BlackGreen – Kestäviä sovelluksia biohiilestä Pohjois-Karjalassa -hanke (1.3.2024–31.12.2026) on loppusuoralla. Hanke kehittää biohiilen käyttämisen innovaatioita pyrkien edistämään raaka-aineen tuotannon ja käytön kestävyyttä.

Hanketta koordinoivan Luonnonvarakeskuksen (Luke) lisäksi mukana ovat Itä-Suomen yliopisto, Karelia-ammattikorkeakoulu ja Oulun yliopisto. Hankkeen vahvuuksia ovat kehittämistyön erilaisten mittakaavojen sekä toimijoiden osaamisen yhdistäminen: Luken alaa ovat maa- ja metsätalouden tuntemus sekä elinkaariarvioinnit raaka-aineiden hankinnassa, Itä-Suomen yliopisto tekee biohiilimateriaalien funktionalisointia ja tuotekehitystä, Karelia hoitaa käytännön demonstraatioita ja suurempaa koemittakaavaa ja Oulun yliopistolla on korkean jalostusasteen kemian osaaminen.

– Olemme pystyneet yhdistämään tuotetarkastelun ja kestävyystarkastelun. Niiden pitää kulkea käsi kädessä, jotta tutkimusta kestävistä ratkaisuista voidaan viedä uskottavasti eteenpäin, Luken ryhmäpäällikkö ja tutkija Pasi Korkalo toteaa.

Biohiilessä riittää tutkittavaa

Biohiili on biomassasta, kuten puuaineksesta, pyrolyysimenetelmällä valmistettua hyvin hiilipitoista materiaalia. Biohiilellä on runsaasti mahdollisia käyttötapoja, mutta toisaalta biohiili ei ole yksi yhtenäinen tuote tai yleispätevä ratkaisu. Oleellista onkin selvittää, millainen biohiili sopii mihinkin tarkoitukseen, ja missä biohiilen käyttäminen on sekä teknisesti että ympäristön kannalta perusteltua.

– Biohiilessä on valtavasti potentiaalia. Tämän hankkeen puitteissa voimme perehtyä vain osaan mahdollisista käyttökohteista, kertoo Pasi Korkalo.

Kun biohiiltä hidaspyrolyysillä valmistetaan, vaikuttavat lopputuotteen ominaisuuksiin mm. raaka-aineena käytettävä biomassa sekä pyrolyysin lämpötila, kesto ja muut prosessiolosuhteet.

– Mahdollisuuksia on paljon, mutta myös haasteita. Toisaalta juuri erilaiset raaka-aineet tarjoavat tilaisuuksia niiden alueelliseen hyödyntämiseen eri mittakaavoissa ja erilaisissa yrityksissä, muistuttaa yliopistonlehtori Suvi Kuittinen Itä-Suomen yliopistosta.

Karelia-ammattikorkeakoulun projektiasiantuntijoiden Markus Hirvosen ja Alma Pohjosen mukaan hankkeen edetessä on vahvistunut käsitys siitä, että biohiilessä on vielä rutkasti tutkittavaa.

– Hankkeessa olemme tehneet monia kokeita ja pilotointeja. Tulokset ovat kiinnostavia, mutta mitä enemmän olemme asioita selvittäneet, sitä paremmin olemme ymmärtäneet, kuinka paljon löydettävää vielä on.

Metsätalouden sivuvirrat hyötykäyttöön

Nykyinen BlackGreen-hanke jatkaa aiemman hankkeen työtä. Ensimmäisessä hankkeessa kartoitettiin Pohjois-Karjalan biohiilipotentiaalia, saatavilla olevia raaka-aineita ja mahdollisia käyttökohteita. Nyt tutkimusta on viety pidemmälle konkreettisiin sovelluksiin ja niiden tuotannon ja käytön kestävyyden arviointiin.

Maa- ja metsätalouden kannalta keskeinen kysymys on, millaisista biomassoista biohiiltä kannattaa valmistaa ja mihin sitä kannattaa käyttää.

– Biohiilellä ei pyritä korvaamaan olemassa olevia arvoketjuja. Kiinnostavia ovat erityisesti sellaiset biomassavirrat, joille voidaan löytää nykyistä korkeamman lisäarvon käyttöä, painottaa Markus Hirvonen.

Pasi Korkalo kertoo, että Luken tutkimuskohteina biohiilen raaka-aineista ovat energiapuu, paju, puuhake, hakkuutähteet sekä sahateollisuuden sivuvirrat, kuten sahanpuru. Luke myös arvioi raaka-aineiden hankinnan ympäristövaikutuksia elinkaariarvioinnin (LCA) avulla.

– Olemme selvittäneet raaka-aineen hankintaketjua aina biohiililaitoksen portille saakka. Näin voimme verrata esimerkiksi sitä, miten eri biomassat, niiden korjuu ja kuljetukset vaikuttavat lopputuotteen ympäristökuormaan.

– Jos raaka-aine hankitaan ympäristön kannalta kestämättömästi, biohiilen ympäristöarvo heikkenee. Kokonaisuus riippuu raaka-aineesta, tuotantoprosessista ja logistiikasta. Kannattaa siis tarkastella, missä käytössä biohiilestä saadaan eniten ympäristöhyötyä.

Tulevaisuudessa biohiilen elinkaaritiedolla voi Korkalon mukaan olla merkitystä esimerkiksi hiilimarkkinoilla, vastuullisuusraportoinnissa ja erilaisissa kestävyysselvityksissä.

Maataloudessa monia käyttökohteita

Yksi Luken tutkimuskohteista on biohiilen käyttäminen lietesäiliöiden katemateriaalina. Tavoitteena on selvittää, voisiko biohiili vähentää ammoniakkipäästöjä ja hajuhaittoja sekä auttaa säilyttämään typen lietteessä.

Käytetty biohiili voitaisiin mahdollisesti myöhemmin levittää peltoon. Tällöin sen mukana palautuisi ravinteita maahan. Samalla maaperään päätyisi pitkäikäisessä muodossa olevaa hiiltä.

– Tässä voitaisiin saada kaksi hyötyä kerralla: ravinteita takaisin maahan ja hiiltä pitkäaikaiseen varastoon. Mutta biohiilen pitää olla ominaisuuksiltaan oikeanlaista, sillä vääränlainen materiaali voi lietteeseen sekoittuessaan jopa kiihdyttää joitakin päästöprosesseja, toteaa Pasi Korkalo.

Hankkeessa on kokeiltu myös pyrolyysissä syntyvää tislettä peltokasvien biostimulanttina. Laboratoriossa saadut lupaavat havainnot eivät kuitenkaan toistuneet peltokokeessa.

– Arvokas tutkimustulos ei ole vain se, missä biohiili toimii. Yhtä arvokasta on tietää, missä se ei toimi. Tämä auttaa suuntaamaan tutkimusta jatkossa, Korkalo korostaa.

Itä-Suomen yliopistossa on tutkittu muokatun biohiilen soveltuvuutta ravinteiden suodatusratkaisuihin ja sekä kasvualustoihin. Suvi Kuittisen mukaan kuumavesikäsiteltyä lehtipuuta ja biohiiltä sisältävä kasvualusta voisi olla osa puupohjaisten kasvualustojen tuotevalikoimaa esimerkiksi metsäpuiden taimitarhoilla ja kasvihuoneissa.

– Tällaisilla ratkaisuilla voitaisiin osaltaan vähentää turvepohjaisten kasvualustojen käyttöä.

Laboratoriosta isompaan mittakaavaan

Karelia-ammattikorkeakoulu on investoinut BlackGreen-hankkeen rinnalla omaan biohiililaitteistoonsa. Sen avulla erilaisia biomassoja voidaan pyrolysoida eri prosessiolosuhteissa ja valmistaa kerralla suurempia määriä biohiiltä kuin laboratorio-olosuhteissa.

– Meidän vahvuutemme on käytännön demonstraatiokokoluokka. Yliopistossa voidaan ensin selvittää asiaa laboratoriomittakaavassa, minkä jälkeen Kareliassa voidaan siirtyä kymmenien tai satojen kilojen mittakaavaan, kuvailee Alma Pohjonen.

Mittakaavojen yhdistäminen on tärkeää myös yritysyhteistyössä. Uutta käyttökohdetta ei tarvitse kokeilla ensimmäiseksi teollisessa mittakaavassa, vaan tutkimuksessa lupaavaksi osoittautunutta ratkaisua voidaan testata ensin hallitummin Karelian laitteistolla.

– Olemme tehneet hankkeelle myös tuotetason elinkaariarviointia, biohiilimarkkinoihin liittyviä selvityksiä ja käytännön ohjeistusta päästöhyvitysmarkkinoille pyrkiville toimijoille. Yritysten kanssa on tehty myös ympäristötuoteselosteisiin eli EPD:ihin liittyvää työtä, Pohjonen kertoo.

Käytännön sovelluksia on etsitty yllättävistäkin kohteista. Esimerkiksi kuusen hakkuutähteistä valmistettua biohiiltä on sekoitettu sementtiin, ja koekappaleista on mitattu mm. puristuslujuutta.

– Jos biohiilellä pystyttäisiin korvaamaan osa sementistä tai pienentämään betonituotteiden päästöjä, käyttökohteiden mittakaava olisi suuri, pohtii Markus Hirvonen.

Golfkentällä puolestaan on kokeiltu ravinteilla ladattua biohiiltä ilmastusreikien täyttömateriaalissa. Ajatuksena on viedä samalla työvaiheella maahan sekä täyttömateriaalia että ravinteita sekä lisätä samalla maaperän hiilivarastoa.

Korkean jalostusasteen tuotteita

Hankkeessa tehty kehitystyö ulottuu hyvinkin korkean jalostusasteen tuotteisiin. Oulun yliopistossa ja Itä-Suomen yliopistossa on tutkittu esimerkiksi katalyytti-, vedenpuhdistus- ja akkusovelluksiin soveltuvaa aktiivihiiltä. Aktiivihiilen valmistuksessa selvityskohteena on ollut Oulun yliopistossa vesihöyryaktivointi ilman kemikaaleja, ja Itä-Suomen yliopistossa taas kemiallinen aktivointi.

Yksi tulevaisuuden mahdollisuus on biohiilipohjainen kova hiili, jolla voitaisiin täydentää tai osittain korvata luonnongrafiittia akkuteknologioissa.

Myös pyrolyysiprosessissa syntyvät muut jakeet ovat kiinnostavia. Karelian laitteistolla voidaan erotella esimerkiksi tervaa ja pyrolyysiöljyjä.

– Kannattavuus ei välttämättä synny yhdestä tuotteesta. Jos samasta prosessista pystytään hyödyntämään useita jakeita, niiden ympärille voi muodostua erilaisia liiketoimintamalleja, Markus Hirvonen mainitsee.

BlackGreen – Kestäviä sovelluksia biohiilestä Pohjois-Karjalassa -hanke verkossa:

• Hankkeen LinkedIn-sivu
• Luken hankesivu
• Karelia-amk:n hankesivusto