Power-to-X-teknologia vauhdittaa vihreää siirtymää

Muuttunut maailmantilanne on entisestään vauhdittanut LUT-yliopiston vetytaloustutkimusta, jotta fossiilisista polttoaineista voidaan luopua. Suuria odotuksia ladataan nyt esimerkiksi Power-to-X-teknologioihin, joissa voidaan aurinko- ja tuulisähkön avulla tuottaa päästöttömästi uusiutuvia polttoaineita ja kemikaaleja ilman hiilidioksidista ja vedestä.

Power-to-X-teknologioita on kehitetty aktiivisesti LUT-yliopistossa noin kymmenen vuoden ajan. Ajatukset puhtaan sähkön ja vedyn tuottamisesta ovat olleet esillä vielä kauemmin. Suomi onkin ollut alan tutkimuksen eturintamassa.

Kansallista ja kansainvälistä kehitystyötä vauhdittaa Suomen tavoite olla hiilineutraali vuoteen 2035 mennessä ja EU:n tavoite olla sitä vuoteen 2050 mennessä. Power-to-X eli P2X-teknologioiden avulla voidaan korvata niin liikenteessä kuin teollisuudessakin käytössä olevia fossiiliperäisiä raaka-aineita, kuten öljyä ja maakaasua, ja saada hillittyä hiilidioksidipäästöjä.

P2X-prosesseissa varastoidaan aurinko- ja tuulisähkön avulla energiaa synteettisiksi polttoaineiksi tai muiksi yhdisteiksi ja kemikaaleiksi. Prosessissa syntyy ensin vety, joka voidaan syntetisoida esimerkiksi teollisuuden hiilidioksidipäästöjen kanssa kemiallisten synteesien avulla hiilivedyiksi, kuten liikennekäyttöön soveltuviksi synteettisiksi polttoaineiksi tai ammoniakin tapaisiksi kemikaaleiksi.

Teknologian ydinajatuksena on saada hiilidioksidipäästöt tai ilman hiilidioksidi takaisin kiertoon ja hyötykäyttöön.

P2X-teknologioiden tutkimus- ja kehitystyössä ovat LUT-yliopiston lisäksi mukana muun muassa VTT, ABB, Wärtsilä, St1 ja Fortum.

Isot P2X-laitokset tulossa

LUT-yliopiston energiatehokkuuden professori ja vuoden 2022 innovaatioprofessori Jero Ahola näkee puhtaan aurinko- ja tuulisähkön tärkeimmässä roolissa fossiilisista polttoaineista eroon pääsemisessä. Tässä
muutoksessa taas P2X:llä on iso merkitys uusiutuvan polttoainetuotannon ja fossiilittomien kemikaalien valmistuksessa.

Itse P2X-teknologia ja prosessissa syntyvät tuotteet voivat olla tulevaisuudessa
myös vientituotteitamme, koska Suomessa on mahdollista rakentaa edullista maatuulivoimaa. Vastaavasti niiden käyttöönottoon tarvittavilla investoinneilla on merkittävä työllistävä vaikutus.

Ahola uskoo, että vuoteen 2030 mennessä Suomessa on jo käynnissä ison mittakaavan vihreän vedyn ja P2X-polttoaineiden tuotantolaitoksia. Nyt rakennettavien laitosten koko on noin 20 megawattia, mutta suurempien laitosten suunnittelu on jo alkanut.

Vuoteen 2030 mennessä Suomessa on jo käynnissä ison mittakaavan vihreän vedyn ja P2X-polttoaineiden tuotantolaitoksia.

Päästöttömien, synteettisten polttoaineiden lisäksi P2X-teknologia mahdollistaa ruuan eli ravintoproteiinin valmistamisen bioreaktorissa käyttäen hiilidioksidia ja vettä pääraaka-aineina, kun prosessiin otetaan
mukaan myös mikrobit. Tällä teknologialla voitaisiin ruokatuotannossa vähentää viljelyyn tarvittavaa maa-alaa ja palauttaa sitä hiilidioksidia sitovaan metsäkäyttöön.

Energiavarasto lisää joustoa

Ahola tiivistää P2X-teknologioiden tarkoittavan myös energiavarastoa, jossa sähkö muutetaan toiseen energiamuotoon. Prosessi antaa mahdollisuuden energian kausivarastoinnille ja vastaavasti se joustaa sähkön
tuotannon vaihdellessa. Toinen energiamuoto tarkoittaa siis esimerkiksi synteettisiä
liikennepolttoaineita. Tarvittaessa toiseen muotoon prosessoitu energia voidaan palauttaa sähköksi.

Energian varastointi on siis yksi keskeisimmistä PX2-teknologian ydinajatuksista. Suomalaisia kannustikin tutkimustyöhön kysymys siitä, miten aurinko- ja tuulivoimaloiden tuottama ylijäämäsähkö voidaan varastoida ja muuttaa siirrettävään muotoon. Ahola kertoo, että tutkimuksen edetessä nopeasti havahduttiin siihen ajatukseen, että pitäisikö sähkön olla pääenergia fossiilisten polttoaineiden sijasta. Uusiutuvan energian
tuotannon kasvaessa varastojen ja kysynnän jouston merkitys korostuu entisestään, kun kulutushuippuja pitää tasoittaa.

Puhdas sähkö tärkein

P2X-prosessissa syntyy tuotteita, joilla voidaan korvata fossiilisia raaka-aineita, kuten öljyä ja maakaasua esimerkiksi liikenteen käyttövoimana ja muovin valmistuksessa. Prosessissa syntyneestä vedystä voidaan
syntetisoida muun muassa hiilidioksidin kanssa metanolia tai typen kanssa ammoniakkia. P2X-tuotteita voi käyttää sellaisenaan tai niitä voidaan muokata edelleen halutuiksi yhdisteiksi nykyisinkin käytössä olevissa
kemiallisissa prosesseissa.

- Jatkossa puhtaan sähkön avulla voidaan tuottaa esimerkiksi liikennepolttoaineita ja hiilineutraalia terästä. Lannoiteteollisuuden kannalta iso asia on, kun ammoniakin tuotannossa voidaankin käyttää vedestä valmistettua vetyä eikä maakaasusta tehtyä vetyä, Ahola luettelee.

- Tarvitaan ajattelutavan muutosta. Aikaisemmin sähkönkulutusta on yrityksissä ja prosesseissa yritetty välttää, koska sähkö on ollut kallista ja sitä on tehty polttamalla, Ahola sanoo.

Ajattelutavan muutos tarkoittaa myös aurinko- ja tuulivoimaan liittyvän teknologian kehittämistä, kun puhtaasta sähköstä tulee tärkein energiamuoto. Suomessa tuulivoimaa saadaan edullisesti läpi vuoden. Toiseksi
edullisinta meillä on tuottaa sähköä aurinkovoimaloissa.

- Tuuli- ja aurinkovoiman yhdistäminen on hyvä pari, koska yhdessä niillä saadaan nostettua vuotuisten käyttötuntien määrää. Nyt tuulivoiman kapasiteettikerroin on Suomessa parhaimmillaan 40 prosenttia ja aurinkovoiman 10 prosenttia, Ahola laskee.

Liikenne sähköistyy

P2X-prosessissa elektrolyysissä syntyy ensin vety, josta syntetisoidaan ilmasta tai teollisuuden päästöistä talteen otetusta hiilidioksidista polttoaineita. Valmistus tapahtuu esimerkiksi sellu- tai sementtitehtaan tai jätevoimalaitoksen läheisyydessä aurinko- tai tuulisähkön avulla. Lopputuotteena syntyy muun muassa synteettistä bensiiniä, kerosiinia ja dieseliä sekä metaania, metanolia ja dimenyylieetteriä, joita voidaan käyttää
liikennepolttoaineina laivoissa ja lentokoneissa tai henkilöautoissa.

- Vaikka liikenne sähköistyy voimakkaasti, on epätodennäköistä, että esimerkiksi lentoliikenne tai merenkulku voitaisiin kokonaan sähköistää. P2X-polttoaineilla voidaan korvata fossiilisia polttoaineita siirtymäkauden aikana. Henkilöautoissa synteettistä polttoainetta voi ensin sekoittaa fossiilisiin. Puhtaisiin polttoaineisiin siirtymisessä on liikennekäytössä jo markkina olemassa ja kysyntä kasvaa koko ajan, Ahola miettii.

Energiantuotannon murroksen ja vihreän siirtymän yksi uusimmista painopisteistä on energian huoltovarmuuden takaaminen. P2X-teknologioista saa ratkaisun myös tähän.