Power-to-X: 8 asiaa, jotka sinun pitää tietää ilmaston uudesta supersankarista

Nimitys saattaa kuulostaa supersankareiden yhdistykseltä, mutta X on ymmärrettävä siinä niin kuin yhtälössä muuttujaksi, joka voi olla monta eri asiaa.

Power-to-X (P2X tai PtX) kattaa nimittäin useita erilaisia tekniikoita, jotka ratkaisevat sen perusongelman, että esimerkiksi aurinko- tai tuulivoimalan tuottama vihreä sähkö pitää siirtää heti suoraan kuluttajille, jottei se mene hukkaan.

Power-to-X muuttaa ylimääräisen eli tarpeettoman uusiutuvan sähkön (power) joksikin toiseksi vihreäksi energialähteeksi (X), kuten kemikaaliksi tai polttoaineeksi.

Tällä tavalla tuuli- ja aurinkosähköä voidaan varastoida käytettäväksi silloin, kun voimalat eivät pysty vastaamaan tarpeeseen.

Nykyään yleisin Power-to-X-tekniikka hyödyntää ylimääräistä puhdasta sähköä elektrolyysiin, jossa vettä (H₂O) hajotetaan vedyksi (H₂) ja hapeksi (O).

Vety melkeinpä pursuaa energiaa ja tarjoaa siksi monta käyttötarkoitusta.

Yksi tunnetuimmista on autojen polttoaine. Vetyä voidaan käyttää myös raskaissa ajoneuvoissa – ja myös vesiliikenteessä. Merikuljetuksiin erikoistunut tanskalaisyhtiö DFDS tähtää vetykäyttöiseen lauttaan, Mercedes vedyllä kulkevaan GenH2 Truck -rekkaan, ja Airbus ennustaa valmistavansa ensimmäiset vedyllä lentävät matkustajakoneensa vuonna 2035.

Vetymoottorin ydin on polttokenno. Se muuttaa ilman hapen kanssa reagoivan vedyn kemiallisen energian virraksi, joka pyörittää ajoneuvon sähkömoottoria.

Polttokenno hyödyntää vedyn runsaan energiasisällön tehokkaasti aiheuttamatta hiilidioksidipäästöjä. Prosessin sivutuotteina syntyy ainoastaan vettä ja lämpöä.

Vedyn liikennekäyttöä haittaa se, että suuren tarpeen tyydyttäminen vaatii kokonaan uutta infrastruktuuria tuotannosta varastointiin ja jakeluun. Vaihtoehtoinen ratkaisu voi siksi olla vedyn sisällyttäminen esimerkiksi synteettisiin polttoaineisiin tai ”vihreisiin” kemikaaleihin.

Fossiilisten polttoaineiden energia on sitoutunut hiilivedyiksi kutsuttuihin pitkiin molekyyliketjuihin, jotka koostuvat hiili- ja vetyatomeista.

Perinteisten polttoaineiden, kuten öljyn ja kivihiilen, hiilivedyt ovat syntyneet miljoonien vuosien aikana tapahtuneen orgaanisen aineen hajoamisen tuloksena.

Hiilivetyjä voidaan kuitenkin valmistaa myös keinotekoisesti käyttämällä kemiallista prosessia, jota nimitetään Fischer–Tropsch-menetelmäksi sen saksalaisten kehittäjien mukaan.

Siinä vety (H₂) ja hiilimonoksidi eli häkä (CO) sekoitetaan niin sanotuksi synteesikaasuksi. Kun se altistetaan korkealle paineelle ja korkeille lämpötiloille, syntyy hiilivetyjä, joista voidaan erilaisten katalyyttien avulla valmistaa e-polttoaineita, kuten e-dieseliä tai e-metanolia.

Synteettiset e-polttoaineet vastaavat kemiallisilta ominaisuuksiltaan fossiilisia polttoaineita, ja molempia voidaan käyttää samalla tavalla.

Myös maakaasua voidaan tuottaa keinotekoisesti Power-to-X:n avulla.

Metanoinniksi kutsuttu prosessi muistuttaa e-polttoaineiden valmistustapaa: vety (H₂) ja hiilimonoksidi (CO) reagoivat suuressa paineessa, ja katalyytin avulla saadaan aikaan metaania (CH₄), joka on maakaasun pääaine.

Tanskan teknisen yliopiston tutkijat totesivat vuonna 2019 julkaistussa tutkimuksessaan, että jopa 80 prosenttia energiasta voi säästyä matkalla vihreästä sähköstä kaasuksi ja siitä takaisin sähköksi.

E-polttoaineet aiheuttavat poltettaessa yhtä paljon CO₂-päästöjä kuin luonnolliset polttoaineet.

E-polttoaineet ovat kuitenkin paljon vihreämpiä kuin luonnossa syntyneet fossiiliset polttoaineet.

Sellaisista ”mustista” polttoaineista kuin kivihiili, maakaasu ja öljy syntyy ilmastoon vaikuttavia hiilidioksidipäästöjä kahdessa vaiheessa: silloin, kun raskas, energiaintensiivinen teollisuus hankkii niitä maan uumenista tai merenpohjasta, ja silloin, kun niitä käytetään.

Sen sijaan keinotekoisia polttoaineita valmistetaan ylimääräisellä vihreällä energialla.

Lisäksi sähköpolttoaineiden vety on mahdollista tuottaa kestävästi Power-to-X:n avulla. Ja toinen osa – hiilimonoksidi – voi olla peräisin esimerkiksi biomassasta tai ilmasta talteen otetusta hiilidioksidista, joka pakotetaan luovuttamaan happiatomeja.

Hiilidioksidia voidaan ottaa talteen esimerkiksi fossiilisia polttoaineita käyttävissä voimalaitoksissa, joista sitä vapautuisi muutoin ilmakehään tonneittain.

Power-to-X voi tuottaa vihreää käyttövoimaa kaikille niille aloille, jotka eivät voi käyttää akkuja, kuten ilmailu, merenkulku ja raskas liikenne sekä erittäin energiaintensiivinen teollisuus.

Niistä ilmeisin on energiasektori, joka varmistaa, että pistorasiasta tulee sähköä, asunnot pysyvät lämpiminä ja polttomoottorit käyvät. Vielä vuonna 2019 fossiilisilla polttoaineilla katettiin 84 prosenttia maailman kokonaisenergiankulutuksesta.

Toinen – helposti unohtuva – energiasyöppö on ammoniakin valmistus. Kun mittapuuna pidetään painoa, ammoniakki on maailman toiseksi eniten tuotettu aine. Vain rikkihappoa valmistetaan enemmän. Molemmat ovat tärkeitä lannoitteiden ainesosia, ja jatkuvasti kasvava ihmiskunta lannoittaa viljelmiään aina vain enemmän.

Ammoniakissa on kyse vedyn ja typen vahvasta kemiallisesta liitosta. Typpeä voidaan melkein nyhjäistä tyhjästä, sillä ilma koostuu siitä noin 78-prosenttisesti. Power-to-X voi puolestaan toimittaa vedyn. Näin maailman 150 000 000 tonnin vuotuista ammoniakintuotantoa on mahdollista vihertää.

Ammoniakkia käytetään paitsi polttoaineena myös jäähdytyslaitteissa ja pesuaineissa. Ylimääräistä sähköä voidaan muuttaa suhteellisen tehokkaasti ammoniakiksi.

Erityisesti Eurooppa investoi voimakkaasti Power-to-X-laitoksiin.

Esimerkiksi Suomessa rakennetaan parhaillaan maan suurinta P2X-laitosta Mikkeliin. Vuodesta 2026 alkaen laitos tuottaa sähköä 50 megawatin teholla ja 12 000 tonnia synteettistä metaanikaasua vuodessa. Sitä käytetään paikalliseen kaukolämmitykseen.

Ehkä tällä haavaa jopa maailman suurin hanke on vireillä Tanskassa. Jyllannin lounaisosassa Esbjergin satamakaupungin lähellä sijaitsevan Pohjanmeren tuulipuiston tuottamaa sähköä aiotaan muuttaa vihreäksi ammoniakiksi yhden gigawatin tehoisessa elektrolyysilaitoksessa.

Suunnitelmissa on valmistaa 900 000 tonnia ilmastoystävällistä ammoniakkia vuodessa. Hankkeen takana olevien henkilöiden mukaan päästösäästö on puolitoista miljoonaa tonnia hiilidioksidia vuodessa. Se vastaa 730 000 bensiiniauton poistamista liikenteestä.

Power-to-X herättää toiveita, mutta tekniikoilla on myös omat rajoituksensa.

Taloudellisesti Power-to-X ei pysty kilpailemaan fossiilisten polttoaineiden kanssa. Vuonna 2022 tehdyn tutkimuksen mukaan esimerkiksi kilo Power-to-X-vetyä maksaa 5,31 euroa. Hinta oli paljon korkeampi kuin fossiilisista polttoaineista saatavan vedyn silloinen markkinahinta, joka oli vain euro kilolta.

Erityisesti ylimääräisellä sähköllä vetyä valmistavat kalliit elektrolyysilaitokset nostavat Power-to-X-tuotteiden hintaa.

Ongelmallista on myös se, että kolmannes elektrolyysissä kuluvasta vihreästä sähköstä menee hukkaan. Siksi valmistettu vety sisältää ainoastaan kaksi kolmasosaa sen tuottamiseen käytetystä energiasta.