Energiainfra ja uudet energiateknologiat
Energialähteet ja polttoaineet (Tulevaisuuden energiainnovaatiot, Vetyteknologia, polttokennot)
Vihreää vetyä ja synteettistä metaania tuotetaan pian teollisessa mittakaavassa
Suomen ensimmäisen teollisen mittakaavan vedyn tuotantolaitoksen sekä metanointilaitoksen rakennustyöt käynnistyivät syksyllä 2022. Vedyn jatkojalosteista uusiutuvaa metaania voidaan käyttää korvaamaan maakaasua. Suomella on potentiaalia toimia vihreän vedyn sekä vedyn jatkojalosteiden tuotekehityksen edelläkävijänä.
ILMASTOKRIISI JA geopoliittinen tilanne ovat korostaneet
uusiutuvien energiamuotojen merkitystä yhteiskunnallisessa
keskustelussa. Ilmastonmuutoksen torjuminen vaatii sekä uusiutuvan energian käyttämiseen ja hyödyntämiseen liittyvän teknologian kehittämistä että poliittista tahtotilaa
”Ilmastonmuutosta ei voiteta, ellei uusiutuvan energian
kestävään käyttämiseen kehitetä ratkaisuja. Uusiutuvan energian kuten tuulivoiman tuotanto on riippuvainen sääolosuhteista, joten tuotettua energiaa on voitava varastoida. Ilman
vetyä tässä ei onnistuta”, sanoo P2X Solutionsin toimitusjohtaja Herkko Plit.
Vihreällä vedyllä on huomattava potentiaali päästöjä ja
ilmastonmuutosta hillitsevänä energiaratkaisuna. Vihreää
vetyä tuotetaan vedestä uusiutuvan energian avulla, ja vetyä
voidaan jatkojalostaa monipuolisesti muun muassa synteettisiksi polttoaineiksi kuten metaaniksi ja metanoliksi.
P2X Solutionsin toimitusjohtaja Herkko Plit sanoo, että Suomessa on erittäin hyvät edellytykset vihreän vedyn tuottamiselle. Meillä on vakaa ja luotettava sähköverkko sekä paljon puhdasta vettä, josta vihreää vetyä voidaan tuottaa. Ja ennen kaikkea tällä hetkellä maatuulivoiman lisäämiseen panostetaan merkittävästi.
KUVA: P2X SOLUTIONS
”Suomessa on erittäin hyvät edellytykset vihreän vedyn
tuottamiselle. Meillä on vakaa ja luotettava sähköverkko sekä
paljon puhdasta vettä, josta vihreää vetyä voidaan tuottaa.
Ja ennen kaikkea tällä hetkellä maatuulivoiman lisäämiseen
panostetaan merkittävästi”, sanoo Plit.
"Suomessa on
erittäin hyvät
edellytykset vihreän vedyn
tuottamiselle.
Tuulivoiman tuotantokapasiteetti kasvaa
Tämän hetkisten tuulivoimaloiden kapasiteetti Suomessa on
noin 4 000 megawattia. Fingridin arvion mukaan vuonna
2030 Suomessa tuotetaan yli 20 000 megawattia tuulivoimaa.
”Tammikuun huippukulutuksen aikaan tarve on ollut noin
15 000 megawattia, joten tuulivoiman tuotantokapasiteetti
voisi jo lähitulevaisuudessa ylittää oman tarpeen. Tuotannon
ja kulutuksen huippujen tasaamisessa tuulivoimalla tuotettu
vety on tärkeässä roolissa”, Plit sanoo.
EU:n tavoitteena on, että Euroopassa tuotetaan vuoteen
2030 mennessä 10 miljoonaa tonnia vetyä. Määrä vastaa
noin 60–70 gigawatin tuotantokapasiteettia.
Suuressa kuvassa vedyn avulla voidaan varastoida tuulivoimaloiden ylituotantoa siten, että energiajärjestelmä pysyy
tasapainossa. Tuulivoiman ja vedyn tuotannon yhteenliittyminen on välttämätöntä, jotta tuotanto pysyy kilpailukykyisenä”,
sanoo Plit.
Vedyn jatkojalosteet tärkeitä käyttökohteita
Useilla teollisuudenaloilla vetyä käytetään sellaisenaan. Myös
liikennesektorille vety tarjoaa mahdollisuuden päästöjen
vähentämiseen. Nykyinen akkuteknologia sopii henkilöautoliikenteen sähköistämiseen. Raskaalle liikenteelle uusiutuvalla
energialla tuotettu vety ja vedyn jatkojalosteet tarjoavat kustannustehokkaan vaihtoehdon fossiilisille polttoaineille.
”Raskaan liikenteen sähköistäminen on nykyteknologialla haastavaa. Vedyn potentiaali esimerkiksi rekkojen, metsäkoneiden, kaivosdumppereiden ja muiden suurten työkoneiden polttoaineena on merkittävä. Vetypolttokennojen yleistymistä hidastaa tällä hetkellä se, ettei meillä ole lainkaan
vedyn tankkausverkostoa”, kertoo Plit.
Meri- ja ilmailuliikenteessä vetypolttokennot sopivat parhaiten käytettäväksi lyhyillä matkoilla. Pidemmillä matkoilla synteettiset polttoaineet ovat nykyteknologialla joustavampi ratkaisu, ja synteettisten polttoaineiden markkinat ovat huomattavat. Tällä hetkellä pääasiallisia vedyn käyttökohteita ovatkin
vedyn jatkojalosteet.
”Sekä maa-, meri- että ilmaliikenteessä vetyjohdannaiset
kuten synteettinen uusiutuva metaani, kerosiini, metanoli ja
ammoniakki ovat energiatiheydeltään sopivia polttoaineiksi.
Elintarviketeollisuudessa puolestaan vedystä voidaan jatkojalostaa synteettistä proteiinia, mistä kotimainen Solar Foods on
kiinnostava esimerkki”, Plit sanoo.
Myös lannoiteteollisuudessa vihreä vety on potentiaalinen
raaka-aine, jolla voidaan korvata maakaasusta valmistettua
ammoniakkia. Vihreästä vedystä tuotetut lannoitteet ovat hiilineutraaleita.
Synteettinen metaani vastaa
ominaisuuksiltaan maakaasua
Uusiutuvaa synteettistä metaania voidaan valmistaa vihreästä
vedystä ja hiilidioksidista, jolloin hiilidioksidi saadaan takaisin hyötykäyttöön.
”Hiilidioksidin lähteitä on runsaasti, ja ilmastomuutoksen
torjumisen kannalta ilmakehään vapautuvan hiilidioksidin hyötykäyttö on ensiarvoisen tärkeää. Hiilidioksidin talteenottomenetelmät ovat jo
riittävän kehittyneitä teollisen mittakaavan tuotantolaitosten tarpeisiin”, sanoo Q Powerin toimitusjohtaja
Eero Paunonen.
Uusiutuva synteettinen metaani on kemiallisilta ominaisuuksiltaan maakaasun kaltaista, joten metaania voi käyttää suoraan olemassa olevassa kaasuinfrastruktuurissa tuotannosta
jakeluun ja loppukäyttöön saakka. Myös tankkausverkostoa
kaasulle on tarjolla huomattavasti vetytankkausverkostoa laajemmin ja siten vihreä siirtymä voidaan uusiutuvalla metaanilla aloittaa liikennekäytössä välittömästi.
”Metaanilla voidaan korvata maakaasu kaikissa käyttökohteissa. Tämän hetkisessä geopoliittisessa tilanteessa maakaasulle tarvitaan korvaajia nopeasti”, Paunonen lisää.
Q Powerin toimitusjohtaja Eero Paunonen sanoo, että Suomella erinomaiset mahdollisuudet profiloitua globaalisti edelläkävijämaana uusiutuvien polttoaineiden tuottajana ja vetytalouden kehittäjänä. Meillä on mahdollisuudet rakentaa merkittäviä määriä uusiutuvan energian tuotantolaitoksia ja meillä on erittäin hyvää osaamista tuotekehityspuolella.
KUVA: JOUNI KURU / BRAVE TEDDY OY
Teollisen mittakaavan vedyn ja metaanin
laitokset rakenteilla
P2X Solutions rakennuttaa parhaillaan Harjavaltaan ensimmäistä teollisen mittakaavan vedyn tuotantolaitosta sekä metanointilaitosta. Harjavallan tuotantolaitoksen suunnittelu aloitettiin syksyllä 2020.
Rakennustyöt käynnistyivät kuluvan vuoden syksyllä ja
tavoitteena on, että vihreän vedyn tuotanto käynnistyy kesällä
2024. Seuraava vedyn tuotantolaitos on jo suunnitteilla Joensuuhun.
Vihreän vedyn tuottamiseen tarvittava sähkö tuotetaan
pääsääntöisesti tuulivoimalla sekä mahdollisesti osittain aurinkovoimalla. Tuotantolaitoksen yhteyteen ei rakenneta omia
sähköntuotantolaitoksia.
”Vedyn tuotannossa käytettävä elektrolyysi ei ole sinällään uutta teknologiaa, mutta olemme panostaneet elektrolyysireaktion hyötysuhteiden parantamiseen sekä vedyn tuotannon arvoketjun integroimiseen tuotantolaitoksen yhteyteen”,
Plit kertoo.
Osa uuden tuotantolaitoksen tuottamasta vedystä jatkojalostetaan Power-to-X-teknologian avulla uusiutuvaksi synteettiseksi metaaniksi. Uusiutuvan synteettisen metaanin tuotantolaitoksen toimittaa Q Power, joka vastaa myös metanointilaitoksen suunnittelusta ja valmistamisesta.
”Uusiutuva metaani on erittäin merkittävä osa uutta
energiajärjestelmää. Uusiutuva metaani mahdollistaa uusiutuvan energian varastoimisen ja vihreän vedyn nopean hyödyntämisen loppukäyttösektoreilla. Tuotantolaitos on hyvä esimerkki sektori-integraatiosta”, Paunonen sanoo.
Uuden tuotantolaitoksen sivutuotteina syntyy happea ja
lämpöä. Sivuvirtoja pyritään hyödyntämään tuotantolaitoksen
energiatehokkuuden parantamiseksi. Lämpöä voidaan käyttää
esimerkiksi kaukolämpöverkossa.
"Metaanin
kysyntä on
kasvamassa.
Mikrobeihin perustuvan metanoinnin
hyötysuhde on hyvä
Q Powerin metanointiteknologia perustuu mikrobipohjaiseen biologiseen prosessiin. Metanointiteknologian kehitystyö alkoi vuonna 2007, kun professori Erkki Aura alkoi tutkia
suolla esiintyvien mikrobien potentiaalia biometaanin valmistamisessa yhdessä Q Powerin pääkehittäjien Anni Alitalon ja
Marko Niskasen kanssa.
”Metanointiteknologiaa kehitettiin aluksi Lukella. Pääomistajamme Ilkka Herlin ja Saara Kankaanrinta ostivat patentoidun teknologian vuonna 2016, ja Alitalo ja Niskanen jatkoivat kehitystyötä Q Powerilla. Vuonna 2019 teknologiaa alettiin tuoda markkinoille ja sitä on pilotoitu teollisissa toimintaympäristöissä”, Paunonen kertoo.
Vuonna 2019 Q Powerin ja ST1:n toteuttamassa pilottihankkeessa bioetanolituotannon sivuvirtana syntyvää hiilidioksidia metanoitiin hyvällä menestyksellä. Pilottihanke osoitti
metanoinnin soveltuvuuden teolliseen ympäristöön.
Vuoden 2020 hankkeessa Q Power, Lounais-Suomen Jätehuolto ja Lounavoima hyödynsivät Korvenmäen jätekeskuksessa kaatopaikkakaasua metanointiprosessin raaka-aineena.
Korvenmäen pilottikoe osoitti, että Q Powerin reaktorissa
voidaan hyödyntää heikkolaatuista kaatopaikkakaasua ja
prosessi kestää kaasujen epäpuhtauksia.
”Metanointiprosessimme on poikkeuksellinen verrattuna
muihin markkinoille oleviin prosesseihin. Prosessi on hyötysuhteeltaan paras ja sietää syötekaasujen epäpuhtauksia, joten
prosessissa voidaan hyödyntää erilaisista lähteistä saatavaa
hiilidioksidia”, Paunonen sanoo.
Metanointiteknologian kehitystyö jatkuu
Q Powerin metanointilaitokset perustuvat skaalautuvaan
modulaariseen teknologiaan. Laitoskokoa voidaan kasvattaa
helposti standardikokoisten testattujen moduulien avulla.
”Q Powerin toiminnan perustana ovat konkreettiset ratkaisut ilmastonmuutoksen torjumiseksi, joten kehitämme teknologiaamme jatkuvasti ympäristön kannalta kestävämmäksi.
Tällä hetkellä kehitteillä on nykyistä reaktorikokoa suurempi ja
materiaalitehokkaampi ratkaisu, joka parantaa reaktorin kilpailukykyä ja säästää ympäristöä”, kertoo Paunonen.
Metaanin kysyntä on kasvamassa, joten Q Powerin tämän
hetkisenä tavoitteena on metanoinnin kustannustehokkuuden
parantaminen. Metaanin lisäksi Q Powerin katse suuntautuu
tulevaisuudessa myös muihin lopputuotteisiin kuten biopolymeereihin ja yksisoluproteiineihin.
”Olemme kehittäneet maailman parhaan kodin mikrobeille, ja meillä on useita mahdollisia vaihtoehtoisia tuoteryhmiä, joiden tuotantoa mahdollisuuksia tarkastelemme parhaillaan. Tällä hetkellä panostamme kuitenkin eniten metanointiprosessin kehittämiseen”, Paunonen kertoo Q Powerin
tulevaisuuden suunnitelmista.
Kotimaan markkinoiden lisäksi Q Powerilla on meneillään
useita keskusteluja kansainvälisten asiakkaiden kanssa.
”Näen Suomella erinomaiset mahdollisuudet profiloitua
globaalisti edelläkävijämaana uusiutuvien polttoaineiden tuottajana ja vetytalouden kehittäjänä. Meillä on mahdollisuudet rakentaa merkittäviä määriä uusiutuvan energian tuotantolaitoksia ja meillä on erittäin hyvää osaamista tuotekehityspuolella. Sekä teknologioilla että ratkaisuilla on valtava
potentiaali tulevaisuuden vientituotteina”, summaa Paunonen.
Teksti: Merja Maukonen
