Hiilestä irtautuminen on yksi merenkulkualan keskeisistä tavoitteista, ja vedyllä ja polttokennoilla on tärkeä rooli merenkulun vihreän siirtymän edistämisessä. Alan arvostettu asiantuntija Mikko Niini kertoo näkemyksensä haasteista ja vedyn tuomista mahdollisuuksista tällä tärkeällä teollisuudenalalla.

Laivaliikenne on yksi energiatehokkaimmista liikennemuodoista, ja sillä on keskeinen rooli maailmanlaajuisessa kaupassa, sillä laivoilla kuljetetaan noin 80 prosenttia tuotteista tilavuuden mukaan laskettuna (Review of Maritime Transport 2023 -selvitys, Yhdistyneiden kansakuntien kauppa- ja kehityskonferenssi). Toisaalta laivaliikenne on myös merkittävä tekijä maailmanlaajuisissa kasvihuonekaasupäästöissä, sillä se tuottaa lähes kolme prosenttia ihmisten toiminnan aiheuttamista päästöistä.

Merenkulkualalla on näin ollen paineita irtautua hiilestä. Kansainvälinen merenkulkujärjestö (IMO) uudisti kasvihuonekaasustrategiaansa vuonna 2023 ja asetti tavoitteeksi vähentää kasvihuonekaasupäästöjä vähintään 20 prosenttia vuoteen 2030 mennessä (vuoteen 2008 verrattuna), vähintään 70 prosenttia vuoteen 2040 mennessä (vuoteen 2008 verrattuna) ja saavuttaa kasvihuonekaasupäästöjen nettonollatason kansainvälisissä kuljetuksissa vuoteen 2050 mennessä.

EU asettaa merenkulkualalle vaativia tavoitteita esimerkiksi sisällyttämällä merenkulkualan EU:n päästökauppajärjestelmään vuoden 2024 alusta. Laivanvarustajat ja liikennöitsijät kohtaavat suuria haasteita päättäessään, mitä vaihtoehtoisia polttoaineita ja energiaa säästäviä teknologioita heidän tulisi ottaa käyttöön saavuttaakseen omat hiilidioksidipäästötavoitteensa ja noudattaakseen yhä tiukempia kansallisia ja kansainvälisiä säädöksiä sekä Pariisin sopimuksen (COP21) tavoitteita.

Vedyn käytön haasteet merenkulussa

Vetyä on käytetty jo vuosikymmeniä teollisissa prosesseissa, kuten öljynjalostuksessa ja metallurgisissa prosesseissa. Vetyä käytetään myös ammoniakin ja metanolin tuotannossa – molemmat polttoaineet ovat realistisia vaihtoehtoja merenkulun perinteisille fossiilisille polttoaineille. Yksi vedyn suurimmista nykyhaasteista on se, että suurin osa vedystä tuotetaan edelleen käyttämällä fossiilisia polttoaineita, kuten maakaasua. Lisäksi vedyn käytöstä merenkulun polttoaineena ei ole vielä olemassa virallisesti vahvistettuja sääntöjä ja määräyksiä, ja IMO:n edistyminen tässä asiassa on ollut hidasta.  

Haasteena on myös se, että vedyn käyttäminen suoraan polttoaineena vaatisi aluksella paljon enemmän tilaa merikaasuöljyyn verrattuna. Vety voidaan varastoida nesteenä alle -253 °C:n lämpötilassa, mutta tämä vaatii paljon energiaa ja erityisvalmisteisia säilytysjärjestelmiä. Vedyllä on myös omat ainutlaatuiset turvallisuushaasteensa, koska se on erittäin räjähdysherkkää.

Myös polttoaineinfrastruktuuri on huomioitava. Vedyn hyödyntämiseen merenkulun vihreässä siirtymässä tarvitaan infrastruktuuri, joka tukee vedyn jakelua, varastointia ja toimitusta polttoaineena. Sellaista ei ole tällä hetkellä olemassa. Monia hankkeita on suunnitteilla, mutta emme voi odottaa merenkulkualalla tapahtuvan suurta kehitystä ennen kuin luokituslaitokset, hallitukset ja tavarantoimittajat ovat tehneet osansa.

Norja on merenkulun vetysovellusten edelläkävijä

Näistä haasteista huolimatta jotkin maat, kuten Norja, ovat edistäneet vedyn käyttöönottoa merenkulun polttoaineena panostamalla teknologian laajamittaiseen kehittämiseen ja valtion tukiohjelmiin. Norja näyttää tietä, koska sen hallitus pitää vetyä – ja erityisesti vihreää vetyä – välttämättömänä nollapäästöjen saavuttamiseksi vuoteen 2050 mennessä. Norja on myös muilla mittareilla maailman johtavia merenkulkumaita.  

MF Hydra on maailman ensimmäinen nestemäisellä vedyllä toimiva lautta, ja se on rakennettu useiden yritysten yhteistyöllä. Aluksessa käytetään polttokennoja, joissa on protoninvaihtokalvo (polymeeri-elektrolyytti-membraani, PEM). Vuonna 2024 norjalainen laivanrakentamo sai tilauksen kahden vetykäyttöisen lautan rakentamisesta kolmen ja puolen tunnin Bodø–Lofoten-reitille, jonka liikennöintisopimuksen Torghatten Nord sai itselleen vuonna 2022.

Norjan ohella Japani on edelläkävijä vedyn käytössä merenkulkualalla. Jos muut maat haluavat seurata esimerkkiä, vedyn merenkulkukäyttöä koskevan sääntelyn kehitystä on nopeutettava. Kaasuja tai muita matalan leimahduspisteen polttoaineita käyttävien alusten kansainvälisen turvallisuussäännöstön (IGF Code) hyväksyminen vuonna 2017 oli tärkeä askel, koska se mahdollistaa erityisesti määritellyn "vaihtoehtoisen suunnittelun lähestymistavan", jota voidaan käyttää vetypolttoaineiden varastointi- ja syöttöjärjestelmien hyväksyntään.

Polttokennojärjestelmät merenkulkuympäristössä 

Polttokennot ovat hyötysuhteeltaan parempia kuin polttomoottorit ja kaasuturbiinit. Lisäksi ne ovat yksinkertaisia rakenteita, joissa on vähän liikkuvia osia, joten ne ovat myös hiljaisia ja luotettavia. Polttokennot ovat siten lupaava ratkaisu, jotka voivat mahdollistaa vedyn käyttämisen polttoaineena sähkökäyttöisissä laivoissa. Merenkulkualalla on monia PEM-polttokennoja käyttäviä hankkeita. ABB on yksi alan johtajista, ja sen modulaarista polttokennoratkaisua voidaan käyttää yhdessä laivojen akkujen tai moottoreiden kanssa.

Polttokennojen käyttö merenkulussa on vasta alkuvaiheessa, mutta aivan kuten muidenkin uusien teknologioiden kanssa tulemme näkemään nopeaa kehitystä ja laajenemista yritysten ja tutkimuslaitosten yhdistäessä osaamistaan ja resurssejaan. Tuulivoimateollisuus on hyvä osoitus siitä, kuinka nopea muutostahti voi olla. Ensimmäisten merituulipuistojen turbiinien teho oli noin 2–3 MW, mutta uusimmissa projekteissa on turbiineja, joiden teho on noin kuusinkertainen eli 15–20 MW.

Polttokennot ovat erittäin tärkeä osa merenkulkualan vihreää siirtymää, erityisesti yleistyvissä sähkö- ja hybridialuksissa. Täyssähköisiä aluksia käytetään jo lyhyillä ja säännöllisillä lauttareiteillä, ja hybridialuksista on nopeasti muodostumassa normi RoPax-lauttasegmentissä.

Sääntelyn ja infrastruktuurin nopea kehittäminen on kriittisen tärkeää

Merenkulkuala on jo vakaasti matkalla kohti hiilestä irtautumista ja vaihtoehtoisten polttoaineiden – kuten vedyn – käyttöönottoa. Yhteistyö sääntelyviranomaisten ja hallitusten kanssa säännösten, turvallisuusmääräysten ja infrastruktuurin kehittämiseksi on seuraava tärkeä askel, joka mahdollistaa vedyn laajemman ja nopeamman käyttöönoton energialähteenä.  

Tietoa kirjoittajasta 

Image

Mikko Niini on oman konsulttiyhtiönsä Vientistrategit Oy:n toimitusjohtaja, Gaia Consultingin vanhempi neuvonantaja ja Suomen meriliiton puheenjohtaja. Ennen virallista eläkkeelle jäämistään vuonna 2014 hän oli Aker Arctic Technologyn toimitusjohtaja.

Aiemmin Mikko on toiminut johtotehtävissä eri laivanrakentamoissa 30 vuoden ajan. Hän on toiminut hallituksen puheenjohtajana sekä säiliöalusten omaisuudenhoitoyhtiö Navidom Oy:ssä että Rauma Marine Constructions Oy:ssä. Hän on toiminut myös muun muassa ESL Shippingin, Nemarc Shipping Corporationin, ZAO Arctic Shipping Servicen ja Troms Offshore ASA:n hallituksen puheenjohtajana.