Kasvihuoneilmiö on ilmakehän alimpien osien lämpenemistä hiilidioksidin ja muiden kasvihuonekaasujen (mm. vesihöyry,metaani ja dityppioksidi) takia. Luonnollinen kasvihuoneilmiö mahdollistaa elämän planeetallamme ja se syntyy, kun kasvihuonekaasut päästävät auringon tulosäteilyn maanpintaan, mutta hidastavat poissäteilyä. Tämän vuoksi ilmakehän lämpötila lähellä maanpintaa pysyy noin 33 °C korkeampana kuin ilman kasvihuonekaasujen vaikutusta, jolloin se olisi noin -18 °C.

Yksityiskohtaisemmin kasvihuoneilmiön toimintamekanismi voidaan selittää seuraavasti: Kasvihuoneilmiö on ilmiö, jossa useista eri aallonpituuksista muodostuvan sähkömagneettisen säteilyn tietyt aallonpituusalueet lämmittävät absorption kautta väliainetta, esimerkiksi maapallon kaasukehää ja -pintaa. Lämmennyt materiaali (väliaine) puolestaan emittoi, eli säteilee lämpöenergiaansa ulospäin ainoastaan infrapunasäteilyn aallonpituusalueella. Infrapunasäteilyn eli lämpösäteilyn läpäisykyky on melko huono, minkä vuoksi se läpäisemisen sijaan absorboituu tai heijastuu esimerkiksi kaasumaisiin väliaineisiin (kasvihuoneilmiön tapauksessa kasvihuonekaasut) helpommin kuin muut säteilyn aallonpituusalueet. Kasvihuoneilmiössä auringon sähkömagneettinen säteily siis pääsee sisälle systeemiin (ilmakehä) melko helposti, mutta säteilee ulos systeemistä huonommin, mikä nostaa systeemin peruslämpötilaa.

Tällä hetkellä ihmiskunta lämmittää nopeasti maapalloa päästämällä ilmakehään lisää kasvihuonekaasuja. Ilmastonmuutoksella, eli kasvihuoneilmiön voimistumisella tarkoitetaan sitä, että kasvihuonekaasujen lisääntyessä niiden ilmakehää lämmittävä vaikutus voimistuu. Hiilidioksidin, metaanin ja dityppioksidin määrät ilmakehässä ovat kasvaneet viimeisten parin vuosisadan aikana ratkaisevasti, kun ne sitä ennen säilyivät lähes muuttumattomina tuhansia vuosia. Eniten päästöjä syntyy asumisesta, liikkumisesta ja ruoasta, sekä niiden taustalla olevien teollisuudenalojen toiminnasta. Yhteiskunnan kannalta suuria kysymyksiä ovat esimerkiksi miten kunnassa tuotetaan energiaa, miten joukkoliikenne toimii ja syödäänkö julkisissa ruokapalveluissa kasvispainotteista ja sesongin mukaista ruokaa.

Ilmatieteen laitos

Ilmakehän valtakaasut typpi ja happi eivät rakenteensa vuoksi aiheuta kasvihuoneilmiötä. Tärkeimmät ilmakehässä luonnostaan esiintyvät kasvihuonekaasut ovat vesihöyry (H2O), hiilidioksidi (CO2), metaani (CH4), dityppioksidi (N2O) ja otsoni (O3). Kasvihuonekaasuille yhteistä on, että niiden molekyyleissä on vähintään kolme atomia, jotka alkavat lämpösäteilyn vaikutuksesta värähdellä toistensa suhteen tietyllä tavalla. Ilmakehän alimmissa kerroksissa voimakkain kasvihuonekaasu on vesihöyry, joka yksinään selittää luonnollisen kasvihuoneilmiön aiheuttamasta maapallon lämmityksestä yli puolet. Hyvänä kakkosena seuraa hiilidioksidi. Lisäksi ihmiset ovat tuottaneet ilmakehään suuren lisämäärän siellä luonnollisestikin esiintyviä kaasuja, sekä kokonaan uusia, siellä luonnostaan esiintymättömiä kasvihuonekaasuja, kuten halogenoituja hiilivetyjä.

Kasvihuonekaasuilla molekyylin rakenne on sellainen, että ne kykenevät imemään lämpösäteilyä tietyillä aallonpituuksilla. Kasvihuonekaasumolekyyli pystyy muuttamaan saamansa energian uudelleen säteilyksi, jolloin osa säteilyn energiasta palaa takaisin maan pintaa lämmittämään ja osa karkaa avaruuteen.

Kasvit tarvitsevat hiilidioksidia fotosynteesiin. Perustuotannon kautta hiilidioksidi ja muut hiiliyhdisteet ovatkin tärkeitä elämää ylläpitäviä kemiallisia yhdisteitä. Normaaliolosuhteissa hiilidioksidi on ominaisuuksiltaan väritön, hajuton, pieninä määrinä myrkytön, ilmaa raskaampi ja huonosti reagoiva kaasu, jota esiintyy ilman aineosana sekä liuenneena veteen. Hiilidioksidimolekyyli (CO2) koostuu hiilestä ja hapesta. Se on rakenteeltaan lineaarinen (O=C=O) ja siinä on kaksi kaksoissidosta. Hiilidioksidi on merkittävä ilmastoa lämmittävä kasvihuonekaasu, koska se muiden kasvihuonekaasujen tapaan päästää näkyvän valon lävitseen, mutta absorboi voimakkaasti infrapuna- eli lämpösäteilyä. Infrapunasäteily saa CO2-molekyylin värähtelemään ja jälleen säteilemään, eli emittoimaan absorboimansa lämpösäteilyn.

Luonnossa hiilidioksidia syntyy hiilipitoisten aineiden palamistuotteena, eli esimerkiksi elollisten organismien hajotessa ja maatuessa, sekä soluhengityksessä. Valtaosa ihmiskunnan tuottamasta hiilidioksidista on peräisin fossiilisten polttoaineiden, kuten öljyn, kivihiilen ja maakaasun käytöstä. Toinen tärkeä päästölähde on trooppisten metsien hävittäminen.

Hiilidioksidi ei ole ihmiskunnan tuottamista kasvihuonekaasuista voimakkain, mutta sen suuren määrän ja pitkähkön eliniän vuoksi sen merkitys ilmastonmuutoksen voimistajana on ylivoimaisesti merkittävin. Hiilidioksidin pitoisuus ilmakehässä on noussut teollistumista edeltävän ajan suunnilleen 280 ppm:stä (ppm = tilavuuden miljoonasosa) jo noin 390 ppm:ään, eli lähes 40 %. Pitoisuuden kasvu jatkuu edelleen, keskimäärin noin 2 ppm:n verran vuodessa. Tällä hetkellä hiilidioksidin määrä vastaa noin 0,039 % ilmakehän kaasuista. Pitoisuus on korkeampi kuin koskaan noin 600 000 vuoden aikana ylittäen viime jääkauden lopun tason kolmanneksella.

Kasvihuonekaasupitoisuuksia ja -päästöjä mitattaessa puhutaan hiilidioksiditonniekvivalenteista. Muidenkin kasvihuonekaasujen päästövaikutus muutetaan silloin hiilidioksidipäästöjen kanssa vertailukelpoiseen muotoon, jotta kasvihuonekaasujen päästöjä voidaan mitata yhteismitallisesti.

Toinen tapa vertailla kasvihuonekaasuja keskenään, on lämmityspontentiaalin, eli Global Warming Potential (GWP) indeksin käyttäminen. Se on suhteellinen mittayksikkö, joka kertoo kuinka paljon lämpöä kaasu pystyy vangitsemaan ilmakehään, eli kuinka paljon se vaikuttaa ilmaston lämpemiseen. Muiden aineiden arvot verrataan hiilidioksidiin, jonka GWP-arvo on 1.0. Arvo lasketaan tietyltä aikajaksolta, joka yleensä on 20, 50 tai 100 vuotta. Esimerkiksi metaanin GWP-arvo on 86 (20v.) ja 34 (100v.).

Hiili kiertää luonnossa jatkuvasti eri varastojen (ilmakehä, valtameret, kasvillisuus, eläimet ja maaperä) välillä. Hiilen kiertokulku on niin nopeaa, että ilmakehässä yksittäinen hiilidioksidimolekyyli viipyy keskimäärin vain noin viisi vuotta. Valtaosa kasvipeitteen ja meren pintakerroksen sitomasta hiilidioksidista palautuu kuitenkin ennen pitkää takaisin ilmakehään.

Kasvit sitovat fotosynteesissä, eli yhteyttäessään ilmakehän hiiltä (hiilidioksidia, O=C=O) itseensä, ja prosessin myötä ilmakehään vapautuu happea. Hiilidioksidi toimii fotosynteesissä sokerin (glukoosi eli monosakkaridi) rakennusaineena ja vapautuva happi on peräisin vesimolekyyleistä, jotka hajoavat valon vaikutuksesta. Hajottajaeliöiden soluhengityksen kautta, kuolleiden kasvien ja eliöiden maatuessa osa niihin sitoutuneesta hiilestä vapautuu jälleen ilmakehään. Soluhengitys on solujen aineenvaihdunnallinen reaktio, jonka avulla solut vapauttavat ravinnon sisältämää energiaa käyttöönsä. Yksinkertaistetusti soluhengitystä varten tarvitaan glukoosia ja happea ja lopputuotteena syntyy ilmaan vapautuvaa hiilidioksidia ja vettä.

Suuri osa hiilidioksidista on maapallolla varastoitunut meriin. Meriveden ylimpiin kerroksiin liukenee ilmakehästä jatkuvasti suuria määriä hiilidioksidia, mutta samaan aikaan hiilidioksidia myös vapautuu pintavedestä takaisin ilmakehään lähes yhtä paljon. Yksisoluisten levien avulla hiilidioksidi kuitenkin kiertää valtamerissä. Yhteyttäessään levät sitovat hiilidioksidia meren pintakerroksista ja painuessaan pohjaan kuollessaan ne vapauttavat hiilidioksidin syvemmällä mereen. Syvemmät vesikerrokset eivät ole kosketuksissa ilmakehän kanssa, joten sieltä hiilidioksidi ei voi siirtyä suoraan ilmaan.

Pitkään valtameret, kasvillisuus ja maaperä ovat sitoneet ilmakehän hiiltä itseensä, eli toimineet nk. hiilinieluina. Tutkimukset ovat kuitenkin antaneet viitteitä siitä, että ilmaston lämpeneminen heikentäisi hiilinielujen toimintaa. Vielä nykyään ihmisen päästäessä ilmaan uutta hiilidioksidia, se jakautuu hiilen luonnollisen kiertokulun mukaan ilmakehän, kasvipeitteen ja merien kesken. Ilmakehään on jäänyt ihmisen tuottamista hiilidioksidipäästöistä arviolta 45 %. Noin 30 % hiilidioksidista on päätynyt valtameriin ja loput 25 % kasveihin ja maaperään.

Atmospheric Infrared Sounder

Hiilidioksidin ohella myös muut kasvihuonekaasut vaikuttavat ilmastojärjestelmässä eri tavoin ja erilaisten mekanismien kautta. Seuraavassa kerrotaan lyhyesti joistakin hiilidioksidin ohella merkittävistä kasvihuonekaasuista.

Metaani on kasvihuonekaasuna selvästi hiilidioksidia voimakkaampi, mutta sen määrä ilmakehässä on paljon pienempi ja elinikä lyhyt, joten se on ihmisten tuottamista kasvihuonekaasuista vasta toiseksi tärkein ilmaston lämmittäjä. Metaanimolekyyli koostuu yhdestä hiiliatomista ja neljästä vetyatomista (CH4).

Metaania syntyy eloperäisen aineksen hajotessa hapettomissa oloissa: riisipelloilla, lehmien ja muiden märehtijöiden suolistossa ja kaatopaikoilla, sekä kosteikoilla, soilla ja vesistöjen pohjakerroksissa. Metaania karkaa ilmakehään myös hiilikaivoksista ja maakaasuputkien vuotaessa. Noin 2/3 metaanin päästöistä arvellaan olevan ihmiskunnan aikaansaannosta.

Ilmakehässä metaani hajoaa kemiallisissa reaktioissa monen vaiheen kautta vedeksi ja hiilidioksidiksi auringonvalon vaikutuksesta noin 12 vuodessa. Ilmakehän metaanipitoisuus on tätä nykyä kuitenkin reilusti yli kaksinkertainen teollistumisen aikaa edeltävään tasoon verrattuna.

Merien pohjakerroksissa ja ikirouta-alueiden maaperässä on suuria määriä metaania sitoutuneena kiinteään olomuotoon, ns. metaanihydraatteina. Mikäli ilmakehän lämpötila nousee riittävästi, voivat hydraatit hajota ja tällöin metaania vapautuisi ilmakehään. Jos metaania pääsisi ilmakehään todella suuria määriä, maapallon ilmasto lämpenisi varsin paljon ja nopeasti. Ilmiö olisi eräs ilmastonmuutokseen liittyvistä palautekytkennöistä, jotka vahvistavat ilmastonmuutoksen seurauksia. On epätodennäköistä, että hydraateista vapautuisi merkittäviä määriä metaania vielä tämän vuosisadan aikana, mutta kauempana tulevaisuudessa vaara on syytä ottaa huomioon.

Vesihöyry on ilmakehän alimmissa kerroksissa kasvihuonekaasuista voimakkain, selittäen yli puolet luonnollisen kasvihuoneilmiön aiheuttamasta ilmaston lämpenemisestä. Ihmiskuntakin tuottaa vesihöyryä ilmakehään monin tavoin. Veden kierto luonnossa on kuitenkin niin massiivinen tapahtuma, että ihmisten tuottaman vesihöyryn osuus on siihen verrattuna mitätön. Ilmaston lämmetessä myös vesihöyryn määrä ilmakehässä vääjäämättä kasvaa, sillä lämmin ilma pystyy sisältämään paljon enemmän vesihöyryä kuin kylmä. Voidaan ajatella, että muiden kasvihuonekaasujen päästöt näin epäsuorasti lisäävät vesihöyryn määrää ilmakehässä. Tässäkin on kyseessä eräs ilmastonmuutoksen palautekytkentämekanismeista (voit lukea niistä lisää fysiikan artikkelista).

Dityppioksidia eli typpioksiduulia tai ilokaasua (N2O) muodostuu maaperässä nitraattien hajotessa mikrobien toiminnan seurauksena . Se on merkittävä kasvihuonekaasu, jonka pitoisuuksia ihmiskunnan päästöt ovat lisänneet. Sen pitoisuus ilmakehässä on hyvin pieni, mutta sillä on voimakas lämmittävä vaikutus ja sen elinikä esimerkiksi metaaniin verrattuna on pitkä, n. 110 vuotta.  Ihmiskunnan toimista aiheutuu kolmasosan kaikista dityppioksidin päästöistä, erityisesti maatalouden tyypilannoitteiden hajoamisen seurauksena. Loput 2/3 dityppioksidista on syntyy maaperän ja merien mikrobitoiminnan seurauksena. Dityppioksidimolekyylit hajoavat ilmakehän ylemmissä kerroksissa auringon ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta.

Otsoni (O3 ) yhtäältä suojelee maapalloa auringon vaaralliselta ultraviolettisäteilyltä ja toisaalta se on suurina pitoisuuksina kasveille ja eläimille myrkyllistä. Valtaosa ilmakehän otsonista sijaitsee varsin korkealla keski-ilmakehässä, stratosfäärissä. Siellä otsonin määrä on vähentynyt lähinnä halogenoitujen hiilivetyjen aiheuttaman otsonikadon seurauksena. Tämä on vaikuttanut aavistuksen verran kasvihuoneilmiötä heikentävästi eli ilmastoa viilentävästi. Alailmakehässä, eli troposfäärissä otsoni on kuitenkin merkittävä kasvihuonekaasu. Otsonia syntyy, kun mm. autojen pakokaasujen typen oksidit, hiilimonoksidi ja hiilivedyt reagoivat auringon valossa ilman hapen kanssa. Lisäksi sitä syntyy kasveista peräisin olevien hiilivetyjen reaktioissa ja metaanin hapettuessa. Otsoni on kaasuna lyhytikäinen, joten sen pitoisuuksia ilmakehässä ei juuri tunneta ennen autoistumisen aikaa. Myöskään ei siis osata tarkasti sanoa, kuinka paljon sen pitoisuus alailmakehässä on luonnolliseen tasoon verrattuna lisääntynyt.

Halogenoidut hiilivedyt ovat hyvin voimakkaita kasvihuonekaasuja: niiden kyky imeä lämpösäteilyä on jopa tuhansia kertoja suurempi kuin hiilidioksidilla. Niitä on kuitenkin ilmakehässä sen verran vähän, että niiden kokonaisvaikutus kasvihuoneilmiön voimistajana jää paljon hiilidioksidia vähäisemmäksi. Halogenoituja hiilivetyjä on olemassa kymmeniä erilaisia. Molekyylirakenteeltaan ne muistuttavat kevyitä hiilivetyjä, mutta niissä vetyatomeista osa tai kaikki on korvattu fluorilla ja/tai kloorilla. Molekyylityypistä riippuen kaasujen elinikä vaihtelee noin vuodesta jopa 50 000 vuoteen saakka. Pisin on sellaisten kaasumolekyylien elinikä, joissa fluorin osuus on suurin, kuten esim. hiilitetrafluoridilla (CF4).

Useimpia halogenoitujen hiilivetyjen ryhmään kuuluvista kaasuista ei esiinny ilmakehässä luontaisesti lainkaan, vaan ne ovat kokonaan ihmiskunnan tuotantoa. Niitä käytetään mm. kylmälaitteissa ja päästöjä syntyy myös teollisuudessa. Kasvihuoneilmiön voimistumisen ohella tähän ryhmään kuuluvat, klooria sisältävät CFC-kaasut eli freonit tuhoavat otsonikerrosta.

brunobord

Fossiiliset polttoaineet ovat syntyneet luonnon prosesseissa, kun miljoonia vuosia sitten elänyt plankton ja muu eloperäinen aines alkoi hajota hapettomissa oloissa esimerkiksi veden alla. Vuosituhansien kuluessa ainesta kerrostui paksuiksi patjoiksi ja sekoittui mutaan ja muuhun mineraaliainekseen. Kerrosten hautautuessa painavien sedimenttikerrosten alle, alkoi eloperäinen aines kovassa paineessa muuttua kemiallisesti toiseen muotoon.

Öljy, hiili ja maakaasu ovat fossiilisten polttoaineiden yleisimpiä muotoja. Ne koostuvat erilaisten hiilivetyjen seoksista ja seoksen laatu saa aikaan aineiden erilaiset ominaisuudet, kuten sulamislämpötilan ja hiilen määrän. Koska fossiiliset polttoaineet ovat alunperin eloperäistä ainetta, on niissä kaikissa suhteellisen paljon hiiltä. Kuten muidenkin eloperäisten yhdisteiden palaessa (hapettuessa), myös fossiilisia polttoaineita poltettaessa niiden molekyyleissä olevat atomit, etenkin hiili- ja vetyatomit irtoavat toisistaan ennen yhtymistä ilmasta tulevan hapen kanssa hiilidioksidi- ja vesimolekyyleiksi. Aineen palaessa vapautuu kemiallista energiaa, jonka voi havaita lämpönä ja yleensä myös valona. Energiantuotantojärjestelmämme perustuu vielä nykyään pitkälti tähän mekanismiin.

Ennen teollista aikaa puiden poltto, vesirattaat ja tuulimyllyt olivat keskeisiä ihmiskunnan energialähteitä. Teollisen vallankumouksen myötä maailman energian käyttö yli kymmenkertaistui 1900-luvulla 911 miljoonasta öljyekvivalenttitonnista 9 645 miljoonaan tonniin, kun väestön määrä samaan aikaan lisääntyi 1 miljardista 6 miljardiin. Tällä hetkellä tärkeimmät uusiutumattomat energialähteet ovat kivihiili, öljy ja maakaasu. Ydinvoiman osuus on maapallon laajuisesti niihin verrattuna pieni. Uusiutuvien energialähteiden tuotekehitystä tehdään kuitenkin jatkuvasti eri puolilla maailmaa ja tuulen, auringon, maalämmön ja veden energian hyödyntämisessä on otettu viime aikoina suuria harppauksia.

Fossiilisten polttoaineiden käyttöönotto ja teollinen energiantuotanto ovat länsimaissa mahdollistaneet teollisen tuotannon laajentumisen ja nykyisen materiaalisen elintasomme. Markkinoille tuotetaan tavaroita ja palveluita yhä enemmän, yhä tehokkaammin ja yhä halvemmalla ja niitä kuljetetaan pitkiä matkoja. Tämä on lisännyt energian, eli sähkön ja lämmön kulutustua valtavasti. Yhä useamman on varaa ostaa enemmän kulutustavaroita ja kulutuksen “tarvetta” on myös lisätty tehokkaalla markkinoinnilla. Fossiilisten polttoaineiden polttamiseen elämäntapamme kuitenkin samalla aiheuttanut ilmastonmuutoksen kaltaisia maailmanlaajuisia ongelmia.

Louis Vest

Petrokemia, eli öljynjalostus on kemianteollisuuden ala, joka on merkittävässä roolissa ilmastonmuutoksen aiheuttajana, mutta nykyään sen sovellusten avulla myös ratkaistaan ilmastonmuutokseen liittyviä ongelmia.

Petrokemian prosesseja hyödynnetään öljynjalostamoissa valmistettaessa raakaöljystä erilaisia fossiilisia polttoaineita, kuten raskasöljyä, kevyttä polttoöljyä, petrolia ja bensiiniä sekä kaasumaisia osia, joita käytetään mm. nestekaasussa. Raakaöljystä valmistetaan polttoaineiden lisäksi myös monenlaisia muoveja ja muita materiaaleja, kuten synteettisiä kangaskuituja (mm. polyesteri) ja synteettistä kumia. Öljyteollisuus on merkittävimpiä ilmastonmuutoksen aiheuttajia.

Toisaalta petrokemian keinoin voidaan nykyään mm. parantaa liikennevälineiden polttoaineenkulutuksen tehokkuutta ja tuulivoimaloiden säänkestävyyttä ja tuottaa uusia materiaaleja. Xperimania-sivusto listaa seuravanlaisia ilmastoystävällisiä petrokemian ratkaisuja:

• Eristeet: tehokkaammat eristysmateriaalit mahdollistavat energiataloudellisemmat rakennukset;
• Kevyet komposiittimuovit auttavat vähentämään autojen ja lentokoneiden polttoaineenkulutusta;
• Polttoainekennot: vetykennot tuottavat autoissa ja moottoripyörissä vesihöyryä pakokaasujen sijaan;
• Uusi valaistustekniikka (kuten orgaaniset valoa tuottavat diodit – OLEDS) tuottavat enemmän valoa vähemmällä energialla;
• Tuulivoimalat ja aurinkopaneelit: molemmissa tarvitaan kemianteollisuuden tuottamia materiaaleja. Tuulivoimaloiden metallilavat on suureksi osaksi korvattu lasikuituvahvisteisella polyesterillä, jotta ne kestävät ankariakin sääoloja.

Bioenergialla tarkoitetaan biopolttoaineista saatavaa energiaa. Biopolttoaineiksi taas kutsutaan biomassasta eli kasviperäisistä massoista valmistettuja polttoaineita, joita voidaan tuottaa metsäbiomassan lisäksi peltobiomassasta, biojätteestä, lannasta ja jätevedestä. Jätettä voidaan polttaa jätevoimaloissa tai siitä voidaan valmistaa kierrätyspolttoainetta, kuten yhdyskuntien ja yritysten polttokelpoisista jätteistä valmistettu polttoaine tai kierrätyspuu. Lisäksi polttoaine on mahdollista jalostaa edelleen biokaasuksi tai nestemäisiksi liikenteen polttoaineiksi, kuten etanoliksi ja dieseliksi.

Suomessa biopolttoaineita (puuta ja turvetta) käytetään ensisijaisesti yhdistetyssä sähkön ja lämmön tuotannossa, eli CHP-tuotannossa. Liikenteessä puhtaita biopolttoaineita käytetään Suomessa toistaiseksi vähän, vaikka bensiinin ja etanolin seokset ovatkin yleisessä käytössä. Toiveet bioenergian käytön lisäämisestä ovat korkealla ja aiheesta käydään tällä hetkellä kovaa poliittista vääntöä. Arvioiden mukaan Suomen suurin bioenergiapotentiaali sisältyy maatalouden ja metsätalouden energiatuotteiden hyödyntämisestä. Sellu- ja paperiteollisuuden jäteliemiä hyödynnetään jo nyt tehokkaasti energiantuotannossa.

Kasvihuonekaasupäästöjen väheneminen on yksi tärkeimpiä bioenergiaa puoltavia tekijöitä. Bioenergian elinkaariketjuilla on kuitenkin monia ympäristövaikutuksia. Yhtäältä biopolttoaineet vähentävät päästöjä verrattuna fossiilisiin polttoaineisiin, mutta toisaalta ne saattavat myös lisätä kuormitusta. Bioenenergia ei ole automaattisesti ilmasto- ja ympäristöystävällistä, vaan sen hyödyt ja haitat vaihtelevat käytetyn materiaalin mukaan.

Ilmastonmuutos-, ja energiatehokkuus-näkökohtien lisäksi bioenergian elinkaarivaikutuksia arvioitaessa on otettava huomioon myös tuotannon taloudellinen ja sosiaalinen kestävyys, sekä vaikutukset luonnon monimuotoisuuteen. Luonnonvaroja tulisi käyttää kestävästi ja niitä tulevillekin sukupolville säästäen. Biopolttoaineiden tuotantovaihtoehtoja arvioitaessa tuleekin ottaa huomioon myös raaka-aineiden vaihtoehtoiset käyttötavat, kuten ruoka, kemikaalit ja metsäteollisuuden tuotteet. 

Auringon säteily koostuu fotoneista, joiden liikkeeseen aurinkosähköteknologiat eri tavoin perustuvat. Teknologiat voidaan jakaa kolmeen sukupolveen. Kaupallisessa käytössä olevat yksi- ja monikiteiset piikennot ovat ensimmäisen sukupolven aurinkokennoja. Toisen sukupolven aurinkokennoja ovat ohutkalvoaurinkokennot. Kaikkien näiden teknologia perustuu valosähköiseen ilmiöön ja puolijohteiden pn-liitoksen aikaansaamaan sähkökenttään.

Kolmannen sukupolven aurinkokennot ovat vielä tutkimusasteella. Esimerkkinä niistä voidaan mainita nanokidekennot, joita kutsutaan myös väriaineherkistetyiksi aurinkokennoiksi tai Grätzel-kennoiksi. Kennot valmistetaan silkkipainotekniikalla titaanikalvoille. Valo sitoutuu kalvon pinnalle painettuihin väriainemolekyyleihin. Nanokidekennoissa ei siis ole pn-liitoksen aikaansaamaa sähkökenttää, vaan elektronien liike perustuu kemiallisiin reaktioihin. Toisin sanoen toisin kuin fysiikkaan perustuvissa piikennoissa, nanokidekennon toimintaperiaatteet ovat sähkökemiallisia.

Nanokidekennojen lisäksi tutkimus- ja kehitysvaiheessa on useita muita aurinkokennotyyppejä. Näistä esimerkkejä ovat keskittäviin järjestelmiin kehitetyt aurinkokennot sekä joustavat aurinkokennot, joista on jo sovelluksia käytössä maailmalla.

Jason-Morrison