VTT ratkaisi päästöttömän vetyteknologian haasteita

Vetyteknologian merkitys kasvaa ilmastonmuutoksen hillinnässä. Teollisuuden raaka-aineena tunnettu vety sopii myös polttoaineeksi ja energian varastointiin, ja sitä voidaan valmistaa päästöttömästi vedestä. VTT on yhdistänyt vedestä vetyä ja vedystä sähköä tuottavat laitteet yhdeksi siirrettäväksi järjestelmäksi, joka tuottaa vetyä peräti 80–90 prosentin hyötysuhteella.

Kun vety kohtaa hapen polttokennossa, syntyy sähköä ja päästöinä pelkkää vesihöyryä. Tämä vetyteknologian sähkökemiallinen perusta on vanha, mutta sen tuoreet sovellukset ovat yhä tärkeämpiä, kun pyritään eroon fossiilisista polttoaineista esimerkiksi raskaassa liikenteessä ja sähköntuotannossa. Ydinkysymykseksi on noussut, miten polttokennon polttoaineena käyttämä vety tuotetaan.

Vetyä on tuotettu perinteisesti fossiilisista raaka-aineista, kuten maakaasusta, mutta sitä voidaan tuottaa myös elektrolyyserissä hajoittamalla vesi vedyksi ja hapeksi sähkövirran avulla. Näin vedystä tulee päästötön polttoaine, jos sähkö on tuotettu päästöttömästi.

”Kehitimme polttokenno-elektrolyyserijärjestelmän eli reversiibelin polttokennojärjestelmän, joka tuottaa vetyä ja päinvastaiseen suuntaan käytettäessä sähköä. Laite voi toimia esimerkiksi tuulivoimalan yhteydessä, jolloin ympäristöystävällinen tuulisähkö voidaan varastoida vedyksi ja palauttaa taas sähköksi kulutushuippujen aikana. Laite mahtuu konttiin, ja se on helppo viedä myös ajoneuvojen tankkausasemalle tai liittää kemianteollisuuden prosessiin, joka käyttää vetyä raaka-aineena. Laitteen pystyy toteuttamaan käyttökelpoisessa mittakaavassa”, kertoo tutkija Ville Saarinen VTT:n polttokennotiimistä.

Ylivoimainen hyötysuhde kiinteäoksiditeknologialla

Heikko hyötysuhde on jarruttanut päästöttömän vedyn valmistusta ja siten myös vetyteknologian yleistymistä. Kaupalliset elektrolyyseriteknologiat perustuvat joko alkaliteknologiaan tai PEM-teknologiaan (Proton Exchange Membrane), jota käytetään myös polttokennoautoissa. Sillä on päästy noin 60 prosentin hyötysuhteeseen, eikä kaksisuuntainen käyttö ole mahdollista. VTT:n tiimi käytti kiinteäoksidi- eli SOC-teknologiaa (Solid Oxide Cells).

”Kiinteäoksiditeknologia ja sen edellyttämä 700 asteen käyttölämpötila mahdollistavat erittäin korkean hyötysuhteen vedyn valmistuksessa. Pääsemme sillä 80–90 prosenttiin”, Saarinen sanoo.

Toisin kuin PEM-polttokenno, VTT:n reversiibeli kiinteäoksidipolttokenno (rSOC) voi hyödyntää vedyn ohella myös suoraan muita polttoaineita, kuten maakaasua tai biokaasua, siis metaania. Polttoainejoustavuus voi osoittautua hyvinkin merkittäväksi tekijäksi seuraavan 20 vuoden aikana siirryttäessä vaiheittain kohti päästötöntä energiajärjestelmää.

Tällä hetkellä vedyn valmistusta kiinteäoksiditeknologialla jarruttaa ennen kaikkea hinta. Kiinteäoksidikennojen valmistuksessa ei käytetä esimerkiksi kalliita platinakatalyyttejä, kuten PEM-kennoissa, mutta keraamisten elektrolyyttien ja niistä koottujen kennojen valmistus on teknisesti vaativaa.

VTT:n polttokennotiimi kehitti polttokenno-elektrolyyserijärjestelmän osana kolmivuotista BALANCE-EU-projektia, joka päättyy tämän vuoden marraskuussa.

(www.balance-project.org)