mainoskuva

Energiainfra ja uudet energiateknologiat
Energiatehokkuus ja energiansäästö
Ympäristöteknologia

Energia-asioissa tarvitaan älykkäitä ratkaisuja

artikkelikuva: Energia-asioissa tarvitaan älykkäitä ratkaisuja

Kuva: Pixabay


Kun Suomessa ja muualla maailmassa siirrytään yhä laajemmin ei-fossiilisten polttoaineiden käyttöön, monet teknologiat muuttuvat oleellisesti. Uusiutuvan energian osuus energiantuotannossa kasvaa, mutta energiaa on silti saatava käyttöön ainatarvittaessa. Muun muassa VTT:ssä tutkitaan ja kehitetään aiempaa älykkäämpiä, monipuolisempia sekä ympäristömyönteisempiä energiaratkaisuja.

Uusi aika edellyttää uusia teknologioita esimerkiksi energian tuotantoon, käyttöön, siirtoon ja jakeluun sekä ilmastopäästöjen hallintaan. Kaikilla näillä sektoreilla automaatioratkaisut lisääntyvät ja muuttuvat myös älykkäämmiksi.

Päästöjen vähentämiseksi on tehty jo paljon töitä keskittymällä tuotannon energiatehokkuuteen.

Monenlaisia muitakin toimenpiteitä tarvitaan.

Sähkönsiirto- ja jakeluverkkojen puolella tekoälyratkaisujen yleistyminen tuo mukanaan uudenlaisia teknologioita ja älykästä automaatiota esimerkiksi tuulivoimatuotannon ohjaukseen sekä verkkovikojen paikantamiseen ja korjaamiseen.

Kun kehitellään älykkäitä energiaratkaisuja, on keskeistä löytää oikea tasapaino asetettujen päästövähennystavoitteiden, ratkaisujen toteutettavuuden ja esimerkiksi sähköverkkojen luotettavuuden välillä. Tutkimustyössä etsitään mahdollisuuksia uusien teknologioiden sekä eri energiamuotojen yhdistämiseksi – älykkäästi ja innovatiivisesti.

Fiksuja rakennuksia ja säätötekniikoita

Energiankäytön ajoitus on monessa tapauksessa tärkeämpää kuin käytetyn energian kokonaismäärä. Usein oikean ajoituksen varmistamiseen tarvitaan älykästä automatiikkaa.

Korkeissa asuintorneissa – muun muassa Malmön ’Turning Torso’ -pilvenpiirtäjässä – on jo pitkään käytetty muun muassa tarkkoihin sääennusteisiin perustuvaa ennakointia huoneistojen lämmitystason säätämisessä. Kun odotettavissa on auringonpaistetta, huoneistojen lämmitystä voidaan vähentää jo etukäteen. Menetelmällä ei pyritä pelkästään energiatehokkuuteen ja päästövähennyksiin, vaan samalla halutaan lisätä asumismukavuutta.

Ylipäätään älykäs rakentaminen voi edistää rakenteellista muutosta kohti sellaisia energiaratkaisuja, jotka perustuvat nykyistä vähemmän fossiilisiin tai muutoin ympäristön kannalta haitallisiin polttoaineisiin.

Älykkäisiin uudenaikaisiin ratkaisuihin perustuvat rakennukset ovat tyypillisesti muunneltavia ja energiatehokkaita. Älyrakennukset voivat myös mukautua käyttäjien tarpeisiin ja vaatimuksiin. Niissä voidaan esimerkiksi muuttaa tilojen pohjaratkaisuja, kun tilankäytön tarpeet muuttuvat. Yhä älykkäämmällä talotekniikalla saadaan asuintiloihin myös hyvälaatuista sisäilmaa.

Moderneissa rakennuksissa voi olla sulautettuja antureita ja rakennusautomaatiota, jotka tukevat tietoista päätöksentekoa reaaliajassa kerätyn tiedon perusteella. Silloin rakennus tavallaan voi aistia muutoksia ympäristössään ja esimerkiksi optimoida erilaisia toiminta-asetuksia niiden mukaan.

kuva
Kuva: Pixabay

Energiatehokkuutta monilla keinoilla

Uusimmat älyrakennukset ovat energiapositiivisia, eli ne tuottavat enemmän energiaa kuin itse kuluttavat. Silloin rakennuksen tuottamaa aurinko-, tuuli- tai lämpöenergiaa voidaan myydä muidenkin käytettäväksi. Toisaalta vanhemmat rakennukset voidaan älykkäällä remontoinnilla muuttaa aiempaa vähemmän energiaa kuluttaviksi.

Suomessa esimerkiksi VTT kehittää uusia, sulautetuilla antureilla varustettuja materiaaleja, joilla alkuperäiset vanhat rakenteet saadaan energiatehokkaammiksi, käytön perusteella itseoptimoituviksi ja tarpeen mukaan muunneltaviksi. Samalla saadaan usein säästöjä rakennuksen käyttö- ja ylläpitokuluihin.

kuva
VTT:n siirrettävällä PEM-elektrolyysilaitteistolla voidaan tuottaa sähkön avulla vedestä vetyä ja happea. Jos laajamittaiseen hyödyntämiseen tarvittava uusi sähköntuotanto toteutetaan päästöttömästi, vedyn käyttö tai vedystä ja hiilidioksidista valmistetut polttoaineet ovat tehokas ilmastonmuutoksen hillintäkeino.
Kuva: Mikko Lappalainen / VTT

Rakennuksia valvotaan jatkuvasti ja ylläpidetään tarpeen mukaan, jotta tarvittavat huollot ja korjaukset voidaan tehdä jo ennen kuin vikoja alkaa esiintyä. Tällä tavoin pystytään usein myös pidentämään rakennusten käyttöikää.

Uutta tutkimusta teollisuuspäästöistä

”VTT:llä on paljon erilaisia älykkään energian hankkeita”, kertoo erikoistutkija Eemeli Tsupari.

Hiilidioksidipäästöjen vähentäminen sekä hiilidioksidin talteenotto ovat mukana useissa VTT:n viime aikojen tutkimusprojekteissa, jotka liittyvät teollisuuden päästöihin.

Esimerkiksi Decarbonate-hankkeessa VTT testaa 10-metristä rumpu-uunia, jonka avulla etsitään keinoja teollisuuden CO2-päästöjen leikkaamiseksi. Uuni on tulossa testikäyttöön VTT:n Jyväskylän toimipisteeseen lähiaikoina.

”Valmistavan teollisuuden suurin hiilidioksidipäästöjen lähde on maailmanlaajuisesti nykyisin sementtiteollisuus, joka on päästölähteenä ohittanut jo terästeollisuuden.”

Hiilidioksidia syntyy polttoaineista, mutta myös silloin kun sementin pääraaka-aine kalkkikivi hajoaa noin +900 °C:n lämpötilassa. Lämpötilan vaikutuksesta kalkkikiven hajoamis- eli kalsinointireaktion seurauksena muodostuu sementin raaka-aineena käytettävää poltettua kalkkia sekä merkittävä määrä hiilidioksidia. Sementtiprosessin lisäksi poltettua kalkkia tuotetaan myös erillisissä uuneissa muihin tarkoituksiin ja sama kalsinointireaktio on keskiössä myös sellutehtaiden meesauuneissa.

kuva
VTT:n koeuunilla sähkökuumennuksella tuotettua poltettua kalkkia.
Kuva: Oona Katajisto / VTT

”Jos näitä prosesseja kuumennettaisiin sähköllä eikä liekillä kuten yleensä, vältettäisiin polttoaineperäiset CO2‑päästöt. Samalla myös kalsiumkarbonaatista hajoava hiilidioksidi saataisiin aiempaa helpommin talteen”, Tsupari kertoo.

Uunin kuumennukseen tarvittava sähkö luonnollisesti tuotetaan uusiutuvalla energialla.

”Kyseessä on Business Finlandin tukema kaksivuotinen projekti, joka alkoi syksyllä 2019. VTT on jo tehnyt alustavia kokeita Tampereella pienikokoisemmalla sähkökäyttöisellä rumpu-uunilla, mutta pelkästään niistä skaalaamalla ei pystytä saamaan luotettavia tuloksia.”

Sementti- ja muun teollisuuden valmistusteknologioita pyritään kehittämään, jotta muun muassa Euroopan Unionin asettamien CO2-päästöjen vähennystavoitteiden saavuttaminen lähivuosina olisi Suomessa mahdollista.

Happipolttoa ja uusiokäyttöä

Aiemmin VTT:ssä on selvitetty muun muassa hapella polttamisen hyötyjä hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi teollisuudessa.

Happipoltossa savukaasuihin ei sekoitu palamisilman typpeä, jolloin hiilidioksidin talteenotto polttouunien savukaasuista onnistuu helpommin.

”Ongelmana kuitenkin on se, että hiilidioksidin kuljetus ja pysyvä geologinen varastointi on varsin kallista. Lisäksi polttolaitoksen yhteyteen olisi rakennettava happitehdas, joka kuluttaa merkittävästi sähköä”, Tsupari selittää.

”Uudemmissa VTT:n tutkimushankkeissa on muun muassa pohdittu hiilidioksidin talteenoton eri tekniikoita, samoin kuin hiilidioksidin varastointia ja hyötykäyttöä.”

Esimerkiksi AGA ja Woikoski myyvät nykyään CO2-kaasua kaupallisena tuotteena, jolle on käyttöä muun muassa virvoitusjuoma- ja paperiteollisuudessa.

Toisaalta monet VTT:n ison kokoluokan projekteista hiilidioksidipäästöjen rajoittamiseksi liittyvät muun muassa vedyn hyödyntämiseen fossiilisten polttoaineiden korvaajana.

”Puhtaan vedyn käyttö laajamittaisesti esimerkiksi liikenteessä on kuitenkin vielä kaukana”, toteaa Tsupari.

”Sen sijaan vedystä ja hiilidioksidista yhdessä olisi mahdollista valmistaa polttomoottoreihin soveltuvaa metaania, dieseliä tai jopa bensiiniä.”

”Toki tarvitaan myös uusiutuvaa sähköntuotantoa. Aurinkoja tuulivoimaa pitäisi tuottaa valtavasti nykyistä enemmän”, Tsupari tähdentää.

Teksti: Ari Mononen

Mitä mieltä olit artikkelista?

arvosana 1 arvosana 2 arvosana 3 arvosana 4 arvosana 5

Seuraa Enertec

Enertec uutiskirje

UUTISVIRTA




Seuraa Enertec
Facebook, seuraa LinkedIN, seuraa
PubliCo B2B mediat:
enertec »     HR viesti »     kita »     prointerior »     prometalli »     proresto »     seatec »