Lauri Järvinen selvitti LUT-yliopistossa väitöskirjatutkimuksessaan vedyn tuotannossa käytettävien veden elektrolyysereiden sähköistä toimintaa ja niiden teholähteiden vaikutusta prosessin hyötysuhteeseen ja ohjattavuuteen. Teholähdettä parantamalla voidaan parantaa vihreän vedyn kilpailukykyä verrattuna fossiiliseen vetyyn.
Tutkimus voi vauhdittaa vihreää siirtymää ja johtaa teollisuuden ja raskaan liikenteen päästöjen vähentämiseen. Ilmakehän lämpenemisen pysäyttäminen vähentämällä kasvihuonekaasupäästöjä on välttämätöntä ilmastonmuutoksen ja sen tuomien haittojen hillitsemiseksi.
Kilohinta putoaa kolmen euron tietämiin
Veden elektrolyysissa vesimolekyylit hajotetaan sähkön avulla hapeksi ja vedyksi. Kyseessä on tunnettu teknologia, mutta toistaiseksi siihen perustuu vain 0,1 % vedyn tuotannosta. Suurin syy on hinta: maakaasusta tuotetun fossiilisen vedyn kilohinta on nykyisellään noin 1–2 euroa, kun taas elektrolyysillä ja uusiutuvalla energialla tuotettu vihreä vety maksaa noin 4–8 euroa per kilo.
Järvinen tutki, miten teholähteiden aiheuttama rippeli eli aaltoisuus vaikuttaa elektrolyysereiden toimintaan. Tutkimuksen tuottaman tiedon avulla voidaan parantaa teholähteitä siten, että elektrolyysereiden dynaamisesta ajosta aiheutuvat häviöt saadaan minimoitua.
”Tutkimusryhmämme julkaisemissa simulaatioissa päästiin vedyn kolmen euron kilohintaan täysin uusiutuviin energialähteisiin pohjautuvassa tuotantolaitoksessa, jossa elektrolyyserille syötetty sähkö on tuotettu kokonaan aurinko- ja tuulivoimalla”, Järvinen sanoo.
Mitä halvempaa sähköä on saatavilla, sen kilpailukykyisempi teknologia veden elektrolyysi on. Uusiutuvat energian lähteet mahdollistavat hyvin halvan sähkön tuotannon. Kustannuksiin vaikuttaa myös elektrolyyserin hinta.
Päästövähennykset ovat välttämättömiä teollisuudelle – ja koko yhteiskunnalle
Elektrolyysereiden tutkimus kohdistuu tavallisesti kemialliseen puoleen, kun taas LUTissa tutkitaan erityisesti elektrolyysereiden sähköistä toimintaa ja ulkoisia komponentteja, kuten tehonlähteitä.
”Meiltä löytyy vankkaa osaamista sähköisistä järjestelmistä, mikä on mahdollistanut uuden tutkimuksen. Se on tarpeen, jotta olisi mahdollista saavuttaa hiilineutraalius myös sellaisilla aloilla kuin kemianteollisuus tai lento- ja laivaliikenne, joiden suora sähköistäminen ei todennäköisesti ole mahdollista”, Järvinen huomauttaa.
”Energia-alalla monet isot yritykset ovat kiinnostuneita vihreän vedyn tuotannosta tulevaisuudessa. Investointi veden elektrolyysiin voi olla näille yrityksille jatkossa yhä houkuttelevampi seuraava askel kohti hiilineutraaliutta, mutta näen myös paljon mahdollisuuksia uusille toimijoille.”
Teknologian skaalaamisessa ei ole ongelmaa, ja maailmalta löytyykin jo usean sadan megawatin vedyntuotantolaitoksia, jotka käyttävät elektrolyysereitä.
Tilaa Curious People -uutiskirje
Tilaamalla uutiskirjeemme saat sähköpostiisi noin 1–2 kertaa kuukaudessa luettavaa tutkimuksestamme puhtaaseen energiaan, ilmaan ja veteen sekä kestävään liiketoimintaan liittyen.
Vihreälle vedylle on useita käyttökohteita
Useissa LUTin tutkimuksissa on osoitettu, että Suomessa on erinomaiset mahdollisuudet lisätä uusiutuvan energian ja sen myötä vihreän vedyn tuotantoa, mutta myös uutta infrastruktuuria tarvitaan – eli käytännössä putkea vedyn kuljettamiseen sitä tarvitsevalle tehtaalle.
Yksi päästövähennyksiä kipeästi kaipaava ala on metalliteollisuus, jossa raudan jalostuksessa käytetty hiili on mahdollista korvata vedyllä. Vedystä voidaan myös jalostaa power-to-x (PtX) -teknologioiden avulla erilaisia lisäarvotuotteita, kuten synteettisiä sähköpolttoaineita, joita ovat muun muassa e-metanoli ja kestävät lentopolttoaineet (SAF).
Veden elektrolyysin avulla tuotettua vetyä ja muita kemiallisia yhdisteitä voidaan hyödyntää myös sähkön varastointiin kemiallisessa muodossa, kun halutaan varmistaa tasainen ja edullinen sähkön saatavuus sääoloista riippumatta. Ratkaisulle on käyttöä teollisuudessa, jonka pitää kehittää joustavuuttaan muuttuvassa toimintaympäristössä, kun sähköistyminen valtaa alaa.
Lisätietoja:
Lauri Järvinen
Lauri Järvisen väitöskirja tarkastetaan LUT-yliopistossa Lappeenrannassa 10.1.2025 klo 12. Väitöstilaisuutta voi seurata myös etänä.
