Hiilinielut – mitä ne ovat ja miksi niitä tarvitaan?

Hiilinielut ovat keskeisessä roolissa Suomen ja EU:n ilmastopolitiikassa, ja ne nostetaan usein esille myös yleisessä ilmastokeskustelussa. Hiilinielu käsitteenä on vaikeasti hahmotettava, ja tämä aiheuttaa usein sekaannusta keskustelussa. Avaan tässä kirjoituksessa hiilinielun määritelmää ja nielujen taustalla toimivia mekanismeja.

Hiilinielu on periaatteessa mikä tahansa prosessi, joka poistaa hiiltä ilmakehästä, pienentää ilmakehän CO₂-pitoisuutta ja siten viilentää ilmastoa. Kyseessä on siis käänteinen prosessi kasvihuonekaasupäästöille, jotka lisäävät CO₂:n määrää ilmakehässä ja lämmittävät ilmastoa.

Nieluilla on tärkeä rooli ilmastonmuutoksen torjumisessa päästöjen vähentämisen tukena, mutta ei sen tilalla. Päästöjen vähentäminen ennaltaehkäisee ilmaston lämpenemistä, kun taas nieluille jää valitettava jälkien siivoamisen rooli; poistetaan ilmakehästä sitä ”ylimääräistä” hiiltä, joka on sinne päästöjen mukana joutunut.

Nieluista puhuttaessa mainitaan usein erikseen luontaiset nielut, maankäytön nielut ja tekniset nielut. Nämä kaikki poistavat hiiltä ilmakehästä, mutta niiden syntymekanismit ovat erilaisia.

Luontaiset nielut ovat seurausta ilmakehän CO₂-pitoisuuden kasvusta

Luontaiset nielut eivät itseasiassa ole kovinkaan ”luontaisia”, eikä niiden historia ole kovin pitkä. Lähtökohta luontaisille nieluille on yhteyttävien kasvien ja valtamerten kyky sitoa hiiltä ilmakehästä. Pelkästään maaekosysteemit sitovat yhteyttämällä ilmakehästä vuosittain noin 440 Gt hiilidioksidia, mikä on yli kymmenkertainen määrä nykyisiin fossiilisiin päästöihin verrattuna. Suunnilleen sama määrä kuitenkin palautuu takaisin ilmakehään kasvien hengityksen ja biomassan luontaisen hajoamisen seurauksena. Nämä prosessit ovat jatkuneet lähes muuttumattomina tuhansia vuosia. Koska sitoutuneen ja vapautuneen hiilen määrä on ollut keskimäärin sama, luontainen nettonielu globaalilla tasolla on ollut nolla, ja ilmakehän CO₂-pitoisuus on pysynyt lähes vakiona.

Teollistuminen, fossiiliset päästöt ja maankäytön muutokset ovat muuttaneet globaalia hiilitasapainoa. Ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden kasvu on kiihdyttänyt kasvien fotosynteesiä ja lisännyt valtamerten hiilensidontaa. Pohjoisilla leveysasteilla ilmaston lämpeneminen on pidentänyt kasvukautta ja lisännyt hiilen sidontaa. Ihmisten toimet ovat siis synnyttäneet nämä ”luontaiset” nielut. Niiden seurauksena noin puolet kaikista ihmisen aiheuttamista hiilidioksidipäästöistä on sitoutunut kasvillisuuteen ja valtameriin, sen sijaan että ne olisivat jääneet pysyvästi ilmakehään.

Luontaisten nielujen vahvistuminen ei voi jatkua loputtomiin. CO₂-päästöjen vähentäminen heikentää kasvien kasvua kiihdyttävää vaikutusta ja luontaisten nielujen muodostumista. Ilmaston lämpeneminen ja sen seuraukset ovat jo muuttaneet tämän kehityksen suuntaa: kuivuus, metsäpalot, myrskytuhot, hyönteis- ja sienituhot ovat monin paikoin muuttaneet maaekosysteemit nieluista päästölähteiksi. Jos hiilidioksidia halutaan poistaa ilmakehästä tulevaisuudessakin, uusia nieluja tarvitaan heikkenevien luontaisten nielujen tilalle.

Maankäyttö voi olla nielu tai päästölähde

Maankäytön nielut toimivat periaatteessa samalla tavalla kuin luontaiset nielut, ne vain perustuvat ihmisen tekemiin, maankäyttöä suoraan muuttaviin toimenpiteisiin.

Perinteisesti maakäytön muutokset ovat tuottaneet päästöjä, eivät nieluja. Sademetsien hävittäminen Etelä-Amerikassa ja Etelä-Aasiassa on vapauttanut suuria määriä hiiltä ilmakehään. Suomessa turvemaiden ottaminen maa- ja metsätalouskäyttöön on nopeuttanut turpeen hajoamista maaperässä ja tuottanut päästöjä. Maankäytön nielujen tavoite onkin muuttaa tämän prosessin suuntaa, eli saada sidottua vapautunut hiili ilmakehästä takaisin kasvillisuuteen ja maaperään.

Todennäköisesti tehokkain tapa tuottaa maankäytön nieluja on puuttomien alueiden metsittäminen tai aikaisemmin raivattujen alueiden uudelleenmetsitys. Tämä prosessi sitoo hiiltä sekä biomassan että maaperän varastoihin. Myös kasvien kasvua lisäävillä toimenpiteillä voidaan tuottaa nieluja. Esimerkiksi Suomen metsien nykyiset nielut ovat pitkälti seurausta sotien jälkeisten vuosikymmenten hakkuita seuranneesta metsien uudistamisesta, nuorien metsien nopeasta kasvusta ja myös metsänhoitotoimenpiteiden kehittymisestä. Maataloudessa maaperän hiilinieluja voidaan tuottaa erilaisilla hiiliviljelytoimenpiteillä.

Yhteistä kaikille maankäytön nieluille on niiden rajallinen potentiaali. Tietty maa-alue toimii nieluna niin pitkään kuin sen hiilivarasto kasvaa. Metsitettyjen alueiden nielut pienenevät sitä mukaa kun näiden alueiden puusto lähestyy täysimääräistä kokoaan. Uudistettujen metsien puusto ikääntyy väistämättä, jolloin myös niiden hiilensidonta hidastuu. Myös maaperän hiilivarastot lähestyvät tasapainotilaa, ellei hiilisyötteen määrää lisätä jatkuvasti.

Lopullisen rajan maankäytön nieluille asettaa käytettävissä oleva pinta-ala. Jos uusia alueita ei voida ottaa esimerkiksi metsitykseen, uusia maankäytön nieluja ei myöskään voida tuottaa.

Teknisten nielujen merkitys kasvaa

Koska uusia nieluja välttämättä tarvitaan ilmastonmuutoksen torjumiseksi, niin sanottujen teknisten nielujen merkitys kasvaa jatkuvasti. Teknisten nielujen ajatus on löytää ilmakehästä sidotulle hiilelle uusia varastointimuotoja elävän biomassan sijaan.

Perinteinen tekninen nielu on pitkäikäiset puutuotteet. Puurakentamisen lisäämisellä rakennuksiin varastoituneen hiilen määrää voidaan kasvattaa, jolloin syntyy nieluvaikutus. Käytöstä poistettu biomassa, esimerkiksi purkupuu, voidaan myös prosessoida biohiileksi, joka taas tuottaa uusia maaperän nieluja. Maanparannusaineena käytetty biohiili onkin merkittävässä roolissa uusien teknisten nieluratkaisujen soveltamisessa.

Ehkä lupaavin teknologia teknisten nielujen tuottamiseen on kuitenkin biopohjaisen hiilidioksidin talteenotto teollisuuden ja energialaitosten savukaasuista ja talteen otetun hiilen varastointi esimerkiksi käytöstä poistetuille öljynporausalueille ja kaivoksiin (BECCS-teknologiat).

Yleisesti biopohjaisen hiilen talteenoton kasvupotentiaali on todella suuri, jopa ratkaiseva ilmastonmuutoksen torjumisessa. Tekniset rajat näille nieluille asettaa se, miten paljon biomassaa voidaan tuottaa, ja miten paljon talteen otettua hiiltä mahtuu varastoihin. Nykyisin esimerkiksi valtaosa metsien tuottamaan biomassaan sitoutuneesta hiilestä vapautuu takaisin ilmakehään tuotteiden eliniän päätteeksi, joten pelkästään tämän hiilen talteenotto tuottaisi mittavat lisänielut.

Tulevaisuudessa on ehkä mahdollista kehittää teknisiä ratkaisuja hiilen sitomiseen suoraan ilmakehästä (DACCS-teknologiat). Tämä prosessi on kuitenkin kallista ja tehotonta, koska hiilidioksidin pitoisuus ilmakehässä on hyvin pieni savukaasuihin verrattuna. Toistaiseksi siis tehokkain tapa poistaa hiiltä ilmakehästä on kasvien fotosynteesi ja siinä sitoutuneen hiilen varastointi eri muodoissaan.

Biopohjaisen hiilen lisäksi myös fossiilista hiiltä on mahdollista sitoa teollisuuden savukaasuista. Täytyy kuitenkin muistaa, että fossiilisen hiilen talteenotto ja varastointi ei poista hiiltä ilmakehästä, vaan talteen otettu fossiilinen hiili pelkästään siirtyy varastosta takaisin varastoon. Fossiilisen hiilen talteenotto ei siis alussa esitetyn määritelmän mukaisesti ole hiilinielu, vaikka tuottaakin päästövähennyksiä.

Ilmaston lämpeneminen jatkuu niin pitkään kuin ilmakehän hiilidioksidipitoisuus jatkaa kasvamista, eli päästöt ovat suurempia kuin nielut. Koska ilmasto on jo nyt lämmennyt liikaa, nielut pitäisi itse asiassa saada päästöjä suuremmaksi. Käytännössä tämä tarkoittaa fossiilisten päästöjen täydellistä nollaamista, ja lisäksi uusien, lähinnä teknisten nielujen käyttöönottoa nopealla aikataululla. Nämä toimenpiteet ovat välttämättömiä, jotta lämpenemisen pysäyttäminen 1,5 asteeseen voitaisiin vielä saavuttaa.