Tekstivastine Oivalluksia-podcast, jakso 19 Vetyvoimaiset laivat

Toimittaja Anssi Marttinen: Laivaliikenteessä etsitään kuumeisesti keinoja ympäristöystävällisempään liikkumiseen. Merenkulun järjestön IAU:n tavoitteena on alentaa hiilidioksidipäästöjä vähintään 40 prosenttia vuoteen 2030 mennessä. Mikä siis keinoksi tähän? Voisiko esimerkiksi vedystä tulla laivojen merkittävä voimanlähde. Millaisia mahdollisuuksia ja haasteita vedyn käyttöön liittyy? Minä olen toimittaja Anssi Marttinen ja tänään Oivalluksia-podcastissa keskustellaan siis hiilineutraalista laivaliikenteestä ja vedystä. Vieraina ovat Vaasan yliopiston energiatekniikan tutkijat Maarit Mäkelä ja Carolin Nuortila, jotka ovat parhaillaan mukana isossa EU-rahoitteisessa CHEK-tutkimushankkeessa. Ja tässä hankkeessa edistetään vähähiilistä merenkulkua siten, että yhdistetään useita eri energiatekniikoita sekä innovatiivista laivasuunnittelua.

Toimittaja Anssi Marttinen: Tervetuloa Maarit ja Carolin Oivalluksia-podcastin vieraiksi.

Maarit Mäkelä: Kiitos mukavaa olla tällä vieraana.

Toimittaja Anssi Marttinen: Lähdetään liikkeelle sillä, että millä laivat oikein kulkevat nykyään ja mitä erilaisia ongelmia tähän liittyy ympäristön kannalta?

Maarit Mäkelä: On esitetty, että raskas polttoöljy olisi pääasiallinen polttoaine suurimmassa osassa moottoroituja laivoja. Sen lisäksi merenkulussa on käytössä vähärikkisempiä polttoöljyjä kuten meridieselöljy ja meriliikenteen kaasuöljy. On arvioitu, että nämä polttoaineet ovat noin 94 prosenttia kaikesta käytetystä polttoaineesta. No polttoöljyt ovat maaöljyn jalostustuotteita ja siten siis fossiilisia polttoaineita. Öljyjen polttaminen tuottaa hiilidioksidipäästöjä sekä muita ilmaston kannalta haitallisia päästöjä, kuten rikki ja typpioksidipäästöjä sekä niin sanottua mustaa hiiltä. Esimerkiksi hiilidioksidipäästöt ovat haitallisia ympäristölle, koska hiilidioksidi on kasvihuonekaasu ja sen liian suuri pitoisuus ilmakehässä voimistuttaa liikaa luonnollista kasvihuoneilmiötä. Tästä seuraa ilmaston liiallinen lämpeneminen, joka vaikuttaa maan elinolosuhteisiin. Esimerkiksi kuivilla alueilla kuivuus lisääntyy ja sään ääri-ilmiöt lisääntyy kaikkialla maailmassa. Öljypolttoaineiden yksi ongelma on myös mahdollisesta öljyvuodosta aiheutuvat ympäristövaikutukset. Sitä voi tietysti kysyä, että miksi öljyt ovat niin isossa osassa laivojen polttoaineina? Öljyt on niin sanotusti helppoja polttoaineita meriliikenteelle. Ne on suhteellisen edullisia ja niitä on helppo varastoida ja pumpata laivaan. Tämä tilanne on kuitenkin muuttumassa. Laivasektorille on viime vuosina asetettu huomattavia päästörajoituksia ja jo tällä hetkellä on liikenteessä aluksia, joissa käytetään vaihtoehtoisia polttoaineita tai hyödynnetään muita vaihtoehtoisia teknologioita. Esimerkiksi Tanskan pääkaupungissa Kööpenhaminassa julkisen liikennejärjestelmän satama-alukset käyttää biopolttoaineita polttoaineina.

Toimittaja Anssi Marttinen: Kun tässä jaksossa puhutaan hiilineutraalista laivaliikenteestä, niin mitä tuo hiilineutraalisuus tarkoittaa?

Carolin Nuortila: Hiilineutraali tarkoittaa, että hiilidioksidipäästöjä tuotetaan sen verran kuin niitä voidaan myös sitoa ilmakehästä. Tärkeimmät luonnon hiilinielut, eli sellaiset systeemit, jotka sitovat hiilidioksidia ovat valtameret, maaperä ja metsät. Voi sanoa, että hiilineutraaleja polttoaineita ovat esimerkiksi puu, biokaasu ja muita biomassoja. Ja jos otetaan puu esimerkkinä puun poltossa vapautuu myös hiilidioksidia, mutta tämä on aiemmin sidottu fotosynteesissä puun kasvuvaiheessa, ja voi taas tulla sidotuksi puiden ja muiden kasvien kasvussa. Sen sijaan kun poltetaan fossiilisia polttoaineita eli öljyä, hiiltä maakaasua vapautuu myös muun muassa hiilidioksidia, joka johtaa siihen, että ilmakehän hiilidioksidipitoisuus kasvaa. Laivaliikenteeseen tarvitaan biopolttoaineita kuten metaania, metanolietanolia valmistettuna biomassasta tai vaihtoehtoisesti polttoainetta, joissa ei ole lainkaan hiiltä, kuten esimerkiksi ammoniakkia tai vetyä.

Toimittaja Anssi Marttinen: Maarit tuossa puhuikin, että laivasektorille on viime vuosina asetettu huomattavia päästörajoituksia. Millaisia tavoitteita laivojen vähäpäästöisyydelle on sitten asetettu?

Maarit Mäkelä: No yleisesti voidaan sanoa, että keskeisenä tavoitteena on ollut päästöjen huomattava vähentäminen ja merenkulkualan kehittäminen aikaisempaa ympäristöystävällisemmäksi. Tosiaan YK:n alainen merenkulkujärjestö IMO on asettanut tavoitteeksi vähentää kansainvälisen meriliikenteen hiilidioksidipäästöjä vähintään 40 prosenttia vuoteen 2003 mennessä ja 70 prosenttia vuoteen 2050 mennessä verrattuna vuoden 2008 tasoon. Tavoitellaan siis merkittäviä päästövähennyksiä. Tämän lisäksi IMO on linjannut että vuotuista kasvihuonekaasujen absoluuttista päästömäärää pienennetään 50 prosenttia vuoteen 2050 mennessä. Tämä siitäkin huolimatta, että liikennemäärät kasvaa koko ajan. Nämä rajoitukset koskevat koko meriliikennettä - ei vain uusia aluksia.

Toimittaja Anssi Marttinen: Millaisia eri keinoja päästöjen vähentämiseen on jo nykyään ja millaisia erilaisia teknologioita on suunnittelupöydällä?

Carolin Nuortila: Kehitetään koko ajan keinoja vähentää energiankulutusta ja siten myös päästöjä. Esimerkiksi voivat olla tai esimerkkejä voivat olla energiaa säästäviä teknologioita kuten hukkalämmön hyödyntäminen tai suunnittelussa superkevyt laiva. Uusiutuvia energioita tutkitaan kuten tuulivoiman, aurinkopaneelien käyttöä laivassa. Sitten Voi olla operatiivisia muutoksia kuten nopeuden alentaminen. Myös uusien polttoaineiden kautta voidaan vähentää päästöjä. Vaihtoehtoisia polttoainetta voidaan jakaa kahteen ryhmään sellaiset, jotka sisältävät hiiltä kuten LNG eli nesteytetty maakaasu,metanoli ja etanoli ja sellaiset, jotka eivät sisällä hiiltä kuten vetyä ja ammoniakkia. Vaihtoehtoisten polttoaineiden käyttö voi kuitenkin vaatia myös moottoreiden muuntamista. Ympäristön saastuttamiseen on kiinnitetty huomiota jo pitempään. Esimerkiksi rikille on annettu tiukat vaatimukset viimeksi tammikuussa 2020. Ja näin ollen sallittu rikkipitoisuus polttoaineessa on laskettu 3.5:stä prosentista aina 0.5 prosenttiin. Maailmassa on sen lisäksi määrätyt alueet, joita kutsutaan Emission Controlled Areas, kuten esimerkiksi Itämeri, Pohjanmeri ja myös joitakin muita alueita ja näissä on sallittu polttoaineita, joiden rikkipitoisuus on vielä alempana vain 0,1 prosentin, tai vaihtoehtoisesti laivassa pitää olla käytössä rikkipesuri eli laitteisto, joka puhdistaa rikkiä pakokaasusta. Myös typpioksidien enimmäismäärälle on tietyt vaatimukset ja teknologia on olemassa, jonka avulla typpioksidit voidaan vähentää. Myös typpioksidien osalta on olemassa tietyt merialueet, joissa on tiukemmat vaatimukset päästöjen alentamiselle. Täytyy myös muistaa, että laivojen elinikähän on pitkä. Sanotaan kahdestakymmenestä neljäänkymmeneen vuoteen, joten muutoksia kaikille laivoilla laivoille ei tehdä kovin helposti.

Toimittaja Anssi Marttinen: Suomessahan varustamot pyrkivät olemaan ympäristöystävällisyydessään maailman kärkeä ja tänne Vaasan ja Uumajan välillekin tuli uusi Aurora-Botnia laiva viime vuonna. Sitähän on tituleerattu maailman ympäristöystävällisimpänä matkustaja-autolauttana. Millä se sitten kulkee?

Maarit Mäkelä: Wasalinen mukaan aluksen moottoreita voidaan käyttää usealla eri polttoaineella ja energiantuotannossa voidaan hyödyntää myös akkuihin säilöttyä energiaa. Tärkein polttoaine on Wasalinen mukaan nesteytetty maakaasu eli lng. Sen lisäksi käytetään polttoöljyä ja aluksessa on myös valmius käyttää polttoaineena biokaasua. Biokaasua ei kuitenkaan toistaiseksi ole saatavilla riittävissä määrin aluksen tarpeisiin nähden.

Toimittaja Anssi Marttinen: On sanottu myös että tuo fossiilinen eli nesteytetty maakaasua on sellainen välimallin ratkaisu kohti vieläkin puhtaampia voimanlähteitä. Mitä sillä tarkoitetaan.

Maarit Mäkelä: Nesteytetty maakaasua on pääasiassa metaanikaasua, joka nesteytetään varastointia varten. Maakaasu on kuitenkin fossiilinen polttoaine kuten polttoöljytkin. Maakaasun palamisessa syntyy reaktiotuotteena hiilidioksidia. Kuitenkin hiilidioksidipäästöt ovat pienemmät verrattuna öljyn palamisessa syntyviin hiilidioksidipäästöihin. Pienempien hiilidioksidipäästöjen lisäksi maakaasun käytön etu on, että sitä poltettaessa ei synny rikkipäästöjä eikä hiukkaspäästöjä ja vain suhteellisen vähäinen määrä typen oksideja. Merkittävä ongelma on kuitenkin metaanipäästöt, joita voi syntyä, jos palaminen ei ole täydellistä. Metaani on voimakas kasvihuonekaasu. No maakaasua poltettaessa pyritään kuitenkin mahdollisimman täydelliseen palamiseen ja pieniin metaanipäästöihin.

Toimittaja Anssi Marttinen: Siirrytään sitten puhumaan vedystä. Millainen polttoaine vety on ja miten vetyä nykyään tuotetaan, ja miten sitä pitäisi tulevaisuudessa tuottaa?

Carolin Nuortila: Vety kutsutaan energiakantajaksi eli sitä ei oikeastaan kutsuta polttoaineeksi. Vety on hiilettön eli se ei sisällä hiiliatomia lainkaa. Ja tämän takia se ei sinänsä voi tuottaa hiilidioksidipäästöjä, kun sitä käytetään. Polttoaineet, joissa on hiilivetyyhdisteitä tuottavat hiilidioksidia palaessa. Vetyä voidaan tuottaa eri teknologioilla ja niitä luokitellaan valmistusprosessin ja syntyvien kasvihuonekaasupäästöjen mukaan. Ensimmäisenä höyrymetaanireformoinnissa vetyä tuotetaan metaania käsitellämalla. Prosessissa käytetään maakaasua eli fossiilista ainetta ja prosessissa syntyy vedyn lisäksi hiilidioksidia. Myös kivihiilen kaasutuksella tuotetaan vetyä ja prosessissa syntyy myös hiilidioksidia. Vetyä voidaan tuottaa myös elektrolyysillä. Tässä prosessissa halkaistaan vesimolekyyli ja tuotetaan vetyä ja happea, eikä prosessissa synny hiilidioksidia. Elektrolyysi tarvitsee suuria määriä sähköä. Mikäli sähkö on tuotettu uusiutuvilla energialla saadaan niin kutsuttua Vihreää vetyä. Toisia teknologioita ovat esimerkiksi biokaasun kaasutus tai metaanin pyrolyysi. Metaanin pyrolyysissa syntyy vetyä ja kiinteää hiiltä. Tämä prosessi on vielä kehitteillä. Tällä hetkellä maailmanlaajuisesti vetyä on eniten tuotettu fossiilisilla polttoaineilla -  jopa 95 prosenttia vedyn tuotannosta, mikä lisää hiilidioksidipäästöjä. Fossiilisilla polttoaineilla tuotettu vetyä kutsutaan Harmaaksi vedyksi. Sitten on vielä olemassa Sininen vety. Sinisestä vedystä puhutaan silloin, kun vety on tuotettu fossiilisilla polttoaineilla, mutta ilmastonmuutoksen kannalta haitallinen hiilidioksidi, joka syntyy prosessissa,sitä otetaan talteen ja varastoidaan. Käyttökohteita: vetyä käytetään esimerkiksi öljynjalostuksessa, ammoniakin valmistuksessa ja kemikaalien tuotannossa. Mikä sitten tulee tulevaisuuteen. Tulevaisuudessa vetyä tulisi tuottaa hiilineutraalisti tai ilmastoneutraalisti eli uusiutuvaa energia käyttäen ja ilman, että prosessissa syntyy hiilidioksidia

Toimittaja Anssi Marttinen: Kuuntelette Vaasan yliopiston Oivalluksia-podcastia ja tänään keskustellaan hiilineutraalista laivaliikenteestä ja vedystä ja vieraana ovat Vaasan yliopiston energiatekniikan tutkijat Maarit Mäkelä ja Carolin Nuortila ja minä olen toimittaja Anssi Marttinen. Puhutaan vedystä ja liikennekäytöstä. Onko vetyä saatavissa liikennekäyttöön Suomessa?

Carolin Nuortila: Tällä hetkellä ei ole vielä saatavissa. Suomessa on ollut pari vetytankkausasemaa, mutta ne suljettiin. sen sijaan Saksassa on jo yli 90 tankkausasemaa olemassa henkilöautoille. Ja tämän vuoden alussa oli Saksassa jo yli tuhat vetykäyttöistä ajoneuvoa rekisteröitynä. Naapurimaissa Ruotsissa Norjassa ja Tanskassa taitaa myös olla vetytankkausasemia. Suomessa on kuitenkin vetyyn liittyviä hankkeita ja suunnitelmia. Ja itse asiassa Yle esitteli viime vuoden syyskuussa, että myös Suomeen olisi vetytankkausasemia tulossa?

Toimittaja Anssi Marttinen: Miten vetyä voitaisiin käyttää laivojen voimanlähteenä.

Maarit Mäkelä: Ensinnäkin vetyä voidaan käyttää polttokennoissa, joilla tuotetaan sähköä. Polttokennot eivät tuota päästöjä, joten ne ovat houkutteleva vaihtoehto laivoihin. On jopa esitetty, että teoriassa laivassa polttokennot ja vetysäiliö voisi korvata jopa laivan dieselkoneen ja raskasöljytankit. Tällöin laivan sähköjärjestelmä voisi pysyä suhteellisen ennallaan. Vedyn käyttöä. vesiliikennealusten polttokennoissa on jo tutkittu. Mielenkiintoinen esimerkki on pieni lautta MF Hydra Norjasta, joka liikennöi siellä lähellä rannikkoa ja sillä on raportoitu olevan käytössä vetypolttokennoja, akku ja 2 dieselgeneraattoria. Vetyä on myös mahdollista polttaa polttomoottorissa. Tämä vaihtoehto on kiinnostava, koska polttokennot ovat suhteellisen kalliita. Kehitystyö moottorien osalta on aktiivista. Tällä hetkellä esimerkiksi Wärtsilä on esittänyt, että puhtaalla vedyllä käyvät moottorit olisivat markkinoilla vuonna 2025. Toinen iso moottorivalmistaja MAN on puolestaan esittänyt, että vetyä olisi mahdollista seostaa dieselin joukkoon ja käyttää siten polttomoottorissa. Tällaista moottoria voitaisiin hyvin käyttää esimerkiksi sisävesialuksissa tai lähellä rannikkoa operoivissa aluksissa.

Toimittaja Anssi Marttinen: Millaisia haasteita puhtaan eli vihreän vedyn käyttöön laivoissa liittyy?

Carolin Nuortila: Ensin on varmaan saatavuus. Tällä hetkellä ei ole olemassa tarpeeksi tai ei taida olla olemassa tarpeeksi suuria määriä vihreää vetyä, jotta sitä voitaisiin käyttää laivaliikenteessä suuremmassa määrässä. Täytyy muistaa, että tietysti moni teollisuus on kiinnostunut vihreä vihreästä vedystä. Sitä paitsi vety on myös kalliimpi kuin esimerkiksi fossiilinen diesel.Ja on esitetty yhden amerikkalaisen luokituslaitoksen mukaan, että vuonna 2050 olisi käytössä noin 35 prosenttia ammoniaa vetypolttoaineita ja edelleenkin 40 prosenttia öljypohjaisia polttoaineita. Ja sitten siinä olisi vielä muita polttoainetta. Vedyn infrastruktuuri satamissa on vielä puutteellinen, ja joissain satamissa on suunnitelmia rakentaa vetyinfrastruktuuria. Aika monessa Euroopan satamissa tai satamakaupungissa on kehityshankkeita meneillään. Myös yhtenä haasteena on vedyn säilytys joko paineistettuna tai nesteytettynä. Kahdenkymmenen asteen lämpötilassa ja normaalipaineessa vety on kaasumaisena. Sitä voidaan kuitenkin painestaa esimerkiksi kolmeensataan viiteenkymmeneen tai 700m bariin, jolloin energiatiheys on korkeampi. Vety on neste, kun lämpötila on miinus 253 astetta celsiusta ja tässä säilytysmuodossa energiasisältö taas kasvaa, mutta energiaa tarvitaan myös, jotta vedystä voidaan paineistaa tai viilentää niin paljon että siitä tulee nestemäinen. Eli tavallaan menetetään energiaa, kun vedystä tehdään paineistettua ja nestemäistä vetyä. Vedyn energiatiheys on korkeampi kuin esimerkiksi dieselin energiasisältö, kun sen ilmaisee massana eli kilogrammassa tai tonneissa. Mutta kun energiasisältö ilmaistaan tilavuutena, niin vedyn energiatiheys on alhaisempi kuin dieselin. Tämä tarkoittaa, että tarvitaan tilavuudeltaan suurempaa säilytystilaa kuin silloin kun varastoidaan esimerkiksi dieseliä. Vetyä voidaan myös säilyttää sidottuna orgaanisissa nesteissä tai kiinteissä materiaalissa, mutta näitä säilytysmuotoja on tutkitaan vielä. On myös esitetty, että paineistetun vedyn tankaus laivalle olisi hidas prosessi - eli tämäkin voisi olla haaste. Sekä paineistetun että nestemäisen vedyn käyttöön liittyy myös vaaroja. Vedyllä on laaja sytyttävyysalue ja alhainen energiamäärä riittää sytyttämiseen. Maalla on kuitenkin vedystä jo pitkään kokemusta teollisuudessa ja laivoissa sitten täytyy vaaroja erityisen hyvin ottaa huomioon ja saada kaikki riskit mahdollisimman pieniksi. Myös regulaatiota ja säädöksiä vielä kehitetään.

Toimittaja Anssi Marttinen: Lopuksi kertoisitteko hieman lisää Vaasan yliopiston johto moisesta hankkeesta, mitä sillä tavoitellaan ja keitä siinä on mukana?

Maarit Mäkelä: CHEK-hanke on saanut EUn Horisontti 2020 rahoituksen. Se kestää vuoden 2024 kesäkuuhun asti. Hankkeessa kehitetään ja tutkitaan hyvin innovatiivisia ratkaisuja, jotka parantavat laivojen energiatehokkuutta ja vähentää hiilidioksidipäästöjä. Erityisesti tutkitaan erilaisten teknologioiden yhteisvaikutusta. Kehitettävä ja yhdistettäviä teknologioita ovat mm. Tuulivoima, sähköakut,  lämmön talteenotto ja ilmavoitelu. Hankkeessa myös kehitetään tapa,a jolla laivoja suunnitellaan ja ohjataan. Hankkeessa mukana Vaasan yliopisto ja World Maritime University sekä varustamo ja luokituslaitos, laivasuunnittelu- energiateknologia- ja muita pienempiä teknologiayrityksiä.

Toimittaja Anssi Marttinen: Miten vety sitten liittyy CHEK-hankkeessa ja Vaasan yliopistoon?

Maarit Mäkelä: Vaasan yliopiston tutkimusryhmä osallistuu vetypolttoainejärjestelmän kehittämiseen. Järjestelmä suunnitellaan niin, että se palvelee tarvittaessa myös polttokennoja ja sallii muidenkin kaasujen käyttämisen. Vaasan yliopiston VEBIC energialaboratorioon rakennetaan vetypolttoainejärjestelmä myös. Osallistumme myös tulevaisuuden vähähiilisen energiatehokkaan laivan kokonaisuuden suunnitteluun sekä suunnittelumenetelmien ja energiantuotantoteknologioiden kehittämiseen.

Toimittaja Anssi Marttinen: Tänään Oivalluksia putkea setissä keskusteltiin siis hiilineutraalista laivaliikenteestä ja vedystä. Minä olen toimittaja Anssi Marttinen ja vieraina olivat Vaasan yliopiston energiatekniikan tutkijat Maarit Mäkelä ja Carolin Nuortila. Kiitoksia tästä juttutuokiosta teille.

Maarit Mäkelä: Kiitos.

Carolin Nuortila: Kiitos.