Oulussa kehitetään menetelmää, joka voisi mullistaa maailman energiatalouden – ratkaisun avaimet ovat auringossa

Oulun yliopiston tutkimusryhmä on kehittämässä hiilineutraalia vedyn tuotantoa ilman sähköä. EU:n ja Suomen vetysuunnitelman suurin ongelma onkin suunnaton sähkön tarve. Oulussa tutkittava idea on 50 vuotta vanha, mutta nyt sitä tutkitaan tiiviisti.

Tämä on valokatalyysireaktori. Professori Marko Huttulan tiimin tutkiman valokatalyysin avulla voitaisiin ratkaista koko maailman energiatalous.
Tämä on valokatalyysireaktori. Professori Marko Huttulan tiimin tutkiman valokatalyysin avulla voitaisiin ratkaista koko maailman energiatalous.

Oulun yliopistossa tutkitaan teknologiaa nimeltä valokatalyysi. Sen avulla voitaisiin mahdollisesti ratkaista koko maailman energiatalous.

Valokatalyysillä vedestä tehdään vetyä auringonvalon avulla. Kemiallista reaktiota kiihdyttävä aine kerää energiaa suoraan valosta, käyttää sen vesimolekyylien hajottamiseen ja kahden vetymolekyylin muodostamiseen. Samalla syntyy myös happea.

Idea on 50 vuotta vanha, mutta nyt sitä tutkitaan todella tiiviisti.

Sekä EU:n että Suomen suunnitelmissa vetytaloudella on keskeinen merkitys hiilineutraaliin yhteiskuntaan siirtymisessä. Vetytalous tarkoittaa käytännössä sitä, että käyttämällä vetyä fossiilisten energialähteiden sijaan vähennetään ilmastolle haitallisia hiilidioksidipäästöjä.

Vedyn käytöllä voidaan vähentää hiilidioksidipäästöjä energiateollisuudessa, metalliteollisuudessa, kemianteollisuudessa, metsäteollisuudessa sekä liikenteessä.

Ongelmana on vain se, että nykyiset suunnitelmat edellyttävät sähkön käytön ja tuotannon moninkertaistumista.

Perämerellä iso rooli Suomen vetytaloudessa

– Perämeren rannikon alueiden merkitys aidossa siirtymässä vetytalouteen on sekä Suomen että Ruotsin kannalta todella suuri, sanoo Oulun yliopiston prosessimetallurgian tutkimusyksikön vetäjä, professori Timo Fabritius.

Niin sanotulla Perämeren kaarella Kokkolan ja Uumajan välillä on yksitoista raskaan teollisuuden paikkakuntaa. Nämä paikat olisivat Fabritiuksen mukaan vedyn tuotannon ja kulutuksen kannalta merkittäviä.

Asiaa tuntevissa piireissä puhutaankin Perämerestä vetytalouden Persianlahtena. Tällä viitataan Lähi-idän Persianlahden alueen keskeiseen merkitykseen koko maailman öljyntuotannossa.

Myös Oulun kaupungin elinkeinoliikelaitoksen Business Oulun johtaja Juha Ala-Mursula uskoo vetytalouskeskittymän syntymiseen Perämeren ympärille.

– Vety-Persianlahti voi syntyä Perämerelle isojen vedyn käyttäjien ja tuottajien kautta. Oulu taas isona kaupunkina voisi hyödyntää prosessissa syntyvää hukkalämpöä lämmitykseen.

Pitkä perinne vetytutkimuksesta

Oulun yliopistossa on tutkittu vedyn käyttöä rautamalmin pelkistyksessä noin kymmenen vuotta. Prosessi kiinnostaa, koska nykymallilla esimerkiksi Raahen terästehdas tuottaa seitsemän prosenttia Suomen kaikista hiilidioksidipäästöistä.

Jo jonkin aikaa sitten on siirrytty tutkimaan raudan pelkistystä puhtaalla vedyllä, eli sitä hiilineutraalia teräksentuotantoa, jota SSAB on pienessä teollisessa mittakaavassa jo tosi toimin aloittanut.

Suomen terästeollisuus sijaitsee lähes kokonaisuudessaan Perämeren pohjukassa, Raahessa ja Torniossa. Siksi on luontevaa, että Suomen terästutkimuksen kärki on Oulun yliopistossa.

Myös Suomen vetytalouden kannalta Oulun, Pohjois-Pohjanmaan ja Perämerenkaaren merkitys on keskeinen. Vetyteknologiaan siirtyvän terästeollisuuden ja huippututkimuksen lisäksi alueella on yli kolmasosa Suomen tuulivoimasta.

Elektrolyysin käyttö sekoittaisi sähkömarkkinat

Suomen nykyisen hallituksen hallitusohjelman vetystrategiassa on kirjattu vedyntuotannon tapahtuvan jo olemassa olevalla teknologialla eli elektrolyysin avulla. Juuri sitä SSAB on ilmoittanut käyttävänsä hiilineutraalin teräksen tuotannossa.

Siinä on kuitenkin ongelmansa: elektrolyysi vaatii niin paljon sähköä, että sen käyttö mullistaisi sähkömarkkinan kuluttajan kannalta ikävällä tavalla. Esimerkiksi Raahen terästuotanto veisi kokonaisuudessaan sen vieressä sijaitsevan Pyhäjoen ydinvoimalan tuotannon, kun se joskus valmistuu.

Fabritius pitääkin elektrolyysiä nimenomaan yhtenä välivaiheen menetelmistä.

– Hiilidioksidivapaassa teräksentuotannossa tarvitaan muitakin menetelmiä.

Oulun yliopiston elektronispektroskopian professori Marko Huttula sanoo suoraan, että Suomen vetystrategiassa on pahasti pielessä se, että vedyn tuotannon ajatellaan tapahtuvan vain ja ainoastaan sähkön avulla.

Oulun yliopiston nano- ja molekyylisysteemien tutkimusyksikköä johtavan Huttulan mukaan se on täysin mahdotonta.

Terästeollisuuden muuttaminen vetykäyttöiseksi lisäisi vedyn tarvetta noin 90 miljoonaa tonnia vuodessa. Maailman ydinvoimaloiden määrä pitäisi kaksinkertaistaa, jotta saataisiin riittävä määrä sähköä terästeollisuuden tarpeisiin.

– Ei tule tapahtumaan, sanoo Huttula.

Hänen mielestään kaikki paukut pitäisikin laittaa aidosti vihreän vedyn tuottamiseen. Eli vedyn tuottamiseen ilman hiilidioksidipäästöjä ja myös ilman sähköä.

Ja juuri sitä Oulun yliopistossa nyt tehdään.

"Meillä olisi mahdollisuus synnyttää tästä uusi Nokia"

Marko Huttulan johtamalla yksiköllä on valokatalyysin kehittämisessä vielä useamman vuoden työ. Ensin rakennetaan pilottilaitos ja kun se toimii, voidaan siirtyä oikeaan tuotantoon.

Tutkimuksen kohteena on nyt erityisesti se, miten löytää katalyytiksi ympäristöystävällinen, kulumaton ja tehokas aine.

– Osa katalyyteista on patentoitukin, mutta haluamme löytää vielä tehokkaamman yhdisteen, sanoo Huttula.

Jos yhden tunnin aikana maahan tuleva auringon energia saataisiin kokonaan talteen, se riittäisi vuodeksi koko maailman energiantarpeeseen.

– Vetytalous on ratkaisu koko ongelmaan, mutta elektrolyysi ei ole se oikea menetelmä ja aikajänne on pidempi kuin on kuviteltu, sanoo Huttula.

Grafiikka havainnollistaa vedyn tuotantoa olemassa olevan elektrolyysin ja Oulun yliopistoissa kehitteillä olevan valokatalyysin avulla. Kuva: Jyrki Lyytikka / Yle

Hän kaipaa kuitenkin kohtuullista rahoitusta maailman tulevaisuuden kannalta keskeiseen tutkimukseen ja vääntää rautalangasta selkeän rinnastuksen energiatalouden mullistamisesta.

– Jos saisimme Suomen yhden tammikuisen pakkaspäivän aikana maailmalta ostaman sähkön verran rahoitusta, eli noin kymmenen miljoonaa euroa, meillä olisi mahdollisuus synnyttää tästä uusi Nokia, sanoo Huttula.

Huttulankin mielestä Perämeren pohjukan ja sen isoimman kaupungin ja yliopiston merkitys on Suomen vetytalouden kannalta keskeinen sekä lyhyellä tähtäimellä sähköpohjaisesti että pidemmällä aikavälillä huomattavasti kestävämmällä tavalla.

Oulun yliopisto on monitieteinen ja se mahdollistaa aidosti kokonaisuuden tarkastelun energiatalouden suhteen.

Oulun yliopistossa fysiikan perustutkimus yhdistyy insinööripuolen terästutkimukseen, jolla on vahva linkki terästeollisuuteen.

Professorien mielestä vedyn tuotannon ja kulutuksen pitäisi tapahtua lähellä toisiaan, koska pienimolekyylistä vetyä häviää kuljetuksen aikana putkista huomattavia määriä.

– Sillä tavalla voidaan säästää huomattavasti energiaa, sanoo professori Timo Fabritius.

Toisaalta Huttula uskoo tulevaisuudessa rakennettavan myös hajautettuja vedyntuotantolaitoksia, joilla voidaan samalla teknologialla ja samaan aikaan poistaa vaikkapa sairaalan jätevesistä lääkejäämiä.

Vedenpuhdistusominaisuus vedyn tuottamisessa valokatalyysillä löydettiin tutkimuksen sivutuotteena. Tutkijat innostuivat kokeilemaan muutakin kuin tislattua vettä.

Näissä kokeissa huomattiin, että yliopiston vieressä sijaitsevan rehevöityneen Kuivasjärven vedestäkin syntyi vetyä. Samalla vesi myös kirkastui.

Business Oulun johtaja ei usko EU:n vetyvisioon

Business Oulun johtaja Juha Ala-Mursula ei usko Eurooppa tason vetytalousvisioihin. Hän pitää esimerkiksi epärealistisena, että vetyä voitaisiin tehdä Saharassa aurinkosähköllä ja tuoda putkia pitkin Eurooppaan.

– Sitä katoaa putkistosta niin paljon jo ennen Pohjois-Afrikkaa, ettei yhtälö kannata.

Tämä kartta kuvastaa Pohjois-Euroopan vetyputkistoa vuonna 2040. Tulevaisuudessa vetyputkisto hyödyntäisi vanhoja olemassa olevia kaasuputkia, mutta uusia osuuksia rakennettaisiin paljon muun muassa Suomen ja Ruotsin rannikoille. Suunnitellut uudet vetykaasuputkistot on merkitty keltaisella Pohjois-Euroopan osalta. Lähde: European Hydrogen Backbone. Kuva: Joonas Haverinen / Yle

EU:n vetyputkistovisioita hän pitää juuri tästä syystä ylimitoitettuina ainakin seuraavan 15 vuoden perspektiivillä. Siihen menee Ala-Mursulan mukaan paljon kauemmin aikaa ja se voisi olla realismia joskus tämän vuosisadan jälkipuoliskolla.

Myös Helsingin Sanomat uutisoi (siirryt toiseen palveluun)rikkaiden maiden suunnittelemien ilmastotoimien kyseenalaisuudesta. Niiden edellyttämä teknologia vaatii valtavan määrän lisää kaivosteollisuutta ja teollista tuotantoa.

Sen sijaan Perämerenkaarella alueellinen suhteellisen lyhyisiin etäisyyksiin perustuva vetyputkisto voi Ala-Mursulan mukaan olla hyvinkin toimiva.

Hän näkee, että Suomessa on tällä hetkellä ylipäätään liian vähän sähkön tuotantoa. Jos pohjoismaiden sähköverkot yhdistetään Euroopan sähköverkkoon, Suomen täytyy hänen mielestään siinä vaiheessa olla omavarainen sähkön tuotannon suhteen.

– Muuten käy niin, että sähkön hinta nousee ylös, ja kaikki energiaintensiivinen tekeminen siirtyy Suomen rajojen ulkopuolella Keski-Eurooppaan.

Lisää aiheesta illan A-studiossa. Vieraina elinkeinoministeri Mika Lintilä, EK:n johtava ilmastoasiantuntija Janne Peljo ja LUT-yliopiston tutkimusjohtaja Petteri Laaksonen. A-studio ti 19.10.21 klo 21:00 TV1.

Jutusta voi keskustella 20. lokakuuta kello 23:een asti.

Lue aiheesta lisää: