Viime aikoina yhä taajempaan esiintyneet sään ääri-ilmiöt eri puolilla maailmaa vakavine seuraamuksineen ovat seurausta ilmaston lämpenemisestä. Tällä hetkellä ainoa tiedossa oleva tapa hillitä ilmastonmuutosta ja sen vakavia seurauksia, on luopua nopeasti fossiilisen energian käytöstä. Fossiilisen energian korvaaminen uusiutuvalla energialla ei ole pikku juttu, vaan projektin mittakaava on valtava.
Vuonna 2023 maailman primäärienergian kulutus oli 183 230 TWh, josta 140 000 TWh, eli 76 % oli fossiilista alkuperää. Fossiilisesta energiasta öljyn osuus oli 54 600 TWh, kivihiilen 45 600 TWh ja maakaasun 40 000 TWh. Suomen primäärienergiankulutus vuonna 2023 oli 366 TWh, josta fossiilisen energian osuus oli 110 TWh, eli noin 30 %. Suomessa käytetystä fossiilienergiasta 63 % oli öljyä, 17 % kivihiiltä ja 11 % maakaasua.
Ensisijainen keino siirtyä pois fossiilisesta energiasta on sen korvaaminen uusiutuvalla sähköllä. Jäljelle jää kuitenkin useita käyttökohteita, joissa suora sähköistys ei ole mahdollista. Suoran sähköistämisen ongelmat liittyvät liikennekäytössä sähkön varastointiin, ja teollisissa sovelluksissa usein tarvittaviin korkeisiin, yli tuhannen asteen lämpötiloihin, joita ei kyetä tuottamaan sähkövastuksilla.
Näissä vaikeasti sähköistettävissä käyttökohteissa fossiilienergia tullaan korvaamaan vihreällä vedyllä ja sen hiilivapailla tai -neutraaleilla jatkojalosteilla kuten metaanilla, metanolilla ja ammoniakilla. Liikennesektorin energiankulutus 2023 oli 44,6 TWh ja teollisuussektorin 124 TWh. Jos liikenteen ja teollisuuden energiankulutuksesta korvattaisiin 10 % vedyllä ja sen johdannaisilla, se tarkoittaisi 17 TWh vetypohjaista energiaa.
EU:n suunnitelmissa on vuonna 2030 tuottaa vuosittain 10 miljoonaa tonnia vetyä. Suomessa on suunniteltu, että tuosta 10 milj. vetytonnista 1 milj. tonnia voitaisiin tuottaa Suomessa. Tämä 1 milj. tonnia vetyä on 33.3 TWh energiaa, ja sen tuottamiseen nykyisillä alkali- tai PEM- elektrolyysereillä tarvitaan n. 50 TWh sähköä. Se on paljon suhteessa Suomen sähkön kokonaiskulutukseen, joka vuonna 2023 oli 83 TWh. Uusilla korkeilla maatuulivoimaloilla, joiden kapasiteettikerroin lähentelee 40 %:a, 50 TWh:n sähkömäärän tuottamiseen tarvittaisiin n 14,3 GW tuulivoimakapasiteettia, eli kaksi kertaa nykyinen tuulivoimakapasiteettimme. Suomi on suuri ja harvaan asuttu maa, missä tällaisen kapasiteetin rakentamiselle on runsaasti tilaa. Suotuisimmat alueet tuulivoiman rakentamiselle löytyvät länsirannikolta ja Pohjois-Pohjanmaalla.
Tarvittavan sähkömäärän liittäminen valtakunnan sähköverkkoon edellyttää suuria investointeja uuteen siirtokapasiteettiin. Sähköverkon kuormittumista voidaan vähentää sijoittamalla vedyn tuotanto lähelle sähkön tuotantoa, ja siirtämällä energia tuotantopisteestä kulutuspisteeseen vetyverkon avulla. Suomessa valtio-omisteinen Gasgrid on käynnistämässä vedyn runkoverkon rakentamisen, ja vedyn pitäisi virrata Etelä-Suomessa ja länsirannikolla kulkevassa putkessa 2030-luvun alkupuolella.
Vetytalouden kehittäminen Suomessa
Vetyasioissa teollisuus Suomessa on järjestäytynyt Vetyklusterin taakse. Kymmenen yliopistoa ja kaksi tutkimuslaitosta muodostavat yhteisen Suomen vetytutkimusfoorumin. Nämä kaksi ekosysteemiä tekevät yhteistyötä keskenään tutkimuksen ja koulutuksen saralla.
Vedyn ja vihreiden polttoaineiden ympärille on muodostunut ja muodostuu Business Finlandin rahoittamia tutkimukseen keskittyviä vetureita. Vetyklusterin ja vetytutkimusforumin yhteistyöstä hyvä esimerkki on FITECH-verkoston toteuttama aikuisopiskelijoille suunnattu työn ohessa suoritettava verkko-opintoina tapahtuva vetykoulutus.
Jos tarkastellaan vedyn käyttöä SIX ekosysteemin kannalta, niin e-polttoaineet, vihreä vety mukaan lukien, ovat tärkeitä liikkuville koneille ja myös valmistavalle teollisuudelle. Kiertotalous, vihreä siirtymä regulaatioineen sekä asiakkaan vaatimukset määrittävät käytettävien polttoaineiden ja kemikaalien tyypin tulevina vuosina.
Sähkön käyttö voimansiirrossa korkean hyötysuhteen takia on aivan ylivoimainen polttomoottoreihin, polttokennoihin ja turbiineihin nähden, mutta on paljon ympäristöjä, joissa sähköenergian käyttö akkuja hyödyntäen ei ole mahdollista kuten laiva- ja lentoliikenne sekä pitkän matkan raskas liikenne ja työmaat, joissa sähköverkko on heikko akkujen tehokasta latausta ajatellen. Nykyakkutekniikalla on puutteensa.
Meriliikenteen tulevaisuuden e-polttoaineista käydään vakavaa keskustelua. Laivassa saattaa olla tulevaisuudessa kaksi polttoainetankkia, yksi fossiiliselle ja toinen e-polttoaineelle. Kaikista satamista ei välttämättä saa e-polttoaineita. Laivan e-polttoaineeksi on veikattu e-ammoniakkia tai e-metanolia. E-polttoaineen hintataso pitää saada bunkrausöljyn tasolle mm. tukiaisia käyttäen eli 55 c/kg. Hinnoittelu pitää toteuttaa luonnollisesti energiasisältöjen mukaan, kun esimerkiksi kilossa metanolia on vain puolet fossiilisen öljykilon energiamäärästä, ja vetykilossa on energiaa kolminkertainen määrä dieselkiloon verrattuna.
Keskustelua käydään myös kestävistä lentopolttoaineista (Sustainable Aviation Fuel, SAF). Jatkossa EU:n regulaatio vaatii, että lentokerosiinin pitää olla vihreämpää, eli siihen pitää sekoittaa uusiutuvaa polttoainetta, ja sen osuus tulee kasvamaan vuodesta vuoteen. Siihen tulee tulevaisuudessa e-polttoaine twisti.
Teräksen valmistus menee myös kohti laajempaa kiertotaloutta ja vihreää tuotantoa. Tavoite tulevina vuosikymmeninä on lisätä romuteräksen hyödyntämistä terästuotannossa sekä vedyn sekä sähkön käyttöä teräksen valmistuksessa. Aluksi teräksen hinta toki nousee, mutta sitä pitää tukea tukiaisilla, kuten usein tehdään puhtaamman energian maailmassa. Asiakkaat vaativat jossain vaiheessa, että auton valmistuksessa teräs on oltava vihreästi valmistettua ja silloin terästehtaiden on vaan toimittava tähän suuntaan.
Vety tuskin tulee tulevaisuudessa esimerkiksi henkilöautojen polttoaineeksi, mutta pitkän matkan raskasliikenne saattaa saada siitä energialähteen. Vedystä voidaan jalostaa e-polttoaineita kuten e-metaania, jota nykyiset tehtaalla modatut polttomoottorit voivat hyvin käyttää.
Vety on jatkossa erilaisten e-polttoaineiden ja e-kemikaalien raaka-aine. Vetyä tuotetaan vihreällä sähköllä ja vety jatkojalostetaan erilaisiksi lopputuotteiksi. Harjavallan P2X Solutions tehdas alkaa tuottamaan vuoden 2025 keväällä vihreästä vedystä vihreää metaania laiva- ja raskaaseen liikenteeseen. Vety suoraan saattaa olla merkittävä energian varastoinnin kohde, koska tuuli- ja aurinkoenergian suurina tuotantopäivinä mikään sähköakkukapasiteetti ei riitä energiavarastoksi.
Suomen vetytutkimusfoorumi listaa uudessa raportissaan kahdeksan tutkimusaihetta, jotka ovat erityisen tärkeitä Suomen kilpailukyvyn vahvistamiseksi. Raportin tavoitteena on vahvistaa Suomen asemaa PtX-teknologioiden ja vetytalouden edelläkävijänä, edistää vetytutkimusta ja mahdollistaa kestävät energiainvestoinnit.
Vihreä siirtymä ja siihen liittyvä energiamurros on valtava projekti, joka vaatii suunnattomat investoinnit ja suuria rakenteellisia muutoksia yhteiskunnan eri osa-alueille. Mutta se on vain tehtävä, jotta saadaan pidettyä maapallo elinkelpoisena ja valot päällä.
Kai Hämäläinen, kumppanuuspäällikkö, tutkimus- ja innovaatiopalvelut, Tampereen yliopisto
Yrjö Majanne, asiantuntija, tekniikan- ja luonnontieteiden tiedekunta, automaatio- ja tietotekniikka, Tampereen yliopisto
Comentarios