Levästä tulevaisuuden polttoainetta

NettiRefine 1.7.2010

Tutkimus levän käyttömahdollisuuksista biopolttoaineen raaka-aineena etenee. Ensimmäisen levä-NExBTL-koe-erän uskotaan valmistuvan vielä tämän vuoden puolella.

Levien tutkimus NExBTL:n raaka-aineena on mielenkiintoisessa vaiheessa. Uuttokokeita tehdään jatkuvasti, ja jo tämän vuoden loppuun on kaavailtu ensimmäisen levä-NExBTL-koe-erän valmistumista. Levät vaikuttavat lupaavilta biopolttoaineen raaka-aineilta, ja niillä pystytään ratkaisemaan monia ympäristövastuullisuuteen liittyviä haasteita.

Levät jaetaan kokonsa puolesta makro- ja mikroleviin, joista ensin mainitut ovat jopa kymmenien metrien pituisia kasvustoja. Neste Oilin biopolttoainetutkimuksessa keskitytään kuitenkin mikroskooppisen pieniin leväeliöihin, joiden koko voi olla vain muutamia mikrometrejä.

Sekä makro- että mikrolevien kasvuympäristönä on vesi, joka yhdessä hiilidioksidin, auringon ja ravinteiden, kuten typen ja fosforin kanssa, on levän elinedellytys. Yhteyttämisprosessinsa tuloksena levät tuottavat happea. Levätuotannon raaka-aineet ovat pääosin halpoja tai ilmaisia, kun auringonvaloa ja valmiiksi ilmassa olevaa hiilidioksidia voidaan hyödyntää.

Suuri öljyntuottokyky

NExBTL-dieselin tarpeisiin sopivat tutkimuksen perusteella levälajit, jotka varastoivat itseensä rasvaa. NExBTL-tuotannossa raaka-aineeksi käy periaatteessa kaikki aines, jossa on öljyä, rasvaa tai rasvamaisia yhdisteitä. Käyttökelpoisimmillaan ne ovat triglyseridien muodossa, jolloin yhteen glyserolimolekyyliin on kiinnittynyt kolme rasvahappoketjua.

Ja käyttökelpoista ainetta löytyy: levien kuivamassasta on 30–50 prosenttia varastorasvoja, ja niistä on raportoitu jopa 80 prosentin triglyseridipitoisuuksia. Levän öljyntuottokyky on siis merkittävä, öljypalmuun verrattuna realistisillakin mittareilla jopa viisinkertainen. Siinä missä öljypalmun tuottokyky on 6 tonnia öljyä hehtaarilta vuodessa, voidaan hehtaarin leväviljelmästä saada jopa 10–50 tonnia öljyä. Öljyn tehokas erottaminen leväsolusta onkin kehityksen keskeisimpiä kysymyksiä.

Nopeaa kasvua ja synergiaetuja

Levien parissa tehtävä tutkimustyö on tärkeää ja tunnustettua, sillä uusia, ympäristövastuullisesti tuotettavia raaka-aineita tarvitaan. Levässä on öljyntuotantopotentiaalin lisäksi paljon muitakin lupaavia ominaisuuksia. Sen kasvu on esimerkiksi öljypalmuun verrattuna nopeaa – levä jakautuu parhaimmillaan jopa alle vuorokaudessa.

Lisäksi levän kasvussaan tarvitsema hiilidioksidi voidaan ottaa sieltä, missä sitä syntyy, esimerkiksi tehdastuotannon savukaasuista. Mahdollisia tuotantopaikkoja voisivat siten olla esimerkiksi betonitehdas, öljynjalostamo tai panimo, eli alat, joiden tehtaanpiipusta tupruaa hiilidioksidia. Synergiaetuja syntyisi myös kasvatuspaikasta jätevedenpuhdistamoiden yhteydessä, joskin jätevesialtaat sisältävät ehkä liiaksi orgaanista ainesta. Leväprosessin jätettä, kuten proteiineja voisi käyttää esimerkiksi rehuna.

Tuotantopaikkoina voidaan käyttää joko suoraa auringonvaloa hyödyntäviä avoaltaita tai suljettuja fotobioreaktoreita. Avoaltaissa viljelystä on jo kokemuksia. Tuotanto on yksinkertaista ja halvempaa, mutta vaatii paljon pinta-alaa. Suljetut ja kontrolloidummat reaktorit taas ovat tuottavuudeltaan parempia, mutta prosessi on kalliimpi. Lisäksi valon määrä tilavuutta kohden on avoaltaita suurempi.

Edessä loistava tulevaisuus

Levissä on useita mahdollisuuksia. Lajeja on lukuisia, joten silläkin saralla tutkimustyötä riittää. Oman kiinnostavan lisänsä tuo geneettisen muokkauksen mahdollisuus: sopivaa levälajia jalostamalla tuottoa voitaisiin lisätä. Geenimuuntelussa rajoitteina ovat kuitenkin eri maiden lait ja suhtautuminen geenimuunteluun sekä riskit, jos nopeakasvuiset muuntogeeniset levät pääsevät viljelmistä luontoon ja leviävät siellä.

Koska koko tutkimusala on vasta alkuvaiheessa, kokemukset levän käytöstä ovat vielä rajalliset. Myöskään kustannustehokkaita ratkaisuja tuotantoon ei alkutaipaleella ole vielä olemassa. Huomioon on otettava meriveden läheisyyden ja hiilidioksidin saannin lisäksi tuotantopaikan tilan tarve sekä logistiset näkökulmat.

Levä ei kilpaile ruokatuotannon kanssa esimerkiksi makeasta vedestä tai maa-alueista, sillä tuotantolaitoksia voi sijoittaa joutomaillekin. Rannikon läheisyys olisi kuitenkin eduksi, sillä levänviljelyssä vesimassat ovat valtavia: kuutiossa vettä on vain noin 1–10 grammaa kuiva-ainetta, josta öljyntuotanto voi alkaa.

Teksti: Johanna Salonen

Tutkimusta yhteistyössä eri tahojen kanssa

Neste Oililla levätutkimuksessa on kymmenisen henkilöä, mukana on tutkijoiden lisäksi laborantteja sekä ammattilaisia esipuhdistuksen puolelta. Leviä ja mikrobeja Neste Oililla on tutkittu pari vuotta. Vuonna 2007 alkanut Trident-projekti perustettiin tutkimaan uusiutuvan dieselpolttoaineen raaka-ainemahdollisuuksia. Projekti keskittyy ei-syötävien kasviöljyjen, levien ja mikrobien tuottamien sekä jätevirroista saatavien öljyjen tutkimukseen ja jatkuu edelleen.

”Tarvitaan 10 kilon erä leväöljyä, jotta se voidaan laittaa NExBTL-reaktoriin testattavaksi. Omissa uuttokokeissamme emme ole vielä saaneet öljystä tarpeeksi puhdasta, jotta sitä voisi esipuhdistuksen jälkeen laittaa reaktoriin”, kertoo bioteknologian tiimin asiantuntija Pirjo Kuuppo. ”Ensimmäisen levä-NExBTL-koe-erän on kuitenkin arvioitu valmistuvan tämän vuoden loppuun mennessä.”

Valtaosa tutkimuksesta tehdään Neste Oilin ulkopuolella yhteistyössä muun muassa leväyritysten, yliopistojen ja tutkimuslaitosten kanssa. ”Olemme kartoittaneet leväyrityksiä erittäin laajalti ja seuraamme tiiviisti alan uutisia sekä teknologian kehitystä.” Tutkimus sai alkunsa Yhdysvalloissa 1970-luvun lopulla, ja ylivoimaisesti suurin osa leväfirmoista sijaitsee edelleen USA:ssa. Neste Oilin kiinnostuksen kohteena ovat amerikkalaisten yritysten lisäksi myös muutamat pienemmät, biopolttoaineista kiinnostuneet eurooppalaiset firmat.

”Useasta kymmenestä läpikäydystä leväyrityksestä keskusteluja on käyty noin 40 kanssa. Osalta olemme saaneet hankittua leväbiomassaa tai öljyä analyyseihin ja omiin tutkimuksiin. Tällä hetkellä valituissa on noin puolen tusinaa lupaavaa yritystä.” Pirjo Kuuppo kertoo, että analytiikka sekä öljynerotus- ja esipuhdistustutkimukset tehdään Teknologiakeskuksessa Kilpilahdessa.

”Yliopistojen ja tutkimuslaitosten kanssa teemme yhteistyötä myös ympäri maailman. Levätutkimuspuolella kumppaneita on esimerkiksi Hollannissa, Ruotsissa, Saksassa, Uudessa Seelannissa, Australiassa, Taiwanissa ja Suomessa. Tutkimuskohteena on esimerkiksi, miten levien rasvantuotantoa saisi parannettua. Tämä on tiimityötä sanan varsinaisessa merkityksessä.”

10 faktaa levätuotannosta

1. Hehtaarin leväviljelmästä voidaan saada jopa 10–50 tonnia öljyä vuodessa, kun öljypalmun tuottokyky on 6 tonnia.
2. Levän kasvu on nopeaa ja se jakautuu parhaimmillaan alle vuorokaudessa.
3. Eri levälajien kasvunopeus ja rasvojen tuottokyky vaihtelevat paljon.
4. Levätuotannon raaka-aineet ovat pääosin halpoja tai ilmaisia. Raaka-aineet ovat auringonvalo,ilmassa oleva hiilidioksidi, vesi ja ravinteet, kuten typpi ja fosfori.
5. Levä tarvitsee kasvaakseen hiilidioksidia, joten viljelyssä voidaan hyödyntää tehdastuotannon
   savukaasuja.
6. Levä ei kilpaile ruokatuotannon kanssa esimerkiksi makeasta vedestä tai maa-alueista, sillä tuotantolaitoksia voidaan sijoittaa joutomaille.
7. Levätutkimus on vasta alkuvaiheessa ja kokemukset levien käytöstä ovat vielä rajallisia.
8. Neste Oilissa leviä ja mikrobeja on tutkittu muutaman vuoden ajan, mutta Yhdysvalloissa levätutkimus on alkanut jo 1970-luvun lopulla.
9. Levätutkimuksessa tehdään yhteistyötä yliopistojen ja tutkimuslaitosten kanssa ympäri maailman.
10. Neste Oilin ensimmäinen levästä tehty NExBTL-koe-erä valmistunee tämän vuoden loppuun mennessä. Koe-erään tarvitaan 10 kiloa leväöljyä, jotta testaus on mahdollista.