Tulevaisuuden vety, osa 1: Vedyn tarve on paljon odotettua suurempaa

Ensimmäinen Alankomaissa testauksessa oleva vetyjuna oli esillä ja avoinna yleisölle maaliskuussa 2020. Juna on äänetön ja tuottaa päästöinä vettä. Junien on tarkoitus aloittaa liikennöinti vuonna 2024. Kuva: Sander van der Werf / Shutterstock

Rauli Partanen

Tämä on ensimmäinen osa juttusarjassa, jossa käsitellään vedyn tarvetta, tuotantokustannuksia ja niiden madaltamista.

Useimmat valtavirran energiaskenaariot johtavat pahenevaan ilmastokatastrofiin. Vaikka uusiutuvia rakennettaisiin ja yhteiskuntia sähköistettäisiin massiivisella vauhdilla, kokonaisenergian kulutus kasvaa.Vaikka fossiilisten suhteellinen osuus energiapaletissa saataisiin tippumaan nykyisestä, noin 85 prosentin tasosta 60-70 prosenttiin, olisi fossiilisten absoluuttinen käyttö edelleen nykyisellä tasolla. Ilmastonmuutoksen kannalta tämä tarkoittaa 3-4 asteen lämpenemistä tällä vuosisadalla, jolla on erittäin rajuja seurauksia niin ihmisille, yhteiskunnille kuin luonnolle. Vähemmänkin energiaa kuluttavia skenaarioita on, mutta kutenaiemmin Verdessä kirjoitin, on hyvä ottaa huomioon myös skenaarioita, joissa kaikki ei mene kuten haluamme ajatella. [caption id="attachment_6941" align="aligncenter" width="2406"]

Maailman primäärienergialähteet IEA:n ”Stated Policies” -skenaarion mukaan. (IEA WEOA 2018). Lähde: LucidCatalyst 2020[/caption] Iso osa fossiilista polttoaineista poltetaan sähköntuotannon ulkopuolella, niin sanotuilla vaikeasti puhdistettavilla sektoreilla. Näihin kuuluvat monet teollisuuden prosessit, maakaasuverkot, kansainvälinen meri- ja lentoliikenne, pitkän matkan tiekuljetukset, teräs- ja metalliteollisuus, kemianteollisuus ja sen raaka-aineet ja niin edelleen.Miten tämä karkeasti kahden kolmanneksen fossiilisten polttoaineiden osuus energiapaletissamme sitten voidaan puhdistaa? Yksi lupaavimpia vaihtoehtoja on vähäpäästöisesti tuotettu vety sekä siitä jalostetut polttoaineet. Jos se ei onnistu puhtaalla vedyllä, on epätodennäköistä, että se onnistuu millään muullakaan keinolla.Ensimmäiseksi on syytä pitää mielessä, että urakka on aivan valtava. Tuleva tarve puhtaalle vedylle on paljon isompi kuin esimerkiksi nykyinen sähkönkulutuksemme. Kunnianhimon puutosVetytaloudesta ja puhtaasta vedystä on viime aikoina puhuttu paljon, mutta aihetta on lähestytty takaperoisesti. Vedyntuotantoa on esitetty ratkaisuksi tuuli- ja aurinkosähkön vaihtelevaan tuotantoon ja ajoittaiseen ylituotantoon.Ylituotannon käyttö johonkin järkevään, kuten vedyn tuotantoon elektrolyysillä, auttaisi suurempien tuuli- ja aurinko-osuuksien integroimista sähköverkkoon. Vety on siis nähty ratkaisuksi vaihtelevatuottoisten uusiutuvien ongelmiin.Tähän tarkoitukseen elektrolyyserit toki sopivat varsin hyvin, mutta tämä ei riitä. Todellinen tarpeemme on nimittäin massiivinen puhtaan ja edullisen vedyntuotannon kasvattaminen.Jos vetyä tehdään sään mukaan vaihtelevan sähköntuotannon satunnaisesta ylituotannosta sähköjärjestelmässä, joka kokonaisuutenakin on tarvittavaa vedyn tuotantomittakaavaa pienempi, on ratkaisu vain murunen tarvittavasta. Tämä lähtökohta on parhaimmillaankin kunnianhimoton, ja pahimmillaan jopa vastuuton.Pienemmän energiajärjestelmän (sähköjärjestelmä) satunnaisella ylituotannolla ei voida korvata isompaa energiajärjestelmää (neste- ja kaasumuotoiset polttoaineet). Tuulen ja auringon tuotannon kapasiteettikerroin (eli keskimääräinen aika, jonka ne toimivat täydellä teholla vuoden aikana) on muutenkin melko matala, jos tavoitteena on jatkuvalla syötöllä tehokkaasti pyörivät vedyntuotantolaitokset.Jos tästä tuotannosta käytetään vain aivan huipputunnit, jotka muuten päätyisivät ylituotannoksi, jää elektrolyysereille todella vähän ajotunteja vuodessa. Lisäksi, mikä ilmaiselle ylijäämäsähkölle ilmaantuu käyttäjä, se ei enää ole ilmaista ylijäämää, vaan sille muodostuu hinta.Jos tätä hintaa ei ilmaantuisi, kuka investoisi uuteen tuotantoon, jos kerran merkittävä osa tuotannosta päätyy ylijäämäksi ilman arvoa? Tässäkään asiassa ilmaista lounasta ei ole. Lähtökohdaksi todellinen haasteen suuruusJättäkäämme siis ylijäämäsähkön näkökulma ja katsotaan toisesta suunnasta: paljonko puhdasta vetyä ja synteettisiä polttoaineita tarvitsemme, jotta fossiiliset ja niiden aiheuttamat päästöt voidaan syrjäyttää?Tästä lähtökohdasta koko ongelma, ja vetykeskustelu, näyttää aivan toisenlaiselta. Mittakaavaltaan pienehkön ylijäämätuotannon ongelman ratkomisen sijaan meillä onkin valtava, lukuisia yhteiskunnan sektoreita koskeva päästöongelma.Maailman mittakaavassa puhutaan sadoista eksajouleista joka vuosi poltettavia halpoja fossiilisia polttoaineita. Ratkaisujen pitää skaalautua paljon isommiksi, mitä useimmat ovat ehdotelleet tai edes osaavat kuvitella. Tarvitsemme massiivisia, gigawattien tai jopa kymmenien gigawattien kokoisia vedyn ja muiden sähköpolttoaineiden tuotantoon yksinomaan keskittyviä energiaprojekteja.Puhtaan vedyn tuotantokustannuksen pitää myös pudota nopeasti. Jo lähivuosina kustannus olisi syytä saada alle 1,5 dollariin kilolta, ja 2030 luvun kuluessa alle yhteen dollariin kilolta, jotta fossiilisten polttoaineiden korvaaminen isossa mittakaavassa ja ilmaston kannalta riittävän nopeassa aikataulussa voi onnistua.Tämä on paljon pyydetty, mutta juuri siksi siitä pitää keskustella oikeassa mittakaavassa. Aivan oma tuotantojärjestelmäPuhtaan vedyn ja sähköpolttoaineiden tarve on siis paljon suurempi kuin esimerkiksi nykyinen sähköjärjestelmämme. Niinpä sen ajatteleminen sähköjärjestelmän ”alijärjestelmäksi” ei ole järkevää. Se on vähän kuin suunnittelisi uuteen taloon muuttoa, ja muuttotavaroille olisi varattu hansikaslokero, vaikka tarve olisi isolle pakettiautolle.Vetytaloutta ja vedyntuotantolaitoksia täytyykin ruveta suunnittelemaan omina energiajärjestelminään.Toki esimerkiksi sähköverkkoon voi olla yhteys mikäli se on molempien järjestelmien kannalta hyödyllistä, mutta pelkästään yleisen sähköverkon käyttäminen tarvittavien energiamäärien siirtämiseen ei välttämättä ole järkevää. Sähköverkossa ja sen siirtokapasiteetissa on pullonkauloja, ja se on alun perin suunniteltu ja rakentunut hieman erityyppistä käyttöä varten.Tarvitsemme isoja vedyntuotantoon keskittyneitä energiapuistoja tai voimalaitoksia, maalle tai merelle, jotka tuottavat useiden gigawattien teholla vetyä ja muita sähköpolttoaineita. Näitä tuotteita voidaan helposti kuljettaa jopa ympäri maailmaa, aivan kuin nytkin tehdään öljynjalosteiden kanssa. Vastaava mittakaava on esimerkiksi öljykenttien tuotannossa, tai vaikka Tanskan sähköjärjestelmässä.Projektin näkökulmastakin tämänkaltainen ehdotus on aika poikkeuksellinen. Mittakaava on ensinnäkin melko iso tavanomaisiin, usein jo melko suuriin, energiahankkeisiin verrattuna.Isossa mittakaavassa toimiminen ja sarjatuotanto ovat kuitenkin perusehtoja sille, että tuotannon hintaa saadaan painettua riittävän alas. Se puolestaan avaa uusia käyttökohteita ja korvaa fossiilisia polttoaineita tehokkaammin. Koska tuotteet liikkuvat sekä tankkereissa että putkia pitkin varsin helposti, ovat markkinat maailmanlaajuiset.Isollekin määrälle tuotantoa löytyy kyllä kysyntää, kunhan hinta on kohtuullinen. Näitä riittävän ison mittakaavan energiapuistoja ja mm. puhtaan vedyn kustannustasoa tarkastellaan tarkemmin myöhemmissä osissa.

Missing Link to a Livable Climate