Artikkelit Ilmasto, Maatalous, Metsä, Talous, Ympäristö

Mitä jos maatiloilla ja kunnissa voitaisiin varastoida uusiutuvaa energiaa, tuottaa itse liikennepolttoainetta ja sitoa samalla hiilidioksidipäästöjä takaisin hyötykäyttöön? Luonnonvarakeskuksessa kehitetty, suoperäisten mikrobien avulla metaania tuottava reaktori voi tuoda nämä mahdollisuudet markkinoille jo parin vuoden kuluttua.

Kun muu maailma kohisi Teslan aurinko- ja tuulienergiaa varastoivan litiumakun julkitulosta, tutkijat Anni Alitalo ja Marko Niskanen tekivät säätöjä puhdasta metaania tuottavaan reaktoriin Helsingin Viikissä. Pilottimittakaavassa toimivasta metaanireaktorista kehitetään uusiutuvan energian markkinoille ratkaisua, joka on litiumakkua paljon monipuolisempi.

– Ratkaisumme ei rajoitu pelkästään varastointiin. Aurinko- ja tuulienergian varastoinnin lisäksi pystymme jalostamaan puuraaka-ainetta korkeampaan energiamuotoon, erittäin puhtaaksi metaaniksi, tutkija Anni Alitalo kertoo.

Reaktorin hyödyt ovat monipuoliset, sillä metaanin tuotantoon tarvittava hiilidioksidi voidaan sitoa teollisuuden päästöistä.

– Tämä mahdollistaa hiilineutraalin polttoainekierron, jolle on nyt kova tarve ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi. Ensin tähtäämme maatila- ja kunnallismittakaavan laitoksiin, mutta tulevaisuudessa mikään hiilidioksidin lähde ei ole poissuljettu. Tavoitteena on myös teollinen mittakaava, Alitalo sanoo.

metaanireaktori_suo_erkki_oksanen
kuva: Erkki Oksanen

Energiaa hyvällä hyötysuhteella

Aurinko- ja tuulisähkö muunnetaan elektrolyysissä ensin vedyksi. Seuraavassa vaiheessa mikrobit tuottavat vedystä ja hiilidioksidista metaania, jota voidaan paineistuksen jälkeen käyttää autojen polttoaineena.

Reaktorin hyötysuhde peittoaa litiumakun, eikä teknologia tutkijoiden mukaan kilpaile akkujen kanssa.

– Prosessissa vedyn polttoarvon menetys hukkalämpönä on ollut korkeintaan 20 prosenttia, mutta me olemme päässeet jopa parempaan hyötysuhteeseen. Metaanilla on nykyisistä varastointiratkaisuista paras kapasiteetti sekä ajallisesti että määrällisesti. Paineistettuna kaasu on hyvin vakaa ja mahdollistaa pitkän varastoinnin. Akkuteknologia taas vastaa lyhyen aikavälin puskuritarpeisiin, selvittää Niskanen.

Metaani on tutkijoiden mukaan helppokäyttöinen ja taloudellinen lopputuote.

– Sitä on helppo hyödyntää liikennepolttoaineena nykyisissä moottoreissa ja jakelujärjestelmissä. Lisäksi sen varastointi on paljon helpompaa ja halvempaa kuin vedyn.

Mikrobien tuottama metaani on myös hyvin puhdasta, eikä se sisällä ilmanlaatua huonontavia hiukkasyhdisteitä.

Tehokas metaania tuottava kiintoainereaktori on kokonaan Luken tutkijoiden ideoima ja kehittämä. Reaktoria on testattu jatkuvatoimisesti jo useita vuosia, ja sen mikrobitoiminta on osoittautunut varsin vakaaksi.

Reaktorissa metaania tuottavat mikrobit ovat peräisin suomalaisesta suosta.

– Ensin nyt jo eläkkeelle jäänyt professori Erkki Aura kehitti suosta peräisin olevien mikrobien kasvatusmenetelmät. Sen jälkeen me tulimme mukaan kehitystyöhön, ja reaktorin optimointi aloitettiin, Alitalo kertoo.

Monia sovelluksia

Kehitetty metaanireaktori sopii hyvin biokaasulaitoksen yhteyteen nykyisin käytettyjen kaasunpuhdistimien tilalle.

– Biokaasu sisältää 40–60 prosenttia hiilidioksidia, joka on poistettava ennen kuin kaasua voidaan käyttää polttoaineena. Nykyisillä erotusmenetelmillä hiilidioksidi päästetään ilmakehään. Meidän tekniikallamme sitä ei vain poisteta, vaan siitä valmistetaan lisää metaania eli saantokin kasvaa, tutkijat selittävät.

Keski-Euroopassa reaktoria voitaisiin käyttää aurinko- ja tuulienergian ylimäärän varastointiin. Suomeen sopii kuitenkin menetelmän toinen sovellus – puuenergian jalostamiseen soveltuva puukaasun synteettinen metanointi.

– Mietimme, missä vetyä ja hiilidioksidia olisi jo olemassa, jolloin vetyä ei tarvitsisi välttämättä erikseen tuottaa. Puukaasu, jota nyt valmistuu hakelaitosten kaasutusprosessissa, on tällainen aine.

Puukaasusta enemmän irti

Innostus näkyy tutkijoista heidän kerratessaan, miten selvisi, että mikrobit pystyivät muuttamaan puukaasun myrkyllisen hiilimonoksidin metaanin raaka-aineiksi, hiilidioksidiksi ja vedyksi, niin sanotussa vesikaasun siirtoreaktiossa.

– Luulimme, että joudumme poistamaan hiilimonoksidin puukaasusta, mutta kävikin niin, että kaasun kaikki energiaa sisältävät komponentit kyettiin muuttamaan metaaniksi, jota voidaan käyttää paljon monipuolisemmin kuin puukaasua, Alitalo kertoo.

– Pienen mittakaavan kaasutuslaitokset kiinnostavat monia maatiloja. Ongelmana on kuitenkin se, että usein lämpöä syntyy käyttötarpeeseen nähden liikaa suhteessa sähköön. Jos puukaasu muutetaan sähköksi, kokonaishyötysuhde jää 30–40 prosenttiin. Sähkön syöttöhinta on hyvin alhainen, mutta paremman hinnan ja paremman hyötysuhteen saisi menetelmällämme tekemällä puukaasusta liikennepolttoaineeksi soveltuvaa metaania. Hyötysuhde nousisi näin jopa 70 prosenttiin, Niskanen kuvailee.

– Kaasutuksessa kaikki orgaaninen aines pystytään hyödyntämään ja muuttamaan edelleen metaaniksi, jos kehittämäämme innovaatiota hyödynnetään, tähdentää Alitalo.

Kaupallistamiseen haetaan kumppania

Alitalo ja Niskanen ovat kehittäneet reaktoria Tekesin rahoituksella. Patenttia tutkijat ovat hakeneet sekä metanisaatioreaktorille että vesikaasun siirtoreaktiolle uudentyyppisessä reaktorirakenteessa. Nyt tutkijat etsivät yhteistyökumppania, jonka kanssa tuotetta lähdetään viemään markkinoille.

Tavoitteena on päästä maailmanmarkkinoille, mikä vaatii aikaa. Edullinen, maatilalle sopiva reaktori voi olla myynnissä kuitenkin jo parin vuoden kuluttua.

Tutkijoiden mukaan liikennepolttoaineen markkinat ovat maailmalla mittavat, vaikka Suomessa metaanilla kulkevien kaasuautojen määrä onkin vielä vähäinen. Mikään ei myöskään estä käyttämästä metaania esimerkiksi hiilineutraalien muovien tai proteiinin valmistukseen.

– Teknologia, jonka avulla proteiinia voidaan tuottaa metaanista, on jo olemassa. Nyt se voitaisiin liittää tähän reaktioketjuumme, jossa metaania tuotetaan kaasutuksen lopputuotteista. Tämä mahdollistaisi sen, että mistä tahansa puumaisesta raaka-aineesta tai jätteestä voitaisiin tuottaa arvokasta proteiinia, tutkijat visioivat.

Lisätietoja kaupallistamisesta: yrityspalvelut@luke.fi

Teksti: Marjatta Sihvonen

Katso myös