Materiaali pidempään kierrossa kaskadikäytöllä

Kiertotaloutta käsittelevässä kirjallisuudessa ja artikkeleissa olet ehkä törmännyt termeihin kaskadiperiaate tai kaskadikäyttö. Yksinkertaistettuna kaskadiperiaate tarkoittaa resurssien tehokasta hyödyntämistä ja mahdollisimman korkeaa arvonlisää sekä materiaalien pitämistä kierrossa ennen sen energiakäyttöä. Kaskadiperiaatteesta ei ole vielä olemassa tarkkaa määritelmää. Se mielletään usein synonyymiksi kierrätyksen kanssa, mutta kyse ei ole samasta asiasta. Seuraavassa tekstissä pyritään avaamaan, mitä kaskadiperiaate käytännössä tarkoittaa.

Kirjoittaja: Kimmo Heponiemi

Kaskadiperiaate käytännössä

Näkyvimmin kaskadiperiaatteen voi käytännössä havaita teollisissa symbiooseissa. Niissä yritys hyödyntää toisen yrityksen jäte- tai sivuvirtoja omassa tuotannossaan pitäen näin materiaalin kierrossa ja luoden sillä lisäarvoa.

Biomassan kaskadikäytön periaate on esitetty kuvassa 1. Siinä korkean lisäarvon tuotteet kuten esimerkiksi lääkeaineet ovat kaskadipyramidissa korkealla, ja siten ensisijaisia käyttökohteita. Siirryttäessä kaskadin portaita alemmas, tuotteista saatava lisäarvo vähenee ja tuotteelle on löydettävä uudet käyttökohteet ja markkinat.Biomassan käyttö alhaisen lisäarvon energiana on kaskadin pohjalla. (Antikainen ym. 2017). Materiaaleilla on myös mahdollista kiivetä kaskadiportaita ylöspäin esimerkiksi alimman portaan biomassaa jalostettaessa pyrolyysin avulla. Silloin pyrolyysin lopputuotteina syntyvät korkeamman lisäarvon tuotteet, kuten biohiili, kaasut ja öljyt, muodostavat oman sekundäärisen ketjunsa.

Kuva 1. Biomassan kaskadikäytön periaate (Antikainen ym. 2017)

Kaskadit teknisissä kierroissa

Materiaalien kaskadikäytöstä puhutaan yleensä biologisten kiertojen yhteydessä, mutta niitä voidaan soveltaa myös teknisiin kiertoihin. Kuvassa 2 on kuvattu autonrenkaiden kaskadikäyttöä esimerkkimaana Saksa. Saksassa käytöstä poistettuja autonrenkaita voidaan käyttää vielä sen naapurimaissa Tšekissä ja Puolassa (2), missä renkaiden pienemmät urasyvyydet ovat sallittuja. Renkaat, joiden urasyvyys on liian pieni myös Tšekin ja Puolan teille, voidaan pinnoittaa. Tällöin rengas voidaan pitää kierrossa pitempään, vaikkakin sen ominaisuudet huononevat. Renkaan pinnoituksen kasvihuonekaasupäästöt ovat alle puolet uuden renkaan valmistukseen verrattuna. Pinnoituksen jälkeisen käytön jälkeen renkaat voidaan murskata ja erottaa teräs kumiaineksesta (3,4). Teräs voidaan kierrättää ja kumiaines hyödyntää esimerkiksi kengänpohjissa tai keinonurmen raaka-aineena. Tämän jälkeen palava materiaali voidaan vielä hyödyntää energiantuotannossa. (Kalverkamp ym. 2017).

Kuva 2. Autonrenkaiden kaskadikäytön portaat (Kalverkamp ym. 2017)

Kaskadiperiaate ja kiertotalous

Kaskadiperiaate on potentiaalinen toimintamalli resurssien arvon lisäämiseksi kiertotaloudessa (Brullot ym. 2020). Se voi edistää kiertotalouden ja kestävän käytön tavoitteita viemällä niitä käytäntöön. Kaskadikäytön tavoitteena on vähentää neitseellisten luonnonvarojen käyttöä ja siten pienentää niiden hyödyntämisestä johtuvia ympäristövaikutuksia sekä samalla kasvattaa materiaalien arvoa (Antikainen ym. 2017). Materiaalia hyödynnetään jalostuksen lisäksi uudelleenkäytön ja kierrätyksen muodostamissa ketjuissa (Koistinen 2016).

Sivuvirtojen hyödyntämisen voidaan katsoa kuuluvan kaskadikäyttöön. Se on tärkeä menetelmä resurssitehokkuuden parantamiseksi ja kiertotalouden edistämiseksi. Sivuvirroista saadaan toissijaisia tuotteita, jotka ovat arvoltaan vähäisempiä itse päätuotteeseen verrattuna. Esimerkiksi sahateollisuuden sivuvirtoja, kuten sahanpurua, voidaan käyttää lastulevyjen ja puupellettien valmistuksen lisäksi myös uusien, innovatiivisten materiaalien, kuten puupolymeerikomposiittien valmistukseen. (Antikainen ym. 2017)

Kiertotalouden perusajatukset toteutuvat parhaiten silloin, kun kierrot pidetään mahdollisimman lähellä käyttäjää ja kuluttajaa (Kuva 3) ja kiertojen prioriteetti vähenee kiertojen etääntyessä niistä. Mitä kauempana käyttäjästä ja kuluttajasta materiaalikierrot kuvassa ovat, sitä enemmän niiden hyödyntäminen sitoo energiaa. Kaskadit sijaitsevat kuvaajassa vasemmalla lähellä kuluttajaa, joten niiden hyödyntämisen energiapanokset ovat pieniä.

Kuva 3. Kiertotalouden perhosmalli. Kaskadikierrot näkyvät lähellä kuluttajaa mallin vasemmalla (biologiset kierrot) puolella. (Ellen MacArthur foundation 2020)

Hyötyjä ilmastolle ja ympäristölle

Materiaalien kaskadikäytön hyödyt ovat sekä suoria että välillisiä. Suoria hyötyjä syntyy esimerkiksi biotalouden kaskadeissa, missä materiaaleihin sitoutunut hiili pysyy kierrossa tuotteisiin sitoutuneena kaskadin eri portailla mahdollisimman pitkään ennen polttamista. Poltettaessa bioperäisiä materiaaleja lämmöksi ja energiaksi niihin varastoitunut hiili karkaa ilmakehään hiilidioksidina. Se on kasvihuonekaasu, joka poistuu ilmakehästä hitaasti. Nyt ilmakehään päästetystä hiilidioksidista on noin puolet jäljellä vielä kolmenkymmenen vuoden kuluttua ja viidennes vielä muutaman sadan vuoden päästäkin (Ilmasto-opas 2021).

Välillisiä ilmastollisia hyötyjä kaskadikäytöstä saadaan tuotteiden valmistuksen vaatiman energiankulutuksen pienenemisen myötä. Ekologista kestävyyttä voidaan tällöin parantaa, mikäli tuotteiden elinkaariset päästöt vähenevät ja resurssien kokonaiskäyttö vähenee.

Miksi ei vielä yleistä?

Kaskadikäyttö vielä kuitenkaan ole kovin yleistä, vaikka siitä saatavat ilmastolliset ja ympäristölliset hyödyt ovat merkittäviä. Suomessa esimerkiksi puuaines kiertää materiaalina keskimäärin hieman yli puolitoista kertaa, eli ei edes kaskadin toiselle portaalle, ennen sen polttoa energiaksi. Tämä arvo on hyvin lähellä EU:n keskiarvoa. (Koistinen 2016)

Suurin yksittäinen este kaskadikäytön yleistymiselle on resurssien materiaali- ja energiakäytön kilpailuasetelma. Taloudellisesta kilpailuasetelmasta katsottuna materiaalin korkeampi jalostusarvo ei välttämättä heijastu suoraan markkinahintaan, jolloin energiakäytöstä maksettava korvaus on materiaalikäytön korvausta suurempi. Toisaalta myös sosioekonomiset syyt, kuten paikallisuus, energiaomavaraisuus sekä työllistävyys saattavat puoltaa energiakäyttöä (Antikainen ym. 2017).

Muita haasteita kaskadikäytölle ovat esimerkiksi materiaalien saatavuus ja sivuvirtojen muodostumisen tasaisuus, markkinoiden vaatimukset sekä materiaalien keräyksen ja varastoinnin logistiikka (Brullot ym. 2020).

Lopuksi

Materiaalien kaskadikäyttö on ollut esillä viime vuosina etenkin EU:n kierto- ja biotaloutta koskevissa aloitteissa ja metsästrategiassa sekä myös uusiutuvan energian direktiivissä. Myös EU:n jätepolitiikkaa ohjaava jätehierarkia tukee materiaalien kaskadikäyttöä. Kaskadikäytön vaikutuksia tulisi tutkia tulevaisuudessa laajemmin ja selvittää millaisia kokonaisvaltaisia suoria ja epäsuoria ympäristö- ja ekosysteemivaikutuksia sillä on.

Biotalouden materiaalien kaskadikäyttöä edistetään LABin hallinnoimassa ja Päijät-Hämeen liiton rahoittamassa BIOSYKLI-hankkeessa, jonka tavoitteena on edistää biokiertotaloutta Päijät-Hämeessä ja toteuttaa maakunnan biokiertotalouden toimintasuunnitelmaa (LAB 2021). Toimintasuunnitelma on laadittu laajassa sidosryhmäyhteistyössä osana BIOREGIO-hanketta (Interreg Europe 2021).

Lähteet

Antikainen, R., Primmer, E., Raitanen, E., Seppälä, J. & Turunen, T. 2017. Biomassan kaskadiperiaate ja muut politiikkatoimet – Synergiat ja ristiriidat. Helsinki: Suomen Ympäristökeskus. Suomen Ympäristökeskuksen raportteja 27/2017. [Viitattu 28.9.2021]. Saatavissa: http://hdl.handle.net/10138/224563

Brullot, S., Campbell-Johnston, K., Reike, D. & Vermeulen, W.J.V. 2020. The Circular Economy and Cascading: Towards a Framework. Resources, Conservation & Recycling: X. Vol 7. [Viitattu 29.9.2021]. Saatavissa: https://doi.org/10.1016/j.rcrx.2020.100038

Ellen MacArthur Foundation. 2019. Circular economy diagram. [Viitattu 30.9.2021]. Saatavissa: https://ellenmacarthurfoundation.org/circular-economy-diagram

Ilmasto-opas. 2021. Hiilidioksidi ja hiilen kiertokulku. [Viitattu 30.9.2021]. Saatavissa: https://ilmasto-opas.fi/fi/ilmastonmuutos/ilmio/-/artikkeli/1e92115d-8938-48f2-8687-dc4e3068bdbd/hiilidioksidi-ja-hiilen-kiertokulku.html

Interreg Europe. 2021. Regional circular economy models and best available technologies for biological streams. BIOREGIO Project summary. [Viitattu 29.9.2021]. Saatavissa: https://www.interregeurope.eu/bioregio/

Kalverkamp, M., Pehlken, A. & Wuest, T. 2017. Cascade Use and the Management of Product Lifecycles. Sustainability. Vol. 9 (9), 1540. [Viitattu 29.9.2021]. Saatavissa: https://doi.org/10.3390/su9091540

Koistinen, A. 2016. Kaskadikäyttö metsätalouden kestävyyden todentajana – esiselvitys. Helsinki: Tapio oy. Tapion raportteja nro 4. [Viitattu 29.9.2021]. Saatavissa: https://tapio.fi/wp-content/uploads/2019/10/Kaskadikaytto-metsatalouden-kestavyyden-todentajana.pdf

LAB. 2021. BIOSYKLI – Päijät-Hämeen biokiertotalous. [Viitattu 29.9.2021]. Saatavissa: https://www.lab.fi/fi/projekti/biosykli