Sähköpolttoaineet ja -kemikaalit tulevat — Kuinka maailman öljynjalostamot ja petrokemianteollisuus uudistetaan?

Blogit
Taneli Fabritius,
Janne Kärki
truck and ship in harbour

Sähköpolttoaineita tarvitaan liikenteen päästövähennyksiin ja sähkökemikaaleja puhtaampiin kemianteollisuuden tuotteisiin. Ensin jonkun on kuitenkin kehitettävä tarvittavat teknologiat ja rakennettava niiden tuotantolaitokset. Suomalaisille yrityksille vientimahdollisuuksia on sähköpolttoaineiden ja kemianteollisuuden tuotteiden lisäksi teknologiaviennissä. Arvoketjun yhteiset Power-to-X-demonstraatiohankkeet ovat tärkeä askel kohti kaupallistamista.

Pysähdy hetkeksi katsomaan ympärilläsi olevia tavaroita. Pystyt ehkä tunnistamaan monia öljystä valmistettuja tuotteita, kuten esimerkiksi erilaisia muoveja. Jos näkemiäsi tavaroita ei ole valmistettu öljytuotteista, on öljyä todennäköisesti käytetty ainakin niiden kuljettamisessa ja joissain tapauksissa myös tuotannon energiana. Norsu on huoneessa, vaikka emme kiinnitä siihen huomiota.

Ilmastonmuutoksen hillitsemisen vuoksi fossiilisesta öljystä on luovuttava. Hiilidioksidin talteenotto esimerkiksi teollisuuden päästöistä tai suoraan ilmasta, sekä puhtaalla sähköenergialla vedestä tuotettu vety, ovat nousseet keskustelun ytimeen lähes rajattomina raaka-aineiden lähteinä.

Sähköpolttoaineiden sekä Power-to-X-kemikaalien edessä on vielä lainsäädännöllisiä ja kilpailukykyyn vaikuttavia esteitä. Lisäksi puhdasta sähköä vaaditaan valtavasti lisää. Tarvittavat puhtaan vedyn tuotantolaitokset ja hiilidioksidin talteenotto ovat vielä alkuvaiheessa. Kuinka maailman öljynjalostamot ja petrokemianteollisuus uudistetaan?

Sähköpolttoaineiden tuotantopotentiaali Pohjoismaissa

Nordic Energy Research -organisaation rahoittamassa projektissa vertailtiin potentiaalisia sähköpolttoaineiden tuotantopaikkoja Pohjoismaissa. Työssä tarkasteltiin myös skenaariota, jossa vuoteen 2045 mennessä pohjoismainen sähköpolttoaineiden tuotanto olisi noin 25 terawattituntia. Se vastaa noin Suomen koko tieliikenteen vuosittaista dieselin kulutusta.

Ei näytä siltä, että Pohjoismaissa syntyisi pulaa sähköpolttoaineiden raaka-aineista, mutta puhdasta sähkön tuotantokapasiteettia tarvitaan toki merkittävästi lisää. Mikäli tuotannon sähkön tarve katettaisiin kokonaan tuulivoimalla, tarvittaisiin Pohjoismaissa 15 gigawattia lisää tuulivoimaa, eli 6-7 kertaa enemmän kuin Suomen nykyinen tuulivoimakapasiteetti.

Sähköpolttoaineet ja liikenteen päästövähennystavoitteet

Liikenteen polttoaineiden energiankulutus on Suomessa vuosittain noin 49 terawattituntia, josta 93 prosenttia kulutetaan tieliikenteessä. Tämän päälle tulee liikenteessä käytetty sähkö. Suora sähköistäminen vähentää päästöjä ja samalla liikenteen kokonaisenergian tarvetta. Fossiilittoman liikenteen tiekartassa on esitetty keinoja, joilla liikenteen päästöt pyritään puolittamaan vuoteen 2030 mennessä. Sähköpolttoaineiden saatavuutta ja vaikutusta arvioidaan tiekartan mukaan seuraavissa vaiheissa.

2030-luvun alkupuolella Suomessa voisi olla jo useita kaupallisia sähköpolttoaineiden tuotantolaitoksia. 250 miljoonan litran kotimaisella vuosituotannolla voitaisiin kattaa noin 5 prosenttia polttoaineiden muodossa käytetystä kotimaan liikenteen energiasta. Sähköpolttoaineiden merkitys kotimaan päästövähennysten kannalta ei ehkä ole merkittävä ennen vuotta 2030, mutta on muistettava pidemmän ajan tavoite. Nollapäästöisyys vuonna 2045 tarkoittaisi, että enää yhtään fossiilista öljyä ei saisi olla kotimaan liikenteessä käytössä.

Kun sähköistyminen lisääntyy, siirtyy sähköpolttoaineiden tarve oletettavasti etenkin kohti raskaampia liikennevälineitä, joiden suora sähköistäminen on haastavaa. Maailman mittakaavassa sähköpolttoaineiden kysyntä tulee olemaan merkittävä, koska arvioiden mukaan vielä vuonna 2050 noin 70 prosenttia maailman liikenteen energiasta tulee polttoaineista. Kotimaan liikenteen päästövähennyksiä tulisi hyödyntää ponnahduslautana, kun uusia teknologioita kaupallistetaan vientiin.

E-fuel on sähköpolttoaineiden kärkihanke Suomessa

Vuoden 2021 alusta käynnistyi Nesteen Veturi-ohjelmaan kuuluva E-fuel-hanke. Siinä pyritään sähköpolttoaineiden suuren mittakaavan tuotantoon ja kaupallistamiseen. Yhteistyössä on mukana 15 hankekumppania. E-fuel on yli 6 miljoonan euron panostus sähköpolttoaineiden tuotannon kehitykseen.

Yksi hankkeen tavoitteista on parantaa tuotannon hyötysuhdetta sähköstä polttoaineiksi 10-15 prosenttiyksikköä nykyiseen verrattuna. Keskeinen mahdollistaja tälle on korkealämpötilaelektrolyyserin yhdistäminen hiilidioksidin talteenoton ja synteesiyksikön kanssa. Samalla yhdessä arvoketjun yritysten kanssa kaupallistetaan uusia tuotteita sähköpolttoaineiden valmistukseen. Esimerkiksi Convion ja Elcogen kehittävät omissa rinnakkaishankkeissaan korkealämpötilaelektrolyyseriä.

E-fuelissa demonstroidaan myös valmistettujen sähköpolttoaineiden loppukäyttöä raskaissa ajoneuvoissa. Hiilidioksidi- ja lähipäästöjen vähentämiseen etsitään uusia mahdollisuuksia, kun yhdistetään sähköpolttoaineiden, ajoneuvoteknologian ja jälkikäsittelyjärjestelmien osaamista.

Sähköstä ja hiilidioksidista puhtaita kemikaaleja

Business Finlandin rahoittamassa BECCU-hankkeessa VTT ja suuri joukko suomalaisia yrityksiä kehittävät yhdessä valmistusprosessia, jonka avulla bioenergian tuotannossa syntyvä hiilidioksidi voidaan ottaa talteen ja hyödyntää erikoiskemikaalien, erityisesti polyolien raaka-aineena yhdessä puhtaan vedyn kanssa. Jos hanke onnistuu tavoitteessaan, rakennusteollisuudessa, liimoissa ja monissa päivittäistavaroissa käytettävää polyuretaania voidaan tulevaisuudessa alkaa valmistaa ilmastoystävällisesti tuotetuista polyoleista.  

Frankfurtin Park Höchst -teollisuuspuistoon on puolestaan pystytetty VTT:n vetämä ICO2CHEM-hanke.  Hankkeessa demonstroidaan esimerkiksi tiivistysaineissa ja pinnoitteissa käytettävien parafiinisten öljyjen ja vahojen valmistusta alueelta saatavista vedyn ja hiilidioksidin sivuvirroista. Projektikumppani Altana testaa hankkeessa tuotettuja öljyjä ja vahoja omissa  tuotesovelluksissaan.

Sähkökemikaalien osalta mahdollisten P2X-tuotteiden kirjo on todella laaja. Kannattavan liiketoiminnan kannalta olisi järkevää aloittaa kaupallistaminen sellaisilla korkeamman arvon tuotteilla, joilla on riittävästi edellytyksiä taloudelliseen menestykseen.

Demonstraatioiden avulla kohti kaupallisia laitoksia

Suurten kemianteollisuuden tuotantolaitosten hinnat lasketaan sadoissa miljoonissa tai miljardeissa euroissa, joten teknologian pitää olla jo hyvin koeteltua ennen uuden laitoksen rakentamispäätöstä. Demonstraatioissa kehitetään uusinta teknologiaa ja kerätään tietoa seuraavan kokoluokan laitoksesta päättämiseksi. Juuri nyt on tärkeää panostaa demonstraatioihin, koska niiden avulla rakennetaan tie kaupallisiin laitoksiin.

Demonstraatiota edeltää yleensä vuosien teknologiakehitys laboratoriotesteistä pienempään pilot-kokoluokkaan. Pitkäjänteisen työn ansiosta pystymme tuottamaan Suomesta maailman markkinoille voittavia teknologioita, jonka avulla tuotantolaitokset voivat luopua fossiilisesta öljystä. Samalla on mahdollista tehdä näiden laitosten teknologioista ja rakentamisesta uusi vientimenestys.

Kuinka maailman öljynjalostamot ja petrokemianteollisuus siis uudistetaan? Vastaus on sama, kuin vanhaan vitsiin siitä, kuinka norsu syödään: Pala kerrallaan. Kun jonain päivänä katsomme jälleen ympärillämme olevia tavaroita, huomaamme, että norsu ei ole enää huoneessa.

Jaa
Taneli Fabritius

Taneli Fabritius

Technology manager
Janne Kärki

Janne Kärki

Research Team Leader