Hiilidioksidin kaappaus suoraan ilmasta (Direct Air Capture, DAC) on noussut viime vuosina yhdeksi keinoksi hillitä ilmastonmuutosta. Savukaasuihin perustuvasta talteenotosta se poikkeaa siten, että hiilidioksidi erotetaan ilmasta, ei päästölähteestä. Erotettu ja puhdistettu hiilidioksidi voidaan varastoida maan alle tai sitä voidaan hyödyntää uudenlaisten arvoketjujen rakentamiseksi. Yhdessä vihreän vedyn kanssa hiilidioksidia voidaan hyödyntää esimerkiksi hiilineutraalien sähköpolttoaineiden, kemikaalien ja muovien raaka-aineena.
VTT:n erikoistutkija Jere Elfving työskentelee hiilidioksidin kaappaamisen parissa ja tuntee teknologian mahdollisuudet. Hänen mukaansa alalle on syntynyt viime vuosina monia startupeja, ja myös isommat yhtiöt ovat ryhtyneet sijoittamaan DAC:iin.
“Vielä kymmenen vuotta sitten DAC-teknologiaa pidettiin lähinnä kalliina ja teoreettisena hahmotelmana, mutta asetelma on muuttunut. Hiilidioksidin kaappaaminen ilmasta kiinnostaa yhä laajemmin, ja uusiutuvista polttoaineista tai kemikaaleista kiinnostuneet yritykset pohtivat, tarjoaisiko tämä teknologia heille tarvittavan hiilidioksidin lähteen”, Elfving sanoo.
“Toisaalta jotkin yritykset pohtivat, voisiko ilmasta tehtävä hiilidioksidin talteenotto ja pysyvä varastointi maan alle muodostua niille kilpailukykyiseksi vaihtoehdoksi, jos päästöoikeuksien hinnat jatkavat nousuaan.”
Ainutlaatuinen yhdistelmä kokeellista tutkimusta ja mallinnusta
Hiilidioksidin kaappaamista ja siihen kytkeytyviä teknologioita on tutkittu VTT:llä pitkään. Nyt tutkimuskeskus auttaa yrityksiä mallintamaan uusien ideoiden toimivuutta ja tuomaan kokeelliset ideat teknisesti uskottaviksi ja skaalautuviksi ratkaisuiksi ennen pilotointia ja kaupallista kehitystä.
VTT:n DAC-tutkimus keskittyy kiinteisiin materiaaleihin, joiden avulla hiilidioksidin kaappaaminen ilmasta on mahdollista. Tutkimuksissa*) on tarkasteltu materiaalien ominaisuuksia ja niiden käyttöä DAC-prosessissa. Pelkkä hyvä kaappauskyky ei riitä, vaan olennaista on lisäksi materiaalin kestävyys, uudelleenkäytettävyys ja skaalattavuus.
VTT kehittää myös uusia materiaaleja, joilla hiilidioksidia on mahdollista kaapata yhä tehokkaammin ja kestävämmin. Materiaalikehitykseen kuuluu olennaisesti materiaalien testaaminen kokeellisesti. VTT hyödyntää kokeellisen tutkimuksen rinnalla mallinnustyökaluja, joiden avulla voidaan arvioida, miten lupaava kokeellinen idea toimii eri mittakaavoissa.
“VTT:n vahvuus on yhdistää laboratoriossa tapahtuvaa materiaalikehitystä käytännön ratkaisujen, kuten prosessin eri osien ja vaiheiden toimivuuden tutkimukseen”, Elfving sanoo.
Mallinnus auttaa yrityksiä tunnistamaan pullonkauloja varhaisessa vaiheessa ja ohjaa kokeellista työtä oikeaan suuntaan. Se auttaa löytämään ratkaisut, joilla on todellista potentiaalia edetä kohti sovelluksia. Tämän lisäksi sitä voidaan käyttää prosessin optimointiin**), jotta tiedetään, miten hiilidioksidia voidaan kaapata kustannustehokkaimmin.
Jatkossa VTT aikoo tarjota yrityksille mahdollisuutta myös molekyylimallinnukseen.
“Vastikään käynnistyneessä akatemiahankkeessa käytämme molekyylimallinnusta materiaalien suunnittelun apuna, mikä vähentää yritykseen ja erehdykseen kuluvaa aikaa. Molekyylimallinnuksen yhdistäminen muihin mallinnustapoihin ja kokeelliseen tutkimukseen edustaa alan aallonharjaa”, Elfving sanoo.
Edistysaskelia synteettisistä polttoaineista syötävään proteiiniin
VTT on itse näyttänyt mallia siitä, mihin kaikkeen ilmasta kaapattu hiilidioksidi voisi jatkokäytössä taipua: Soletair-hankkeessa ilmasta kaapatusta hiilidioksidista valmistettiin synteettisiä polttoaineita, ja NeoCarbonFood-projektissa tavoitteena oli kasvattaa siitä syötävää proteiinia. Vain mielikuvitus on sovelluskohteiden rajana.
"Voimme tukea yrityksiä, jotka haluavat testata materiaalien toimivuutta tai tarvitsevat laskentaa tai mallinnusta liittyen hiilidioksidin kaappaamiseen. Myös hiilidioksidin jatkokäytöstä kiinnostuneet yritykset saavat meiltä tukea”, Elfving sanoo.
*) https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720324657
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009250921004504
https://lutpub.lut.fi/handle/10024/163524
**)https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723032564
https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=5014185
Tutustu asiantuntijaamme
Jere Elfving on kemiantekniikan tohtori ja VTT:n erikoistutkija. Hän on erikoistunut hiilidioksidin kaappaamiseen, erityisesti adsorptioteknologioihin, joilla hiilidioksidi sidotaan kiinteään materiaaliin. Elfving näkee hiilidioksidin kaappaamisen suoraan ilmasta eli DAC-teknologian keskeisenä osana tulevaisuuden päästöjen hallintaa. Suuressa mittakaavassa hiilidioksidin kaappaaminen voisi auttaa merkittävästi ilmastonmuutoksen haasteisiin. Tätä tavoitetta Elfving pyrkii edistämään omassa tutkimustyössään.
