Jos kuorma-autot kulkisivat vedyn avulla fossiilisten polttoaineiden sijaan, hiilidioksidipäästöt raskaan liikenteen alalla voitaisiin merkittävästi vähentää. Samaan aikaan uusi tutkimus Chalmersin teknillisestä yliopistosta Ruotsissa osoittaa, että se, miten kaasu tuotetaan, jaetaan ja käytetään, vaikuttaa suuresti sen ilmastohyötyihin.

Paikallisesti tuotettu vihreä vety on paras vaihtoehto ilmastolle – ja tarjoaa lisäksi sen edun, että kaikki maat voivat tulla energian ja polttoaineen suhteen omavaraisiksi, jopa kriisi- ja sota-aikoina.

Raskas liikenne vastaa tällä hetkellä viidennestä maailman öljynkulutuksesta, ja EU:ssa raskaat dieselkuorma-autot ovat suurin lähde liikenteeseen liittyville kasvihuonekaasupäästöille. Tulevaisuudessa maantieliikenteen tarpeen odotetaan kasvavan.

Fossiilisten polttoaineiden korvaaminen vedyllä raskaassa ajoneuvosektorissa on olennainen osa strategioita hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi maailmanlaajuisesti. Chalmersin tutkimus, joka on julkaistu iScience-lehdessä, tarjoaa kattavan katsauksen vedyn mahdollisuuksiin polttoaineena: tuotannosta ja kuljetuksesta kuorma-autojen valmistuksessa aina käytettäviin materiaaleihin ja polttoaineen varsinaiseen käyttöön.

“Vety ei tuota hiilidioksidia polttokennoissa käytettynä, mutta meidän on varmistettava, että emme siirrä päästöjä elinkaaren yhdestä osasta toiseen. Siksi rakensimme erilaisia skenaarioita siitä, miltä tulevaisuuden toimitusketjut voisivat näyttää Ruotsissa, ja arvioimme eri teknologioita jokaisessa elinkaarivaiheessa”, sanoo Jorge Enrique Velandia Vargas, joka oli postdoc-tutkija Chalmersissa tutkimuksen aikana.

Tutkimuksen pääjohtopäätös on, että raskaiden ajoneuvojen käyttämisessä vetyä dieselin sijaan hiilidioksidipäästöt vähenevät merkittävästi. Kuitenkin eri vedyn tuotanto- ja käsittelymenetelmät johtavat suuriin eroihin ilmastopäästöissä.

Kysymyksiä sinisestä vedystä

Yksi selvimmistä havainnoista on, että sininen vety (joka valmistetaan maakaasusta, ja prosessin aikana syntyvä hiilidioksidi kerätään ja varastoidaan sen sijaan, että se päästettäisiin ilmakehään) voi aiheuttaa suurempia ilmastovaikutuksia kuin vihreä vety, joka tuotetaan vedestä ja uusiutuvasta sähköstä.

“Teoriassa sinisen vedyn tuotanto on ilmastoneutraalia, mutta todellisuudessa se ei ole. Kaikkia CO2-päästöjä ei ole mahdollista kerätä prosessin jälkeen, mutta 5–10 prosenttia pääsee ilmakehään. Toimitusketju, johon valmistusprosessi kuuluu, vuotaa myös metaania, jolla on 30-kertainen kasvihuonevaikutus verrattuna hiilidioksidiin”, sanoo Maria Grahn, apulaisprofessori Chalmersin mekaniikan ja merentieteiden osastolla.

Tutkijat korostavat myös, että biometaani voisi korvata maakaasun samalla prosessilla. Biometaani on uusiutuva kaasu, joka tuotetaan orgaanisesta jätteestä kuten lannasta tai ruokajätteestä. Teoriassa sitä voidaan käyttää vedyn tuottamiseen siten, että se imee ilmakehästä enemmän hiilidioksidia (kasvien fotosynteesin kautta) kuin mitä siitä pääsee, eli vetyä tuotettaisiin negatiivisilla päästöillä. Kuitenkin prosessi vaatii edelleen hiilidioksidin talteenotto- ja varastointirakenteita, ja jokainen vaihe vaatii energiaa. Tutkijoiden mukaan saattaa olla tehokkaampaa käyttää biometaania suoraan polttoaineena kuorma-autoissa sen sijaan, että ensin muunnettaisiin se vedeksi.

Vihreä vety on tutkimuksen mukaan paras vaihtoehto ilmastolle. Vedestä käytetään raaka-aineena, ja energia, joka tarvitaan vedyn erottamiseen vedestä, tulee uusiutuvista lähteistä. Maria Grahn huomauttaa, että lisäksi vedyn tuotanto ja käyttö tuottavat erittäin alhaiset hiilidioksidipäästöt, ja vety on energian kantaja, jota voidaan tuottaa missä tahansa maailmassa, riippumatta saatavilla olevista luonnonvaroista.

“Nykypäivänä puhumme paljon resilienssistä, eli yhteisön tai maan kyvystä selvitä epävarmassa maailmassa. Energiavaraisuus on yhtä tärkeää kuin hiilipäästöjen vähentäminen, mitä olemme erityisesti havainneet Venäjän agressiosodassa Ukrainaa vastaan. Ja vetyä voidaan tuottaa missä tahansa maailmassa käyttämällä vettä ja energiaa auringosta tai tuulesta”, sanoo Maria Grahn.

Paikallinen tuotanto ylittää keskitetyn tuotannon

Tutkimus osoittaa myös, että vedyn tuottaminen lähellä tankkausasemaa on parempaa ilmaston kannalta kuin suurten keskitettyjen tuotantolaitosten rakentaminen. Jos kaasu tuotetaan itse tankkausasemalla, pitkän matkan kuljetukset vedystä voidaan välttää. Tämä vaatisi muuten paljon energiaa ja aiheuttaisi päästöjä.

“Vety on kaikista alkuaineista kevyin, eikä se ‘pidä’ kuljetuksesta. Kaasun muodossa se vaatii voimakasta puristamista ja nestemäisessä muodossa äärimmäistä jäähdytystä. Molemmat vaihtoehdot aiheuttavat energiahävikkejä, ja nestemäisen vedyn kanssa on myös käsiteltävä haihtumisongelmaa kuljetuksen aikana”, sanoo Jorge Enrique Velandia Vargas.

Kaiken kaikkiaan tutkijat väittävät, että oikeat olosuhteet ovat tarpeen, jotta vety voi maksimoida osuutensa päästöjen vähentämisessä eikä aikaa ja resursseja käytetä turhaan. Tutkimus perustui ruotsalaisiin olosuhteisiin, mutta laajemmat tulokset voidaan siirtää muuhun maailmaan.

Faktoja: Eri polkuja vetyyn

Vihreä vety: Tuotetaan elektrolyysillä, jossa vettä pilkotaan vetyyn ja happeen sähköä käyttäen. Käytettävän sähkön on tultava uusiutuvista lähteistä, kuten auringosta, tuulesta tai vesivoimasta, jotta prosessi voidaan merkitä ‘vihreäksi’. Kuitenkin vihreän vedyn tuotanto vaatii arvokkaita metalleja kuten iridiumia ja platinia.

Sininen vety: Tuotetaan reagoimalla maakaasua vesihöyryn kanssa korkeissa lämpötiloissa; prosessista vapautuva hiilidioksidi kerätään ja varastoidaan maanalaisesti. Kaikkia hiilidioksidipäästöjä ei ole mahdollista kerätä, ja joillakin alueilla metaanivuotojen riski on korkea maakaasun tuotannossa ja kuljetuksessa.

Vety biometaanista: Korvaamalla maakaasu biometaanilla on teknisesti mahdollista saavuttaa negatiivisia hiilidioksidipäästöjä. Epävarmaa on kuitenkin, ovatko tarvittavat biometaanimäärät saatavilla. Yksinkertaisempi vaihtoehto, vaikkakin ilman negatiivisia päästöjä, voi olla biometaanin käyttäminen suoraan polttoaineena kuorma-autoissa.

Lisätietoja

Chalmersin teknillinen yliopisto Göteborgissa, Ruotsissa, tekee tutkimusta ja koulutusta teknologiassa ja luonnontieteissä korkealla kansainvälisellä tasolla. Yliopistossa on 3100 työntekijää ja 10 000 opiskelijaa, ja se tarjoaa koulutusta insinööritieteissä, tieteessä, laivojen rakentamisessa ja arkkitehtuurissa.

Tieteellisen huippuosaamisen pohjalta Chalmers edistää tietoa ja teknisiä ratkaisuja kestävän maailman puolesta. Globaalin sitoutumisen ja yrittäjyyden kautta edistämme innovatiivista henkeä tiiviissä yhteistyössä laajemman yhteiskunnan kanssa.

Chalmers perustettiin vuonna 1829 ja sillä on sama motto tänään kuin silloin: Avancez – eteenpäin.