Neljä konttia keravalaisen energialaitoksen pihalla on ilmastonmuutoksen vastaisen taistelun eturintamassa. Niissä on syksyn aikana testattu useita teknologioita, joita ihmiskunta tarvitsee voimistuvan ilmastokriisin hillitsemiseen.
Suurin uutinen on se, että suomalaiselta suolta löytyneillä mikrobeilla voi tehdä biovoimalan hiilidioksidista ja vedystä synteettistä metaania. Sillä voi korvata ilmastonmuutosta kiihdyttävää fossiilista maakaasua.
– Olemme erittäin tyytyväisiä tuloksiin. Meidän käsityksemme on, että vastaavaa pilottia ei ole missään päin maailmaa tehty, sanoo tuotekehitysjohtaja Anni Alitalo Q Powerilta.
Nyt teknologiayritys Q Powerilla ja Keravan Energialla viimeistellään taloudellisia laskelmia teollisen mittakaavan laitoksesta, joka tekisi biovoimalan päästöistä polttoainetta. Laitos käynnistyisi aikaisintaan vuonna 2024 ja tarvitsisi toimiakseen mikrobien lisäksi vettä ja runsaasti sähköä.
Suunniteltu laitos tuottaisi synteettistä metaania 11 megawatin teholla. Sitä riittäisi noin 300 rekka-auton tarpeisiin.
Samankokoista laitosta suunnitellaan myös Vantaan jätevoimalan kylkeen.
Energian muuntamista ja varastointia tutkiva apulaisprofessori pitää synteettistä metaania erittäin tarpeellisena energiamurroksen keskellä.
– Joka alalla tehdään jo paljon investointeja, eikä rahaa ole rajattomasti. Metaanin etu on se, että sitä voi käyttää sellaisenaan energialähteenä monissa olemassa olevissa laitoksissa ja kulkuneuvoissa, sanoo Annukka Santasalo-Aarnio Aalto-yliopistosta.
Metaanista on mahdollista jatkojalostaa myös muita polttoaineita.
Yle selvitti, millainen kokonaisuus Keravalle kaavailtu laitos suurimmillaan olisi. Se näet sisältää paljon ilmastonmuutoksen hillitsemiseen tarvittaa teknologiaa, jota kehitetään kiivaasti ympäri maailman.
Ensin otetaan talteen energiantuotannossa syntyvää hiilidioksidia
Vuonna 2009 valmistunut Keravan Energian biovoimala tuottaa sähköä ja kaukolämpöä polttamalla puuhaketta. Siksi piipusta tupruaa taivaalle ilmakehää lämmittävää hiilidioksidia.
Uuden teknologian avulla Keravan biovoimalan hiilidioksidista saataisiin talteen noin 11 prosenttia.
Hiilidioksidin talteenottoa tutkitaan kuumeisesti ympäri maailmaa. Ongelmia ovat hinta, sähkön kulutus ja se, mitä hiilidioksidille talteenoton jälkeen tehdään.
Hiilidioksidia käytetään teollisuudessa jonkin verran sellaisenaan, mutta jos sitä aletaan kerätä energialaitoksista, pitää keksiä jotakin muuta.
Yksi vaihtoehto on varastoida hiilidioksidi esimerkiksi tyhjennettyihin maakaasukenttiin, mutta varastointiin liittyy monia kysymysmerkkejä.
Keravalla hiilidioksidia käytetään vähäpäästöisen polttoaineen raaka-aineena. Silloin energialaitoksen piipusta tulevien savukaasujen koostumus ja siitä erotetun hiilidioksidin puhtaus ovat paljon tärkeämpiä kuin varastoitaessa.
– Hiilidioksidin laadun kannalta suurin kysymysmerkki oli happi. Mutta pilotoinnin aikana saimme kehitettyä teknologiat niin, että happipitoisuus saatiin riittävän alhaiseksi ja hiilidioksidi voitiin hyödyntää metanoinnin raaka-aineena, sanoo tuotekehitysjohtaja Alitalo.
Vetyä saadaan vedestä, mutta siihen tarvitaan paljon sähköä
Jotta hiilidioksidista saadaan polttoainetta, tarvitaan vetyä. Toistaiseksi valtaosa vedystä tehdään fossiilisesta maakaasusta, mikä ei ole ympäristön kannalta kestävä ratkaisu.
Keravan kokeilulaitokselle vety ostettiin pulloissa, mutta varsinaisessa laitoksessa vety tehtäisiin vedestä sähkön avulla niin kutsutussa elektrolyysilaitoksessa.
Elektrolyysin periaate on tunnettu jo pitkään. Siinä vesi pilkotaan hapeksi ja vedyksi.
Tämänkin menetelmän ongelmana ovat hinta ja sähkön kulutus. Iso osa sähköstä muuttuu nimittäin prosessissa hukkalämmöksi. Vain osa sähköenergiasta varastoituu vetyyn.
Keravalle suunnitellun laitoksen elektrolyysissä sähköstä reilut 60 prosenttia muuttuisi vedyn kemialliseksi energiaksi. Keravan etu on se, että suurin osa hukkalämmöstä saadaan kaupunkilaisten koteihin. Vajaat 30 prosenttia sähköenergiasta saadaan näet kaukolämmöksi. Sähköenergiasta kymmenen prosenttia menee kokonaan hukkaan.
– Korkean lämpötilan elektrolyysilaitoksissa sähköstä yli 80 prosenttia muuttuisi vedyn kemialliseksi energiaksi. Mutta ne ovat kaupallisesti hyödynnettävissä vasta ehkä viiden vuoden sisällä, sanoo Aalto-yliopiston Santasalo-Aarnio.
Q Power ei rakenna elektrolyysilaitteita itse. Valmistajat ovat tehneet niitä pitkälti käsityönä, mutta nyt tehtaisiin pystytetään automatisoituja sarjatuotantolinjastoja.
– Jotkut valmistajat ovat lupailleet, että tuotantokustannukset laskisivat jopa 70 prosenttia viidessä vuodessa. Mutta nämä ovat tällaisia ulostuloja, joita medialle annetaan. Katsotaan, kuinka paljon hinnat oikeasti laskevat, sanoo Q Powerin tekninen johtaja Marko Niskanen.
Vähäpäästöisen vedyn tuottamista kehitetään erityisen kiivaasti siksikin, että se on avain terästuotannon päästöjen vähentämiseen. Teräksen valmistus taas on yksi suurista ilmastoa lämmittävistä teollisuudenaloista.
Suolta löydetyt mikrobit yhdistävät hiilidioksidin ja vedyn puhtaammaksi polttoaineeksi
Vaikka vedylle on käyttöä myös sellaisenaan ja hiilidioksidia voi ainakin periaatteessa varastoida, Keravalla niistä tehdään synteettistä metaania. Myös maakaasu ja biokaasu ovat metaania. Tässä tapauksessa sitä ei porata maan syvyyksistä tai tehdä biojätteestä, vaan tuotetaan keinotekoisesti eli synteettisesti.
Tässä kohtaa laitosta olemme teknologiaa kehittävän Q Powerin ytimessä ja juurilla. Yrityksen tarina alkoi vuonna 2007, kun professori Erkki Aura alkoi tutkia, miten soilla metaania tuottavia mikrobeja voisi käyttää biometaanin tuotannossa.
Keravan pilottilaitoksella talteen otetun hiilidioksidin laatu on tärkeää siksi, että se on näiden mikrobien ruokaa. Esimerkiksi happi olisi niille myrkkyä.
Testeissä ruoka kelpasi.
– Mikrobit hyödyntävät hiilidioksidin ja vedyn varsin tehokkaasti, eli lämpöä syntyy vain pieni määrä, sanoo tuotekehitysjohtaja Alitalo.
Vedyn energiasisällöstä noin 82 prosenttia muuttui metaanin kemialliseksi energiaksi. Valtaosa jäljelle jäävästä 18 prosentista muuttui hukkalämmöksi, joka saadaan isossa laitoksessa hyödynnettyä liki kokonaan kaukolämmityksessä. Pieni osa vedyn energiasta muuttuu mikrobimassaksi.
Alitalon mukaan kilpailijoilla metaanin energiaksi muuttuu 65 prosenttia vedyn energiasta, jos muutos tehdään Q Powerin tapaan mikrobiologisilla menetelmillä. Metaania voi tehdä myös kemiallisesti, mutta silloin hyötysuhde jää jopa alle 60 prosenttiin ja hiilidioksidin laatuvaatimukset ovat merkittävästi kovemmat.
Ympäristöystävällisempää, mutta ei päästötöntä polttoainetta
Keravalla energialaitoksen piipusta tupruava hiilidioksidi muutetaan siis uudestaan polttoaineeksi. Tähän kuluu paljon sähköä, jonka energiasta vain osa saadaan siirrettyä metaaniin.
Q Power sanoo tekevänsä muutoksen hyötysuhteella, joka on markkinoiden paras. Lisäksi prosessissa syntyvä lämpö voidaan Keravalla käyttää kaukolämmön tuotantoon. Eivätkä fossiiliset polttoaineetkaan synny ilman häviöitä.
Ellei metaania jatkojalosteta vaikkapa muoviksi, sekin päätyy lopulta ilmakehään hiilidioksidina ja vesihöyrynä esimerkiksi nesteytettyä maakaasua käyttävän laivan moottorista.
Mutta sekin on ympäristön kannalta parempi ratkaisu kuin se, että Keravan laitoksen hiilidioksidi päästetään ilmaan ja lisäksi laivaan porataan fossiilista polttoainetta maan uumenista.
Ympäristöystävällisyys riippuu lopulta siitä, mistä energialaitoksen kattilassa palava puu on peräisin ja kuinka puhdasta on metaanilaitoksen käyttämä sähkö. Vähäpäästöisen sähkön riittävyys on yksi syy sille, että vedyllä tai siitä valmistetuilla polttoaineilla voi korvata vain osan fossiilisten polttoaineiden nykykäytöstä.
– Sähkön käyttäminen suoraan tai akkujen avulla on aina hyötysuhteeltaan parempi vaihtoehto. Mutta esimerkiksi lentokoneisiin ja laivoihin ei tällä hetkellä ole näköpiirissä sopivaa akkuteknologiaa ja fossiilisista polttoaineista on päästävä eroon, sanoo Aalto-yliopiston Annukka Santasalo-Aarnio.
Laitos joustaa sähkön käytössä ja tuottaa puhtaampaa polttoainetta pakkasille
Ilmaston kannalta merkittävää on myös se, miten laitos toimii osana vähäpäästöistä energiajärjestelmää, joka kaipaa joustoja ja energiavarastoja.
Laitos voi tekniikan puolesta joustaa sähkönkulutuksessaan esimerkiksi tuulisähkön tuotannon tai sähkön hintapiikkien mukaan, mutta talouslaskelmat kaatuvat, jos kallis laitos käy pitkiä aikoja vajaateholla.
Laitoksen tuottamaa lämpöä ja metaania voi puolestaan varastoida kylmän talven varalle.
– Vedyn varastointi on vaikeaa ja kallista. Sähkön varastointiin on kyllä hyviä ratkaisuja, mutta olisi kallista alkaa varastoida sitä pitkiä aikoja, sanoo Annukka Santasalo-Aarnio.
Maakaasun ja päästöoikeuksien hinta määräävät kannattavuuden
Juuri nyt Q Powerilla ja Keravan Energialla lasketaan euroja. Vaikka teknologia olisi monella tapaa tarpeellista, se ei vielä tee siitä kaupallisesti kannattavaa.
– Tämä on rankkaa hintakilpailua fossiilista maakaasua vastaan, sanoo apulaisprofessori Santasalo-Aarnio.
Q Powerin hallituksen puheenjohtaja Ilkka Herlin sanoi Ylelle syksyllä 2019, että synteettisen metaanin tuotanto alkaa heti, kun hiilidioksidipäästöille saadaan kunnon hinta.
Tuolloin hiilidioksiditonnin päästämisestä piti maksaa EU:n päästökaupassa 26 euroa, tämän vuoden alussa 80 euroa.
Viime aikoina myös maakaasun hinta on noussut huimasti.
– Päästöoikeuksien hintojen kehityssuunta tiedetään aika hyvin. Mutta fossiilisen maakaasun hinta voi olla periaatteessa ihan mitä vain. Jos tulee poliittinen konflikti Euroopan ja Venäjän välillä, siitä voi tulla pelinappula, sanoo Aalto-yliopiston Santasalo-Aarnio.
Päästöoikeuksien ja maakaasun hintojen lisäksi laskelmissa on muitakin muuttujia.
– Keskeisiä tekijöitä ovat kohtuuhintaisen uusiutuvan energian saatavuus ja verokohtelu sekä tehokas lämmön ja hapen hyödyntäminen. Myös sillä on iso merkitys, miten EU sääntelee sähköllä tehtävien polttoaineiden tuotantoa ja käyttöä, sanoo Q Powerin toimitusjohtaja Eero Paunonen.
Päätös laitoksen rakentamisesta tehdään aikaisintaan tämän vuoden lopulla.
Voit keskustella aiheesta torstaihin 13. tammikuuta kello 23:een asti.
Lue seuraavaksi: