Hiilen kiertokulku ja kiertotalous

Raaka-aineiden ja energian lähteet

Uusiutuvien raaka-aineiden tärkein lähde kiertobiotaloudessa on  biosfäärin (eliökehä) ja ilmakehän (atmosfääri) muodostama biologinen hiilen kierto (kuva 1). Kasvibiomassa edustaa noin 80 %:tä biosfäärin hiilen kokonaismäärästä (pois lukien maaperän hiili), ja kaksi kolmasosaa tästä biomassasta on metsissä ^1,2. Biosfääriin kuuluu myös pedosfääri eli maaperä. Puu on monipuolisin ja runsain metsäekosysteemien tuottama luonnonvara. Kierrätetyt raaka-aineet ovat sen sijaan peräisin ”kuluttajakehästä” eli ihmiskunnan taloudesta. Esimerkiksi kierrätyspaperi- ja kartonkituotteiden osuus kaikista paperin- ja kartonginvalmistuksessa käytetyistä raaka-aineista on yli 50 %. Käytettyjä tekstiilituotteita ja rakennuspuuta kierrätetään yhä enemmän.

Metsäteollisuudessa tärkein energianlähde on uusiutuva biomassa. Sellutehtailla se on ligniiniä, joka liuotetaan puuhakkeesta sellunvalmistusprosessin aikana, konsentroidaan ja käytetään nestemäisenä biopolttoaineena tehtaiden integroiduissa talteenotto- ja voimalaitoksissa – niin sanotuissa soodakattiloissa. Myös puun kuori hyödynnetään polttoaineena. Sahateollisuudessa pääpolttoaineet ovat sahanpuru ja muu puutähde. Nykyaikaiset suuret sellutehtaat ovat omavaraisia sähkön ja höyryn osalta. Lisäksi ne voivat tuottaa hiilineutraalia sähköä valtakunnallisille (ja yhä enemmän myös kansainvälisille) sähköverkoille ja uusiutuvaa lämpöbioenergiaa esimerkiksi paperi- tai kartonkitehtaiden prosessitarpeisiin tai ympäröivien yhteisöjen lämmitystarpeisiin.

Hiilen kiertokulkuun kuuluvat nielut, varastot ja virrat

Globaalit materiaali- ja energiavarastot biosfäärissä, atmosfäärissä, hydrosfäärissä ja litosfäärissä sekä näiden väliset virtaukset muodostavat erittäin monimutkaisen ja dynaamisen järjestelmän (kuva 2). Ihmiskunnan talous eli kuluttajakehä on tämän järjestelmän nopeasti kehittyvä uusi tulokas, verrattuna muiden kehien kehitykseen ja ikään verrattuna. Se tuottaa järjestelmälle vain pieniä hiilivarastoja, mutta hiilivirtauksiin se vaikuttaa paljon voimakkaammin.

Hiilinielu tarkoittaa hiilivaraston kasvua. Kasvavat metsät ovat hiilen kiertokulun hiilinieluja, kun hiiltä kertyy puihin biosynteesin kautta. Kun metsä vanhenee riittävästi, sen hiilinielutoiminto pienenee vähitellen. Lopulta kuolevat puut poistavat metsäekosysteemistä yhtä paljon biomassaa kuin mitä kasvavat puut tuottavat. Kuolleen biomassan kertyminen vanhoihin metsiin jatkuu pitkään myös tämän jälkeen ⁴. Hiilinielujen lisäksi nämä vanhat metsät tarjoavat meille muita tärkeitä ekosysteemipalveluja, kuten lajien rikkautta ja ihmisten virkistysmahdollisuuksia.

Maailmanlaajuisesti hiilinieluja tarvitaan lisää pääasiassa kahdesta syystä: ensinnäkin kompensoimaan fossiilisten polttoaineiden käytöstä aiheutuvia aiempia ja tulevia hiilidioksidipäästöjä ja toiseksi kompensoimaan metsäkatoa, joka johtuu lähinnä maatalouden viljelyalojen laajenemisesta mutta myös huonoon metsänhoitoon liittyvistä hallitsemattomista laittomista hakkuista ⁵.

Elävien organismien aiheuttama hiilen kierto biologisessa kiertokulussa on erittäin nopeaa verrattuna geologiseen hiilen kiertokulkuun, joka perustuu erittäin hitaisiin geologisiin prosesseihin. Biologinen hiilen kierto ja geologinen hiilen kierto ovat yhteydessä atmosfäärin ja hydrosfäärin yhteisiin hiilivarastoihin. Biosfääri hyödyntää ilmakehän ja merien hiilidioksidivarastoja, jotka täydentyvät ja tyhjentyvät myös hitaiden, luonnollisten geologisten prosessien kautta (kuva 2). Erillään tästä jatkuvasta kiertokulusta maapallolla on mittavat uusiutumattomat fossiiliesiintymät, jotka muodostuivat kasvibiomassasta satoja ja kymmeniä miljoonia vuosia sitten miljoonia vuosia kestäneessä prosessissa ⁶.

Edellä mainittujen luonnollisten hiilivirtojen lisäksi fossiilisten polttoaineiden (hiili, öljy ja maakaasu) palaminen luo antropogeenisen hiilidioksidivirran, joka on olennainen osa ihmiskunnan taloutta eli kuluttajakehää. Fossiilipohjaisten hiilidioksidipäästöjen palauttamiselle takaisin fossiiliesiintymiin ei ole vastaavaa luonnollista hiilivirtaa. Siksi tämän hiilidioksidivirran hyötykäyttö ja kierrättäminen muilla keinoin jää ihmiskunnan talouden järjestettäväksi ja maksettavaksi. Kestävän markkinatalouden kulmakiven, eli käyttäjä maksaa -periaatteen⁷, mukaisesti fossiilipohjaisen hiilidioksidin kierrätyksen kustannukset tulisi sisällyttää fossiilisten polttoaineiden hintoihin. Tähän saakka fossiilisen polttoaineen kaupallistamisessa tämä kustannus on kuitenkin siirretty fossiilisten polttoaineiden hinnoista tulevien sukupolvien maksettavaksi, eikä kierrätystä ole vielä järjestetty.

Biologinen hiilen kierto ja valtameret voivat kuitenkin absorboida huomattavan osan fossiilipohjaisista hiilidioksidipäästöistä (ja geologinen hiilen kierto paljon pienemmän osan). Silti fossiilisten polttoaineiden löytämisen jälkeen suuri osa päästöistä on kerääntynyt ilmakehään – ja jatkaa sinne kerääntymistä nopeasti kiihtyvällä tahdilla, kasvattaen ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta. Esimerkiksi maapallon lämpötasapaino, ilmasto, biosfääri ja merien karbonaattikemia ovat herkkiä tälle kasvulle. Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on noussut 280 ppm:stä vuodesta 1900 nykyiseen 400 ppm:ään (ppm = miljoonasosa) ^6,8.

Positiivinen asia on se, että kun hiilidioksidia on enemmän saatavissa ilmasta, se kiihdyttää metsien kasvua ja on jo lisännytkin huomattavasti biosfäärin biosynteettistä kapasiteettia ⁸. Tämä vaikutus ei kuitenkaan ole riittävä absorboimaan kaikkia fossiilipohjaisia hiilidioksidipäästöjä biosfääri-ilmakehän hiilikiertoon. Negatiivinen asia taas on se, että ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden nousu aiheuttaa ilmaston lämpenemistä ja johtaa esimerkiksi ilmastonmuutokseen ja merenpinnan nousuun. Merien merkittävä rooli hiilen maailmanlaajuisessa kiertokulussa esitetään kuvassa 2, mutta sitä ei käsitellä tässä yksityiskohtaisesti.

Sekä fossiilisten polttoaineiden käytön vähentäminen että hyvin hoidetun tuotantometsäalueen laajentaminen ovat tärkeitä, toteutettavissa olevia ja käytännöllisiä tapoja parantaa kestävää kiertobiotaloutta.

Metsänhoidon merkitys

Viimeaikaiset edistysaskeleet metsään liittyvien hiilivarastojen ja -virtojen maailmanlaajuisessa pitkäaikaisessa mallinnuksessa paljastivat, että metsänhoitotekniikoiden vaikutus koko maailman hiilitasapainoon on ollut erittäin positiivinen. Ne ovat vähentäneet puunkorjuun aiheuttamaa kumulatiivista hiilivarastojen laskua vuoden 1900 arviolta 484 gigatonnista hiiltä (jos metsänhoitoa ei olisi harjoitettu korjuualueilla) 92 gigatonniin hiiltä (hyvää metsänhoitoa harjoitettu). Koska tuotantometsiä hoidetaan hyvin suurimmassa osassa teollista maailmaa, maankäyttömuutosten – mukaan lukien maanviljelystä johtuvan metsäkadon ja hallitsemattoman puunkorjuun – kokonaisvaikutus on arviolta vain 7 % antropogeenisiten hiilipäästöjen kokonaismäärästä vuodesta 1900 alkaen. Nykyaikaiset metsänhoitotekniikat on kehitetty nykyiselle tasolleen viimeisten 70 vuoden aikana. Niitä on sovellettu intensiivisesti monissa osissa maailmaa, ja osittaisesti laajemminkin ⁹.

Metsänhoitoon kuuluu esimerkiksi puiden istuttaminen, lajikkeiden valinta ja runkotiheyden optimointi harventamalla, hallittu lannoitus ja muut metsän kasvua ja sen uusiutumista edistävät käytännöt.

Hyvin hoidettujen tuotantometsien lisääntyvälle käytölle ja biotalouden kasvulle on esitetty vaihtoehtoa, jossa esimerkiksi EU:ssa tällaisia metsiä voitaisiin hakata vähemmän, jotta ne toimisivat tehokkaammin hiilinieluina tulevien 10–30 vuoden ajan. Alueellisten tai kansallisten polittisten tavoitteiden saavuttamiseksi. Kestävälle metsänhoidolle tämä tarkoittaisi lyhyen aikavälin tavoiteasetantaa. Tällainen toiminta vaarantaisi myös biotalouden ja globaalin kestävän kehityksen tavoitteet. Koska puunjalostustuotteiden markkinat ovat maailmanlaajuiset, tämä voisi johtaa puunkorjuun kasvuun hoitamattomissa metsissä muualla maailmassa ja siten negatiiviseen nettovaikutukseen hiilineutraaliudessa koko maailman mittakaavassa. Lisäksi metsäpohjaiseen biotalouteen tehdyt investoinnit alueilla ja maissa, joissa metsänhoitoala on hyvin kehittynyt ja kestävä, saattaisivat vähentyä ja aiheuttaa lisää alueellisesti haitallisia vaikutuksia pitkällä aikavälillä¹⁰. Myös globaalien ja pitkäaikaisten vaikutusten huomioon ottaminen on erittäin tärkeää, kun asetetaan paikallisia tai kansallisia tavoitteita hiilineutraaliuden saavuttamiseksi lyhyemmällä aikavälillä.

Koska myös suuri yleisö jakaa entistä suuremmassa määrin tutkijoiden tietoisuuden ilmastonmuutoksen uhkista, se on aiheuttanut ”ilmastoahdistusta” – luonnollisen reaktion uhkaan. Järkevä tapa muuttaa ilmastoahdistus hedelmälliseksi toiminnaksi on lisätä tietoa hiilen kiertokulusta ja ilmastonmuutoksesta ja edistää ilmastonmuutoksen hillintään tähtääviä hyvin suunniteltuja, käytännöllisiä toimenpiteitä. Metsäpohjaisen kiertobiotalouden tehostaminen tarjoaa tähän käytännön mahdollisuuksia.

Lue lisää

1. The Globe Project
2. Second State of the Carbon Cycle Report (2018). U.S. Global Change Research Program
3. Hetemäki L. et al. (ed.) (2017). Towards a sustainable European forest-based bioeconomy.