Vetytalous mullistaa

31.12.2020, kello 12:59

Teksti Markku Niskanen | Kuva Scanstockphoto

Vetytalous mullistaa

Sähköä, vettä ja hiilidioksidia. Näistä aineksista voidaan valmistaa polttoaineita, monenlaisia tuotteita ja uusia raaka-aineita. Lisäksi ilmastonmuutoksen kannalta ilkeä hiilidioksidi pääsee hyötykäyttöön. Kuulostaako liian hyvältä?

Lappeenrannan teknillisen yliopiston professori Jero Aalto naurahtaa, kun hän esittelee kirkasta nestettä sisältävää pientä pulloa: sähköstä, vedestä ja hiilidioksidista valmistettua polttoainetta.

— Meitä pidettiin hulluina, kun kuusi vuotta sitten ryhdyimme hakemaan uudelle tutkimushankkeelle rahoitusta. Onnistuimme kuitenkin yhdessä VTT:n kanssa tuottamaan polttoainetta vedestä ja hiilidioksidista. Tämän jälkeen aiheesta on julkaistu satoja tiedejuttuja eri puolilla maailmaa.

Polttoainetuotannossa, kemianteollisuudessa ja elintarviketeollisuudessa tarvittavien raaka-aineiden synteettistä valmistamista tutkitaan monissa suomalaisissa yliopistoissa ja tutkimuslaitoksissa. Suomessa Power-to-X-nimellä kutsutun tutkimustoiminnan vetureina ovat VTT ja Lappeenrannan teknillinen yliopisto.

Power-to-X-menetelmässä aurinko- ja tuulisähköllä tuotetun vedyn, hiilidioksidin ja typen avulla voidaan valmistaa polttoaineita, kemikaaleja, lannoitteita tai proteiineja. Utopistiselta ja hämmentävältä kuulostavan tuoteluettelon pituutta ei tiedä vielä kukaan tarkasti.

Aholan mukaan esimerkiksi synteettisesti valmistettu proteiini muistuttaa soijaa. Sen avulla voidaan parantaa elintarviketeollisuuden tuotteiden ravintoarvoja. Tutkimushankkeen jälkimainingeissa on jo syntynyt Solar Foods -niminen yritys. Se tuottaa synteettistä proteiinia elintarviketeollisuuden tarpeisiin.

Taivaskaan ei ole rajana, kun Aholan päästää irti. Parhaimmillaan hän on jo menossa Marsiin asti. Avaruuden valloitukselle avautuukin uusia mahdollisuuksia, kun ruokaa voidaan tuottaa ilman maataloutta.

Alkuainehiilen valmistaminen hiilidioksidista vaikuttaa tosi lennokkaalta, mutta Ahola saa asian kuulostamaan realistiselta. Akuissa tarvittava grafiittikin saadaan tulevaisuudessa "ilmasta" — samoin hiilikuiturakenteet, joilla korvattaisiin terästä.

— Kehityksen vauhti ei ole laantumassa. Edelläkävijän rooli lisää odotuksia, joita poliittiset päätökset ja visiot hiilineutraaliin yhteiskuntaan siirtymisestä edistävät, Ahola toteaa.

— Tulevaisuudessa monenlaisia tuotteita voidaan valmistaa suuressa mittakaavassa ilman fossiilisia raaka-aineita.

— Vetytalous moninkertaistaa sähkön kysynnän, huomauttaa VTT:n erikoistutkija Janne Kärki (vas.). Asetelma on haastava, koska samalla pitäisi päästä eroon polttamalla tuotetusta sähköstä. Professori Jero Aalto (oik.) on kuitenkin sitä mieltä, että vetytalouden avulla polttamalla tuotettu energia voidaan korvata tehokkaasti ja kilpailukykyisesti. Samalla Suomi  pääsee mukaan kehittämään uutta tekniikka kärkijoukoissa.

 

Yhteistuumin tuloksiin

Vetytalous voi auttaa maailmaa saavuttamaan myös päästövähennystavoitteet.

— Ovi vetytalouteen avautuu kunnolla kuitenkin vasta 2030-luvulla. Yksi vaikeimmista ongelmista on valtavasti kasvava sähkön kysyntä, kun samaan aikaan pitäisi päästä eroon polttamalla tuotetusta energiasta, toteaa Teknologian Tutkimuskeskus VTT Oy:n erikoistutkija Janne Kärki.

Kansainvälisessä vertailussa Suomi sinnittelee tällä hetkellä varsin vaatimattomin panostuksin Power-to-X-kilpailussa. Tästä huolimatta Kärki luottaa Suomen kokemukseen ja osaamiseen muun muassa teollisen lämpöintegraation ja energiajärjestelmien hallinnassa.

— Hiilidioksidin hyödyntämiseen liittyvä osaaminen kasvaa jatkuvasti Suomessa. Sekin on eduksi, että puhtaan teknologian yritykset ovat aktivoituneet. Myönteistä kehityssuuntaa vahvistaa myös se, että suomalaiset toimijat osaavat tehdä asioita yhdessä. Julkinen ja yksityinen sektori ovat tottuneet tekemään yhteistyötä.

Tällä hetkellä Power-To-X-hankkeiden parissa työskentelee Suomessa vajaat sata tutkijaa VTT:ssä ja Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa. Suomeen on myös syntymässä vetytalouden tiekartta Business Finlandin tilaamana.

— Power-to-X-tuotteiden valmistamisen edellytys on vedyn kaupallisen käytön kannattavuus. Vetytaloudessa logistiikkakustannukset ovatkin dominoivia. Lisäksi selvittelemme sitä, miten vetytaloudessa syntyvä hukkalämpö saataisiin hyötykäyttöön, Kärki toteaa.

Hyvän esimerkin raskaan teollisuuden mukautumisesta uuteen tilanteeseen antaa Raahen terästehdas, jonka tarkoituksena on siirtyä vetytalouteen teräksen tuotannossa.

— Jos Raahen terästehdas muuttaa valmistusprosessiaan ja siirtyy hiilen sijasta vedyn käyttäjäksi, olisi tällä tuntuva vaikutus Suomen ilmastotavoitteiden toteutumiseen. Raahen terästehdas on Suomen suurin yksittäinen hiilidioksidipäästöjen aiheuttaja. Sen osuus Suomen kaikista hiilidioksidipäästöistä on noin seitsemän prosenttia. Terästehtaan tarvitseman vedyn tuottamista varten tarvittaisiin kuitenkin noin 500 megawattia sähkötehoa, Kärki toteaa.

— Kyseessä on valtava loikka, sillä toistaiseksi Suomen suurimman vetyä tuottavan elektrolyysilaitoksen teho Kokkolassa on vain yhdeksän megawattia.

Hiilidioksidi kiertoon

Vetytalous ei voi perustua polttamalla tuotettuun sähköön. Tämä selvisi hyvin nopeasti, kun Lappeenrannan teknillisen yliopiston professori Jero Ahola ryhtyi tutkimaan vetytalouden mahdollisuuksia. Toinen havainto oli se, että vetytaloudessa tarvittava hiilidioksidi kannattaa ottaa ilmakehästä tai hiilipäästöjä aiheuttavien laitosten piipun nokalta.

— Tulevaisuudessa suurin osa maailman sähköstä käytetään vetytalouden tarpeisiin, Ahola ennustaa.

Puhtaalla sähköllä tuotetun vedyn hintaan vaikuttaa eniten aurinko- ja tuulisähkön hintakehitys. Ahola laskee, että nykyisin Portugalissa halvalla aurinkosähköllä tuotettu megawattituntia vetyä maksaisi noin 30 euroa. Vedystä jalostetun kerosiinilitran tai dieselpolttonesteen hinta taas voisi olla tällä olettamuksella noin 0,8 euroa.

Ahola kuitenkin myöntää, että hiilidioksidin kerääminen ilmasta tai merivedestä on vielä kehittelyvaiheessa. Siksi se on myös kallista.

— Sellutehtaat tuottavat Suomessa vuosittain 24 miljoonaa tonnia hiilidioksidia. Kun tuulisähkön tuotantokapasiteetti kasvaa ja tuulisähkön hinta laskee, voitaisiin sellutehtaiden ilmaan päästämästä hiilidioksidista valmistaa edullisemmin vetyä kuin ottamalla hiilidioksidi ilmasta.

Aholan laskelmien mukaan Suomessa tarvittaisiin vuosittain 250 terawattituntia sähköä, jos kaikesta sellutehtaiden ilmaan päästämästä hiilidioksidista valmistettaisiin vetyä.

— Tämä tuskin toteutuu, koska Suomen vuotuinen sähköntuotanto pitäisi silloin kolminkertaistaa. Ikävämpää olisi, jos Suomeen ei syntyisi lainkaan Power-to-X-teollisuutta tai jos Suomessa syntyvä hiilidioksidi vietäisiin jonnekin muualle jalostettavaksi.

Ensimmäiset vedystä polttoainetta tuottavat kokeilut tehtiin Suomessa kymmenen kilowatin teholla. Nykyisin kansainvälisten kokeilulaitosten tehot ovat jo kymmenen megawatin luokkaa.

Joutsenossa Finnish Chemicalsin natriumkloraattitehtaan sivutuotteena syntyvästä vedystä ja Finnsementin tehtailla syntyvästä hiilidioksidista ryhdytään pian valmistamaan metanolia, jota taas voidaan käyttää kerosiinin valmistukseen. Hankkeessa ovat mukana Lappeenrannan teknillinen yliopisto, St1, Shell, Finnair, Wärtsilä, Neste, Kemira ja paikalliset konepajat.

— Jos onnistumme hankkeessa, on seuraava askel rakentaa 200 megawatin sähköteholla toimiva vedyntuotantolaitos Etelä-Karjalaan — mahdollisesti sellutehtaan kylkeen, Ahola kertoo.

— Tämä saattaa toteutua vielä tämän vuosikymmenen lopulla.

Vetoapua saadaan liikenteen päästövähennysten kiristämisestä ja liikennepolttoaineille kohdistettavasta sekoitevelvoitteista.

— Biopolttoaineilla tai metsäenergialla ei maailmaa pelasteta, Ahola lataa.

— Kun proteiinia valmistetaan tehtaissa, voidaan entiset soijapellot metsittää.

 

Vety kulkee pitkän matkan

Kärki ennustaa, että tulevaisuudessa vetyä kuljetetaan pitkiäkin matkoja — ei tosin kaasumaisessa muodossa. Kuljettaminen tapahtuisi nesteytettynä tai erilaisiin vedynkantajiin sidottuna.

— Ainakaan toistaiseksi vedyn tuominen Suomeen Etelä-Euroopasta tai Afrikasta ei vaikuta kannattavalta.

Kärki luottaa tässäkin tapauksessa Suomen mahdollisuuksiin tuottaa vetyä taloudellisesti kannattavasti.

— Suomessa on runsaat vesivarannot sekä riittävästi hiilidioksidia taivaalle tupruttelevia tehtaita ja voimalaitoksia. Vedyn valmistaminen saattaisi muutenkin sopia hyvin suomalaisille, koska sivutuotteena syntyvä hukkalämpö voitaisiin käyttää kaukolämpöverkoissa.

Kärjen visioissa perinteiset sähköä ja lämpöä tuottavat CHP-voimalaitokset vaihtuvat 2030-luvulla vetyä ja kaukolämpöä tuottaviksi CHH-laitoksiksi (CHH=Combined Heat and Hydrogen).

 

Sivutuotevety ei riitä

Teollisuusprosessien sivutuotteena Suomessa syntyy vuosittain vetyä, jonka energiamäärä vastaa noin 730–820 gigawattituntia.

— Tämä vetymäärä riittäisi ensimmäisten laitosten tarpeisiin, mutta ei laajamittaiseen vetytalouteen. Nykyisin sivutuotevetyä käytetään jonkin verran energiantuotannossa, mutta suurin osa päästetään karkuun taivaalle.

Kärkeä harmittaa arvokkaan raaka-aineen vähäinen käyttö.

Nyt kehitystyötä suunnataan halpaan sähköön perustuvaan vedyn tuotantoon. VTT:llä on käynnistymässä uusi hanke, jolle se hakee rahoitusta Business Finlandilta.

— Kerosiinin ja dieselmoottoreille soveltuvan synteettisen polttoaineen jalostaminen vaikuttaa potentiaaliselta vaihtoehdolta. Lisäksi kemianteollisuudessa käytettyjä fossiilipohjaisia raaka-aineita voidaan ehkä korvata vetytalouden raaka-aineilla, Kärki sanoo.

Tärkein ajureista on kuitenkin päästötön sähkö.

— Vetytalouden avulla polttamalla tuotettu energia voidaan korvata tehokkaasti ja kilpailukykyisesti. Samalla Suomi kehittää kärkijoukoissa uutta tekniikkaa, mutta vasta edullinen tuulisähkö mahdollistaa kehitettävän teknologian skaalaamisen, eli suurtuotannon, professori Ahola huomauttaa.

— Energiankäytön tehokkuutta oleellisempaa on kuitenkin se, millä tavalla maailman hiilidioksidipäästöjä voidaan supistaa. Energiatehokkuus on vain yksi keino muiden joukossa vähentää päästöjä.

#energiatalous #sähkönkäyttö #uusiutuva energia
Jaa artikkeli:

Kommentoi

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakkolliset kentät merkitty *

Kommentit ()

Ei kommentteja