paljon kehityspotentiaalia, ja todennäköisesti hiilidioksidia voitaisiin ottaa talteen myös esimerkiksi merivedestä.

”Mielestäni menetelmän skaalaamiselle ei ole esteitä. Kyse on kustannuksista, eikä vielä ole mahdollista kilpailla halvan saudiöljyn kanssa. Energia on suurin kustannus, ja siinä auttaa nopeas­ti laskeva tuuli- ja aurinkosähkön hinta”, arvioi Ahola.

Proteiinia ilmasta ja sähköstä

Maailman väestönkasvu ja viljelymaita uhkaava ilmastonmuutos muodostavat hankalan yhtälön, jonka ratkaisemisessa auttaisi proteiinin tuottaminen sähköllä. Asiaa tutkittiin jo vuosikymmeniä sitten Neuvostoliitossa ja Saksassa. LUT:n ja VTT:n hanke on edistyksellisempi: prosessissa käytetyn bioreaktorin sähkö tuotetaan uusiutuvalla aurinko- tai tuulivoimalla, ja hiili otetaan ilmasta.

Bioreaktoriin johdetaan ilmasta hiili­dioksidia, ja sähkö hajottaa veden vedyksi ja hapeksi. Prosessiin tarvitaan myös typpeä, fosforia, kaliumia sekä hivenaineita ja suoloja.

Tuloksena on ravinteiden avulla kasvavaa proteiinipitoista solumassaa, joka suodatetaan, iskukuumennetaan ja kuivatetaan. Käyttövalmiina se muistuttaa lähinnä kuivahiivaa.

”Kasvatus tapahtuu tankeissa, eikä siihen tarvita torjunta-aineita. Laidun- ja viljelysmaatakaan ei tarvita, ja maaperä säästyy parempaan käyttöön, esimerkiksi hiiltä sitoviksi metsiksi”, sanoo Ahola.

VTT:n ja LUT:n keksintö on herättänyt kansainvälistä kiinnostusta. Äskettäin Jero Ahola kumppaneineen esitteli proteiinintuotantoa Suomessa vierailleelle korealaisen LG-elektroniikkajätin kehitysväelle.

LG:llä on yli 200 000 työntekijää, ja sen vuosiliikevaihto on noin 140 miljardia dollaria. Aholan mukaan LG:n edustajien kanssa keskusteltiin, olisiko yhtiö kiinnostunut valmistamaan prosessissa tarvittavia laitteita.

Korealaiset halusivat maistaa proteiini­mössöä laboratorion petrimaljasta, ja Aholakin uskaltautui maistamaan.

”Se maistui neutraalilta, lähinnä vehnä­jauholta”, hän luonnehtii.

Aurinkovoimasta apu?

Kun proteiiniseos jossain vaiheessa on ­viranomaisprosessissa läpäissyt elintarvikkeille asetetut vaatimukset, sitä voidaan kenties käyttää eläinten ja ihmisten ruokana. Edullisen uusiutuvan sähkön saatavuus helpottaa sähkön käyttöä ruoan valmistamisessa.

”Aurinkosähköpaneelien hinta on enää 0,3 prosenttia siitä, mitä se oli vuonna 1975. Uskon, että vuonna 2050 aurinko­energia on energiamuodoista suurin. Seuraava merkittävä tehtävä on kehittää sähkön välivarastointia eri muodoissa.”

Energia-alan prosesseissa tarvitaan Aholan mukaan valtavaa siirtymää polttamisesta päästöttömän, edullisen sähkön käyttöön.

”Se haastaa globaalisti nykyisen raskaan teollisuuden. Haaste koskee myös Suomea.”

Tekesiltä rahaa hankkeisiin

Englanninkielisellä LUT-lyhenteellään (Lappeenranta University of ­Technology) paremmin tunnettu Lappeenrannan teknillinen yliopisto on edellä­kävijöitä päästöttömän maailman rakentamisessa.

”Aiemmin tuotanto aiheutti hiilidioksidipäästöjä, mutta me teemme toisin päin: hiilidioksidista tuotteita. Olemme Soletair-pilottilaitoksessa tiettävästi ensimmäisenä maailmassa kokeilleet FT-vahan ja nesteiden tuottamista ilmasta aurinkosähkön avulla. Valkuaisaineiden tuotantoa on vasta laboratoriomittakaavassa”, sanoo Ahola.

Hän on yksi LUT:n, VTT:n ja Turun yliopiston tulevaisuuden tutkimuskeskuksen vuonna 2014 aloittaman Neo Carbon Energy -hankkeen tutkijoista. Tekesin päärahoittaman hankkeen kokonaisbudjetti on suomalaisittain poikkeuksellisen suuri, kymmenisen miljoonaa euroa. Taustalla on tavoite nollata hiilidioksidipäästöt vuoteen 2050 mennessä, mikä ilmastotutkijoiden mukaan auttaisi rajoittamaan maapallon lämpötilan nousun tavoitteeksi asetettuun kahteen asteeseen.

Kaasusta nesteeksi

Fischer-Tropsch-menetelmän kehittivät saksalaiset kemistit Franz Fischer ja Hans Tropsch 1920-luvulla. Menetelmässä kaasu johdetaan reaktoriin, jossa katalyytit, esimerkiksi rauta ja koboltti, muuttavat sen vahaksi tai nestemäiseksi. Näin syntyneestä materiaalista erotellaan erilaiset palavat aineet omiksi jakeikseen.

Shell valmistaa Qatarissa maakaasusta nestepolttoaineita Fischer-Tropsch-menetelmällä. Suomessa esimerkiksi metsäyhtiö UPM on kokeillut prosessia dieselin tuottamiseksi, mutta se ei ole osoittautunut riittävän kustannustehokkaaksi.

Nyt Audi alkaa valmistaa ympäristö­ystävällistä dieseliä koemielessä Sveitsin Aargaussa. Raaka-aineina käytetään ­vettä ja hiilidioksidia. Tavoite on valmistaa lähes hiilineutraalia polttoainetta, joka sopii sellaisenaan nykyisiin autoihin.

Euroopan unionin tukemassa SOLAR-­ JET-projektissa lentopetrolia tuotettiin hiilidioksidista ja vedestä aurinkokemial­lisen reaktorin avulla. Jo päättyneessä kehityshankkeessa aurinko­energiaa onnistuttiin muuttamaan lentokoneiden suihkuturbiineille sopivaksi poltto­aineeksi 2,7 prosentin hyötysuhteella.