Vetytalous: Tulevaisuuden polttoaine, jota kehitetään tänään 

Maailmanlaajuisen ilmastonmuutoksen vaikutusten kasvaessa energiantuotantoon on lisättävä puhtaita ja kestäviä lähteitä. Vedyllä on monia etuja energialähteiden joukossa ja se voi mullistaa tapamme käyttää energiaa.

Vety on runsain alkuaine jaksollisessa taulukossa, vaikka se ei ole vapaasti saatavilla ja edellyttää kemiallista käsittelyä tuotantoa varten. Sen korkea energiapitoisuus ja nollapäästöominaisuudet tekevät siitä kestävän ja vakuuttavan vaihtoehdon perinteisille fossiilisille polttoaineille energian varastoinnissa ja sähköntuotannossa.

Polttoaineena käytettäessä vety vapauttaa vain vesihöyryä, ja sitä voidaan valmistaa, varastoida ja kuluttaa monipuolisilla tuotantomenetelmillä tarpeen mukaan. Lisäksi vetyä voidaan kuljettaa. Vaikka kuljetukseen liittyy huomattavia haasteita, tämä ominaisuus lisää vedyn joustavuutta ja luotettavuutta yhtenäisenä energialähteenä.

Kuten useimmat alan aloitteet, vetytalouden kehittäminen ja vetykäyttöisten prosessien käyttöönotto tuo kuitenkin mukanaan useita muita haasteita, jotka liittyvät pääasiassa olemassa olevan infrastruktuurin ja säännösten puutteeseen.

Yksi tärkeimmistä seikoista vedyn tuotannon ymmärtämisessä on kyky tunnistaa eri keinot, joilla vetyä tuotetaan. Niistä jokaisella on erilaisia ​​taloudellisia, kestävyyttä ja sääntelyä koskevia vaikutuksia.

Kuten kaikki kuluttamamme, vety voi olla vain yhtä puhdasta ja ympäristöystävällistä kuin sen valmistusmenetelmä. Vedyn ympäristöystävällisyystason erottamiseen käytetään värikoodattua järjestelmää. Paletissa on vielä enemmänkin värejä, mutta seuraavat ovat päävaihtoehtoja - ja metaani on maakaasun pääkomponentti.

• Harmaa vety: Tällä hetkellä yleisin tuotantomenetelmä. Harmaata vetyä saadaan maakaasusta höyrymetaanireformoinnilla (SMR) tai autotermisellä reformoinnilla (ATR). Vaikka nämä prosessit ovat kustannustehokkaita, molemmat vapauttavat huomattavia määriä hiilidioksidia ilmakehään, mikä tekee tyhjäksi suurimman osan harmaan vedyn ympäristöhyödyistä polttoaineena.
• Sininen vety: Samoin kuin harmaa vety, joka on riippuvainen maakaasun SMR- ja ATR-järjestelmistä, sininen vety sisältää hiilen talteenotto- ja varastointiteknologioita (CCS) tuotannon aikana syntyvien hiilidioksidipäästöjen talteenottamiseksi ja sitomiseksi. Tätä menetelmää pidetään kestävämpänä CCS:n ansiosta, mutta tämä tekee siitä myös kalliimman. ATR soveltuu paremmin sinisen vedyn tuotantoon, koska se tuottaa puhtaamman hiilidioksidivirran kuin SMR.
• Vihreä vety: Vihreää vetyä tuotetaan elektrolyysillä, prosessilla, jossa käytetään uusiutuvaa sähköä puhtaista energialähteistä, kuten tuuli-, aurinko- tai vesivoimasta. Siinä vesimolekyylit jaetaan vedyksi ja hapeksi. Tämä menetelmä ei aiheuta hiilidioksidipäästöjä, joten se on kestävin vaihtoehto. Tuotantokustannukset ja uusiutuvan energian tarjonta ovat kuitenkin huolenaiheita.
• Turkoosi vety: Nouseva teknologia. Turkoosin vedyn tuotannossa hyödynnetään metaanin pyrolyysia, joka edellyttää metaanin - maakaasun ensisijaisen komponentin - hajottamista vedyksi ja kiinteäksi hiileksi. Vaikka tämä menetelmä on vielä kehitteillä, se tarjoaa vähäpäästöisen vaihtoehdon harmaalle vedylle, kun hiilen sivutuote hyödynnetään tai eristetään tehokkaasti.

Vaikka vetytalous on vasta lapsenkengissään, se alkaa hahmottua monipuolisuudessaan, ja voi mahdollistaa laajan maailmanlaajuisen käyttöönoton. Vety on jo tärkeä osa monia teollisia prosesseja ammoniakin tuotannosta lannoitteisiin ja öljytuotteiden jalostusprosesseihin.

Kuljetusalalla vetykäyttöiset polttokennokäyttöiset sähköajoneuvot (EV) ovat saamassa vauhtia, mikä tarjoaa nollapäästöisen kuljetusvaihtoehdon, jonka tankkausajat ovat paljon nopeammat kuin akkukäyttöisten sähköautojen latausajat. Kyse on minuuteissa tuntien sijaan. Vetyä voidaan käyttää myös kiinteissä polttokennoissa sähköntuotannossa, mikä tuottaa luotettavaa sähköä kotitalouksille ja yrityksille erityisesti syrjäisillä alueilla ja alueilla, joilla verkkoon pääsy on rajoitettu.

Lisäksi vety on tehokas energian varastointiväline, joka on erityisesti tarkoitettu huippukäytön aikana tuotetun ylimääräisen uusiutuvan energian talteenottoon, jotta se voidaan varastoida myöhempää käyttöä varten. Toisin kuin akut - jotka sopivat paremmin lyhytaikaiseen energian varastointiin - vedyn kyky varastoida suuria määriä energiaa pitkiksi ajoiksi tekee siitä ihanteellisen kausivarastointiin, mikä auttaa korjaamaan uusiutuvan energian tuotannon vaihteluita. Akkuvarastointiin verrattuna vedyn varastointi vaatii paljon vähemmän tilaa ja painoa, eikä energiaa häviä käytännössä lainkaan ajan myötä.

Fossiilisiin polttoaineisiin perustuvien sähköntuotantomenetelmien täydentäminen vetyenergialla auttaa vastaamaan moniin ihmiskunnan ja planeetan nykyisin kohtaamiin kiireellisiin ilmastohaasteisiin, erityisesti kasvihuonekaasupäästöihin liittyen. Vetytalouden kehittyessä yrityksillä on voimaa hillitä ilmastonmuutosta ja saavuttaa kestävän kehityksen tavoitteet.

Lisäksi vety lisää energiavarmuutta monipuolistamalla energiatoimituksia ja vähentämällä riippuvuutta perinteisistä energialähteistä, joihin geopoliittinen dynamiikka voi yhä enemmän vaikuttaa. Vetytalous on mahdollisuus edistää innovointia, luoda uusia toimialoja ja työpaikkoja sekä edistää talouskasvua koko arvoketjussa. Vetykäyttöisten teollisten prosessien lisääminen vähentää myös ilman epäpuhtauksia, mikä parantaa ilmanlaatua - erityisesti tiheästi asutuilla alueilla - ja hyödyttää kansanterveyttä. 

Myönteisistä puolista huolimatta vedyn laajamittaiselle käyttöönotolle on useita esteitä.

Ensinnäkin, vaikka vihreä vety tarjoaa nollapäästöisen vaihtoehdon infrastruktuurin käyttövoimaksi, sen energian tuottaminen on huomattavasti kalliimpaa kuin perinteisten fossiilisten polttoaineiden. Vihreän vedyn tuotantokustannusten alentaminen on yksi vetytalouden tärkeimmistä prioriteeteista. 

Vastaavasti sininen vety lisää merkittävästi kustannuksia harmaan vedyn tuotantoon, joten sen käytön lisäämiseksi tarvitaan kannustimia.

Lisäksi vedyltä puuttuu vankka ja kehittynyt infrastruktuuri tuotantoa, varastointia, kuljetusta ja jakelua varten. Näiden osa-alueiden kehittäminen edellyttää merkittäviä investointeja uuden infrastruktuurin rakentamiseen ja olemassa olevan infrastruktuurin mukauttamiseen vedyn turvallista ja tehokasta käsittelyä varten. Se edellyttää myös yleisön luottamusta ja vetyteknologian hyväksymistä teollisuus- ja kuluttajatason prosesseihin, mikä edellyttää valistuskampanjoita, joissa kerrotaan vedyn hyödyistä, käsitellään turvallisuuskysymyksiä ja hälvennetään epäilyksiä.

Lopuksi koko arvoketjun turvallisuusprotokollat ​​ja -määräykset on tunnettava laajalti ja ne on myös ymmärrettävä aina tuotanto- ja varastointimenetelmistä kuljetukseen ja loppukäyttöön. Sääntelyviranomaisilla on merkittävä rooli sekä vedyn nykyisten että mahdollisten tulevien käyttäjien kouluttamisessa ja sen käyttöönottoon kannustamisessa. 

Hallituksella ja sääntelyelimillä on ratkaiseva rooli vetytalouden kehittämisessä kohdistetun politiikan ja kannustimien avulla. Näitä ovat esimerkiksi hiiliverot, uusiutuvan energian hyvitykset tai päästökatto- ja päästökauppajärjestelmät, jotka tekevät vihreästä sähköstä liiketoiminnan näkökulmasta houkuttelevamman. Esimerkiksi Yhdysvaltain vuoden inflaation vähentämistä koskeva laki "2022 Inflation Reduction Act" sisältää puhtaan energian verohyvitykset ja muita säännöksiä kotimaisen uusiutuvan energian tuotannon lisäämiseksi. Samaan aikaan Japani ja Etelä-Korea ovat sitoutuneet hiilineutraaliuteen vuoteen 2050 mennessä, ja koko Euroopan unioni seuraa esimerkkiä.

Politiikan määrittelyn lisäksi hallitukset rahoittavat myös tutkimusta ja kehitystä, joka on ratkaisevan tärkeää vihreän ja sinisen vedyn tuotannon kustannusten alentamiseksi, vetyteknologioiden tehokkuuden parantamiseksi ja tämän monipuolisen energiamuodon uusien sovellusten löytämiseksi. Julkinen rahoitus ja kannustimet voivat nopeuttaa vedyn tankkausasemien, vetyputkistojen ja -varastojen käyttöönottoa ja luoda vankan infrastruktuurin, joka lisää käyttöönottoa.

Julkisilla tahoilla on myös merkittävä rooli selkeiden turvallisuusprotokollien ja -määräysten laatimisessa vedyn arvoketjussa. Näiden käytäntöjen vahvistaminen on ensiarvoisen tärkeää, jotta voidaan varmistaa yleinen turvallisuus ja luoda luottamus vetyteknologioihin.

Koska vetytalous on vasta alkuvaiheessa, mahdolliset sovellukset ulottuvat nykyisiä käyttötarkoituksia laajemmalle. Esimerkiksi teräksen ja sementin tuotannon kaltaiset teollisuudenalat, jotka tunnetaan suurista hiilijalanjäljistään energiaintensiivisten valmistusprosessien vuoksi - tutkivat aktiivisesti vetyä fossiilisiin polttoaineisiin perustuvan energian täydentäjänä ympäristövaikutusten vähentämiseksi.

Hiilidioksidipäästöjen vähentäminen vahvasti fossiilisista polttoaineista riippuvaisilla meri- ja ilmailualoilla on myös osoittautunut haastavaksi. Polttomoottoreita käyttävät vetypolttokennot ovat kuitenkin yksi mahdollinen ratkaisu.

Vetyä jopa sekoitetaan perinteisissä maakaasukäyttöisissä voimantuotantolaitoksissa, jotta hiilidioksidipäästöjä pääsisi vähemmän ilmakehään. Uudet kaasuturbiinimallit voivat nyt käyttää pelkästään vetyä polttoaineen lähteenä ilman sekoitusta maakaasuun.  

Kuluttajatasolla vetyä, johon on sekoitettu maakaasua enintään 20 prosenttia kokonaisseoksesta, voidaan käyttää asuin- ja kaupallisissa sovelluksissa ilman, että nykyisiin laitteisiin - kuten lämmitysjärjestelmiin, uuneihin, kuumavesivaraajaan ja pyykinkuivausrumpuihin - tarvitsee tehdä muutoksia, mikä tarjoaa uuden mahdollisuuden hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen ja terveellisempien elinympäristöjen edistämiseen.

Vankan vetytalouden kehittäminen ei tapahdu itsestään. Sen sijaan se edellyttää kaikkien sidosryhmien, kuten valmistajien, tavarantoimittajien, julkisten ja yksityisten tutkimuslaitosten, hallitusten ja kansalaisten, yhteistyötä. Lisätutkimus ja kehitys sekä uudet pilottihankkeet ovat välttämättömiä innovaatioiden edistämiseksi, kustannusesteiden poistamiskeksi, teknisten haasteiden voittamiseksi ja turvallisuuden takaamiseksi. 

Vaikka haasteita on edelleen, vedyn hyödyntäminen tarjoaa lukuisia etuja, kun maailma pyrkii vähentämään hiilidioksidipäästöjä ja täydentämään nykyistä energiantuotantoa kestävällä vihreällä energialla. Käyttöönoton haasteisiin siirtyminen edellyttää jatkuvaa tutkimusta, koulutusta, teknologista innovaatiota ja politiikan yhtenäisyyttä, mutta vedyn käyttö ja mahdollisuudet lisääntyvät jatkuvasti, mikä tarjoaa keskeisen mahdollisuuden luoda puhtaampaa tulevaisuutta teollisuudelle ja muualle.