Vety vaikuttaa lupaavalta ratkaisulta etsittäessä tapoja siirtyä vihreään energiaan erityisesti sellaisilla teollisuudenaloilla, joilla sähköistäminen on haastavaa. Vaisalan strategia- ja liiketoiminnan kehityspäällikkö Anu Pulkkinen käsittelee vetytalouden nykytilaa sekä tarkkojen mittausten keskeistä roolia vihreän siirtymän mahdollistajana.

Vetytaloudella tarkoitetaan vedyn käyttöä hiilestä irtautumisen tukemiseen hankalasti sähköistettävillä sektoreilla, kuten kuljetusalalla, meri- ja lentoliikenteessä sekä raskaassa teollisuudessa. Muiden fossiilisten polttoaineiden vaihtoehtojen tapaan myös vety jaetaan tuotantotavan mukaan väriluokkiin:

• Vihreää vetyä valmistetaan veden elektrolyysillä käyttämällä uusiutuvaa sähköä, kuten tuuli- tai aurinkoenergiaa.
• Sinistä vetyä tuotetaan jakamalla fossiilinen maakaasu vedyksi ja hiilidioksidiksi ja ottamalla näin tuotettu hiilidioksidi talteen.
• Harmaa vety, yleisin nykyään tuotettu muoto, syntyy samalla tavalla kuin sininen vety, mutta hiilidioksidia ei oteta talteen vaan se vapautuu ilmakehään.

Sekä sinisellä että vihreällä vedyllä on tärkeä rooli vetytalouden laajentamisessa. 
 

Vety on maailmanlaajuisen energiamuutoksen avaintekijä

Tuotantoteknologioiden kehittyessä löydetään jatkuvasti uusia käyttökohteita vedylle, ja vetytalous ottaa koko ajan suuria harppauksia eteenpäin. Vetyä käytetään jo laajalti raaka-aineena tai polttoaineena esimerkiksi öljyn jalostuksessa sekä ammoniakin ja metanolin tuotannossa. Lisäksi se on yleisesti käytössä terästuotannon pelkistimenä. Nämä kaikki ovat aloja, joilla siirtyminen kohti puhtaampaa ja vihreämpää vetyä tuo mukanaan huomattavia mahdollisuuksia päästöjen vähentämiseen.

Vetyä käytetään myös linja-autojen ja kuorma-autojen sähkömoottorien polttokennoissa sekä energiaa varastoivana väliaineena ja energialähteenä sähköntuotannossa. Vety ja vetypohjaiset polttoaineet voivat tarjota potentiaalisia vähähiilisiä ratkaisuja myös merenkulku- ja lentoliikennealoille, joilla hiilestä irtautuminen on erityisen haastavaa. Saat lisätietoja polttokennojen tulevaisuudesta katsomalla esitykseni Polttokennojen tutkimus ja kehitys – tulevaisuuden trendit, tekijät ja sovellukset. Esitys on englanninkielinen.
 

Miksi luotettavat mittaukset ovat tärkeitä vetytaloudelle

Me Vaisalalla tarkastelemme hiilidioksidipäästöjen vähentämistä laaja-alaisesti ja otamme huomioon prosessien optimoinnin, hiilidioksidin talteenoton ja varastoinnin (CCUS), sähköistyksen sekä uudet teknologiat ja parannukset. Kosteuden, hiilidioksidin, metaanin ja muiden keskeisten parametrien tarkka mittaus on vetytalouden edistämisen ja vihreään energiaan siirtymisen kannalta ratkaisevan tärkeää.

Vaisalan mittalaitteet näiden parametrien mittaamiseen mahdollistavat vakaat, reaaliaikaiset mittaukset ilman manuaalista näytteenottoa. Lisäksi mittalaitteilla on lyhyt vasteaika, ne on erittäin helppo asentaa ja huoltaa, niillä on pitkä kalibrointiväli eikä niissä ole säännöllistä vaihtoa edellyttäviä liikkuvia osia tai kulutusosia.

Vaisalan mittapäät pystyvät lähettämään tasavirtasignaalin (4–20 mA) ja kenttäväyläsignaalin (Modbus) laitoksen automaatiojärjestelmään ilman tarvetta lisäohjelmistojen tai -laitteiden asentamiselle. Kaikilla Vaisalan mittalaitteilla on laaja lämpötila-alue, ja optioina on tarjolla myös suojaus äärimmäisiä sääolosuhteita vastaan sekä ja Ex-sertifiointi, joka mahdollistaa asennuksen erittäin haastaviin räjähdysherkkiin ympäristöihin. Tarkastellaanpa joitakin esimerkkejä siitä, miten Vaisala-teknologiaa käytetään vetyyn liittyvissä sovelluksissa.
 

Polttokennot ovat riippuvaisia luotettavasta kosteusmittauksesta

Vetyä käytetään monenlaisissa polttokennosovelluksissa, joissa kosteuden hallinta on polttokennon protoninvaihtomekanismin vuoksi kriittistä. Polttokennojen sisällä on protoninvaihtokalvo (polymeeri-elektrolyytti-membraani, PEM), jonka kautta protonit kulkeutuvat anodilta katodille. Reagenssikaasujen eli vedyn (anodipuolella) ja ilman (katodipuolella) kosteutta täytyy säädellä, jotta voidaan varmistaa kalvon pysyminen ehjänä.

Kun kosteus pidetään optimaalisella tasolla, protoninvaihtokalvolla on hyvä protonijohtavuus ja vähäinen vastus. Jos kalvo kuitenkin kuivuu liikaa, johtavuus laskee rajusti, mikä rajoittaa kennon lähtötehoa merkittävästi. Liiallinen kosteus puolestaan voi aiheuttaa mekaanisia vaurioita kalvoon, mikä kasvattaa vastusta ja alentaa jännitettä.

Vaisalan teknologia on tukenut vetypolttokennojen kehitystä siitä saakka, kun ne 1990-luvun alkupuolella keksittiin. Auto- ja laivanrakennusalan johtavat toimijat käyttävät Vaisalan HUMICAP®-teknologiaa polttokennojen kehitysprosesseissaan. Vaisalan kosteusantureita käytetään laajalti myös VTT:n vetyalan tutkimusprojekteissa. VTT:n asiantuntijat tutkivat sekä matalan lämpötilan (PEM) että korkean lämpötilan (kiinteäoksidi) polttokennoteknologioita, ja polttokennopinon kummallekin puolelle asennettavilla Vaisalan mittalaitteilla valvotaan ja säädellään prosessikaasujen kosteutta. Lisäksi Vaisalan mittalaitteilla mitataan ulkoilman kosteustasoa vedyn puhdistuksessa ja tuotannossa. 

Tutustu kosteisiin olosuhteisiin kehitettyihin mittalaitteisiin ja osallistu Polttokennojen kosteuslaboratorio ‑webinaareihimme, joissa opit lisää kosteudesta, osoitteessa vaisala.com/fuelcell.
 

Hiilidioksidin ja kosteuden mittaaminen CCUS-sovelluksissa

Hiilidioksidin erotuksella, käyttöönotolla ja varastoinnilla (CCUS) on keskeinen rooli hiilineutraaliuteen pyrkivissä toimissa eri puolilla maailmaa. Aloilla, joilla kasvihuonekaasupäästöjä on vaikea vähentää, CCUS voi olla ainoa tie kohti vähähiilistä tulevaisuutta. CCUS on tarpeen myös paljon energiaa kuluttavilla aloilla, joilla yhä käytetään fossiilisia polttoaineita.

Verkon kautta tehtävä jatkuva tulo- ja lähtökaasuvirtojen hiilidioksidipitoisuuksien mittaus mahdollistaa reaaliaikaisen suorituskyvyn seurannan ja prosessin optimoinnin laitoksissa, jotka ottavat hiilidioksidin talteen. Tarkat hiilidioksidi- ja kosteusmittaukset ovat avainasemassa myös uusien talteenottoteknologioiden tutkimus- ja kehitystyössä, sillä ne antavat arvokasta tietoa prosessin kinetiikasta ja suorituskyvystä.

Vaisalan teknologioita käytetään hiilidioksidin keräämiseen CopenHillin energian talteenottolaitoksessa Amagerissa, Tanskassa. Laitos muuntaa vuosittain 560 000tonnia jätettä sähköksi, lämmöksi ja tuhkaksi. Sen talteenottoprosessi perustuu Vaisalan MGP261-monikaasumittapäähän, joka mittaa erotetun hiilidioksidin kosteuden ja pitoisuuden. Talteenotettua hiilidioksidia voidaan sitten yhdessä vedyn kanssa käyttää vihreiden polttoaineiden ja kemikaalien valmistukseen. Lue lisää osoitteessa vaisala.com/CCUS.
 

Hiilidioksidin, metaanin ja kosteuden mittaaminen SOEC-sovelluksissa

Kiinteäoksidielektrolyysiä (SOEC) käytetään vedyn ja metaanin tuottamiseen hiilidioksidista, vedestä ja sähköstä. Vaikka teknologia on vielä pilottivaiheessa, sille ennustetaan tärkeää roolia Japanin siirtyessä 90-prosenttisesti uusiutuvan kaasun käyttöön vuoteen 2050 mennessä.

Käytetty hiilidioksidi voidaan ottaa talteen teollisuuden päästöistä, suoraan ilmakehästä tai prosesseista, joissa biokaasua jalostetaan biometaaniksi. SOEC-prosessissa käytetään yleensä uusiutuvaa energiaa, eikä siinä tarvita jalometalleja tai harvinaisia alkuaineita, mikä pienentää sen ympäristövaikutuksia.

Tarkka hiilidioksidin mittaus talteenottoprosesseissa auttaa maksimoimaan SOEC-prosessin tehokkuuden ja minimoimaan kasvihuonekaasupäästöjen määrän. Sen merkitys kasvaa koko ajan myös jatkuvasti tiukentuvien määräysten vuoksi.

Metaanin, hiilidioksidin ja kosteuden mittaamiseen suunniteltua Vaisalan MGP261-monikaasumittapäätä käytetään SOEC-prosesseissa syöttöaineiden (hiilidioksidi, kosteus) ja tuotosten (metaani) mittaamiseen reaaliajassa. Mittausten avulla voidaan parantaa tehokkuutta ja optimoida prosessi. Lue lisää mittalaitteesta osoitteessa vaisala.com/MGP261.
 

Teollisuuden mittaukset ovat vihreän siirtymän ytimessä

Uusiutuvat energialähteet ja puhdas energiantuotanto ovat jokaisen teollisuuden hiilettömyyteen ja vihreään siirtymään tähtäävän suunnitelman ytimessä, ja tämän siirtymän mahdollistavat innovatiiviset teknologiat ja prosessit edellyttävät luotettavia mittauksia. Vaisalan teknologia auttaa nopeuttamaan hiilestä irtautumista mittalaitteilla, jotka mahdollistavat kosteuden, hiilidioksidin ja metaanin luotettavat ja vakaat reaaliaikaiset mittaukset. Yhdessä voimme edistää vetytaloutta ja tehdä kestävästä muutoksesta totta.