Vety osana kiertotaloutta

Väritön, hajuton, mauton, vihreä, sininen, harmaa - rakkaalla vedyllä on monta määritelmää. Uusiutuvan energian tutkimus ja kehitys käy kuumana ja vedyssä tuntuu olevan vastaus lähes kaikkiin meidän energiantuotannon ongelmiimme. Miksi? Koska vedyn polttamisesta ei tule laisinkaan hiilidioksidipäästöjä. Päästöttömyyteen kuitenkin vaikuttaa, mistä vetyä valmistetaan. Luonnonvarakeskuksessa tutkitaan vedyn hyötykäyttöä kiertotalouden osana.

Vety voidaan määritellä harmaaksi, siniseksi tai vihreäksi. Väri kertoo tuotantoprosessista sekä prosessin päästöistä. Harmaa vety on peräisin fossiilisista polttoaineista. Yleisin tapa tuottaa harmaata vetyä on maakaasun höyryreformointi, jossa vedyn ja hiilen väliset kemialliset sidokset rikotaan, hiili hapetetaan ja tuotteina syntyvät vety ja hiilidioksidi. Myös sininen vety tuotetaan pääosin maakaasusta, mutta tuotantoprosessissa otetaan hiilidioksidi talteen ja hyödynnetään. Vihreästä vedystä puhutaan silloin, kun vetyä tuotetaan hajottamalla vettä vedyksi ja hapeksi elektrolyysissä hyödyntäen uusiutuvaa sähköä, esimerkiksi tuuli- tai aurinkosähköä.

Myös muita vedyn lähteitä on. Vetyä syntyy joissain teollisissa prosesseissa sivutuotteena sekä esimerkiksi biokaasuprosessin välivaiheen tuotteena. Jos vedyn tuotantomäärät ovat pieniä tai kaasu ei ole puhdasta vetyä, saattaa se teollisuudessa jäädä hyödyntämättä. Olemme kuitenkin tilanteessa, jossa kaikki resurssit tulisi hyödyntää tehokkaasti, mikäli haluamme vähentää hiilidioksidipäästöjä ja vähentää riippuvuutta fossiilisista polttoaineista.

Luonnonvarakeskuksessa yhdistämme vetytutkimusta biometaanintuotantoon

. Jyväskylän yliopiston vetämässä KIRE-hankkeessa Luke kehittää orgaanisten happojen tuottamista, joita voitaisiin hyödyntää metallien talteenotossa. Prosessissa syntyy samalla vetyä. Tämä sivutuotevety ja metallien talteenotosta syntyvää vetyä pyritään hankkeessa hyödyntämään biometaanintuotannossa. VTT:n vetämässä HABA-hankkeessa Luke kehittää biometaanin tuotannon tehostamista ja puhtausasteen nostamista vedyn avulla. Kun vetyä syötetään biokaasureaktoriin (in-situ metanointi), reaktorissa olevat mikrobit muuttavat vetyä ja hiilidioksidia metaaniksi.  Prosessin periaate on sama kuin ex-situ metanoinnissa, jossa vety ja hiilidioksidi johdetaan biologiseen reaktoriin, mutta hyötysuhde prosesseissa on eri. Kun ex-situ reaktorissa voidaan optimoida ne mikrobit, jotka muuttavat vetyä ja hiilidioksidia metaaniksi, on in-situ reaktorissa huomioitava kaikki mikrobit, jotka eri vaiheissa hajottavat orgaanista ainesta metaaniksi. Prosessit eivät siis ole kilpailevia, vaan toisiaan tukevia, sillä ne soveltuvat eri käyttötarkoituksiin. Esimerkiksi ex-situ metanoinnissa päätavoitteena voi olla hiilidioksidin hyötykäyttö, kun in-situ metanoinnissa biometaanin jalostus. Molemmat kuitenkin tukevat biometaanintuotantoa ja markkinoita, jotka ovat kasvavia yhteiskunnan sähköistymisestä huolimatta.

Vedyn haasteena on usein varastointi, sillä vaikka vedyn energiasisältö massayksikköä kohden on hyvä, varastointi vie paljon tilaa vedyn pienen tiheyden vuoksi, joten varastointiin vaaditaan korkeaa painetta. Vetyatomi on myös hyvin pieni, joten se vuotaa helposti ja on erittäin räjähdysherkkä. Biologinen metanointi mahdollistaa myös vedyn varastoinnin, erityisesti tilanteissa, jossa vedyn määrät ovat pieniä tai kaasut epäpuhtaita. Biometaania voidaan syöttää maakaasuverkkoon, joka toimii samalla varastona. Maakaasuverkon ulkopuolella biometaanin varastointi tapahtuu yleensä paineistettuna. Biometaania voidaan myös nesteyttää, jolloin kuljetusmatkat voivat olla hyvinkin pitkiä. Biometaanin yleistyminen liikennepolttoaineena on myös luonut markkinat biometaanille myös maakaasuverkon ulkopuolella.Vedyn markkinat kasvavat vauhdilla kansainvälisesti. Suomessa on laadittu kansallinen vetytiekartta, jossa pohditaan mm. Suomen roolia ja mahdollisuuksia globaaleilla vetymarkkinoilla. Yhdeksi Suomen vahvuuksista on tunnistettu erilaiset poikkiteolliset kokonaisvaltaiset energian kiertotalousratkaisut. Tähän haasteeseen Lukessakin halutaan vastata poikkitieteellisellä tutkimuksella, jossa vety, myös epäpuhtaana tai pieninä määrinä, on osana biometaanintuotantoketjua. Tulevaisuudessa, kun vedylle on enemmän käyttökohteita ja varastointokapasiteettia, biometaania voidaan tuotteistaa takaisin vedyksi -minkähän väristä se silloin olisi?