Kiertotalous on välttämättömyys matkalla kohti liikenteen sähköistymistä

Matin ja Tepon sanoja mukaillen: kaiken takana on – tässä tapauksessa ei nainen, vaan – Yhdistyneiden Kansakuntien (YK) Pariisin sopimus. Pariisin ilmastosopimukseen pääseminen vaatii radikaaleja toimenpiteitä kasvihuonekaasupäästöjen leikkaamiseksi sekä kansallisesti että kansainvälisellä tasolla. Yksi keskeinen ratkaisu on liikenteen sähköistyminen.

Hiilineutraaliin tai matalahiiliseen liikenteeseen siirtyminen ei kuitenkaan tapahdu itsestään, vaan se etenee ainoastaan infrastruktuurin ja auto- ja muun kulkuvälinekannan uudistumisen kautta. Nämä investoinnit puolestaan ovat erittäin raaka-aineintensiivisiä.

Akku- ja magneettimateriaalien resurssitehokkuus haasteena

Liikenteen sähköistymisen megatrendin keskiössä ovat akku- ja magneettimateriaalit. Akkujen materiaalikirjo vaihtelee akkutyypin mukaan, mutta tyypillisiä raaka-aineita ovat grafiitti, litium, koboltti, nikkeli ja mangaani, kun taas magneettimateriaalien kohdalla puhutaan sellaisista raaka-aineista kuin neodyymi, boori ja dysprosium. Luetelluista materiaaleista suurin osa on ns. kriittisiä raaka-aineita, mikä tarkoittaa, että ne tuotetaan pääosin Euroopan ulkopuolella. Tällä saralla erityisesti Kiina dominoi: se vastaa 69 % maailman grafiittituotannosta ja yli 95 % globaalista neodyymin ja dysprosiumin tuotannosta. Lisäksi Kiinalla on runsaasti muita tärkeitä materiaalivarantoja, mm. 20 % maailman litiumvarannoista ja 5 % mangaanivarannoista sijaitsee Kiinassa. Kaivosteollisuus tarvitsee energiaa, ja Kiinassa yhä noin 60 % energiasta tuotetaan hiilellä. Voimme siis perustellusti kysyä: kuinka vihreää sähköinen liikenne todellisuudessa on, jos keskeiset materiaalit tuotetaan Kiinassa hiilienergian voimin?

Erityisesti harvinaisten maametallien (neodyymi, dysprosium) kohdalla rikastus malmista on hyvin energiaintensiivistä ja tuottaa CO2-päästöjen ohessa runsaasti muita ongelmallisia sivuvirtoja. Tehostamalla raaka-aineiden kierrätystä voidaan merkittävästi alentaa materiaaleihin sitoutunutta energiaa. Kierrätys ei kuitenkaan yksin riitä: tehokkaan materiaalikierron mahdollistavien prosessien tulee olla ympäristö- ja energiatehokkaita, ja niiden rinnalla tulee kehittää myös korvaavia materiaalivaihtoehtoja.

Energiatehokkuuden kannalta oleellista on myös, kuinka primäärituotteen valmistuksessa syntyvät sivuvirrat saadaan hyödynnettyä, ja parhaassa tapauksessa sivuvirrat toimivat toisten tuotteiden raaka-aineina. Hyvänä esimerkkinä tästä on metallinvalmistuksen mineraalisten sivuvirtojen jalostaminen prosessissa käytettäviksi lämmöneristemateriaaleiksi.

Uusia työkaluja materiaaliratkaisujen ympäristövaikutusten arviointiin

Materiaalitehokkuuden kasvattaminen edellyttää ajattelutavan muutosta. Osa-optimoinnin sijaan tulee tarkastella koko tuotteen elinkaaren aikaisia ympäristö- ja kustannusvaikutuksia. Elinkaari kattaa raaka-aineiden tuottamisen ja prosessoinnin, kuljetukset vaiheesta toiseen, jatkojalostuksen tuotteeksi, käytön ja uudelleenhyödyntämisen (ns. second life) tai kierrättämisen. Uusien teknologiamurrosten, kuten liikenteen sähköistymisen, osalta on ensiarvoisen tärkeää, että materiaaliratkaisujen kokonaisympäristövaikutukset tehdään näkyviksi.

Uudet työkalut auttavat päätöksenteossa, mm. verkosto-LCA ja on-line-LCA  -työkalujen [1] avulla ympäristövaikutuksia ja tulevaisuudessa myös kustannuksia pystytään tarkastelemaan arvoketjujen yli ja toisaalta reaaliaikaiseen prosessidataan pohjautuen. Elinkaarianalyysi paljastaa myös tuotteen elinkaarivaikutusten heikot lenkit. Tällä hetkellä useiden tuotteiden second life -ratkaisut ovat lapsen kengissä ja raaka-aineiden kierrätysprosentti hyvin alhainen, tämä korostuu erityisesti uusien teknologioiden, kuten liikenteen sähköistymisen kohdalla. Toisaalta uudet, vasta kypsymisvaiheessa olevat teknologiat mahdollistavat kiertotalousnäkökulman huomioimisen jo tuotteiden ja valmistusprosessien suunnitteluvaiheessa, jossa pääosa tuotteen elinkaaren ympäristö- ja kustannusvaikutuksista lukitaan.

Tulevaisuuden ratkaisuja VTT:ltä

Resurssien riittävyys on yksi VTT:n tutkimuksen painopistealueista. Uusiutumattomien raaka-aineiden, kuten keskeisten akku- ja magneettimateriaalien, kohdalla resurssitehokkuuden nostamiseksi on otettava koko kiertotalouden ratkaisupaletti käyttöön: elinkaarityökalut ympäristövaikutusten osoittamiseksi, prosessien optimointi ympäristövaikutusten minimoimiseksi (on-line LCA), sivuvirtojen hyödyntäminen esimerkiksi uusien korkean jalostusarvon tuotteiden raaka-aineena ja korvaavien vihreämpien funktionaalisten materiaalien kehittäminen. Nämä kaikki ovat myös alueita, joista VTT:ltä löytyy vahvaa osaamista ja innovointikykyä ja joita jatkuvasti kehitämme yhdessä yhteistyökumppaniemme kanssa. Lue lisää palveluistamme

  1. https://modellingfactory.org/services#lca

Elina Huttunen-Saarivirta, johtava tutkija
elina.huttunen-saarivirta(a)vtt.fi

Tomi Lindroos, tutkimustiimin päällikkö, projektipäällikkö
tomi.lindroos(a)vtt.fi

 

 

 

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.