Kiertotalouden reunaehdot

Korhonen, Honkasalo ja Seppälä (2018) ovat kiertotaloutta määrittäessään tunnistaneet kuusi keskeistä rajoittavaa ja hidastavaa tekijää:

  • termodynaamiset reunaehdot
  • systeemien temporaaliset ja spatiaaliset rajoitteet
  • ekonomian rajoitteet
  • tuotanto ja prosessiketjujen lukkiutuminen
  • hallinnolliset rajoitteet
  • sosiaaliset ja kulttuuriset rajoitteet

Tällä sivulla tarkastellaan esimerkkien kautta lähtökohtaisesti ensimmäistä rajoittavaa tekijää eli termodynaamisia rajoja kiertotalouteen siirtymiselle.

Fysikaaliskemialliset reunaehdot

Ihmiskunnan toiminta voidaan käsittää kokoelmana erilaisia prosesseja. Prosessit seuraavat toisiaan, etenevät eritahtisesti rinnakkain ja ovat sisäkkäisiä. Esimerkiksi yksilö osallistuu useaan eri prosessiin monessa eri roolissa päivänsä aikana. Työntekijänä henkilö saattaa olla esimerkiksi osa valmistus- tai kehittämisprosessia ja kuluttajana osa koulutus- tai palveluprosessia. Jokaisessa prosesseissa kuluu energiaa ja erilaisia raaka-aineita ja ne tuottavat hyödykkeitä sekä mahdollisesti jätettä. Valmistettaessa kotona ruokaa käytetään vettä, erilaisia pakattuja elintarvikkeita sekä lämmitetään liettä. Roskanpolttolaitoksessa esimerkiksi kierrätykseen kelpaamaton elintarvikepakkaukseen sitoutunut kemiallinen energia saadaan kaukolämmön muodossa siirrettyä kotitalouksien lämmitykseen.

Yhteistä kaikille prosesseille on se, että niitä voidaan mallintaa systeemeinä. Mallintamisen etuna on se, että prosesseja voidaan kehittää vielä tehokkaammiksi siten, että mahdollisimman pienellä määrällä energiaa ja raaka-aineita tuotetaan enemmän tarvittua hyödykettä ja vähemmän hukkaa. Niin prosesseja kuin näitä mallintavia systeemejä määrittää fysikaaliset ja kemialliset reunaehdot: energian säilymislaki, aineen häviämättömyyden laki sekä termodynamiikan toinen pääsääntö. Toisin sanoen prosessi ei voi tuottaa hyödykkeenä enempää materiaa tai energiaa kuin siihen on alun perin tuotu raaka-aineina ja energiana.

Suljetussa systeemissä energian ja aineen määrä säilyy. Energia voi ainoastaan siirtyä tai muuttua toisen lajiseksi ja aine voi reagoida systeemin sisällä toisten aineiden kanssa, mutta energian ja massan kokonaismäärä säilyy. Esimerkiksi kappaleeseen sitoutunut potentiaalienergia voidaan työn kautta muuttaa muiksi energiamuodoiksi. Kaikki prosessit suuntautuvat kuitenkin kohti tasapainoa eli systeemin todennäköisintä tilaa. Sanotaan, että systeemin entropia kasvaa. Näin ollen systeemien ja niitä vastaavien prosessien kyky tehdä työtä eli tuottaa hyödykettä heikkenee ajan kuluessa. Vain tuomalla energiaa ja materiaalia prosessin ulkopuolelta voidaan ylläpitää systeemin tekemän työn määrä vakiona tai kasvattaa sitä.

Maapalloa voidaan mallintaa suljettuna systeeminä. Raaka-aineiden määrä on äärellinen, mutta energiaa saapuu jatkuvasti Auringosta säteilynä ja vastaavasti myös poistuu Maasta lämpösäteilynä. Puhutaan niin sanotusta maapallon säteilytaseesta. Maasta poistuu energiaa avaruuteen lämpösäteilynä keskimäärin yhtä paljon kuin sitä saapuu Auringon säteilynä.

Maapallon mallintaminen systeeminä tarjoaa myös mahdollisuuden tarkastella kasvihuoneilmiötä. Vajaa kolmannes auringon säteilystä ja iso osa (noin 98 %) maan pinnalta lähtevästä lämpösäteilystä sitoutuu ilmakehään. Suurin säteilynä siirtyvästä energiasta sitoutuu kasvihuonekaasuihin, joiden mahdollistaman kasvihuoneilmiön ansiosta Maan pintalämpötila on keskimäärin noin 14 °C. Ilman kasvihuoneilmiötä Maapallolla olisi keskimäärin huomattavasti kylmempää, noin -20 °C. Avaruuteen lämpösäteilevä maapallo ja sen auringosta vastaanottama säteily muodostavat termodynaamisen tasapainon. Kasvihuonekaasujen määrä ilmakehässä vaikuttaa tähän tasapainoon. Vallitsevan ilmastonmuutoksen juurisyynä on nimen omaan kasvihuonekaasujen määrän kasvu, jonka seurauksena yhä suurempi osa lämpösäteilystä sitoutuu näihin kaasuihin voimistaen kasvihuone ilmiötä ja kasvattaen näin keskimääräistä ilmaston lämpötilaa.

Fysikaaliskemiallisten reunaehtojen ymmärtäminen on ensiarvoisen tärkeää, jotta voidaan innovoida parempia ratkaisuja niihin prosesseihin, joissa kulutetaan paljon energiaa ja raaka-aineita. Lisäksi voidaan arvioida, kuinka toteutuskelpoisia uudet innovaatiota ovat ja missä määrin ne säästävät resursseja. Lisäksi voidaan selvittää, saadaanko osa prosessiin käytetystä energiasta ja raaka-aineesta takaisin käyttöön jonkun toisen prosessin raaka-aineena. Kiertotaloudessa yksittäisiä prosesseja ei voidakaan ajatella omina suljettuina systeemeinä vaan avoimina systeemeinä, jotka vaihtavat energiaa ja ainetta ympäristönsä eli toisten systeemien kanssa.

Lähteet