Biohiilet (engl. biochar, biocarbon) ovat biomassoista pyrolyysissä valmistettuja hiilipitoisia kiinteitä aineita. Ne ovat tällä hetkellä yksi konkreettisimmista ja kustannustehokkaimmista tavoista varastoida hiiltä pitkäaikaisesti maaperään.

Lisäksi maaperään sijoitettuna biohiili edistää biomassan tuotantoa etenkin heikkotuottoisilla alueilla, mikä edelleen parantaa hiilensidontaa. Biohiilen valmistuksessa syntyvällä ylijäämäenergialla sekä pyrolyysiöljyllä ja -kaasuilla voidaan korvata fossiilisia polttoaineita. Biohiilen tuotannolla ja erilaisilla biohiilisovelluksilla on erittäin korkea kasvupotentiaali ja kysyntä kasvaa maailmanlaajuisesti. Markkinoiden vaateisiin tulee vastata nopeasti.

Mitä biohiili on?

Biohiileksi kutsutaan kaikkia biomassasta pyrolysoituja biohiiliä, joiden käyttö tähtää lopulta pysyvään varastoon. Biohiili on todella monikäyttöinen materiaali ja yleisimmin sitä käytetään lannoitevalmisteissa sekä hiilensidontateknologiana pelloilla ja muualla maaperäkäytössä. Biohiilillä on monia mahdollisia korkean käyttöarvon sovelluksia ja sovelluskohteita esimerkiksi fossiilisten raaka-aineiden korvaajana.

Monia erilaisia korkeahiilipitoisia tuotteita valmistetaan teollisesti tai erilaisten prosessien sivutuotteina, ja niiden loppukäyttö vaihtelee suuresti. Ulkonäöltään nämä tuotteet voivat olla hyvinkin samankaltaisia, mutta ovat ominaisuuksiltaan erilaisia. Osa korkeahiilipitoisista materiaaleista määritellään biohiiliksi lainsäädännön, standardoinnin ja sertifioinnin perusteella, mutta osa niistä jää biohiili-määritelmän ulkopuolelle. Lainsäädäntö-, standardointi- ja sertifiointityö biohiilelle on vielä jokseenkin kesken ja kehittymässä, joten biohiilen määritelmä tulee selkeytymään lähiaikoina. Erilaisia hiilipitoisia tuotteita ovat mm. torrefioidut pelletit, tekninen hiili, aktiivihiili ja HTC-biohiili. Biohiilen kriteerinä on sen kestävä tuotanto ja käyttö, joten mm. torrefioitua pellettiä ei pidä näin ollen kutsua biohiileksi.

Biohiili on yleisesti tunnistettu EU:ssa ja EU:n uusi lannoitelainsäädäntö määrittelee, että pyrolyysi- ja kaasutusmateriaalien (eli biohiilen) termokemiallisen konversioprosessin on tapahduttava reaktorissa, jossa hapen määrää on rajoitettu, ja kuumentamalla vähintään 180 °C:ssa vähintään 2 sekunnin ajan. Biohiilen kuumennuslämpötila vaihtelee kuitenkin yleensä noin 350–1000 °C:ssa, kuten Euroopan Biohiilisertifikaatti (EBC) määrittelee kuumennuslämpötilan. Kun biomassa kuumennetaan vähähappisissa olosuhteissa biomassan orgaaniset aineet hajoavat kemiallisessa reaktiossa pyrolyysissä. Biohiilen kuumennuslämpötila voidaan optimoida biohiilen käyttökohteiden mukaan.

Euroopan Biohiilisertifikaatin (EBC) mukainen määritelmä biohiilestä on: ”Biohiili on huokoinen hiilipitoinen materiaali, joka on tuotettu pyrolyysissä kasvibiomassoista, ja sitä käytetään siten, että sen sisältämä hiili pysyy varastoituna pitkäaikaisena hiilinieluna (C sink) tai se korvaa fossiilista hiiltä teollisessa tuotannossa. Biohiiltä ei ole tarkoitettu poltettavaksi energiantuotannossa.”  Euroopassa biohiili-termiä (mm. biochar, biocarbon yms.) käytetään jokseenkin erilailla kuin Pohjois-Amerikassa (jossa mm. biochar, biocarbon määritellään eri termeiksi).

Tuotannossa sivutuotteena syntyviä pyrolyysiöljyjä ja –kaasuja sekä hukkalämpöä otetaan talteen. Esimerkiksi Euroopan Biohiilisertifikaatin kriteerinä on, että vähintään 50 % pyrolyysiöljyistä ja –kaasuista otetaan talteen ja tuotantolaitoksen energiatehokkuuden on oltava 50 %. Esimerkiksi pyrolyysin sivutuotteena syntyvät kondensoitumattomat kaasut toimivat hyvin polttoaineena. Tulevaisuudessa saattaakin olla mahdollista, että pyrolyysin ns. sivutuotteena syntyvien tuotteiden markkinat voivat olla yhtä suuret kuin itse biohiilen.

Biohiilen rakennekuva mikrometrien tarkkuudella. Kuvaa Preseco Oy:n valmistamasta kuusibiohiilestä on käytetty Helsingin yliopiston peltotutkimuksessa. Kuva: Helsingin yliopisto, Ilya Belevich

Biohiilen mikrotason huokoisuus erottuu selkeästi rakennekuvassa. Kuva: Helsingin yliopisto, Ilya Belevich

Biohiilen ominaisuuksia

Biohiilet ovat rakenteiltaan erityisen huokoisia ja pystyvät pidättämään itsessään ravinteita ja vettä. Pidätyskykynsä ansiosta biohiilet voivat lisätä maaperän kosteuspitoisuutta, mikä vaikuttaa maaperän mikrobiaaliseen toimintaan suotuisasti. Hajotusta vastaan pysyvän rakenteensa ansiosta biohiilet voivat säilyä maaperässä satoja tai jopa tuhansia vuosia. Siksi biohiili voi toimia pitkäaikaisena hiilivarastona ja auttaa hillitsemään ilmastonmuutosta.

Biohiilen monipuolisiin ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa raaka-ainevalinnoilla, lisäaineilla ja tuotanto-olosuhteilla. Biohiiltä voidaan myös rikastaa tai jatkokäsitellä esimerkiksi aktiivihiileksi. Biohiiltä kaikkein lähimpänä on puuhiili, näiden hiilien pääasiallisena erona pidetäänkin loppukäyttöä. Biohiilen käyttökohteisiin kuuluu esimerkiksi maanparannus ja suodatus, kun taas puuhiilellä tarkoitetaan energiakäyttöön kuten grillihiileksi tuotettua hiiltä. Ominaisuuksien kannalta näissä voi olla suuriakin eroja, mm. maanparannuskäytössä biohiilen tulisi ensisijaisesti pidättää vettä ja ravinteita.  

Hiilensidonta

Biohiilen hiilensidontapotentiaali on korkea. Raaka-aineena käytetyn biomassan hiiltä varastoituu pitkäaikaisesti pysyvästi maaperään biohiilessä itsessään, ja lisäksi biohiilellä voi olla positiivinen vaikutus maaperän hiilensidontapotentiaaliin vesitalouden parantamisen, mikrobiaalisen toiminnan lisäämisen kuin myös muiden kasvien kasvua tukevien tekijöiden paranemisen kautta.

Biohiiltä voidaan kutsua negatiivisten päästöjen teknologiaksi (NET), koska noin 56-74 % raaka-aineena käytetyn biomassan hiilestä pystytään sen avulla varastoimaan maaperään tai muihin käyttökohteisiin sadoiksi tai jopa tuhansiksi vuosiksi. IPCC käyttää hiilensidontapotentiaalin lukuna 56 % ja EBC 74 %. Ja biohiilen vuosittaisesta hajoamisnopeudesta käytetään keskiarvona lukua 0,3 %, minkä osuuden biohiilestä arvioidaan hajoavan vuosittain ympäristöön.

Käyttökohteet

Biohiili on todella monipuolinen materiaali ja sen sovelluskohteita ovat mm.:

Kasvualustat  

Kasvualustoissa biohiiltä voidaan käyttää monipuolisesti esimerkiksi tasapainottamaan kasvualustan kosteusolosuhteita.  

Suodattaminen 

Suodatuskäytössä biohiili puhdistaa esimerkiksi kaupunkien hulevesiä tai maatalouden ravinnepitoisia vesiä.  (Bio)hiiltä voi myös käyttää sisäilman suodattamiseen ja puhdistamiseen, ja tutkimusta tehdään esim. biohiilen kyvystä puhdistaa ilmasta VOC-yhdisteitä osana rakennusmateriaaleja.

Kaupunkiympäristö  ja rakennustuotteet

Biohiiltä voidaan käyttää kaupunki- ja viherrakentamisessa. Ja käyttökohteita ovat mm.

  • katupuiden kasvualustat
  • viherkatot
  • hulevesien puhdistusjärjestelmät

Biohiilen mahdollisuuksia esimerkiksi osana betonin valmistusta tutkitaan. 

Maatalous  

Biohiiltä voidaan käyttää maanparannusaineena maataloudessa. Myös kotieläintilojen laaja-alainen kaskadikäyttö on mahdollista. Eli biohiiltä voidaan lisätä rehuun ja sen on todettu lisäävän karjan hyvinvointia. Sama biohiili kulkee lantaan vähentämään hajuhaittoja ja sitten tehostamaan kompostointia. Lopuksi se voidaan laittaa maahan parantamaan kasvua.  

Hiilensidonta ja –varastointi 

Ennemmin tai myöhemmin biomassa hajoaa, minkä seurauksena sen sisältämä hiilidioksidi vapautuu takaisin hiilikiertoon. Tähän kiertokulkuun voidaan puuttua, kun biomassasta valmistetaan biohiiltä, joka varastoidaan sadoiksi tai tuhansiksi vuosiksi maaperään. 

Muu käyttö 

Biohiilen käyttökohteita on todella monenlaisia. (Bio)hiiltä voidaan käyttää edellä mainittujen kohteiden lisäksi mm. kosmetiikassa, lääketeollisuudessa, biokaasun tuotannossa, akkujen raaka-aineena, maaleissa, elintarvikeväriaineena ja tekstiileissä ym. 

Raaka-aine ja käsittely

Biohiiltä voi tuottaa kaikenlaisesta biomassasta. Eniten biohiilen ominaisuuksiin vaikuttavat kuitenkin sen valmistukseen käytetty raaka-aine ja sen käsittely.

Raaka-aineen käsittelytapoja ovat mm.:

  • Pyrolyysilämpötila
  • Hidas ja nopea pyrolyysi, ym. pyrolyysiparametrit
  • Ravinteistus tai kompostikäsittely

Biohiilen ominaisuuksia voidaan optimoida käyttökohteen mukaan valitsemalla sopiva raaka-aine ja tuotantoparametrit. Ominaisuuksissa voi olla suuriakin eroja raaka-aineesta ja käsittelystä riippuen. Esimerkiksi korkea pyrolyysilämpötila tekee biohiilen rakenteesta pysyvämpää hajotusta vastaan. Kun taas matalammassa pyrolyysilämpötilassa biohiilessä säilyy enemmän raaka-aineessa olevia ravinteita.

Tällä hetkellä koko ajan päivittyvä sertifiointi ja lainsäädäntö asettavat eri käyttökohteille tarkoitetuille biohiilille erilaisia kriteerejä mm.:

  • Lähtömateriaaleille (esim. tuotannon kestävyys)
  • Lopputuotteen raja-arvoille (esim. PAH-arvoille)

Lainsäädäntö

Lainsäädäntöä EU:ssa

Biohiilelle on tullut voimaan 16.7.2022 sovellettavaksi uudet EU:n lannoitelainsäädännön säännöt (laki annettu 7.7.2021, asetus (EU) 2019/1009). Biohiili luokitellaan turvalliseksi lannoitevalmisteissa sallituksi materiaaliksi. Säännöissä vahvistetaan tyhjentävä luettelo lannoitevalmisteissa sallituista materiaaleista. Aloitteella laajennetaan tätä luetteloa lisäämällä siihen pyrolyysi- ja kaasutusmateriaalit (”biohiili”).

Biohiilimateriaalit ovat lannoitelainsäädännön mukaan:

  • ravinnerikkaita
  • maatalouden kannalta hyödyllisiä ja ympäristöystävällisiä
  • turvallisia ihmisille, eläimille ja kasveille.

Aloitteessa vahvistetaan näin ollen yksityiskohtaiset edellytykset niiden käytölle lannoitevalmisteissa, jotka on tarkoitettu EU:n sisämarkkinoille. Tässä delegoidussa asetuksessa vahvistetaan pyrolyysi- ja kaasutusmateriaalien hyödyntämistoimet, joiden läpikäytyään materiaalit lakkaavat olemasta jätettä.

Biohiilen (pyrolyysi- ja kaasutustuotteiden) raaka-aineena käytettyjen syötemateriaalien tyhjentävä luettelo on ollut avaintekijänä määritettäessä biohiilen turvallisuuskriteerejä sekä maatalouden tehokkuuskriteerejä. Tyhjentävä luettelo sallituista raaka-ainemateriaaleista ei sisällä jätevesilietettä. Jätevesilietteen käytölle on omat asetuksensa.

EU:n REACH-lainsäädännössä biohiili on hyväksytty charcoal-kategoriaan.

Lisää tietoa:

Biohiilen H/Corg -suhteen (vedyn suhde orgaanisen hiilen määrään): on oltava alle 0,7.

Testit on tehtävä sellaisten materiaalien vedettömälle ja tuhkattomalle osuudelle, joiden koostumuksesta alle 50 % on orgaanista hiiltä. Niissä saa olla enintään:

  • 6 mg PAH16-yhdisteitä/kg kuiva-ainetta (eli naftaleenin, asenaftyleenin, fluoreenin, fenantreenin, antraseenin, fluoranteenin, pyreenin, bentso[a]antraseenin, kryseenin, bentso[b]fluoranteenin, bentso[k]fluoranteenin, bentso[a]pyreenin, indeno[1,2,3-cd]pyreenin, dibentso[a,h]antraseenin ja bentso[ghi]peryleenin summa).
  • 20 ng WHO:n toksisuusekvivalenttia* PCDD/F-yhdisteitä/kg kuiva-ainetta (eli polyklooratut dibentso-p-dioksiinit ja dibentsofuraanit).
  • 0,8 mg ei-dioksiinin kaltaista PDB:tä/kg kuiva-ainetta (eli yhdisteiden PCB 28, 52, 101, 138, 153, 180 yhteismäärä).

Biohiiltä sisältävässä EU-lannoitevalmisteessa:

  • Saa olla enintään 30 g klooria (Cl-)/kg kuiva-ainetta
  • Enintään 2 mg talliumia (Tl)/kg kuiva-ainetta, mikäli valmisteeseen on lisätty pyrolyysissä tai kaasutuksessa käytettäviä lisäaineita siten, että niitä on yli 5 prosenttia syötemateriaalien tuoreesta aineesta.

* (van den Berg M., L.S. Birnbaum, M. Denison, M. De Vito, W. Farland, et al. (2006) The 2005 World Health Organization Re-evaluation of Human and Mammalian Toxic Equivalency Factors for Dioxins and Dioxin-like Compounds. Toxicological sciences: an official journal of the Society of Toxicology 93:223-241. doi:10.1093/toxsci/kfl055.)

Lainsäädäntöä Suomessa 

Suomessa kasvualusta- ja maanparannuskäyttöön sallitaan tällä hetkellä vain kasvibiomassasta tuotetut biohiilet. Tätä säätävä lannoitevalmistelaki on kuitenkin uudistumassa vuonna 2022. Lannoitevalmistelaki löytyy Ruokaviraston sivulta: Lainsäädäntö – Ruokavirasto 

Lainsäädännöllistä standardointia hoitavat:

  • Globaalisti ISO standardityö
  • EU:ssa CEN

Sertifiointi

Biohiilelle vapaaehtoisia sertifiointiohjelmia

  • Eurooppalainen Biohiilisertifikaatti (EBC)
  • Kansainvälinen International Biochar Initiativen (IBI) sertifiointiohjelma (vain maaperäkäyttöön)
  • Lista ei tyhjentävä

EBC

Ajan tasainen Eurooppalainen Biohiilisertifikaatti (EBC) jakaa biohiilet kuuteen eri luokkaan käyttökohteiden mukaan. Jokainen käyttökohde vaatii omat sertifiointiparametrinsä, jotka täytyy määrittää. Biohiilien kriteerit ja raja-arvot löytyvät täältä (viimeisin päivitys tammikuulta 2022): EBC guidelines & documents 

EBC-luokat:

  • EBC-Feed 
  • EBC-Agro 
  • EBC-AgroOrganic 
  • EBC-Urban 
  • EBC-ConsumerMaterials 
  • EBC-BasicMaterials 

IBI

Kansainvälinen biohiilen sertifiointiohjelma vain maaperäkäyttöön löytyy International Biochar Initiativellä (IBI) (viimeisin päivitys vuodelta 2015): Certification Program – biochar-international 

Hiilinielusertifikaatteja käytetään päästökompensaatiomarkkinoilla hiilikrediittien (yms.) sertifikaatteina. 1 hiilikrediitti tarkoittaa 1 t CO2e:n suuruista hiilenpoistoa.

Biohiiliä Helsingin yliopiston tutkimuksessa. Kuva: Helsingin yliopisto, Priit Tammeorg

Kestävyyskriteerejä

Biohiilien valmistuksessa ja raaka-aineen tuotannossa on tarkoituksellista panostaa kestävyyteen. Biohiilien sertifioinnissa on tietyt kriteerit kestävyydelle, (ja kriteerit vaihtelevat eri sertifikaateissa), kuten:

  • Puubiomassan kasvatuksen kestävyyskriteeri
  • Pyrolyysikaasujen ja -öljyn talteenotto (esim. EBC: 50 % ja Compensate: 100 % päästöistä)
  • Lämmön talteenotto pyrolyysissä
  • Biohiilen polton kieltäminen

Tieteelliset julkaisut Suomessa

Helsingin yliopiston AgriChar-Tutkimusryhmä ylläpitää ajantasaista listaa tieteellisistä julkaisuista Suomessa.

Biohiilikartat

Nordic Biochar Network ylläpitää Pohjoismaita kattavaa biohiilikarttaa. Bioenergia ry tekee yhteistyötä verkoston kanssa ja välittää tietoja Suomalaisista toimijoista. Tarkoitus on auttaa toimijoita saamaan näkyvyyttä myös Suomen rajojen ulkopuolella.

Suomalaista biohiilikarttaa ylläpiti Suomen biohiiliyhdistys. Uutta biohiilikarttaa suunnitellaan. Vanha biohiilikartta löytyy täältä:

Biohiilen historiasta Suomessa

Biohiilitutkimus alkoi vahvistumaan Suomessa vuoden 2003 jälkeen, milloin Kari Tiilikkala alkoi tutkimaan biohiilen tuotannon sivuvirtana tulevia pyrolyysinesteitä. Helsingin yliopistossa puolestaan aloitettiin biohiilen tutkimus vuonna 2010 perustamalla sinne biohiilikoeruudut pelto-olosuhteisiin, missä tutkimus jatkuu edelleen.

Suomessa on pidetty erilaisia biohiiliin liittyviä seminaareja ja työpajoja jo vuodesta 2010, mainittakoon esim. Suomen Biohiiliseminaarien sarja (v. 2010, 2011, 2016 ja 2018) sekä v. 2013 Suomessa järjestetty 2. Pohjoismaiden Biohiiliseminaari (osallistujia 14 maasta). Näiden tilaisuuksien esitykset löytyvät AgriChar-tutkimusryhmän sivuilta: (AgriChar: towards a carbon-negative agriculture (biochar-hy.blogspot.com).

Suomen Biohiiliyhdistys perustettiin v. 2017. Ja vuoden 2022 alusta Suomen Biohiiliyhdistyksen toiminta sulautettiin osaksi Bioenergia ry:n toimintaa Suomen Biohiiliverkostona. Suomen Biohiiliyhdistyksen järjestämien työpajojen ja tilaisuuksien kohokohtana voidaan mainita tähän asti laajin Suomessa järjestetty biohiiliaiheinen tilaisuus; IBI Biochar Study Tour Finland syksyllä 2019 (Kooste ja esitykset: Biochar Study Tour Finland 2019 | Suomen Biohiiliyhdistys). Tähän tapahtumaan osallistui yhteensä 121 hlöä 18 maasta.

Arkisto ja hanke

Bioenergia ry:n biohiiliverkosto vetää kehittämishanketta, jonka tarkoituksena on määrittää biohiilen laatuluokitus ja testimenetelmät: Biohiilialan kehittämishanke

Hankkeen tulokset ja suositukset

Hankkeen loppuseminaari: Biohiili osana kestävyysmurrosta 25.9.2024

Tallenne: Jos haluat nähdä tilaisuuden tallenteen, ota yhteys: viestinta@bioenergia.fi

Esitysmateriaalit:

Tiedotteita biohiilestä:

25.9.2024 Biohiiliala lyömässä läpi – ratkaisuja tarjotaan kestävyysmurrokseen

3.6.2021 Biohiilen edistäminen vahvistuu Bioenergia ry:ssä

Seuraa X:ssä

Bioenergia ry:n Biohiiliverkosto ylläpitää biohiileen keskittyvää tiliä X:ssä.

Sivua on päivitetty 10.12.2024.