Polttoaineet ja kemikaalit
Hiilidioksidin käyttö
Urean valmistus
Hiilidioksidia voidaan käyttää erilaisissa kemiallisissa prosesseissa. Tavallisin on urean tuotanto, joka on tällä hetkellä maailman suurin hiilidioksidin käyttökohde. Urean valmistukseen kuluu vuosittain 110 miljoonaa tonnia hiilidioksidia. Suurin osa tuotetusta ureasta käytetään lannoiteteollisuudessa.
Synteettiset polttoaineet
Hiilidioksidin muuntaminen energiatuotteiksi tai kemikaaleiksi vaatii runsaasti energiaa. Hiilivetypohjaisten polttoaineiden valmistus on tällä hetkellä eniten esillä ollut uudelleenkäytön vaihtoehto talteenotetulle hiilidioksidille (Lehtonen et al. 2019).
Hiilidioksidista ja vedystä synteesimenetelmin valmistettujen polttoaineiden etuihin kuuluu niiden yhteensopivuus nykyisten jakelu- ja polttojärjestelmien kanssa. Ne mahdollistavat hiilineutraalisuustavoitteiden saavuttamisen ilman merkittäviä muutoksia olemassa oleviin järjestelmiin. Ne tarjoavat ratkaisun myös sektoreille, joilla prosessimuutoksiin perustuvat menetelmät, kuten sähköistys, ovat vaikeita toteuttaa. Tällaisia ovat esimerkiksi lentoliikenne ja raskas liikenne.
Synteettisillä uusiutuvilla polttoaineilla on huomattavan suuret markkinat, vaihtoehtoisia teknologioita on useita ja monien kehitys on jo varsin pitkällä. Käytännössä kaikki raakaöljypohjaiset tuotteet (polttoaineet sekä kemianteollisuuden väli- ja lopputuotteet) on mahdollista korvata hiilidioksidin ja vedyn synteesiprosessien tuotteilla.
Tuotteiden elinkaaripäästöt riippuvat käytetyn energian ja raaka-aineiden alkuperästä – uusiutuvalla sähköllä ja bioperäisellä hiilidioksidilla tuotettuina ne ovat hiilineutraali vaihtoehto (European Commission 2018). Tuotevalikoimaan kuuluvat mm. synteettinen luonnonkaasu ja nestemäiset liikennepolttoaineet (bensiini, kerosiini ja diesel).
Metaanin ja metanolin valmistus
Metanointi on vakiintuneessa käytössä oleva prosessi, jossa hiilidioksidista ja vedystä tuotetaan metaania. Metaani on käyttökelpoinen maakaasun korvaaja sellaisenaan ja sen käytössä, jakelussa ja varastoinnissa voidaan hyödyntää olemassa olevaa maakaasuinfrastruktuuria.
Metaania tuotetaan hiilidioksidista hydrogenoimalla. Hydrogenointi voi olla joko katalyyttinen tai biologinen prosessi, joista edellinen vaatii puhdasta hiilidioksidia, ja jälkimmäisessä matalampi hiilidioksidipitoisuus riittää (Alberici et al. 2017).
Synteettisen metanolin on arvioitu vähentävän hiilidioksidipäästöjä noin 90 % verrattuna perinteiseen metanolin tuotantoon, mikä tekee siitä vähäpäästöisemmän polttoaineen kuin bioetanoli, jonka kanssa se kilpailee markkinoista (Alberici et al. 2017). Hiilidioksidipohjaisen metanolin ja metaanin laajamittaista tuotantoa jarruttavat korkeat kustannukset, tyypillisesti suurimpana sähkö, jonka osuus on 40–70 % kokonaiskustannuksista (International Energy Agency (IEA) 2019).
Muurahaishapon valmistus
Muurahaishappo (HCOOH) on yleisesti käytetty kemikaali mm. eläinrehujen säilönnässä. Muurahaishappoa voidaan tuottaa synteesiprosessin avulla ilman sivutuotteita vedystä ja hiilidioksidista. Muurahaishapon synteesi on vielä kehitteillä, eikä ole saavuttanut kaupallista kypsyyttä, eivätkä tuotteen markkinat ole yhtä laajat kuin esimerkiksi metanolin.
Haitalliset yhdisteet ja epäpuhtaudet
noki
ammoniakki
hiukkaset
vetysulfidi
rikki
raskasmetallit
happi
NOx
SOx
Typpi on reagoimaton kaasu metanoinnissa, mutta sen määrä vaikeuttaa lämmön hallintaa laitoksessa ja typpi joudutaan poistamaan tuotekaasusta, mikäli metaani halutaan syöttää maakaasuverkkoon. Hapen pitoisuus lähtöaineissa voi vaikuttaa negatiivisesti katalyytin toimintaan sekä heikentää prosessin tehokkuutta suoraan reagoimalla vedyn kanssa ja siten poistamalla halutussa reaktiossa tarvittavaa vetyä. Tämä lisää vedyn tarvetta ja heikentää siten koko prosessin tehokkuutta.
Hiilidioksidia sisältävän kaasun hyödynnystä ja puhdistusta on tutkittava tapauskohtaisesti.
Viitteet
Alberici, Sacha, Paul Noothout, Goher Ur Rehman Mir, Michiel Stork, Frank Wiersma, Niall Mac Dowell, Nilay Shah ja Paul Fennell. 2017. Assessing the Potential of CO2 Utilisation in the UK - Final Report. Ecofys. London. https://assets.publishing.service.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/799293/SISUK17099AssessingCO2_utilisationUK_ReportFinal_260517v2__1_.pdf
European Commission. 2018. A Clean Planet for All - A European Long-Term Strategic Vision for a Prosperous, Modern, Competitive and Climate Neutral Economy. In-Depth Analysis in Support of the Commission Communication COM(2018) 773. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:52018DC0773
International Energy Agency (IEA). 2019. Putting CO2 to Use: Creating value from emissions. IEA Publications. Paris, France. www.iea.org/reports/putting-co2-to-use
Lehtonen, Juha, Sami Alakurtti, Antti Arasto, Ilkka Hannula, Ali Harlin, Tiina Koljonen, Raija Lantto, Michael Lienemann, Kristin Onarheim, Juha-Pekka Pitkänen ja Matti Tähtinen. 2019. The Carbon Reuse Economy - Transforming CO2 from a Pollutant into a Resource. VTT Technical Research Centre of Finland Ltd. Espoo, Finland. https://doi.org/10.32040/2019.978-951-38-8709-4