Metaanin hallinta – Bitcoinin louhinnasta kestävän lentopolttoaineen valmistukseen

Metaani ilmastoriskistä hyödynnettäväksi resurssiksi

Metaani (CH₄) on maakaasun pääkomponentti ja kasvihuonekaasu. Sen lämmitysvaikutus on massayksikköä kohden noin 28-kertainen hiilidioksidiin verrattuna sadan vuoden tarkastelujaksolla. Lyhyemmällä aikavälillä suhteellinen vaikutus on suurempi. Metaanin keskimääräinen elinikä ilmakehässä on noin 12 vuotta, kun taas osa hiilidioksidista vaikuttaa vuosisatoja.

Metaanin hapettumisessa muodostuu myös hiilidioksidia. Sen ilmastovaikutus on erotettava metaanin omasta, voimakkaasta mutta lyhytkestoisemmasta vaikutuksesta.

Metaanipäästöjen vähentäminen voi hidastaa lähiajan lämpenemistä. Se täydentää hiilidioksidipäästöjen vähentämistä eikä korvaa sitä.

Lähde: EPA

Metaania syntyy monista lähteistä, joista useat liittyvät ihmisen toimintaan.

Fossiilisten polttoaineiden tuotannossa ja käytössä päästöjä syntyy esimerkiksi maakaasuvuodoista, öljyntuotannosta ja hiilikaivoksista.

Maataloudessa metaania muodostuu erityisesti märehtijöiden, kuten nautojen, lampaiden ja vuohien, ruoansulatuksessa. Sitä syntyy myös riisipelloilla sekä lannan ja muun orgaanisen aineksen hapettomassa hajoamisessa.

Kaatopaikoille haudattu orgaaninen jäte on toinen merkittävä lähde. Jätevedenkäsittelyssä biokaasua voidaan tuottaa hallitusti lietteestä, mutta päästöjä voi myös karata prosessista.

Lähde: EPA

Metaania on myös merien pohjasedimenttien hydraateissa ja arktisissa ympäristöissä. Hydraatit ovat veden ja metaanin muodostamia kiinteitä rakenteita, eivät pelkästään jäätynyttä metaania.

Lämpeneminen voi muuttaa näiden varastojen vakautta ja lisätä päästöjä. Vaikutuksen suuruus ja aikataulu riippuvat ympäristöstä; välitöntä maailmanlaajuista katastrofikierrettä ei voi pitää varmana. Käsittelemme aihetta artikkelissa «Metaanin hallinta voi olla avain ilmastotavoitteiden saavuttamiseen – mistä se tulee ja mitä sen kanssa tehdään?».

Talteen otettu metaani voi toimia polttoaineena tai kemianteollisuuden raaka-aineena. Hyöty riippuu siitä, mitä päästöjä ja vaihtoehtoisia käyttötapoja se korvaa.

Tutkijat ovat selvittäneet myös biokaasun muuntamista lentopolttoaineen valmistukseen soveltuviksi yhdisteiksi.

Jätteestä lentopolttoaineeksi

Biokaasun hyödyntämisessä vaihtoehtoihin kuuluvat esimerkiksi:

1. Jalostaminen biometaaniksi ja toimittaminen kaasuverkkoon tai kuljetettavaksi.
2. Käyttö tuotantopaikalla esimerkiksi lämmön, sähkön tai kemikaalien valmistuksessa.

Kaasun pieni tilavuuskohtainen energiatiheys vaikeuttaa kuljetusta. Putkistojen lisäksi sitä voidaan kuljettaa paineistettuna tai nesteytettynä. Raakabiokaasu tarvitsee yleensä puhdistusta ennen käyttöä.

Ilmailun päästöjä on vaikea vähentää, sillä kaupallinen lentoliikenne käyttää pääosin energiatiheitä nestemäisiä polttoaineita. Sähköisiä ja muita vaihtoehtoja kehitetään, joten kaikkia lentoja koskeva 100 prosentin väite olisi liian ehdoton.

Kaatopaikka- ja jätevesibiokaasun muuntaminen polttoaineen raaka-aineeksi voisi siksi olla hyödyllinen tutkimussuunta.

Biokaasua ja sen nykyisiä käyttötapoja käsittelemme artikkelissa «Biokaasu ja päästöjen vähentäminen – viisi biometaaniyhtiötä».

Plasma lentopolttoaineen tuotannossa

Sydneyn yliopiston ja Kiinan Xi’an Jiaotong -yliopiston tutkijat selvittivät menetelmää, jossa käytetään ilmanpaineessa toimivaa ei-termistä plasmaa (NTP). Se voi muuntaa metaanin ja hiilidioksidin seosta uusiksi yhdisteiksi ilman koko kaasumäärän kuumentamista hyvin korkeaan lämpötilaan. Plasman tuottamiseen tarvitaan silti sähköä.

Aiemmissa prosesseissa on saatu esimerkiksi muurahaishappoa, etanolia, isopropanolia ja etikkahappoa. Nämä ovat happea sisältäviä orgaanisia yhdisteitä, eivät pelkkiä hiilivetyjä.

Tutkimuksessa «Pitkäketjuisia hiilivetyjä biokaasun ei-termiseen plasmaan perustuvasta jatkojalostuksesta», joka julkaistiin Journal of the American Chemical Society -lehdessä, tutkijat kuvasivat menetelmää monimutkaisempien tuotteiden valmistamiseksi.

Lähde: JACS

Metaanin ja hiilidioksidin seossuhteen muuttaminen vaikutti tuotteisiin. Prosessissa muodostui myös synteesikaasua eli vedyn ja hiilimonoksidin seosta sekä nestemäisiä alkoholeja ja happoja.

Synteesikaasu on tärkeä raaka-aine useissa kemiallisissa prosesseissa, mutta ei lähes koko petrokemianteollisuuden ainoa perusta. Happea sisältäviä tuotteita voidaan jatkojalostaa hiilivedyiksi.

Lähde: JACS

Tutkimus tarjoaa siten mahdollisen reitin biokaasusta polttoaineen lähtöaineisiin. Se ei vielä osoita, että suurin osa kaikkien kaatopaikkojen kaasusta voitaisiin taloudellisesti muuntaa hyväksytyksi lentopolttoaineeksi.

Prosessin ohjaus ja ympäristövaikutukset

Metaanipitoisuutta säätämällä tutkijat pystyivät vaikuttamaan lopputuotteiden jakaumaan.

Prosessin kehitys voisi tukea lentopolttoaineen raaka-aineiden tuotantoa. Hiilineutraalius ei kuitenkaan seuraa automaattisesti metaanin käytöstä: koko elinkaari, sähköntuotanto ja vuodot on arvioitava.

NTP voi toimia ilmanpaineessa ja matalassa kaasun lämpötilassa, mutta sähköenergiaa tarvitaan plasman ylläpitoon ja tuotteiden käsittelyyn. Uusiutuva sähkö voi pienentää päästöjä, eikä menetelmä ole energiaton.

Hukkametaanin hyödyntäminen

Plasmatutkimus on yksi yritys hyödyntää metaania, joka muuten voisi jäädä käyttämättä.

Joissakin kohteissa talteen otettua metaania poltetaan sähkön tuottamiseksi Bitcoinin louhintaan. Tällaisen hankkeen ilmastovaikutus riippuu vuodoista, polton tehokkuudesta ja siitä, päätyisikö kaasu muuten ilmakehään, soihdutukseen vai muuhun hyötykäyttöön.

Teknologioiden yhdistäminen voi tuoda etuja, mutta Bitcoinin energiankulutusta tai polttoaineiden päästöjä koskevia ongelmia ei voi sivuuttaa ilman kohdekohtaista elinkaariarviota.

Metaanin hyödyntämisyhtiöt

1. Greenlane Renewables Inc. (GRN.TO)

Greenlane toimittaa biokaasun jalostusjärjestelmiä. Jalostuksessa poistetaan raakabiokaasusta hiilidioksidia ja epäpuhtauksia biometaanin valmistamiseksi; kyse ei ole itse orgaanisen aineksen mädätyksestä. Artikkelin 140 järjestelmän luku kuvaa yhtiön historiallista toimituskantaa.

Lähde: Greenlane

Yhtiö vertaa toimituksiaan kilpailijoihin, kuten Air Liquideen ja Wärtsilään. Vertailu riippuu ajankohdasta ja mittarista, eikä todista yleistä ylivoimaa kaikissa biokaasuratkaisuissa. Kilpailijoihin kuuluvat myös Prodeval, DMT ja Bright Biomethane.

Lähde: Greenlane

Greenlane tarjoaa kalvoerotusta, vesipesua ja paineenvaihteluadsorptiota (PSA). Tekniikka valitaan kaasun ominaisuuksien ja käyttötavoitteen mukaan. Eri prosessit poistavat eri epäpuhtauksia, eivät automaattisesti kaikkia mainittuja kaasuja yhtä tehokkaasti.

Syyskuussa 2023 yhtiö esitteli vakioituja avaimet käteen -ratkaisuja erilaisiin kohteisiin, kuten kaatopaikoille, sokeritehtaille ja maatalousjätteiden käsittelyyn.

Usean tekniikan tarjonta voi auttaa sovittamaan järjestelmän asiakkaan tarpeisiin. Yhtiön oma väite ainutlaatuisesta valikoimasta ei takaa kaikissa oloissa parasta ratkaisua.

Lähde: Greenlane

Brasilia on yhtiön tavoittelema kasvumarkkina. Se ilmoitti sopimuksesta jalostusjärjestelmien paikallisen tuotannon kehittämiseksi.

Sopimus tehtiin ZEG Biogásin kanssa. Sen ilmoitettiin olevan 50-prosenttisesti Vibran omistama. Suunnitelma koski yli 75 järjestelmää viidessä vuodessa, ei jo toiminnassa olevia tuotantopaikkoja.

Greenlane myy laitteistoja eikä ole ensisijaisesti biokaasun tuottaja. Sen tulos riippuu muun muassa asiakkaiden investoinneista, toimituskatteista ja palveluista.

Biokaasun jalostukseen keskittyvä Greenlane voi hyötyä resurssin käytön lisääntymisestä. Tämä ei tarkoita, että sen laitteet keräisivät suoraan kaiken maataloudessa syntyvän metaanin, esimerkiksi eläinten ruoansulatuksesta.

2. Biokraft International AB (entinen kaupankäyntitunnus BIOGAS.ST)

Biokraft tuotti biokaasua ja bio-LNG:tä Ruotsissa, Norjassa ja Etelä-Koreassa. Artikkelin 230, 155 ja 60 GWh:n luvut ovat historiallisia kapasiteetti- tai tuotantotietoja lähteen käyttämän määritelmän mukaan.

Huhtikuussa 2023 yhtiö ilmoitti suunnitelmista Saksan markkinoille, mukaan lukien kaksi hanketta, joiden yhteiskapasiteetiksi arvioitiin 240 GWh ja valmistumiseksi 2025.

Yhtiön tuolloinen hankekanta sisälsi biokaasu- ja bio-LNG-hankkeita, joiden valmistumista tavoiteltiin vuosille 2025–2026. Suunniteltu kapasiteetti ei ole toteutunutta tuotantoa.

Artikkelissa mainittu tavoite oli kasvattaa kapasiteetti 445 GWh:sta noin 1 200 GWh:iin vuoteen 2026 mennessä ja 3 TWh:iin vuoteen 2030 mennessä. Biokaasun tuotantoa ja sen nesteytystä ei pidä laskea yhteen erillisinä energiamäärinä. Uusien hankkeiden raaka-aineiksi suunniteltiin lantaa ja maatalousjätteitä.

Lähde: Biokraft

Yhtiö raportoi tuolloin kannattavuuspaineita. Euroopan energiahinnat vaikuttavat toimintaan, mutta eivät yksin ratkaise tulosta.

Plasmaprosessin soveltaminen tällaiseen kaasuun on mahdollinen tuleva tutkimussuunta, ei Biokraftin jo toteuttama tai kannattavaksi todettu tuotantoketju.

Biokraft poistui pörssistä 8. huhtikuuta 2024, ennen tämän artikkelin julkaisemista. Sitä ei siksi pidä esitellä tuolloin tavallisesti ostettavana pörssiosakkeena. Historialliset kasvutavoitteet ja tappiot eivät myöskään ole nykyisiä sijoitussuosituksia.