Energiamurros, kriittiset materiaalit ja geopolitiikka kytkeytyvät yhä tiukemmin yhteen, ja raaka-aineiden saatavuus rajoittaa vihreää sähköistymistä. Ratkaisuja on haettava muun muassa eurooppalaisesta raaka-ainetuotannosta, vaihtoehtoisista teknologioista ja kiertotaloudesta.
Siirtymä kestävään energiajärjestelmään vaatii valtavasti litiumia, kobolttia, alumiinia ja noin 30 muuta kriittistä raaka-ainetta. Monia niistä tarvitaan vuonna 2050 moninkertaisesti nykyiseen verrattuna, ja samalla monta kertaa enemmän kuin nykykapasiteetilla voidaan tuottaa – joitakin raaka-aineita tarvitaan jopa merkittävästi tunnettuja luonnonvaroja enemmän. Lisäksi kaivostoiminta ja jalostus keskittyvät maihin, joiden ympäristönsuojelussa ja ihmisoikeuksissa on suuria puutteita.
Kamppailu raaka-aineista kiihtyy – alkuperävaatimukset asettavat lisähaasteita
Euroopan vihreä sähköistyminen – fossiilisten energianlähteiden korvaaminen uusiutuvalla sähköllä liikkumisen, lämmityksen ja teollisuuden käyttövoimana – pienentää merkittävästi energiasektorin raaka-ainetarvetta etenkin kivihiilen, öljyn ja maakaasun tuotannon supistuessa. Se vaatii kuitenkin suuret teknologiainvestoinnit ja valtavasti fossiiliseen maailmaan verrattuna erilaisia raaka-aineita näille teknologioille. Vihreää siirtymää kutsutaankin siirtymäksi fossiilisista polttoaineista metalleihin. Raaka-aineista käydään maailmassa yhä tiukempaa kamppailua, ja niin EU-lainsäädännössä kuin tutkimuksessa ollaan heräämässä ongelman monimutkaisiin kytkentöihin.
EU:n kriittisiä raaka-aineita koskeva säädös luettelee 34 ainetta, joiden riittävyys on haaste vihreän sähköistymisen kannalta. Lisäksi alkuperävaatimukset tiukentuvat: säädöksen (03/2023) mukaan EU:n kuluttamista raaka-aineista 10 % pitää tulla EU-alueen kaivoksista ja 20 % kierrätyksen kautta vuoteen 2030 mennessä. Tavoitetta ei ole aivan helppo täyttää, sillä vanhat kaivokset ehtyvät, uusien perustaminen vie keskimäärin 16 vuotta, ja kaivoksia on Euroopassa perustettu vain muutamia koko 2000-luvulla. Pullonkaulaksi voi muodostua myös raaka-aineiden prosessointilaitosten ja -osaamisen puute.
Esimerkki: Sähköverkon kupari ja alumiini
Sähköverkkoa on vahvistettava, kun hajautettu tuotanto lisääntyy, sähkön osuus energian loppukäytöstä kasvaa ja uusiutuvan tuotannon vaihtelua halutaan tasapainottaa entistä vahvemmalla ja laajemmalla verkolla.
– Sähköverkkoinfrastruktuuri on hyvä esimerkki siinäkin mielessä, että se on välillinen investointitarve: emme välttämättä halua lisää verkkoinfraa, mutta tarvitsemme sitä, jos haluamme edistää vihreää sähköistymistä. Lisäksi esimerkki tuo esiin, että kriittiset materiaalit eivät tarkoita ainoastaan eniten pinnalla olevia raaka-aineita, kuten akkuteollisuuden litiumia, vaan myös perusmetallien saatavuus on otettava huomioon, sanoo VTT:n tutkija Nelli Putkonen.
Esimerkiksi IEA-raportin arvion mukaan siirto- ja jakeluyhteyksien tarve tuplaantuu nykyisestä vuoteen 2040 mennessä, jos kestävyystavoitteisiin pyritään vastaamaan. Nämä yhteydet rakennetaan tyypillisesti kuparista tai alumiinista. Yhteyksien tuplaantuminen merkitsisi arvion mukaan sähköverkkorakentamisen vuotuisen kuparintarpeen nousua viidestä kymmeneen miljoonaan tonniin, ja alumiinintarpeen yhdeksästä 16 miljoonaan tonniin. Vain sähköverkkojen päivitystarpeesta johtuen kokonaiskysyntä nousisi vuotuisesti siis 25:stä 30 miljoonaan kuparitonniin ja 64:stä 71 miljoonaan alumiinitonniin1. Kuparin ja alumiinin kysyntä nousee merkittävästi myös muissa sovelluksissa kuten sähköistyvässä liikenteessä, mikä asettaa lisähaasteita raaka-aineiden riittävyydelle ja voi nostaa niiden hintaa selvästi. Nykyään kuparista noin puolet tuotetaan EU:n alueella, mutta alumiinista vain noin 10% 4. Alumiinin raaka-aine tulee pääosin Guineasta, Brasiliasta ja Sierra Leonesta2. Itseasiassa pelkästään alumiinin valmistus tuottaa jopa 2 % maailman hiilidioksidipäästöistä.
Korvaavia teknologioita ja kiertotalouden keinoja kaivostoiminnan rinnalle
Kaivostoiminnan – erityisesti eurooppalaisen – lisäämisen ohella tarvitaan vaihtoehtoisia teknologioita ja ratkaisuja. Korvaaviin teknologioihin liittyy aina uusia haittoja, kuten suurempi hinta, lisääntyvät ympäristövaikutukset, huonompi hyötysuhde tai muiden kriittisten materiaalien käyttö.
– Jos korvaavaa teknologiaa ei ole helposti saatavilla, voidaan koko ratkaisu korvata toisella: sähköverkkoesimerkissä vaikkapa suosimalla keskitettyä tuotantoa tai siirtämällä tuotantoa lähemmäs kulutusta. Keinosta riippumatta tämä hidastaa vihreää siirtymää ja nostaa sen hintaa. Jos teknologioiden keskinäinen kannattavuus muuttuu, järjestelmän ennakointi vaikeutuu ja epävarmuudet kasvavat, sanoo Putkonen.
Parempaan materiaalivirtojen hallintaan tarvitaan myös kiertotalouden ratkaisuja.
– Keskeisimpiä ovat kierrätettävyyden huomiointi suunnitteluvaiheessa kierrätetyn materiaalien saatavuuden turvaamiseksi ja teknologioiden eliniän pidentäminen materiaalien pitämiseksi pitkään samassa käytössä. Kunnossapitoon, korjaukseen, sekä uudelleenkäyttö- ja -valmistusmahdollisuuksiin on siis kiinnitettävä huomioita, toteaa VTT:n erikoistutkija Jyri Hanski.
Käytöstä poistettujen laitteiden käsittelyyn ei monien teknologioiden kohdalla ole vielä kaupallisia prosesseja, koska laitteita ei ole riittävästi. Panostaminen suunniteltavan teknologian uudelleen käyttöön kierrätysmarkkinoiden puuttuessa vaatii joko jämäkkää sääntelyä tai teknologiavalmistajien uskoa sameaan kristallipalloon.
– Kauhukuvana 30 vuoden päästä kirotaan, miten tehtiinkin näin typeriä tuulivoimaloita, aurinkokennoja ja akkuja, joista ei saa eroteltua materiaaleja, vaikka nyt kysyntää olisi, Hanski lisää.
Esimerkki: Rakennusten energiankäytön tehostaminen
Rakennettu ympäristö on suuri energiankäyttäjä ja päästölähde: Suomessa ja Euroopassa rakennukset kuluttavat noin 40 % kokonaisenergiasta ja tuottavat noin kolmanneksen energian käyttöön liittyvistä kasvihuonepäästöistä. EU-tavoitteiden saavuttamiseksi rakennusten energiankulutusta ja päästöjä pitäisi vähentää roimasti – kulutusta 14 prosentilla ja päästöjä 60 prosentilla vuoden 2015 tasosta vuoteen 2030 mennessä.4Samalla globaalin rakennuskannan on ennustettu tuplaantuvan 40 vuodessa.5
Yksi keino päästövähennysten saavuttamiseksi on rakennusten siirtyminen uusiutuviin energialähteisiin energiankäytössään. RED II -direktiivin mukaisesti EU-valtioiden on edellytettävä tässä tiettyä vähimmäistasoa uusissa rakennuksissa sekä laajamittaisissa korjauksissa. Suomen tulevan maankäyttö- ja rakennuslain mukaan 38 % rakennusten ostosähköstä ja -lämmöstä on jatkossa oltava uusiutuvaa.6 EU-tason tavoite on 49 % koko rakennusten energiankäytöstä vuoteen 2030 mennessä.7
– Rakennusten osalta uusiutuva energia tarkoittaa paitsi lisää aurinko- ja tuulivoimaa, myös lämpöpumppujärjestelmiin siirtymistä, lisää lämmöntalteenottolaitteita sekä Pohjoismaissa uusiutuvaa kaukolämpöä. Monet uusiutuvan energian ratkaisut sisältävät kriittisiä ja strategisia raaka-aineita: esimerkiksi aurinkopaneeleissa käytetään mm. piitä, galliumia, germaniumia, kuparia ja nikkeliä. Tuulivoimalat puolestaan sisältävät booria, kobolttia, mangaania sekä harvinaisia maametalleja. EU:n ja kansallisiin vaatimuksiin tuskin voidaan vastata ilman aurinkoenergiaa tai tuulivoimaa, ja kriittisten materiaalien tulevaisuuden skenaariot on hyvä pitää mielessä uusiutuvan energian korkeita prosentteja tavoitellessa, sanoo VTT:n tutkija Paula Ala-Kotila.
3 + 3 suositusta kompleksisen kokonaisuuden hallintaan
Kriittisten raaka-aineiden rooli energiamurroksessa on monimutkainen kokonaisuus, joka muodostuu kymmenistä seurattavista materiaaleista, kymmenistä teknologioista, niiden mahdollisista vaihtoehdoista elinkaarineen ja epävarmasta toimintaympäristöstä. Kriittisten materiaalien virtojen malleja on vaikea yhdistää kattavasti energiamurroksen skenaarioihin. Mallien ja skenaarioiden yhdistäminen olisi kuitenkin tarpeen, koska nämä materiaalit rajoittavat aidosti energiamurrosta ja ohjaavat teknologiavalintoja.
Raaka-aineiden käyttöä ohjaavan politiikan näkökulmasta tiettyjä suosituksia on helppo antaa:
- tarvitaan riittävää rahoitusta ja tukea vaihtoehtoisten teknologioiden kehittämiseen;
- tarvitaan kannustimia ja sääntelyä Euroopan omaan kestävään ja vastuulliseen raaka-ainetuotantoon ja valmistavaan teollisuuteen; sekä
- tarvitaan lisää pitkän tähtäimen kiertotalousratkaisuja ja yhä parempaa tulevaisuuden mallinnusta.
Ristiriidat on kuitenkin tunnustettava: tiukempi suhtautuminen kriittisten raaka-aineiden eurooppalaisuuteen vie meitä tielle, jossa uusiutuvan kapasiteetin lisäys on kalliimpaa ja hitaampaa. Lisäsääntely myös rasittaa markkinataloutta ja hankaloittaa ennakointia. Lisäksi vaikka globaalisti on tärkeää perustaa kaivokset sinne missä tämä kyetään tekemään ympäristöä ja ihmisoikeuksia kunnioittaen, Euroopassa se tarkoittaa väistämättä lisää paikallisia ympäristöhaittoja.
Kompleksisuus, ristiriidat ja epävarma toimintaympäristö mielessä lisätään siis vielä toimintasuosituksiin:
- viisas tasapainottelu edellä mainittujen ristiriitojen ääripäiden välillä perustuen monipuoliseen kestävyysvaikutusten arviointiin;
- tuen suuntaaminen erityisesti robusteille ratkaisuille eli menetelmille ja teknologioille, jotka voivat toimia monenlaisissa toimintaympäristöissä; sekä
- riittävästi resursseja tutkimukseen, jotta työkalupakkiin saadaan mahdollisimman monta työkalua väistämättä esiin tulevien haasteiden ratkaisemiseksi.
Tilastolähteet
KU Leuven (2022) Metals for Clean Energy. (https://eurometaux.eu/media/jmxf2qm0/metals-for-clean-energy.pdf)
Michaux, S. (2021) Assessment of the Extra Capacity Required of Alternative Energy Electrical Power Systems to Completely Replace Fossil Fuels. (https://tupa.gtk.fi/raportti/arkisto/42_2021.pdf)
Tietolaatikot
1 IEA (2022) The role of critical mineral in clean energy transitions.https://iea.blob.core.windows.net/assets/ffd2a83b-8c30-4e9d-980a-52b6d9a86fdc/TheRoleofCriticalMineralsinCleanEnergyTransitions.pdf
2 SCRREEN (2023) Factsheets - CRMS 2023. https://scrreen.eu/crms-2023/
4 Euroopan Komissio. COM (2020) 662 final. Euroopan rakennusten perusparannusaalto. ks. SWD(2020) 550 final. EUR-Lex - 52020DC0662 - EN - EUR-Lex (europa.eu)
5 Why The Building Sector? – Architecture 2030 https://architecture2030.org/why-the-building-sector/
6 Ympäristöministeriö (2021) https://ym.fi/-/rakennusten-kayttamasta-energiasta-38-prosenttia-oltava-jatkossa-uusiutuvaa
7 Euroopan neuvosto. Infografiikka – 55 valmiuspaketti: miten EU aikoo edistää uusiutuvaa energiaa (päivitetty 2023) https://www.consilium.europa.eu/fi/infographics/fit-for-55-how-the-eu-plans-to-boost-renewable-energy/
