Vetytalous – Energiantuotannon päästötön tulevaisuus?

Share on facebook
Facebook
Share on linkedin
LinkedIn
Share on twitter
Twitter

23.3.21

Uusiutuvan energian suuri kysyntä on lisännyt investointeja muun muassa tuuli- ja aurinkovoimaan. Aluksi syöttötariffilla tuettu tuulivoima on nykypäivänä mahdollisesti jopa kustannustehokkain tapa tuottaa sähköä ilman syöttötariffia tai muita tukia. Ensimmäiset täysin markkinaehtoiset tuulipuistot on rakennettu ja investoinnit tuulivoimaan ovat kovassa nousussa.

Vaikka investoinnit uusiutuvaan energiaan on aina hyvä asia, niin tästä aiheutuu myös teknisiä haasteita sähköverkolle. Sähköntuotanto ja -kulutus pitää olla tasapainossa jokaisella ajanhetkellä, muuten poikkeama nähdään sähköverkon taajuudessa. Yleisesti uusiutuvalla energiatuotannolla on rajallinen säätömahdollisuus. Tämän takia säätyvällä voimalla, niin kulutuksella kuin tuotannolla, on yhä suurempi rooli tulevaisuudessa.

Kun sähköverkossa on paljon ylimääräistä sähköä tarjolla, voitaisiin tätä sähköä varastoida. Vaikka sähköenergiavarastot ovat kehittyneet, suoraan varastointi sähkönä on haastavaa ylimääräisen sähkön suuren määrän takia. Fingrid, Suomen sähkönsiirtoverkon haltija, on luonut yhdessä muiden pohjaismaiden kanssa erilaisia säätö- ja reservimarkkinoita, joiden tarkoituksena on joustaa sähköntuotannon ja -kulutuksen epätasapainotilanteissa.

Yhtenä mahdollisuutena energian ajantasaiseen säätömahdollisuuteen nähdään sektori-integraatio, jonka tarkoituksena on muuttaa energiaa muodosta toiseen ja pystyä osaltaan myös energian varastointiin myöhempää käyttöä varten. Yhtenä sektori-integraation muotona nähdään ylimääräisen sähkön ja veden avulla tapahtuva elektrolyysi, jonka lopputuotteena syntyy vetyä.  Vety on alkuaine, jota esiintyy eniten maailmankaikkeudessa, mutta ei sellaisenaan vaan sitoutuneena toiseen aineeseen. Vetyä voidaan käyttää useissa erilaisissa sovelluksissa. Vetyä voidaan myös metanoida, jolloin sitä voitaisiin syöttää suoraan maakaasuverkkoon.

Vedyn käytön tulevaisuuden potentiaalista kertoo paljon se, että kesällä 2020 Euroopan komissio julkaisi erillisen vetystrategian, jossa kerrottaan vedyn tuotantoon ja käyttöön liittyvästä kehityksestä kolmessa eri vaiheessa vuosina 2020-2050. Euroopan tasolla vety on huomioitu näyttävästi ja vihreässä vedyssä nähdään suuri mahdollisuus saada Euroopan alueen ilmastotavoitteet saavutettua. Myös Suomi julkaisi syksyllä 2020 oman vetystrategian, jossa käydään läpi vedyn potentiaalia kansallisella tasolla. 

Mitä on vetytalous?

Vedyssä nähdään paljon potentiaalia energiankantajana, mutta primäärienergialähde vety ei ole. Vetytalouden tarkoituksena on korvata fossiilisten polttoaineiden käyttöä laajalla sektorilla. Tämä tarvitsee merkittävää tuotekehitystä ja investointeja seuraavien vuosikymmenten aikana. Vetytalouden kehitykseen kuuluu kokonaisuudessaan tuotanto, jakelu, siirto ja varastointi-infran rakentaminen sekä loppukäyttäjien sovellusten kehittäminen vety yhteensopiviksi, unohtamatta turvallisuus näkökulmaa missään vaiheessa.

Vetytaloudessa puhutaan satojen miljardien eurojen investoinneista tulevien vuosikymmenten aikana. On tärkeää myös pystyä vaikuttamaan lainsäädännöllisesti vetytalouden kehitykseen kiristämällä esimerkiksi fossiilisesti tuotetun energian verotusta ja tukemalla vetytalouden kehitystä ja sitä varten tarvittavia kehityshankkeita.

Tärkeintä on saada tukien ja sääntelyn kautta tapahtuva kehitystyö ja pilottihankkeet kannattavaksi, jotta vedystä voitaisiin saada taloudellisesti ja teknisesti realistinen vaihtoehto fossiiliselle energialle. Olemme Suomessa nähneet jo aiemmin sääntelyn toimivuuden tuulivoiman syöttötariffin muodossa. Tähän tulisi pyrkiä myös vedyn kohdalla. Vetytalouden tavoitteena on myös luoda tuleville vetymarkkinoille yhtenäiset säännöt, joita markkinaan osallistujien tulisi noudattaa. Selkeät yhtenäiset säännöt myös tukevat investointipäätöksiä, jos säännöistä ei tehdä liian tiukkoja.  

Vetytalouden edut ja haitat

Kuten kaikissa polttoaineissa, myös vedyssä on omat hyvät ja huonot puolensa. Kaikki ongelmat ovat ratkaistavissa ja tällä hetkellä ongelmien ratkaisuun on tarjolla rahallista tukea Euroopan unionin investointirahastojen kautta.

Vety on hyvin yksinkertainen ja kevyt polttoaine, jota löytyy maailmankaikkeuden alkuaineista eniten. Maapallolla eniten vetyä on sitoutuneena veteen, josta sitä saadaan eroteltua muun muassa elektrolyysin avulla. Elektrolyysireaktion tuotteina jäljelle jäävät vety ja happi. Vetyä poltettaessa syntyy reaktiotuotteena vettä, joten vetyä voidaan pitää päästöttömänä energialähteenä. Toisaalta höyryreformoimalla valmistettu vety tuottaa päästöjä.

Vetytalouden haittapuolina ja ongelmina voidaan yleisesti pitää vedynvalmistuksen, vetyinfran ja loppukäytön vähäisyyttä, jotka osaltaan johtuvat muiden polttoaineiden kilpailukykyisemmästä arvoketjusta. Suurimpana ongelmana vedyn käyttöön on todennäköisesti se, että sille ei ole syntynyt markkinaehtoisesti kilpailukykyistä markkinaa, joten investoinnit kehitykseen ja vetyarvoketjuun ovat jääneet vähäiseksi. Yksinkertaisesti sanottuna vedyn valmistaminen, jakelu ja käyttäminen ovat huomattavasti kalliimpaa muihin polttoaineisiin verrattaessa. Vedyn tuotantolaitoksia on vähän, jakeluun ja varastointiin liittyvää infraa ei ole ja vety pitää useimmiten valmistaa ja erotella toisesta aineesta. Onko erotteluprosessi päästötöntä? Vedyn varastointi on haastavaa, kallista ja turvallisuuteen tulee kiinnittää huomiota. Monimutkaisen arvoketjun kokonaishyötysuhteet ja -häviöt vievät myös kannattavuutta alas. Lisäksi perinteisin energiasektorin mahdollinen vastaan lobbaaminen osaltaan estää tällä hetkellä vetytalouden kehitystä ja edistämistä.

Yhtenä merkittävänä haasteena on uusiutuvan vedyn tuotannossa tarvittavan energian määrä. Jotta uusiutuvaa vetyä voidaan tuottaa riittävästi, täytyy samalla tehdä merkittäviä investointeja uusiutuvaan energiantuotantoon. Tämä investointi voidaan nähdä mahdollisuutena luoda työpaikkoja ja talouskasvua tulevaisuudessa.  

Vetystrategia

Vetystrategiaa varten Eurooppaan kuuluvien maiden päättäjien toimesta on laadittu erilaisia strategioita tukemaan vetytalouden kehitystä ja käyttöönottoa. Näistä strategioista käy hyvin ilmi, että Euroopassa on tahtoa ilmasto-ongelmien ratkaisuun ja tahtoa saada ratkaisusta myös taloudellisesti kestävä, joka on edellytys lopulliseen ongelmanratkaisuun.  

Euroopan vetystrategia

Heinäkuussa 2020 Euroopan komissio esitteli oman vetystrategian, jossa käydään suuremmassa kuvassa läpi vetytalouden kehitysaskeleet. Strategia on jaettu kolmeen eri vaiheeseen, joissa jokaisella on oma tavoitteensa. Lopullisena tavoitteena on kunnianhimoisesti saavuttaa ilmastoneutraalius vuoteen 2050 mennessä. Strategiassa arvioidaan, että vetytalous tulee työllistämään miljoona ihmistä ja vuosittainen liikevaihto tulee olemaan 630 miljardia euroa.

Ensimmäisen vaihe sijoittuu vuosiin 2020-2024 ja sen tavoitteena on tehdä merkittävää lisäystä elektrolyysillä tapahtuvaan uusiutuvan vedyn tuotantoon. Tavoitteena on saada jakson loppuun mennessä elektrolyysiteho kasvatettua kuuteen gigawattiin ja kasvattaa vetytuotanto miljoonaan tonniin. Tällöin elektrolyysilaitteistojen kasvu pitää olla noin 100 kertainen verrattuna vuoteen 2019. Elektrolyysissä vety erotetaan vedestä elektrolyysi prosessin avulla, kun prosessiin käytetään uusiutuvaa energiaa, tällöin voidaan puhua vihreästä vedystä tai uusiutuvasta vedystä.

Toinen vaihe sijoittuu vuosille 2025-2030 ja sen tarkoituksena on saattaa vety luonnolliseksi osaksi integroitua energiajärjestelmää. Tavoitteena on nostaa elektrolyysilaitteistojen teho 40:en gigawattiin ja vetytuotanto 10:en miljoonaan tonniin. Tässä vaiheessa uusiutuvan vedyntuotannon oletetaan olevan kilpailukykyistä muuhun vedyntuotantoon nähden. Teollisuuden täytyy pystyä kehittämään sovelluksiaan vety-yhteensopiviksi, jolloin vetytuotanto alkaa näyttelemään suurempaa roolia sähkön kulutusjousto- ja varastointikohteena.

Kolmas vaihe sijoittuu vuosille 2030-2050, jolloin tarkoituksena on saattaa uusiutuva vety mittavissa määrin suurteollisuuden käyttöön ja teknistaloudellisesti järkeväksi energiavaihtoehdoksi. Tässä vaiheessa tarvitaan merkittäviä investointeja uusiutuvaan sähköntuotantoon, jonka avulla uusiutuvaa vetyä voidaan tuottaa riittävästi tavoitteiden saavuttamiseksi.

Uusiutuvan vedyn tuotanto on tuolla ajanjaksolla vielä kalliimpaa kuin fossiilisen vedyn, mutta uusiutuvan vedyn hinta on laskenut merkittävästi viimeisen vuosikymmenen aikana ja sen odotetaan puolittuvan vuoteen 2030 mennessä.  

Suomen vetystrategia

Myös Suomessa on tunnistettu vedyn tulevaisuuden potentiaali energiankantajana ja tätä ajatusta vasten Suomi on luonut marraskuussa vuonna 2020 oman vetystrategian. Suomen vetystrategian pohjana on toiminut Euroopan vetystrategia. Suomessa on tunnistettu kasvava vedyn tarve erilaisissa prosesseissa, kuten biopolttoaineiden tuotannossa, Power-to-X, teräksen tuotantolaitoksissa ja ruokateollisuudessa.

Suomessa on käynnistetty useita erityyppisiä tutkimus- ja kehityshankkeita, joiden tarkoituksena on edistää vedynkäyttöä energiankantajana. Myös yliopistoilla ja tutkimuslaitoksilla on käynnissä uusien vetyteknologioiden hankkeita. Myös vedyn metanointilaitoksia on rakennettu ja käynnissä on useita muitakin hankkeita, joissa hyödynnetään vetyä suoraan tai välillisesti.

Raskaan liikenteen vedyn käyttö on yksi kohde, jolla saadaan maanteillä syntyviä päästöjä pienennettyä. Eri autovalmistajat ovat kehittäneet vetyautoja, jotka hyödyntävät polttokennotekniikkaa ja tarkoituksena on siirtää tätä teknologiaa raskaaseen liikenteeseen. On tärkeää saada vedylle rakennettua toimiva arvoketju, jotta uusiutuvaa vetyä päästään hyödyntämään täydessä mittakaavassa. Tuotanto, varastointi, jakelu ja käyttö muodostavat arvoketjun, jota tulisi kehittää ja viedä eteenpäin. Jo tänä päivänä useat merkittävät suomalaiset yritykset ovat mukana arvoketjun eri osien kehityksessä.

Suomen vetystrategiassa on tehty SWOT-analyysi, jossa on tunnistettu Suomen vahvuudet, heikkoudet, mahdollisuudet ja uhat vetytaloudessa. Vahvuuksiksi on todettu hyvä uusiutuva energiantuotanto, vahva sähkönsiirtoverkko, vakaa ja ennustettava sääntely ja kokemus vedyn käytöstä lopputuotteena. Heikkouksiksi on tunnistettu korkea sähkönhinta, puute vedyn käyttökohteista teollisuuden ulkopuolella, vetyä ei hyödynnetä liikennekäytössä ja varastointi on haastavaa. Uhkana Suomessa nähdään Euroopasta tulevien direktiivien epäsuotuisuus, fossiilisen energian ja päästökaupan alhainen hinta, elektrolyysilaitteiston hidas kehittyminen suuriin sovelluksiin ja vedyn tuotantokustannusten epäsuotuisa hintakehitys. Mahdollisuuksina puolestaan nähdään olemassa oleva biopolttoaineiden tuotanto sekä vetytuotannon kustannustehokas hiilenpoisto. Vety on myös mahdollisuus hiilivapaan teollisuuden käytössä sekä logististen kustannuksen alentamisessa.

Lopuksi strategiassa esitetään erilaisia suosituksia arvoketjuun, joilla vetytaloutta saadaan edistettyä Suomessa. Yhteenvedossa todetaan, että vetytaloudessa on mahdollisuuksia, mutta myös haasteita, joita meidän tulisi pystyä ratkaisemaan. Yhdessä pystymme näihin, jos tahtotilaa on riittävästi. 

Mikko Kettunen

Kirjoittaja on Lempäälän Lämmön kehityspäällikkö ja Edelläkävijyys energiayhteisössä -selvityshankkeen projektipäällikkö. Kirjoittaja on ollut mukana myös Lempäälän energiayhteisön (LEMENE) toteutuksessa.  

Muuta luettavaa

energia 1

1.9.2021 Selvityshanke loppusuoralla

Edelläkävijyys energiayhteisössä selvityshankkeen loppuraportin ja – materiaalin koostaminen on alkanut kesän jälkeen. Kirjallisten tuotosten lisäksi olemme valmistelleet webinaaria, jossa tuomme tuloksia julki.

energia 1

28.6.21 Mikroverkon sähkön laatu ja saarekekäyttö

Kirjoitimme yhteistyössä blogin Tampereen yliopiston kanssa mikroverkkojen sähkön laadusta ja saarekekäytöstä. Mikroverkoilla on mahdollista toteuttaa toimintavarma järjestelmä, joka pystyy itsenäisesti siirtymään saarekkeeseen

Sähkömarkkinalakiuudistus

5.5.21 Voimassa oleva sähkömarkkinalaki 2010-luvun alkupuolella Suomessa koettiin muutamia suuria myrskyjä, joiden johdosta jopa sadat tuhannet suomalaiset jäivät ilman sähköä. Osa suomalaisista

Vieritä ylös