Biotalouden kulmakivinä metsät, puu ja maankäyttö

Biotaloudesta toivotaan ratkaisua suomalaiseen vähähiiliseen ja energiatehokkaaseen yhteiskuntaan. Se perustuisi uusiutuvien luonnonvarojen käyttöön ja materiaalien tehostettuun kierrättämiseen. Biotalouden odotetaan luovan uusia työpaikkoja, lisäävän vientiä ja hyvinvointia.

Itä-Suomen yliopistossakin on parhaillaan valmisteilla oma biotalousstrategia. Biotaloustutkimuksessa ja -koulutuksessa aiotaan panostaa monitieteisesti metsään, puuhun ja maankäyttöön. Uusia avauksia haetaan myös esimerkiksi biotalouteen kytkeytyvistä terveydestä, ravitsemuksesta, oikeustieteistä, kulttuurintutkimuksesta ja aluekehityksestä.

– Nyt on otollinen aika toimia. Biotalousstrategialla halutaan yhdistää yliopistomme jo olemassa olevia vahvuuksia, kertoo metsäbiotalouden professori Jyrki Kangas Metsätieteiden osastolta.

– Vihreä talous, kestävä kehitys… Nimitykset muuttuvat, mutta kaikissa näissä kantavana ajatuksena on vastata uusilla tavoilla niihin ongelmiin, joita maapallon kasvava väestö ja lisääntyvä luonnonvarojen kulutus aiheuttavat. Yksi tärkeimmistä aloista tässä yhteydessä ja myös yliopistomme vahvuuksista on metsätieteet, josta voi syntyä meille tulevaisuudessa merkittävää kilpailuetua, sanoo metsätieteiden osaston johtaja, professori Jari Kouki.

– Metsien käyttö on äärimmäisen monitieteistä. Metsänhoidosta, ekologiasta, ekonomiasta ja politiikasta voidaan laajentaa näkökulmaa biologiaan, kemiaan ja yhteiskuntatieteisiin. Terveysvaikutteiset tuotteet kuten xylitol ja Benecol ja toisaalta taas biopolttoaineet saavat nekin alkunsa metsästä.

– Suomalainen metsä-alan asiantuntijuus on myös merkittävä vientituote. Yliopistollamme tutkitaan nimenomaan kokonaisuuden hallintaa, valtakunnan tasolta yksittäiseen metsikköön – myös ennakoiden, mihin kaikki johtaa tulevaisuudessa, lisää Kangas.

– Haasteena on kuitenkin se, miten saamme pidettyä metsätieteiden aseman edelleenkin kansainvälisesti korkealla tasolla. Tämä vaatii esimerkiksi tohtorikoulutuksen jatkuvaa kehittämistä ja onnistuneita rekrytointeja.

– Tieteenaloja yhdistäessä tulevat vastaan myös erilaiset tutkimuksen traditiot, ja vaikkapa menestyksen mittaaminen eri tavoilla, miettii Kouki.

Myös kemian laitoksen tutkijat pitävät metsää ja puita tärkeänä osana biotaloutta.

Biotaloudesta puhuttaessa unohtuu usein se, että se on läpikotaisin kemiaa. Olipa sitten kyseessä luonto, teknologia tai energia, kaikkien näiden alojen edistysaskeleiden takaa löytyy kemia, sanoo kemian laitoksen johtaja, professori Tapani Pakkanen.

– Biotalouden ympärillä on ollut tietynlaista hypetystä viime vuosina, lisää professori Janne Jänis.

– Vaikka teemat ovat pysyneet samoina vuosia, vasta viime aikoina on nähty nopeita edistysaskeleita eri aloilla, kuten biomassan hyödyntämisessä.

– Tärkeintä on se, että puu kasvaa. Mutta meidän näkökulmamme on se, että metsäbiomassan, erityisesti erilaisten sivuvirtojen käyttöä voidaan merkittävästi lisätä. Ykköspuuta ei tietenkään käytetä biopolttoaineen valmistukseen, selventää Jänis.

– Raakaöljyn loppumisesta on varoiteltu kauan, mutta ei se ihan vielä ole loppumassa. Laatu kuitenkin heikkenee, hinta nousee ja sääntely lisääntyy. Fossiilisista polttoaineista on pikkuhiljaa pakko siirtyä muihin polttoaineisiin. Meillä riittää metsissä biomassaa, josta polttoaineita voisi valmistaa.

– Mutta eihän kaikkea fossiilista hiiltäkään saisi nykytiedon mukaan ottaa, muistuttaa Pakkanen.

– On olemassa monta näkemystä siitä, missä biomassan hyödyntämisen sietokyvyn raja on. Meillä tässä olisi kyseessä hyödynnettävissä olevien sivuvirtojen käyttö, ei niinkään lahopuun ja risujen korjuu metsistä, täsmentää Jänis.

– Yhdysvalloissa ollaan edelleen valtavan riippuvaisia fossiilisista polttoaineista, ne tuottavat edelleen noin neljä viidesosaa kaikesta tarvittavasta energiasta. Saudi-Arabian öljyfirmat ovat jo arvioineet, että ei mene kauan, kun raakaöljyn jalostaminen voi jo olla liian kallista. Onneksi meidän ei tarvitsekaan heti siirtyä pois fossiilisten polttoaineiden käytöstä. Meillä on aikaa kehittää ja varautua asiaan, lisää Jänis.

– Puunpoltto on valtava energianlähde Suomessa. Se ei ole niin helposti korvattavissa. Kun metsissä pidetään isot rungot pystyssä, ne taas sitovat hiilidioksidia. Tärkeää onkin pitää kaikki eri näkökulmat tasapainossa, lisää professori Mika Suvanto kemian laitokselta.

Takkojen pienhiukkaspäästöt historiaan

Pienhiukkaspäästöjen eliminointi ajoneuvoissa on ollut trendinä jo vuosia. Ajoneuvojen katalysaattorit ovat nykyään niin tehokkaita, että ne toimivat jopa ilman puhdistajina. Teollisuudessa katalyytit ovat myös poistaneet pienhiukkasongelman, ja Lontoon kuuluisat sumut ovat muisto vain.

Nyt kiinnostuksen kohteeksi on noussut puun pienpoltto: suomalaisten kotien sydämet eli takat, kiukaat ja muut tulisijat.

Tutkijoiden teknologinen tavoite on pystyä poistamaan tulisijojen tuottamat haitalliset pienhiukkaset kokonaan. Professori Mika Suvannon mukaan tämä tavoite on vielä varsin kaukana, mutta toimenpiteisiin päästöjen vähentämiseksi on jo ryhdytty. Tulisijapiireissä asiasta on meneillään paljon keskustelua, ja viranomaiset haluavat päästöille rajoituksia.

Jos sopivan ja ennen kaikkea kustannustehokkaan katalysaattorin kehittämisessä onnistutaan, kyseessä on valtava bisnes. Kuluttajat ovat jo tietoisia aiheesta ja valmiita maksamaan uusista ratkaisuista.

– Käytännössä hiilineutraalisuutta ei tulla saavuttamaan ilman katalysaattoreita, sanoo projektitutkija Niko Kinnunen kemian laitokselta.

Kinnusen mukaan tulisijan katalyytti voisi yksinkertaisimmillaan olla vaikkapa metallioksidia tai piidioksidia sisältävää maalia esimerkiksi vuolukiviuunin sisäpinnalla. Ideana on käyttää kustannustehokkaita, suuren pinta-alan omaavia katalyyttejä, vaikkapa pulveria jossa yksi gramma ainetta kattaa 300 neliömetriä pinta-alaa.

– Esimerkiksi koko savupiipun sisäpintaa ei kannata päällystää katalysaattorilla, vain sopivan kuumuuden kohdalla olevat pinnat. Tulevaisuuden tavoitteena on saada katalyytit toimimaan alemmissakin lämpötiloissa.

Polttoaineita biomassasta

Biobensiinin yleistyminen on vielä kaukana, kymmenen tai viidentoista vuoden päässä, sanoo professori Janne Jänis.

Biopolttoaineiden valmistuksessa on nykyään jo siirrytty kotimaisiin raaka-aineisiin, kuten puubiomassaan ja teollisuuden tuottamiin sivuvirtoihin.

– Visiomme on se, että tulevaisuudessa myös liikennepolttoaineita voidaan tehdä puubiomassasta, sanoo professori Janne Jänis.

Kemian laitoksen erityisenä tutkimuskohteena on sellaisten teollisuuden sivuvirtojen hyödyntäminen, joista ei kannata tehdä polttoainetta. Esimerkiksi koivun kuoresta ja mustalipeästä voidaan saada muita hyödyllisiä kemikaaleja. Tutkimuksen pääpaino on nyt pyrolyysitekniikoissa sekä puuta hajottavissa ja muokkaavissa entsyymeissä.

Kemian laitoksen rooli tällä hetkellä on kehittää biopolttoaineiden kemiallista analytiikkaa yhdessä eri alojen yritysten kanssa. Muun muassa korkean erotuskyvyn massaspektrometrialla saadaan selville polttoaineen kemiallinen sormenjälki, jota sitten hyödynnetään jatkojalostuksessa.

Pakkasen ja Suvannon mukaan seuraavia kiinnostavia tutkimuskohteita ovat myös biopohjaiset materiaalit kuten polymeerit. Jo nyt luonnonkuiduista on pystytty tekemään vahvoja ja kevyitä komposiittirakenteita.

Uusia innovaatioita metsien kätköistä

Lahottajasienien ja etenkin kääpien joukossa on lajeja, joita voitaisiin käyttää selluloosan teollisissa valmistusprosesseissa. Monet käävät ovat Suomessa uhanalaisia. Kuvassa riekonkääpä.

Metsien luontaisten biodiversiteettien ylläpitäminen on tärkeää, sillä juuri luonnontilaisista metsistä saattaa löytyä uusia lajeja, joita voidaan hyödyntää teollisuuskäytössä. Yksi tällainen laji Suomessa on uhanalainen talikääpä, jota esiintyy esimerkiksi metsäpaloalueilla.

– Talikääpä hajottaa puun ligniiniä, ja tätä voidaan hyödyntää sellun tuotannossa. Se saattaa säästää jopa 20 prosenttia käytetystä sähköstä, sanoo professori Jari Kouki.

Kiinnostavia tutkimuskohteita ovat erityisesti myös monet sellaiset puumateriaalit, joiden esimerkkejä löytyy enää vain luonnonmetsistä. Esimerkiksi hitaasti kasvaneissa ja kuolleissa kelopuissa saattaa olla kemiallisia koostumuksia, joihin lahottajat eivät pysty. Pakurikäävälle taas on jo nyt rajattomat markkinat. Männiköitä tuhoava kaarnakuoriainen puolestaan voi tuoda jälkeläisilleen paitsi ravintoa, myös lääkettä eli eräänlaisena luonnon antibioottina toimivan sienen. Tällaiselle yhdisteelle on äskettäin haettu patenttia.

Tutkimuskohteena voi olla yksi geeni tai koko tuotantoprosessi. Kankaan mukaan esimerkiksi mäntyöljyn valmistuksessa koko tuotantoketju metsästä tehtaalle vaikuttaa siihen, mitä kemistit onnistuvat saamaan irti puupalikoista. Aikaisemmin tuotteen valmistuksen ongelmana olleet aineet taas saattavatkin olla jalostusarvoltaan suurempia kuten sellunkeiton riesana pitkään ollut pihka.

Tehometsätalouden synninpäästö

Vaikka tehometsätalous on monille edelleen kirosana, tutkijoiden mukaan se voisi kuitenkin olla yksi kiinnostava ratkaisu biotalouden haasteisiin, etenkin kun mukaan otetaan myös maankäytön suunnittelu samanaikaisesti.

– Ideana olisi metsien monimuotoisuuden turvaaminen. Yhdeltä hehtaarilta saataisiin enemmän puuta, jolloin hakkuiden ympäristövaikutuksia pystyttäisiin kontrolloimaan kokonaisuutena paremmin, sanoo professori Jyrki Kangas.

– Metsänkasvua voidaan tehostaa vanhoilla keinoilla kuten lannoituksella, taimikkovaiheen hoidon lisäämisellä ja puulajivalinnoilla, metsänjalostuksella ja tulevaisuudessa kenties myös geenimanipulaatiolla. Ilmastonmuutoksen myötä kuusen määrä metsissä alkanee vähentyä kuivuuden vuoksi. Käytännössä metsänomistaja on tulevaisuudessakin se, joka päättää mitä istutetaan.

Koukin mukaan toisilla alueilla taas olisi järkevää keskittyä metsien ainutlaatuisen ekosysteemin vaalimiseen ja monimuotoisuuden turvaamiseen. Tavoitteena olisi niin ekologinen ja taloudellinen kuin sosiaalinenkin kestävyys. Biotalous voisi olla maaseudun pelastus, metsät ja niiden hoito toisivat lisää työpaikkoja syrjäisemmillekin alueille.

Teksti Marianne Mustonen Kuvat Varpu Heiskanen, Raija Törrönen ja Jari Kouki

Lähde: www.biotalous.fi