Vihreä vetytalous tulee nyt vauhdilla. Ympäri Eurooppaa kehitellään tapoja tuottaa ja hyödyntää vihreää vetyä ilmastopäästöjen vähentämiseksi mutta myös taloudellisista syistä. Se maa, joka pääsee vihreän vedyn markkinaan vahvasti kiinni, kerää suurimmat vetytalouden synnyttämät voitot. Suomella on LUT-yliopiston näkemyksen mukaan kaikki valttikortit olla mukana vetymurroksen eturintamassa, jos vain haluamme. Avainasemassa on jo olemassa olevan korkean teknologiaosaamisen lisäksi tuulivoimaloiden tuottama edullinen sähkö.

LUT-yliopisto (Lappeenrannan-Lahden teknillinen yliopisto) on yksi vetytaloutta, sen liiketoimintamalleja ja power-to-X -teknologioita (P2X) laajasti tutkineista tutkimuslaitoksista Suomessa. Kuten monessa muussakin tiedeyhteisössä, myös LUT:issä on vahvistunut näkemys, jonka mukaan uusiutuvalla sähköllä tuotettu vety voisi olla yksi keskeisistä ratkaisuista kasvihuonepäästöjen vähentämiseksi globaalisti. Vetyä voitaisiin hyödyntää paitsi uusiutuvan sähkön varastointiin, myös teollisuudessa nyt käytetyn fossiilisen vedyn korvaajana ja vähäpäästöisten synteettisten liikennepolttoaineiden valmistuksessa.

LUT-yliopiston energiajärjestelmien yksikön dekaani Olli Pyrhösen äänessä kuuluu innostus, kun hän kuvailee vetytalouden potentiaalia Suomelle. ”Suomi ei ole ollut energiamurroksen edelläkävijä mutta meillä olisi mahdollisuus tulla siksi, jos olemme nyt rohkeita. Mahdollisuudet ja markkinat vihreälle vedylle ovat tulevaisuudessa valtavat,” Pyrhönen kiteyttää.

Käytännössä kaikki teollisuuden käytössä oleva fossiilinen vety valmistetaan tällä hetkellä reformoimalla maakaasusta. Lopputuotteen lisäksi prosessissa syntyy suuret hiilidioksidipäästöt, jolloin puhutaan mustasta tai harmaasta vedystä. Sinistä vetyä saadaan, kun prosessissa syntyvää hiilidioksidia kerätään hiilen talteenotolla ja varastoidaan. Täysin päästötön tapa valmistaa vetyä on veden elektrolyysi, jossa veden molekyylit pilkotaan uusiutuvan sähkön avulla vedyksi ja hapeksi. Elektrolyysissä syntyy vihreää vetyä, joka tulee todennäköisesti mullistamaan energiajärjestelmän.

Sähkön hinta on A & O

Pyrhösen mukaan vihreän vedyn valmistus on vielä tällä hetkellä selkeästi kalliimpaa fossiiliseen vetyyn verrattuna – puhutaan jopa kolminkertaisesta hinnasta. Vihreän vedyn valmistuksen olennaisimpia kustannustekijöitä ovat elektrolyysilaitoksen elinkaarikustannukset ja sähkön hinta. ”Veden elektrolyysi vaatii paljon sähköä ja keskeinen asia uusiutuvan vedyn valmistuksessa onkin se, kuinka paljon siihen käytetty sähkö maksaa. Ilman halpaa uusiutuvaa sähköä ei ole vetytaloutta”, tiivistää Pyrhönen.

Suomella on kaikki edellytykset vastata euroopanlaajuiseen kilpailuun vetymarkkinoilla – jos vain keskitymme oikeisiin asioihin. ”Kuten nyt jo tiedetään, on maatuulivoima hyvällä paikalla ylivoimaisesti edullisin tapa tuottaa sähköä Suomen leveysasteilla. Suomessa on vielä paljon maatuulivoimalle hyvin soveltuvia alueita ja siksi olemmekin paremmassa asemassa kuin moni Euroopan maa, joka tähyää maa-alueiden puutteessa vielä nykyisin reilusti kalliimpaa merituulivoimaa. Meillä sen sijaan on mahdollisuus kasvattaa kilpailukykyistä maatuulivoimatuotantoa voimakkaasti”, Pyrhönen toteaa.

Elektrolyysilaitoksen maltillisten elinkaarikustannusten ja edullisen sähkön lisäksi kolmas tärkeä tekijä vihreän vedyn kilpailukyvyn kannalta on Euroopan laajuinen säätely. Pyrhösen mukaan olemme Euroopan tasolla nyt vedenjakajalla. ”Eurooppalainen regulaatio vaikuttaa paljon siihen, miten vetytalous lähtee kehittymään. Tällä hetkellä ilman regulaatiota on selvää, ettei kukaan lähde investoimaan vielä kolme kertaa kalliimpaan vihreään vetyyn. Jos taas aletaan nostaa hiilidioksidipäästöjen hintaa, nostaa se myös fossiilisen vedyn hintaa nopeasti ja merkittävästi, jolloin vihreän vetytalouden edellytykset paranevat. Ja kasvava markkina luo edellytykset myös vetyteknologian kehitykselle. Jos Euroopassa päätetään, että tämä on se suunta mihin lähdetään, olemme pian tilanteessa, jossa vihreän vedyn hinta on kilpailukykyinen. Sen jälkeen markkina on huikea. Meidän tulisi olla kansakuntana valmiina, kun tämä tilanne koittaa.”

Vedyn – ja tuulivoiman – avulla energian viejäksi

Suomessa vetymarkkinamahdollisuudet ovat korkean teknologiaosaamisen ja edullisen uusiutuvan sähköntuotantopotentiaalin, mutta myös runsaan biopohjaisen hiilidioksidilähteen, vuoksi erinomaiset. Pyrhönen väläytteleekin tulevaisuutta, jossa Suomi on paitsi polttoaineomavarainen, myös vedyn ja vedystä valmistettujen polttoaineiden ja muiden raaka-aineiden vientimaa.

”Vetymarkkinoiden todenteolla syntyessä ei puhuta enää nappikaupasta, ja Suomen kohdalla sen mahdollisuudet ovat kansantaloudellisesti merkittävät. Jo esimerkiksi elintarvike-, teräs-, sementti- ja kemianteollisuuden käyttämän fossiilisen vedyn korvaaminen vihreällä vedyllä olisi iso askel, mutta vielä suuremmasta mahdollisuudesta puhutaan, jos vedystä alettaisiin valmistaa synteettisiä polttoaineita P2X-teknologian avulla”, kertoo Pyrhönen.

Käytännössä P2X-prosessissa valmistetaan ensin vety, josta voidaan talteenotetun hiilidioksidin avulla syntetisoida kemiallisilla prosesseilla hiilivetyjä, eli polttoaineita, kuten bensiiniä, kerosiinia, dieseliä tai metanolia.

”Meillä on Suomessa suuri selluteollisuus, jonka biopohjaiset hiilidioksidivirrat toimisivat P2X-prosessissa erinomaisesti. Mikäli Suomessa otettaisiin kaikki selluteollisuuden hiilidioksidipäästöt talteen ja aloitettaisiin polttoainevalmistus P2X-menetelmillä sellutehtaiden yhteyteen rakennetuissa biojalostamoissa, puhuisimme karkeasti arvioiden noin 40 – 60 miljardin investoinneista. Tähän päälle tulisivat noin 60 – 70 miljardin investoinnit tuulivoimaan. Säästöt polttoainetuonnissa ja tulot polttoaineiden viennissä näkyisivät Suomen vaihtotaseessa jopa 10 miljardin euron ylijäämänä vuosittain. Lisäksi etuina olisivat hiilineutraali liikenne, 30 000 teollista työpaikkaa sekä kuntiin tuulivoimarakentamisesta jäävät maanvuokra- ja kiinteistöverotulot”, Pyrhönen listaa.

Myös Itä-Suomen tuulivoimapotentiaali hyödynnettävä

Tuulivoiman lisärakentaminen Suomeen on Pyrhösen maalaileman tulevaisuuden yksi edellytys. Mikäli edellä kuvattu tuotantoketju haluttaisiin toteuttaa, pitäisi Suomeen rakentaa 25-kertainen määrä tuulivoimaa nykyiseen verrattuna. ”Jos meillä on rohkeutta rakentaa merkittävästi lisää uusiutuvaa sähkötuotantoa Suomeen, mahdollistaisi se energiaviennin. Tuulivoimateknologia kehittyy hämmästyttävällä nopeudella ja huipunkäyttöajat, joihin jo nyt moderneilla tuulivoimaloilla päästään, ovat tuoneet sähkön hintaa alas ja tuovat jatkossakin”, uskoo Pyrhönen.

Vaikka tuulivoimaa rakennetaankin Suomeen nyt vauhdilla, on rakentaminen tällä hetkellä rajoittunut voimakkaasti länsirannikon läheisyyteen. Myös Itä-Suomessa olisi paljon tuulivoimalle potentiaalisia alueita mutta siellä rakentamisen esteenä on tuulivoimaloiden vaikutus Puolustusvoimien tutkien toimintaan. Ongelmaan etsitään parhaillaan ratkaisua ja se pitäisikin löytää nopeasti, mikäli Suomen uusiutuvan sähköntuotannon potentiaali halutaan hyödyntää tulevaisuuden vetymarkkinoilla. Tuulivoimahankkeen kehittäminen kestää monia vuosia ja vitkastelemalla saatamme jäädä rannalle soittelemaan vetymarkkinoiden syntyessä toisaalle. ”Vetymarkkinoita silmällä pitäen momemtum on nyt. Voimme katsoa vierestä, kun naapurimaat rakentavat uuden energiajärjestelmän, tai voimme olla itse osa muutosta”, Pyrhönen päättää.

Termit haltuun:

Vety

Vety (H) on universumin yleisin alkuaine mutta vapaana alkuaineena vety on maapallolla harvinainen. Se on siis poikkeuksetta valmistettava. Vetyä esiintyy lähes aina sitoutuneena kemiallisiksi yhdisteiksi, kuten vedeksi, joka on vedyn ja hapen yhdiste. Vetyä on sitoutuneena myös fossiilisissa polttoaineissa, kuten maakaasussa. Yleisin vedyn valmistuksen tapa onkin tällä hetkellä maakaasun reformointi, jossa vedyn ja hiilen väliset kemialliset sidokset rikotaan ja hiili hapetetaan hiilidioksidiksi. Reaktion tuotteena saadaan vetyä ja hiilidioksidia. Hiilineutraaliin yhteiskuntaan pyrkiessä voimakkaimmin kehittyvä teknologia on kuitenkin veden elektrolyysi, eli sen hajottaminen sähkön avulla vedyksi ja hapeksi. Kun prosessissa käytetty sähkö tuotetaan esimerkiksi tuuli- tai aurinkoenergialla, on vedyn poltosta syntyvä energia käytännössä päästötöntä.

Power-to-X (P2X)

P2X-teknologiat ovat prosesseja, joissa uusiutuvaa energiaa kuten tuuli- tai aurinkovoimaa, voidaan varastoida synteettisiksi polttoaineiksi, tai muiksi yhdisteiksi. Käytännössä P2X-prosessissa valmistetaan  ensin vety, josta voidaan esimerkiksi teollisuudesta talteen otetun hiilidioksidin avulla syntetisoida kemiallisilla prosesseilla hiilivetyjä, eli polttoaineita.

Power-to-X nimityksessä X viittaa prosessissa syntyvään tuotteeseen. Tuotteet voidaan lajitella esimerkiksi niiden olomuodon mukaan. Tällöin Power-to-X teknologian tuotteet ovat Power-to-Heat, Power-to-Liquids, Power-to-Gas sekä Power-to-Food.