VEDYN MAHDOLLISUUDET TULEVAISUUDEN ENERGIANTUOTANNOSSA

Sähkömagnetiikan laitos 5.10.2007 SMG-4050 Energian varastointi ja uudet energialähteet Seminaarityö VEDYN MAHDOLLISUUDET TULEVAISUUDEN ENERGIANTUOTANNOSSA Hakala, Maija, 190144 Niemelä, Mikael, 194106 Selonen, Tiia, 189711 Ylä-Outinen, Ville, 189767

1 SISÄLLYS 1. Johdanto... 2 2. VETY... 3 2.1. Ominaisuudet... 3 2.2. Valmistaminen... 3 2.2.1. Höyryreformaatio... 3 2.2.2. Biomassan kaasutus... 4 2.2.3. Elektrolyysi... 5 2.2.4. Lämpökemiallinen vedyn tuotanto... 5 2.3. Varastointi... 6 2.3.1. Metallihybrideihin varastointi... 6 2.3.2. Kemiallinen varastointi... 7 3. POLTTOKENNOT... 8 3.1. Polttokennojen toimintaperiaate... 8 3.2. Polttokennotyypit... 10 3.2.1. Kiinteäoksidipolttokenno (SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)... 11 3.2.2. Polymeerimembraanipolttokenno (PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)... 11 3.2.3. Alkaalipolttokenno (AFC, Alkaline Fuel Cell)... 11 3.2.4. Fosforihappopolttokenno (PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell)... 12 3.2.5. Sulakarbonaattipolttokenno (MCFC, Melted Carbonate Fuel Cell)12 3.3. Polttokennojen haasteita... 12 3.4. Polttokennojen hyötyjä... 12 4. VETYTALOUS... 14 4.1. Vetytalouden ja polttokennojen kehitysnäkymät... 14 4.2. Vetyteknologian mahdollisuudet Suomen energiantuotannossa... 17 5. YHTEENVETO... 19 Lähteet... 20

2 1. JOHDANTO Maailma teollistuu ja kehittyy koko ajan, näin ollen energian tarve kasvaa jatkuvasti. Samalla fossiilisten polttoaineiden (öljy, kivihiili, maakaasu) varannot hupenevat. Lisäksi kriittisten öljy- ja maakaasulähteiden sijaitseminen poliittisesti herkillä alueilla saattaa aiheuttamaa konflikteja teollistuneiden suurvaltojen ja tuottajamaiden välille sekä altistaa polttoaineiden hintojen vaihtelulle. Energian tuottaminen fossiilisilla polttoaineilla synnyttää hiilidioksidipäästöjä, jotka tutkimusten mukaan edistävät maapallon ilmaston lämpenemistä ja kasvihuoneilmiötä. Fossiilisten polttoaineiden käyttö myös ajoneuvojen energian lähteenä aiheuttaa mittavat päästöt. Pitää keksiä uusia entistä ympäristöystävällisempiä ja tehokkaampia keinoja tuottaa energiaa. Tarvitaan energianlähde, jota löytyy maan pinnalta riittävästi vastaamaan tulevien vuosien energiatarpeeseen edistäen kasvua ja luoden uusia mahdollisuuksia yhteiskunnalle kehittyä. Yksi ratkaisu voisi olla vety, jota löytyy maapallolta suuria määriä sitoutuneena muihin alkuaineisiin. Vedyn käyttö energiantuotannossa on saasteetonta, mikäli vedyn valmistukseen primäärienergianlähteestä käytetty energia on myös tuotettu päästöttömästi. Näin ollen on taloudellisesti satsattu vetyteknologian kehitykseen, että saataisiin mittavat vetyvarannot käyttöön.

3 3 2. VETY 2.1. Ominaisuudet Vety on jaksollisen järjestelmän ensimmäinen, ja siten kevein alkuaine, sillä on vain yksi protoni, jota kiertää yksi elektroni. Vety on hajuton, mauton ja väritön ja myrkytön kaasu, mutta se on erittäin herkästi palavaa ja räjähtävää ja muodostaa palavan seoksen ilman kanssa jo 4 % pitoisuuksina. Puhdas happi-vety -liekki palaa ultravioletin spektrin alueella, minkä takia liekki on lähes näkymätön. Kuten muillakin pienimolekyylisillä kaasuilla, myös vedyllä kiehumispiste ja sulamispiste ovat varsin alhaisia, 20.28 K ja 14.01 K. [2] Tämä johtuu siitä että poolittomilla molekyyleillä kuten vedyllä tai metaanilla molekyylien välillä vaikuttaa vain heikko van der Waalsin voima, joka johtuu elektronien satunnaisesta pörräämisestä molekyylien ympärillä, mikä aiheuttaa hetkellistä dipolimaisuutta kun elektronit ovat toisella puolella molekyyliä. Vetyä poltettaessa syntyvä energiamäärä on vedyn keveydestä johtuen varsin suuri, 119 MJ/kg, kun esim. enimmäkseen propaania sisältävällä nestekaasulla on 42 MJ/kg. [1] Sen sijaan moolia kohden vapautuva energiamäärä on verraten pieni, 572 kj/mol (propaanilla 2202 kj/mol), mikä tekee vedyn varastoinnista vaikeaa sillä sama moolimäärä kaasua kuluttaa saman tilan. [2,3] Vety liukenee moniin metalleihin, mikä on yksi mahdollinen tapa varastoida sitä polttoaineena käytettäväksi. Vedyllä on myös taipumuksena muodostaa hiilen kanssa hiilivetyjä, jotka ovatkin nykyajan käytetyimpiä polttoaineita. 2.2. Valmistaminen Vetyä ei esiinny maapallolla vapaana, minkä takia se ei ole primäärienergian lähde, vaan ainoastaan tapa varastoida energiaa. Käytettävä vety pitää siis tuottaa joko sähkökemiallisilla tai lämpökemiallisilla reaktioilla tai erottelemalla vetyä hiilivedyistä höyryreformaation avulla. 2.2.1. Höyryreformaatio Höyryreformaatio on halvin ja nykyisin yleisimmin käytetty tapa tuottaa vetyä. Useimmiten hiilivetynä käytetään maakaasua eli metaania. Korkeassa lämpötilassa (700 1100 C) ja katalyytin, esim. nikkelin läsnä ollessa, vesihöyry reagoi metaanin tai muun käytettävän hiilivedyn kanssa tuottaen hiilimonoksidia ja vetyä. Edelleen hiilimonoksidista voidaan saada lisää vetyä alemmassa lämpötilassa tapahtuvalla reaktiolla, missä hiilimonoksidi reagoi höyryn kanssa.

4 CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 CO + H 2 O CO 2 + H 2 Höyryreformaation ongelmana on se, että siinä käytetään fossiilisia polttoaineita tuottamaan vetyä, ja siten siitä ei ole juurikaan apua kasvihuonepäästöjen vähentämisessä. Höyryreformaation hyötysuhde on 70 85 % ja polttokennojen hyötysuhde 50 %. [4] Olettaen että sähkömoottorin hyötysuhde on 90 %, kokonaishyötysuhteeksi saadaan 32 38 %, mikä on samaa luokkaa polttomoottoreiden kanssa, joten vedyn käyttö ei edes nostaisi hyötysuhdetta. Pieniä höyryreformaatioyksiköitä on kuitenkin suunniteltu käytettäväksi polttokennoautoissa, sillä vetyä sisältävien kemiallisten yhdisteiden, kuten alkoholien varastointi on selvästi helpompaa kuin vapaan vedyn. Autossa oleva höyryreformaatioyksikkö muuttaisi esim. metanolin hiilidioksidiksi ja vedyksi, joka sitten syötettäisiin polttokennolle. Alkoholeja taas voidaan tuottaa käymisprosessien avulla, joten tällä tavalla pystyttäisiin vähentämään fossiilisten polttoaineitten käyttöä. Tässä on kuitenkin sama ongelma kuin etanolipolttoaineen tuottamisessa polttomoottoreille: maanviljelyskapasiteetti ei tahdo riittää riittävän suuren mittakaavan tuotantoon. Lisäksi höyryreformaation vaatimat korkeat lämpötilat ja jäljelle jääneen hiilimonoksidin mahdollisuus myrkyttää polttokenno ovat ongelmana. [4] 2.2.2. Biomassan kaasutus Vetyä voidaan myös valmistaa biomassasta hieman höyryreformaation kaltaisella prosessilla, jonka tekniikka on käytännössä pitkälti samanlaista kuin aikoinaan käytetyissä häkäpöntöissä. Biomassaan johdetaan 600 1000 C lämpötilassa ilmaa, jonka sisältämä happi reagoi biomassan hiilen kanssa muodostaen hiilidioksidia, - monoksidia ja vetyä. Tämän jälkeen hiilimonoksidin avulla voidaan saada lisää vetyä samaan tapaan kuin höyryreformaatiossa. [5] Biomassa + O 2 CO + H 2 + CO 2 + energiaa CO + H 2 O CO 2 + H 2 Biomassan käyttämisessä raaka-aineena fossiilisten polttoaineitten sijaan on se etu, ettei se käytännössä aiheuta hiilidioksidipäästöjä, sillä raaka-aineessa, esimerkiksi hakkeessa oleva hiili sitoutuu uudestaan, kun metsä ajan mittaan kasvaa takaisin. Tällä tavalla tuotetusta vedystä pitää kuitenkin poistaa hiilidioksidi ja muut polttokennon toimintaa haittaavat aineet, kuten jäljelle jäänyt terva.

5 2.2.3. Elektrolyysi Elektrolyysi on tapa erottaa alkuaineita tai kemiallisia yhdisteitä toisistaan laittamalla sähkövirta niiden läpi. Käytännössä patterit ja polttokennot hyödyntävät käänteistä elektrolyysiä. Yksi elektrolyysin sovellus on vedyn erottaminen vedestä sähkön avulla. Tämä on sikäli merkittävää, että tuotettaessa vety elektrolyysillä voitaisiin päästä kokonaan eroon fossiilisista polttoaineista polttoaineketjussa, mikäli elektrolyysissä käytetty sähkö on tuotettu ydinvoimalla tai uusiutuvilla energianlähteillä. Toisin kuin lämpövoimakoneissa, elektrolyysin hyötysuhde voi olla teoriassa mielivaltaisen lähellä 100 %:a, mutta käytännössä näin lähelle ei tietenkään päästä, vaan osa sähköenergiasta muuttuu lämmöksi. Käytännössä parhain saavutettavissa oleva hyötysuhde on 80 94 %, mutta tuotettaessa sähkö lämpövoimakoneisiin kytketyllä generaattorilla muunnoksen kokonaishyötysuhde on paremminkin 25 40 %. [6] Nykyisin noin 4 % maailmalla tuotetusta vedestä tuotetaan elektrolyysillä, ja normaalisti tuotettu vety käytetään paikan päällä. Lisäksi veden elektrolyysissä tarvitaan platinaelektrodeja, sillä muut metallit reagoivat anodilla syntyvän hapen kanssa, esim. rautaelektrodeja käytettäessä anodilla oleva rauta hapettuu rautaoksidiksi. [6] Elektrolyysin laajamittaisessa hyödyntämisessä vaikein ongelma on kuitenkin vedyn vaikea varastoitavuus. Korkean lämpötilan elektrolyysi on nimensä mukaisesti korkeassa lämpötilassa suoritettu elektrolyysi. Se olisi taloudellisesti kannattavampaa kuin normaali elektrolyysi sillä veden elektrolyysi vaatii vähemmän sähköenergiaa korkeissa lämpötiloissa (ja vesi hajoaa itsestään vedeksi 2500 C lämpötilassa), osan energiasta tullessa lämmöstä. [7] Lämpöä taasen on halvempi tuottaa kuin sähköä. Ei-fossiiliset lämpö- ja sähköenergian lähteet kuten ydinvoima tai aurinkoenergia voisivat sopia energian tuotantoon korkean lämpötilan elektrolyysillä. Tosin lämpökemialliset reaktiot, kuten rikki-jodi -sykli, jotka eivät vaadi lämpövoimakonetta toimiakseen kilpailevat korkean lämpötilan elektrolyysin kanssa. 2.2.4. Lämpökemiallinen vedyn tuotanto Vettä voidaan hajottaa myös pelkän lämpöenergian avulla, korkeassa lämpötilassa (2500 C) vesi hajoaa itsekseen vedyksi ja hapeksi lämpöenergian avulla. [7] Rikkijodisyklin avulla vettä voidaan kuitenkin hajottaa huomattavasti alhaisemmassa lämpötilassa. Rikki-jodisykli koostuu kolmesta vaiheesta: I 2 + SO 2 + 2 H 2 O 2 HI + H 2 SO 4 (120 C) 2 H 2 SO 4 2 SO 2 + 2 H 2 O + O 2 (830 C) 2 HI I 2 + H 2 (320 C)

6 Ensimmäisen vaiheen jälkeen HI erotetaan tislaamalla, ja toisen vaiheen jälkeen vesi, rikkidioksidi ja jäljelle jäänyt rikkihappo pitää erottaa hapesta kondensoimalla, ja lopuksi kolmannen vaiheen jälkeen jodi erotetaan kondensoimalla. Jodi ja rikkidioksidi käytetään uudestaan, joten luontoon ei pääse haitallisia jätteitä. Syklissä energiaa kuluu endotermisissa toisessa ja kolmannessa reaktiossa, ja vapautuu jonkin verran eksotermisessa ensimmäisessä reaktiossa. [8] Lämpökemiallista rikki-jodisykliä käytettäessä ei tarvita lämpökoneita, ja siksi hyötysuhde on parempi, noin 50 %, kuin jos lämpö muutettaisiin sähköksi lämpövoimakoneella ja sitten elektrolyysin avulla erotettaisiin vedestä vetyä. Vedyn tuotantoon on suunniteltu VHTR (very high temperature reactor eli hyvin korkean lämpötilan reakori) -reaktoreita, joissa ulostulolämpötila on 1000 C eli riittävä rikkijodisykliin. Eniten tutkittu VHTR-reaktorimalli on heliumjäähdytteinen 600 MW lämpöteholtaan oleva reaktori. Helium ei jalokaasuna juurikaan reagoi muiden aineiden kanssa, joten se sopii käytettäväksi korkeissa lämpötiloissa, toisin kuin useimmat muut aineet, jotka alkavat saada korrosiivisia ominaisuuksia. Suolajäähdytteisiä VHTRreaktoreita on myös tutkittu, ja niillä saataisiin parempi hyötysuhde ja pienempi paine, mutta ne tarvitsevat heliumjäähdytteisiä enemmän tutkimusta ja tuotekehittelyä. [9] Ylipäätään rikki-jodisykli on ehkäpä lupaavin vedyn tuotantotapa pitkällä aikavälillä, mutta se vaatii vielä melko paljon tutkimusta. Etenkin korkean lämpötilan reaktorit ovat vielä vähän vaiheessa, ensimmäisen VHTR-reaktorin NGNP:n (Next Generation Nuclear Plant) on tarkoitus valmistua vuonna 2021. [10] 2.3. Varastointi Vedyn varastointi on suurin ongelma, joka hidastaa vetytalouteen siirtymistä. Matala kiehumispiste ja moolimassa tekevät varastointiteknologian suunnittelusta haastavaa. Toisin kuin nestekaasua, nestemäistä vetyä ei ole helppo varastoida teräspulloihin. Vedyn varastointiin on pääasiallisesti suunniteltu vedyn nesteyttämistä, metallihydrideihin varastoimista tai kemiallista varastointia. Kemiallisessa varastoinnissa vety yksinkertaisesti säilytetään kiehumispisteensä alapuolella, mikä on alhaisesta kiehumispisteestä johtuen vaikeaa ja jäähdytykseen kuluu energiaa. Lisäksi saavutettu energiatiheys on silti pieni, samassa tilavuudessa bensaa on 64 % enemmän vetyä kuin mitä nestemäisessä vedyssä on. [11] 2.3.1. Metallihybrideihin varastointi Monet metallit imevät vetyä itseensä siinä määrin että niitä voidaan käyttää jopa vedyn varastointiin energiankäyttötarkoituksissa. Osa hydrideistä on nesteitä, ja osa kiinteitä aineita, joista voitaisiin tehdä esimerkiksi pellettejä. Vetytaloudessa käytettäväksi ehdotetut hydridit sisältävät yksinkertaisia magnesiumin ja siirtymäalkuaineiden hydridejä sekä monimutkaisia, natriumia, litiumia tai kalsiumia ja alumiinia tai booria. Ko. Hydrideillä on tilavuuden suhteen hyvä energiatiheys, mutta

7 painon suhteen energiatiheys on huonompi kuin hiilivedyillä. Lisäksi hydridit vaativat usein korkeita lämpötiloja vedyn vapauttamiseen. [11] Myös vedyn varastointia lasikuuliin on tutkittu, sopivissa olosuhteissa lasi muuttuu vetyä läpäiseväksi. Kun lasi muuttuu taas vetyä läpäisemättömäksi, vety jää lasin sisälle. 2.3.2. Kemiallinen varastointi Vedyn varastointia kemiallisiin yhdisteisiin, kuten ammoniakkiin tai hiilivetyihin on myös tutkittu. Ammoniakki NH 3 tuottaa erinomaisia vedyn varastointitiheyksiä, eikä se vaadi kovin suuria paineita tai alhaisia lämpötiloja varastointia varten. Lisäksi sitä voidaan varastoida veteen sekoitettuna normaalissa ilmanpaineessa ja lämpötiloissa. Ammoniakki on myös yksi maailman yleisimmin käytetyistä teollisuuskemikaaleista, joten sille on olemassa valmis tuotanto- ja jakeluverkosto. Ammoniakki voidaan reformoida tuottamaan vetyä ilman haitallisia päästöjä. [11] Toinen vaihtoehto vedyn varastoinnille ovat keinotekoiset hiilivedyt ja alkoholit, jotka sitten höyryreformoitaisiin ennen polttokennoa olevalla höyryreformaatioyksiköllä. Lisäksi on kehitteillä suoraan metanolia käyttäviä polttokennoja.

8 8 3. POLTTOKENNOT Vetyä voidaan käyttää energiantuotantoon polttamalla sitä kaasumoottoreissa tai - turbiineissa tai hyödyntämällä vetyä polttokennoissa. Vedyn polttaminen on päästötön tapa tuottaa energiaa, joka hallitaan hyvin. Menetelmä ei kuitenkaan tarjoa tulevaisuuden kannalta uusia mahdollisuuksia. Polttokennoilla sen sijaan vedyn energiasta saadaan hyödynnettyä suurempi osa kuin polttamalla. Polttokennon nimi on harhaanjohtava, sillä kennoissa vety yhdistetään happeen sähkökemiallisesti, eikä liekillistä palamista tapahdu. [23] Polttokennot ja niiden kehittyminen ovat hyvin tärkeässä osassa vetyteknologiaan ja vetytalouteen liittyvissä kysymyksissä. Ne ovat sovelluksia, joiden avulla vedyn käytöstä saataisiin todellisia hyötyjä päästöjen vähentämisessä ja energiatehokkuudessa sekä öljyriippuvuudesta irtipääsemiseen. 3.1. Polttokennojen toimintaperiaate Polttokennojen toimintaperiaate on yksinkertainen. Ne hyödyntävät sähkökemiallista energiaa vedyn ja hapen reagoidessa keskenään. Polttokenno siis koostuu elektrodeista ja niiden välisestä elektrolyytistä. Anodille tuodaan vetyä, joka hajoaa siellä protoneiksi ja elektroneiksi. Protonit kulkeutuvat elektrolyyttiä pitkin katodille ja elektronit ulkoista johdinta pitkin muodostaen näin sähkövirran. Katodilla sinne tuotu happi reagoi protonien ja elektronien kanssa muodostaen vettä. Yhdestä kennosta saatava jännite on kuitenkin pieni, vain 0,7 V, joten polttokennoja on kytkettävä sarjaan nipuiksi, jotta jännite saadaan nousemaan kulloisenkin sovelluksen vaatimalle tasolle. [15] Tästä syystä polttokennojen rakenne sisältää kaasudiffuusiokerroksia ja virtauskanavalevyjä elektrodien välissä. [17] Kuvassa 1 on esitetty vedyllä toimivan polttokennon toimintaperiaate ja sen alla katodilla ja anodilla tapahtuvat reaktiot sekä taulukossa 1 on kooste polttokennojen ominaisuuksista.

9 Kuva 1. Vedyllä toimivan polttokennon toimintaperiaate. H 2 2 H + +2e - O 2 + 4H + + 4e - 2H 2 O Taulukko 1: Kooste eri polttokennotyyppien ominaisuuksista [15] SOFC PEMFC AFC PAFC MCFC käyttölämpötila (ºC) 600-1000 80 65-220 205 650 varauksen kuljettaja O - H + OH - H + - CO 3 elektrolyytti Y 2O 3-stabiloitu ZrO 2 ioninvaihtomembraa ni, ohut kiinteä muovikalvo KOH huokoisessa stabiloidussa matriisissa Nestemäinen fosforihappo piikarbidissa Sula alkaalikarbonaatti LiAlO 2-matriisissa Anodi NiZrO 2 cermet Platina hiilen päällä Platina seokset tai Rayney nikkeli Huokoinen platina Huokoinen nikkeli Katodi Sr-doupattu LaMnO 3 Platina hiilen päällä Platina, hopea tai nikkelioksidi Huokoinen platina Nikkelioksidi H 2 Polttoaine Polttoaine Polttoaine Polttoaine Polttoaine CO Polttoaine Myrkky Myrkky Polttoaine CO 2 Laimennin Laimennin Myrkky Laimennin Laimennin CH 4 Polttoaine Laimennin Laimennin Laimennin S Myrkky Ei tietoa Myrkky Myrkky Tuotteena syntyvä vesi on siis ainoa polttokennolta tuleva tuote, joten polttokenno itsessään on hyvin saasteeton. On kuitenkin huomattava, että polttoaineena käytettävän vedyn tuotanto ei täysin saasteetonta välttämättä ole. Tavallisin valmistustapa on höyryreformilla maakaasusta, jossa vapautuu muun muassa hiilidioksidia.

10 3.2. Polttokennotyypit Polttokennoja voidaan jaotella joko käyttölämpötilan tai käytetyn elektrolyytin mukaan. Korkean käyttölämpötilan polttokennoja ovat sulakarbonaattipolttokennot ja kiinteäoksidipolttokennot. Alkaali-, polymeerimembraani- ja fosforihappopolttokenno ovat matalan käyttölämpötilan kennoja. Matalan lämpötilan polttokennoissa on huomioitava, että reaktionopeuden saamiseksi tarpeeksi korkealle tasolle, on polttokennoissa käytettävä katalyyttina esimerkiksi platinaa. Korkean lämpötilan polttokennot toimivat sen verran korkeissa lämpötiloissa, että reaktionopeus saadaan riittävän korkeaksi ilman katalyyttejakin. Lisäksi korkean lämpötilan polttokennot vaativat pidemmän ajan käyttölämpötilan saavuttamiseen ja soveltuvat näin ollen paremmin voimantuotantoon, koska ne eivät pysty vastaamaan nopeaan tehontarpeeseen. Hyötynä korkealla käyttölämpötilalla saavutetaan pienempi herkkyys polttoaineen puhtaudelle ja hyvä soveltuvuus yhdistettyyn sähkön ja lämmön tuotantoon. Alhaisella käyttölämpötilalla toimivat polttokennot sen sijaan soveltuvat hyvin ajoneuvosovelluksiin ja kannettaviin elektroniikkalaitteisiin. Ajoneuvot nimittäin vaativat nopeaa kykyä reagoida tehontarpeen kasvuun, mihinkä alhaisen lämpötilan polttokennot pystyvät vastaamaan. [12,14] Kuvassa Kuva 1 on havainnollistettu jo käytössä olevia ja mahdollisia tulevaisuuden polttokennoteknologian polttoainelähteitä ja sovelluskohteita. Kuva 2. Polttokennoteknologiat, mahdolliset polttoaineet ja sovelluskohteet (Sektorien koolla ei ole yhteyttä nykyisiin tai tuleviin markkinoihin.) [25]

11 3.2.1. Kiinteäoksidipolttokenno (SOFC, Solid Oxide Fuel Cell) Korkean lämpötilan polttokennona SOFC sopii parhaiten suureen voimalaitoskäyttöön. Kääntöpuolena taas on polttokennon vaatimien materiaalien korkeat kustannukset. [12] Kiinteäoksidipolttokennon elektrolyytti on siis ohut, keraaminen kiinteä rakenne. Käytetyt rakenteet ovat, joko putkimaisia tai levymäisiä. Elektrolyytin kiinteä olomuoto mahdollistaa sen, ettei polttokennoihin tarvitse rakentaa huokoisia rakenteita elektrolyyttiä varten, kuten nestemäisille elektrolyyteille. [12] Kiinteäoksidipolttokennoissa päästään korkeisiin hyötysuhteisiin. Pelkässä sähköntuotannossa voidaan saavuttaa jopa 60 %:n hyötysuhde ja yhdistetyssä lämmön ja sähkön tuotannossa yli 70 %:n hyötysuhde. [12] Voimalaitoksia kehittävät yhtiöt ilmoittavat saavansa prototyypin valmiiksi tämän vuosikymmenen loppupuolella. SOFC:a pidetään tulevaisuuden voimalaitosteknologiana, mutta sen kehitysaste on kuitenkin tässä vaiheessa vielä MCFC:tä jäljessä. [15] 3.2.2. Polymeerimembraanipolttokenno (PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell) PEM-polttokennoilla on suuri tehotiheys, ja ne kykenevät vastaamaan nopeasti vaihtuvaan tehon tarpeeseen. Ne soveltuvatkin esimerkiksi ajoneuvokäyttöön hyvin. PEM-polttokennojen käyttö voimalaitoksissa on ollut vaihtelevaa, johtuen osaltaan niiden heikohkosta sähköhyötysuhteesta. Suurempien kennostojen sähköhyötysuhde on luokkaa 35 % ja CHP käytössä kokonaishyötysuhde nousee 75 %. [15] Lisäksi pienet PEM-polttokennot voisivat korvata kannettavien elektroniikkalaitteiden akkuja. PEMpolttokennot ovat matalanlämpötilan polttokennoja. PEM-polttokennojen elektrolyytti tulisi olla vedellä kyllästetty, joten sekä polttoaineen, että ilman kosteuden tarkkaileminen on tärkeää. [12] 3.2.3. Alkaalipolttokenno (AFC, Alkaline Fuel Cell) Alkaalipolttokennot ovat vanhimpia ja näin ollen kehittyneimpiä polttokennoja. Alkaalipolttokennoja onkin käytetty muun muassa NASA:n avaruusaluksissa sähkön ja juomaveden tuottajina. Niiden sähköhyötysuhde on polttokennojen korkeimpia noin 70 %. Alkaalipolttokennot ovat kuitenkin erittäin herkkiä ilmassa tai polttoaineessa olevalle hiilidioksidille (CO 2 ), joka myrkyttää elektrolyytin nopeasti, mikä vaikuttaa merkittävästi huonontaen polttokennon toimintaa. Lisäksi alkaalipolttokennot ovat samalla tavalla herkkiä häkälle (CO 2 ), vedelle(h 2 O) ja metaanille(ch 4 ). Tästä johtuen Alkaalipolttokennoja ei voida hyödyntää ajoneuvoissa, vaan hyvin suljetuissa systeemeissä kuten avaruusaluksissa ja sukellusveneissä. Hyvänä puolena alkaalipolttokennoissa ovat niiden halvat materiaalikustannukset. Tärkeänä tekijänä on katalyytti, johon on alkaalipolttokennoissa useata eri vaihtoehtoja, eikä sen näin ollen tarvitse välttämättä olla kovin kallista materiaalia. [12]

12 3.2.4. Fosforihappopolttokenno (PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell) Fosforihappopolttokennot olivat ensimmäisiä kaupallisia polttokennoja, ja ovat kehittyneet luotettaviksi ja hintakin on laskenut melko alas, kuitenkin on huomattu, että hinta on vakiintunut 4000 $/kw:iin eikä sen aleneminen vaikuta todennäköiseltä, joten laitoksen jatkokehitys on keskeytetty. [15] Fosforihappopolttokennojen etuja on myös yksinkertainen rakenne, elektrolyytin alhainen haihtuvuus sekä se, että CO 2 ei myrkytä elektrolyyttiä. Fosforihappopolttokennot ovat olleet ainoastaan voimalaitoskäytössä. Niitä on tällä hetkellä installoituna noin 75 MW rakennuksiin, hotelleihin ja sairaaloihin Japanissa, Euroopassa ja Yhdysvalloissa. [12] 3.2.5. Sulakarbonaattipolttokenno (MCFC, Melted Carbonate Fuel Cell) Sulakarbonaattikenno on tällä hetkellä kehittynein voimalaitoskäyttöön soveltuva polttokennotyyppi. Ne ovat tällä hetkellä jo esikaupallisella asteella ja käytössä on jo useita laitoksia. Erona muihin polttokennoihin sulakarbonaattipolttokenno tarvitsee katodilla hapen (O 2 ) lisäksi hiilidioksidia, jotka yhdistyvät carbonaatti-ioniksi (CO 3 2- ) ja anodilla taas vedyn yhtyessä happeen syntyvä hiilidioksidi kierrätetään takaisin katodille. Sulakarbonaattipolttokennoissa siis tarvitsee kontrolloida ilman mukana tulevaa hiilidioksidia, jotta saavutetaan polttokennon optimaalinen toiminta. [12] Etuja ovat muun muassa halvat rakennemateriaalit, kuten ruostumaton teräs ja katalyyttinäkin voidaan käyttää nikkelipohjaisia materiaaleja. Korkea käyttölämpötila mahdollistaa myös polttokennoihin integroidun reformerin, joten polttoainetta ei tarvitse valmistaa erillisessä laitoksessa. Maakaasu, kaatopaikkakaasu ja hiilen kaasutuskaasu soveltuvat näin ollen suoraan käytettäväksi polttoaineena.[12] Lisäksi sulakarbonaattipolttokennojen sähköhyötysuhde lähestyy 60 %, mikä on korkea verrattuna muihin polttokennotyyppeihin. [13] Haittoina voidaan pitää karbonaattielektrolyytin korrodoivia ominaisuuksia. [12] 3.3. Polttokennojen haasteita Polttokennojen keskeisimpiä haasteita ovat niiden kestävyyden ja luotettavuuden parantaminen. Nämä ovat kuitenkin koko ajan kehittyneet ja polttokennojen tutkimukseen panostetaan tällä hetkellä voimakkaasti. Lisäksi vetytalouden läpilyömiseen vaikuttaa tietysti myös niiden hinta, joka toistaiseksi on ollut liian korkealla tasolla, vaikkakin laskemaan päin. Tämän ratkaisemiseksi tarvitsisi kehittää teknologiaa sekä polttokennojen massatuotantoa. [15] 3.4. Polttokennojen hyötyjä Tärkein polttokennojen hyöty verrattuna perinteiseen sähköntuotantoon, on niiden tehokkuus, joka perustuu kemiallisen energian muuttamiseen suoraan sähköksi. Näin ollen ei tarvitse sähköntuottamiseksi suorittaa veden höyrystämistä saastuttavilla

polttoprosesseilla. Polttokennosta siis saadaan sähköä ja lämpöä, mutta se ei kuitenkaan ole lämpövoimakone, kuten lähes kaikki muut nykyiset lämmöntuottamiseen käytetyt koneet. Tästä johtuen sen hyötysuhde saadaan korkeaksi verrattuna lämpövoimakoneisiin, joita rajoittaa Carnot n hyötysuhde. [14] Polttokennoja on mahdollista rakentaa hyvin moneen eri kokoluokkaan, joten niiden käyttökohteet ovat myös hyvin moninaiset. Mikään muu energiantuotantomuoto ei sovellu yhtä monimuotoiseen käyttöön kuin polttokennot. [16] Polttokennot ovat käytössä hyvin äänettömiä. Niitä voidaan siis käyttää pienen mittakaavan sovelluksissa esimerkiksi yksittäisissä taloissa, sillä ne eivät melullaan aiheuta häiriötä. [15] 13

14 4. VETYTALOUS Vetytalouden perusajatuksena on korvata nestemäiset polttoaineet, ja ehkä osittain myös maakaasu, vedyllä. Samalla polttoaineen asema primäärienergianlähteenä vaihtuisi energian kantajaksi: vety pitää ensin valmistaa jollain energiaa kuluttavalla menetelmällä. Tosin fossiilisten polttoaineiden käyttöön väistämättä liittyvät haitalliset hiilidioksidipäästöt torjuttaisiin, sillä vedyn käytön ympäristövaikutukset riippuvat vain sen tuotanto- ja jakeluketjusta. [18] Laajamittaiseen vetytalouteen siirtyminen edellyttää kuitenkin suuria taloudellisia satsauksia, vahvaa poliittista tahtoa sekä valtavan jakeluinfrastruktuurin kehittämistä ja rakentamista. [19] 4.1. Vetytalouden ja polttokennojen kehitysnäkymät Vetyä voidaan sähkön lailla valmistaa monella eri tavalla, sen käyttö on puhdasta ja lisäksi sitä voidaan varastoida. Tulevaisuuden energiaskenaarioissa monet tahot etenkin EU:ssa, Japanissa ja USA:ssa ovat päätyneet siihen, että vety tulee olemaan sähkön rinnalla merkittävä energiankantaja tulevaisuudessa. Euroopassa pääasiallisena motivaationa on ilmastonmuutoksen hillintä. Tämän lisäksi halutaan taata energian saatavuus, riittävyys ja turvallisuus sekä kehittää kilpailukykyistä energiateollisuutta. USA:n tärkeimpänä poliittisena visiona näyttää olevan energian saannin varmistaminen eli käytännössä öljyriippuvuuden vähentäminen. Euroopassa, Japanissa ja USA:ssa vetyteknologiaan ja polttokennojen kehittämiseen sijoitetaan paljon julkista rahaa. Vetytalous saattaa myös luoda kokonaan uuden teollisuuden haaran, jonka merkitys voi olla verrattavissa IT-teollisuuteen. Polttokenno- ja siihen liittyvien muiden laitemarkkinoiden on ennustettu kasvavan merkittävässä määrin lähivuosikymmeninä. [20] Euroopassa vetytalouden vauhdittajana on ajatus kasvihuonepäästöjen vähentämisestä, jolloin vety halutaan valmistaa uusiutuvista lähteistä. Päällimmäisiksi nousevat elektrolyysi käyttäen tuulivoimalla tuotettua sähköä, biomassan kaasutus ja biologiset menetelmät. Useat asiantuntijatahot tosin kyseenalaistavat näin tuotetun energian riittävyyden. Erittäin pitkällä tähtäimellä voi olla mahdollista myös esimerkiksi veden hajottaminen korkealämpöprosesseissa. USA:ssa vety on ajateltu tuottaa hiilestä kaasuttamalla ja myöhemmin myös ydinvoimalla käyttäen korkealämpötilareaktoreita. Ongelmana on hiilidioksidin talteenotto ja varastointi sekä korkealämpötilareaktorien kohdalla materiaalien kestävyys. [20] Vedyn laajamittaisen hyödyntämisen edellytyksenä on polttokennoteknologia. Vetytalouteen siirtyminen tulee tapahtumaan asteittain seuraavan viidenkymmenen vuoden aikana. Vaikka täydellistä vetytaloutta ei syntyisikään, välituotteena syntyy

kuitenkin paljon hyödyllistä teknologiaa ja teollista tuotantoa, jota voidaan hyödyntää toisaalla. Esimerkiksi polttokennoissa voidaan käyttää vedyn lisäksi kaikkia hiilivetypohjaisia polttoaineita. Polttokennot voivat saada merkittävän osuuden energiantuotannossa edellyttäen, että kestävyys ja hinta ovat sopivat. [20] Polttokennojen laajamittainen hyödyntäminen voisi olla erityisen ratkaisevassa roolissa kehitysmaissa, mikäli kehitysmaat siirtyisivät energiaratkaisuissaan suoraan hajautettuihin järjestelmiin. Sähkö voitaisiin tuottaa pienimuotoisesti paikallisista primäärienergianlähteistä. Tällöin ei tarvitsisi rakentaa raskasta sähköverkkoa, ja ratkaisu olisi sekä taloudellisten investointien että ympäristön kannalta edullinen. [20] Maailmalla on toiminnassa jo kolmisentuhatta erikokoista polttokennovoimalaitosta, jotka ottavat tarvitsemansa vedyn suoraan maakaasusta. Maailmalla käytettävästä vedystä arviolta 48 % tuotetaan maakaasun höyryreformoinnilla. Vetyä syntyy merkittäviä määriä myös kemian teollisuuden sivutuotteena. Teollisuuden käyttöön vety tuotetaan prosessikohtaisesti tai suurissa keskitetyissä laitoksissa. Vedyn teollinen tuotanto koko maailmassa on 550 miljardia m 3 vuodessa. Maakaasu on kuitenkin tulevina kymmeninä vuosina sähköntuotantoon käytettävien polttokennojen pääasiallinen polttoaine, jolloin hiilidioksidipäästöjä syntyy jonkin verran, mutta toisaalta vetytalouteen on siirryttävä vaiheittain. [20] Öljyvarantojen ehtyessä siirryttäneen osassa teollistuneita maita maakaasun laajamittaiseen käyttöön sekä sähkön ja lämmön tuotannossa että liikenteessä. Euroopassa on jo olemassa kattava maakaasun jakeluverkosto. Edullisten kustannusten vuoksi maakaasusta tullaan valmistamaan myös vetyä, jota tullaan biokaasun ohella siirtämään myös maakaasuverkoissa. [21] Kaikki suuret autonvalmistajat ovat jo kehittäneet polttokennoautojen prototyyppejä. Julkisessa liikenteessä testataan polttokennobusseja useassa maassa. Vedyn kuljetus putkistoissa tai tankkiautoilla on nykyteknologialla vielä kallista. Vetytankkausasemia on maailmalla tällä hetkellä 80 kappaletta, joista suurimpaan osaan vety kuljetetaan muualla. Lopuilla asemilla vety valmistetaan paikan päällä reformoimalla maakaasua tai useimmiten elektrolysoimalla vettä. Vedyn jakelu liikenteen polttoaineeksi edellyttää suuria investointeja. Esimerkiksi USA:ssa on laskettu, että jotta polttokennoautojen käyttö voisi yleistyä, 30 % huoltoasemista pitäisi pystyä vedyn jakeluun. Euroopassa pitäisi olla vastaavasti 5000 10000 vetyjakeluasemaa, jotta vuonna 2020 maanteillä olisi arvioidut 2-9 miljoonaa polttokennoautoa. Tällä hetkellä Euroopassa on 1100 km pitkä vetykaasuverkosto. Vetyä voisi myös kuljettaa nykyistä maakaasuverkostoa pitkin sekoittamalla sitä maakaasuun. Tällöin vetyä käytettäisiin maakaasubusseissa polttoaineena, poltettaisiin sellaisenaan tai reformoitaisiin yhdessä maakaasun kanssa. Vedyn erottaminen maakaasusta on ainakin toistaiseksi kallis menetelmä. Kulkuneuvojen kannalta vedyn varastointi tuottaa vielä ongelmia. Monet uskovatkin, että tulevaisuuden polttokennoautot käyttävät metanolia, bensiiniä tai dieseliä polttoaineena. Joka tapauksessa liikenteessä tulee olemaan monenlaisia autoja. [20] 15

Vetyteknologiaan siirtymisen onnistuminen edellyttää julkisen tahon aktiivista roolia tutkimuksen, kehitystyön ja suuren mittakaavan pilottihankkeiden tukijana. Ainakin vuoteen 2015 saakka valtiovalta joutuu kantamaan yhteistyössä yritysten kanssa taloudellisen vastuun teknologian ja infrastruktuurin kehityksestä, kunnes saavutetaan normaaliin kilpailuun perustuvat markkinat. EU:n kuudes puiteohjelma on jo lisännyt vety- ja polttokennoteknologian rahoitusta. Yksittäiset maat, kuten Saksa, Ranska, Hollanti, Tanska ja Italia sijoittavat jo kohtuullisen suuria summia etenkin polttokennotutkimukseen. Varsinkin Saksa uusiutuvien energialähteiden innovatiivisen hyödyntämisen mallimaana on omaa luokkaansa: demonstraatiolaitoksia on jo toista sataa ja polttokennosähköä tuetaan valtion taholta. [20] Vetytalouteen siirtymisen kustannustarkastelua on käytännössä mahdotonta tehdä, sillä osa avainteknologiaa on vielä kehitteillä ja esimerkiksi polttokennojen hintakehitys on vielä tuntematon. Niin ikään on mahdotonta ennustaa, missä muodossa ja missä määrin vetytalous toteutuu. Alustavassa roadmapissa Euroopan vetytalouteen puhutaan kymmenien vuosien kehitysjaksoista. (Kts. liite 1) Polttokennojen aseman sähköntuotannossa on ennustettu kasvavan merkittävästi vasta vuoden 2040 jälkeen. Fossiilisia polttoaineita käytettäessä hiilidioksidipäästöt ovat verrannolliset polttokennojen hyötysuhteeseen. Tosin potentiaali vähentää päästöjä voi olla merkittävä, kun käytettävään polttoaineeseen pystytään vaikuttamaan. Energiankäytön ja hiilidioksidipäästöjen analyysit pitää tehdä kokonaisvaltaisesti ja analysoida koko polttoaineketju alkulähteiltä käyttöön saakka. [20] Vedyn käytön yleistyessä sitä tullaan tarvitsemaan suuria määriä. Nollapäästövaikutuksen ja puhtaan energiaketjun aikaansaamiseksi uusiutuvien energianlähteiden (biomassa, tuuli- ja aurinkoenergia) osuuden on muodostuttava merkittäväksi. Hajautetun tuotantomahdollisuuden ja paikallisen varastoinnin vuoksi vedyn saatavuus ja hinta tulee muodostumaan vakaammaksi kuin minkään yksittäisen energiamuodon hinta. Tulevaisuuden visiona on tasapainottaa keskitetty ja hajautettu energiajärjestelmä ja taata energian saatavuus myös syrjäisissä kohteissa. Pitkällä tähtäimellä sähkön tarve kasvaa edelleen, koska osa siitä käytetään vedyn tuotantoon. Sähkön ja vedyn käyttö yhdessä energiankantajina perustuu symbioosiin, jossa vetyä voitaisiin käyttää mm. sähkön tuotanto- ja kulutushuippujen tasaamiseen. Samalla hiilipohjaista energiaa korvataan siirtymällä yhä voimallisemmin uusiutuvien energiamuotojen käyttöön. [21] Kuvassa Kuva 3 on havainnollistettu vedyn tuotannon lähtökohtia sekä vedyn hyödyntämisen mahdollisuuksia tulevaisuuden energiantuotannossa. 16

17 Kuva 3. Vety: primäärienergianlähteet ja sovelluskohteet energiantuotannossa (Sektorien koolla ei ole yhteyttä nykyisiin tai tuleviin markkinoihin.) [25] 4.2. Vetyteknologian mahdollisuudet Suomen energiantuotannossa Suomen kannalta tutkimuksessa on noussut esille kolme vetyteknologian osa-aluetta, joilla on merkitystä puhtaan energian tuotannossa ja potentiaalia synnyttää merkittävää liiketoimintaa kotimaassa. Ensimmäisenä skenaariona on vetypitoisen polttoaineen valmistus biomassasta kaasutuksen avulla. Toiseksi voitaisiin tähdätä kiinteäoksidipolttokennotekniikkaan (SOFC) perustuvien, yhdistetyn lämmön- ja sähköntuotannon voimalaitosten laitteiden tuotteistamiseen ja soveltamiseen talokohtaisessa sekä muussa hajautetussa sähköntuotannossa. Kolmanneksi polymeerimembraani-polttokennoja (PEM) voitaisiin soveltaa työkoneissa ja muissa teollisuussovelluksissa sekä valmistautua niiden pientuotantoon. [22] Asunto- tai talokohtainen hajautettu sähkön ja lämmön tuotanto ei oletettavasti tule yleistymään Suomessa kovin nopeasti, sillä kaukolämpö on edullista ja kaukolämpöverkko kattava. Lisäksi Suomessa ei ole Keski-Euroopan tapaan polttoaineen jakeluun soveltuvaa tiheää maakaasuverkkoa. Sen sijaan vedyn hyödyntämisen mahdollisuudet perustuvat ensisijaisesti liikennesovelluksiin. Pitkien välimatkojen takia liikenteen energiankulutus ja siitä aiheutuvat hiilidioksidipäästöt ovat merkittävää luokkaa. Kattavan vedynjakelujärjestelmän rakentaminen vaatii kuitenkin huomattavia investointeja ja on mahdollista vasta pitkällä aikajänteellä. Polttokennoautot tulevatkin luultavimmin yleistymään ensin joukkoliikenteessä, jossa

kulkuneuvot tankataan keskitetysti. [23] Lisäksi valtion tämän hetkisen verotuskäytännön takia alkuvaiheen polttokennoautot tulevat olemaan hyvin kalliita Suomessa, joten ellei verotukseen saada muutosta, polttokennoautot yleistynevät huomattavasti hitaammin kuin muualla Euroopassa. [20] Suomessa Tekes rahoittaa huomattavassa määrin polttokennoprojekteja. Tekesin polttokennoihin keskittyvä seitsenvuotinen teknologiaohjelma käynnistyi vuoden 2007 helmikuussa. Ohjelman painopistealueita ovat kiinteät polttokennosovellukset energiantuotantoon, polttokennot työkoneiden voimanlähteinä sekä kannettavat polttokennosovellukset. Ohjelman tavoitteena on parantaa Suomen teollisuuden mahdollisuuksia synnyttää läpimurtotuotteita valituilla polttokennotuotesegmenteillä. [24] Yritykset ovat myös lähteneet liikkeelle kiitettävässä määrin, Wärtsilä Corporation Oy etunenässä. Niin ikään korkeakoulut, yliopistot ja VTT tekevät polttokennoteknologiaan ja siihen perustuviin voimalaitosratkaisuihin liittyvää tutkimustyötä. Kansallisen tutkimustoiminnan kehittäminen Suomessa on tärkeää, jotta se voisi osallistua aktiivisesti EU:n H2FC-teknologia platformin toimintaan (EU Technology Platform for Hydrogen and Fuel Cells). [20] 18

19 5. YHTEENVETO Energian kysynnän jatkaessa kasvuaan, primäärienergian lähteet eli fossiilisten polttoaineiden varastot hupenevat. Poltettaessa fossiilisia polttoaineita vapautuu sivutuotteena niiden sisältämä hiili hiilidioksidina ilmaan. Hiilidioksidi on yksi tunnetuimmista kasvihuonekaasuista ja vaikuttaa ilmaston muutokseen. Tämän vuoksi on kehitysresursseja suunnattu entistä puhtaampiin energiantuotantomuotoihin, kuten vetyyn, joka on yksi lupaavimmista tulevaisuuden polttoaineista. Vety on puhdas energian kantaja, sillä sitä ei esiinny maapallolla vapaana. Vedyn varastointi on huomattavasti helpompaa kuin sähkön, mutta suunnittelun haasteena on vedyn matala kiehumispiste ja moolimassa. Vety liukenee useisiin eri metalleihin sekä muodostaa hiilen kanssa hiilivetyjä, nykyajan käytetyimpiä polttoaineita. Käytettävä vety voidaan tuottaa monilla eri tavoilla, kuten sähkö- tai lämpökemiallisilla reaktioilla, biomassan kaasutuksella tai erottelemalla höyryreformaatiolla hiilivedystä. Vedyn mahdollisuudet ovat moninaiset energiaksi hyödynnettäessä eri teknologioilla. Nämä tulevat esille eri polttokennosovelluksissa, joiden kehittyminen on tärkeää hyödynnettäessä vetyä energiantuotannossa. Polttokennojen hyötyjä verrattuna perinteiseen sähköntuotantoon ovat mahdollisuus rakentaa niitä moneen eri kokoluokkaan ja käyttötarkoitukseen sekä ennen kaikkea niiden tehokkuus. Polttokennot hyödyntävät sähkökemiallista energiaa vedyn ja hapen reagoidessa keskenään ja ainoa reaktiotuote on siitä syntyvä vesi. Polttokennoja voidaan jaotella käyttölämpötilan, korkean ja matalan käyttölämpötilan polttokennot, tai käytetyn elektrolyytin perusteella. Korkean lämpötilan polttokennot soveltuvat hyvin sähkön ja lämmön yhteistuotantoon, kun taas matalan lämpötilan polttokennot soveltuvat ajoneuvoihin ja kannettaviin elektroniikkatuotteisiin. Suurimpia haasteita polttokennoteknologiassa on kestävyyden ja luotettavuuden parantaminen. Vetytalouden perusajatuksena on korvata fossiiliset polttoaineet vedyllä. Tärkeimpinä motivaation lähteinä on ilmastonmuutoksen hillintä ja energian saannin riittävyys. Siirtyminen laajamittaiseen vetytalouteen vaatii kuitenkin suuria taloudellisia investointeja sekä poliittista tahtoa. Vaikka täydellistä vetytaloutta ei syntyisikään, saadaan paljon hyödyllistä teknologiaa ja tietotaitoa, jota voidaan hyödyntää muissa sovellutuksissa. Vedyn hyödyntämismahdollisuudet ovat hajautetussa sähkön ja lämmön tuotannossa sekä liikennesovelluksissa. Suomessa ensisijaisesti vetysovellusten hyödyntäminen tulee yleistymään joukkoliikenteessä, jossa tankkaus tapahtuu keskitetysti. Hajautetun energiantuotannon ongelmana Suomessa on kaukolämmön vakaa asema ja harva maakaasuputkisto.

20 LÄHTEET [1] MAOL-taulukko [2] Wikipedia, vapaa tietosanakirja. Hydrogen. [WWW]. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://en.wikipedia.org/wiki/hydrogen. [3] Wikipedia, vapaa tietosanakirja. Propane. [WWW]. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://en.wikipedia.org/wiki/propane_(data_page). [4] Wikipedia, vapaa tietosanakirja. Steam reforming. [WWW]. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://en.wikipedia.org/wiki/steam_reforming. [5] Kaushik, Debabrata. Review article: Hydrogen from biomass. [WWW]. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://www.ias.ac.in/currsci/aug102003/265.pdf. [6] Wikipedia, vapaa tietosanakirja. Electrolysis. [WWW]. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://en.wikipedia.org/wiki/electrolysis. [7] Wikipedia, vapaa tietosanakirja. High-temperature electrolysis. [WWW]. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://en.wikipedia.org/wiki/hightemperature_electrolysis. [8] Wikipedia, vapaa tietosanakirja. Sulfur-iodine cycle. [WWW]. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://en.wikipedia.org/wiki/sulfur-iodine_cycle. [9] Wikipedia, vapaa tietosanakirja. Vety high temperature reactor. [WWW]. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://en.wikipedia.org/wiki/vhtr. [10] Wikipedia, vapaa tietosanakirja. Generation IV reactor. [WWW]. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://en.wikipedia.org/wiki/generation_iv_reactor. [11] Wikipedia, vapaa tietosanakirja. Hydrogen storage. [WWW]. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://en.wikipedia.org/wiki/hydrogen_storage. [12] Fuel Cell Test and Evaluation Center. Fuel Cell Basics: Types of Fuel Cells. [WWW]. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://www.fctec.com/fctec_types.asp [13] Wikipedia, vapaa tietosanakirja. Molten carbonate fuel cell. [WWW]. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://en.wikipedia.org/wiki/molten-carbonate_fuel_cell [14] Fuel Cell Test and Evaluation Center. Fuel Cell Basics: What is a fuel cell? [WWW]. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://www.fctec.com/fctec_basics.asp [15] Ohlström, M., Savolainen, M. Teknologiaa kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseen. Helsinki 2005, Kauppa- ja teollisuusministeriö. 182 s [16] Vedyn mahdollisuudet tulevaisuuden energiantuotannossa. [WWW]. Helsinki University of Technology. Laboratory of Advanced Energy Systems. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://www.tkk.fi/units/aes/projects/renew/fuelcell/vetytulevaisuus/index.html [17] Teknillisen fysiikan erikoiskurssi Polttokennot. [WWW]. Helsinki University of Technology. Advanced Energy Systems. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://ra.tkk.fi/tfy-56.195_06/luento1.pdf.

[18] Wikipedia, vapaa tietosanakirja. Vetytalous. [WWW]. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://fi.wikipedia.org/wiki/vetytalous. [19] Energiateollisuus. Vetytalous. [WWW]. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://www.energia.fi/fi/sahko/sahkontuotanto/uudetenergiantuotantotekniikat/ve tytalous. [20] Kauppa- ja teollisuusministeriö. Julkaisurekisteri. Teknologiaa kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseen: taustatyö kansallisen ilmastostrategian päivitystä varten. [WWW]. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://julkaisurekisteri.ktm.fi/ [21] Kauppa- ja teollisuusministeriö. Julkaisurekisteri. Uusiutuvan energian lisäysmahdollisuudet vuoteen 2015. [WWW]. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://julkaisurekisteri.ktm.fi/. [22] VTT. Vetytalous ja polttokennot. [WWW]. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://www.vtt.fi/innovaatiot/tiekartat_vetytalous.jsp?lang=fi. [23] Mikkola, Mikko. Vedyn mahdollisuudet tulevaisuuden energiantuotannossa [WWW]. Teknillinen korkeakoulu. Teknillinen fysiikka energiateknologiat. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://www.tkk.fi/units/aes/projects/renew/fuelcell/vetytulevaisuus/vety_energ iantuotannossa-moniste.pdf. [24] Tekes. Polttokennot-ohjelma 2007-2013. [WWW]. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://akseli.tekes.fi/opencms/opencms/ohjelmaportaali/ohjelmat/polttokennot/f i/etusivu.html [25] European Commission. Community Research. Hydrogen energy and fuel cells. [WWW]. [Viitattu 5.10.2007]. Saatavissa: http://ec.europa.eu/research/energy/pdf/hydrogen-report_en.pdf 21

LIITE 1: Alustava roadmap Euroopan vetytalouteen [c]. (Alkuperäinen lähde: Hydrogen Energy and Fuel Cells, Community Research, European Commission, 2003) 22