Tässä blogikirjoituksessa vertailemme öljyn ja biomassan ympäristövaikutuksia ja tutkimme biomassan potentiaalia hiilineutraalina ja kestävänä energialähteenä.
Pysähdy ja katso ympärillesi. Kuinka moni ympärilläsi olevien lukemattomien esineiden joukossa ei ole petrokemian tuotteita? Vaatteesi, kannettavan tietokoneen osat, tulostinmuste – useimmat esineet ovat joko itse petrokemian tuotteita tai eivät toimi kunnolla ilman niitä. Ei ole liioittelua sanoa, että moderni yhteiskunta toimii kokonaan öljyllä. Useimmat päivittäin käyttämämme tuotteet ovat riippuvaisia petrokemikaaleista, mikä vaikuttaa merkittävästi elämäämme ja koko talouteen.
Tämä riippuvuus öljystä kasvaa entisestään polttoainesektorilla. Öljyä käytetään paitsi liikenteessä – autoissa, lentokoneissa, laivoissa – myös ensisijaisena raaka-aineena energiantuotannossa. Öljy aiheuttaa kuitenkin useita ongelmia polttoaineena käytettynä. Yksi merkittävä ongelma on, että sen palaminen tuottaa aineita, kuten hiilidioksidia, hiilimonoksidia, typen oksideja, rikin oksideja ja hiilivetyjä, jotka edistävät ilmaston lämpenemistä ja aiheuttavat ilmansaasteita. Nämä ongelmat ulottuvat pelkkien ympäristöongelmien ulkopuolelle ja aiheuttavat suoran uhan ihmisten selviytymiselle. Tämän lisäksi on olemassa lukuisia muita ympäristön saastumiseen liittyviä ongelmia. Lisäksi on olemassa myös se ongelma, että öljy on rajallinen ja lopulta ehtyvä luonnonvara. Siksi tunnemme tarvetta löytää resursseja, jotka voivat korvata öljyn saastuttamatta ympäristöä. Joten mitkä resurssit voivat korvata öljyn?
Yksi varteenotettava vaihtoehto on biomassa. Biomassan odotetaan korvaavan öljyn, ja sitä käytetään tällä hetkellä pääasiassa liikennepolttoaineena. Biomassaenergiaa pidetään hiilineutraalina energialähteenä, koska se palauttaa kasvien kasvun aikana sitoutuneen hiilidioksidin takaisin ilmakehään ja täydentää hiilen kierron. Tämä tarkoittaa, että se on energialähde, joka ei lisää ilmakehän hiilidioksidipitoisuuksia, mikä tekee siitä merkittävän vaihtoehdon nykyisen energiakriisin ja ympäristöongelmien ratkaisemiseksi.
Bioetanoli on yksi biomassaenergian muoto, ja se kattaa 80 % liikenteen biopolttoaineista. Sen merkitys kasvaa useiden maiden maailmanlaajuisesti käyttöön ottaman uusiutuvien polttoaineiden standardin (RFS) ansiosta, joka edellyttää jopa 10 %:n bioetanolin sekoittamista liikennepolttoaineisiin. Tämä bioetanoli avaa mahdollisuuden korvata fossiilisia polttoaineita ja vakiinnuttaa asemansa ympäristönsuojelun ja kestävän energiapolitiikan keskeisenä pilarina.
Bioetanolia tuotetaan kolmesta pääasiallisesta raaka-aineesta: sokeripohjaisesta, tärkkelyspohjaisesta ja lignoselluloosapohjaisesta. Lisätuotantoprosesseja tarvitaan raaka-aineesta riippuen. Ensinnäkin sokeripohjaisia raaka-aineita, kuten sokeriruokoa ja sokerijuurikasta, voidaan käyttää polttoainealkoholina käymis- ja puhdistusprosessien jälkeen. Käymisessä käytetään mikro-organismeja raaka-aineesta uutetun sokerin käymiseen etanolin tuottamiseksi. Puhdistus on prosessi, jossa vesi haihdutetaan etanoli-vesiliuoksesta, jolloin syntyy korkean pitoisuuden omaavaa alkoholia. Nämä kaksi prosessia ovat suhteellisen yksinkertaisia, mikä tekee etanolin tuotannosta sokeripohjaisista raaka-aineista tehokasta ja taloudellista.
Tärkkelyspohjaisten raaka-aineiden, kuten maissin ja vehnän, tuotantoprosessiin lisätään sakkarointivaihe. Tämä vaihe on välttämätön, koska toisin kuin sokeripohjaisissa raaka-aineissa, joiden pääkomponentti on sokeri, tärkkelyspohjaisten raaka-aineiden pääkomponentti on tärkkelys. Tärkkelysmolekyylit ovat liian suuria mikro-organismien suoraan kulutettaviksi, mikä edellyttää muuntamista pienemmiksi glukoosimolekyyleiksi. Tätä sakkarointiprosessia katalysoivat entsyymit, pääasiassa amylaasi. Kun sakkarointientsyymi hydrolysoi tärkkelyksen glukoosiksi, bioetanolia tuotetaan käymis- ja puhdistusprosessien avulla, jotka ovat samanlaisia kuin sokeripohjaisten raaka-aineiden prosessit. Tämä prosessi on hieman monimutkaisempi kuin sokeripohjaisten raaka-aineiden, mutta se on edelleen kaupallisesti kannattava.
Lignoselluloosapohjaiset raaka-aineet, kuten riisinolki tai hopeaheinä, vaativat ylimääräisen esikäsittelyvaiheen ennen tärkkelyspohjaista prosessia. Lignoselluloosapohjaiset raaka-aineet koostuvat pääasiassa selluloosasta, jolla on erittäin suuri molekyylirakenne eikä sitä voida hajottaa pelkästään sakkaroimalla. Ne sisältävät myös ligniiniä, liukenematonta, tulenkestävää polymeeriä, joka estää polysakkaridien hajoamista ja vähentää mikrobien aktiivisuuspinta-alaa. Siksi tarvitaan sekä esikäsittely- että sakkarointiprosesseja. Esikäsittelyn aikana molekyylirakenne löysennetään happo- tai emäskäsittelyllä korkeissa lämpötiloissa. Tämän jälkeen sokerit hajotetaan entsyymien, kuten sellulaasin ja ksylenaasin, avulla. Bioetanolia tuotetaan sitten käymis- ja puhdistusprosessien avulla. Tämä prosessi on monimutkaisempi ja kalliimpi kuin muiden raaka-aineiden prosessit, mikä tekee kaupallistamisesta tällä hetkellä haastavaa.
Olemme nyt tarkastelleet bioetanolin tuotantoprosessia. Kuten aiemmin mainittiin, prosessista tulee yhä monimutkaisempi ja vaatii lisävaiheita siirryttäessä sokeripohjaisista tärkkelyspohjaisiin ja lignoselluloosapohjaisiin raaka-aineisiin. Tämä tarkoittaa korkeampia prosessikustannuksia, ja taloudellisen kannattavuuden kannalta lignoselluloosapohjaisen raaka-aineen valmistusprosessin kaupallistaminen on edelleen haasteellista. Sokeri- ja tärkkelyspohjaisilla raaka-aineilla on kuitenkin rajoituksensa, koska ne käyttävät raaka-aineena ruokakasveja, mikä tekee niistä kalliita ja taloudellisesti kannattamattomia. Tämän seurauksena on käynnissä teknologista kehitystä lignoselluloosaprosessien kustannusten minimoimiseksi, ja kehitetään myös tekniikoita, joissa käytetään merilevää raaka-aineena, mikä alentaa merkittävästi raaka-ainekustannuksia.
Biomassateknologia kohtaa edelleen teknisiä haasteita, ja sen haittapuolena on se, että se on kalliimpaa kuin fossiiliset polttoaineet, kuten öljy. Biomassalla on kuitenkin potentiaalia korvata öljy, rajallinen luonnonvara, aikana, jolloin öljyvarat ovat yhä hupenemassa. Lisäksi, toisin kuin fossiiliset polttoaineet, se on uusiutuva polttoaine, jolla on vähemmän ympäristön saastumisongelmia, mikä tekee siitä yhä tärkeämmän kysymyksen tulevaisuudessa. Vaihtoehtoisten energialähteiden, kuten biomassan, kehittäminen ja hyödyntäminen on välttämätöntä kestävän energiantuotannon kannalta, mikä on läheisesti sidoksissa tulevien sukupolvien selviytymiseen. Tämän ohella tarvitaan kriittisesti myös politiikkaa ja teknologista tukea energiatehokkuuden parantamiseksi ja ympäristövaikutusten minimoimiseksi.
