Kuvitus Hans Eiskonen
Kuvitus Hans Eiskonen

Kun polttokennoautot alkavat vallata katuja, pakoputkista tupruaa pelkkää vesihöyryä.

Aikamme kohkatuin kemial­linen kaava on CO2. Hiilidioksidin kasvava pitoisuus ilmakehässä lämmittää ilmastoa ja uhkaa panna planeetan elämän mullin mallin.

Kun  ongelmaan etsitään ratkaisua, tutuksi tullee lyhyt ja ytimekäs H2. Se tarkoittaa kahden vetyatomin yhdistettä. Näin vety esiintyy puhtaana kaasuna. Luonnossa se ei tosin esiinny puhtaana vaan yhdistyneenä muihin aineisiin.

Vety lupaa hiilidioksidipäästöjen kiusaamaan maailmaan hiiletöntä energiaa. Kun vetyä poltetaan polttokennossa, saadaan sähköä. Pakoputkesta tupruaa vesihöyryä. Ilmakehä kiittää, kun päästelemme noin harmitonta pakokaasua.

Polttoainetta vedestä

Vetyä on ehtymättömät varastot periaatteessa ämpärin ulottuvilla. Maapallon meret ja järvet tunnetusti lainehtivat happeen yhdistynyttä vetyä, H2O:ta.

Veden ainesten muuttaminen ener­giaksi ei ole uusi idea. Jo tieteiskirjailija Jules Vernen romaanissa Salaperäinen saari (1874) insinööri Cyrus Harding maalailee, että vesi erotettuna alkuaineisiinsa on tulevaisuuden polttoaine.

Vaikka vetyä on yllin kyllin, sitä ei voi vapaasti kauhoa mistään lähteestä. Se on aina irrotettava jostakin yhdisteestä. Tämä vaatii energiaa. Vety ei siksi ole itsenäinen energialähde, vaan se säilöö toiseen muotoon energian, joka sen tuottamiseen on käytetty.

– Vety voi olla energian siirtäjä ja kantaja, mutta energia kuitenkin pitää saada jostakin muualta, tiivistää vedyn tuotantomenetelmien tutkija Mika Huuhtanen Oulun yliopistosta.

Salaperäisen saaren insinööri uumoili vedyn lähteeksi vettä. Hän tiesi, mistä puhui. Vetyä on osattu erottaa vedestä sähköllä jo yli 200 vuotta. Menetelmää kutsutaan elektrolyysiksi. Elektrolyysin huono puoli on, että se kuluttaa runsaasti energiaa.

Ilmaston kannalta olisi silti parasta, jos vety kyettäisiin ottamaan tehokkaasti vedestä. Vetyenergia on yhtä puhdasta kuin se menetelmä, jolla vety tuotetaan.

– Kaikkein puhtain lähtökohta on, että otetaan vettä ja hajotetaan se käyttämällä jotakin uusiutuvaa energialähdettä, kuten tuulta tai aurinkoa. Silloin ei synny muuta kuin vetyä ja happea vedyn tuotannossakaan, Huuhtanen selittää.

Tulevaisuudessa auringonvaloa ei välttämättä tarvitse muuttaa sähköksi ennen kuin sillä tehdään vetyä. Valokatalyysillä voi valmistaa vetyä suoraan biomateriaaleista. Ultraviolettivalolla näet voi hajottaa hiilivetyjä osiinsa. Coloradon yliopistossa Boulderissa työskentelevät tutkijat raportoivat äskettäin Science-lehdessä, että vetyä voi irrottaa vedestä auringon lämpöenergiaa hyödyntäen. Mahdollista on sekin, että vedyn tehtailu annettaan joskus syanobakteerien tai keinotekoisten fotosynteesilaitteiden huoleksi.

Huuhtanen koettaa työtovereineen löytää materiaaleja, joilla voisi tehostaa vedyn erottamista hiilivedyistä, olkoot nämä sitten fossiilista perua tai biomassasta lähtöisin. Suurin osa nykyisin käytettävästä vedystä otetaan maakaasusta katalyyttisellä reformointimenetelmällä. Maakaasun metaani hajotetaan osiinsa, ja tuloksena syntyy vedyn lisäksi häkää, jota voidaan käyttää hyödyksi. Prosessi ei ole putipuhdas, sillä hiiltä vapautuu joka tapauksessa ennen pitkää ilmakehään.

– Hiili vapautuu yhdessä pisteessä eikä niin kuin autolla ajettaessa joka puolella. Tarkoitus pitkällä tähtäimellä on ottaa hiili talteen ja käyttää se hyödyksi jossain muual­la, Huuhtanen kertoo.

Trukit kulkevat edellä

VTT julkaisi viime keväänä Vetytiekartta-tutkimusraportin, jonka mukaan Suomi voisi vedyllä päästä liikenteen polttoaineissa lähes täydelliseen omavaraisuuteen ja hiilineutraaliuteen.

Vielä ei vetyautoja maamme teillä kulje, mutta Vuosaaren satamassa Helsingissä häärää vedyllä käyviä trukkeja. Yhden ennusteen mukaan polttokennoilla porhaltaa 40 vuoden kuluttua Suomessa  puoli miljoonaa autoa ja bussia ja koko Euroopassa peräti 70 miljoonaa.

Vetyautoilu kääntää piakkoin isomman vaihteen päälle, jos kansainväliset autoyhtiöt panevat kaavailunsa toteen. Vuonna 2015 niiden on tarkoitus tuoda myyntihalleihin tavallisille ratinkääntäjille markkinoitavia malleja polttokennoautoista.

Jos vielä vetypolttoaineen tankkausasemia nousee riittävästi, pelkkiä vesipäästöjä tihuttavien autojen kolonnat voivat todella aloittaa katujen ja maanteiden valtaamisen.

Tankkaus käy nopeasti

Uusien ekoautojen kauppiaat voivat mainita tuotteensa puolesta senkin, että vedyllä on iso energiatiheys. Maakaasusta erotetulla vedyllä ajaa pidemmälle kuin pelkällä maakaasulla. Autonvalmistaja Toyo­tan laskelmien mukaan nykyisten polttokennoautojen energiahyötysuhde on lisäksi 1,8 kertaa parempi kuin fossiilisia tai biopolttoaineita käyttävän polttomoottoriauton.

Vetyauton kanssa tulevaisuuden katutilasta kamppailee toinen vihreä vaihtoehto, sähköauto. Vetyautokin kulkee elektroneilla, mutta se ei tarvitse käyttövoimansa säilömiseen akkuja.

Aika näyttää, kumpi yleistyy. Vetyauton etuna on, että sillä ajaa 500 kilometriä yhdellä muutaman minuutin tankkauksella.  Siinä suhteessa se peittoaa sähköauton kirkkaasti.

Sähköauto tarvitsee nyt pistorasiaa 150 kilometrin välein, ja lataaminen kestää useita tunteja. Sähkön jakeluverkko on kuitenkin jo pystyssä, toisin kuin vedyllä.

Mikko Puttonen on Tiede-lehden toimittaja.

Tekniikan päivät

Vedyn tuotanto ja käyttö polttoaineena, Mika Huuhtanen, Oulun yliopisto. To 16.1. klo 13.30 Dipolin sali 4A+4B.