Negatiiviset päästöt ja ilmastonmuutos osa 1/2: globaali konteksti

Antero Vartia nosti äskettäin esille (osa 1, osa 2) tarpeen negatiivisille päästöille ilmastonmuutoksen torjumisessa. Tämä on kiitettävää, koska teema on hyvin harvoin julkisessa keskustelussa esillä.  Ilmastotoimia on jatkuvasti vaivannut se, että juna on oikeastaan aina ehtinyt lähteä asemalta ennen kuin julkinen keskustelu, ohjaavasta politiikasta puhumattakaan, on edes ehtinyt sinne. Nyt monet ”sitoutuvat” Pariisin 1.5 asteen tavoitteisiin ilman kovin tarkkaa ymmärrystä siitä mitä tämä tarkoittaisi. Tavoite on toki yleensä tarkoitettu indikoimaan sitä mitä toivotaan tapahtuvaksi eikä niinkään sitoutumiseksi toimiin millä siihen tavoitteeseen päästäisiin.

Tässä kirjoituksessa pyrin kuitenkin ottamaan tavoitteen ”tosissaan” ja luonnostelemaan sitä mitä siihen pääseminen voisi negatiivisten päästöjen osalta tarkoittaa. Tätä ei ole tarkoitettu luonnostelmaksi siitä mitä uskon tapahtuvaksi. Haasteen suuruusluokka on niin valtava, ettei siihen luultavasti kyetä vastaamaan. Maailma ja ihmiskunta ovat kuitenkin olemassa myös 1.5 asteen (ja 2 asteen) tuolla puolen ja on tärkeää ymmärtää millaisen mittaluokan asioista meidän olisi kyettävä keskustelemaan mikäli lämpeneminen jossain vaiheessa on tarkoitus pysäyttää.

Koska kirjoituksesta tulee melko pitkä, jaan sen kahteen osaan. Ensimmäisessä osassa pohjustan globaalin kontekstin perustuen lähinnä IPCC:n 1.5 asteen skenaarioihin.  Jonkin verran löysää puhetta kuitenkin sallimme, koska 1.5 asteen skenaarioista melkein kaikki tarkoittavat yli 1.5 asteen lämpenemistä. Ylilyönti kompensoidaan negatiivisilla päästöillä myöhemmin. Lisäksi Suomessa lämpeneminen tulee toki olemaan merkittävästi tuota globaalia keskiarvoa suurempaa. Toisessa osassa keskityn siihen mitä negatiiviset päästöt voisivat Suomelle implikoida.

Ensimmäinen kuvaaja näyttää kaikkien 1.5 asteen skenaarioiden keskimääräiset päästöt vuosisadan ajalta. Päästöjen tulisi alkaa romahtamaan ”nyt” ja kääntyä negatiiviseksi vuosisadan toisella puoliskolla. Kuvaaja antaa asiasta kuitenkin liian ”optimistisen” kuvan, koska kuvitelluista päästövähennyksistä huolimatta, osaa päästöistä on hyvin vaikeaa poistaa (lähde Davis et al. 2018). Tämän vuoksi hiiltä sitovien negatiivisten päästölähteiden määrän tulee olla merkittävästi suurempi kuin mitä kuvaaja antaa ymmärtää, koska niillä on tarkoitus kompensoida jäljelle jäävät päästöt muilla sektoreilla. Tämä tarkoittaa, että negatiivisten päästöjen määrän tulee itse asiassa alkaa kasvamaan nopeasti jo nyt…ei suinkaan vasta vuosisadan toisella puoliskolla.

Mistä näitä negatiivisia päästöjä on ajateltu saatavaksi? Yksi keskeinen (ei kuitenkaan dominoiva) päästöjen lähde on maanviljelys, metsien käyttö ja maankäytön muutokset. Tästä kokonaisuudesta käytetään lyhennettä AFOLU ja kuva 2 esittää IPCC AR5 raportin arvion tämän sektorin päästöistä viimeisten vuosikymmenien aikana. Sektorin osuus kaikista päästöistä on pienentynyt samalla, kun fossiilisten poltto on lisääntynyt, mutta edelleen ne käsittävät melko suuren osan noin 40 gigatonnin kasvihuonekaasupäästöistä.

Jos tarkastelemme erityisesti maankäytön muutosten päästöjä viimeisen kahdensadan vuoden ajalta (kuva 3), voimme huomata vähitellen kasvavan trendin. Datassa on toki epävarmuuksia, mutta kasvavan ihmiskunnan ruuan ja materiaalien tarve on siirtänyt merkittäviä määriä hiiltä biosfääristä ilmakehään. Jos metsien hakkaamista vähennetään rajusti ja maanviljelystä saadaan vapautumaan maata, AFOLU sektorilta voi teoriassa saada gigatonnien edestä päästövähennyksiä, kunhan päästövähennyksistä maksettava hinta olisi riittävän korkea (ks. kuva 4). Tällä hetkellä tästä saatava hinta on kuitenkin käytännössä nolla, eikä tähän ole näköpiirissä muutosta.  Potentiaali ei kuitenkaan näytä IPCC AR5 raportin mukaan (noilla hinnoilla) olevan niin suuri, että sektorin päästöt kääntyisivät negatiivisiksi.

Samoin kokonaispotentiaalia rajoittaa luonnon kyky varastoida hiiltä. Esimerkiksi viimeisen 10000 vuoden aikana toimintamme on pienentänyt metsiin sitoutunutta hiiltä noin 300 gigatonnia (lähde Pan et al. 2013). Jos tuota pitää summittaisena arviona sille kuinka paljon maksimissaan (teoriassa) metsät voisivat sitoa, voimme todeta sen vastaavan noin sukupolven kasvihuonekaasupäästöjä. Se ei siis missään oloissa riitä poistamaan sellaisia määriä kasvihuonekaasuja mitä ihmiskunta tällä hetkellä ilmakehään päästää. (Tästä potentiaalisesta sidontapotentiaalista suurin osa on muuten lauhkean ja pohjoisen vyöhykkeen metsissä, ei tropiikissa missä leijonan osa tällä hetkellä varastoidusta hiilestä on.)

Jos seuraavaksi tarkastelemme tuoreen IPCC:n ”Global Warming of 1.5° C” raportin skenaarioita, voimme esittää kaikkien skenaarioiden, jotka tämän tiedon antavat, AFOLU sektorin päästökehityksen (kuva 5). Sinisellä esitän jakauman skenaarioiden tämän hetkisistä AFOLU sektorin hiilidioksidipäästöistä. Liki kaikissa skenaarioissa sektorin päästöjen tulee romahtaa nopeasti ja olla vahvasti negatiivisia jo vuonna 2050. Tämä ei siis ole asia, jota voidaan rauhassa miettiä joskus sukupolven kuluttua vaan raju muutos, jonka  pitäisi olla käynnissä jo seuraavan vaalikauden aikana. Tämä siis olettaen, että 1.5 asteen tavoitteeseen oikeasti sitouduttaisiin.

Esimerkkinä siitä millaisia muutoksia IAM-mallintajat (IAM=integrated assessment model) kuvittelevat, esitän alla (kuva 6) yhden julkisuudessa melko näkyvästi olleen skenaarion AFOLU sektorin päästökehityksen. Vuoteen 2030 mennessä koko sektorin CO₂ päästöjen tulisi hävitä ja sen jälkeen muuttua rajusti negatiivisiksi. Jos vertaat tätä esimerkiksi kuvan 3 historialliseen kehitykseen, on oletettu muutos suunnaton. Tämä muutos olisi ihmiskunnan historiassa ennennäkemätön ja onkin yllättävää huomata kuinka hiljaa tästä ollaan vaikka mullistuksen ”pitäisi” alkaa nyt. Kontrasti poliittisen keskustelun ja skenaariotyöskentelyn välillä voisi tuskin olla jyrkempi. Skenaariot näyttävät paikoin indikoivan mallintajien epätoivoa eivätkä niinkään toteuttamiskelpoista strategiaa ilmastonmuutoksen pysäyttämiseksi. (Teoreettisen hiilen sidontapotentiaalin realistisuudesta voi lukea lisää esimerkiksi uudesta ”Negative Emissions Technologies and Reliable Sequestration” raportista.)

Jos ihmettelet mistä näitä maankäytön negatiivisia päästöjä on tarkoitus saada, niin yksi keskeinen osa-alue on oletus paljon nykyistä intensiivisemmästä maataloudesta. Hehtaarikohtaisen tuoton tulisi nousta noin 2% vuodessa vuoteen 2050 (kuva 7). Kasvava tuotto voisi sitten vapauttaa satoja miljoonia hehtaareja maata hiilensidontahankkeisiin.

Huolestuttavaa kuitenkin on, että toteutunut tuottokehitys on merkittävästi tätä vaatimattomampaa (Ray et. al 2013). Esimerkiksi EU:ssa tuottokehityksen odotetaan polkevan likipitäen paikallaan verrattuna siihen mitä mallit odottavat. Lisäksi monin paikoin kuluttajien ja poliitikkojen preferenssit vähemmän intensiivisestä maataloudesta pikemminkin ajavat kohti tuottojen heikkenemistä mikä on ristiriidassa ilmastotavoitteiden asettamien vaatimusten kanssa. Saharan eteläpuolisessa Afrikassa tuotot ovat tällä hetkellä usein hyvin alhaisia ja parantamisen varaa on paljon. Tämä kuitenkin edellyttää mm. huomattavaa lannoituksen lisäämistä (Pradhan et al. 2015).

Toinen valtava palikka negatiivisten päästöjen lähteenä on ajatus bioenergiasta hiilentalteenotolla (BECCS). Mallintajille tämä on helppo ajatus, koska he voivat toteuttaa tämän olemassa olevissa malleissa ilman uudelleen koodausta, mutta reaalimaailmassa tämä törmää nopeasti sekä sosiaalisiin, että ekologisiin kestävyyshaasteisiin (ks. esim. Heck et al. 2018 ja Yamagata et al. 2017). IAM malleissa näitä tekijöitä ei ole ja siksi ne jäävätkin usein maininnaksi artikkelien sivulauseisiin kiinnostavina jatkotutkimuskohteina. IPCC 1.5 asteen skenaarioissa bioenergialla hiilentalteenotolla on kuitenkin, lähes poikkeuksetta, hyvin keskeinen rooli. BECCS laitosten tulisi käynnistyä seuraavan vuosikymmenen aikana ja vuoteen 2050 mennessä niiden aikaansaamien negatiivisten päästöjen määrän tulisi olla jo 5 gigatonnin luokkaa vuodessa (kuva 8). Tämän jälkeen vuosisadan loppupuolella kehitys vain kiihtyisi niin, että vuosisadan lopussa BECCS laitokset aikaansaisivat jo yli 10 gigatonnin negatiiviset päästöt vuodessa (ja kompensoisivat tässä vaiheessa hiipuvaa AFOLU sektorin nielua).

Jos tarkastelemme AFOLU ja BECCS palikoiden yhteensä aikaansaamia päästömuutoksia (kuva 9), voimme todeta, että AFOLU sektorin muutosten tulisi dominoida seuraavan sukupolven aikana. Skenaarioiden viesti siis on, että ensimmäinen tehtävä on maksimoida biosfäärin nielut. AFOLU ja BECCS ideoiden rinnalla skenaariot sisältävät myös merkittäviä määriä hiilentalteenotto (CCS) laitoksia fossiilisten polton päästöjen vähentämiseksi. Esimerkiksi teräksen tuotannon dekarbonisaatio on vaikeaa ja lähinnä vielä tuotekehittely ja tutkimushankkeiden varassa.

On tärkeää ymmärtää, että ilmastonmuutoksen torjuminen ei ole buffet mistä voimme valita itseämme eniten miellyttävän keinovalikoiman. Negatiivisten päästöjen lähteet ovat keskeinen elementti skenaarioissa, jotka pyrkivät pysymään asetetuissa ilmastotavoitteissa. Ne eivät ole komponentteja, jotka voi kevyesti sivuuttaa lisäämällä itselleen mieluista energianlähdettä jossain muualla. Haaste on suunnaton ja edellyttää käytettävissä olevien työkalujen määrän aktiivista kasvattamista.

Riittäköön tämä tällä kertaa. Seuraavalla kerralla tuumailua implikaatioista Suomelle. Stay tuned!

Jani-Petri Martikainen
Viitteen varapuheenjohtaja ja fysiikan lehtori Aalto Yliopistossa