Kuka suunnittelee ja valvoo digitaalisia alustojamme? Onko sillä väliä?

henttonen

“Jos käytät suljettua ohjelmistoa tai jonkun muun verkkopalvelinta, olet puolustuskyvytön. Olet kuin savea sen muotoilijan käsissä, joka kehitti kyseisen ohjelmiston”

Näin väitti Free Software -liikkeen perustaja Richard Stallman provokatiivisesti. Tunnetko itsesi “puolustuskyvyttömäksi”? Toivottavasti et sentään, mutta joskus kannattaa pohtia, miten tieto- ja viestintätekniikka muovaa elämäämme ja yhteiskuntaamme.

Harvat kieltävät, että digitaalisilla alustoilla on merkittävä ja alati lisääntyvä vaikutus henkilökohtaiseen elämäämme, liiketoimintaamme ja hallintoomme. Algoritmit määrittelevät tarinat, jotka luemme Facebookissa, hakutulokset, jotka näemme Googlessa ja jopa kumppanit, jotka löydämme Tinderistä. Sadat tuhannet kokopäivätyöntekijät Uber- kuljettajista Handy-siivoojiin noudattavat työssään algoritmin laatimia komentoja, jotka toimitetaan heidän matkapuhelimiinsa.

Yhä useammat julkisen sektorin päätökset tehdään digitaalisilla alustoilla, jotka käsittelevät suuria tietomääriä algoritmisesti. Kuten olet ehkä lukenut, oikeuslaitos ei ole poikkeus: New Jersey on äskettäin korvannut takuuvapaushakemuksia käsittelevät ihmiset  ja kuulemiset tietokoneohjelmalla, joka matematiikkaa ja datatiedettä höydyntämällä ennustaa onko henkilö vapautuessaan riski yhteiskunnalle.

Kun digitalisaatio kiihtyy, monet ihmiset ovat alkaneet kysellä, kuka suunnittelee ja valvoo digitaalisia teknologioita. Ruohonjuuritason liikkeet (esimerkiksi Platform Co-operativism, Internet of Ownership ja Commons Transition) ovat alkaneet vaatia avoimempia ja demokraattisemmin hallittuja digitaalisia alustoja. Ne ovat myös inspiroineet satoja avoimia alustaosuuskuntia kuten FairMondo, Loomio ja Open Food Network.

Ilmiö näyttää muistuttavan vapaiden ja avoimen lähdekoodin ohjelmistojen alkuaikoja. Tuolloin ihmiset vaativat enemmän vaikutusmahdollisuuksia siihen miten ohjelmistot suunnitellaan.  Monet aloittivat pieniä ohjelmistohankkeita, jotka perustuivat läpinäkyvyydelle ja avoimelle yhteistyölle (esim. GNU-käyttöjärjestelmä, josta tuli myöhemmin Linux). Suhteellisen lyhyessä ajassa marginaalisesta tuli valtavirtaa. Suuret ohjelmistoyritykset, kuten IBM ja Sun Microsystems, siirtyivät avoimen lähdekoodin liiketoimintamalleihin.

Nykyään avoimen lähdekoodin ohjelmistot ovat hyvin yleisiä, enimmäkseen ristiriidattomia ​​ja siten näkymättömiä. Mutta mitä tapahtuu ”vaihtoehtoisille” digitaalisille alustoille, joiden taustalla kuuluu samanlaisia ​​vaatimuksia avoimuudesta ja käyttäjien omistajuudesta? Ovatko ne seuraava valtavirta?

 

VTT Katja Henttonen

Katja Henttonen, digitalisaatioasiantuntija
Twitter: @KatjaHenttonen

Päivi Jaring VTT

Päivi Jaring, erikoistutkija
Twitter:
@PaiviJaring

 

Lue lisää:

Tähän aiheeseen liittyvää tutkimusta on käynnissä Accelerate-projektissa.

Simonite, T. (2015) . “When Your Boss Is an Uber Algorithm.” MIT Technology Review December.

Computer says no: New Jersey is using an algorithm to make bail recommendations.

Who designs and controls our digital platforms? Does it matter?

henttonen

“If you use a proprietary [software] program or somebody else’s web server, you’re defenceless. You’re putty in the hands of whoever developed that software”

So claimed Richard Stallman, the founder of the Free Software movement, quite provocatively. Do you feel “defenceless”? Hopefully not, but sometimes it is worth considering how ICTs  shape our lives and society.

Few would deny that digital platforms have huge and increasing control of our personal lives, business and governance. The algorithms determine the stories we read on Facebook, the search results we see on Google and even partners we find on Tinder. Hundreds of thousands of full-time labourers, from Uber drivers to Handy cleaners, follow supervisory  commands which are delivered to their mobile phones by an algorithm.

Increasingly many decisions on the public sector are also made by digital platforms which process big data algorithmically. As you may have read, judiciary is not an exception: New Jersey recently replaced a human-led bail system with new software which uses maths and data science to predict whether or not a person is a risk to the society if released.

As digitalization accelerates,  many  people have started to ask questions on who designs and controls the platform technologies. Grassroots movements such as Platform Co-operativism, Internet of Ownership and Commons Transition are pushing demands for more open and democratically governed digital platforms. They have also inspired hundreds of “open” platform co-operatives, such as FairMondo, Loomio and Open Food Network.

The phenomenon seems to resemble the early days of the Free Software and Open Source software movements. People demanded more control over how software is designed. Many started small software projects, which based on the ideas of transparency and open collaboration (e.g. GNU operating system which later turned Linux). Within relatively short timeframe, the marginal idea went mainstream. Large software companies, such as IBM and Sun Microsystems, shifted to open source -based business models.

Today, open source software is very commonplace, mostly uncontroversial and consequently unvisible. But what happens to alternative digital platforms that echo similar demands of ‘openness’ and control by users? Are they the next mainstream?

 

VTT Katja Henttonen

Katja Henttonen, Digitalization Specialist
Twitter: @KatjaHenttonen

Päivi Jaring VTT

Päivi Jaring, Senior Scientist
Twitter:
@PaiviJaring

 

 

See more:

Ongoing research on this topic in the Accelerate project.

Simonite, T. (2015) . “When Your Boss Is an Uber Algorithm.” MIT Technology Review December.

Computer says no: New Jersey is using an algorithm to make bail recommendations.

Miten Shodania käytetään?

shodan1

Shodanin hakukoneen peruskäyttö on ilmaista. Tunnusten luominen palveluun kannattaa, sillä kirjautumatta on mahdollista tehdä vain yksinkertaisia perushakuja. Kirjautunut käyttäjä voi tehdä monipuolisempia hakuja käyttäen eri hakusuodattimia. Liittymällä Shodanin rekisteröityneeksi jäseneksi saa pienellä kertamaksulla lisää ominaisuuksia käyttöönsä, kuten mm. karttahaun, laajemmat hakutulokset sekä komentorivikäytön. Shodan myy myös eri tasoisia kuukausihinnoiteltuja palveluja, joita tarvitaan mm. erittäin laajojen ja toistuvien hakujen yhteydessä. Useat yritykset ovat myös rakentaneet omia palveluita Shodanin tarjoaman tietokannan päälle.

Shodania käytetään samalla tavalla web-käyttöliittymän kautta kuin muitakin yleisimpiä hakukoneita. Poikkeuksena yleiskäyttöisiin hakukoneisiin on hakua laativan käyttäjän tiedettävä tarkemmin mitä hän on etsimässä. Esimerkiksi etsittäessä tietyn tyyppistä laitetta on kyselyä laadittaessa tiedettävä, mitä etsitty laite vastaa eli millaisen bannerin se palauttaa yhteyttä otettaessa. Pelkät yksittäiset hakusanat ilman asiayhteyttä eivät ole yleensä kovin hyviä hakuja, vaan Shodanin tehokkaassa käytössä kannattaa käyttää hakusuodattimia, joilla hakualuetta rajataan.

Seuraavissa esimerkeissä käydään läpi muutamien hakusuodattimien käyttöä. Esimerkeissä käytetty yrityksen IP-osoiteavaruus ei ole käytössä julkisessa verkossa. Oikeita hakuja tehtäessä pitää käyttää vain sellaisia osoiteavaruuksia, joita käyttäjällä on lupa tutkia.

Hakusuodattimen rakenne on sama kuin mitä käytetään yleiskäyttöisissä hakukoneissa eli

hakusuodatin:arvo

Rakenteesta kannattaa erityisesti huomata, ettei kaksoispisteen ympärillä ole välilyöntejä.

Yritys voi hakea omassa käytössä olevasta IP-osoiteavaruudesta Shodanin hakutietokannassa olevia palveluita hakusuodattimella

net:

käyttäen joko yksittäistä osoitetta

net:192.168.1.1

tai CIDR-muodossa ilmoitettua osoitealuettaan

net:192.168.0.0/24

Osoiteavaruuden kuvaamiseen käytetystä CIDR-muodosta löytyy lisää tietoa esimerkiksi täältä.

Mikäli etsitään vain jotain tiettyä avointa porttia ja sen tarjoamaa verkkopalvelua käytetään hakusuodatinta

port:

Jos haetaan esimerkiksi SSH:ta eli salatun terminaaliyhteyden tarjoavaa palvelua haku olisi

port:22

Kun haut yhdistetään yhdeksi lausekkeeksi, saadaan hakutulokseksi vain yrityksen omalla osoitealueella olevat SSH-palvelut

net:192.168.0.0/24 port:22

Hakusuodattimet voidaan kohdistaa myös laitteen vastaukseen eli banneriin. Hakusuodattimella

product:

voidaan hakea tuotteita ja ohjelmistoja. Jos esimerkiksi haetaan avoimen lähdekoodin OpenSSH ohjelmistoa on haku muotoa

product:openssh

Myös negaatiota voidaan käyttää hauissa, miinusmerkkiä käyttämällä voi rajata tuloksista pois haluamiaan osioita. Esimerkiksi hakulauseke

net:192.168.0.0/24 -port:22 product:openssh

palauttaa kaikki kyseisessä osoiteavaruudessa olevat ei-vakioportissa (muu kuin portti 22) olevat avoimet OpenSSH palvelut. Kyseisellä haulla voidaan myös osoittaa tehottomaksi yritykset piilottaa tarjotut verkkopalvelut sijoittamalla ne johonkin muuhun kuin vakioporttiinsa.

Shodan analysoi ja luokittelee hakemaansa tietoa. Kirjautuneen käyttäjän on mahdollistaa kysyä haulla, mitkä laitteet Shodan on tulkinnut Industrial Control System (ICS) eli teollisuusautomaation laitteiksi kyseisessä osoiteavaruudessa:

net:192.168.0.0/24 category:ics

Rekisteröityneelle eli jäsenmaksun maksaneelle käyttäjälle Shodan palauttaa laajasti tietoja löytyneistä palveluista sekä niiden versioista. Muita hyviä vinkkejä hakusuodattimiin löytyy hakukonesivuston suosituimpien hakujen osiosta sekä Shodanin kehittäjän John Matherlyn kirjoittamasta kirjasta ”Complete Guide to Shodan”.

Shodania ja muita hakukoneita käytettäessä pitää aina muistaa, että palvelun tekemien indeksoitujen skannausten selaaminen on sallittua toimintaa, mutta jo yksi hakutuloksen klikkaus voi muuttaa toiminnan laittomaksi. Jos esimerkiksi hakutuloksista paljastuneeseen web-kameraan kirjaudutaan oletussalasanalla ja käyttäjätunnuksella luvatta on kyse laittomasta toiminnasta. Myös hakutulosten muunlainen luvaton hyödyntäminen on useimmiten laitonta.

 

Juha Pärssinen, erikoistutkija

Sami Noponen, tutkija

Tämä kirjoitus on tehty osana EU FP7 rahoitteista ECOSSIAN-hanketta.

Hakukoneet ja tietoturva

Binary handprint

Miten yritys voi itse selvittää mitä sen järjestelmistä on näkyvillä julkisessa tietoverkossa? Entä miten yleiskäyttöiset ja erikoistuneet hakukoneet toimivat ja miten ne eroavat toisistaan?

Perusohjeet yrityksen suojautumiselle tietoverkossa voidaan tiivistää muutamaan lauseeseen:

  • vaihda kaikkien järjestelmien oletussalasanat
  • varmuuskopioi ja päivitä kaikki järjestelmäsi säännöllisesti
  • käytä salattuja yhteyksiä sekä monitoroi ja suodata liikennettä mahdollisuuksien mukaan
  • salli pääsy sisäverkon ulkopuolelta vain niihin järjestelmiisi joihin se on ehdottoman välttämätöntä.

Viimeisen ohjeen merkitystä suojautumisessa ei voi ylikorostaa. Erilaiset hakukoneet keräävät jatkuvasti tietoa verkossa olevista sivustoista ja palveluista. Niiden tarjoamilla palveluilla kuka tahansa, mukaan lukien verkkorikolliset, voivat helposti löytää kaiken verkossa vapaasti olevan tiedon ja käyttää sitä omaksi hyödykseen. On huolestuttavaa että useissa sekä maailmalla että Suomessa tehdyissä selvityksissä löydetään jatkuvasti mm. runsaasti suojaamattomia verkossa olevia automaatiolaitteita (ks. esim. Viestintävirasto).

Omien tietoverkossa näkyvien järjestelmien tutkiminen on sallittua, samoin kuin hakukoneiden tekemien tulosten selaaminen. Pitää kuitenkin aina muistaa, että muiden omistuksessa olevien järjestelmien tarkempi analysointi on yleensä laitonta. Jos esimerkiksi hakutuloksista paljastuneeseen web-kameraan kirjaudutaan oletussalasanalla ja käyttäjätunnuksella luvatta, on kyse laittomasta toiminnasta.

Kun haetaan tietoa verkossa olevista järjestelmistä, on tärkeää ymmärtää, miten erityyppiset hakukoneet keräävät tietonsa ja mitä ne tallettavat tietokantaansa. Yleiskäyttöisen hakukoneen, kuten esimerkiksi Googlen, indeksointirobotit etsivät ja analysoivat taukoamatta julkisesti saatavilla olevia verkkosivuja. Indeksointirobotit aloittavat etsinnän edellisessä indeksoinnissa kerätystä luotettavaksi arvioidusta verkko-osoiteluettelosta. Robotit etsivät verkkosivuilta linkkejä uusille sivuille sekä tutkivat sivustoille tehtyjä muutoksia. Robotit seuraavat löytämiään linkkejä ja vierailevat uusilla sivustoilla.

Sivustojen luotettavuus analysoidaan sekä niiden tarjoaman sisällön, että niille tulevien linkkien määrän perusteella. Kerätyt tiedot talletetaan Googlen valtavaan hakemistoon, jonka koko on Googlen oman ilmoituksen mukaan yli 100 miljoonaa gigatavua. Googlen hakualgoritmi analysoi käyttäjän tekemän kyselyn käyttäen yli 200 eri signaalia löytääkseen parhaiten hakuun sopivat vastaukset hakemistosta. Lisätietoa Googlen toiminnasta löytyy esimerkiksi Googlen sivulta.

Toisin kuin yleiskäyttöiset hakukoneet, erikoistuneet hakukoneet keskittyvät johonkin tiettyyn aihepiiriin. Yksi tunnetuimmista erikoistuneista hakukoneista on Shodan. Shodan kerää tietoa julkiseen internetiin kytkeytyneistä laitteista, olivat ne sitten verkkosivustoja tarjoavia uutispalvelimia, teollisuusautomaatiojärjestelmiä tai leivänpaahtimia.

Shodanin omat indeksointirobotit hakevat ja päivittävät jatkuvasti Shodanin tietokantaa internettiin kytketyistä laitteista. Shodanin indeksointirobottien algoritmi poikkeaa kuitenkin huomattavasti yleiskäyttöisten hakukoneiden robottien käyttämästä: se perustuu satunnaisuuteen. Ensin arvotaan satunnainen verkko-osoite (IPv4 tai IPv6) ja sen jälkeen valitaan satunnainen porttinumero siitä joukosta, jotka Shodan osaa käsitellä. Tämän jälkeen indeksointirobotti ottaa yhteyttä valitulla verkko-osoitteen ja portinnumeron yhdistelmällä. Jos laite löytyy eli vastaa kyselyyn, sen tuottama vastaus (banneri) ja muut yhteyteen liittyvät tiedot analysoidaan ja tulokset talletetaan Shodanin tietokantaan. Tietokantaan tallennutettuihin tietoihin, kuuluu mm. maantieteellinen sijainti, laitteen verkkonimi ja käyttöjärjestelmä sekä versio.

Blogikirjoituksen seuraavassa osassa käydään tarkemmin läpi Shodan-hakukoneen käyttöä.

Lisätietoa Shodanin toiminnasta löytyy Shodanin kehittäjän John Matherlyn kirjoittamasta kirjasta ”Complete Guide to Shodan”.

 

Juha Pärssinen, erikoistutkija

Sami Noponen, tutkija

Tämä kirjoitus on tehty osana EU FP7 -rahoitteista ECOSSIAN-hanketta.

The circular economy is a rough diamond with huge potential

Maria Antikainen VTT

The circular economy is a huge, rough diamond. It offers Finland an opportunity for economic growth and employment. We can switch to the circular economy via a series of innovation leaps. The key issue is a change in paradigm; doing things in an entirely new way rather than more efficiently.

The circular economy is a team game in which goals cannot be scored by going solo

A functioning circular economy is a complex and multi-dimensional system. The idea is to close the circle, but at ecosystem level rather than that of a single player. The circular economy is like a team game, where everyone has a certain role and the players need a keen eye for the game and great timing. This requires broad know-how and holistic management.

Examining systematic, holistic solutions helps us to see the wood for the trees. Circular economy solutions are complex wholes; goals are scored by the team, not individual players. On the other hand, if a player doesn’t hold up her end, this has an impact on the entire team’s performance. The forecasting, simulation and piloting of systematic impacts are important tools for understanding and visualising the consequences of solutions in the circular economy. Life cycle assessment is a good tool for evaluating environmental impacts. When analysing the impacts of solutions, the evaluation perspective must be broad and long, in order to identify solutions that are central in terms of their actual impact.

VTT offers expertise in various aspects of the circular economy diamond

In our publication, Policy Brief, we aim to serve companies and decision-makers by presenting the views, on the circular economy, of experts from a range of sectors. We understand that every circular economy solution has its own special characteristics and that various needs for change are highlighted. At VTT, we have presented the five issues that we consider to be central; these can be expressed in the form of questions:

  • To what extent are new technology solutions needed?
  • Do we need new business models?
  • What kind of change is needed in society’s structures?
  • What kind of collaboration development, or new partners, are needed?
  • To what extent is a breakthrough solution dependent on a certain mindset and behaviour?

circular economy en

The five examples of the circular economy we present in VTT’s Policy Brief illustrate how different perspectives are highlighted, how multi-disciplinary skills are needed to promote them, and what kinds of economic opportunities they open up. With the help of inspiring, concrete examples, we want to spur Finnish companies on to think about their own strengths and challenges with regard to circular economy solutions and to take bold steps towards the circular economy. VTT provides a wide range of expertise in all areas. We can build new circular economy solutions together with our customers.

Maria Antikainen, Senior Scientist
Twitter: @MariaAntikainen

Senior Scientist Maija Federley; Senior Principal Scientist Juha Honkatukia; Senior Scientist Päivi Kivikytö-Reponen; Research Team Leader Johanna Kohl; Senior Scientist Jutta Laine-Ylijoki; Principal Scientist Raija Lantto; Principal Scientist Tiina Pajula; Research Team Leader Anu Seisto

Pk-yritys, tartu EU:n mahdollisuuksiin digiteknologioiden kokeiluissa

EU panostaa voimakkaasti valmistavan sektorin pienempien yritysten toiminnan kehittämiseen ja digitalisaation kiihdyttämiseen. Rahoitusta kohdistetaan mm. digitaalisten teknologioiden ja alustojen kehittämiseen ja käyttöönottoon sekä ekosysteemien vahvistamiseen. Tämä on suomalaiselle valmistavalle teollisuudelle iso mahdollisuus.

Yksi kiinnostava pk-sektorille suunnattu rahoitusinstrumentti on ”ICT Innovations for Manufacturing SME’s” (I4MS) eli ICT-innovaatioita valmistavan teollisuuden pk-yrityksille. Näihin hankkeisiin yritysten on aiempaa helpompi päästä mukaan.

Projektirahaa yrityksille

Perinteisestä tutkimushankkeesta poiketen projektin hakijat saavat vain osan projektin rahoituksesta käyttöönsä ja merkittävä osa (esim. kolmannes) varataan pk-yrityksille, jotka liittyvät hankkeeseen myöhemmin omien kokeilujensa kanssa.

Yritysten onkin mahdollista päästä yksinkertaisella hakumenettelyllä ja korkeammalla hyväksymistodennäköisyydellä mukaan hyödyntämään I4MS:ssä tunnistettuja avainteknologioita, kuten robotiikka, ainetta lisäävä valmistus, kyberfyysiset ja IoT-teknologiat, teholaskenta, mallinnus ja simulointi sekä lasertekniikka.

Lisäksi tavoitteena on kasvattaa eri puolille Eurooppaa digitaalisia hubeja, eli osaamisen, infran ja palvelujen keskittymiä, jotka auttavat paikallisia yrityksiä monipuolisesti digitalisaation hyödyntämisessä projektien jälkeenkin.

EU on jo panostanut I4MS-kokonaisuuteen yli 100 M€ ja rahoitus jatkuu vuosien 2018–2020 ohjelmassa. EU:n tavoitteena on investoida valmistavan sektorin digitaalisiin alustoihin 95 M€ vuosina 2018–2019 ja I4MS:n kautta hubien verkostoihin arviolta noin 70 M€ vuonna 2020. Myös näihin tuleviin hakuihin toivotaan runsasta pk-sektorin osallistumista.

Innovaatiohubien osaaminen käyttöön

VTT ja suomalaiset yritykset ovat mukana käynnistämässä kolmea uutta I4MS-hanketta, joista yksi on VTT:n koordinoima. Projekteissa luodaan merkittävä digitaalisten innovaatiohubien verkosto yhdessä eurooppalaisten huippututkimuslaitoksien ja yrityksien kanssa. Hubit tulevat tarjoamaan palveluja liittyen mm. tehtaiden sisälogistiikkaan ja robotiikkaan, kyberfyysisiin järjestelmiin ja analytiikkaan sekä ainetta lisäävän valmistuksen käyttöönottoon.

Tämän lisäksi VTT on jo kartoittamassa valmistavan teollisuuden digitalisoitumisen tarpeita, esteitä ja tulevaisuuden skenaarioita.

Näin pääset mukaan

Minusta on todella hienoa, että Suomi on nyt päässyt I4MS-ohjelmaan vahvasti mukaan. Näin voimme rakentaa pitkäjännitteisesti verkostoja, osaamista ja infraa, joita pienet ja suuret suomalaiset yritykset pääsevät hyödyntämään. Erityisesti toivon, että valmistavan teollisuuden pk-yritykset tulevat mukaan omien kokeilujensa avulla testaamaan I4MS-teknologioita.

Osallistuminen onnistuu projektien järjestämien avoimien hakujen avulla, jotka kohdistuvat kunkin hankkeen digitaalisiin teknologioihin. Hakujen ehdot ovat vielä muotoutumassa ja niistä tulee lisää tietoa verkkosivuille projektien päästessä vauhtiin. Hakemus on tyypillisesti lyhyehkö dokumentti, jonka teossa mm. VTT voi auttaa. Esimerkkejä jo toteutuneista kokeiluista löytyy I4MS-sivuilta.

Tervetuloa mukaan!

http://i4ms.eu/

http://i4ms.eu/demonstrators/list_demonstrators.php

Riikka Virkkunen
tutkimuspäällikkö
Twitter: @VirkkunenRiikka

Ovatko CCU ja hiilen uusiotalous osa ratkaisua?

Miksi hiili – yksi maailmankaikkeuden yleisimmistä alkuaineista – näyttelee huikaisevan tärkeää roolia nykyisessä yhteiskunnassa? Ikävä kyllä sen käyttöön liittyy myös usein ikävä kytkentä aikamme suurimpaan ongelmaan, ilmastonmuutokseen.

CCU, hiilidioksidin talteenotto ja hyötykäyttö, sekä sen serkku hiilen uusiotalous eivät ole yksinkertaisia tai välttämättä helposti hahmotettavia konsepteja. CCU on teknologialähtöinen termi, jota käytetään hyvin monissa asiayhteyksissä ja tarjotaan ratkaisuiksi erilaisiin tarpeisiin.

Tästä moninaisuudesta johtuen ajavia voimia on useita, ja asiaa voi ajatella hyvin monelta kantilta aina maailman pelastamiseen ilmastonmuutokselta uusiin liiketoimintamahdollisuuksiin ja hiilenlähteisiin. Tämä moninaisuus aiheuttaa myös epäselvyyttä ja väärinkäsityksiä siitä, millaisia vaikutuksia niin hyvässä kuin pahassa tämän teknologian soveltamisella voisi olla. Jotta asiaan saataisiin selvyyttä, pyrimme tässä määrittelemään, mistä CCU:ssa ja hiilen uusiokäytössä on kyse. Miksi siitä pitäisi olla kiinnostunut, ja miten se mahdollisesti voisi palvella esim. Euroopalle tärkeitä teollisuudenaloja?

Mistä on kyse?

Lyhyesti sanottuna CCU:lla (carbon capture and utilisation) tarkoitetaan hiilidioksidin erottamista esimerkiksi savukaasuista, jotta hiilidioksidi ei vapaudu suoraan ilmakehään vahvistamaan ilmastonmuutosta. Lisäksi se tarkoittaa hiilidioksidin käyttöä sellaisenaan tai hiilen lähteenä muissa prosesseissa.

Hiilen uusiotaloudella sen sijaan viitataan kemian prosesseihin ja konsepteihin, joissa hyödynnetään syötteenä joko hiilidioksidia tai muita yksihiilisiä molekyylejä, kuten esimerkiksi kaasutuskaasun hiilimonoksidia tai biokaasun metaania.

CCS (carbon capture and storage) taas tarkoittaa hiilidioksidin talteenottoa ja varastointia. Se voi olla ratkaisu fossiilisten raaka-aineiden käytöstä aiheutuvaan ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden nousuun. CCU sen sijaan ei tarjoa pitkän aikavälin kokonaisvaltaista ratkaisua, jos fossiilisia resursseja edelleen käytetään. Se on enemmänkin teknologinen ratkaisu, joka mahdollistaa hiilipohjaiset tuotteet ja prosessit täysin kestävässä järjestelmässä.

Ilmastonmuutoksen hillintä ja kestävyys leimaavat käynnissä olevaa energiajärjestelmän muutosta. CCU:n arviointia tästä näkökulmasta vaikeuttaa sovellusten ja konseptien moninaisuus ja siitä seuraava moninaisuus myös CCU:n ilmastovaikutuksista. Vaikutukset voivat olla kaikkea negatiivisesta hyvin positiiviseen, riippuen aina energiajärjestelmästä ja sen muutoksen suunnasta ja nopeudesta, jossa CCU:ta sovelletaan. Hiilidioksidin käyttö raaka-aineena, muuten kuin puhtaana hiilidioksidina, vaatii termodynamiikan pääsääntöjen mukaan aina energiaa. Jotta hiilidioksidin käyttö raaka-aineena olisi kestävää, on tämä energia tuotettava kestävästi, mikä linkittää CCU:n tiiviisti uusiutuvan ja muun päästöttömän energian lisäämiseen; tässäkin korostuu järjestelmänäkökulma.

Mutta voiko hiilidioksidin hyötykäytölle olla muita syitä kuin pelkkä ilmastonmuutoksen hillintä?

Talteen otettua hiilidioksidia (CCU) käytetään jo monissa kohteissa. Sitä käytetään suoraan esimerkiksi suojakaasuna tai virvoitusjuomissa. Lisäksi hiilidioksidia konvertoidaan jo joiksikin kemikaaleiksi, kuten ureaksi tai epäorgaanisiksi karbonaateiksi.

Kuten edellä mainittiin, vaatii hiilidioksidin käyttö aina energiaa, ja vety on yksinkertaisin tapa tuoda energiaa hiilidioksidiin. Yksi merkittävimpiä haasteita CCU:ssa ja hiilen uusiokäytön ekonomiassa on kohtuuhintaisen vähähiilisellä energialla tuotetun vedyn saatavuus. Siitäkin huolimatta, että vähähiiliseen energiaan investoidaan globaalisti ennätyksellisen paljon ja sen hinnan odotetaan laskevan merkittävästi lähivuosina, on kestävästi tuotetun vedyn saatavuus tekijä, joka tullee eniten hidastamaan CCU-investointeja. Tästä johtuen hiilen uusiokäytön ekonomian prosessit voidaankin luokitella kolmeen niiden vedyntarpeen mukaan:

  1. prosesseihin, jotka eivät tarvitse vetyä
  2. hybridiprosesseihin, joiden vedyntarve on rajallinen ja jotka voivat hyödyntää hiilidioksidin lisäksi myös muita C1-kaasuja
  3. prosesseihin, joiden vedyntarve on merkittävä.

Prosesseja, jotka eivät tarvitse vetyä, ovat esimerkiksi erilaiset mineraaliprosessit, joissa tuotetaan epäorgaanisia karbonaatteja. VTT tutkii esimerkiksi hiilidioksidin talteenottoa kalkkiuuneissa ja sen hyödyntämistä puhtaan saostetun kalsiumkarbonaatin valmistuksessa. Tiettyjä orgaanisia erikois- ja hienokemikaaleja voidaan myös valmistaa hiilidioksidista ilman vetyä. Hybridiprosesseja voidaan hyödyntää esimerkiksi biomassan kaasutusprosessien yhteydessä. Kaasutuksen tuotekaasun tärkeimmät hyötykomponentit ovat hiilimonoksidi ja vety. Sivutuotteena syntyy kuitenkin merkittäviä määriä hiilidioksidia, joka voitaisiin ulkopuolisen vähähiilisen vedynlähteen kanssa konvertoida polttoaineiksi tai kemikaaleiksi.

Vetyä hyödyntävien hiilidioksidin konversioprosessien mahdollisuudet ovat moninaiset. Ne perustuvat yleensä joko kemialliseen katalyysiin tai ovat biokemiallisia. Tyypillisesti prosesseissa tuotetaan ensin C1-välituote, kuten metaani tai metanoli, jota voidaan käyttää joko energian välittäjänä ja polttoaineina tai välituotteena muiden kemikaalien ja polttoaineiden tuottamiseen. Biokemiallisissa prosesseissa voidaan päästä myös suoraan erikoiskemikaaleihin, kuten akryylihappoon, jonka tuottamista VTT tutkii. Katalyyttisiä reittejä voidaan päästä C1-yhdisteiden sijaan Fischer-Tropsch-synteesiä hyödyntäen alkaaneihin ja alkeeneihin, joista ensin mainitut ovat potentiaalisia polttoainekomponentteja, kun taas jälkimmäiset soveltuvat moninaisten kemikaalien tuottamiseen.

CCU ja hiilen uusiotalous ovat epäilemättä kestävän yhteiskunnan mahdollistavia teknologioita, mutta eivät suoraan ratkaisuja taistelussa ilmastonmuutosta vastaan.

Niihin liittyvät teknologiat ja tuotteet voivat olla myös uusi Suomen teollisuuden ja viennin kasvualue. Lyhyellä tähtäimellä suurin potentiaali on teknologioissa, jotka perustuvat hiilidioksidin hyödyntämiseen ilman vetyä tai joissa vedyn tarve on rajallinen, mutta vähähiilisellä energialla tuotettavan vedyn yleistyessä myös vetyintensiiviset teknologiat otetaan käyttöön.

Vetylähteen lisäksi CCU:ssa tarvitaan hiilidioksidin lähde. Ensimmäisessä vaiheessa nämä lähteet voivat olla merkittäviä fossiilisia päästölähteitä, kuten terästehtaita tai öljynjalostamoja. Dekarbonisaation edetessä siirrytään kuitenkin enenevissä määriin bioperäisiin päästölähteisiin, kuten puunjalostusteollisuuteen tai energiantuotantoon biomassasta. Päästölähteen ollessa bioperäinen voidaan päästä tietyissä tapauksissa negatiivisiin päästöihin (bio-CCU).

Kallein, mutta tulevaisuudessa mahdollinen vaihtoehto on ottaa hiilidioksidia talteen ilmasta. VTT ja Lappeenrannan teknillinen yliopisto demonstroivat konseptia parhaillaan Tekes-rahoitteisessa Soletair-hankkeessaan. Projektissa kohtaa ilmasta talteen otettu hiilidioksidi uusiutuvalla sähköllä tuotetun vedyn ja näistä tuotetaan Fischer-Tropsch-teknologialla polttoaineiksi kelpaavia hiilivetyjä. Koko systeemi muodostuu kolmesta tuotantokontista, joiden yhtäaikaista käyttöä on demonstroitu kesäkuusta 2017 lähtien Lappeenrannassa.

Kerro, mitä mieltä olet hiilen uusiotaloudesta ja CCU:sta!

Usein CCU:ta perustellaan sen positiivisilla ilmastovaikutuksilla, mutta muita ajavia tekijöitä voivat olla uuden uusiutuvan energian käyttäminen raaka-aineena hiiltä vaativissa prosesseissa fossiilisten raaka-aineiden sijaan eli ns. epäsuora sähköistyminen tai yksinkertaisesti hiilidioksidin tarve joissain prosesseissa tai tuotteissa. Ilmastodriveri kuitenkin dominoi pitkän aikavälin järjestelmämuutosta. Jotta yritykset ja investoijat laajamittaisesti toteuttaisivat muutosta, täytyy toiminnan taloudellisten edellytysten olla olemassa. Tällä hetkellä se tarkoittaa kannustimia joko ulkoisvaikutusten kustannusten (esimerkiksi climate policy) tai investointien pitkän aikavälin riskienhallinnan kautta.

Näitä kysymyksiä olemme pyrkineet hahmottelemaan liitteenä olevaan keskustelupaperiin. Onko mielessäsi näkökulmia tai sovelluksia, joita emme osanneet ottaa tässä huomioon?

Samalla kun tuotamme tieteellistä dataa ja numerotietoa tukemaan dokumentissa hahmoteltuja ajatuksia, toivomme nyt kaikilta runsaasti kommentteja tähän paperiin esimerkiksi tämän blogin kommenttikenttään.

Antti Arasto VTT

Antti Arasto, tutkimuspäällikkö
Twitter: @ArastoAntti

Juha Lehtonen VTT

Juha Lehtonen, tutkimusprofessori