Vetyteknologian tutkimus ja tuotekehitys

Vedyn rooli on laajentunut. Ilmastotavoitteet ohjaavat kehitystä edelleen, mutta myös energiaomavaraisuuden ja resilienssin merkitys kasvaa jatkuvasti. 

Vedyllä on tärkeä rooli tässä kokonaisuudessa. Uusiutuvalla sähköllä tuotettu vety korvaa fossiilista vetyä jalostuksessa ja toimii lähtöaineena synteettisille polttoaineille ja vihreälle teräkselle. Mahdollisuuksia avautuu raskaassa teollisuudessa, energiajärjestelmissä, liikenteessä ja täysin uusissa arvoketjuissa, jotka rakentuvat puhtaiden molekyylien ympärille. 

Sääntely vahvistaa suuntaa määrittämällä kiintiöitä vetypohjaisille polttoaineille. Seuraavan vuosikymmenen aikana kiintiöt muuttuvat vapaaehtoisista tavoitteista sitoviksi velvoitteiksi. Vetymarkkina on myös entistä kypsempi, ja yhä useampi yritys on kiinnostunut vetytutkimuksesta. 

Vety vaatii laajaa osaamista sähkökemiasta, materiaalitieteestä ja konetekniikasta aina tuotannon mallinnukseen, sektorikytkentään, regulaation tuntemiseen ja sidosryhmien fasilitointiin. 

VTT:n laajat vetyteknologian tutkimus- ja kehityspalvelut keskittyvät viiteen toisiinsa kytkeytyvään osa-alueeseen. 

Teknologian kehitys ja mallinnus 

Autamme sinua kehittämään teknologiaa, jota tarvitaan vedyn tehokkaaseen ja kestävään tuotantoon ja käyttöön. 

Palveluihimme kuuluu mm.: 

• Elektrolyyserien ja polttokennojen tutkimus ja tuotekehitys 

• Vetysovellusten edistynyt materiaalitutkimus, mukaan lukien materiaalien karakterisointi sekä epäpuhtauksien vaikutus polttokennojen ja elektrolyyserien suorituskykyyn 

• Vedyn sähkökemiallinen kompressointi 

• Polttokennojen tutkimus ja kehitys yksittäisestä kennosta kokonaiseen kennostoon ja järjestelmätasolle aina 1 MW asti 

• Polttokennojen kehitys konseptista prototyyppiin ja käyttöön 

• Polttokennojärjestelmien räätälöinti, valmistus sekä joustava testaus  

• Prosessimallinnus, taloudellinen mallinnus ja virtauslaskenta (CFD) 

Testaus ja validointi 

Tuo teknologiasi testiin, niin analysoimme sen toiminnan teollisen tuotannon vaatimissa olosuhteissa. Varmistamme, että tuote toimii luvatulla tavalla, ja tuotamme investointipäätöksiin tarvittavan datan. 

Palveluimme kuuluu mm.: 

• Kennostojen, oheislaitteiden sekä valmiiden polttokenno- ja elektrolyyserijärjestelmien testaus, demonstrointi ja validointi 

• Vedyn laadunvarmistus 

• Vetyturvallisuuden arvioinnit 

Vianmääritys 

Kun elektrolyyserilaitoksen suorituskyky alkaa heiketä, tiiviste vuotaa tai epäpuhtaustasot häiritsevät jatkoprosessia, selvitämme syyn ja suosittelemme korjaustoimia. 

Palveluihin kuuluu mm.: 

• Elektrolyyserin käytön optimointi ja suorituskyvyn seuranta 

• Käytönaikaisen suorituskyvyn heikkenemisen, kontaminaation ja komponenttivikojen diagnosointi 

• Korjaussuositukset komponentti- ja järjestelmätasolla 

Vetyekosysteemien kehittäminen 

Tuottajat, logistiikka, loppukäyttäjät ja viranomaiset on saatava saman pöydän ääreen. VTT tuottaa teknisen ja taloudellisen mallinnuksen, skenaariosuunnittelun ja sidosryhmäanalyysin, jotka tekevät alueellisesta tai rajat ylittävästä vetyekosysteemistä toimivan. 

Palveluihimme kuuluu mm.: 

• Vetyekosysteemien kehitys, tiekartat ja vetylaaksohankkeet 

• Vedyn arvoketjun liiketoimintamallit 

• Vetyyn liittyvä lainsäädäntö, sääntely ja yhteiskunnallinen hyväksyttävyys 

Teknologiakonseptit 

Tutkimme uusia vetykonsepteja, joiden avulla voidaan löytää parhaiten yrityksenne tavoitteisiin sopiva vetyratkaisu.  

Palveluihimme kuuluu mm.: 

• Vedyn ja ammoniakin kuljetuskonseptien kehitys merenkulkuun, raskaaseen maaliikenteeseen ja lentoliikenteeseen 

• Teknistaloudelliset arvioinnit ja due diligence -tarkastelut 

• Konseptien ja prosessien skaalaus ja pilotointi 

• Vedyn varastointikonseptit suuren mittakaavan maanalaisesta varastoinnista pienen mittakaavan kiinteän aineen varastointiin

VTT työskentelee neljän tärkeimmän elektrolyyseri- ja polttokennoteknologian parissa. Kunkin infrastruktuuri on suunniteltu ja rakennettu itse. Niinpä testit voidaan räätälöidä juuri teidän yrityksenne tarpeisiin. 

PEMFC ja PEME (proton-exchange membrane fuel cells and electrolysers)

PEMFC-tutkimuksessamme painopiste on sekä polttokennojen järjestelmäintegraation kehityksessä että vedyn laadussa, kuten materiaaliyhteensopivuudessa ja epäpuhtauksien vaikutuksissa. Olemme kehittäneet PEMFC-järjestelmiä, -kennostoja ja -komponentteja yhteistyössä teollisuuden kumppaneiden ja muiden tutkimuslaitosten kanssa. Konsultoimme myös polttokennojärjestelmiä tai elektrolyysereitä hankkivia yrityksiä ja autamme näiden järjestelmien validoinnissa. 

SOFC ja SOEC (solid oxide fuel cells and electrolysers) 

Infrastruktuurimme tukee SOFC/SOEC-kennojen, -kennostojen ja -moduulien kehitystä ja karakterisointia. Työ kattaa laajan kirjon käyttöolosuhteita: vaihtelevat polttoainesyötöt vedyllä, reformoidulla maakaasulla, simuloidulla biokaasulla, ammoniakilla ja metanolilla sekä erilaiset epäpuhtaudet, kuormitus- ja lämpötilasyklit. VTT:llä on laaja kokemus yhteistyöstä eurooppalaisten ja kansainvälisten SOFC/SOEC-valmistajien kanssa. 

Alkalielektrolyysi (AEL) 

VTT keskittyy kennostojen ja oheislaitteiden testaukseen teollista ympäristöä vastaavassa laboratoriomittakaavassa. Asiakkaanamme voit esimerkiksi karakterisoida kennoston käyttäytymistä, oheislaitteiden suorituskykyä, epäpuhtauksien kertymistä, vedyn ja hapen ristivuotoa sekä suorituskyvyn heikkenemistä erilaisissa nesteympäristöissä, lämpötiloissa, paineissa ja dynaamisissa olosuhteissa. Olemme aktiivinen toimija alkalitutkimuksessa ja mukana useissa EU:n, Business Finlandin ja asiakkaiden hankkeissa. 

AEMEL (Anion exchange membrane electrolysis)** 

AEMEL-teknologian tutkimuksemme keskittyy kennostojen kehitykseen, järjestelmä- ja oheislaiteintegraatioon sekä käytönaikaisen suorituskyvyn seurantaan. Kehittämämme sovellukset voivat mahdollistaa puhtaan ja edullisen vedyn tuotannon yhdistettynä uusiutuvan sähkön tuotantoon – esimerkiksi merivesielektrolyysi mahdollistaa entistä edullisemman puhtaan vedyn tuotannon.

Vedyn tuotanto on vain osa arvoketjua. Varastointi on yksi vetytalouden keskeisistä haasteista. VTT kehittää ja testaa varastointikonsepteja maanalaisesta vedyn varastoinnista pienempien laitoksien käyttämiin kiinteisiin sorbenttimateriaaleihin ja pidemmät kuljetusmatkat mahdollistaviin nestemäisiin kantaja-aineisiin. 

Vety on harvoin lopputuote. Suurin osa siitä muunnetaan ammoniakiksi, metanoliksi tai synteettisiksi hiilivedyiksi tai käytetään suoraan teollisuusprosesseissa. VTT:n Power-to-X-infrastruktuurilla voi pilotoida kokonaisia arvoketjuja integroituina prosesseina. 

Turvallisuussuunnittelu kulkee läpi jokaisen vetyhankkeen – sekä VTT:n oman infrastruktuurin että testattavien asiakasjärjestelmien osalta. VTT osallistuu vedyn laatua, käsittelyä ja laitteiden sertifiointia ohjaavien säädösten ja standardien laadintaan ja seuraa niitä sekä EU:n että kansallisella tasolla. Autamme sinua ymmärtämään, millaiseen sääntely-ympäristöön olet siirtymässä. 

Useimmat vetyinvestointipäätökset kiteytyvät lopulta muutamaan toistuvaan kysymykseen. VTT rakentaa teknistaloudellisia malleja, jotka yhdistävät teknologian, markkinan ja toiminnan muuttujat. Tämä on juuri sitä riippumatonta analyysiä, jota sijoittajat ja hankkeiden rahoittajat tarvitsevat ennen sitoutumista. 

Vetyhankkeet asettuvat harvoin siististi yhden teknisen osa-alueen sisään. VTT:n vetyasiantuntijat työskentelevät saman organisaation sisällä materiaalien, Power-to-X:n, mallinnuksen ja regulaation asiantuntijoiden rinnalla, joten hankkeissa voidaan hyödyntää koko osaamiskirjoa ilman koordinointia eri toimittajien välillä.

Meillä on vahva infrastruktuuri parhaan ratkaisun löytämiseen. Elektrolyyseri- ja polttokennoteknologiamme kattavat keskeiset vetyteknologiat laboratoriosta pilottimittakaavaan.  

VTT:n kumppanina pääset käsiksi tähän osaamiseen ja infrastruktuuriin. Ja koska työn tekee riippumaton tutkimusorganisaatio, tulokset eivät ole sidoksissa mihinkään tiettyyn laitteeseen, prosessiin tai trendiin.