Hiilidioksidi

Hiilidioksidi (CO₂) on ihmisen tuottamista kasvihuonekaasuista merkittävin. Sitä syntyy kaikessa palamisessa – esimerkiksi fossiilisia polttoaineita käyttävissä voimaloissa, auton moottorissa ja metsiä kaskettaessa. Hiilidioksidia pidetään merkittävimpänä ihmiskunnan jätetuotteena. Niinpä ei olekaan ihme, että sen pitoisuus ilmakehässä on noussut teollisen vallankumouksen jälkeen lähes kolmanneksella.

Pitoisuus on noussut esiteollisen ajan noin 280 tilavuusmiljoonasosasta (parts per million in volume, ppmv) noin 379:een eli 0,036 prosenttiin. Nousu johtuu ihmisperäisistä päästöistä.

Vaikka hiilidioksidin osuus ilmakehästä on yhä erittäin pieni, sen tekee merkittäväksi ilmastonmuutoksen kannalta hiilidioksidin fysikaaliset ominaisuudet. Kuva 2 näyttää maasta lähtevän lämpö- eli infrapunasäteilyn määrän aallonpituusalueella 7-20 mikrometriä.

Vesihöyry on tärkein kasvihuonekaasu, koska se vaikuttaa koko maapallon säteilyspektrin aallonpituusalueella. Sen absorptiokyky on kuitenkin heikko. Hiilidioksidi puolestaan absorboi voimakkaasti noin 15 mikrometrin aallonpituuden alueella, jolla maapallon lämpösäteily on suurimmillaan, kuten kuva 3 osoittaa.

Kuvasta 3. havaitaan, että auringosta maahan saapuva UV-säteily, valo ja infrapunasäteily ovat aivan eri aallonpituusalueella kuin maasta poistuva infrapunasäteily. Poistuvan säteilyn aallonpituuskaista on huomattavasti saapuvaa säteilyä leveämpi. Mutta kokonaisenergia, joita kuvan tummennetut alueet kuvaavat, on poistuvalla ja saapuvalla säteilyllä lähes sama. Pitkällä aikavälillä kaikki energia, joka maapallolle tulee, myös poistuu sieltä. Väliaikaisesti voi tosin olla pieniä prosenttiluokan eroja aiheuttaen lämpenemistä tai viilenemistä, kunnes uusi tasapaino saavutetaan.

Koko maailman mittakaavassa tärkeimmät hiilidioksidilähteet ovat energiantuotanto, metsien hävittäminen ja teollisuus. Kuvassa 4 on ylempänä esitetty globaalit energian tuotannosta syntyvät hiilidioksidipäästöt ja alempana maankäytön muutoksista syntyvät päästöt.

Suomessa energiantuotanto ja liikenne ovat ylivoimaisesti suurin hiilidioksidilähde kun maankäytön muutoksia ei oteta huomioon: peräti 99 % päästöistä (60 Mt) syntyy niistä. Jäljelle jäävä prosentti (0,8 Mt) tulee sementin valmistuksesta.

Fossiilisia polttoaineita tai biomassaa poltettaessa hiilidioksidipäästöt syntyvät hiilivetyjen palaessa hiilidioksidiksi ja vedeksi. Biomassan (esimerkiksi puuhake) hiilidioksidia ei kuitenkaan lasketa nettopäästöiksi, koska Suomen oloissa biomassa sitoo hiilidioksidin nopeasti uudestaan kasvuun.

Sementin tuotannossa hiilidioksidipäästöt syntyvät kalsiumkarbonaatin eli kalkkikiven CaCO3 palaessa hiekan ja saven kanssa muodostaen kalsiumsilikaatteja ja vapauttaen päästöinä hiilidioksidia ja vettä. Myös poltetun kalkin CaO valmistuksessa syntyy hiilidioksidia.

Taulukossa 6 esitetään eri polttoaineiden tuottamat hiilidioksidipäästöt kilogrammoina tuotettua energiayksikköä kohti.

Polttoaineiden hiilidioksidipäästöt

Suomessa metsät ovat nieluja eli ne sitovat hiilidioksidia noin 30 miljoonaa tonnia vuodessa. Sen sijaan suopellot ovat hiilidioksidin lähteitä, jotka tuottavat noin viisi miljoonaa tonnia hiilidioksidia vuodessa. Sekä luonnontilaiset että ojitetut suot ovat hiilidioksidin nieluja, mutta koska ne ovat myös metaanin lähteitä, niiden yhteenlaskettu kasvihuonetase vastaa noin yhtätoista miljoonaa tonnia hiilidioksidia.

Kuva 5 esittää maailmanlaajuisten hiilidioksidipäästöjen kehityksen viime vuosisadan puolivälistä 1990-luvun alkuun asti. Päästöjen nykytaso kasvanut keskimäärin 7,2 miljardiin tonniin hiiltä (7,2 GtC).

Kuvassa 6 on vastaavasti Suomen päästöjen kehitys vuosisadan alusta 1990-luvun puoliväliin. Kuvassa on merkitty eri väreillä polttoaineet, jotka ovat järjestyksessä ylhäältä kivihiili, öljy, maakaasu, muut kaasut ja turve. Kuvan yksikkö teragramma (Tg) tarkoittaa samaa kuin miljoonaa tonnia (Mt).