Suuret odotukset leväenergiaa kohtaan – realismia vai ei?

Vieraskirjoitus: Tuomas Helin
Julkaistu myös Ilmastotieto-blogissa.


Maailmalla etsitään tällä hetkellä kuumeisesti ratkaisuja kahteen suureen haasteeseen. Niin uhkaava ilmastonmuutos kuin öljyn odotettavissa oleva hinnannousukin luovat paineita suurten muutosten toteuttamiselle energiantuotannossa. Katseet onkin suunnattu kohti uusiutuvia ja hiilineutraaleja energianlähteitä. Sähkön ja lämmöntuotantoon on jo saatavilla lukuisia vähäpäästöisiä ratkaisuja, mutta myös liikenteeseen kaivattaisiin pikaisesti öljyn korvaajaa.

Liikenteessä on jo otettu käyttöön lukuisia ns. ensimmäisen sukupolven biopolttoaineita, joista tällä hetkellä merkittävimpänä Euroopassa on kasviöljyistä jalostettu biodiesel. EU:n virallisena tavoitteena on nostaa uusiutuvien liikennepolttoaineiden osuus 10 %:iin jo vuoteen 2020 mennessä. Nykyiset ensimmäisen sukupolven liikenteen biopolttoaineet kilpailevat kuitenkin maankäytöstä ruoantuotannon ja luonnonmetsien kanssa. Siksi nykyisten biopolttoaineiden käyttö onkin kytketty moniin ei-toivottuihin seurauksiin, kuten riskiin ruoan hinnannoususta ja trooppisen metsäkadon kiihtymisestä. Aiheutetut haitat voivat osoittautua saavutettuja hyötyjä suuremmiksi. Viitteitä tähän suuntaan on jo julkaistu laajalti vertaisarvioidussa kirjallisuudessa. Siksi tarvitaan pikaisesti toisen sukupolven biopolttoaineita, kuten metsätähteistä, jätteistä tai levästä tuotettuja polttoaineita, jotka eivät kilpaile ruoantuotannon tai luonnonmetsien kanssa tuottoisasta maa-alasta.

Monet odottavatkin levistä (engl. microalgae) pikaista korvaajaa kasviöljyille biodieselin raaka-aineena. Osallistuin viime kesänä Hampurissa järjestettyyn Euroopan suurimpaan bioenergiakonferenssiin, 17th European Biomass Conference and Exhibition Hamburg, ja siellä yksi keskeisistä teemoista oli levät energiantuotannossa. Minkälainen on siis levien energiakäytön lähitulevaisuus konferenssiesitysten perusteella?

Leväenergialla suuri potentiaali

Levät ovat yksi lupaavimmista bioenergian lähteistä. Koska kilpailu maa-alasta tulee jatkossa kiristymään eri käyttötarkoitusten kesken, on tärkeätä että biopolttoaineiden tuotanto vaatii mahdollisimman vähän pinta-alaa. Levillä biomassan tuotto l. saanto on ylivertainen muihin eliöihin verrattuna, 20-100 tonnia biomassaa per hehtaari ja vastaavasti 15 000 – 80 000 litraa öljyä per hehtaari. Öljyn saanto on 3-13 kertaa suurempi kuin palmuöljyllä ja jopa 10-60 kertaa suurempi kuin Euroopassa kasvatettavalla rapsilla.

Edut eivät kuitenkaan jää tähän. Leviä voidaan kasvattaa niin maa-alueilla, jotka eivät ole kelvollisia maanviljelyyn tai otollisia metsän kasvuun, kuin myös teoriassa merivedessäkin. Siten niiden kasvatuksesta ei aiheudu käytännössä lainkaan kilpailua ruoantuotannon kanssa, jollei itse leviä aleta käyttää laajalti ravinnon lähteenä. Luonnostaan korkean proteiinipitoisuutensa puolesta ne voisivat ravinnoksi hyvinkin sopia. Toisin kun perinteiseen maatalouteen, levien tuotantoon ei tarvita lainkaan makeaa vettä eikä torjunta-aineita. Suljetuista levien kasvatusaltaista tai -putkistoista ei myöskään aiheudu rehevöittävien lannoitteiden huuhtoutumia vesistöihin.

Kuva 1. (klikkaa) Bioenergiapotentiaali Euroopassa ja Pohjois-Afrikassa. Lähde: Skarka J, Karlsruhe Institute
Kuva 1. (klikkaa) Bioenergiapotentiaali Euroopassa ja Pohjois-Afrikassa. Lähde: Skarka J, Karlsruhe Institute

Pienten ympäristövaikutusten lisäksi myös energiantuotannon potentiaali vaikuttaa lupaavalta. Erään arvion mukaan levistä voitaisiin saada Euroopassa ja Pohjois-Afrikassa 350 PJ (1015 J) energiaa vuosittain, kuva 1. Tämä vastaa Suomen kaiken liikenteen kahden vuoden kulutusta. Potentiaalia rajoittaa se, että levien kasvatukseen tarvitaan teollinen hiilidioksidin lähde, runsaasti auringon valoa sekä riittävän suuri maa-ala teollisen hiilidioksidin lähteen lähellä. Ilman hiilidioksidipitoisuudet ovat liian pieniä levien teolliseen kasvatukseen. Täytyy kuitenkin muistaa, että bioenergiapotentiaalien arviointi on hankalaa ja eri tutkimusten tulokset vaihtelevat suurestikin. Leväenergian tuotanto voidaan myös yhdistää jäteveden käsittelyyn ja teollisten hiilidioksidipäästöjen kierrätykseen, jolloin saavutetaan yhdistettyjä etuja.

Lukuisia teknisiä ja taloudellisia haasteita ratkaisematta

Levien energiapotentiaaleista ja tuotannon positiivisista ympäristövaikutuksista puhuttaessa usein kuitenkin unohtuu toistaiseksi ylitsepääsemättömät tekniset, taloudelliset ja päästöihin liittyvät haasteet.

Teknisiä haasteita on lukuisia. Eräs keskeisimmistä on tunnistaa ja eristää bioöljyn tuotantoon otollisimmat levälajikkeet kymmenien tuhansien tai jopa sadantuhannen eri lajikkeen joukosta ja jalostaa ne esimerkiksi geenitekniikan avulla riittävän tehokkaiksi bioöljyn tuottajiksi. Toinen keskeinen haaste on riittävän edullisten ja valonsaannin kannalta tehokkaiden levien kasvatusjärjestelmien kehittäminen. Tällä hetkellä harkitut vaihtoehdot ovat avoimet kasvatusaltaat ja valoa läpäisevät bioreaktoriputkistot, kuva 2. Riippumatta valitusta kasvatusjärjestelmästä, suurin ratkaisua vailla oleva tekninen haaste liittyy levien keräilyyn. Levät kasvavat suolavedessä, erittäin pienissä pitoisuuksissa. Avoimissa bioreaktoreissa leviä voi maksimissaan kasvaa 0,5 grammaa litrassa vettä ja bioreaktoreissa 3 grammaa litrassa. Jotta leviä voitaisiin hyödyntää energianlähteenä, täytyy ne pystyä ensin erottamaan vedestä. Edullisen ja vähän energiaa kuluttavan erotustekniikan löytäminen on ehkä keskeisin vielä ratkaisematon tekninen haaste.


Kuva 2. Levien kasvatusaltaat ja bioreaktoriputkistot

Jotta bioenergian tuotanto levistä olisi mielekästä, täytyisi niiden tuotannon ja jalostuksen kuluttaa vähemmän energiaa kuin mitä levien tuottamasta bioöljystä on saatavissa. Myös tuotannossa vapautuneiden kasvihuonekaasupäästöjen määrä täytyisi olla pienempi kuin mitä fossiilisen öljyn poltosta aiheutuu, jotta energiantuotanto levien avulla olisi ilmaston kannalta mielekästä. Kumpikaan näistä ehdoista ei tällä hetkellä täyty. Levien tarvitsemien ravinteiden teollinen tuotanto, viljelyvaihe ja erityisesti levien erottaminen kasvuliuoksena toimivasta vedestä vaatii liian paljon energiaa. Huomattavia läpimurtoja tarvitaan etenkin erotustekniikan osalta ennen kuin levientuotannon energia- ja hiilidioksiditase saadaan positiiviseksi ja siten energiakäyttö mielekkääksi. Myös korkea ravinteiden tarve sitoo paljon luonnon resursseja ja viljelmät vaativat paljon pinta-alaa, vaikkei sen tarvitse maa- tai metsätaloudelle arvokasta maa-aluetta ollakaan. Kasvatus meressä ei ole kustannusten puolesta realistinen vaihtoehto ainakaan lähitulevaisuudessa.

Myös levien kasvatuksen korkeat kustannukset täytyisi saada huomattavan paljon pienemmiksi ennen kuin kaupallinen energiantuotanto levistä voi tulla kannattavaksi. Vuonna 2009 leväbiomassan tuotantokustannus oli noin 25-30 €/kg ja edistyneimmillä teknisillä ratkaisuilla voitiin saavuttaa 10 €/kg tuotantokustannus. Jotta leväbiomassa voisi olla kilpailukykyinen bioenergian lähteenä, täytyisi tuotantokustannusten olla alle 0,50 €/kg. Nykyisellä tuotantokustannuksella levästä tehdyn biopolttoaineen hinta olisi 3 €/l dieseliä. Vertailun vuoksi nykyisten fossiilisten liikennepolttoaineiden veroton markkinahinta on luokkaa 0,2-0,4 €/l dieseliä ja 1. sukupolven biodieselin raaka-aineena käytettävän malesialaisen palmuöljyn hinta markkinoilla on yli 0,6 €/l (MPOB 2010).

Levistä ei ole liikenteen polttoaineen raaka-aineeksi vielä tällä vuosikymmenellä?

Konferenssissa esitettyjen julkisten tietojen perusteella voidaan sanoa, että olemme vielä hyvin kaukana kilpailukykyisestä, liikenteen hiilidioksidipäästöjä vähentävästä polttoaineen lähteestä. Valitettavasti. Tarvitsemme vielä lukuisia edistysaskeleita ainakin biotekniikassa ja erotustekniikassa. Lähes ainoa keino saada energiantuotanto levistä lähitulevaisuudessa kaupallisesti kannattavaksi, on se että levistä tuotetaan samalla arvokkaita kemikaaleja esimerkiksi lääke- ja kosmetiikkateollisuudelle. Samalla levien tuotanto täytyisi integroida esimerkiksi jätevesien puhdistukseen tai muuhun palveluun, josta saadaan integroinnin myötä kustannusetuja. Biokaasun tuotanto tai muu kaasutus voi osoittautua tehokkaammaksi leväbioenergian tuotantoketjuksi kuin öljyn tuotanto biodieselin raaka-aineeksi. Nykyisin jalostettujen levälajien proteiinipitoisuus on öljypitoisuutta korkeampi. Siten voi olla että leviä tullaankin käyttämään tulevaisuudessa ennemmin rehun tai ravinnon lähteenä kuin energiantuotannossa.

Toki aina on mahdollista että yksityiset yritykset ovat pidemmällä tuotekehityksessä kuin mitä julkisuudessa on tiedossa. Oma näkemykseni kaiken levistä kuulemani ja lukemani perusteella on kuitenkin se, ettei niistä ole biodieselin raaka-aineeksi ainakaan vielä kuluvalla vuosikymmenellä. Liikenteeseen tarvitaan siis joitakin muita vaihtoehtoja kuin levät ennen vuotta 2020 – nykyisten fossiilisten ja 1. sukupolven uusiutuvien liikennepolttoaineiden tilalle.

Suuret kiitokset Arille ja Eskolle hyvistä tekstiä tarkentaneista kommenteista!

Tämän kirjoituksen lähteinä käytettyjä konferenssipapereita ja -esityksiä ei ole valitettavasti ilmaiseksi saatavilla. Otathan yhteyttä niin voin tarvittaessa lähettää näitä alkuperäisiä konferenssimateriaaleja. Lisää luettavaa aiheesta:

International Workshop on Aquatic Biomass: Sustainable Bioenergy from Algae? Berliini 2.11.2009. Esitykset saatavilla julkisella wiki-sivustolla

Rimppi, Heli. 2009. Kandidaatintyö: Leväbiomassan tuotanto energiatarkoituksiin: teknologian nykytila, haasteet ja mahdollisuudet Suomen olosuhteissa. Lappeenrannan teknillinen yliopisto, Ympäristötekniikan koulutusohjelma.

2 thoughts on “Suuret odotukset leväenergiaa kohtaan – realismia vai ei?

  1. Timo K,

    Laitoin vähäksi aikaa tarkemmat tiedot tuosta tutkimuksista saataville nettiin, jotta voit niihin tarkemmin tutustua. Konferenssipaperi ja posteri.

    Mutta tämä on vain yksi tutkimus kuten edellä on kirjoitettukin. Onko sinulla jotakin toisenlaista tietoa levien potentiaalista Suomessa? Olisi mielenkiintoista kuulla.

    Tykkää

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s