Uusien muoviratkaisujen yhdistelmät voivat jarruttaa ilmastonmuutosta ja luoda hiilinielun

ValueBioMat-projektissa kehitetty hiilisiirto-malli tarkastelee hiilen kulkeutumista erilaisissa luonnon tai ihmisen luomissa järjestelmissä. Hiili voi sitoutua erilaisiin lokeroihin, eli kehiin: ilmakehä (engl. atmosphere), vesikierto (hydrosphere), maa (geosphere), ja uusiutuva eliöstö (biosphere). Näiden lisäksi ihmiskunta on rakentanut ”teknosfäärin” (technosphere), joka on läheistä sukua muille kehille: se sisältää kaikki ihmisen rakentamat tuotteet ja esineet, joita nykyaikainen elämä hyödyntää (Suh & Bardow, 2022). Tämänkin tekstin tuottaminen ja levittäminen vaatii hiiltä, on sitten sen kyse paperisesta tai digitaalisesta kopiosta.

Hiilisiirto-malli ohjaa muovituotteiden raaka-aineisiin liittyvän tarkastelun ilmastonmuutosta jarruttaviin ja kiihdyttäviin ratkaisuihin. Jarruttavat ratkaisut sitovat hiiltä ilmakehästä tuotteeseen ja lopuksi turvallisesti maaperään tai pitkäaikaisvarastoon: esimerkkinä biopohjaisista raaka-aineista valmistettu muovi, joka muutetaan elinkaarensa lopussa biohiileksi. Kiihdyttävät ratkaisut puolestaan ottavat hiiltä maaperästä ja vapauttavat sen ilmakehään: esimerkkinä fossiilisista raaka-aineista valmistettu muovi, joka hävitetään lopuksi polttamalla.

Samalla hiilisiirto-malli osoittaa, kuinka teknosfääri toimii tehokkaana hiilivarastona. Niin kauan kuin mitä tahansa tuotteita tai resursseja hyödynnetään, ne paitsi luovat arvoa käyttäjälleen, mutta samalla pitävät hiilen pois ilmakehästä. Kiertotalous ja sen erilaiset tavat – uusiokäyttö, kunnostus ja kierrätys – ovat kaikki erinomaisia keinoja pidentää tätä kiertoa, jolloin hiili pysyy entistä pidempään arvoa luovassa toiminnassa.

Malli myös auttaa ymmärtämään, miksi biopohjaiset raaka-aineet ovat tärkeässä roolissa ilmastonmuutoksen hillitsemisessä. Ne mahdollistavat teknosfäärin valjastamisen hiilinieluksi, kun tuotteita valmistetaan hyödyntämällä uusiutuvia raaka-aineita (biosphere), jotka kasvavat sitoen hiiltä ilmasta ja vedestä (atmosphere & hydrosphere). Koska muovit itsessään sitovat paljon hiiltä pitkiin hiiliketjuihin, muoviteollisuus on erityisen potentiaalinen hiilivarasto teknosfäärissä. Hiilisiirto-malli myös korostaa, että kaikista haitallisin vaihtoehto on valmistaa tuotteita ottamalla maaperään sitoutunutta hiiltä (geosphere) ja käytön jälkeen hävittää tuote polttamalla, jolloin hiili vapautuu ilmakehään (atmosphere). Tästä näkökulmasta kertakäyttöiset ja lyhytikäiset muovituotteet ovat erityisen suuri ongelma, sillä niiden polttaminen vapauttaa hiiltä ilmakehään.

Hyvällä suunnittelulla (engl. eco-design, sustainable design) on mahdollista kääntää jopa kokonaisen teollisuudenalan rooli ilmastonmuutoksen vastaisessa taistelussa. Käytännössä tämä tarkoittaisi sitä, että esimerkiksi muoviteollisuutta voitaisiin ajatella päästölähteen sijaan hiilinieluna (de Oliveira et al., 2021; Stegmann et al., 2022; Suh & Bardow, 2022). Näin kunnianhimoiselle tavoitteelle on muutama reunaehto:

• Fossiilisia raaka-aineita tulee korvata biopohjaisilla, kun se on mahdollista, huomioiden bioraaka-aineen tuottamiseen vaadittavat resurssit. Tällöin muovituotteisiin käytettävä hiili on peräisin ilmakehästä, jonka kasvit ovat sitoneet itseensä yhteyttämällä.

• Koska tuotteiden valmistus vaatii työtä ja resursseja, pelkkä raaka-ainelähteen vaihto ei riitä. Siksi muovituotteiden elinkaarta tulee pidentää kiertotalouden periaatteiden mukaisesti aina kun se on kokonaisuutena arvioituna mielekästä. Tuotteiden valmistuksessa tulee suosia uusiutuvaa energiaa (Stegmann et al., 2022; Zheng & Suh, 2019).

• Elinkaaren lopussa tuotteista ilmakehään vapautuva hiili (CO2) tulee minimoida. Potentiaalisia keinoja tähän ovat uudelleenhiilletys eri muodoissaan, kuten biohiilen (Al-Rumaihi et al., 2022; Schmidt et al., 2019) tai biokoksin (Devasahayam et al., 2018) valmistus, sekä erilaiset polttolaitosten kaasujen talteenottojärjestelmät.

Lähteet:

Al-Rumaihi, A., Shahbaz, M., Mckay, G., Mackey, H., & Al-Ansari, T. (2022). A review of pyrolysis technologies and feedstock: A blending approach for plastic and biomass towards optimum biochar yield. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 167. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112715

de Oliveira, C. C. N., Zotin, M. Z., Rochedo, P. R. R., & Szklo, A. (2021). Achieving negative emissions in plastics life cycles through the conversion of biomass feedstock. Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 15(2), 430–453. https://doi.org/10.1002/bbb.2165

Devasahayam, S., Raman, R. K., Chennakesavulu, K., & Bhattacharya, S. (2019). Plastics—villain or hero? Polymers and recycled polymers in mineral and metallurgical processing—a review. Materials, 12(4), 655. https://doi.org/10.3390/ma12040655

Schmidt, H. P., Anca-Couce, A., Hagemann, N., Werner, C., Gerten, D., Lucht, W., & Kammann, C. (2019). Pyrogenic carbon capture and storage. In GCB Bioenergy (Vol. 11, Issue 4, pp. 573–591). Blackwell Publishing Ltd. https://doi.org/10.1111/gcbb.12553

Qureshi, M. S., Oasmaa, A., Pihkola, H., Deviatkin, I., Tenhunen, A., Mannila, J., Minkkinen, H., Pohjakallio, M., & Laine-Ylijoki, J. (2020). Pyrolysis of plastic waste: Opportunities and challenges. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 152, 104804. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2020.104804

Stegmann, P., Daioglou, V., Londo, M., van Vuuren, D. P., & Junginger, M. (2022). Plastic futures and their CO2 emissions. Nature, 612(7939), 272–276. https://doi.org/10.1038/s41586-022-05422-5

Suh, S., & Bardow, A. (2022). A plastic container for carbon emissions. Nature, 612, 214–215. Zheng, J., & Suh, S. (2019). Strategies to reduce the global carbon footprint of plastics. In Nature Climate Change (Vol. 9, Issue 5, pp. 374–378). Nature Publishing Group. https://doi.org/10.1038/s41558-019-0459-z