Vetytalous voi mullistaa energiamarkkinat

Sähköautot ovat alkaneet viime aikoina löytää markkinasijaa polttomoottoriautojen joukossa. Toistaiseksi lähes kaikissa myydyissä sähköautoissa energia tuotetaan akun avulla. Vaihtoehtona akulle voidaan pitää vetypolttokennoa, joka tarkoittaisi, että akun latauksen sijaa autoon tankattaisiin vetyä. Vetypolttokennoautojen teknisenä haasteena on vetyinfran puuttuminen. Kalifornia on vetypolttokennoautojen edelläkävijä yli 50 vetyasemallaan.

Teollisuus sähköistyy

Hiilineutraalisuus tavoitteena tarkoittaa sitä, että myös teollisuus sähköistyy eikä voi tuottaa tarvitsemaansa energiaa fossiilisista polttoaineista. Uusiutuvien energialähteiden käyttö tarkoitta myös sitä, että energia tulee pystyä jatkossa varastoimaan tehokkaasti. Vetyä voidaan tuottaa sähköenergialla, varastoida ja tarvittaessa muuttaa takaisin sähköenergiaksi. Näin ollen akku- ja vetyteknologiat kilpailevat myös teollisen mittakaavan energianvarastoinnissa. Vedyn ehdoton etu on sen monipuoliset käyttömahdollisuudet: vety voidaan muuntaa takaisin sähköenergiaksi, mutta sitä voidaan käyttää myös kemian teollisuudessa tai se voidaan siirtää helposti toiseen käyttökohteeseen (vetyauto).

Vetyteollisuuden haasteet

Teoriassa vedyn tuotanto elektrolyyttisesti ja käyttö polttokennossa on tehokasta ja yksinkertaista. Haasteina ovat kuitenkin riittävän kestävien ja edullisten materiaalien löytäminen laitteeseen. Oma tutkimukseni käsittelee polymeerielektrolyytti(PEM)kennoja, joissa metallikomponentit haperoituvat, membraani hajoaa ja katalyytit menettävät aktiivisuuttaan johtuen vaihtelevista olosuhteista, suuresta jännitteestä ja hapen ja vedyn vaikutuksesta. Tutkimuksessani keskityin katalyytteihin ja väitöskirjani kokoaa yhteen menetelmiä, joilla katalyyttejä voi tutkia PEM polttokennossa ja PEM elektrolyyserissä. Tämän lisäksi väitöskirjan julkaisuissa tutkin tällä hetkellä parhaiden kaupallisten katalyyttien pitkän ajan kestävyyttä näissä laitteissa ja vertaan niitä omassa tutkimusryhmässä kehitettyihin vaihtoehtoihin. Tällä hetkellä käytössä olevat katalyytit perustuvat platinaryhmämetalleihin, joiden korvaaminen olisi tärkeää teknologian yleistymisen kannalta, koska platinaryhmämetallien tuotantomääriä on haastava nostaa.

Tutkimuksen tulevaisuus

On ollut upeaa työskennellä tiedeyhteisön kanssa yhteisen tavoitteen äärellä. Vaikka keskityin tutkimuksessani vain yhteen laitetyyppiin, niin tiedän, että kaikkea energianvarastointiin liittyvää tutkimusta tarvitaan tällä hetkellä erittäin kipeästi, sillä tavoitteiden mukainen yhteiskunnan sähköistyminen vaatii laajan määrän erilaisia ratkaisuja erilaisiin tilanteisiin. On ollut hienoa huomata, että väitöskirjani aikana vetyteknologia on kehittynyt siten, että demonstraatiohankkeita on toteutettu ja teollisuudessa ollaan tällä hetkellä siirtymässä elektrolyyttiseen vedyntuotantoon.

Olli Sorsa sai Tekniikan edistämissäätiön 5000 euron kannustusapurahan keväällä 2020. Hän on tohtorikoulutettava Aalto yliopistossa Kemian tekniikan tohtoriohjelmassa.