Ulla Lassin kolumni: Energiataloutemme työhevoset – litium ja vety

Energiataloutemme on keskellä historiallista murrosta. Geopoliittisista haasteista huolimatta fossiilisiin polttoaineisiin pohjautuva yhteiskuntamme siirtyy väistämättä kohti päästötöntä, sähköistyvää, yhä joustavampaa ja monimuotoisempaa energiataloutta.

Tässä muutoksessa kemialla on keskeinen merkitys. Erityisesti jaksollisen järjestelmämme kaksi kevyttä alkuainetta, litium ja vety, ovat energiataloutemme työhevoset. Litium- ja vetyteknologia eivät ole keskenään kilpailevia, vaan ne ratkaisevat eri tasoilla saman peruskysymyksen – miten tuottaa puhdasta energiaa, kun sitä tarvitaan ja siellä, missä sitä tarvitaan.

Litium on ollut jo reilut kolmekymmentä vuotta sähköistämisen mahdollistaja. Litiumioniakut ovat ylivoimaisesti tehokkain tapa varastoida sähköenergiaa lyhyellä aikavälillä. Niiden hyötysuhde on korkea ja ne soveltuvat niin sähköautoihin, kannettavaan elektroniikkaan kuin energiavarastoiksi sähköverkon tasapainottamiseen.

Ilman litiumioniakkuja kuluttajaelektroniikka (kuten kännykät ja läppärit), uusiutuvaan sähköön perustuva liikenne ja hajautettu energiantuotanto eivät olisi mahdollisia nykylaajuudessaan.

Litium tekee sähköstä liikkuvaa ja joustavaa. Se on modernin sähköistymisen työhevonen.

Uudetkaan kehitteillä olevat akkuteknologiat eivät korvaa litiumioniakkuja. Ne tarjoavat lähinnä rinnakkaisia ratkaisuja energianvarastointiin käyttökohteissa, missä akun koko ja massa ei ole rajoittava tekijä.

Vetyteknologiaan liittyy paljon mahdollisuuksia, mutta myös merkittäviä haasteita, jotka hidastavat sen laajamittaista käyttöönottoa.

Vetyteknologiaa voidaan puolestaan hyödyntää tarkkaan valituissa kohteissa silloin, kun tarvitaan suuria energiamääriä tai suora sähköistäminen ei ole riittävää tai käytännöllistä.

Vety ei ole ainoastaan energialähde, se on myös kemiallinen lähtöaine. Vetyteknologia tarjoaa ratkaisuja teollisiin prosesseihin. Se on usein ainoa realistinen tapa vähentää hiilidioksidipäästöjä mm. terästeollisuudessa (raudan pelkistys vedyllä) tai kemian teollisuudessa (ammoniakin ja metanolin valmistus) tai meri- ja lentoliikenteen synteettisten polttoaineiden valmistuksessa.

Vetyteknologiaan liittyy siis paljon mahdollisuuksia, mutta myös merkittäviä haasteita, jotka hidastavat sen laajamittaista käyttöönottoa:

Vety on energiataloudellisesti huono ratkaisu, jos suoraa sähköä on mahdollista käyttää. Sähköenergialla vesielektrolyysin kautta valmistetun vihreän vedyn hyötysuhde jää alhaiseksi. Elektrolyysilaitteistot vaativat suuria investointeja, ja niihin liittyy myös kestävyyteen liittyviä haasteita mm. jalometallikatalyyttien käytön näkökulmasta.

Lisäksi sähköenergialla tuotetun vihreän vedyn hinta jää korkeaksi eikä se ole kilpailukykyinen teollisen vetykäytön tai teollisten investointien näkökulmasta.

Vetytaloutta haastaa myös turvallisuusnäkökulma ja vedyn varastointiin ja kuljetukseen liittyvät haasteet. Tarvitaankin uusia vaihtoehtoisia ratkaisuja vedyn tuotantoon ja energian varastointiin.

Oulun yliopistossa on tutkittu jo kahdenkymmenen vuoden ajan akkumateriaaleja ja akkukennojen valmistusta useissa kansallisissa ja kansainvälisissä hankkeissa.

Lisäksi Suomen Akatemian rahoittamassa profilaatiohankkeessa (H2FUTURE) tutkitaan vaihtoehtoisia, tulevaisuuden vedyn tuotantoratkaisuja, metaanipyrolyysiä ja valokatalyyttistä vedyn valmistusta. Ne tarjoavat mahdollisuuksia hiilidioksidivapaaseen vedyn tuotantoon.

Metaanipyrolyysi mahdollistaa myös muodostuvan kiinteän hiilen hyödyntämisen mm. anodihiilenä akkuteollisuudessa.

Valokatalyyttinen vedyntuotanto perustuu auringonvalon tuottaman energian suoraan hyödyntämiseen katalyyttisissä reaktioissa, joissa vettä pilkotaan vetykaasuksi.

Vedyn pelkistyskäyttöä tutkitaan mm. metallipulvereiden valmistuksessa ja raudan vetypelkistyksessä ja vetyhauraus on keskeinen vedyn varastointiin ja vetyputkien turvallisuuteen liittyvä tutkimusaihe.

Tutkimustulokset mahdollistavat lyhyellä ja pidemmällä aikavälillä uusia innovatiivisia ratkaisuja litium- ja vetyteknologiaan ja siten edistävät siirtymää kohti kestävämpää energiataloutta.

Kirjoittaja on Oulun yliopiston soveltavan kemian professori Kokkolan yliopistokeskus Chydeniuksessa ja yksi Suomen Akatemian rahoittaman H2FUTURE-profilaatiohankkeen avaintutkijoista.