Tutkijat kehittelevät vetypaneeleita

Rajoitteena heikko hyötysuhde

10.12.2025, kello 10:17

Teksti Heikki Jaakkola | Kuva Scanstockphoto

Elektrolyysi ei ole ainoa tapa tuottaa vetyä. Myös valokatalyysi tuottaa vetyä. Valokatalyysissa vesi hajoaa vedyksi ja hapeksi auringonvalosta saatavalla energialla kemiallisten reaktioiden avulla.

Nuori vetytutkija -palkinnon saanut tutkijatohtori Filipp Temerov Oulun yliopistosta tutkii valokatalyysia. Temerov on kehitellyt valokatalyysiin perustuvia vetypaneeleita, joita voidaan käyttää myös viileässä ympäristössä. Silloin veteen lisätään jäätymistä estäviä aineita, jotka vauhdittavat reaktioita.

Vetytaloutta visioivissa keskusteluissa vedyn teollinen tuotanto perustuu yleensä elektrolyysiin, jolloin sähköä tarvitaan suuria määriä. Valokatalyysi on selvästi kevyempi vaihtoehto, mutta elektrolyysin korvaajaksi siitä ei ole.

— Valokatalyysi voi kuitenkin olla tulevaisuudessa tärkeä elektrolyysiä täydentävä tapa tuottaa vetyä, Temerov huomauttaa.

Toistaiseksi valokatalyysin rajoite on sen heikko hyötysuhde. Vain pieni osa paneeliin osuvan valon energiasta saadaan vauhdittamaan vetyä tuottavia reaktioita. Hyötysuhdetta voidaan kuitenkin parantaa kehittelemällä erilaisia reaktiopolkuja ja näissä tarvittavia katalyyttimateriaaleja.

— Toistaiseksi alan teknologia on vasta kehitteillä. Tällä hetkellä tavoitteena on noin kymmenen prosentin hyötysuhde.

Vertailun vuoksi. Sähköä tuottavien aurinkopaneelien hyötysuhde on nykyisin 20–25 prosentin paikkeilla.

Hyötysuhteen parantamisen lisäksi on ratkaistava se, miten paneelissa syntyvä vety otetaan talteen. Temerov toteaa, että tämä ei edellytä välttämättä vedyn sulkemista kaasumuotoisena säiliöihin. Yksi vaihtoehto on kiinnittää vety sopivaan materiaaliin.

— Mielenkiintoisena vaihtoehtona tutkitaan parhaillaan vedyn sitomista metalleihin.

Arvokkaat hiilimateriaalit parantavat kannattavuutta

Vetyä tuotetaan myös metaanista. Metaani hajotetaan pyrolyysiprosessin tai höyryreformoinnin avulla. Etenkin höyryreformointi on kemiallisesti mutkikas ja edellyttää kuumia lämpötiloja, jolloin käytetään sähköä tai polttamiseen perustuvia tekniikoita.

Metaanin hajottamisessa tarvittava kuumentaminen voidaan kuitenkin korvata kemiallisilla prosesseilla, joita ohjataan katalyyttien avulla. Samalla voidaan vaikuttaa prosessissa syntyvän hiilen laatuun, mikä parantaa toiminnan kannattavuutta.

— Jos prosessissa syntyvä hiili saadaan jalostetuksi grafiitin ja grafeiinin tapaisiksi arvokkaiksi materiaaleiksi, voidaan niitä hyödyntää varsin kalliissa lopputuotteissa, esimerkiksi akuissa, Temerov kertoo.

Sosiaalinen hyväksyntä

Elektrolyysillä tai valokatalyysillä tuotettu vety ei toistaiseksi kykene kilpailemaan hinnalla metaanista tuotetun vedyn kanssa. Temerov näkee yhtenä haasteena löytää asiakkaat eri tavoilla tuotetulle vihreälle vedylle.

— Alalla moni näkee asiakkaiden löytämisen vedyn tuotantoa suurempana haasteena.

Vetytalouden suurin haaste on rakentaa lähes yhtäaikaisesti alan tuotanto ja jakeluinfra, löytää asiakkaat ja hankkia massiivisen teollisen järjestelmän edellyttämä rahoitus. Temerov pitää vetylaaksoja parhaana keinona edistää vetytalouden kehittymistä.

— Vetylaaksot ovat ehkä paras EU:sta tullut ajatus, koska silloin koko arvoketju voidaan toteuttaa tiiviinä pakettina.

Temerov näkee sosiaalisen hyväksynnän tärkeänä vetytalouden kehittymiselle. Laajan teollisuudenalan rakentamista olisi vaikea toteuttaa poliittisessa vastatuulessa.

Esimerkiksi Saksassa vetytaloutta on helppo edistää, koska sikäläinen energiajärjestelmä toimii jo nyt pitkälti kaasun varassa. Teollisuus ja suuri yleisö ovat tottuneet kaasun käyttöön eikä infrastruktuurin rakentamista tarvitse aloittaa alusta.

— Suomalaisille kaasun käyttö on vieraampaa.

Temerovin mukaan ongelmat voidaan välttää vuoropuhelun avulla. Tästä on jo näyttöä. Esimerkkinä hän kertoo norjalaisen tuulivoimaprojektin, jolloin laitoksia oltiin alunperin rakentamassa saamelaisten alueelle. Paikallinen väestö vastusti ankarasti poronhoitoalueelle kaavailtua laitosta.

— Keskustelujen pohjalta sijaintipaikkaa muutettiin hieman, minkä jälkeen asiassa ei ollut ongelmaa. Myös sähkönsiirtoyhteyksien, tuulipuistojen ja kaasuputkistojen linjauksia mietittäessä vuoropuhelun avulla voidaan välttää paljon sosiaalista vastustusta.

Hyötysuhde seitsemän prosentin tuntumassa

Valokatalyysiin perustuvassa vedyntuotannossa veden hajottaminen vedyksi ja hapeksi on vasta ensimmäinen askel. Aineiden yhdistyminen saman tien takaisin vedeksi on estettävä paneelissa kemiallisten reaktioitten avulla. Prosessi on kokonaisuudessaan monta vaihtoa sisältävä pokeri, jota pelataan sähköisesti varautuneilla hiukkasilla.

Itse vedyn tuottaminen voi jäädä vaatimattomaksi panostuksiin verrattuna. Vain pieni osa auringon energiasta saadaan käytettyä vedyn tuottamiseen.

Professori Marko Huttula Oulun yliopistosta kertoo japanilaisten muutama vuosi sitten toteuttamasta hankkeesta, missä valokatalyysillä päästiin jo plusmerkkiseen hyötysuhteeseen.

— Nyt olemme päässeet seitsemän prosentin tuntumaan, kaupallisen kannattavuuden rajana pidetään kymmentä prosenttia. Itse reaktion ohella Oulussa on kehitelty paneelia, minkä tuloksena on käynnistynyt Zun-H spin off -yritys. Paneeliratkaisuja on testailtu viime keväänä Kanarialla ja yrityksen pilotointi tehdään Espanjassa.

— Suomessa kehitystyötä tehdään Kotkassa Sunilan Green Industry Parkissa. Tavoitteena on myös pakkasessa toimiva paneeli.

Ideoita on haettu myös luonnosta. Tutkijat ovat selvittäneet perhosten siipien ja kasvien lehtien rakenteita etsiessään keinoja vähentää valon takaisinheijastumista.

— Nykyisissä paneeleissa absorbtio vähenee tuntuvasti, jos valo ei tule optimaalisessa kulmassa paneeliin. Yritämme parantaa valon absorboitumista myös epäedullisemmissa kulmissa. Tässä vaiheessa kyse on kuitenkin vasta alustavista kokeiluista, Huttula kertoo.

#vetytalous