Tehtaan savu muuttuu pian polttoaineeksi auton tankkiin: vetytalous jalostaa puunpoltosta syntyvän hiilidioksidin hyötykäyttöön

Satakunnassa Harjavallan suurteollisuuspuistossa muurattiin tammikuun lopulla peruskivi tehtaaseen, joka voi mullistaa suhtautumistamme puun polttoon ja metsien käyttöön myös laajemmin.

Suomalaisen P2X Solutions Oy:n laitoksen on määrä tuottaa vedestä tuulisähkön avulla niin sanottua vihreää vetyä noin 20 megawatin teholla jo ensi vuonna.

Suomen ensimmäinen teollisessa mitassa vihreää vetyä tuottava laitos on osa vetytalousbuumia, jonka odotetaan muuttavan energiantuotannon rakenteen lähivuosina. EU:n komission tavoitteen mukaan sen alueella tulisi tuottaa jo 2030 noin 10 miljoonaa tonnia puhdasta vetyä, mikä mahdollistaisi vetytalouden kehittymisen.

Vetytalouden käyttövoima on päästöttömästi tuotettu sähkö, jota on ylenmäärin saatavilla. Tuulisähkö on sitä: halpaa, hetkittäin jopa ilmaista, mutta sen tuotanto on yhtä kaikki sääriippuvaista. Siksi tarvitaan tapa, millä tasata tuotannon ja kulutuksen vaihtelua.

Tuulivoimalla tuotettavan sähkön määrä kasvaa tulevaisuudessa. Kulutuksesta ylijäävän sähkön muuntaminen vedyksi nähdään lupaavimpana tekniikkana ratkaista sähkön varastointi. Kuva: Jaana Kankaanpää

Lupaavimmaksi tekniikaksi on osoittautunut sähkön muuttaminen elektrolyysillä vedyksi, jota voidaan varastoida ja siirtää.

Vedyn valmistaminen vedestä kuluttaa runsaasti energiaa. Yhden vetykilon valmistaminen vaatii 10 litraa vettä ja noin 55 kilowattituntia sähköä. Jos halpaa sähköä on tarjolla, vedyn valmistus voi muuttua kannattavaksi. Juuri tähän vetytalous pohjautuu.

Kaasumaisen vedyn säilytys on kuitenkin vaikeaa. Sillä on pyrkimys vuotaa säilöistä läpi ja haurastuttaa niiden seinämät. Vetykaasun jakelu olemassa olevaa maakaasuverkostoa pitkin ei liioin onnistu, vaan se vaatii oman putkiston. Kaasun räjähdysherkkys luo tekniikalle omat vaikeutensa.

Vedyn käyttöarvo polttoaineena nousee, jos siitä ryhdytään valmistamaan nykyisten polttoaineiden kaltaisia hiilivetyjä.

Se on mahdollista tehdä hiilineutraalisti yhdistämällä vetyyn jo kierrossa olevaa hiiltä. Putken toisesta päästä saadaan synteettistä polttoainetta, jota kutsutaan sähköpolttoaineeksi.

Synteettisten hiilivetyjen valmistamista tutkitaan Suomessa useissa tutkimuslaitoksissa. VTT:n Jyväskylän tutkimuslaboratorion tutkija Mikko Lappalainen esittelee kokeilussa olevaa elektrolyysilaitteistoa, jolla vedestä valmistetaan vetyä. Kuva: Petteri Kivimäki

Vihreän vedyn lisäksi nollapäästöisen sähköpolttoaineen tekemiseen tarvitaan vain yhtä raaka-ainetta: hiilidioksidia, joka ei ole fossiilista. Ja tuota biogeeniseksi kutsuttavaa hiilidioksidia Suomesta on saatavilla helposti satojen puuta polttavien kattilalaitosten piipuista.

Kyse on niin sanotusta Power-to-X-tekniikasta, mikä laajasti käsitettynä tarkoittaa fossiilisia hiilivetyjä korvaavien yhdisteiden valmistamista päästöttömän sähkön avulla. Lappeenrannan teknisessä yliopistossa on tutkittu tekniikkaa jo vuosia.

”Biopolttoaineiden hiilidioksidista rakennettavien synteettisten hiilivetyjen kehittämiseen liittyy hyvin lupaavia näkymiä”, sanoo Lappeenrannan teknisen yliopiston LUT:n energiatekniikan professori Esa Vakkilainen.

Vihreää vetyä voidaan jalostaa metaaniksi tai nestemäiseksi metanoliksi hiilidioksidin avulla, mutta myös bensiinin, lentokoneiden käyttämän kerosiinin tai dieselin valmistus on mahdollista.

”Sähköisten polttoaineiden suurin merkitys nähdään juuri lento- ja laiva- ja raskaassa liikenteessä, joiden sähköistäminen on vaikeinta”.

Myös kansainvälisen ilmastopaneelin IPPC:n viime huhtikuussa julkaistussa raportissa viitataan useita kertoja LUT:n tutkimuksiin hiilen kiertotaloudesta, johon sähköpolttoaineiden tuotanto kuuluu.

Biopolttoaineiden tuotanto ei riitä vaikeasti sähköistettävien lento- ja laivaliikenteen muuttamiseksi hiilineutraaliksi. Sähköpolttoaineista odoteteen erityisesti apua niiden päästöihin. Kuva: Markku Vuorikari

Vakkilainen uskoo, että Power-to-X- tekniikkaa synnyttää uutta liiketoimintaa ja haastaa muuttamaan suhtautumistamme esimerkiksi metsätalouden materiaalivirroista saatavaan hiilidioksidiin.

”Puun poltosta vapautuva ei-fossiilinen hiilidioksidi voi tulevaisuudessa olla tärkeä uusituvan polttoaineen raaka-aine, jolla voidaan jopa käydä kauppaa. Synteettisesti tuotetut polttoaineet mahdollistavat liikenteen muuttamisen hiilineutraaliksi”, Vakkilainen visioi.

Yksi tapa tuottaa sähköpolttoaineita on kaapata hiilidioksidia vedyn kaveriksi ympäröivästä ilmakehästä. Ilmassa on hiilidioksidia kuitenkin vain 0,04 prosenttia, joten polttoaineen valmistukseen tarvittavien hiilidioksidimäärien talteenottamiseksi ilmaa täytyy kierrättää valtavia määriä.

Se kuluttaa runsaasti energiaa verrattuna siihen, että hiilidioksidia otetaan talteen sieltä, mistä sitä on helposti saatavilla – esimerkiksi puuta polttavan sellutehtaan tai hakelämpövoimalan savupiipun päästä. Siellä hiilidioksidia on yli kolmesataa kertaa enemmän kuin ympäröivässä ilmakehässä. Hakevoimalaitoksen savukaasujen tyypillinen hiilidioksidipitoisuus vaihtelee polttoaineen kosteudesta riippuen 10–15 prosentin välillä.

Metsähakkeen polttaminen tuottaa biogeenistä hiilidioksidia, joka on sähköpolttoaineiden raaka-aine. Kuva: Lari Lievonen

Kehitteillä olevissa puun happipolttolaitoksissa palokaasujen hiilidioksidipitoisuus voi nousta vieläkin korkeammaksi yli 80 prosenttiin, mikä tekee hiilidioksidin talteenotosta vieläkin helpompaa.

LUT:n yliopiston laskelmien mukaan pelkästään Suomen sellutehtaiden tuottamasta biogeenisestä hiilidioksidista voitaisiin valmistaa sähköpolttoainetta koko Suomen liikenteen kulutusta vastaava määrä.

Synteettisesti tuotetuilla hiilivedyillä on käyttöä myös kemianteollisuudessa, jonka monet raaka-aineet ovat tähän saakka nojanneet maaöljypohjaiseen petrokemiaan. ”Fossiilisten polttamisen on loputtava vuoteen 2050 mennessä, mutta ihmiskunnan hiilivetyjen tarve ei kokonaan katoa", professori Jero Ahola kirjoittaa LUT:n sivuilla.

EU joutuu todennäköisesti arvioimaan suhdettaan metsäenergiaan ja biomassojen hyödyntämiseen, jos se haluaa turvata vetytalouden tarvitseman biogeenisen hiilidioksidin saatavuuden.

Toki hiilidioksidia voisi tuoda Eurooppaan tuulisähköllä prosessoitavaksi vaikka Kiinasta, missä se olisi otettu talteen teollisuudesta ja voimaloista.

Tähän tuskin halutaan mennä, vaan sähköpolttoaineiden vaatima hiilidioksidi pyritään saamaan läheltä vihreän sähkön lähteitä ja huolehtimaan myös EU:n energiaomavaraisuudesta.

Puuenergia on Suomen tärkein tapa tuottaa kaukolämpöä ja puun poltosta syntyvää hiilidioksidia voidaan ottaa talteen voimaloiden savukaasuista. Kuvassa haketta matkalla Joensuun Iiksenvaaran voimalaan. Kuva: Lari Lievonen

Edellä esitetty voi kuulostaa tieteisfantasialta, mutta myös yritysmaailmassa on alettu uskoa sähköpolttoaineiden kaupallistamisen mahdollisuuteen.

Suomessa on käynnissä useita sähköpolttoaineiden tuotantoon tähtääviä hankkeita muun muassa Neste, St1, Vattenfall ja P2X Solutions ovat ilmoittaneet omista hankkeistaan.

Tuorein tulokas oli irlantilainen ET Fuels -yhtiö, suunnittelee Lappiin Ranuan kuntaan Näätäaavalle vihreää metanolia valmistavaa tehdasta. Investoinnin arvo olisi 800 miljoonaa euroa.

Suomalainen RenGas Oy puolestan suunnittelee synteettistä metaania valmistavien laitosten rakentamista Tampereelle, Kotkaan, Poriin ja Mikkeliin. Yhtiö uskoo, että sen sähköpolttoaineet vähentävät muutaman vuoden kuluttua dieselin kulutusta 250 miljoonaa litraa vuodessa, mikä vastaa noin vastaten noin viidesosaa raskaan liikenteen polttoaineen kulutuksesta.

Autoteollisuudelle komponentteja toimittava saksalainen teollisuusjätti Bosch uskoo, että siirtyminen sähköpolttoaineisiin on välttämätöntä ja polttomoottoreilla tulee sen vuoksi olemaan 2030-luvulla yhä merkittävä osuus autojen käyttövoimana sähköautojen ohella.

Laskelmia sähköpolttoaineiden pohjaksi tarvittavan biohiilidioksidin saatavuudesta on tehty vihreää vetyä tuottavassa yrityksessä. Määriä pidetään riittävinä taloudellisesti kannattavan tuotannon aloittamiseen.

”Suomen ja Ruotsin puun poltosta vapautuvasta hiilidioksidista voidaan valmistaa kahdeksan kertaisesti se polttoainemäärä, mitä Itämeren meriliikenteessä vuosittain käytetään”, P2X Solutionsin teknologiajohtaja Tuomo Rinne sanoo.

Yhtiön seuraava siirto päästöttömien sähköpolttoaineiden valmistuksen suuntaan on jo pitkällä. Yhteistyökumppani on löytynyt Itä-Suomesta metsien keskeltä. Ensimmäisen sähköpolttoainetta tuottavan laitoksen sijoituspaikaksi on valittu Joensuu.

Energiayhtiö Savon Voiman kanssa yhteistyönä toteutettava laitos jalostaisi metsähaketta ja sahateollisuuden jätettä polttavan Savon Voiman Iiksenvaaran voimalan piipusta tupruavaa hiilidioksidia vedyn avulla metanoliksi.

Puuenergiaa Savon Voiman Joensuun Iiksenvaaran voimalan hakekentällä. Kuva: Lari Lievonen

Laitoksen yhteyteen rakennettavan vihreän vedyn laitoksen kapasiteetti olisi noin 30–50 megawattia eli lähes kaksi kertaa suurempi kuin Harjavaltaan valmistuvan yksikön.

Savon Voiman ja P2X Solutionsin yhteishanke on parhaillaan luvitusvaiheessa, mutta investointipäätöstä ei ole vielä tehty. ”Pidän sen toteutumista hyvin realistisena”, sanoo Savon Voiman toimitusjohtaja Arto Sutinen.

Jos asiat etenevät suunnitellusti, sähköpolttoainetta valmistavan laitoksen pitäisi valmistua vuonna 2025. Sutisen mukaan sähköpolttoaineen valmistaminen sopii erinomaisesti Iiksenvaaran yhdistetyn kaukolämpö- ja sähkölaitoksen (CHP) kylkeen. ”Elektrolyysiprosessissa sekä sähköpolttoineen valmistuksessa syntyy hukkalämpöä, joka voidaan meillä hyödyntää kaukolämmön tuotannossa”.

Vedyn elektrolyysituotannossa hyötysuhde on nykytekniikalla noin 60–70 prosenttia, eli karkeasti kolmannes käytetystä sähköstä menee hukkaan lämpönä. Sen talteenotto ja taloudellisesti mielekkään käyttökohteen löytäminen ovat laitosten kannattavuuden kulmakiviä.

Joensuun tapauksessa vetylaitos tuottaisi noin viidenneksen kaupungin lämmitystarpeesta. Siksi Suomessa laitoksia on alustavasti kaavailtu juuri suurten hakelämpökeskusten tai kaupunkien liepeillä olevien sellutehtaiden yhteyteen.

Joensuun Iiksenvaaran voimalasta taivaalle nyt karkaava hiilidoksidi jo lähivuosina sähköpolttoaineiden raaka-aineeksi, jos päätös voimalan yhteyteen rakennettavasta laitoksesta tehdään. Kuva: Lari Lievonen

Suomella on myös muita edellytyksiä tuottaa vihreän vedyn ja jo kierrossa olevan hiilidioksidin avulla polttoainetta. ”Meillä on puhdasta vettä, mahdollisuus hyödyntää valmistuksen yhteydessä syntyvää hukkalämpöä, uusiutuvaa hiilidioksidia ja lähivuosina myös edullista uusiutuvaa sähköenergiaa”, P2X Solutionsin teknologiajohtaja Tuomo Rinne sanoo.

Joensuuhun kaavailtu laitos vähentäisi toteutuessaan Suomen hiilidioksidipäästöjä parhaimmillaan satatuhatta tonnia. Suomen autokannan keskimääräisillä CO2-päästölukemilla ja ajokilometreillä se tarkoittaisi noin 35 000 henkilöauton vuodessa tuottamaa hiilidioksimäärää.

Joko sinulle tulee MT:n metsäuutiskirje? Saat kerran viikossa ajankohtaisia metsäuutisia ilmaiseksi sähköpostiisi tilaamalla metsäuutiskirjeen.