Purppuraomenapuut ja pihlajat notkuvat syksyn sadosta biohiilipuistossa Jätkäsaaren kaupunginosassa Helsingissä.
Biohiiltä maaperäänsä saaneet puut näyttävät rehevämmiltä ja pihlajanmarjasato runsaammalta kuin tavanomaisessa mullassa kasvavissa verrokkipuissa muutaman metrin päässä Hyväntoivonpuiston tutkimusalueella.
Mikä oikein saa puut kukoistamaan?
– Kasvit saavat paremmin ravinteita biohiilen ansiosta. Usein myös maaperän pieneliöt, bakteerit ja sienet tykkäävät siitä, sanoo Helsingin yliopiston AgriChar-ryhmän johtaja ja kasvinviljelytieteen yliopistonlehtori Priit Tammeorg.
Nyt asiaa tutkitaan tarkemmin helsinkiläisessä puistossa.
Hiilidioksidi maahan vuosisadoiksi
Biohiilen käytöllä maaperässä tavoitellaan kasvien hyvinvoinnin sijaan kuitenkin ensisijaisesti hiilensidontaa.
– Saamme siitä pysyvän hiilivaraston. Se sama hiilidioksidi, mikä on sitoutunut kasviin, on biohiilessä pysyvässä muodossa, sanoo VTT:n tutkija Esko Salo.
Biohiilen lisääminen esimerkiksi puistossa puiden kasvualustaan voi toimia ilmastonmuutoksen torjunnassa kahdella tavalla. Ensinnäkin biohiili itsessään sitoo hiiltä maahan. Samalla se usein parantaa kasvuolosuhteita ja voi siten tukea kasvien kasvua ja yhteyttämistä. Se taas lisää kasvien kykyä poistaa päästöjä ilmakehästä eli toimia hiilinieluna.
– Se on yksi tehokkaimmista keinoista miten voidaan kestävästi sitoa hiiltä ilmakehästä maaperään vuosisatoja tai jopa tuhansia, Tammeorg sanoo.
Helsingin päästöistä 2–3 prosenttia pois biohiilen avulla
Helsinki aikoo olla hiilineutraali vuoteen 2030 mennessä. Koko Suomessa tavoite on vuodessa 2035.
Ihan kaikkia päästöjä kaupungeista ei saada kuitenkaan poistettua. Siksi tällaiset hiilensidonnan alueet voivat olla avuksi. Ne tuottavat niin sanottuja negatiivisia päästöjä eli poistavat hiilidioksidia ilmakehästä.
Biohiileen hiilidioksidi saadaan sidottua pysyvään muotoon ja kaivettua maaperään kasvien kasvualustaksi vuosisatojen ajaksi.
Biohiilen elinkaaren tutkimukset viittaavat lähes poikkeuksetta siihen, että biohiilen sisältämä hiili säilyy maassa ihmistoiminnan ja ilmastonmuutoksen mittakaavassa riittävän pitkään, jotta sitä voidaan käyttää hiilen poistamiseen ilmakehästä.
Helsinki voisi vähentää päästöjään 2–3 prosenttia, jos se käyttäisi tavanomaisen mullan sijaan biohiiltä kaikissa niissä puistoissa, joihin se vuosittain käyttää multaa, sanoo Carbon Lane -hiilipuistohankkeen vastuullinen johtaja, Aalto-yliopiston professori Mikko Jalas.
– Tässä on yksi tapa, miten sitä voitaisiin tehdä: lisätä puiden istutuksen yhteydessä biohiiltä maahan, Tammeorg sanoo.
Tukholmassa asukkaat voivat tehdä omista jätteistään biohiiltä
Jätkäsaaren biohiilipuistoon on istutettu noin 80 puuta. Niiden juurilla maaperässä oleva biohiilen muodostama hiilivarasto vastaa noin kahden puisen omakotitalon puumateriaaleihin sitoutunutta hiiltä.
Hiilipuisto on jatkoa Carbon Lane-hankkeelle. Yhteistyössä on mukana Aalto-yliopiston, Helsingin yliopiston, Hämeen ammattikorkeakoulun ja Helsingin kaupungin tutkijoita.
Biohiilipuistojen suunnittelua varten on laadittu ohjeistus kaupungeille. Tavoitteena on koealueita, joissa tieteellisen kokeilun vaikutus, tiedon levittäminen sekä tieteellisen tutkimuksen periaatteiden huomioiminen on mahdollisimman tehokasta.
Ensimmäisellä sellaisella koealueella seurataan nyt biohiilikasvualustojen toimivuutta.
Tutkimus on ainutlaatuinen: kaupungin virkamiehet, tutkijat ja Suomen lähes kaikki keskeiset kasvualustojen toimittajat ovat mukana. Puistossa on käytetty yhteensä yhdeksää eri suomalaisvalmistajan kasvualustaa, joista seitsemään on lisätty biohiiltä.
Tieteellisen tutkimuksen lisäksi kokeillaan eri biohiiliseosten käyttöä viherrakentamisessa.
Tukholma on kokeillut biohiiltä jo vuosia kaupunkipuiden istutuksissa. Kaupungin viheraluesuunnittelijat havaitsivat, että biohiiliseoksiin istutetut puut kasvavat nopeasti ja vaikuttavat voivan paremmin kuin monet aiemmin perinteisemmin menetelmin istutetut ja hoidetut puut.
Tukholmassa on myös pyrolyysilaitos, joka valmistaa biohiiltä kaupunkilaisten puutarhajätteestä. Asukkaat voivat noutaa biohiiltä oman puutarhansa maanparannusaineeksi. Laitos tuottaa myös energiaa asuintalojen lämmitykseen.
Jopa myyttinen Eldorado liitetään biohiileen
Biohiilitutkimus on aktivoitunut viimeisen 10 vuoden aikana muun ilmastokeskustelun vanavedessä.
YK:n alainen hallitustenvälinen ilmastopaneeli IPCC nosti viime vuonna raportissaan biohiilen mahdollisuudet esille ensimmäistä kertaa. Myös Suomen hallitusohjelmassa halutaan, että biohiilen mahdollisuuksia tutkitaan.
Kiinnostus biohiileen maanparannusaineena juontaa paljolti juurensa Etelä-Amerikan sademetsien lähtökohtaisesti köyhään maaperään. Kerrotaan, että Amazonin alueen sademetsässä eräät alkuperäiskansat paransivat viljelymaataan hiillytetyillä jätteillä jo noin 2500 vuotta sitten. Näistä ympäristöään huomattavasti viljavammista, tummista maa-alueista, käytetään nimitystä terra preta, intiaanien musta maa.
– Miten muuten köyhä ja hapan Amazonaksen maaperä voisi muuttua niin viljavaksi, Tammeorg kysyy.
Joissain yhteyksissä on jopa epäilyjä siitä, olisiko myyttisen Eldoradon kulta ollutkin mustaa kultaa eli viljavaa maata, eikä kultaa. Eldorado on tarujen mukaan Etelä-Amerikan pohjoisosassa sijaitseva kultainen kaupunki.
Biohiiliteollisuuden ja -tutkimuksen keskeinen visio on, että biohiilen avulla voidaan nopeasti tuottaa viljelyominaisuuksiltaan terra pretaa vastaava tuote ja samalla sitoa hiilidioksidia ilmakehästä.
– Biohiili on merkittävä yksittäinen toimi, jolla ilmastonmuutokseen pystytään vaikuttamaan, Salo sanoo.
Salo on tutkinut Jyväskylän kauppakorkeakoulussa tekemässään väitöskirjassaan biohiilimarkkinaa. Hän toimii Suomen biohiiliyhdistyksen puheenjohtajana. Yhdistyksen toiminta on vuodenvaihteesta eteenpäin siirtymässä osaksi Bioenergia ry:tä.
Kuumuus tekee biomassasta hajoamattoman
Biohiili on eloperäisestä aineksesta pyrolyysillä eli kuivatislauksella valmistettua huokoista, hiilirikasta materiaalia. Se on maassa hyvin hitaasti hajoavaa. Siksi se säilyy satoja, jopa tuhansia vuosia.
Tampereella biohiililaitos Carbofex tekee biohiiltä pyrolyysillä. Puuhake syötetään 800-asteiseen uuniin. Siellä se hiiltyy hapettomassa tilassa seitsemässä minuutissa mineraalimuotoon.
Kun biomassasta, kuten puuhakkeesta tai kaupungien viherjätteestä tehdään biohiiltä, jäljelle jää hiilen muoto, joka on mikrobisen hajotuksen kestävä.
– Aromaattisten yhdisteiden eli kuusihiilisten renkaiden uudelleenoraganisoituminen takaa sen, että mikrobit eivät pysty tätä biomassaa nopeasti hajottamaan, toisin kuin jos biomassaa tai haketta lisättäisiin maahan sellaisenaan, Tammeorg sanoo.
Maapallon luontaisessa hiilikierrossa kasvit sitovat kasvihuonekaasu hiilidioksidia yhteyttäessään. Hiilidioksidia vapautuu jälleen ilmakehään, kun kuolleet kasvit ja muut eliöt maatuvat. Jos biomassaa ei päästetäkään maatumaan, vaan se jalostetaan biohiileksi, hiilidioksidia saadaan sidottua ja pidettyä pois ilmakehästä.
Tällä hetkellä hiilidioksidia on ilmakehässä liikaa, ja sitä päätyy sinne eri lähteistä jatkuvasti lisää.
Eikö biomassan kuumentaminen biohiileksi vie paljon energiaa?
Biohiilen tuotantoon, jakeluun ja käyttöön liittyvä energiatase eli tuotteen aikaansaamiseksi käytetyn energian määrä on asia, jota täytyy tutkia lisää, todetaan Helsingin kaupungin tilaamassa raportissa, jonka on tehnyt Sitowisen vanhempi asiantuntija Anu Riikonen.
Carbofex kertoo laitoksensa tuottavan kolme kertaa enemmän energiaa kuin se käyttää biohiilen valmistukseen.
Prosessi on eksoterminen eli aluksi se vaatii energiaa, mutta sen jälkeen, kun prosessi käynnistyy, se tuottaa itse energiaa. Carbofex myy ylijäämäenergian kaukolämmöksi kaupungille.
Suurempana kynnyskysymyksenä ilmastohyödyille on jo jonkin aikaa pidetty biohiilen tuottamiseen tarvittavan logistiikan ja biomassan hankinnan järjestämistä siten, että ilmastohyötyjä ei menetetä liikaa.
Biohiiltä tuotettaessa syntyy mustan hiilen hiukkasten lisäksi metaani- ja muita kaasumaisia päästöjä polttoprosessissa. Moderni tuotantolaitos, jossa pyrolyysikaasut voidaan kerätä talteen tai jälkipolttaa, tuottaa huomattavasti vähemmän ilmansaasteita.
Laajassa meta-analyysissa parhaat ilmastovaikutukset on havaittu silloin, kun biohiilen tuotantoon on yhdistetty prosessilämmön ja -kaasujen talteenotto, kuten Carbofexillä Tampereella.
Hakkuutähteet ja vaikeasti hyödynnettävät jätemateriaalit on yleensä todettu ilmastohyödyllisemmiksi raaka-aineiksi kuin sellaiset, joita voitaisiin käyttää energiantuotantoon tai kierrättää.
Tutkimuksissa biohiilellä on maaperään sekä hyviä että huonoja vaikutuksia
Hiiliviljelyä on nostettu Suomessa yhdeksi ratkaisuksi maatalouden päästöjen vähentämiseen. Siinä peltoon laitettavalla biohiilellä voisi olla oma osuutensa.
Peltoviljelyn kokoluokassa biohiili on tosin ainakin vielä turhan kallis käytettäväksi laajassa mittakaavassa.
Luonnonvarakeskuksen tutkimusten mukaan suomalainen kostea savimaa ei välttämättä ole edes otollisin paikka biohiilelle.
– Tässä katsotaan maantieteellistä ja alueellista vaikutusta. Tästä tutkimuksesta saadaan paljon hyvää tietoa, mikä on sitten erityisesti Helsingissä käyttökelpoista, Salo sanoo.
Maanparannusvaikutukset riippuvat voimakkaasti sekä biohiilen laadusta että käyttökohteesta, eivätkä ole aina olleet kovin vakuuttavia etenkään boreaalisella vyöhykkeellä, missä maaperä on muutenkin runsashumuksinen. Parhaat tulokset maataloudessa keskittyvät vahvasti trooppiselle ja subtrooppiselle vyöhykkeelle.
Biohiilen omat haitta-aineet, kuten kloridi ja PAHit tai raskasmetallit voivat olla haitallisia kasveille tai ympäristölle, mutta lisäksi se voi muuttaa maan pH:n muutoksen kautta haitta-aineiden liukoisuutta maaperässä.
Helsingin yliopiston tutkimuksissa Viikissä biohiiltä on seurattu 12 kasvukautta.
Jos maassa on jo valmiiksi korkea hiilipitoisuus, merkittävästi lisää satoa ei välttämättä tule, vaikka biohiili parantaakin kasvien veden ja ravinteiden saantia.
Biohiilellä on vaikutuksia maaperän eliöstöön, sekä sen määrään että lajivalikoimaan, mutta aihetta on tutkittu vasta varsin vähän ja lyhyen aikaa.
Viikissä tehtyjen tutkimusten päätulos on se, että havupuupohjainen biohiili on pohjoisissa oloissa turvallinen menetelmä hiilen sitomiseksi peltomaahan myös maaperäeliöiden kannalta.
Biohiilen vaikutusten maan eliöstöön uskotaan syntyvän sitä kautta, että se muuttaa maaperän ominaisuuksia, kuten vedenpidätyskykyä, lämpötilaa ja happamuutta, ja toimii mikrobien elinympäristönä.
Monissa tutkimuksissa maailmalla tietynlaisilla biohiilillä on ollut voimakkaita haittavaikutuksia esimerkiksi lieroihin. Meikäläisissä oloissa näyttää, että lierojen reaktiot biohiileen eivät ole kovin voimakkaita. Ne jopa syövät sitä.
Biohiilestä on moneksi
Biohiiltä on kokeiltu käyttää moneen muuhunkin.
Helsingin kaupungin tilaamassa raportissa todetaan, että maa-aineksen ja hulevesien puhdistus vaikuttavat lupaavammilta sovellusaloilta biohiilelle kuin maanparantaminen.
Kouvolalainen Carbons-yritys valmistaa biohiiltä pajusta ja kehittää ratkaisuja muun muassa hule- ja valumavesien käsittelyyn ja kasvillisuuden elvyttämiseen.
Metsäyhtiö Stora Ensolla on suunnitelmia valmistaa biohiiltä havusellumassan sivutuotteesta ligniinistä. Yhtiön mukaan sitä voitaisiin käyttää raaka-aineena esimerkiksi kuluttajaelektroniikan akuissa.
Helsingin Pasilaan on rakennettu biohiilipohjaista vedenpuhdistusta.
Start-up-yrittäjä Henrietta Kekäläisen Kaliforniassa toimiva kasvuyritys Carbo Culture valmistaa biohiiltä biojätteestä.
Biohiiliteknologian kehitys voisi olla Salon mukaan suomalaisyrityksille vielä suurempi mahdollisuus kuin biohiilen tuotanto.
Nykyinen lainsäädäntö ei selkeästi tunnista biohiiltä, eikä näin ollen aseta sen käytölle tai tuotannolle tavoitteita eikä niiden edistämiseksi keinoja.