Mitä on vetyenergia?

Maailmankaikkeus koostuu erilaisten komponenttien sekoituksesta. Jokaisella komponentilla on elintärkeä rooli maailman koostumuksessa. Maailmankaikkeuden runsaimpia komponentteja ovat vety, typpi ja happi. Vety on yleisin komponentti, jonka osuus maailmankaikkeudesta on 75 %, ja sillä on suurempi rooli elämän kestävyydessä. Sen lisäksi, että vety auttaa muita eri eläviä lajeja selviytymään, sitä voidaan hyödyntää energian tuottamiseen.

Vetyä on lähes kaikessa kasviaineessa ja sitä esiintyy luonnostaan myös vedessä. Vaikka auringossa on suurempi osuus vetykaasua, kaasu on niin kevyttä, että se käytännössä katoaa maan pinnalta auringonsäteiden välittämänä. Jotta vetykaasua siis saataisiin tehokkaasti, se on valjastettava vedestä, maakaasusta tai biomassasta.

Vetykaasu

Vety on maapallon alkuaineista kaikkein perustavin. Vetyatomi koostuu yhdestä protonista ja yhdestä elektronista. Sellaisenaan sitä on hyvin runsaasti, mutta sitä ei oikeastaan ole olemassa erillisenä ainemuotona. Sen sijaan se on yleensä yhdistetty muihin alkuaineisiin. Vetykaasun erottaminen seuralaisistaan vaatii paljon työtä, mutta siitä saadaan tehokas, lähes puhdas energianlähde. Kaasuna sitä voidaan käyttää polttokennoissa moottoreiden voimanlähteenä.

Vetykaasu erotetaan vedestä elektrolyysiksi kutsutulla tekniikalla, jossa veden läpi johdetaan voimakas sähkövirta vety- ja happiatomien erottamiseksi toisistaan. Elektrolyysiprosessi on melko kallis, koska siihen kuluu paljon energiaa.

Sähkön tuottamiseen elektrolyysiprosessissa käytettävä energia valjastetaan fossiilisista polttoaineista, kuten öljystä, maakaasusta tai hiilestä. Sitä voidaan hyödyntää myös uusiutuvista energialähteistä, kuten aurinko-, tuuli- ja vesivoimasta, jotta voidaan varmistaa, että kasvihuonekaasupäästöjä ei synny.

Vetymäärien saaminen tällä menetelmällä on edelleen tutkimuksen kohteena, jotta voitaisiin löytää käyttökelpoinen tapa tuottaa vetyä kotimaassa suhteellisen alhaisin kustannuksin.

Toinen vetykaasun talteenottomenetelmä on höyryn avulla tapahtuva metaanin reformointi eli höyryuutto, jossa metaanin sisältämät vetyatomit irrotetaan hiiliatomeista. Se on nykyinen tekniikka, jolla saadaan vetykaasua suuria määriä. Metaanin höyryreformoinnin haittapuolena on se, että se päästää ilmakehään paljon kasvihuonekaasuja, kuten hiilidioksidia ja hiilimonoksidia, jotka ovat reseptejä ilmaston lämpenemiselle.

Vetykaasusta saatavan sähkön saamiseksi vetykaasu johdetaan polttokennoihin, joissa se yhdistyy hapen kanssa, ja tuloksena on kemiallinen reaktio, joka tuottaa sähköä ja lämpöä. Vetykaasu voidaan myös vain polttaa ajoneuvojen moottoreiden käyttövoimaksi. Tämän kemiallisen reaktion sivutuotteina syntyy vettä ja hiiltä, josta tuotetaan metaania ja hiiltä.

Vedyn erilaiset käyttötarkoitukset

Vetyä syntyy sivutuotteena kloori – alkaliteollisuudessa. Aiemmin sitä käytettiin osittain muihin kuin energiasovelluksiin, ja loppuosa joko poltettiin tai päästettiin ilmakehään. Nykyisin sivutuotteena syntyvää vetyä hyödynnetään kemikaalien tuotannossa ja kytkössovelluksissa (pääasiassa energiasovelluksissa).

Vetyä tuotetaan muihin kuin energiasovelluksiin, esim. lannoiteteollisuudessa ja öljynjalostamoissa. Vetyä polttoaineena käyttäviä pieniä sähköntuotantoyksiköitä, polttokennobusseja, kolmipyöräisiä ja kaksipyöräisiä (moottoripyöriä) sekä katalyyttisiä polttojärjestelmiä asuin- ja teollisuussektoreille on myös kehitetty ja demonstroitu.

Vetyenergian edut

Se on uusiutuva energialähde ja runsas tarjonta

Vetyenergia on rikkaampi energialähde monestakin eri syystä, tärkeimpänä se, että sen tarjonta on runsas. Vaikka sen valjastaminen saattaa vaatia paljon resursseja, mikään muu energialähde ei ole yhtä ääretön kuin vety. Tämä tarkoittaa pohjimmiltaan sitä, ettei se voi loppua kuten muut energialähteet.

Lukuisia lähteitä tuottaa vetyä paikallisesti

Vetyä voidaan tuottaa joko paikan päällä siellä, missä sitä käytetään, tai keskitetysti ja sitten jakaa. Vetykaasua voidaan tuottaa metaanista, bensiinistä, biomassasta, hiilestä tai vedestä. Tekijät, kuten saastemäärät, tekniset haasteet ja energiantarve, vaihtelevat käytettyjen lähteiden mukaan.

Se on käytännössä puhdas energialähde

Kun vetyä poltetaan polttoaineen tuottamiseksi, sivutuotteet ovat täysin turvallisia, eli niillä ei ole tunnettuja sivuvaikutuksia. Ilmailualan yritykset käyttävät vetyä itse asiassa juomaveden lähteenä. Kun vety on hyödynnetty, se muutetaan tavallisesti juomavedeksi astronauteille aluksissa tai avaruusasemilla.

Vetyenergia on myrkytöntä

Vety on myrkytön aine, joka on harvinainen polttoainelähde. Tämä tarkoittaa, että se on ympäristöystävällinen eikä aiheuta haittaa tai tuhoa ihmisten terveydelle.

Tämän näkökohdan vuoksi sitä suositaan verrattuna muihin polttoainelähteisiin, kuten ydinenergiaan ja maakaasuun, jotka ovat erittäin vaarallisia tai pelottavia valjastaa turvallisesti. Sen ansiosta vetyä voidaan käyttää myös paikoissa, joissa muita polttoainemuotoja ei ehkä sallita.

Vedyn käyttö vähentää huomattavasti saasteita

Kun vety yhdistetään polttokennossa happeen, tuotetaan sähköä, jota voidaan käyttää ajoneuvojen käyttövoimana tai sähkömoottorin käyttövoimana lämmönlähteenä ja moniin muihin käyttötarkoituksiin. Kun vety yhdistyy hapen kanssa, ainoat sivutuotteet ovat vesi ja lämpö, mikä on vedyn käytön etu energiankantajana.

Vetypolttokennojen käyttö ei vapauta hiilidioksidia ja muita kasvihuonekaasuja tai muita hiukkasia, kun tuotantoprosessissa käytetään uusiutuvia lähteitä kuten vettä tai aurinkoenergiaa.

Se on paljon tehokkaampi kuin muut energialähteet

Vety on tehokas energialaji, sillä se pystyy välittämään paljon energiaa jokaista polttoainekiloa kohden verrattuna dieseliin tai kaasuun. Tämä tarkoittaa kategorisesti sitä, että vetyenergiaa hyödyntävä auto kulkee enemmän kilometrejä kuin auto, jossa on sama määrä bensiiniä.

Vertailtaessa esimerkiksi tavanomaiseen polttoaineeseen perustuvaan voimalaitokseen, joka yleensä tuottaa sähköä 33-35 prosentin hyötysuhteella, vetypolttokennot pystyvät tuottamaan sähköä jopa 65 prosentin hyötysuhteella, jolloin niiden kapasiteetti on noin kolme kertaa suurempi.

Käytetään avaruusalusten voimanlähteenä

Vetyenergian hyötysuhteensa ja tehonsa ansiosta se on ihanteellinen polttoainelähde avaruusaluksia varten. Sen teho on niin suuri, että sillä voidaan nopeasti ohjata avaruusaluksia tutkimusmatkoille.

Se on myös turvallisin energiamuoto näin energiaintensiiviseen tehtävään. Vetyenergia on itse asiassa kolme kertaa tehokkaampaa kuin bensiini ja muut fossiiliset polttoainelähteet. Tämä tarkoittaa ihanteellisesti sitä, että tarvitaan vähemmän vetyä valtavan tehtävän suorittamiseen.

Se tarjoaa myös käyttövoimaa lentokoneisiin, veneisiin, autoihin ja sekä kannettaviin että kiinteisiin polttokennosovelluksiin. Huonona puolena vedyn käytössä autoissa on se, että sitä on käytännössä vaikea varastoida kryogeenisiin tai korkeapaineisiin säiliöihin.

Kestävä tuotantojärjestelmä

Elektrolyysi on menetelmä, jossa vesi erotetaan vedyksi ja hapeksi. Tällöin voidaan käyttää uusiutuvaa energiaa elektrolyyserien käyttämiseen vedestä vedyn tuottamiseksi vedystä, mikä tarjoaa öljytuotteista riippumattoman kestävän järjestelmän, joka ei myöskään saastuta eikä tuota päästöjä. Joitakin uusiutuvia lähteitä, joita käytetään elektrolyyserien käyttövoimana, ovat tuuli-, vesi-, aurinko- ja vuorovesienergia.

Kun vety on tuotettu elektrolyyserissä, sitä voidaan käyttää polttokennossa sähkön tuottamiseen. Polttokennoprosessissa syntyviä sivutuotteita ovat vesi ja lämpö. Jos polttokennot toimivat korkeissa lämpötiloissa, järjestelmä voidaan perustaa yhteistuotantolaitokseksi, jolloin hukkaenergiaa käytetään lämmitykseen.

Vetyenergian haitat

Vaikkakin vetyenergialla on monia ihailtavia etuja, se ei kuitenkaan ole suoranaisesti suositeltava, puhdas ja halpa energialähde useimmille hallituksille ja yrityksille. Kaasumaisessa olomuodossaan se on varsin haihtuvaa.

Vaikka sen haihtuvuus antaa sille etulyöntiaseman muihin energialähteisiin nähden monien tehtävien suorittamisessa, se tekee siitä yhtä lailla riskialttiin käyttää ja käsitellä. Joitakin vetyenergian haittoja ovat:

Vetyenergia on kallista

Elektrolyysi ja höyryreformointi, kaksi tärkeintä vedyn talteenottoprosessia, ovat erittäin kalliita. Tämä on todellinen syy siihen, että sitä ei käytetä laajasti kaikkialla maailmassa. Nykyään vetyenergiaa käytetään pääasiassa useimpien hybridiajoneuvojen voimanlähteenä.

Tarvitaan paljon tutkimusta ja innovaatioita, jotta löydetään halpoja ja kestäviä tapoja valjastaa tämä energiamuoto. Siihen asti vetyenergia jäisi yksinomaan rikkaiden käyttöön.

Varastointiongelmat

Yksi vedyn ominaisuuksista on, että sen tiheys on pienempi. Itse asiassa se on paljon vähemmän tiheää kuin bensiini. Tämä tarkoittaa, että se on puristettava nestemäiseen tilaan ja varastoitava samalla tavalla alhaisemmissa lämpötiloissa, jotta sen tehokkuus ja vaikuttavuus energialähteenä voidaan taata.

Tämä syy selittää myös sen, miksi vetyä on aina varastoitava ja kuljetettava korkeassa paineessa, minkä vuoksi sen kuljettaminen ja yleinen käyttö ei ole läheskään mahdollista.

Ei ole turvallisin energianlähde

Vetyteknologian voimaa ei pidä lainkaan aliarvioida. Vaikka bensiini on hieman vaarallisempaa kuin vety, vety on erittäin helposti syttyvä ja haihtuva aine, joka joutuu usein otsikoihin mahdollisten vaarojensa vuoksi. Kaasuun verrattuna vedyllä ei ole hajua, mikä tekee vuotojen havaitsemisesta lähes mahdotonta. Vuodon havaitsemiseksi on asennettava antureita.

Trikoisa liikuteltava

Vetyä on vaikea kuljettaa loistavasti sen keveyden vuoksi. Öljyä voi kuljettaa turvallisesti, koska se työnnetään enimmäkseen putkien läpi.

Hiiltä voi kuljettaa kätevästi dumppereilla. Vety aiheuttaa myös haasteita, kun ajatellaan sen siirtämistä suurina määrinä, minkä vuoksi sitä kuljetetaan useimmiten vain pienissä erissä.

Se on riippuvainen fossiilisista polttoaineista

Vetyenergia on uusiutuvaa ja sen ympäristövaikutukset ovat minimaaliset, mutta sen erottaminen hapesta vaatii muita uusiutumattomia lähteitä, kuten hiiltä, öljyä ja maakaasua. Vetypolttoaineen tuottamiseen tarvitaan edelleen fossiilisia polttoaineita.

Vetyenergia ei voi elättää väestöä

Huolimatta siitä, että vetyä on runsaasti tarjolla, sen valjastamisen kustannukset rajoittavat sen laajamittaista hyödyntämistä. Kuten ymmärrätte, on varsin haastavaa horjuttaa vallitsevaa tilannetta.

Fossiilisista polttoaineista saatava energia hallitsee yhä maailmaa. Ei ole myöskään luotu puitteita, jotka takaisivat halvan ja kestävän vetyenergian tavalliselle auton omistajalle tulevaisuudessa.

Vaikka vetystä tulisikin halpaa juuri nyt, kestäisi vuosia, ennen kuin siitä tulisi käytetyin energialähde, koska itse ajoneuvot ja huoltoasemat pitäisi räätälöidä vetyvaatimusten mukaisiksi. Tämä vaatisi massiivisia pääomamenoja.

Tosiasiassa vetyenergia on uusiutuva luonnonvara, koska sitä on runsaasti saatavilla, ja sen vaikutukset jätetään valtavasti huomiotta. Vetyyritykset tarvitsevat kuitenkin todellisessa mielessä muita uusiutumattoman energian muotoja, kuten fossiilista (hiili, maakaasu ja öljy), jotta se voidaan erottaa hapesta. Voimme ehkä minimoida liiallisen riippuvuuden fossiilisista polttoaineista, kun otamme käyttöön vetyenergian, mutta on pelottavaa päästä siitä eroon järjestelmästä.

U.S. DoE
U.S. EPA
  • Tekijä
  • Uudemmat viestit
Todellinen ympäristönsuojelija sydämeltään ❤️. Perustanut Conserve Energy Future -yrityksen, jonka ainoana mottona on tarjota hyödyllistä tietoa liittyen nopeasti köyhtyvään ympäristöömme. Ellet usko vahvasti Elon Muskin ajatukseen Marsin tekemisestä toiseksi asuttavaksi planeetaksi, muista, että koko maailmankaikkeudessa ei todellakaan ole ”planeetta B:tä”.

Viimeisimmät viestit: Rinkesh (katso kaikki)
  • Ovatko golfinpallot kierrätettävissä? (And Are They Biodegradable?) – March 2, 2021
  • Are Chopsticks Recyclable? (Ja ovatko ne kompostoituvia tai biohajoavia) – 2. maaliskuuta 2021
  • Onko selloteippi kierrätettävissä? (Ja ovatko ne kompostoitavissa vai biohajoavia?) – 2. maaliskuuta 2021

vetykaasu

Leave a Reply

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.