Mullistaako vety maailman energiajärjestelmän?

Vaikka vetyä ei juuri tule arjessa ajateltua, se on maailmankaikkeuden yleisin alkuaine. Jopa 90 prosenttia kaikista atomeista ajatellaan olevan vetyä. Se on tähtien polttoaine, jota ilman emme voisi ihailla öisen tähtitaivaan kuvioita. Auringostakin suurin osa on vetyä, joten ilman sitä jäisimme vaille lämpöä. Vety ja sen yhdisteet ovat monella tapaa elintärkeitä myös maapallon elämälle.

Maapallon vedystä suurin osa on sitoutuneena veteen: järviin, jokiin, meriin ja jäätiköihin. Vety on osa maailman kenties tunnetuinta kemiallista kaavaa: H20. Vesi on vedyn ja hapen yhdiste.

Aineena vety on väritön, hajuton, mauton, helposti syttyvä ja ilmaa kevyempi kaasu. Se on erinomainen energian kuljettaja.

Vedyn sulamis- ja kiehumispiste ovat alkuaineiden toiseksi alhaisimmat. Vain heliumilla ne ovat matalammat. Vedyn sulamispiste on –259 astetta. Kiehuttaakseen vetyä, tarvitaan –253 asteen hyytävä lämpötila.

Henry Cavendish löysi vedyn 1700-luvulla

Kuten moni asia maailmassa, myös vety löydettiin sattumalta. 1500-luvulla toiminut sveitsiläinen alkemisti, lääkäri ja astrologi Paracelsus, alun perin Philippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim, huomasi, että liuottamalla metallia hapolla syntyi kaasua. Paracelsusta pidetään ensimmäisenä ihmisenä, joka havaitsi vedyn olemassaolon, vaikkei hän tuolloin tiennyt, mistä oli kyse.

Varsinaisesti vedyn löytäjänä pidetään englantilaista kemistiä ja fyysikkoa Henry Cavendishia, joka vuonna 1766 tekemissään kokeissa osoitti, että vety – tai ”palava ilma”, kuten hän sitä kutsui – erosi muista palavista kaasuista. Muutamaa vuotta myöhemmin Cavendish ensimmäisenä osoitti, että palaessaan vety muodostaa vettä.

Nimensä vety sai 1700-luvun ranskalaiselta kemistiltä, Antoine Lavoisierilta, joka nimesi sen kreikan kielen pohjalta: hydrogène, vedenmuodostaja.

1900-luvun alkuun asti vedylle keksittiin vain muutamia käyttötapoja: sitä käytettiin muun muassa ilmalaivojen täyttökaasuna sekä teatterinäyttämöitä valaisevissa kalkkivaloissa.

Suurin osa vedystä tehdään vielä maakaasusta

Nykyään vetyä käytetään hyödyksi monissa teollisissa valmistusprosesseissa. Eniten vetyä käytetään kemianteollisuudessa. Siitä valmistetaan etenkin ammoniakkia, josta tehdään pääasiassa lannoitteita.

Toinen merkittävä käyttökohde on öljynjalostus. Lopputuloksena syntyy esimerkiksi dieseliä ja bensaa autojen tankkeihin. Ravintorasvojen valmistuksessa vetyä käytetään tyydyttymättömien kasvirasvojen kovettamiseen.

Vedyllä on osuutensa myös avaruustutkimuksessa. Nestemäinen vety on rakettien polttoainetta.

Tällä hetkellä suurin osa teollisuuden käyttämästä vedystä tehdään maakaasusta, mikä tuottaa paljon hiilidioksidipäästöjä. JKun vety tuotetaan uusiutuvaa sähköä käyttäen ja uusiutuvalle vedylle asetetut kriteerit täyttyvät, voidaan puhua uusiutuvasta vedystä. Valmistuksessa käytetään uusiutuvaa energiaa, kuten aurinko- tai tuulivoimaa, tai ydinvoimaa. Uusiutuvalla sähköllä elektrolyysissä tuotettua ja uusiutuvalle vedylle asetetut kriteerit täyttävää vetyä kutsutaan uusiutuvaksi vedyksi.

Vihreältä vedyltä odotetaan paljon

”Vety on energiankantaja, jota voidaan hyödyntää esimerkiksi teollisuudessa, liikenteessä ja energian varastoinnissa. Uusiutuvalla vedyllä voi olla merkittävä rooli erityisesti sellaisten teollisuuden ja liikenteen käyttökohteiden päästöjen vähentämisessä, joita on vaikea sähköistää suoraan”, tutkimusjohtaja Antti Arasto VTT:ltä sanoo.

Vedyn nousun taustalla on Araston mukaan muun muassa se, että uusiutuvasta sähköstä on tullut edullista, joten vedyntuotannon vaatima suuri sähkömäärä on mahdollista tuottaa uusiutuvilla energiamuodoilla kohtuukustannuksin.

Suurin vaikuttaja on kuitenkin ilmastomuutos ja EU:n ilmastostrategia. Ilmastoa lämmittäviä päästöjä on vähennettävä merkittävästi.

”Komission strategiassa on, että 14 prosenttia energiasta liikkuisi vetynä vuonna 2050 eli merkitys on todella iso”, Arasto sanoo.

Tällä hetkellä vedyn osuus EU:ssa käytetystä energiasta on alle kaksi prosenttia.

”Toimenpiteiden tarve on niin kova, että vanhojen keinojen parantaminen ei riitä ratkaisuksi, vaan meidän pitää oikeasti ottaa uusia keinoja käyttöön.”

Uusiutuva vety voi auttaa vähentämään päästöjä vaikeasti sähköistettävillä aloilla

Vihreällä vedyllä voidaan saada ilmastoa lämmittäviä päästöjä alas aloilla, joiden tuotanto on riippuvainen vedystä – ja joilla kasvihuonekaasupäästöjen vähentäminen on vaikeaa pelkän suoran sähköistämisen avulla.

”Se voi olla gamechanger toimijoille, joiden keinot ovat rajattuja. Vetypelkistys on yksi keino vähentää teräksen valmistuksen kasvihuonekaasupäästöjä korvaamalla hiilen käyttöä tuotantoprosessissa.”

Vetypelkistyksessä rautaoksidi pelkistetään puhtaaksi raudaksi hiilen ja hiilimonoksidin sijaan vedyllä.

Uusiutuvaa vetyä voidaan käyttää sähköpolttoaineiden valmistukseen, ja sähköpolttoaineilla voidaan korvata fossiilisia polttoaineita esimerkiksi vaikeasti sähköistettävässä liikenteessä. Näitä ovat Araston mukaan esimerkiksi rekka-, laiva- ja lentoliikenne.

Henkilöautot tullevat jatkossakin kulkemaan hänen mukaansa sähköllä, sillä suora sähkön käyttö on hyvin energiatehokasta, ja siirtymä sähköautoihin on jo vauhdissa.

Uusiutuvan vedyn avulla energiaa voidaan varastoida ja siirtää myöhempää käyttöä varten. Vedyn valmistus tuottaa suuria määriä lämpöä, jota olisi mahdollista käyttää kiinteistöjen lämmitykseen.

Vetytalous avaa mahdollisuuksia myös Helenille

Vedyllä on keskeinen rooli Helenin tulevaisuuden näkymissä.

”Energiayhtiöiden pitää muuttua, koska energiantuotannon kasvihuonekaasupäästöjä on vähennettävä ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi.”, Helenin ratkaisuliiketoiminnan johtaja Sari Mannonen sanoo.

Tähän tavoitteeseen vety sopii hyvin. Helen on selvittämässä mahdollisuutta toimia sekä vedyn että siitä jatkojalostettavien Power-to-X-ratkaisujen, kuten sähköpolttoaineiden, tuottajana.

”Helen on tuonut uusia ratkaisuja markkinoille eturintamassa. Olemme olleet pitkään mukana sähköisessä liikenteessä ja investoineet sekä palvelukehitykseen että julkiseen latausverkostoon, aurinkoenergiaratkaisuihin, sähkövarastoihin ja joustoon sekä älykkäisiin kiinteistöratkaisuihin.”

Vetytalous tarvitsee toteutuakseen kumppanuuksia sekä yritysten että tutkimuslaitosten kesken. Helen on mukana suomalaisten yritysten muodostamassa kansallisessa vetyklusterissa, jonka tavoitteena on vauhdittaa vetytaloutta.

Helenin etuna on, että sillä on jo osaamista vetytalouteen siirtymisessä, sanoo Tuukka Hartikka, joka edistää Helenillä uusiutuvan vedyn ja Power-to-X-ratkaisujen liiketoimintaa.

Vihreän vedyn valmistaminen vaatii paljon uusiutuvaa energiaa. Helen investoi parhaillaan voimakkaasti tuulivoimaan. Suunnitelmissa on moninkertaistaa tuotanto.

Lisäksi Helenillä on jo olemassa teknologiaa ja infrastruktuuria vedyn valmistusprosessissa syntyvän hukkalämmön talteenottoon ja hyötykäyttöön. Hukkalämpö käytetään rakennusten lämmittämiseen. Helenin ja Helsingin kaukolämpöverkko on Suomen suurin lämpöverkkoalusta. Kaukolämpöputkia risteilee Helsingin alla 2 500 kilometriä.

Tulevaisuudessa vety voisi olla ratkaisu myös energian varastoinnissa, Hartikka sanoo.

Esimerkkinä uusista Power-to-X ratkaisuista Hartikka mainitsee Vuosaareen rakennettavan biolämpölaitoksen.

”Siellä polttoaineena käytetään metsäteollisuuden sivuvirtoina syntynyttä kestävyyssertifioitua haketta ja savukaasujen hukkalämpö otetaan talteen kahdesti. Poltosta syntynyt hiilidioksidi voitaisiin ottaa talteen ja jatkojalostaa hiilidioksidia ja vetyä yhdistämällä vaikkapa muoviksi tai liikenteen polttoaineeksi. Meiltä löytyy biopohjaista hiilidioksidia, sähköä, hukkalämmön hyödyntämismahdollisuus ja paljon tarvittavaa osaamista.”

Suomesta voi tulla vedyn viejä

Puhe vetytaloudesta käy nyt kuumana siksikin, että ilmastonmuutoksen torjunnan lisäksi se muuttaa energiamarkkinoita ja avaa uusia vientimahdollisuuksia. Suomestakin voisi tulla vihreän vedyn – ja ennen kaikkea siihen liittyvän teknologian ja ratkaisujen – viejä.

”Maailma on muuttunut sellaiseen asentoon, että tällaisille ratkaisuille on kysyntää”, VTT:n Antti Arasto sanoo.

Suomella on vedyntuotantoon hyvät lähtökohdat muun muassa halvan uusiutuvan sähkön, hyvien sähköverkkojen ja biopolttoisen hiilidioksidin saatavuuden vuoksi. Vedystä voi Araston mukaan tulla uusi tukijalka Suomen vientiteollisuudelle, ja sitä kautta myös hyvinvointiyhteiskunnalle.

”Suomen täytyy olla mukana luomassa markkinaa. Emme tule pärjäämään siinä pelissä, jos emme ole ensimmäisten joukossa tekemässä asioita.”

Vetytalous tarvitsee suuria pilottihankkeita

”Teknologia vihreän vedyn valmistukseen on jo olemassa. Jos kaikki ”menee kuin Strömsössä”, Suomessa voi olla useita isoja tuotantolaitoksia seuraavan 10 vuoden sisällä”, Arasto sanoo.

Jotta vetytalous lähtee kunnolla lentoon, tarvitaan hänen mukaansa tarpeeksi suuria pilottihankkeita, laitteiden hyvä saatavuus oikeaan hintaan sekä rohkeutta ottaa käyttöön vielä kehitysvaiheessakin olevia ratkaisuja.

”Murros vaatii laajan rintaman toteutukseen.”

Olennaista on hänen mukaansa se, että taloudellinen paine muutoksen toteuttamiseen on riittävän iso. Pitää olla kannattavampaa tavoitella päästövähennyksiä kuin jättää tavoittelematta.

Suomelle vetytalous voi Araston mukaan avata hyvän mahdollisuuden luoda vientiä ja kasvattaa taloutta. Mutta se antaa myös tilaisuuden ottaa vastuuta koko maailman tulevaisuudesta.

”Vedyn tuotantoon ja käyttöön liittyvien ratkaisujen kehittäminen voi tarjota Suomelle mahdollisuuden vaikuttaa päästöjen vähentämiseen myös kansainvälisesti.”