Missä uskoisit olevasi 30 vuoden kuluttua? Mahdotonta sanoa. Mutta jos sattuisit olemaan autossa tai bussissa matkalla paikasta toiseen, aika hyvä veikkaus olisi, että olet vetykäyttöisessä kulkuneuvossa.


Mutta jos sattuisit olemaan autossa tai bussissa matkalla paikasta toiseen,
aika hyvä veikkaus olisi, että olet vetykäyttöisessä kulkuneuvossa.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Julkaistu Tiede-lehdessä 2/2004

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Valtion teknillisen tutkimuskeskuksen alaisessa VTT Energiassa laskeskeltiin pari vuotta sitten Suomen energiankäytön mahdollisia rakenteita vuonna 2030. Liikenteen osalta VTT ennustaa, että vuoden 2020 tienoilla vetyautot alkavat yleistyä nopeasti. Vuonna 2030 niillä taitetaan jo kaksi kolmasosaa matkustajakilometreistä.
Vetybusseja kulkee jo nyt muun muassa Saksassa ja Islannissa. Monet autotehtaat kehittävät vetykäyttöisiä henkilöautoja kuumeisesti.
Hetkinen - mikä siinä vedyssä sitten on niin ihmeellistä?
Vetyä käytetään energianlähteenä polttokennossa. Siinä vety ja ilman sisältämä happi pannaan reagoimaan keskenään. Tuloksena saadaan sähkövirtaa, lämpöä ja vettä.
Tämä ei vielä kuulosta kovin dramaattiselta, mutta kun energiaa voidaan tuottaa tavalla, jossa ei synny sen vaarallisempia päästöjä kuin vettä, on selvää, että tulevaisuuden energiamarkkinoille tähtäävät yritykset ovat iskeneet silmänsä polttokennoihin.
Polttokennossa ei nimestä huolimatta polteta mitään, vaan energiaa vapauttaa liekitön sähkökemiallinen reaktio. Kennon hyötysuhde voi olla jopa 50 prosenttia, eli vapautuvasta energiasta puolet saadaan sähkönä, mikä selittää osan mielenkiinnosta. Tavallisen autonmoottorin hyötysuhde jää yleensä 20-30 prosenttiin.



Islannin valtio on tehnyt pitkälle kurkottavan päätöksen: se aikoo olla maailman ensimmäinen vetytekniikkaan siirtyvä maa. Reykjavikin nykyisille vetybusseille tekevät myöhemmin seuraa polttokennojen voimalla kulkeva kalastuslaivasto ja polttokennotekniikkaan perustuva sähköntuotanto.
Islannin energiatalouden mullistuksessa on sormensa pelissä suomalaisillakin. Yksi heistä on energiatekniikan professori Peter Lund Teknillisestä korkeakoulusta.
Toimivien ratkaisumallien kehittämisessä vierähtää Lundin arvion mukaan vielä hyvinkin kymmenen vuotta. - Vuonna 2020 vety alkaa näkyä enemmänkin, hän ounastelee. - Ja kun lähestytään vuotta 2050, vety on Islannissa käytetyin polttoaine. Isot muutokset vievät aikaa.
- Siellä on nyt mukana myös isoja kansainvälisiä yrityksiä, kuten Daimler, Shell ja Norsk Hydro. On helppo ymmärtää miksi, Lund sanoo. - Jos tämä onnistuu, vuonna 2020 tai 2030 ne ovat johtavia vetytekniikan valmistajia maailmassa. Jos tästä ei tule mitään, niin sitten se oli riski, joka otettiin. Kaikessa on riskejä, mutta ilman riskinottoa ei koskaan nouse merkittäväksi tekijäksi.
Lund korostaa, että suomalaisyritysten olisi viisasta toimia nopeasti. Vielä nyt voi päästä vetytekniikan kehittämisen edelläkävijöiden joukkoon, mutta ei enää kauan.
- Polttokennotekniikan johtavat maat ovat Yhdysvallat ja Japani. Esimerkiksi Japanin autoteollisuus käyttää miljardi euroa vuodessa polttokennojen kehittämiseen. Eurooppa on jäämässä pahasti jälkeen, Lund toteaa vakavana.



Suomessa polttokennotutkimus on lähtenyt kunnolla käyntiin viiden viime vuoden aikana. Kennoja ja niiden materiaaleja kehitetään Teknillisen korkeakoulun lisäksi VTT:ssä, Tampereen teknillisessä yliopistossa ja Jyväskylän yliopistossa.
Yritysmaailmassa pisimpään on polttokennon kanssa puuhannut Fortum ja sen yhteydessä toimiva, uusiin energiatekniikoihin keskittyvä NAPS, joka on kehittänyt polttokennon ja aurinkoenergian yhdistelmän. Kun aurinkopaneelit tuottavat sähköä yli tarpeen, ylimääräisellä sähköllä hajotetaan vettä vedyksi, joka varastoidaan. Yöllä tätä vetyä ajetaan polttokennoon ja saadaan sähköä.
Teknillisessä korkeakoulussa on tekeillä kymmenkunta polttokennoihin liittyvää väitöskirjaa, joista neljä Lundin omassa tutkimusryhmässä. Tutkijat painiskelevat muun muassa elektrodien rakenteen, materiaaliratkaisujen ja kennoissa syntyvän veden hallinnan kanssa. Vesi ei ehkä kuulosta vaikealta hallita, mutta siinäkin on niksinsä. Sähkövarauksia läpäisevän kalvon on pysyttävä sopivan kosteana, jotta reaktio pysyy käynnissä, mutta liiallinen vesimäärä halvaannuttaa koko kennon.
Suurimmat haasteet liittyvät hintaan. Yleisimmän polttokennotyypin eli polymeeripolttokennon valmistuskustannukset ovat viitisentuhatta euroa kutakin kilowatin tehoa kohti. Ratkaisuiksi etsitään halvempia ja kestävämpiä materiaaleja ja halvempia valmistustekniikoita.
- Lähivuosina hinta on tippumassa pariintuhanteen euroon per kilowatti. Tavoite on sadan euron kieppeillä per kilowatti, mikä on tavallisen polttomoottorin hinta autossa, Lund sanoo. Suomeen rakennettavan uuden ydinvoimalan hinnaksi tulee noin 2 000 euroa kilowattia kohti.


Helenä Telkänranta on vapaa toimittaja.


Vanha keksintö


Polttokennoa kokeili englantilainen Sir William Grove jo vuonna 1839, mutta samoihin aikoihin keksitty polttomoottori voitti sen vuosisadan taitteessa, kun kilpailtiin autojen voimanlähteestä.
1960- ja 1970-luvuilla polttokennoista kiinnostuttiin uudestaan Gemini- ja Apollo-avaruusalusten sekä sotilassukellusveneiden voimanlähteinä. Näihin tarkoituksiin kehitettyyn tekniikkaan vain upotettiin niin suruttomasti kalliita materiaaleja, että nyt insinöörit ahertavat saadakseen saman toimimaan huokeammalla.


Mistä vety otetaan?


Jotta vedyllä voisi tuottaa energiaa polttokennossa, vety on ensin valmistettava. Sitä tehtiin jo 1800-luvulla puhaltamalla vesihöyryä kuumana hehkuvan koksin päälle, jolloin vesimolekyylit hajosivat ja syntyi vetyä ja häkää. Kun häkä poltetaan, syntyy hiilidioksidia.
Samaan tapaan vetyä saadaan maakaasusta, joka on metaania. Tässäkin tapauksessa jäljelle jää häkää, jonka polttaminen tuottaa hiilidioksidia.
Vetyä voidaan valmistaa myös biomassasta, joka kuumennetaan niin että jäljelle jää lopulta hehkuvaa hiiltä. Siihen johdettu vesihöyry tuottaa vetyä samalla tavalla kuin vanhassa koksimenetelmässä.
Hiilidioksidipäästöistä ei siis päästä eroon. Vain niiden paikka muuttuu, sillä vetyauton hiilidioksidipäästöt eivät tule auton pakoputkesta vaan sieltä, missä vety valmistetaan.
Kolmas mahdollisuus on hajottaa vettä vedyksi ja hapeksi sähköenergian avulla. Päästöjen kannalta ratkaisevaa on, miten tämä sähkö on tuotettu. Jos kivihiilivoimalla tuotettua sähköä käytetään vedyn valmistukseen ja vedyllä tuotetaan sitten sähköä polttokennossa, hiilidioksidipäästöt ovat suuremmat kuin jos sähkö olisi tuotettu kivihiilellä ilman vetyä välivaiheena. Vedyn valmistus sähköllä on päästötöntä vain silloin, kun sähkö on tuotettu uusiutuvilla energialähteillä, kuten aurinkoenergialla.


Varastoinnissa pulmansa


Vetytekniikan houkuttelevuutta kuluttajien silmissä himmentää korkean hinnan lisäksi se, että monille tulee vedystä mieleen räjähdys. Moni on lukenut Hindenburg-ilmalaivan tuhosta ja ainakin kuullut käsiin räjähdelleistä vetyvappupalloista.
Nykyisissä vetysäiliöissä turvallisuus on ratkaistu varastoimalla vety metallihydridijauheeseen. Vetymolekyylit sitoutuvat metallihydridin kidehilaan vähän samaan tapaan kuin vesi imeytyy pesusieneen. Metallihydridin vangitsema vety ei räjähdä.
Metallihydridi pystyy varastoimaan vetyä vain muutaman prosentin verran omasta painostaan. Vaikka yksi kilo vetyä vastaa energialtaan noin neljää litraa bensiiniä, satojen kilometrien ajo yhdellä tankkauksella vaatii tuhat kiloa metallihydridiä eli henkilöauton paino kaksinkertaistuu.
Painossa säästetään paljonkin, jos vetyä joskus tulevaisuudessa pystytään varastoimaan hiilestä valmistettuihin nanoputkiin, mutta nämä tutkimukset ovat vasta alullaan.
Vedyn säilyttäminen nesteenä tai suuripaineisena kaasuna lienee liian suuri riski liikenteessä.
Tulevaisuudessa odottaa myös suuri logistinen haaste: tarvitaan vetyputkia, vetyautojen tankkausasemia ja muita vetytekniikan ylläpitojärjestelmiä. Ne kaikki on suunniteltava ja rakennettava.

Sisältö jatkuu mainoksen alla