Vihreä energia vety

Tämän päivän Ylen aamulähetyksessä pohdittiin Suomen tulevaisuuden energiaratkaisua, joka perustuisi vetytalouteen. Aihe on mielenkiintoinen toki ja elintärkeä niin Suomen kuin maailmankin tulevaa elämää ajatellen. Keskustelussa pohdittiin sitä, että vetytalous olisi kenties Suomen uusi vientivaltti, koska uskottiin meillä olevan siihen liittyvää osaamista, ongelmana on vain osaava henkilökunta ja riittävät investoinnit. MInua jäi vaivaamaan keskustelun yleisluontoisuus, ikäänkuin vety olisi jo ratkaisu jopa tämänpäivän energian tarpeeseen ja vihreän teknologian kehittämiseen, mutta selkeitä toimivia ratkaisuja ei keskustelussa tullut esiin vain toiveita siitä, kuinka vetyä voitaisiin käyttää.

Vety on jaksollisen järjestelmän ensimmäinen alkuaine. Sen kemiallinen merkki on H. Vety on epämetalli, mutta jaksollisessa järjestelmässä se on sijoitettu ensimmäiseen pääryhmään yhdessä alkalimetallien kanssa. (Wikipedia)

Vety on maailmankaikkeuden yleisin alkuaine. Noin 90 prosenttia kaikista atomeista on vetyä. Se on tähtien polttoaine, auringostakin suurin osa on vetyä.  Vety ja sen yhdisteet ovat monella tapaa elintärkeitä myös maapallon elämälle.

Maapallon vedystä suurin osa on sitoutuneena veteen, järviin, jokiin, meriin ja jäätiköihin. Veden kaavassa H2O vety on osana. Vesi on vedyn ja hapen yhdiste. Vety on väritön, hajuton, mauton, helposti syttyvä ja ilmaa kevyempi kaasu ja  erinomainen energian kuljettaja.

Vedyn sulamis- ja kiehumispiste ovat alkuaineiden toiseksi alhaisimmat, sulamispiste on –259 astetta ja kiehumispiste  –253 astetta.

Vetyatomi sitoutuu orgaanisissa yhdisteissä tavallisesti yhdellä kovalenttisella sidoksella, mutta joissakin tapauksissa se voi osallistua myös erityislaatuiseen vuorovaikutukseen, vetysidokseen. Vetysidos voi syntyä, jos vetyatomi on yhdistynyt kovalenttisella sidoksella sitä elektronegatiivisempaan alkuaineeseen, esimerkiksi happeen tai typpeen. Koska vetyatomilla on tällöin positiivinen osittaisvaraus, se voi vuorovaikuttaa negatiivisesti varautuneen atomin tai atomiryhmän kanssa.

Vetyä ei voi pitää varsinaisena energianlähteenä, koska sitä ei maapallolla tavata sellaisenaan missään olosuhteissa, vaan vety on aina valmistettava. Siksi on parempi puhua vedyn kohdalla energian kantajasta.

"Vedyn energiasisältö massayksikköä kohden on erittäin hyvä, lähes kolminkertainen bensiiniin ja dieselöljyyn verrattuna. Pienen tiheyden takia tilavuuteen suhteutettu energiatiheys on kuitenkin erittäin huono. Siksi vedyn varastoinnissa kaasumaisena on käytettävä erittäin korkeaa painetta; nykyisin jopa 700 bar on käytössä. Vetysäiliössä yhdistyy tiivis, teräksestä valmistettu sisäsäiliö ja hiilikuitukomposiitista tehty ulkovaippa, joka kantaa paineen aiheuttamat voimat.

Vaihtoehtoisesti vety voidaan muuttaa nestemäiseen olomuotoon jäähdyttämällä se -253 °C lämpötilaan. Nesteytetyn vedyn säilöissä on myös kaksikuorinen rakenne, jossa kuorten välissä on tehokas lämpöeristys. Tällainen säiliö vaatii käytännössä jatkuvaa jäähdyttämistä, muuten vety muuttuu takaisin kaasuksi. Siksi nestevety soveltuu parhaiten autoihin, jotka ovat jatkuvassa käytössä.

Kolmas tapa vedyn varastoinnissa on sitoa vety esimerkiksi metallihydrideihin, mutta kaupallisia sovelluksia siitä ei vielä ole. Tämäkin varastoimismuoto johtaa verrattain painavaan säiliöön, koska parhaatkaan hydridit eivät kykene sitomaan vetyä kuin alle 10 % omasta massastaan. Hydridi on toisaalta luonnostaan turvallisin varastointimuoto, sillä siitä vety ei vuoda itsekseen, vaan hydridiä on lämmitettävä, jotta vety vapautuisi. Vety tarjoaa kuitenkin akkuja paljon paremman energiatiheyden sähkön varastoimiseen. Siksi autoteollisuus on ryhtynyt aktiivisesti kehittämään polttokennoautoja"

"Vedyn yleisin valmistustapa on nykyään maakaasun höyryreformointi. Siinä vedyn ja hiilen väliset kemialliset sidokset rikotaan, ja hiili hapetetaan hiilidioksidiksi, joten reaktion tuotteena saadaan vetyä ja hiilidioksidia. Reformoinnissa voidaan käyttää myös biometaania, jolloin hiilen kiertokulku on periaatteessa suljettu. Lähtöaineeksi soveltuvat myös metaania raskaammat hiilivedyt, mutta silloin hyötysuhde on huonompi ja hiilien päästöt suuremmat tuotettua vetymäärää kohden.

Vetyä voidaan valmistaa myös kaasuttamalla kiinteää biomassaa ja erottamalla vety tuotekaasusta. Tuotekaasun runsaista epäpuhtauksista johtuen tällä tavoin valmistetun vedyn puhtausaste on kuitenkin melko huono, ja tekniikka vaatiikin vielä paljon kehittämistä.

Puhtainta vetyä saadaan hajottamalla vettä vedyksi ja hapeksi elektrolyysissä sähköenergian avulla. Reaktio on periaatteessa sama kuin polttokennossa, mutta käänteinen. Suuren sähkönkulutuksen vuoksi tuotetun vedyn hinta on kuitenkin paljon korkeampi kuin kemiallisilla tuotantotavoilla." www.motiva.fi

"Nykyään vetyä käytetään hyödyksi monissa teollisissa valmistusprosesseissa. Eniten vetyä käytetään kemianteollisuudessa. Siitä valmistetaan etenkin ammoniakkia, josta tehdään pääasiassa lannoitteita.

Toinen merkittävä käyttökohde on öljynjalostus. Lopputuloksena syntyy esimerkiksi dieseliä ja bensaa autojen tankkeihin. Ravintorasvojen valmistuksessa vetyä käytetään tyydyttymättömien kasvirasvojen kovettamiseen.

Vedyllä on osuutensa myös avaruustutkimuksessa. Nestemäinen vety on rakettien polttoainetta.

Tällä hetkellä suurin osa teollisuuden käyttämästä vedystä tehdään maakaasusta, mikä tuottaa paljon hiilidioksidipäästöjä. Jo lähitulevaisuudessa vetyä on kuitenkin mahdollista alkaa tuottaa päästöttömästi vedestä elektrolyysin avulla. Valmistuksessa käytetään uusiutuvaa energiaa, kuten aurinko- tai tuulivoimaa, tai ydinvoimaa. Päästöttömästi tuotettua vetyä kutsutaan vihreäksi vedyksi." Helen.fi

Vedyn ”hiilijalanjälki” on täysin tuotannosta riippuva. Jos valmistuksessa käytetään sähköä, joka on tuotettu ilman hiilipäästöjä (vesi-, tuuli-, aurinko- tai ydinvoimalla), on vety hiilineutraalia. Biomassasta tuotettuna vety on periaatteessa hiilivapaata, ja fossiilisista raaka-aineistakin valmistettu vety voi olla melko hiilineutraalia, jos tuotantolaitos varustetaan hiilidioksidin talteenotolla (Carbon Capture and Storage, CCS).

Edellämainitut seikat puoltavat sitä, että asiaa on tutkittu Suomessa eri yritysten ja VTT:n sekä Aaltoyliopiston kanssa EU-rahoituksen avulla.

On kuitenkin jo Suomessa olemassa olevaa teknologiaa, ja vetyenergiaa kaupallisesti hyödyttäviä innovaatioita itseasiassa jo pidemmän aikaa.

"Suomessa on käytetty vetyä muun muassa vesivoiman energian varastoimiseen yrityksen omaan käyttöön jo vuonna 1913. Vihreän vedyn tuotantoteknologia ja täysi valmius vihreän vedyn valmistukseen meillä on ollut jo vuodesta 2014 alkaen, jolloin Kokkolan elektrolyysivetytehdas valmistui. Kokkolan vetytehdas on yksi Pohjois-Euroopan suurimmista vihreän vedyn valmistusyksiköistä. Käyttämällä tuotannossa vihreää, esim. tuulivoimalla tuotettu sähköä kykenemme valmistamaan vihreää vetyä."

"Vety vaatii kuljetuskapasiteettia. Woikoskella otettiin 2020 käyttöön nykyaikaiset komposiittitekniikkaan perustuvat 300 bariset vedyn kuljetukseen soveltuvat kuljetusyksiköt, jotka mm. mahdollistavat ns. sivutuotevedyn kustannustehokkaan kuljetuksen.

Vedyn varastointia kehitetään jatkuvasti. Woikoski on mukana EU-hankkeessa, jossa testataan vedyn varastointia ja kuljetusta sitomalla vety orgaaniseen kantajamolekyyliin. Uudella tekniikalla on potentiaalia pudottaa merkittävästi vedyn varastointi- ja kuljetuskustannuksia." Woikoski

Yllä vain jotain yrityksen toteuttamasta vetytalousratkaisuista, toivon, että yrityksen toiminnasta kerrottaisiin enemmän ja ehkä mainonta voisi olla yksi hyvä tapa asian julkiseksi tekemiseksi.

EU on rahoittanut jo Euroopassa runsaasti erilaisia vetyhankkeita ja samaa tehdään EU:n ulkopuolella, olisi kiinnostavaa tietää miten pitkälle kaupallisesti käytännön sovelluksissa jo ollaan.

Arja Kolehmainen 26.7.2022 Helsinki

Lähteet:  www.motiva.fi ,Wikipedia, Pedanet, Helen.fi, Woikoski.fi