Pikkuruiset hiilinanoputket voivat sitoa merkittävästi ilmakehän hiilidioksidia

Tutkijoiden tavoite on edistää yhteiskunnan kestävää sähköistymistä tutkimalla vetyyn ja hiileen liittyviä arvoketjuja ja liiketoimintamahdollisuuksia. He ovat mukana HYGCEL-hankkeessa, joka edistää kestävästi tuotettujen vedyn ja hiilen käyttöä osana energiajärjestelmää, teollisuuden raaka-aineena ja vihreän liikenteen polttoaineena.

Tutkijat haluavat tehostaa hiilidioksidin talteenottoa nimenomaan hiilen sitomisella kiinteään muotoon, johon hiili varastoituu vuosikymmeniksi. Hiilen talteenotto suoraan päästölähteistä ja varastoiminen (carbon capture and storage, CCS), kuten tehtaiden tai energialaitosten piipuista, kuluttaa vain neljänneksen energiaa verrattuna hiilen talteenottoon suoraan ilmakehästä (direct air capture, DAC). Kiinteät hiilituotteet tarjoavat merkittävästi paremman hiilinielun kuin esimerkiksi jalostaminen polttoaineeksi.

Uusimmat tutkimustulokset liittyvätkin kiinteiden hiilituotteiden tekemiseen. Tutkijat onnistuivat kehittämään laitteen, jolla voidaan hiilinegatiivisesti tuottaa hiilidioksidin elektrolyysillä kerroksellista hiilirakennetta, niin sanottuja hiilinanosipuleita, sekä hiilinanoputkia ja happea. Materiaalit tuotettiin uusiutuvilla aurinko- ja tuulienergioilla.

Keskeinen tutkimustulos on myös prosessiolosuhteet kestävien prosessiosien löytäminen, nyt voidaan edetä kohti teollista soveltamista. Prosessia skaalataankin suurempaan kokoon jatkuvatoimisella koelaitteistolla.

Prosessissa päästölähteestä kerätystä hiilidioksidista pilkotaan erityisellä sulasuolaelektrolyysillä kaasumaista happea ja kiinteää hiiltä, joka käytetään akkujen valmistukseen tai uusiin materiaaleihin hiilinanoputkina. Hiilinanoputkia voidaan hyödyntää esimerkiksi ultrakevyiden materiaalien kuten lentokoneen siipien ja tuuliturbiinien valmistuksessa. Hiilinanoputket ovat parhaimmillaan hyvin arvokkaita, jopa tuhansia euroja grammalta. Teollisissa sovellutuksissa hinnaksi arvioidaan kymmeniä tuhansia euroja tonnilta.

Hiilituotteilla suurta kysyntää globaalisti

Solid carbon products from CO₂ -tutkimusta Tampereen yliopistossa johtanut työelämäprofessori Tero Joronen näkee kestävillä kiinteän hiilen tuotteilla suuren hiilinielupotentiaalin ja merkittävät globaalit markkinat.

– Olennaista on muuttaa CO₂-päästöt negatiivisiksi, hiilinieluiksi. Siksi kehitämme kestäviä materiaaleja, joihin hiilidioksidi sitoutuu pitkäksi aikaa. Tekemämme markkinatutkimuksen mukaan hiilen talteenotolla on Suomessa 2,5 miljardin euron markkinapotentiaali. Kun hiilidioksidi jalostetaan arvokkaiksi tuotteiksi, potentiaali moninkertaistuu, sanoo Joronen.

Metsäteollisuudessa syntyvää biopohjaista hiilidioksidia voitaisiin ottaa talteen savukaasuista. Tällä hetkellä sellutehtaaseen tulevan puutavaran hiilestä kaksi kolmasosaa vapautuu hiilineutraaleina CO2-päästöinä ilmaan. Päästö muuttuisi negatiiviseksi, jos hiilidioksidi otettaisiin talteen tehtaan savukaasuista ja hyödynnettäisiin pitkäikäisiin tuotteisiin.

– Ilmastonmuutoksen torjuntaan tulee vauhtia, jos metsään sitoutunut hiilidioksidi käytetään niin, että se ei palaudu ilmakehään vaan tulee käytetyksi hiilinieluisena tuotteena tai varastoidaan pysyvästi. Suomen kallioinen maaperä ei sovellu luontaisesti hiilivarastoksi, joten täällä kannattaa panostaa kestäviin hiilituotteisiin, hän lisää.

Päästöjen kompensoinnissa tarjolla oleva mittakaava on valtava. Joronen laskeskelee, että jos kaikki kotimaisen sellun- ja lämmöntuotannon CO₂-päästöt otettaisiin talteen, voitaisiin kompensoida Suomen kokonaispäästöt eli noin 40 miljoonaa tonnia hiilidioksidia.

Business Finlandin rahoittamassa kiinteiden hiilituotteiden tutkimuksessa ovat yhteistyökumppaneina LUT-yliopisto ja CLIC Innovation, joka toimii teollisuuden ja tutkimuksen rajapinnassa. Tutkimushanke jatkuu toukokuuhun 2024 asti.