Päästövähennyksiä ja lisäarvoa tuotteille hiilidioksidin hyötykäytöllä

Kirjoittaja: Riikka Savijärvi

Hiilidioksidille on kysyntää

Suomessa hiilidioksidin talteenotto, hyötykäyttö ja varastointi on nostettu yhdeksi ilmastopolitiikan painopisteistä. Erityisesti pyritään edistämään bioperäisen hiilidioksidin talteenottoa, hyödyntämistä ja varastointia (Valiokunnan lausunto MmVL 17/2023 vp). Suomessa biogeenisen hiilidioksidin osuus on merkittävä (Tilastokeskus 2023), mikä lisää sen potentiaalia päästövähennyskeinona. Tällä hetkellä hiilidioksidia hyödynnetään useissa kaupallisissa sovelluksissa, kuten juomien hiilihapotuksessa (ks. taulukko 1). Muita olemassa olevia käyttökohteita ovat esimerkiksi kasvihuonekäyttö, synteettiset polttoaineet ja pH-arvon säätö vedenkäsittelyssä (Linde 2023). Hiilidioksidille kehitetään myös jatkuvasti uusia käyttökohteita (ks. taulukko 2). Esimerkiksi lääketeollisuudessa tutkitaan hiilidioksidin hyödyntämistä antibioottien valmistuksessa (Repo & Niemi 2019).

Kaupallisesti valmiita CO2-käyttökohteita (TRL 9)		Kaupallinen toimija
Elintarviketeollisuus	Virvoitusjuomat (sekoitus ja karbonointi)	Hartwall
	Kofeiinia poistava aine	Kahvikaveri
	Proteiinin tuotanto	Solar Foods
	Kuivajääpuhallus	Woikoski
Rakennusmateriaalit	Karbonoitu betoni	Carbonaide
	Rakennusmateriaalien täyteaineet	Carbon8
Kemikaalit	Kylmäaineet	Woikoski
	Salisyylihappo
	Urea	Yara
Muoviteollisuus	Polykarbonaatti	Asahi Kasei
	Polypropyleenikarbonaatti (PPC)	Norner
	Polykarbonaattipolyolit	Covestro*
Polttoaineet	Metanoli	George Olah, Carbon Recycling International (CRI)
	Metaani	Q Power
Muita	Kasvihuoneet	Air Liquide
	Ylikriittinen hiilidioksidiuutto	Nanoform
	Veden pH-säätö	Linde

Taulukko 1. Kaupallisesti valmiita sovelluksia hiilidioksidin hyötykäyttöön (Monteiro & Roussanaly 2022; CarbonNext 2017)

Kehitteillä olevia CO2-käyttökohteita		Esimerkkitutkimus/lähde
Kemikaalit	Muurahaishappo	Monero 2023
	Sykliset karbonaatit	Yan et al. 2023
	Dimetyylikarbonaatti	Fu et al. 2016
	Isopropyylialkoholi	Liew et al. 2022
	Synteesikaasu	Sun et al. 2021
	Oksaalihappo	Lakkaraju et al. 2016
	Formaldehydi	Rauch et al. 2019
Polttoaineet	Dimetyylieetteri	Matzen et al. 2016
	Hiilivety	Torrente-Murciano et al. 2016
	Etanoli	Steelanol 2023, Mo et al. 2023
	Biodiesel (fatty acids)	Liu et al. 2022
Lääketeollisuus	Antibioottien valmistus	Niemi & Repo 2018
Epäorgaaniset karbonaatit	Saostettu ja jauhettu kalsiumkarbonaatti (PCC & GCC)	Berahim et al. 2019
Mikrolevät	Polttoaineet	Daneshvar et al. 2022, Podder et al. 2023, Zieliński et al. 2023
	Proteiinien tuotanto
Elintarviketeollisuus	Ruokasooda	CarbonNext 2017

Taulukko 2. Esimerkkejä kehitteillä olevista hiilidioksidin käyttökohteista

Hiilidioksidin kysynnän on arvioitu kasvavan tulevaisuudessa. Esimerkiksi leväviljelyssä kysyntä hiilidioksidille tulee olemaan vuonna 2050 arviolta 200–900 Mt vuodessa (Godin et al. 2021). Myös rakennusmateriaalien, polttoaineiden ja urean tuotannossa hiilidioksidin kysyntä voi ylittää 300 Mt vuodessa (Karjunen 2022). Polymeerien tuotannossa hiilidioksidin käyttöpotentiaalin on arvioitu olevan 10–50 miljoonaa tonnia vuodessa vuoteen 2050 mennessä (Hepburn 2019). Kiristyvät lainsäädännöt ja ympäristövaatimukset voivat myös lisätä hiilidioksidin kysyntää. Esimerkiksi kylmäaineita koskevat ympäristövaatimukset kiristyvät jatkuvasti (Syke 2020), mikä voi edistää hiilidioksidin hyödyntämistä kylmäaineiden tuotannossa. Tällä hetkellä kysyntä on alle 1 Mt vuodessa (Karjunen 2022). Lisäksi hiilidioksidipäästöoikeuksien hintakehitys on ollut voimakkaassa kasvussa vuoden 2020 jälkeen (ks. Schroderus 2023), mikä voi lisätä kiinnostusta CCU-teknologioiden käyttöönottoon. Vuoden 2020 alussa yhden päästetyn hiilidioksiditonnin hinta oli noin 25 euroa, kun taas vuoden 2022 jälkeen hinta on ollut reilusti yli 80 euroa, korkeimmillaan lähes 98,5 euroa per hiilidioksiditonni (Schroderus 2023; Investing 2023).

Hiilidioksidin puhtausvaatimuksista tarvitaan standardointia

Yhtenä merkittävimmistä haasteista kierrätetyn hiilidioksidin hyödyntämisessä on koko arvoketjun puhtausvaatimusten täyttäminen. Hiilidioksidin loppukäytön lisäksi puhtausvaatimuksiin vaikuttavat erilaiset prosessirajoitukset, kuten kuljetusmenetelmät ja -olosuhteet (CarbonNext 2017). Vaikka epäpuhtaampi hiilidioksidi soveltuisi käyttökohteeseen, kuljetus- ja tuotantomenetelmät voivat rajoittaa hiilidioksidin hyötykäyttöä. Esimerkiksi Yhdysvalloissa hiilidioksidin kuljetustoimijoiden puhtauskriteerit sanelevat usein puhtausluokan hyödyntämisessäkin (National Academies of Sciences, Engineering, and Medicin 2023). CCU-arvoketjuja tulisi optimoida standardoinnilla; sen avulla voitaisiin varmistaa hiilidioksidin turvallinen käsittely sekä hallita ja optimoida arvoketjujen kustannuksia. Standardointi edesauttaisi tarkasti määriteltyjen markkinoiden syntymisen erilaisille hiilidioksidilaaduille alhaisin kustannuksin (Neerup et al. 2022). Kierrätetyn hiilidioksidin laajamittaisempi hyödyntäminen vaatiikin selvitystä nykyisten ja kehitteillä olevien alla käyttökohteiden puhtausvaatimuksista sekä potentiaalista sitoa ja varastoida hiilidioksidia. Alla olevassa taulukossa 3 on koottuna puhtausvaatimuksia hiilidioksidin eri käyttösovelluksille. Taulukko on koostettu osana Hiiliketju-hanketta (ks. LAB 2024), jossa tuetaan eri laatuisten CO₂-pohjaisten, alueellisten arvoketjureferenssien syntymistä.

CO2-käyttökohde	Puhtausvaade (til-%)	Haitalliset epäpuhtaudet hiilidioksidivirrassa
Elintarvike	99,9 (MEMBER-projekti 2018)	ks. EIGA 2017 & ISBT 2021
Virvoitusjuomat (sekoitus ja karbonointi)	99,9 (MEMBER-projekti 2018), 99 (Ho et al. 2019)
Kofeiinia poistava aine	99 (Ho et al. 2019)
Metanolin valmistus	99 (Ho et al. 2019), 96,4 (Vesterinen 2018) 50 (Mohd Nawi et al. 2016)	noki, ammoniakki, hiukkaset, vetysulfidi, rikki, raskasmetallit, happi, NOx, SOx (BIOSYKLI 2022b, polttoaineet ja kemikaalit)
Metaanin valmistus	99 (Ho et al. 2019)
Muurahaishapon valmistus	99 (Moreno et al. 2023), 99,99 (Ewis et al. 2023)	noki, ammoniakki, hiukkaset, vetysulfidi, rikki, raskasmetallit, happi, NOx, SOx (BIOSYKLI 2022b, polttoaineet ja kemikaalit)
Kylmäaineet	99,9 (MEMBER-projekti 2018), 99 (Ho et al. 2019)
Urean valmistus	99,9 (Ho et al. 2019)	typpimonoksidi, typpidioksidi, rikkidioksidi, rikkivety, eteeni (BIOSYKLI 2022a, hiilidioksidilannoitus)
Polykarbonaatit	95 (Ho et al. 2019)	rikkikiyhdisteet, kuten SO2 ja H2S (BIOSYKLI 2022c, polymeerien tuotanto)
Mineraalikarbonaatio	6-99,9 (Ho et al. 2019) < 25 % (Majchrzak-Kuce ̨ba 2022)	N2, O2 enintään 10%, rikki ja rikkiyhdisteet, kloridit (raudoitetut rakenteet) (BIOSYKLI 2022d, rakennusmateriaalit)
Metallivalut	95 (Ho et al. 2019)
Mikrolevät	5–35 (Wilcox et al. 2017), ilmakehän CO2-pitoisuus (Ho et al. 2019), 10 (Mohd Nawi et al. 2016)
Tehostettu kaasun talteenotto	99,9 (Ho et al. 2019)
ECBM (enhanced coal bed methane recovery)	99 (Ho et al. 2019)
Tehostettu öljyn talteenotto EOR	90-99,8 (National energy technology laboratory 2019), 50+ (Wilcox et al. 2017), 95-99 (Ho et al. 2019), 80 (Mohd Nawi et al. 2016)
Lääketeollisuus	99,5 (Linde 2021)	vesihöyry ≤ 67 ppm, typpimonoksidi- ja typpidioksidipitoisuudet ≤ 2 ppm, rikkivedyn pitoisuus ≤ 1 ppm ja rikkioksidi ≤ 2 ppm (Linde 2021)*
Teollisuuskäyttö	99,5 (MEMBER-projekti 2018)
*esimerkki Linde Gasin lääkehiilidioksidista ja sen puhtausvaatimuksista

Taulukko 3. Puhtausvaatimukset hiilidioksidin eri käyttökohteissa (Taulukko: M. Huttunen ja R. Savijärvi)

Kosteuspitoisuuden rajoittaminen on tärkeää kaikissa hiilidioksidin käyttökohteissa; veden liukoisuus nestemäiseen tai höyrymäiseen hiilidioksidiin on rajallinen (CarbonNext 2017). Esimerkiksi -20 °C:n lämpötilassa veden liukoisuus nestemäisessä faasissa olevaan hiilidioksidiin on vain 20,8 ppm. Tämän tason yläpuolella vesimolekyylit saostuvat liuoksesta kiinteään muotoon. Jääkiteet voivat tukkia venttiilit, suodattimet ja muut laitteet. Yli 0ºC:n lämpötilassa vesi on nestemäisessä tilassa ja voi reagoida hiilidioksidin kanssa muodostaen hiilihappoa, joka syövyttää metalleja (CarbonNext 2017). Vesihöyry voi myös aiheuttaa muita toimintaongelmia esimerkiksi säätölaitteissa ja suodattimissa; kun vesihöyry reagoi hiilidioksidin kanssa, se voi muodostaa suurimolekyylistä kaasuhydraattia.

Kosteuspitoisuuden rajoittaminen on tärkeää myös logistiikan näkökulmasta. Liiallinen kosteus voi aiheuttaa korroosiota kuljetuslaitteistossa, kun esimerkiksi typen oksidit ja rikkiyhdisteet reagoivat veden kanssa (ISO/TR 27921:2020(E)). Jotta korroosioriski pysyy minimaalisena, veden määrän on pysyttävä alle asetetun raja-arvon (ISO/TR 27921:2020(E)).

Hiilidioksidi voi sitoutua rakennusmateriaaleihin jopa vuosisadoiksi

Hiilidioksidia voidaan sitoa useisiin eri tuotteisiin (ks. taulukko 4) ja tarvittavan hiilidioksidin määrät vaihtelevat lopputuotteiden välillä (ks. taulukko 4). Esimerkiksi hiilinanokuidun valmistamiseen tarvitaan 3,7 tonnia hiilidioksidia per tonni lopputuotetta, kun taas rakennusmateriaalien täyteaineisiin 0,1 tonnia. CCU-teknologioilla saavutetut hyödyt riippuvat pitkälti hiilidioksidin pysyvyydestä valmistetuissa tuotteissa ja hiilidioksidin lähteestä (Valtioneuvosto 2023). Suomessa CCU-teknologiat herättävät erityistä kiinnostusta, sillä hiilidioksidin suoralle varastoinnille ei ole löydetty soveltuvia geologisia muodostumia (Kujanpää et al. 2023). Päästövähennysten ja nettokustannusten näkökulmasta yhtenä potentiaalisimmista käyttökohteista pidetään hiilidioksidin hyödyntämistä rakennusmateriaaleissa (Hepburn et al. 2019). Hiilidioksidi varastoituu rakennusmateriaaleihin tyypillisesti pidemmäksi aikaa kuin esimerkiksi polttoaineisiin, joissa käyttöikä on huomattavasti lyhyempi. Muita keskeisiä hiilidioksidin käyttökohteita ovat kemikaalit, polttoaineet ja mikrolevät. Riippuen teknisistä, poliittisista ja taloudellisista tekijöistä, hiilidioksidia voidaan hyödyntää näissä jokaisessa käyttökohteessa jopa 0,5 Gt vuoteen 2050 mennessä (Hepburn et al. 2019).

CO2-käyttösovellukset		CO2 tarve lopputuotetta kohden [t/t]
Rakennusmateriaalit	Karbonoitu betoni	0.1
	Rakennusmateriaalien täyteaineet	0.1
	Jauhettu kalsiumkarbonaatti	0.4
	Saostettu kalsiumkarbonaatti	0.3
Kemikaalit	Muurahaishappo	1
	Sykliset karbonaatit	0.4
	Dimetyylikarbonaatti	0.5
	Isopropyylialkoholi	1.2
	Synteesikaasu	0.6
	Oksaalihappo	0.9
	Urea	0.7
	Formaldehydi	1.5
	Melamiini	1
Polttoaineet	Metanolin tuotanto	1.4
	Dimetyylieetteri	1.9
	Metaanin tuotanto	2.8
	Hiilivety	2.4
	Etanolin tuotanto	1.9
	Biodieselin tuotanto (fatty acids)	0.5
Polymeerit	Polykarbonaatti	0.2
	Polypropeenikarbonaatti	0.3
	Polykarbonaattipolyolit	0.4
	Ureaformaldehydihartsi	0.9
	Melamiiniformalehydihartsi	0.9
	Selluloosakarbamaatit	0.5
	Polyoksimeteeni	0.4
Hiili	Grafeeni	3.7
	Hiilinanokuitu	3.7
	Hiilinanoputki	3.7

Taulukko 4. Hiilidioksidin tarve lopputuotetta kohden (CarbonNext 2017; Zhaurova 2018; Parsons Brinckerhoff. 2011) (Taulukko: M. Huttunen ja R.Savijärvi)

Hiilidioksidin varastoinnin lisäksi hiilidioksidin hyödyntäminen rakennusmateriaaleissa voi myös edistää materiaalien rakenteellisia ominaisuuksia, kuten kestävyyttä (Chai et al. 2022). Hiilidioksidin hyödyntäminen rakennusteollisuudessa auttaa myös vähentämään rakennusprosessissa käytettävän energian määrää. Hiilidioksidia voidaan yhdistää esimerkiksi kalsiumpohjaisiin lähtöaineisiin, jolloin saadaan joko suoraan hyödynnettävää tai jatkojalostuksen jälkeen käytettävää rakennusmateriaalia (CO2 Value EU 2023; Chai et al. 2022).

Rakennusmateriaalien valmistuksessa voidaan käyttää alhaisemman pitoisuuden hiilidioksidivirtaa (ks. taulukko 1). Happipitoisuus saa kuitenkin olla enintään 10 % (Ho et al. 2019). Typen määrää on myös rajattava, sillä betoniin syntyvät kaasukuplat heikentävät rakennetta. Epäpuhtaudet, kuten kloridit voivat aiheuttaa riskin raudoitetuille rakenteille (LAB2022d). Lisäksi rikki ja rikkiyhdisteet reagoivat betonin kalsiumyhdisteiden ja alumiinin kanssa, mikä on huomioitava hiilidioksidin hyödyntämisessä rakennusmateriaalien tuotannossa.

Rakennusmateriaalien lisäksi myös esimerkiksi leväbiomassan tuotanto on volyymeiltaan yksi potentiaalisimmista hyötykäyttökohteista hiilidioksidille. Kuten rakennusmateriaaleissa, myös leväbiomassan tuotannossa hiilidioksidin kysyntä voi ylittää tuotannossa jopa 300 Mt vuodessa tulevaisuudessa (Godin et al. 2021). Hiilidioksidin avulla kasvatettua leväbiomassaa voidaan hyödyntää esimerkiksi polttoaineiden, elintarvikkeiden, farmasia- ja kosmetiikkatuotteiden sekä muovien valmistuksessa (Senatore et al. 2021; Hepburn et al. 2019). Levien avulla voidaan myös käsitellä jätevesiä ja teollisuuden savukaasuja (Podder et al. 2023). Levätuotanto hiilidioksidin avulla on osoittautunut teknologisesti kypsäksi (TRL 8) ja ekologisesti kestäväksi menetelmäksi (Chauvy & Weireld 2020). Jätevesien käsittelyssä mikrolevien hyödyntäminen on teknologiselta kypsyydeltään alhaisempi (TRL 6-7) (Valchev & Ribarova 2022).

Pashchenko (2022) mukaan 1 kg talteenotettua hiilidioksidia tuottaa 1,88 kg leväbiomassaa (Chlorella vulgaris). Anwar et al. (2020) arvioi, että leväbiomassa voi sitoa 1,83 kg hiilidioksidia kilogrammaan biomassaa Määrät voivat kuitenkin vaihdella merkittävästi eri levälajien välillä (Iglina et al. 2022). Kaupallisesti lupaavimpina mikroleväsukuina bioteknologisiin sovelluksiin pidetään seuraavia: Dunaliella, Botryococcus, Chlamydomonas, Chlorella ja Arthrospira (Junior et al. 2022). Ympäristönäkökulmasta mikrolevien tuotannon etuina ovat esimerkiksi vähäisempi maankäyttö ja vedenkulutus (Ghiat & Al-Ansari 2021). Joitakin levälajeja voidaan kasvattaa murtovedessä tai suolaisessa vedessä, jolloin makeaa vettä säästyy muihin tarpeisiin (Food Manufacturing 2023).

Hiilidioksidin hyötykäytöllä päästövähennyksiä muoviteollisuuteen ja polttoaineiden valmistukseen

Hiilidioksidia voidaan syntetisoida polttoaineiksi, kuten metanoliksi ja metaaniksi, lisäämällä vetyä hiilidioksidiin (Godin et al. 2021). Polttoaineiden tuotannossa käytetään lähtökohtaisesti puhdasta hiilidioksidia, sillä epäpuhtaudet vaikuttavat negatiivisesti prosessien tehokkuuteen (Müller et al. 2013). Esimerkiksi Ho et al. (2019) mukaan hiilidioksidin tulee olla 99 til-% metaanin ja metanolin tuotantoon (ks. taulukko 1). Toisaalta myös epäpuhtaan hiilidioksidin soveltuvuutta polttoaineiden tuotantoon on tutkittu. Esimerkiksi Mohd Nawi et al. (2016) osoittaa, että myös epäpuhtaan hiilidioksidin hyödyntäminen on mahdollista polttoaineiden tuotannossa. Jotta tarkempia puhtausvaatimuksia voidaan asettaa, epäpuhtaan hiilidioksidivirran soveltuvuutta polttoainetuotantoon tulee tutkia myös suuremmissa mittakaavoissa (Wawrzyńczak 2023). Suomessa on meneillään useita isomman kokoluokan hankkeita, kuten Lahti Energian ja Nordic Ren-Gasin Power-to-Gas tuotantolaitoshanke, joissa tutkitaan hiilidioksidin hyödyntämistä polttoainetuotannossa. Lahti energia ja Nordic Ren-Gasin Power-to-Gas-tuotantolaitoshankkeessa selvitetään Kymijärven voimalaitoksen savukaasujen hiilidioksidin hyödyntämistä synteettisen metaanin tuotantoon (ks. Lahti Energia 2023). Laitoksen valmistuttua metaanintuotanto tulee olemaan arviolta noin 35 000 tonnia vuodessa ja talteenotetun hiilidioksidin määrä 110 000 tonnia vuodessa (Ren-Gas Oy n.d).

Haitallisia epäpuhtauksia hiilidioksidissa polttoaineiden tuotannossa ovat noki, ammoniakki, erilaiset hiukkaset, vetysulfidi, rikki, raskasmetallit, happi typen ja rikin oksidit (LAB 2022b; Müller et al. 2013). Epäpuhtauksien vaikutus vaihtelee tuotantotapojen välillä.
Heterogeenisessa katalyysissä, joka on yksi yleisimmistä synteettisen metaanin tuotantotavoista, jo pienet pitoisuudet epäpuhtauksia voivat olla kriittisiä. Rikkipitoisuudet haitallisuus jo pienissä määrissä johtuu pääasiassa rikin ja metalliatomien välisistä reaktioista (Müller et al. 2013). Biokatalyyttisessä metanoinissa käytetään katalyyttinä mikro-organismeja (Söllinger & Urich 2019), minkä vuoksi prosessi kestää paremmin epäpuhtauksia.

Hiilidioksidin talteenotto ja hyödyntäminen (CCU) ovat tärkeitä myös muoviteollisuuden päästöjen vähentämisessä (Plastic Europe 2023). Muovia tuotetaan maailmanlaajuisesti noin 360 Mt vuodessa (Muovityhdistys n.d.) ja kulutus kasvaa jatkuvasti. Vuoteen 2050 mennessä muovien kulutuksen on arvioitu kasvavan noin kaksin- tai jopa nelinkertaiseksi nykyisestä (Muoviyhdistys n.d.). Suomessa tuotanto on noin 0,6 Mt vuodessa (FPIF n.d; Borealis n.d.).

Tällä hetkellä muovien valmistamiseen käytetään pääosin fossiilisia raaka-aineita (Muoviyhdistys n.d.), mikä on päästövähennysten näkökulmasta ongelmallista. Hiilidioksidin hyödyntämisellä voidaan korvata neitseellisiä raaka-aineita ja sitoa hiilidioksidia tuotteisiin, mikä vähentää muoviteollisuuden kokonaispäästöjä. Hiilidioksidin teoreettinen hyödyntämispotentiaali muoviteollisuudessa on 2–3 Mt vuodessa (Valtioneuvosto 2023). Kehityksen on arvioitu kasvavan erityisesti 2040-luvulta eteenpäin (Plastics Europe 2023).

Pohdinta

Hiilidioksidia voidaan hyödyntää monipuolisesti eri teollisuudenaloilla ja uusia käyttökohteita kehitetään jatkuvasti. Päästövähennysten ja hiilen sitomisen näkökulmasta käyttökohteiden välillä on suuria eroja. Osa hiilidioksidin käyttökohteista edistää hiilen pitkäaikaista sitomista, kun taas toisissa hiilidioksidi sitoutuu lyhyemmäksi aikaa. Esimerkiksi kestomuoveissa ja mineraalipohjaisissa rakennusmateriaaleissa hiilidioksidi voi pysyä vuosikymmeniä tai jopa vuosisatoja. Sen sijaan esimerkiksi polttoaineissa ja ureassa hiilidioksidi pysyy keskimäärin lyhyemmän aikaa. Vaikka volyymit ovat suuria polttoaineiden ja urean valmistuksessa, päästöjen näkökulmasta ne eivät ole yhtä potentiaalisia kuin esimerkiksi rakennusmateriaalit ja kestomuovit.

Hiilidioksidin hyötykäyttöä on tutkittu pitkälti 100-prosenttisella hiilidioksidilla. Matalamman puhtausasteen hiilidioksidin hyötykäytöstä tarvitaan lisää tutkimusta eri sektoreilla, jotta myös likaisempaa hiilidioksidia saadaan hyötykäyttöön. Esimerkiksi kasvihuonekäytössä käytetään toistaiseksi elintarvikekelpoista hiilidioksidia (ks. esim. Air Liquide 2024). On kuitenkin mahdollista, että myös likaisempi hiilidioksidi soveltuisi kasvihuonekäyttöön. Tärkeintä on selvittää, mitkä epäpuhtaudet ovat kriittisimpiä eri käyttökohteissa ja laatia selkeämmät standardit puhtausvaatimuksille.

Hiilidioksidin käyttökohteita käsitellään usein yksittäin ilman alueellista tarkastelua. Käytännössä CCU-teknologioiden tehokkuuteen vaikuttaa olennaisesti käytettävän hiilidioksidin määrä ja laatu sekä alueelliset verkostot. Yksittäinen CCU-teknologia tai hyötykäyttökohde voi olla toimiva toisessa paikassa, mutta epäkäytännöllinen muualla.

Luonnonvarakeskuksen koordinoimassa Hiiliketju-hankkeessa tarkastellaan hiilidioksidin talteenottoa ja hyödyntämistä juuri alueellisesta näkökulmasta. Hankkeen tavoitteena on luoda kaksi paikallista BioCO₂-hyödyntämisekosysteemiä (Lahti-Lappeenrannan alueelle ja pääkaupunkiseudulle) kartoittamalla alueilla sijaitsevia hiilidioksidilähteitä, niiden hiilidioksidivirtojen laatua sekä uusia hyötykäyttökohteita ylimääräiselle hiilidioksidille. LAB ammattikorkeakoulu toimii osatoteuttajana hankkeessa.

Lähteet

Air Liquide. 2024. Hiilidioksidia kasvihuoneille. Viitattu 1.16.2024. Saatavissa https://fi.airliquide.com/ratkaisut/hiilidioksidia-kasvihuoneisiin

Berahim, N.H., Lahuri, H.M., Mohd No, M.G. 2019. CO2 Mineralization: Production of Precipitated Calcium Carbonate as a Method of CO2 Utilization. International Journal of Engineering & Technology, Vol. 7(14) 172-174. Viitattu 22.1.2024. Saatavissa http://dx.doi.org/10.14419/ijet.v7i4.14.27521

CO2 Value Europe. 2023. CCU: What is Carbon Capture and Utilisation? Viitattu 15.1.2024. Saatavissa CCU: what is Carbon Capture and Utilisation | CO₂Value Europe (co2value.eu)

Carbonaide Oy. 2023. Transforming CO2 into a rock-solid concrete. Viitattu 11.12.2023. Saatavissa https://carbonaide.com/

CarbonNext. 2017. The next Generation of Carbon for the Process Industry. Report on fully integrated and intensified value chain concepts for process selection. Viitattu 14.12.2023. Saatavissa https://carbonnext.eu/Deliverables/_/D2.1%20Value%20Chains%2031%2010%202017.pdf

Chai, S. Y. W., Ngu, L. H., How, B. S., Chin, M. Y., Abdouka, K., Adini, M. J. B. A., & Kassim, A. M. 2022. Review of CO2 capture in construction-related industry and their utilization. International Journal of Greenhouse Gas Control, Vol. 119, 103727. Viitattu 22.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2022.103727

Chauvy, R., & De Weireld, G. 2020. CO2 utilization technologies in Europe: a short review. Energy Technology, Vol. 8(12), 2000627. Viitattu 22.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.1002/ente.202000627

Covestro. 2023. CO2 as a new raw material – becoming a jack of all trades. Viitattu 15.1.2024. Saatavissa https://www.covestro.com/en/sustainability/what-drives-us/circular-economy/alternative-resources/co2-as-a-raw-material

Daneshvar, E., Wicker, R. J., Show, P. L., & Bhatnagar, A. 2022. Biologically-mediated carbon capture and utilization by microalgae towards sustainable CO2 biofixation and biomass valorization–A review. Chemical Engineering Journal, Vol. 427, 130884. Viitattu 8.2.2024. Saatavissa http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2021.130884

Ding, J., Ye, R., Fu, Y., He, Y., Wu, Y., Zhang, Y., … & Fan, M. 2023. Direct synthesis of urea from carbon dioxide and ammonia. nature communications, Vol. 14(1), 4586. Viitattu 22.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.1038/s41467-023-40351-5

EIGA 2017. Doc. 70/17. Carbon Dioxide Food and Bewerages Grade Source Qualification, Quality Standards and Verification. Bryssel: European Industrial Gases Association Aisbl.

Food Manufacturing 2023. Microalgae Could Be the Future of Sustainable Superfood Algae offers high protein and nutrition content. University of California-San Diego. Viitattu 5.12.2023. Saatavissa https://www.foodmanufacturing.com/consumer-trends/news/22658052/microalgae-could-be-the-future-of-sustainable-superfood

FPIF (Finnish Plastics Industries Federation) n.d. Muovit ovat monipuolinen materiaaliryhmä. Viitattu 11.1.2024. Saatavissa https://www.plastics.fi/fin/muovitieto/muovit/

Fu, Z. & Meng, Y. 2016. Research progress in the phosgene-free and direct synthesis of dimethyl carbonate from CO2 and methanol. Chapter in Chemistry Beyond Chlorine, Vol. 363-385. Springer. Viitattu 15.1.2024. Saatavissa http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-30073-3_13

Ghiat, I., & Al-Ansari, T. 2021. A review of carbon capture and utilisation as a CO2 abatement opportunity within the EWF nexus. Journal of CO2 Utilization, Vol. 45, 101432. Viitattu 15.1.2024. Saatavissa http://dx.doi.org/10.1016/j.jcou.2020.101432

Godin, J., Liu, W., Ren, S., & Xu, C. C. 2021. Advances in recovery and utilization of carbon dioxide: A brief review. Journal of Environmental Chemical Engineering, 9(4), 105644. Viitattu 15.1.2024. Saatavissa http://dx.doi.org/10.1016/j.jece.2021.105644

Hepburn, C., Adlen, E., Beddington, J., Carter, E. A., Fuss, S., Mac Dowell, N., … & Williams, C. K. 2019. The technological and economic prospects for CO2 utilization and removal. Nature, Vol. 575(7781), 87-97. Viitattu 15.1.2024. Saatavissa http://dx.doi.org/10.1038/s41586-019-1681-6

Ho, H. J., Iizuka, A., & Shibata, E. 2019. Carbon capture and utilization technology without carbon dioxide purification and pressurization: a review on its necessity and available technologies. Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 58(21), 8941-8954. Viitattu 14.1.2024. Saatavissa http://dx.doi.org/10.1021/acs.iecr.9b01213

Iglina, T., Iglin, P., & Pashchenko, D. 2022. Industrial CO2 capture by algae: a review and recent advances. Sustainability, Vol. 14(7), 3801. Viitattu 14.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.3390/su14073801

ISBT. 2021. Bulk Carbon Dioxide Quality & Food Safety Guidelines and Analytical Methods and Techniques Reference. International Society of Bewerage technologists (ISBT).

ISO/TR 27921:2020(E). Technical Report. Carbon dioxide capture, transportation, and geological storage. Cross Cutting Issues. CO2 stream composition.

Junior, W. G. M., Gorgich, M., Corrêa, P. S., Martins, A. A., Mata, T. M., & Caetano, N. S. 2020. Microalgae for biotechnological applications: Cultivation, harvesting and biomass processing. Aquaculture, Vol. 528, 735562. Viitattu 14.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2020.735562

Karjunen, H. 2022. Analysis and design of carbon dioxide utilization systems and infrastructures. Väitöskirja. LUT yliopisto. Lappeenranta. School of Energy Systems, Energiatekniikka. Viitattu 15.1.2024. Saatavissa https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-335-873-7

Kujanpää, L., Koponen, K., Linjala, O., Mäkikouri, S., Arasto, A. 2023. Teknologisten hiilinielujen mahdollisuudet ja niiden edistäminen Suomessa. Suomen Ilmastopaneeli. Raportti 5/2023. Viitattu 30.1.2024. Saatavissa ilmastopaneelin-raportti-5-2023-teknologisten-hiilinielujen-mahdollisuudet-ja-niiden-edistaminen-suomessa.pdf

LAB. 2022a. Hiilidioksidilannoitus. LAB-ammattikorkeakoulu. Viitattu 9.1.2024. Saatavissa https://sites.google.com/lab.fi/biosykli-co2/k%C3%A4ytt%C3%B6kohteet/hiilidioksidilannoitus

LAB. 2022b. Polttoaineet ja kemikaalit. LAB-ammattikorkeakoulu. Viitattu 9.1.2024. Saatavissa https://sites.google.com/lab.fi/biosykli-co2/k%C3%A4ytt%C3%B6kohteet/polttoaineet-ja-kemikaalit

LAB. 2022c. Polymeerien valmistus. LAB-ammattikorkeakoulu. Viitattu 9.1.2024. Saatavissa https://sites.google.com/lab.fi/biosykli-co2/käyttökohteet/polymeerien-valmistus

LAB. 2022d. Rakennusmateriaalit. LAB-ammattikorkeakoulu. Viitattu 9.1.2024. Saatavissa https://sites.google.com/lab.fi/biosykli-co2/k%C3%A4ytt%C3%B6kohteet/rakennusmateriaalit

LAB 2024. Urbaanin hiilenkierron uudet arvoketjut. Viitattu 8.11.2023. Saatavissa https://lab.fi/fi/projekti/urbaanin-hiilenkierron-uudet-arvoketjut

Lahti Energia. 2023. Lahti Energia ja Nordic Ren-Gas allekirjoittivat hankekehityssopimuksen Power-to-Gas-hankkeesta. Viitattu 30.1.2024. Saatavissa https://www.lahtienergia.fi/ajankohtaista/lahti-energia-ja-nordic-ren-gas-allekirjoittivat-hankekehityssopimuksen-power-to-gas-hankkeesta/

Lakkaraju, P. S., Askerka, M., Beyer, H., Ryan, C. T., Dobbins, T., Bennett, C., … & Batista, V. S. 2016. Formate to Oxalate: A Crucial Step for the Conversion of Carbon Dioxide into Multi‐carbon Compounds. ChemCatChem, Vol. 8(22), 3453-3457. Viitattu 14.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.1002/cctc.201600765

Liew, F. E., Nogle, R., Abdalla, T., Rasor, B. J., Canter, C., Jensen, R. O., … & Köpke, M. 2022. Carbon-negative production of acetone and isopropanol by gas fermentation at industrial pilot scale. Nature biotechnology, Vol. 40(3), 335-344. Viitattu 12.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.1038/s41587-021-01195-w

Linde. 2023. Hiilidioksidi. Viitattu 4.12.2023. Saatavissa https://www.linde-gas.fi/fi/products_ren/bulk_gases/carbon_dioxide/index.html?gclid=EAIaIQobChMIy6buiO71ggMVgxiiAx3DqQpmEAAYASAAEgKEkPD_BwE

Linde. 2021. 201-HG Medical CO2 G Size. Viitattu 13.12.2023. Saatavissa https://shop.linde.hk/shop/en/hk/201-hg-medical-co2-g-size

Liu, X., Luo, H., Yu, D., Tan, J., Yuan, J., & Li, H. 2022. Synthetic biology promotes the capture of CO2 to produce fatty acid derivatives in microbial cell factories. Bioresources and Bioprocessing, Vol. 9(1), 1-19. Viitattu 14.1.2024. Saatavissa http://dx.doi.org/10.1186/s40643-022-00615-2

Majchrzak-Kuce ̨ba, I. 2022. CO2 A useful reactant. The Carbon Chain in Carbon Diocide Industrial Utilization Technologies. Boca Raton: CRC Press. Viitattu 22.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.1201/9781003336587

Matzen, M., & Demirel, Y. 2016. Methanol and dimethyl ether from renewable hydrogen and carbon dioxide: Alternative fuels production and life-cycle assessment. Journal of cleaner production, Vol. 139, 1068-1077. Viitattu 14.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.08.163

MEMBER-projekti. 2018. WP2 – System requirements, design and modelling. D2.2 Industrial requirements. Viitattu 13.11.2023. Saatavissa https://ec.europa.eu/research/participants/documents/downloadPublic?documentIds=080166e5bcc256b8&appId=PPGMS

Moreno, D., Omosebi, A., Jeon, B. W., Abad, K., Kim, Y. H., Thompson, J., & Liu, K. 2023. Electrochemical CO2 conversion to formic acid using engineered enzymatic catalysts in a batch reactor. Journal of CO2 Utilization, Vol. 70, 102441. Viitattu 10.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.1016/j.jcou.2023.102441

Monteiro, J., & Roussanaly, S. 2022. CCUS scenarios for the cement industry: Is CO2 utilization feasible? Journal of CO2 Utilization, Vol. 61, 102015. Viitattu 11.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.1016/j.jcou.2022.102015
Mo, W., Tan, X. Q., & Ong, W. J. 2023. Prospective Life Cycle Assessment Bridging Biochemical, Thermochemical, and Electrochemical CO2 Reduction toward Sustainable Ethanol Synthesis. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, Vol. 11(14), 5782-5799. Viitattu 12.1.2024. Saatavissa http://dx.doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c00842

Monteiro, J., Goetheer, E., Schols, E., van Os, P., Pérez, j. F., Hoppe, H., Bharadwaj, H. S., Roussanaly, S., Khakharia, P., Feenstra, M. & de Jong, A. 2018. Post-capture CO2 management: options for the cement industry, s.l.: CEMCAP. Viitattu 11.1.2024. Saatavissa https://zenodo.org/records/2597056

Muoviyhdistys (n.d.). Muovit päästölähteestä hiilinieluksi. Viitattu 11.1.2024. Saatavissa https://www.muoviyhdistys.fi/2020/09/07/muovit-paastolahteesta-hiilinieluksi/

Müller, K., Fleige, M., Rachow, F., Schmeißer, D. 2013. Sabatier based CO2-methanation of flue gas emitted by conventional power plants. Energy Procedia, Vol. 40. 240–248. Viitattu 12.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.08.028

Mohd Nawi, W. N. R., Wan Alwi, S. R., Manan, Z. A., & Klemeš, J. J. 2016. Pinch analysis targeting for CO 2 total site planning. Clean Technologies and Environmental Policy, Vol. 18, 2227-2240. Viitattu 12.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.1007/s10098-016-1154-7

Niemi, T., & Repo, T. 2019. Antibiotics from Carbon Dioxide: Sustainable Pathways to Pharmaceutically Relevant Cyclic Carbamates. European Journal of Organic Chemistry, Vol. (6), 1180-1188. Viitattu: 12.1.2024. Saatavissa: https://doi.org/10.1002/ejoc.201801598

Neerup, R., Løge, I. A., Helgason, K., Snæbjörnsdóttir, S. O., Sigfússon, B., Svendsen, J. B., … & Fosbøl, P. L. 2022. A call for standards in the CO2 value chain. Environmental Science & Technology, Vol. 56(24), 17502-17505. Viitattu 12.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.1021/acs.est.2c08119
Parsons Brinckerhoff. 2011. Accelerating the uptake of CCS: industrial use of captured carbon dioxide. Global CCS Institute, 260. Viitattu 16.11.2023. Saatavissa https://www.globalccsinstitute.com/archive/hub/publications/14026/accelerating-uptake-ccs-industrial-use-captured-carbon-dioxide.pdf

Pashchenko, D. 2022. Photochemical hydrocarbon fuel regeneration: Hydrogen-rich fuel from CO2. International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 47(61), 25531-25540. Viitattu 12.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.06.002

Podder, J., Patra, B. R., Pattnaik, F., Nanda, S., & Dalai, A. K. (2023). A review of carbon capture and valorization technologies. Energies 2023, Vol. 16(6), 2589. Viitattu 22.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.3390/en16062589

Rauch, M., Strater, Z., & Parkin, G. 2019. Selective conversion of carbon dioxide to formaldehyde via a Bis (silyl) acetal: incorporation of isotopically labeled C1 moieties derived from carbon dioxide into organic molecules. Journal of the American Chemical Society, Vol. 141(44), 17754-17762. Viitattu 12.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.1021/jacs.9b08342

Ren-Gas Oy. n.d. Projektit. Lahti. Puhtaiden P2X-kaasupolttoaineiden ja CO2-vapaan kaukolämmön yhteistuotantolaitos Lahteen Kymijärven voimalaitosalueelle. Viitattu 301.2024. Saatavissa https://ren-gas.com/projekti/lahti/

Senatore, V., Buonerba, A., Zarra, T., Oliva, G., Belgiorno, V., Boguniewicz-Zablocka, J., & Naddeo, V. 2021. Innovative membrane photobioreactor for sustainable CO2 capture and utilization. Chemosphere, 273, 129682. Viitattu 12.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.129682

Schroderus, P. 2023. Kannustavatko EU:n päästökaupan uudistukset yrityksiä investoimaan hiilidioksidin talteenottoon? LAB Open. Viitattu 30.1.2024. Saatavissa Kannustavatko EU:n päästökaupan uudistukset yrityksiä investoimaan hiilidioksidin talteenottoon? | LAB Open

Sun, S., Lv, Z., Qiao, Y., Qin, C., Xu, S., & Wu, C. 2021. Integrated CO2 capture and utilization with CaO-alone for high purity syngas production. Carbon Capture Science & Technology, Vol. 1, 100001. Viitattu 12.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.1016/j.ccst.2021.100001

Söllinger, A., Urich, T. 2019. Methylotrophic methanogens everywhere — physiology and ecology of novel players in global methane cycling. Biochemical Society Transactions. Vol. 47, 1895–1907. Viitattu 22.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.1042/BST20180565

Torrente-Murciano, L., Mattia, D., Jones, M. D., & Plucinski, P. K. 2014. Formation of hydrocarbons via CO2 hydrogenation–A thermodynamic study. Journal of CO2 Utilization, Vol. 6, 34-39. Viitattu 12.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.1016/j.jcou.2014.03.002

Valiokunnan lausunto MmVL 17/2023 vp. Ennakkovaikuttaminen: EU:n 2040 ilmastotavoitteen asettaminen (E 49/2023 vp). Julkaistu 8.12.2023. Viitattu 3.1.2024. Saatavissa https://www.eduskunta.fi/FI/vaski/Lausunto/Sivut/MmVL_17+2023.aspx

Valchev, D., & Ribarova, I. 2022. A review on the reliability and the readiness level of microalgae-based nutrient recovery technologies for secondary treated effluent in municipal wastewater treatment plants. Processes, Vol. 10(2), 399. Viitattu 22.1.2024. Saatavissa http://dx.doi.org/10.3390/pr10020399

Vesterinen, E. 2018. Methanol Production via CO2 Hydrogenation. Maisterintutkielma. Aalto yliopisto. Viitattu 22.1.2024. Saatavissa aaltodoc.aalto.fi/server/api/core/bitstreams/b20129d8-c93a-4837-b32a-a1fc03dd5e64/content

Wawrzyńczak, D., Majchrzak-Kucęba, I., Pevida, C., Bonura, G., Nogueira, R., & De Falco, M. 2023. The Carbon Chain in Carbon Dioxide Industrial Utilization Technologies: A Case Study (p. 173). Taylor & Francis. Viitattu 22.1.2024. Saatavissa https://library.oapen.org/handle/20.500.12657/60523

Wilcox, J., Psarras, P. C., & Liguori, S. 2017. Assessment of reasonable opportunities for direct air capture. Environmental Research Letters, Vol. 12(6), 065001. Viitattu 12.1.2024. Saatavissa http://dx.doi.org/10.1088/1748-9326/aa6de5

Yan, T., Liu, H., Zeng, Z. X., & Pan, W. G. 2023. Recent progress of catalysts for synthesis of cyclic carbonates from CO2 and epoxides. Journal of CO2 Utilization, Vol. 68, 102355. Viitattu 12.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.1016/j.jcou.2022.102355

Zieliński, M., Dębowski, M., Kazimierowicz, J., & Świca, I. 2023. Microalgal carbon dioxide (CO2) capture and utilization from the European Union perspective. Energies, Vol 16(3):1446. Viitattu 12.1.2024. Saatavissa https://doi.org/10.3390/en16031446

Kirjoittaja

Riikka Savijärvi, projektityöntekijä Hiiliketju-hankkeessa, ympäristöteknologian opiskelija LABissa, ympäristöpolitiikan maisteri.

Artikkelikuva: https://pxhere.com/fi/photo/877703 (CC0)

Julkaistu 14.2.2024

Viittausohje

Savijärvi, R. 2024. Päästövähennyksiä ja lisäarvoa tuotteille hiilidioksidin hyötykäytöllä. LAB RDI Journal. Viitattu pvm. Saatavissa https://www.labopen.fi/lab-rdi-journal/paastovahennyksia-ja-lisaarvoa-tuotteille-hiilidioksidin-hyotykaytolla/