Hiilineutraali polttoaine

Hiilineutraali polttoaine tarkoittaa sellaista polttoainetta, jonka tuotanto ja käyttö yhdessä eivät lisää ilmakehän hiilidioksidia, samoin kuin hiilineutraalius yleensä tarkoittaa mitä tahansa järjestelmää, jonka toiminta ei lisää ilmakehän hiilidioksidia. Jos polttoaineen tuotannon ja käsittelyn kaikissa vaiheissa on hyödynnetty hiiletöntä tai hiilineutraalia energiaa, tuotettu polttoaine on hiilineutraalia. Hiiletön polttoaine on eräs mahdollisuus oikaista hiilineutraalin polttoaineen tuotannossa. Ellei polttoaine itsessään sisällä hiiltä, ei hiilen hankkimisesta tule ongelmaa.
Hiilinegatiivisuudella tarkoitetaan hiilidioksidin poistamista ilmakehästä ja hautaamista. Hiilineutraalit polttoaineet ainoastaan korvaavat fossiilisten polttoaineiden käyttöä ja siten voivat vähentää hiilipäästöjä.
Puu on poliittisella päätöksellä nimetty hiilineutraaliksi polttoaineeksi. Toisaalta puun hiilineutraalius on kyseenalaistettu, johtuen keruu- ja jatkojalostusmenetelmissä kulutetusta energiasta. Samoin kuin puu, myös biokaasu luokitellaan hiilineutraaliksi pääasiassa raaka-aineen uusiutuvuuden ansiosta. Myös muuhun biomassaan sovelletaan vastaavaa raaka-aineen kiertoon perustuvaa luokittelua.
Polttoaineen hiilineutraaliutta ei voi suoraan päätellä polttoaineen kemiallisesta koostumuksesta. Tuotettu polttoaine voi olla hiilidioksidipäästöjen kannalta erittäin hiili-intensiivinen, mikäli tuotantoon tarvittava vety tuotetaan maakaasusta ja prosessissa tarvittava lisäenergia hankitaan polttamalla kivihiiltä tai muuta fossiilista polttoainetta. Vaikka vety onkin kemialliselta koostumukseltaan hiiletön ja muutenkin päästötön polttoaine, suurin osa maailman vedyntuotannosta perustuu maakaasun käyttöön raaka-aineena. Bioetanolikaan ei ole täysin hiilineutraali käytössä olevilla tuotantoprosesseilla. Vety olisi muuten monessa mielessä ideaalinen polttoaine, mutta sen energiatiheys tilavuuteen suhteutettuna on huono, ja siksi vedyn sijasta on haettu muita vaihtoehtoja.
Vähähiilisillä polttoaineilla kuten maakaasulla voidaan saavuttaa suhteellinen hiilipäästöjen vähennys verrattuna runsashiilisiin polttoaineisiin, mutta päästövähennysten tavoitteiden kasvaessa vähähiiliset polttoaineet eivät riitä ratkaisuksi. Monet vähähiiliset polttoaineet auttavat hyvin rikkipäästöjen vähentämisessä, mutta esimerkiksi laivateollisuudelle asetettu tavoite 50 % vähennykseen kasvihuonekaasujen päästöissä ei toteudu pelkästään vähähiilisen polttoaineen avulla.
Hiilineutraaleja polttoaineita.
Puhtaasti tuotetut hiilettömät polttoaineet ovat hiilineutraaleja:
Puhtaasti tuotetut biopolttoaineet ovat hiilineutraaleja:
Vedestä ja ilmakehästä kerätystä hiilidioksidista syntesoidut polttoaineet ovat hiilineutraaleja:
Luonnossa kasvava biomassa sellaisenaan, kerättynä ja ilman kemiallista jalostusta katsotaan myös hiilineutraaliksi polttoaineeksi:
Hiilineutraalien polttoaineiden taloudellisuus.
Fossiilisten polttoaineiden käytön yleistyminen on perustunut niiden helppoon saatavuuteen ja suhteellisen pieniin kustannuksiin. Fossiilisten energialähteiden asema kuitenkin vähitellen muuttuu. Vaihtoehtoisilla polttoaineilla on omat pulmansa. Hiilidioksidi ei olekaan synteettisten polttoaineiden valmistuksessa enää harmillista jätettä vaan raaka-ainetta. Biopolttoaineiden valmistuksessa on noussut kysymyksiä biomassan riittävyydestä ja energiakäyttöön kasvatettavan biomassan kuluttamasta pinta-alasta. Mahdollisuus tarvittavan hiilidioksidin keräämiseen suoraan ilmasta on katsottu vaihtoehdoksi. Öljyriippuvuudesta vapautuminen edellyttää kuitenkin vaihtoehtojen kehittämistä, ja fossiilista lähteistä riippumattomat hiilineutraalit polttoaineet näyttävät johdonmukaisilta vaihtoehdoilta. Synteettisten polttoaineiden avulla on mahdollista vähentää taloudellista riippuvuutta öljyntuottajista. Vaikka synteettiset polttoaineet eivät olekaan olleet kilpailukykyisiä vapailla markkinoilla, niiden kustannukset ovat laskeneet. Hiilineutraalin synteettisen polttoaineen muuttumista kilpailukykyiseksi voi nopeuttaa myös kasvattamalla päästömaksuja. Bioenergia kilpailee synteettisten polttoaineiden kanssa, mutta jälkimmäisiin ei tarvita paljon pinta-alaa.
Hiilineutraalien polttoaineiden tuotannon teknisiä edellytyksiä.
Hiilineutraalit polttoaineet eivät itsessään ole energialähteitä vaan niiden tuotantoon tarvitaan taloudellisesti edullisia ja hiilettömiä primäärienergialähteitä. Tässä varsinkin ydinenergian kehityksen ja lisärakentamisen merkitys korostuu. Ydinenergia on periaatteessa hiilineutraalia ja käytännössäkin lähes hiilineutraalia. Neljännen sukupolven ydinreaktoreiden oletetaan parantavan hiilineutraalien polttoaineiden tuotannon tehokkuutta ja kilpailukykyä. Erityisesti neljännen sukupolven reaktoreiden korkea lämpötila, energianmuunnoksen korkea terminen hyötysuhde ja turvallisuus tekevät ydinenergiasta tärkeän tekijän hiilineutraaleiden polttoaineiden tuotannossa, alkaen kilpailukykyisestä vedyn tuotannosta esimerkiksi korkean lämpötilan elektrolyysissä. Ydinfuusioon perustuva fuusioenergia nähdään myöhemmän tulevaisuuden mahdollisuutena. Verrattuna ydinenergiaan, uusiutuvien energialähteiden kilpailukyky perustuu pieneen laitoskokoon ja nopeaan rakentamisen aikatauluun.
Biomassan käyttökelpoisuus energiantuotannossa korostuu. Biomassalla on luontaisesti edullisia ominaisuuksia:
Biopolttoaineiden tuotannossa tarvitaan raaka-aineeksi ja energialähteeksi vain biomassaa. Perinteisen biopolttoaineen tuottamisen sijasta biomassaa voidaan kohdella pääasiassa hiilineutraalina hiilen lähteenä, jolloin biomassan sisältämää hiiltä ei tuhlata, ja huomattava osa tarvittavasta energiasta tulee muista lähteistä.
Hiilineutraalien synteettisten polttoaineiden valmistuksessa tarvitaan:
Ilman sisältämä hiilidioksidi kelpaa myös hiilen lähteeksi polttoaineen valmistuksessa. Mahdollisimman välitöntä polttoaineen tuottamista ilmasta kerätystä hiilidioksidista on kehitetty. Hiilidioksidi siirtyy keräyslaitteistossa suoraan virtaavaan liuokseen, joka siirretään putkia pitkin erotukseen. Hiilivetypolttoaineen tuottamista ilman hiilidioksidista suoraan auringonvalolla on myös kehitetty. Uudella katalyytillä on siinä ratkaiseva merkitys.
Hiilineutraalien polttoaineiden tulevaisuudennäkymiä.
Huoli fossiilisten polttoaineiden riittävyydestä ja ympäristövaikutuksista ovat johtaneet ponnisteluihin hiilineutraalien polttoaineiden kehittämiseksi. Vaihtoehtoisia hiilineutraaleja polttoaineita kehitettäessä aivan uusien prosessien käyttöönotossa ilmenee teknisiä ja taloudellisia epävarmuuksia. Esimerkiksi mikrolevien hyödyntäminen polttoaineiden tuotantoon on edistynyt odotettua hitaammin.
Hiilidioksidin kerääminen ilmasta synteettisten polttoaineiden tuotantoon on ollut kehitysponnistelujen kohteena. Kerätystä hiilidioksidista voidaan valmistaa metanolia ja siitä edelleen useita muita polttoaineita. Samoin hiilettömät polttoaineet kuten vety ja ammoniakki nousevat vaihtoehdoiksi. Näiden tuottamiseen kuluu runsaasti energiaa, jonka tulee olla hiilineutraalia. Entistä parempien katalyyttien kehittäminen tehostaa synteettisten polttoaineiden tuotantoa. Laivateollisuuden suunnitelmat hiilineutraalien ja hiilettömien polttoaineiden käyttöönottamiseksi ovat pitkällä. Hiileen pohjautuvien mutta hiilineutraalien synteettisten polttoaineiden odotetaan yleistyvän, sillä niille ovat kuluttajat ja jakeluverkostot valmiina olemassa.
Metsän biomassaan perustuvien biopolttoaineiden hiilineutraaliutta on arvosteltu sen vuoksi että metsät uusiutuvat hitaasti, ja välittömät hiilidioksipipäästöt tuotettua energiaa kohti ovat jopa suuremmat kuin kivihiilellä.