FORBIO: Kiertotalous vähentää metsäteollisuuden tuotteiden ilmastovaikutuksia
Kiertotaloudessa metsäteollisuuden tuotteet säilyvät käytössä mahdollisimman pitkään. Metsien hakkuut suunnitellaan huomioiden ilmastovaikutukset. Metsäteollisuuden sivu- ja jätevirtojen hyötykäyttöä tarvitaan lisää.
Suomen ja Euroopan pyrkiessä hiilineutraaliksi vuosiin 2035 ja 2050 mennessä jokaisen sektorin on etsittävä keinoja vähentää kasvihuonekaasupäästöjään. Myös puun hyödyntämisen ilmastovaikutusten lähtökohtana tulisi olla jatkuvan parantamisen vaatimus, jolloin lähtötilanteeseen nähden puun käytön kokonaisilmastovaikutus paranee ajan myötä. Tähän prosessiin kiertotalouden perusperiaatteilla on annettavaa hakkuista puutuotteiden hylkäykseen.
Kiertotalouden lähtökohtana on, että jätteet ja saasteet suunnitellaan pois, tuotteet ja materiaalit säilytetään käytössä sekä uudistetaan luonnon ekosysteemejä. Ensimmäinen periaate on jo hyvin tiedostettu metsäteollisuudessa. Jätevesien ja ilmansaasteiden vähentämistä ovat jouduttaneet pidemmän aikaa ympäristöluvat, mutta kiertotalous viitoittaa tehtaat kohti suljettuja kiertoja. Toiminnan tulee perustua myös päästöttömän energian käyttöön.
Kiertotaloudessa puutuotteiden tulee syrjäyttää samaan käyttötarkoitukseen soveltuvia suuripäästöisiä tuotteita. Ensimmäinen kiertotalouden perusperiaate pitää myös sisällä ajatuksen, ettei arvokasta raaka-ainetta hukata polttamalla. Puutuotteiden korvausvaikutukset paranevat, kun metsästä hakatusta puusta valmistetaan pitkäikäisiä tuotteita, ja puutuotteiden prosessointiin tarvittava energia tuotetaan muulla vähäpäästöisellä energialla kuten tuulivoimalla. Esimerkiksi ligniinin, jota havupuun massasta on noin 30 %, käyttö puutuotteisiin parantaa puun hyödyntämisen korvausvaikutuksia merkittävästi, koska samasta hakatusta puumäärästä voidaan valmistaa enemmän puutuotteita.
Toinen kiertotalouden perusperiaate, jonka mukaan kerran otettu puuraaka-aine säilyy käytössä, on tärkeä puutuotteiden hiilinielun kannalta. Puutuotteiden hiilinielu syntyy, kun aikaisemmin valmistetuista puutuotteista vapautuu ilmakehään vähemmän hiiltä kuin uusissa tuotteissa on sitoutuneena hiiltä. Mitä suurempi osuus valmistetuista puutuotteista on pitkäikäisiä, niin sitä suurempi puutuotteiden hiilinielu. Pitemmän päälle puutuotteiden hiilinielujen vahvistamiselle on myös tärkeää, että vanhojen tuotteiden elinikää pidennetään ns. kaskadikäytön (raaka-aineet hyödynnetään mahdollisimman monta kertaa) seurauksena. Tällä tavalla metsien hakkuut voidaan asettaa tasolle, jolla saavutetaan myös monimuotoisuushyötyjä ja suurempia metsien hiilinieluja.
Metsien hiilinielujen ylläpito ja vahvistaminen on asia, joka liittyy kiertotalouden kolmanteen periaatteeseen. Asia on huonosti tiedostettu kiertotalousalueena. Kun metsästä otetaan puuraaka-ainetta, niin hiilivaraston palautumisen nopeus lähtötilanteeseen nähden ja edelleen sen vahvistaminen, ovat avainkysymyksiä nykyisessä ilmastonmuutoksen hillintätilanteessa. Kyse on metsänhoidollisten toimenpiteiden ja hakkuuintensiteetin välisistä valinnoista, kun lähtökohtana on tietyt kasvuolosuhteet, puulajit ja ikäjakaumat. Oikealla hakkuuintensiteetillä ylläpidetään tulevien sukupolvien puuston hyödyntämismahdollisuudet samalla kun pyritään tiettyyn metsien hiilinielutasoon.
Metsäteollisuuden sivu- ja jätevirrat tulevaisuuden biojalostuksen aarreaitta?
Metsäteollisuuden sivuvirrat pitäisi saada nopeammin hyötykäyttöön tavoiteltaessa riippumattomuutta fossiilisista raaka-aineista ja haettaessa ilmasto- sekä taloushyötyjä. Metsäteollisuuden sivu- ja jätevirtojen hyötykäyttö erityisesti energian tuotannossa on kasvanut merkittävästi viimeisten vuosikymmenten aikana. Vuonna 2018 puupolttoaineiden osuus kaikesta uusiutuvasta energiasta oli 74 % ja vajaa kolmannes energian kokonaiskulutuksesta (lähde: LUKE, stat.luke.fi). Valtaosa kemian teollisuuden tuotteista perustuu kuitenkin edelleen fossiilisten raaka-aineiden käyttöön. Tavoiteltaessa sekä talous- että ilmastohyötyjä, metsäteollisuuden sivuvirtojen hyötykäyttöä tulisi pikaisesti lisätä, erityisesti siirtymällä energiakäytöstä yhä enemmän niiden materiaali- ja raaka-ainekäyttöön.
Suomen metsäteollisuus tuotti vuonna 2016 noin 28 miljoonaa tonnia erilaisia sivuvirtoja. Tästä noin puolet oli mustalipeää, reilu kolmannes kiinteitä tuotteita (mm. kuori, sahanpuru ja muu jätepuu) ja loput erilaisia nestemäisiä tuotteita. Uusiutuvan dieselin raaka-aineena käytetyn mäntyöljyn osuus oli kokonaistuotannosta vain noin prosentti eli vajaat 290 tonnia. Iso osuus muista nestemäisistä sivutuotteista on erilaisia jäteliemiä ja lietteitä, joiden hyödyntäminen on haastavaa johtuen niiden alhaisesta kuiva-ainepitoisuudesta sekä mutkikkaasta kemiallisesta koostumuksesta.
Lähitulevaisuuden kannalta mielenkiintoisimmat sivutuotteet ovat mustalipeä ja kuorijäte, joiden hyödyntäminen rajoittuu tällä hetkellä niiden suoraan energiakäyttöön. Mustalipeä on määrällisesti tärkein biopolttoaine uusiutuvan energian tuotannossa, mutta sen polttoaineominaisuudet ovat heikot johtuen sen korkeasta tuhka- ja vesipitoisuudesta sekä alhaisesta lämpöarvosta. Viime vuosina erilaisia kaasutustekniikoita on menestyksellisesti testattu mustalipeän muuttamiseksi korkealaatuiseksi synteesikaasuksi, joka voidaan edelleen jatkojalostaa metanoliksi sekä muiksi nestemäisiksi polttoaineiksi. Menetelmän integrointi olemassa oleviin sellutehtaisiin tuottaa sekä suoria taloudellisia että ilmastohyötyjä.
Mustalipeä sisältää myös arvokkaita yhdisteitä, kuten ligniiniä ja orgaanisia happoja, joiden talteenotto kemian teollisuuden raaka-aineiksi olisi kannattavaa. Ligniini on lupaava raaka-aine muun muassa biopohjaisten liimojen ja hartsien, pinnoitteiden, biomuovien ja jopa hiilikuidun valmistuksessa. Ligniinin hyödyntäminen on kuitenkin toistaiseksi ollut vähäistä talteenottomenetelmien kehityksestä huolimatta.
Kuorijäte muodostaa määrällisesti toiseksi suurimman osuuden metsäteollisuuden sivutuotepaletista. Valtaosa kuorista käytetään suoraan polttoaineena, kattaen noin kolmanneksen kiinteiden puupolttoaineiden kokonaisosuudesta. Kuorten muu hyötykäyttö on ollut vielä vähäistä, johtuen soveltuvien menetelmien teknologisen valmiuden tasosta. Sekä havu- että lehtipuiden kuoret sisältävät kuitenkin merkittäviä määriä erilaisia kemikaaleja, joita voitaisiin raaka-aineina niin lääke-, kosmetiikka- kuin elintarviketeollisuudessakin. Havupuista saatavia tanniineja voidaan käyttää esimerkiksi puunsuoja-aineina tai biopohjaisten liimojen raaka-aineena. Tanniineja voidaan ottaa talteen kuorimateriaalista esimerkiksi paineistetulla kuumavesiuutolla, jonka jälkeen käsitelty kuorijäte voidaan hyödyntää edelleen tai polttaa energiaksi. Lehtipuiden kuoret omaavat vieläkin laajemman kirjon hyödynnettäviä yhdisteitä. Esimerkiksi koivun kuorista uuttamalla helposti eristettävä betuliini sekä sen johdannaiset ovat osoittautuneet lupaaviksi erilaisten kasvainten sekä HIV-infektioiden hoidoissa. Koivun kuoren suberiini taas on lupaava raaka-aine sekä biopolymeerien että pinnoitteiden valmistuksessa.
Kiertotalouden keskeinen perusperiaate on, että raaka-aineet hyödynnetään mahdollisimman tehokkaasti ja monta kertaa ennen niiden loppukäyttöä esimerkiksi polttamalla. Tätä niin sanottua puun kaskadikäyttöä tulisi edistää sekä lainsäädännöllisin keinoin että alan tutkimusrahoitusta vahvistamalla. Metsäteollisuuden sivuvirrat tulisi saada nykyistä merkittävästi laajempaan hyötykäyttöön siirryttäessä fossiilisista raaka-aineista kohti kestäviä, biopohjaisia raaka-aineita.
Kirjoittajat:
Jyri Seppälä, FORBIO-hankkeen tutkimusryhmäjohtaja, professori, Suomen ympäristökeskus
Janne Jänis, FORBIO-hankkeen tutkimusryhmäjohtaja, professori, Itä-Suomen yliopisto
Forbio-hankeen asiaa käsitteleviä julkaisuja:
Heinonen, T., Pukkala, T., Mehtätalo, L., Asikainen, A., Kangas, J., Peltola, H., 2017. Scenario analyses for the effects of harvesting intensity on development of forest resources, timber supply, carbon balance and biodiversity of Finnish forestry. For. Policy Econ. 80, 80–98.
Hurmekoski, E., Myllyviita, T., Seppälä, J., Heinonen, T., Kilpeläinen, A., Pukkala, T., Mattila, T., Hetemäki, L., Asikainen, A., Peltola, H., 2020. Impact of structural changes in wood-using industries on net carbon emissions in Finland. J. Ind. Ecol.
Seppälä, J., Heinonen, T., Pukkala, T., Kilpeläinen, A., Mattila, T., Myllyviita, T., Asikainen, A., Peltola, H., 2019. Effect of increased wood harvesting and utilization on required greenhouse gas displacement factors of wood-based products and fuels. J. Environ. Manage. 247, 580–587.
Hassan, K.H., Villa A., Kuittinen, S., Jänis J., Pappinen, A., An Assessment of Side-Stream Generation from Finnish Forest Industry, Journal of Material Cycles and Waste Management 21: 265–280 (2019). https://doi.org/10.1007/s10163-018-0787-5.
Hurmekoski, E., Jonsson, R., Korhonen, J., Jänis, J., Mäkinen, M., Leskinen, P., Hetemäki, L., Diversification of the forest industries: role of new wood-based products, Canadian Journal of Forest Research 48: 1–16 (2018). https://doi.org/10.1139/cjfr-2018-0116
Kestävä, ilmastoneutraali ja resurssitehokas metsäbiotalous (FORBIO) -hanke pyrkii tuottamaan tarvittavaa osaamista ja ratkaisumalleja, joiden avulla voidaan turvata kestävän, ilmastoneutraalin ja resurssitehokkaan metsäbiotalouden edellytykset ja sopeutua muuttuvaan toimintaympäristöön, johon vaikuttaa sekä ilmastonmuutos että metsäbiotalouden ja yhteiskunnan muuttuvat tarpeet eri aikajänteillä ja alueilla.
