Vaasan moottorilaboratoriossa on kesällä 2021 sekoitettu ammoniakkia fossiiliseen polttoaineeseen sekä ajettu puhtaalla vedyllä. Testaamisella on seurattu, miten normaalit kaksoispolttoaine- ja kipinäsytytteiset moottorit toimivat näillä uusilla vähempihiilisillä polttoaineseoksilla.
Wärtsilä kehittää uudenlaista moottorityyppiä, joka hyödyntää jatkossa hiilidioksidipäästöttömiä polttoaineita.
Oman haasteensa on tuonut se, että ammoniakki on vaikeammin syttyvä kuin fossiilinen polttoaine. Testimoottoreihin on tarvittu kuitenkin vain vähäisiä muutoksia.
Wärtsilän polttoainetutkimusyksikön johtaja Mikael Wideskog on innoissaan. Tulokset näyttävät lupaavilta. Wideskogin mukaan suorastaan roimalta harppaukselta.
Seoksella, jossa on 70 prosenttia ammoniakkia ja loput fossiilista polttoainetta, pystytään jo ajamaan sillä tehoalueella, mikä laivoilla on käytössä.
– Saavutimme myös jo yli 50 prosenttia vähemmän kasvihuonepäästöjä. Se ylittää kirkkaasti merenkulkujärjestö IMO:n [International Maritime Organization] lähiajan tavoitteen eli 40 prosenttia vähemmän hiilidioksidipäästöjä vuoteen 2030 mennessä, Wideskog iloitsee.
Se ei kuitenkaan riitä.
YK:n alaisen IMO:n tavoite on vuoteen 2050 hiilidioksidipäästöjen vähentäminen 70 prosentilla. Pariisin ilmastosopimuksen mukaan silloin pitäisi myös olla saavutettuna maapallon lämpenemisen rajaaminen reilusti alle kahden asteen. EU on sitoutunut pyrkimään alle 1,5 asteeseen.
Ammoniakki on huoneenlämmössä nestemäisessä muodossa, jos kaasupuollossa on vähän ylipainetta. Se on tavallaan yhtä helppo säilyttää kuin grillauskaasupullo
Polttoainetutkimusyksikön johtaja Mikael Wideskog, Wärtsilä
Wärtsilä arvelee saavansa ammoniakkiseoksella toimivan moottorin marineasiakkaille valmiiksi jo tänä vuonna. Puhdasta vetyä käyttävä moottori- ja voimalaitoskonsepti valmistunee energiamarkkinoille vuoteen 2025 mennessä.
Kesällä 2021 Vaasan moottorilaboratoriossa tehdyt vetytestaukset onnistuivat myös toivotulla tavalla.
– Kyllähän tässä eri puolella maailmaa terve kisa on, kuka ehtii ensin ja millä tuloksilla, Wideskog toteaa.
Meriliikenne käyttää polttoaineinaan nyt meridieseliä, raskasta polttoöljyä ja nesteytettyä maakaasua.
Maakaasu tuottaa poltettaessa pienemmät hiilidioksidipäästöt kuin vastaavat öljytuotteet, mutta ammoniakin ja vedyn käytön hiilidoksidipäästöt puolestaan ovat nolla, koska kumpikaan ei sisällä hiiltä.
Koko prosessin on kestettävä tarkastelu
Ammoniakki on yksi maailman käytetyimmistä kemikaaleista. Sitä tarvitaan erityisesti lannoiteteollisuuden tarpeisiin.
Ammoniakkia saadaan yhdistämällä vetyä ja typpeä. Yleisimmin valmistus tapahtuu Harber–Bosch -menetelmällä. Typpikaasu ja vetykaasu yhdistetään ammoniakkireaktoriin, joka sisältää reaktiota nopeuttavan katalyytin, esimerkiksi rautaoksidia.
Vety tehdään tällä hetkellä yleisimmin maakaasusta höyryreformoinilla. Siinä vedyn ja hiilen väliset kemialliset sidokset pilkotaan rikki, ja hiili hapetetaan hiilidioksidiksi. Typpeä puolestaan tehdään ilmasta tislaamalla.
Täysin hiilineutraali polttoaine tarkoittaa, että koko valmistusprosessin on kestettävä tarkastelu ja oltava hiilidioksidipäästötön alusta loppuun saakka.
Silloin myös vedyn on oltava puhtaasti tehty, että se vähentäisi kasvihuonepäästöjä. Maakaasun sijaan katse kääntyy veteen, johon suurin osa maailman vedystä on sitoutunut. Siitä se saadaan ertoteltua sähkövirralla.
Ammoniakkia voidaan valmistaa myös elektrolyysiprosessilla.
Se tapahtuu noin 100 – 500 celsiusasteen lämpötilassa kaksikammioisessa reaktiossa. Kammioita yhdistää puolijohtava kalvo, johon johdetaan jännite.
Vetyprotonit siirtyvät kalvoa pitkin vetykammiosta typpikammioon reagoimaan typen kanssa. Vetykammion puoleinen kalvon osa toimii anodina ja vetykaasu muuntuu vetyprotoneiksi ja elektroneiksi. Toinen puoli kalvosta on katodi, joka yhdistää protonit typpiatomeihin. Tuloksena on ammoniakkia.
– Menetelmässä tarvitaan sähköä ja hiilivapaissa sähköpolttoaineessa nimenmaan uusiutuvaa eli tuuli- tai aurinkosähköä, Wideskog painottaa.
60 000 – 90 000 aluksen kauppalaivaston tarviseman sähköpolttoaineen kohdalla se tarkoittaisi hänen mukaansa pinta-alaltaan Belgian kokoisen aurinkopaneelipuiston tuottamaa sähkömäärää.
Kallilit ja suuret varastointitankit
Wärtsilä kehittää moottoreiden lisäksi myös ammoniakin ja vedyn varastointi- ja jakelujärjestelmiä. Kokemusta on jo lastinkäsittelyjärjestelmien suunnittelemisesta nestekaasuja kuljettaville aluksille.
Jos ammoniakista ja vedystä tulee tulevaisuudessa merenkulun pääasiallisia polttoaineita, niitä pitäisi olla tankattavissa suurissa satamissa ja laivojen omissa varastotankeissa.
Vety pitää nesteyttää, jos se halutaan mahdollisimman energiatiheäksi. Se tarkoittaa varastoinnissa -253 celsiusasteen lämpötilaa.
– Tankit ovat kalliita, koska ne tarvitsevat paksun lämpöeristeen ympärilleen. Laivapuolella on haaste, mihin ison tankin saa sijoitettua, vai onko sitten monta pientä tankkia, Wideskog miettii.
Vedyn ja ammoniakin lämpöarvot ovat myös matalampia kuin fossiilisten polttoiaineiden. Senkin takia tarvitaan suurempia polttoainetankkeja tai tihentynyttä tankkausväliä satamissa.
Euroopassa on jo pohdittu, voisiko vetyä säilöä kallioperäisiin luoliin tai vanhoihin suolakaivoksiin.
Kuluttajien painostuksellakin on merkitystä. Voi syntyä erilaisia liikkeitä tyyliin en osta lenkkareita, jotka on kuljetettu fossiilisilla polttoaineella
Mikael Wideskog
Ammoniakki on helpompi tapaus, vaikka se onkin erittäin myrkyllistä ihmiselle suurina pitoisuuksina. Mikael Wideskog vertaa ammoniakkia grillauksessa käytettävään nestekaasuun.
– Ammoniakki on huoneenlämmössä nestemäisessä muodossa, jos kaasupuollossa on vähän ylipainetta. Se on tavallaan yhtä helppo säilyttää kuin grillauskaasupullo.
Seuraavaksi Vaasan laboratoriossa on tarkoitus edelleen lisätä vedyn määrää ja ammoniakin sekoitusprosentteja ja tehdä tarvittavia säätöjä testimoottoreihin.
– Sekä me että luokituslaitokset, jotka antavat lopullisen luvan uusille polttoaineille, olemme oppineet koeajoista paljon. Esimerkiksi mitä turvatekijöitä ja varoetäisyyksiä pitää ottaa huomioon, kertoo Wideskog.
Tekniikka ja taito on olemassa, mutta tulevaisuuden hiilidioksidipäästövapaat polttoaineet ovat 2-3 kertaa kalliimpia kuin fossiiliset polttoaineet.
Wideskog ehdottaa porkkanoiksi verotusta tai investointitukia.
– Kuluttajien painostuksellakin on merkitystä. Voi syntyä erilaisia liikkeitä tyyliin en osta lenkkareita, jotka on kuljetettu fossiilisilla polttoaineella, hän miettii.
Ammoniakki ja vety hypetykseen mahtuu myös soraääniä. Esimerkiksi parikymmentä vuotta vetyalaa seurannut VTT:n johtava tutkija Jari Ihonen on Ylen haastattelussa toppuutellut vedyn kohdalla yltiöoptimistisuutta.
Lue lisää Ihosen ajatuksia: Vety on tärkeä keino vähentää päästöjä, mutta aivan kaikkeen se ei taivu – utopia meristä vellovina polttoainesäiliöinä on kiehtonut jo yli vuosisadan
Voit keskustella aiheesta keskiviikkoon 11.8.2021 klo 23.00 saakka.