Hiili - Haitasta hyödyksi (HiHaCO2)

Hiili haitasta hyödyksi – HiHaCO2

Hiilidioksidipäästöistä mikrolevien avulla vetyä, arvoaineita ja ravinteikasta biomassaa

Voiko hiilidioksidista ja kalanviljelyn ravinteikkaasta vedestä tehdä hyödyllisiä tuotteita?

HiHaCO2-hankkeessa tutkitaan, miten hiilidioksidia ja kalanviljelyn ravinteikkaita sivuvirtoja voidaan hyödyntää mikrolevien kasvatuksessa. Mikrolevät tarvitsevat kasvuunsa hiilidioksidia, valoa ja ravinteita. Tavoitteena on kehittää prosessi, jossa muuten haitallisiksi tai vähän hyödynnetyiksi koetuista sivuvirroista voidaan tuottaa esimerkiksi vetyä, luonnollisia pigmenttejä ja ravinteikasta biomassaa.

Hanke yhdistää hiilidioksidin talteenoton, mikrolevien kasvatuksen, mittausteknologian ja digitaalisen mallinnuksen yhdeksi kokonaisuudeksi.


Näin kokonaisuus toimii

HiHaCO2-hankkeessa tutkittava prosessi perustuu kiertotalouteen.

Ensin hiilidioksidia otetaan talteen ja johdetaan mikrolevien kasvatukseen. Mikrolevät hyödyntävät hiilidioksidia sekä kalanviljelyn vedessä olevia ravinteita kasvuunsa.

Kasvatuksen aikana seurataan esimerkiksi valon määrää, lämpötilaa, veden ominaisuuksia ja mikrolevien kasvua. Mittaustiedon avulla pyritään löytämään olosuhteet, joissa mikrolevät kasvavat tehokkaasti ja tuottavat haluttuja aineita.

Kasvatetusta mikroleväbiomassasta voidaan puolestaan tutkia mahdollisuuksia tuottaa esimerkiksi vetyä, pigmenttejä ja muita hyödyllisiä yhdisteitä sekä ravinteikasta biomassaa.

Tavoitteena on siis muodostaa kokonaisuus, jossa yhden prosessin sivuvirta toimii toisen prosessin raaka-aineena.


Hiilidioksidi raaka-aineena

Hiilidioksidi on kasvihuonekaasu, mutta mikrolevien kasvatuksessa se on samalla tärkeä raaka-aine.

Hankkeessa kehitetään menetelmiä, joilla hiilidioksidia voidaan ottaa talteen ja vapauttaa hallitusti mikrolevien käyttöön. Talteenotossa tutkitaan muun muassa huokoisia materiaaleja, jotka pystyvät sitomaan hiilidioksidia ja luovuttamaan sitä myöhemmin.

Tutkimuksen tavoitteena on selvittää, kuinka hiilidioksidin talteenotto ja hyödyntäminen voidaan yhdistää tehokkaasti mikrolevien kasvatukseen.


Mikrolevät hyödyntävät hiilidioksidia ja ravinteita

Mikrolevät ovat pieniä yhteyttäviä eliöitä, jotka käyttävät kasvuunsa valoa, hiilidioksidia ja ravinteita.

HiHaCO2-hankkeessa mikrolevien kasvatuksessa hyödynnetään myös kalanviljelyn ravinteikkaita vesiä. Näin vedessä olevia ravinteita voidaan pyrkiä kierrättämään uuden biomassan tuotantoon sen sijaan, että ne jäisivät hyödyntämättä.

Mikrolevät voivat tuottaa kasvaessaan erilaisia arvokkaita yhdisteitä. Niistä voidaan tutkia esimerkiksi luonnollisten pigmenttien tuotantoa. Mikrolevien biomassalle voi puolestaan löytyä käyttökohteita esimerkiksi lannoitteissa, rehujen raaka-aineissa tai muissa biopohjaisissa tuotteissa.

Hankkeessa selvitetään myös mikrolevien biologiseen vedyn tuotantoon liittyviä mahdollisuuksia.


Mittaaminen auttaa löytämään parhaat kasvuolosuhteet

Mikrolevien kasvu ja niiden tuottamat yhdisteet riippuvat voimakkaasti kasvuolosuhteista. Esimerkiksi valon määrä, lämpötila, ravinteet ja hiilidioksidin saatavuus vaikuttavat lopputulokseen.

Siksi hankkeessa kehitetään mikroleväkasvatuksen mittaamista ja seurantaa.

Antureiden avulla kerätään jatkuvasti tietoa kasvatusolosuhteista. Mittaustiedon perusteella voidaan tutkia, miten olosuhteiden muutokset vaikuttavat mikrolevien kasvuun ja tuotettaviin aineisiin.

Tavoitteena on löytää mahdollisimman hallitut ja tehokkaat olosuhteet mikrolevien kasvatukseen.


Digitaalinen kaksonen auttaa ymmärtämään prosessia

Hankkeessa rakennetaan mikroleväkasvatuksesta digitaalista kaksosta eli todellista prosessia kuvaavaa digitaalista mallia.

Digitaaliseen malliin yhdistetään antureista saatavaa mittaustietoa ja tietoa prosessin toiminnasta. Mallin avulla voidaan tarkastella mikrolevien kasvua ja ennakoida, miten muutokset esimerkiksi lämpötilassa, valaistuksessa tai hiilidioksidin määrässä vaikuttavat prosessiin.

Tavoitteena on hyödyntää myös tekoälyä prosessin mallintamisessa ja optimoinnissa.

Digitaalinen kaksonen voi tulevaisuudessa helpottaa prosessin ohjaamista, testaamista ja kehittämistä ilman, että jokaista muutosta tarvitsee kokeilla ensin käytännössä.

Missä vaiheessa hanke on nyt?

Hankkeessa kehitetään parhaillaan erityisesti mikrolevien kasvatusolosuhteita, mittaamista ja kasvatusjärjestelmän seurantaa.

Tutkimuksessa selvitetään, millaisissa olosuhteissa mikrolevät kasvavat parhaiten ja miten niiden kasvua voidaan seurata luotettavasti antureiden avulla. Samalla kasvatusta kehitetään pienestä laboratoriomittakaavasta kohti suurempia kasvatusmääriä. Vedyn tuotanto on hankkeen seuraava tutkimusvaihe. 

Tutkimushankkeessa edetään vaiheittain. Tulosten perusteella arvioidaan, mitkä menetelmät ovat lupaavia jatkokehitystä ja mahdollisia suuremman mittakaavan sovelluksia varten.


Miksi tätä tutkitaan?

HiHaCO2-hankkeessa etsitään uusia tapoja hyödyntää hiilidioksidia ja ravinteikkaita sivuvirtoja kiertotalouden raaka-aineina.

Jos hiilidioksidia ja ravinteita voidaan käyttää mikrolevien kasvatukseen ja mikrolevistä voidaan edelleen tuottaa hyödyllisiä tuotteita, samaan kokonaisuuteen voidaan yhdistää päästöjen vähentämistä, ravinteiden kierrätystä ja biopohjaisten raaka-aineiden tuotantoa.

Tutkimus tuottaa tietoa siitä, millä edellytyksillä tällainen kokonaisuus voi toimia käytännössä ja mitä teknisiä ratkaisuja sen toteuttaminen vaatii.


Yhteistyöllä eri alojen osaaminen yhteen

HiHaCO2 on Jyväskylän ammattikorkeakoulun ja Jyväskylän yliopiston yhteinen tutkimus- ja kehittämishanke.

Hankkeessa yhdistyy osaamista muun muassa mikrolevien kasvatuksesta, kemiasta, hiilidioksidin talteenotosta, mittausteknologiasta, tietotekniikasta ja prosessien mallintamisesta.

Monialaisen yhteistyön tavoitteena on rakentaa yksittäisten teknologioiden sijaan kokonaisuus, jossa hiilidioksidin talteenotto, mikrolevien kasvatus ja prosessin digitaalinen seuranta tukevat toisiaan.


Hankkeen tavoite

HiHaCO2-hankkeen tavoitteena on tuottaa uutta tietoa ja ratkaisuja siihen, miten hiilidioksidia ja ravinteikkaita sivuvirtoja voidaan hyödyntää mikrolevien avulla.

Hankkeessa tutkitaan erityisesti:

• hiilidioksidin talteenottoa ja hyödyntämistä mikrolevien kasvatuksessa
• kalanviljelyn ravinteikkaiden vesien hyödyntämistä
• mikrolevien kasvatusolosuhteiden optimointia
• mikrolevistä saatavia arvoaineita ja biomassaa
• mikrolevien biologista vedyn tuotantoa
• antureihin perustuvaa prosessin mittaamista
• digitaalisen kaksosen ja tekoälyn hyödyntämistä prosessin mallintamisessa.

Hankkeen tulokset tukevat uusien kiertotalousratkaisujen kehittämistä sekä hiilidioksidin ja ravinteiden tehokkaampaa hyödyntämistä.


Hankkeen tulokset vahvistavat Keski-Suomen osaamista hiilidioksidin hyödyntämisessä, mikroleväteknologioissa, vedyn tuotannossa ja älykkäässä prosessinhallinnassa. Samalla hanke tuo yhteen korkeakoulujen, tutkimuksen ja yritysten osaamista, jotta hiilidioksidipäästöistä ja ravinnepitoisista sivuvirroista voidaan kehittää uusia ratkaisuja kestävään kasvuun.


Haluatko kuulla lisää hankkeesta? Ota yhteyttä!

Elja Kallberg
Vanhempi asiantuntija, Senior Advisor
Uudistuvan teollisuuden instituutti, Institute of New Industry
Teknologia, School of Technology
+358504273078
etunimi.sukunimi@jamk.fi