Vedystä on pitkään puhuttu tulevaisuuden polttoaineena. Vieläkään näkymät eivät ole hääppöiset, mutta tutkimus jatkuu.



TEKSTI:Risto Varteva



Vedystä on pitkään puhuttu tulevaisuuden polttoaineena.
Vieläkään näkymät eivät ole hääppöiset, mutta tutkimus jatkuu.

Julkaistu Tiede-lehdessä

4/2000


 


Vety olisi polttoaineena verrattomasti puhtaampaa kuin mikään nykyisistä. Paras puoli onkin saasteettomuus, sillä vetyä poltettaessa tuloksena on periaatteessa vain vesihöyryä. Tosin käytännössä mukaan tulee jonkin verran typen oksideja, jos liekin lämpötila on korkea.

Vety ei ole mitenkään harvinaista: se on maankuoren yhdeksänneksi yleisin alkuaine, ja jos yleisyys lasketaan atomien lukumäärinä, vain hapen ja piin atomeja on maankuoressa, meret mukaan lukien, enemmän kuin vedyn atomeja.

Mistä siis kiikastaa? Miksi edelleenkin autoissa käytetään bensiiniä tai dieselöljyä ja höyryvoimaloihin kuskataan polttoöljyä tai kivihiiltä? Eivätkä lentokoneetkaan lennä vedyn voimalla?

Vety on valmistettava

Energian kannalta perusongelma on siinä, ettei vetyä ole vapaana. Sitä ei ole louhittavissa eikä pumpattavissa samaan tapaan kuin hiiltä tai öljyä. Vapaata, poltettavaksi sopivaa vetyä ei maapallolla luonnostaan ole, koska kaikki vety on jo palanut valtamerten vedeksi tai maaperän mineraaleiksi.

Vety on siis ensin valmistettava, ennen kuin sitä voidaan polttaa. Valmistaminen taas vaatii energiaa.

Yksi fysiikan kiertämättömistä tosiseikoista on, että jos vety tuotetaan esimerkiksi hajottamalla vettä sähkövirralla, vetyä poltettaessa siitä saadaan energiaa enintään sen verran kuin veden hajottamiseen meni.

Puhtausetu taas menetetään, jos vedyn valmistamiseen käytetään öljyllä tai hiilellä tuotettua sähköä, koska öljyn ja hiilen palaessa syntyy hiilidioksidia, joka leviää ilmakehään.

Eräs nokkela kiertotie tähän on kuitenkin tarjolla: vety voitaisiin valmistaa suoraan maakaasusta, joka on metaania eli vedyn ja hiilen yhdiste. Kun tässä menetelmässä syntyvä hiilidioksidi pumpataankin takaisin maan alle, se ei jää rasittamaan ilmakehää. Poltettavaksi jää silloin vain puhdas vety.

Edullisimmin ja puhtaimmin vetyä saataisiin hajottamalla vettä ilmaisella energialla: auringonvalolla. Ajatus on kiehtova mutta käytännössä vaikea toteuttaa. Silti tätäkin mahdollisuutta tutkitaan. Vedyllä on niin monia hyviä puolia, ettei mitään vaihtoehtoa haluta heittää roskatynnyriin.






Vesi hajalle auringonvalolla

Vedyn tuottaminen halpenee, jos onnistutaan selvittämään, miten auringonvalo voisi suoraan hajottaa veden vedyksi ja hapeksi. Ruotsissa ollaan jo pitkällä, kertoo NY Teknik -lehti.

Kyse on ihmisen tekemästä lehtivihreän korvik-keesta. Lehtivihreän molekyylit valmistavat vedestä ja ilmakehän hiilidioksidista sokerin ja tärkkelyksen tapaisia hiilihydraatteja eli muut-tavat valon energiaa kemialliseksi energiaksi.

Lundin, Tukholman ja Upsalan yliopistojen yhteistyönä toteutettava hanke keskittyy lehti-vihreän kaltaiseen molekyyliin, jossa lehti-vihreän magnesiumatomi on korvattu rutenium-atomilla.

Idea on lyhyesti se, että valon energia irrottaa ruteniumatomista elektroneja, jotka korvataan samaan molekyyliin liitetyn mangaaniyhdisteen elektroneilla. Mangaani puolestaan ottaa näiden tilalle elektroneja vedestä, jolloin vesimolekyylit hajoavat vedyksi ja hapeksi. Vety voidaan sen jälkeen käyttää polttoaineena.

Ongelmana on toistaiseksi se, että menetelmä toimii teoriassa mutta ei käytännössä. Tai toimii kyllä jotenkin, mutta vauhti on vain kymmenes-tuhannesosa lasketusta.

Tulevien vuosien rahoitus on lehden mukaan kuitenkin turvattu, ja käytännön tuloksia lupail-laan viiden vuoden kuluttua. Tutkijat uskovat, että nyt ollaan oikeilla jäljillä ja että nopeus-ongelma on ratkaistavissa molekyylien raken-netta räätälöimällä.


Vanhat rakenteet sopivat vedylle

Koska vety on ensin valmistettava, sen avulla siis vain siirretään muualla jo tuotettua energiaa käyttökohteeseen. Siinä mielessä sitä voi verrata sähköön, joka tuotetaan voimalassa ja siirretään johtoja pitkin kuluttajille.

Tulevaisuuden vetytehtaita ei tarvitse välttämättä sijoittaa sinne, missä vety käytetään, sillä vetyä voidaan siirtää jo valmiina olevia maakaasuputkia pitkin.

Vetyenergiaa varten ei siis tarvitse rakentaa kaikkea alusta asti uudelleen. Maakaasua käyttävä teollisuus saa tulevaisuudessa vetynsä samoista putkista, joista nyt tulee maakaasu.

- Vetyä voidaan sekoittaa maakaasun joukkoon 10-20 prosenttia ja siirtää maakaasuputkistossa, sanoo Teknillisen korkeakoulun teknillisen fysiikan professori Peter Lund.

Vedyn polttokaan ei Lundin mukaan tekniikaltaan ratkaisevasti poikkea maakaasun poltosta, joten nykyisiin tulipesiin ei tarvitsisi tehdä kovinkaan suuria muutoksia.

Tähän saakka kaikki näyttää hyvältä. Käytännössä vety on kuitenkin tuotettava aurinkoisilla seuduilla, jos tuotantoon käytetään auringonvaloa. Vedyn valmistaminen auringon energialla tuskin onnistuu Siperian tundralla, vaikka sieltä onkin Eurooppaan valmiit putket.

Hankaluuksia autoissa

Entä autot? Miten ne kuljettaisivat vedyn mukanaan?

Vety voidaan periaatteessa nesteyttää samaan tapaan kuin nestekaasu, mutta siihen tarvitaan noin 250 asteen pakkanen. Jokainen pikkuautokin tarvitsisi siis superpakastimen takakonttiinsa. Ei tunnu hyvältä ratkaisulta. Sitä paitsi nesteyttämiseen tarvitaan peräti kolmannes siitä energiamäärästä, jonka vety sisältää. Aivan kuin autoa tankattaessa joka kolmas litra lorahtaisi maahan.

Toinen mahdollisuus on imeyttää vety sopivaan metalliseokseen, johon voi nykytekniikalla mahtua 50 grammaa vetyä kiloa kohti. Kaksikymmentä kiloa vetyä vaatisi siis vähintään 400 kilon metallimötikän auton takakonttiin.

Tosin tässäkin tulevaisuus lupaa parempaa, Lund muistuttaa: - Hiilestä valmistetut nanoputket ovat tieteen uusi vastaus vedyn varastointiin. Hiiliputkissa voisi varastoida vetyä jopa 30 prosenttia putkien painosta. Silloin satakiloiseen "polttoainesäiliöön" saataisiin 30 kiloa vetyä, joka vastaa polttoarvoltaan sataa litraa bensiiniä.

Kolmas mahdollisuus on pitää vety kaasuna ja puristaa se painepulloon. Parikymmentä kiloa vetyä tyypillisessä kahdensadan ilmakehän paineessa vaatii tuhannen litran paineastian, siis puolet keskikokoisesta kylpyammeesta. Vaikuttaa kömpelöltä - ja mitä voisikaan tapahtua rajussa kolarissa, jos paine pääsee äkisti purkautumaan!

  koeajossa.

Hiljaa hyvä tulee

  vaikutakaan, ei vielä ole syytä ripotella tuhkaa pään päälle. Peter Lund muistuttaa, että energiahuollon rakenteet muuttuvat hitaasti.

  Voimaloissa keitetään edelleen vettä, josta saadulla höyryllä pyöritetään turbiinia. Se puolestaan pyörittää sähköä tuottavaa generaattoria.

Lund sanoo, että energia-alan asiantuntijat pitävät vetytaloutta realistisesti vasta tulevaisuuden mahdollisuutena. Vetymaailma voisi toteutua vuoden 2060 tienoilla, tai ehkä vasta 2100.

Siihen mennessä vedyn tuotanto ja käsittely ovat varmasti kehittyneet tavalla, jota emme nyt pysty ennustamaan. Ajatellaanpa energiatilannetta 60 tai 100 vuotta sitten: 1900-luvun alussa sähkö oli harvojen ylellisyyttä, eikä esimerkiksi Lähi-idän öljykenttiä ollut vielä löydetty. Kuka silloin olisi voinut ennustaa, mistä ihmiskunta saa energiansa ja missä muodossa se sen käyttää vuonna 2000.

Vastaavasti 60 vuotta sitten maakaasu oli paljolti vain öljynpumppauksen kiusallinen sivutuote, jonka osuus koko energiankulutuksesta oli mitätön. Uraania käyttävät ydinvoimalat olivat vasta eräiden fyysikoiden haave - tosin ydinvoimaloista ei ainakaan vielä ole tullut ihmiskunnan energiaongelmien ratkaisijaa.

Vuonna 2060 tai 2100 maailma voikin olla sellainen, että auringonvalo tuottaa mielin määrin vetyä ja ihmiset vain hämmästyneinä ihmettelevät, miksi heidän iso-isovanhempansa niin surutta tärvelivät ilmakehää hiilidioksidin kaltaisilla palokaasuilla.