Ehkä se tällä kertaa onnistuu

Vedyn ensimmäinen vallankumous katosi Hindenburgin liekkeihin. Myös kaikki seuraavat yritykset ovat tuottaneet pettymyksen. Nyt uskoa vetyyn ruokkii ilmastonmuutos.

ilmastonmuutos
Teksti
Petri Pöntinen
Grafiikka
Hannu Kyyriäinen ja Viivi Prokofjev

Ilmalaiva näytti hopeiselta, lentävältä jättiläisvalaalta.

Oli 6. toukokuuta 1937. Päivä kääntyi illaksi, kun Hindenburg lipui kohti New Jerseytä, Lakehurstin laskeutumispaikkaa. Lento Saksan Frankfurtista oli myöhässä ukkosen takia.

Ennen lähtöä kuusitoista säiliötä oli täytetty: 200 000 kuutiota vetyä, räjähdysherkkää kaasua.

Zeppeliini oli rikkaiden luksusta.

Menopaluu Atlantin yli maksoi uuden auton verran. Oli lämmitetyt hytit, cocktailbaari ja näköalaikkunat. Ravintolassa tarjoiltiin Reinin lohta ja saksalaisia laatuviinejä.

Suositun tupakointihuoneen ovella seisoi vahti.

Sikarit, myös kuubalaiset, sauhusivat pitkällä lennolla. Tilaan astuttiin ilmalukon lävitse, jotta sisään ei päässyt missään oloissa vetyä. Tarjolla oli sähkösytytin, omia tulitikkuja ei ollut lupa viedä.

Tihutti, kun Hindenburg alkoi laskeutua. Maahan oli pudotettu kiinnitysköydet.

Kello 19.25 liekit löivät ilmalaivan perästä. Tulimeri eteni valtoimenaan. Kankaalla päällystetty palava alumiinirunko putosi ja rojahti kasaan.

Silminnäkijöiden mukaan kaikki oli ohi puolessa minuutissa.

 

Ilmalaivojen kultakausi päättyi Hindenburgin tuhoon.

Vety toimi aluksen nostekaasuna. Zeppeliiniin suunniteltua vetymoottoria ei ehditty koskaan käyttää. Maailmansota lopetti vetykokeilut myös lentokoneissa.

Energiakriisit 1970-luvulla herättivät toiveen vetyvallankumouksesta.

Kaasusta toivottiin öljyn, hiilen ja maakaasun korvaajaa.

”Ajateltiin, että vety on magic bullet, koko energiajärjestelmän mullistaja”, sanoo VTT:n energia- ja vetyalueen johtaja Antti Arasto.

Ihmeluoti on ollut pettymys, kerta toisensa jälkeen.

Autoteollisuus herätti innostusta 1990-luvulla. Esiteltiin autoja, joiden polttokennoissa vety ja happi tuottivat sähköä. Hypetys laantui, kun ei syntynyt massatuotantoa eikä tankkausverkostoa.

Vety tekee taas uutta paluuta, näkyvämmin kuin koskaan.

Ilmastonmuutos pakottaa irtaantumaan fossiilisista polttoaineista. Päästöleikkaukset kiristyvät. Suomi pyrkii hiilineutraaliksi vuoteen 2035, Euroopan unioni vuoteen 2050.

Polttoaineena vety on ihanteellinen: palaessa syntyy vain vesihöyryä, ei hiilidioksidia.

On arvioitu, että vedyllä katettaisiin tulevaisuudessa viidennes energiasta. Ei enää ihmeaine mutta elintärkeä pala päästöttömässä energiajärjestelmässä.

”Meillä on kohteita, joita on vaikea dekarbonisoida, muuttaa päästöttömiksi”, Arasto sanoo.

”Silloin vety tulee mukaan.”

Vety, maailmankaikkeuden yleisin aine, on vastakohtien kaasu.

Houkutteleva ja hankala.

 

Vety (H) on hajuton, mauton, näkymätön kaasu.

Atomi on pienin ja yksinkertaisin: ydintä kiertää vain yksi elektroni.

Vety palaa rajusti, lähes tulkoon näkymättömällä liekillä.

Vety syttyy herkästi. Sen tarvitsema aktivointienergia, kipinä, on kymmenesosa bensiinistä.

Palaessaan hapen kanssa vety muodostaa vettä. Samalla vapautuu paljon lämpöä.

Kilossa vetyä on lähes kolme kertaa enemmän energiaa kuin kilossa bensiiniä.

Vety on maailman kevein aine. Kuutio vetyä huoneenlämmössä painaa 90 grammaa, kuutio bensiiniä 750 kiloa.

Kilo kaasumaista vetyä vaatii paljon tilaa, lähes 11 kuutiota.

Kaasua voidaan pakata tiiviimmäksi paineistamalla tai nesteyttämällä.

Vety muuttuu kaasusta nesteeksi –253 asteessa. Kuutio nestevetyä painaa 70,8 kiloa.

 

Vetyä ei voi kaivaa kuin hiiltä tai pumpata kuin öljyä. Atomit ovat sitoutuneet toiseen aineeseen. Vety on valmistettava, jotta sitä voi hyödyntää.

Sanotaankin, että vety ei ole energian lähde vaan kantaja.

Vetyä on muun muassa kasvien biomassassa, fossiilisissa polttoaineissa ja vedessä.

Yleisin raaka-aine on maakaasu eli metaani (CH4). Hyvin kuumalla höyryllä maakaasun vety (H) ja hiili (C) erotetaan toisistaan.

Maakaasusta tehtyä vetyä on käytetty kauan teollisuuden kemikaalina. Nesteen öljynjalostamolla Porvoossa vedyllä pilkotaan raakaöljyä kevyemmiksi hiilivedyiksi kuten bensiiniksi ja kerosiiniksi.

Maakaasun ongelma on, että se sisältää hiiltä. Nykyisen fossiilisen vetytuotannon globaali hiilijalanjälki vastaa Saksan päästöjä.

Tulevaisuudessa vedyn tärkein raaka-aine on vesi (H2O).

Vettä riittää rajattomasti eikä siinä ole hiiltä. Tuotannossa tarvitaan sähköä. Sen täytyy olla myös hiilivapaata, jotta vety on päästötöntä.

Puhtaasti palava polttoaine voi olla siis harmiton tai haitallinen ilmastolle.

Kaikki riippuu siitä, mistä ja miten vety on valmistettu.

 

Vedyn hiilijalanjälkeä voi kuvata eräänlaisin liikennevaloin, värisymbolein.

Kivihiilestä ja öljystä valmistettua vetyä kutsutaan mustaksi.

Mustan vedyn hiilijalanjälki on suurin.

Maakaasusta tuotetun vedyn tunnusväri on harmaa.

Hiilijalanjälki on kivihiiltä pienempi mutta kaasukenttien vuodot lisäävät päästöjä.

Maakaasusta tuotettu vety on sinistä, kun valmistuksen hiilidioksidi siepataan.

Hiilidioksidin talteenotto ja varastointi pienentävät vedyn hiilijalanjälkeä.

Ydinsähköllä valmistettua vetyä kutsutaan vaaleanpunaiseksi.

Ydinvoimalla tuotettu vety ei ole uusiutuvaa mutta se on päästötöntä.

Vety on vihreää, kun se on tuotettu uusiutuvalla energialla.

Vihreää vetyä valmistetaan tuuli-, aurinko- ja vesisähköllä.

 

Hiiletön yhteiskunta pyörii pitkälti uusiutuvalla energialla tuotetulla sähköllä.

Ilmastopaneeli ennustaa kulutuksen jopa yli kaksinkertaistuvan. Autoliikenne ja teolliset prosessit sähköistyvät. Rakennusten ja voimalaitosten lämpöpumput tarvitsevat sähköä, samoin teknologiayritysten datakeskukset.

Vihreä vety on osa sähkön vallankumousta, VTT:n Antti Arasto sanoo.

”Vety on epäsuoraa sähköistymistä, yksi sen muoto.”

Kaikkea ei voi sähköistää järkevästi. Neste tarvitsee yhä vetyä, myös uusiutuvien biopolttoaineiden prosesseissa. SSAB kehittää hiilivapaata terästä, vety korvaa hiilen rautamalmin pelkistyksessä. Vetyä tarvitaan myös raskaissa ajoneuvoissa, laivoissa ja lentokoneissa.

Vihreä vety ei ole vain sähkön kuljettaja vaan myös energiavarasto.

Suomessa tuulella tuotetaan reilu kymmenys sähköstä. Ilmastopaneeli arvioi tuulivoiman osuuden nousevan yli puoleen vuoteen 2050.

Tuulivoima on altis sään vaihteluille. Jos sähköjärjestelmä tukeutuu tuuleen, se on epävakaa: liikaa tuotantoa navakoilla tuulilla, liian vähän tuotantoa tyynessä pakkasessa.

Tulevaisuudessa tuulen ja vedyn liitto on erottamaton.

Tuulisähköä varastoidaan vedyksi, kun tarjonta ylittää kysynnän. Vetyä voidaan muuttaa takaisin sähköksi markkinatilanteen mukaan.

”Vety on sähköjärjestelmän tasapainottava elementti”, Arasto sanoo.

Vety tarvitsee myös tuulta. Valmistuksessa sähkön hinta on suurin kustannus, reilusti yli puolet.

Ilman halpaa tuulisähköä vihreää vetyä ei ole kannattavaa tuottaa.

 

Suomessa tuulisähkön hinta on romahtanut 2000-luvulla.

Maatuulivoima on halvinta tapa tuottaa sähköä.

Tuulta siepataan enemmän yhä korkeammilla torneilla ja pidemmillä lavoilla.

Iin Viinamäessä maan suurimman voimalan lapa ylettää 250 metriin.

Viinamäen roottorin läpi virtaa 200 tonnia ilmaa sekunnissa 10 metrin tuulella.

Voimala ottaa tuulienergiasta vähän yli 40 prosenttia optimaalisissa oloissa.

Vuosituotannolla, 85 gigawattitunnilla, valmistaisi noin 1 500 tonnia vihreää vetyä.

 

Vesi tulee olemaan tulevaisuuden hiili.

Ennustuksen teki insinööri Cyrus Harding vuonna 1865. Hän oli yksi Tyynenmeren autiolle saarelle haaksirikkoutuneista ilmapallopurjehtijoista.

Smith on fiktiivinen hahmo Jules Vernen romaanissa Salaperäinen saari. Insinööri uskoi, että hiilen tilalle löytyy muuta poltettavaa: vettä.

”Kyllä, mutta vesi erotettuna alkuaineisiinsa”, Harding selitti.

”Ja epäilemättä sähkön avulla erotettuna.”

Vernen romaanin julkaisusta on pian 150 vuotta.

Tieteiskirjailija tuli kertoneeksi tulevaisuuden vedyn valmistuskaavan.

 

Vihreän vedyn valmistus on yksinkertainen sähkökemiallinen reaktio.

Sähköllä vesi hajotetaan vedyksi ja hapeksi.

Yhden vetykilon tuottamiseksi tarvitaan 10 litraa vettä ja noin 55 kilowattituntia sähköä.

Vedystä voi jalostaa puhtaita sähköpolttoaineita korvaamaan fossiilisia polttoaineita.

Yksikertaisin sähköpolttoaine on metaani eli maakaasu.

Valmistuksessa vety yhdistetään hiilidioksidiin, joka on otettu ilmasta tai savupiipun päästä.

Kaivinkoneen kauha iskeytyy maahan syksyllä 2022.

Startup -yritys P2X Solutions rakennuttaa Suomen ensimmäisen teollisen mittakaavan vetylaitoksen. Jalkapallokentän kokoinen tehdasalue nousee Satakuntaan, Harjavallan teollisuusalueelle.

Raaka-aine, vesi, otetaan Kokemäenjoesta ja puhdistetaan.

Sähkö ostetaan tuulivoimapuistosta. Sähköä kuluu vuodessa 150 gigawattituntia, mikä vastaa 7 500 sähkölämmitteisen omakotitalon kulutusta.

Pörssisähkön hinta on ollut ennätyksellisen korkealla. Hintariskiä pienentää uudenlainen sopimus. Idea on, että vety-yhtiö voi ostaa tuulivoimapuistosta edullista sähköä pitkäksi aikaa. Vastaavasti tuulivoimayhtiö voi varastoida sähköä vedyksi ja ostaa sen takasin kohtuuhintaan.

Vetylaitoksen ytimessä ovat elektrolyyserit.

Ne ovat ohuita metallilevyjä sisältäviä laitteita, joissa vesi hajotetaan vedyksi ja hapeksi sähkön avulla. Elektrolyysereitä kytketään sarjaan 20 megawatin tehon saavuttamiseksi.

Sijaintipaikka on tarkkaan harkittu.

P2X Solutions myy vedyn ja prosessissa syntyvän hapen ja lämmön läheiselle teollisuudelle. Oheistuotteet parantavat merkittävästi tuotannon kannattavuutta.

Vety-yhtiö tarvitsee myös savupiipputeollisuutta.

P2X Solutions jalostaa osasta vetyä synteettistä metaania, sähköpolttoainetta. Valmistuksessa tarvittavan hiilidioksidin yhtiö hankkii teollisuuslaitoksilta. Sähköpolttoaine käy sellaisenaan esimerkiksi nesteytettyä, fossiilista maakaasua käyttäviin risteilyaluksiin.

Myös vetyä kaupataan liikenteen polttoaineeksi. Rekkoihin ja erikoiskohteisiin kuten harvestereihin, satamakoneisiin ja kaivosdumppereihin, joita on vaikea sähköistää suoraan.

 

Vihreää vetyä on kutsuttu energiajärjestelmän samppanjaksi.

Ylellistä, kallista ja haluttua.

Vedyssä tuhlataan runsaasti energiaa. Aina kun vetyä tuotetaan, nesteytetään, muutetaan takaisin sähköksi tai jalostetaan sähköpolttoaineiksi, syntyy hävikkiä.

Alkuperäisestä energiasta saattaa kadota reilusti yli puolet.

VTT:n energia- ja vetyjohtaja Antti Arasto muistuttaa, että energiamarkkina muuttuu vääjäämättä. Vedyn hintaa ei voi verrata suoraan maakaasuun ja öljyyn.

”Fossiiliset polttoaineet eivät ole enää vaihtoehtoja tulevaisuudessa.”

”Maali ei ole sama, johon uutta energiapeliä pelataan.”

Maakaasusta valmistettu vetykilo maksaa arviolta 1,5 euroa. Vihreä vety on vähintään kertaluokkaa kalliimpaa, arviolta neljä euroa kilolta.

Päästöttömät polttoaineet hyötyvät EU:n päästökaupasta. Fossiilisten asema heikkenee, kun hiilidioksiditonnin hinta kallistuu.

Joulukuussa 2021 päästökaupassa rikottiin kaikkien aikojen ennätys: CO2-tonni maksoi 88,9 euroa.

Vedyn valmistus myös tehostuu. Tuulisähkön hinta laskee, tosin enää maltillisesti. Vetyä tuottavat elektrolyyserilaitteet kehittyvät. Komponentit halpenevat massatuotannossa, ja uusi teknologia parantaa laitteiden hyötysuhdetta.

Nopein piristysruiske on raha, massiivinen julkinen tuki.

Tällä vuosikymmenellä EU:ssa pumpataan kymmeniä miljardeja euroja vihreän vedyn hankkeisiin. Myös P2X Solutions saa Harjavalta-investointiin puolet julkista rahaa.

Puhtaan vedyn tuotannon pitäisi kannattaa ilman tukia 2030-luvulla.

”Tässä on kymmenen vuoden etsikkoaika.”

Tavoitteet ja teot ovat kaukana koko EU:ssa. 2020-luvulla pitäisi rakentaa 2 000 Harjavallan kokoista laitosta, jotta 40 gigawatin tavoite toteutuisi. Sekin kapasiteetti on vasta murto-osa EU:n vihreän vedyn tarpeesta.

On myös riskejä, jotka saattavat hidastaa kehitystä.

Kuumenevatko markkinat, karkaavatko vetytehtaiden hinnat pilviin? Tuleeko osaajista pulaa, myös Suomessa? Millainen sähkö lasketaan uusiutuvaksi, rajoittaako EU-sääntely sähköpolttoaineiden valmistusta?

Arasto sanoo, että etenkään alkuvaiheessa mitään päästötöntä sähköä ei pitäisi rajata pois. Ei myöskään ydinvoimaa.

”Muutoin ei synny teknologiamurrosta, vedystä ei tule valtavirtaa.”

 

Tulevaisuuden vety-Suomesta on esitetty useita visioita:

Uusia maatuulivoimaloita on rakennettu yli 10 000 lisää Länsi-Suomesta Lappiin.

Vetyä tuotettaisiin vuodessa jopa 150 terawattituntia, kymmenen suuren ydinvoimalan verran.

Vedystä ja sellutehtaiden hiilidioksidipäästöistä tuotettaisiin päästöttömiä liikenteen polttoaineita.

Suomesta vietäisiin Eurooppaan miljardien eurojen arvosta hiilivapaita polttoaineita.

Vedyn jakelua varten olisi rakennettu uutta kaasuputkistoa ja tankkausasemia.

Suomesta olisi vedetty Eurooppaan merenalainen kaasuputki vedyn vientiä varten.

 

Tuleeko vedystä Suomen vihreä öljy, Perämerestä Pohjolan Persianlahti?

Energiayhtiöt St1 ja Gasgrid ovat olleet mukana hahmottamassa vedyn potentiaalia. Laskelmat pohjautuvat pitkälti siihen, että valmistuksessa tarvittavaa edullista tuulisähköä riittää yllin kyllin.

”On hyvä, että visiot muutetaan luvuiksi”, VTT:n energia- ja vetyalueen johtaja Arasto sanoo.

Aika näyttää, miten paljon luvuissa on realismia.

Suomelle, ulkomaankaupasta riippuvaiselle taloudelle, vedyn vienti on iso mahdollisuus, Arasto uskoo. Aluksi enemmän suomalaiselle osaamiselle kuin polttoaineiden myynnille. Esimerkiksi Wärtsilä kehittää laivoihin vetymoottoreita.

”Meillä on laitteiden valmistajia ja insinööritoimistoja, jotka voivat tehdä vetybisnestä.”

Vety voi muuttaa ”ihan mielettömästi” maailman energiatasapainoa. Vety ja sähkö hajauttavat tuotantoa. Tulee uusia pelureita perinteisten öljyvaltioiden ja -yritysten rinnalle.

Valtaa jaetaan uusiksi.

”EU tavoittelee, että globaalia energiakauppaa käytäisiin vedyllä.”

”Maksuväline olisi euro, ei enää dollari.”

Suomessa alan yritykset ovat verkostoituneet. On uusia startupeja ja vanhoja energiayhtiöitä. Yhtään suurta, miljardiluokan hanketta ei ole vielä julkistettu.

VTT edistää useita teollisia vetyhankkeita. Arasto ennakoi, että kehitys etenee bottom up, paikallisin projektein. Ensiksi vetyä käytetään teollisuudessa ja raskaissa ajoneuvoissa.

Nesteytetyn vedyn käyttö rekoissa vaatii tankkausinfran. Se maksaa arviolta muutamia kymmeniä miljoonia euroja.

”Se on kohtuullinen hinta siitä, että teollisuuden kuljetukset toimivat päästöttömästi.”

Suomalaiselle, tavalliselle kuluttajalle, vety jää etäiseksi. Etenkin jos vety ei yleisty henkilöautoissa. Vihreällä, synteettisellä maakaasulla tuskin lämmitetään koteja ja toimistoja.

Lähimmäksi vetyä pääsee paikassa, jossa sen käyttö on vaativinta.

 

Syyskuussa 2020 Airbus julkisti valokuvat kolmesta tulevaisuuden lentokoneesta.

Kaikki polttavat nesteytettyä vetyä.

Pisimmälle, lähes 4 000 kilometriä, pääsisi nykyistä matkustajalentokonetta muistuttavalla ZEROe-koneella. Lomalento Helsingistä Kanarialle onnistuisi yhdellä välilaskulla.

Ilmassa vedyllä on etunsa ja haittansa.

Suuren energiasisällön takia vetykiloja tarvitsee tankata vain kolmannes kerosiinista. Mutta kevyempi nestevety tarvitsee neljä kertaa enemmän tilaa kuin perinteinen lentopolttoaine.

Polttoainetankki sijaitsee koneen peräosassa, ei enää siivissä.

Erittäin kylmän nestevedyn turvallinen varastointi vaatii järeän, kalliin säiliön. Kaksoisseinän, jonka välissä on tyhjiö.

Nestemäinen vety ei ole ainoa vaihtoehto lentokoneessa. Vetyä voi hyödyntää polttokennossa tai siitä voi valmistaa synteettistä kerosiinia. Sähköakut riittävät lyhyille lennoille.

Airbusin kilpailija Boeing satsaa jätepohjaiseen, kestävästi tuotettuun lentopolttoaineeseen.

Vaihtoehtojen runsaus kertoo, miten vaikeaa on poistaa ilmailun päästöt.

”Isot lentokonevalmistajat tutkivat varmasti kaikki voimalinjat lävitse”, VTT:n Arasto sanoo.

Kaupalliset lennot vetykoneilla alkavat vuoden 2035 tienoilla, ilmailujätti Airbus on ilmoittanut.

Silloin on kulunut lähes sata vuotta Hindenburgin viimeisestä lennosta.

 

Oliko vety sittenkään syy ilmalaivan tuhoon?

On esitetty erilaisia teorioita pommista herkästi syttyvään aineeseen, jolla zeppeliini oli käsitelty.

Vuonna 2013 brittiläiset tutkijat uskoivat ratkaisseensa mysteerin.

He olivat tehneet kokeita yli 24 metriä pitkillä pienoismalleilla. Johtopäätökset: Hindenburgiin oli muodostunut sähkövaraus ukonilmalla. Ilmanvaihtokanaviin vuoti vetyä, rikkinäisestä venttiilistä tai johdosta. Tarvittava kipinä syntyi, kun maasta tartuttiin kiinni ilmalaivan kiinnitysköysiin.

Hindenburg paloi rajusti mutta ei räjähtänyt.

Todennäköisesti ilmaa monin verroin kevyempää vetyä ehti karata ja laimentua taivaalle.

Se saattoi säästää monta uhria.

Ilmalaivan 97 matkustajasta ja miehistön jäsenestä 62 selvisi hengissä.