Ilmastonmuutos täytyy pysäyttää – Tampereen korkeakouluyhteisössä ratkotaan vetytalouden haasteita

Vety on maailman kevein, herkästi räjähtävä alkuaine, jonka tuottaminen ja varastointi on kallista ja hankalaa. Vedyn tuottaminen kuluttaa paljon energiaa, ja sen varastointi edellyttää kovaa painetta ja vetyä kestäviä erikoismateriaaleja.

– Jos pakottavaa tarvetta ei olisi, kukaan tuskin investoisi vedyn käyttöön energiantuotannossa, sanoo automaatiotekniikan asiantuntija Yrjö Majanne Tampereen yliopistosta.

Ilmastonmuutos kuitenkin etenee koko ajan, ja sen pysäyttämiseksi on pakko tehdä jotain. Tämä tarkoittaa, että fossiilisten polttoaineiden käyttöä on vähennettävä roimasti.

– Erilaiset energiankäyttökohteet tulee sähköistää niin pitkälle kuin mahdollista, ja niissä käytettävä sähkö tulee tuottaa uusiutuvasti. Niissä kohteissa, joissa sähköistäminen ei onnistu, vihreä vety ja sen johdannaiset voivat tarjota ratkaisun, Majanne toteaa.

Esimerkiksi kaukoliikenteen lentokoneet tai laivat eivät ainakaan vielä voi kulkea akkuihin varastoidulla sähköllä, koska mukana kuljetettavan energiamäärän varastoimiseen tarvittaisiin valtavan suuria ja painavia akkuja. Lisäksi maailmassa ei yksinkertaisesti riitä akkumineraaleja kaiken liikenteen sähköistämiseen.

Toinen kohde, joka ei voi toimia pelkällä sähköllä, on raskas teollisuus. Monissa teollisuuden sovelluksissa tarvitaan erittäin korkeita, yli tuhannen asteen lämpötiloja, joita ei voida tuottaa sähkövastuksilla. Vetyä polttamalla se sen sijaan onnistuu.

Toisen jäte voi olla toisen aarre

Vetyä voidaan hyödyntää energiantuotannossa käytännössä kahdella eri tavalla.

Ensinnäkin vetyä voidaan varastoida ja polttaa suoraan energiaksi. Toinen vaihtoehto on valmistaa vedystä ja hiilidioksidista e-polttoaineita, kuten e-metanolia ja e-metaania, joita poltetaan esimerkiksi raskaiden työkoneiden moottoreissa. 

Jos vety tuotetaan vihreästi uusiutuvan energian, kuten tuuli- ja aurinkovoiman avulla, tai puhtaasti esimerkiksi ydinvoimalla, sen tuotannosta ja loppukäytöstä ei synny hiilidioksidipäästöjä. Hiilivetypohjaisten e-polttoaineiden käyttö on puolestaan hiilineutraalia, jos niiden tuotannossa käytetään vihreää tai puhtaasti tuotettua vetyä ja biopohjaista hiilidioksidia.

Biopohjaista hiilidioksidia saadaan esimerkiksi sellutehtaiden piipuista. Se voikin olla arvokas sivutuote Suomelle ja Ruotsille, joissa on paljon metsäteollisuutta.

– Vedyn tuotannossa syntyvä hukkalämpö voidaan puolestaan hyödyntää lämmönlähteenä esimerkiksi kaukolämpöverkoissa. Näin saadaan parannettua vetytuotannon kannattavuutta, sanoo kumppanuuspäällikkö Kai Hämäläinen Tampereen yliopistosta.

Vetytalouden kärkimaaksi ei nousta ilman mittavia investointeja. Tarvitaan uusia vedyn tuotanto- ja jalostuslaitoksia, sähköverkon vahvistamista, vedyn siirtoputkien rakentamista sekä lisää tuulivoimaa.

Suomella on erinomaiset mahdollisuudet nousta vetytalouden kärkimaaksi. Täällä on tilaa uudelle tuulivoimalle, vahva sähkön siirtoverkko, riittävästi vettä ja paljon korkeaa osaamista, jota vetytaloudessa tarvitaan.

Ilman mittavia investointeja tämä ei kuitenkaan ole mahdollista: tarvitaan uusia vedyn tuotanto- ja jalostuslaitoksia, sähköverkon vahvistamista sekä vedyn siirtoputkien rakentamista tuulivoima-alueilta vetyä jalostaviin tehtaisiin. Myös tuulivoimaa tulee rakentaa merkittävästi lisää.

– Vety muuttaa radikaalisti niin kansantaloutta, energiamarkkinoita kuin koko yhteiskuntaa, Yrjö Majanne kiteyttää.

Monipuolista ja monitieteistä tutkimusta

Tampereen korkeakouluyhteisössä kehitetään ratkaisuja, joiden avulla vetyä voidaan tulevaisuudessa hyödyntää energian kantajana entistä tehokkaammin ja turvallisemmin. Tutkimusta tehdään tiiviissä yhteistyössä muiden yliopistojen ja tutkimuslaitosten kanssa.

– Tutkimus on hyvin monipuolista ja monitieteistä: mukana on niin tekniikan eri alojen, luonnontieteiden, kauppatieteiden kuin yhteiskuntatieteidenkin osaajia, Kai Hämäläinen kertoo.

Tampereen yliopiston tutkijat kehittävät esimerkiksi uusia biologisia menetelmiä, joiden avulla hiilidioksidista ja vedystä voidaan tuottaa polttoaineita ja kemikaaleja. He tutkivat, miten vedyn tuotantomenetelmiä voitaisiin tehostaa, ja suunnittelevat uusia, entistä kestävämpiä materiaaleja vedyn kuljetukseen ja varastointiin. Yliopistossa kehitetään myös keinotekoista fotosynteesiä, joka muuttaa hiilidioksidia ja vettä erilaisiksi kemikaaleiksi auringon säteilyenergian avulla.

Sähkö- ja automaatiotekniikan tutkimusryhmissä analysoidaan ja mallinnetaan, miten vedyntuotanto ja sähköjärjestelmät voidaan sovittaa yhteen, kun energiajärjestelmään tulee valtavasti lisää sääolosuhteiden mukaan vaihtelevaa sähköntuotantoa. Kauppatieteilijät puolestaan pohtivat, miten vetytaloudesta saadaan tulevaisuudessa kannattavaa bisnestä.

Kansainvälisen politiikan professori Pami Aalto tuo vetytutkimukseen geopoliittisten riskien näkökulman. Hänen ryhmänsä selvittää, millaisiin ulkoisiin uhkiin tulisi varautua, kun Suomeen rakennetaan uusia vedyn tuotanto- ja jalostuslaitoksia, varastointia ja siirtoputkia.

– Kriittiseen infrastruktuuriin voi kohdistua vihamielisten tahojen kiinnostusta. Siksi meidän kannattaa suunnitella järjestelmä, joka on mahdollisimman resistentti erilaisille häiriöille ja sabotaaseille, Aalto kuvailee.

Tutkimuksen lisäksi tarvitaan koulutusta

Paitsi Tampereen yliopistossa, vetytutkimukseen on panostettu myös Tampereen ammattikorkeakoulussa. TAMKiin rakennetaan esimerkiksi vetytalouden koelaitteistoa, jonka avulla paikalliset yritykset voivat ratkoa erilaisia vedyn tuotannon, varastoinnin ja hyödyntämisen teknisiä haasteita.

Vuonna 2025 TAMKissa on alkamassa laaja vetyturvallisuuteen liittyvä tutkimushanke, jota tehdään yhteistyössä VTT:n, Aalto-yliopiston ja energia-alan yritysten, kuten Fortumin ja Nesteen, kanssa.

– Meidän tehtävämme hankkeessa on tuottaa kokonaisvaltainen vetyturvallisuuden käsikirja alan yrityksille, kertoo sähkötekniikan yliopettaja Aki Korpela TAMKista.

Yrjö Majanne korostaa, että tutkimuksen ja tuotekehityksen lisäksi tarvitaan myös koulutusta, jotta vetyalan yrityksiin riittää tulevaisuudessa osaavaa työvoimaa. Vetyalan tarpeisiin on jo räätälöity opintoja sekä Tampereen yliopistossa että ammattikorkeakoulussa.

– Meidän tulee kouluttaa toiselta asteelta yliopistotasolle asti ihmisiä, jotka ymmärtävät, mitä vety on ja miten sen kanssa toimitaan. Tämä tarve on tunnistettu ja siihen on oppilaitoksissa reagoitu, Majanne sanoo.