Fimpec
Blogi

Vety­markkinan nykytila ja tulevaisuus

Onni Tikkanen Energiakonsultti

Vihreän vedyn tuotannolle on asetettu kovia kasvutavoitteita sekä Suomessa että EU:n tasolla. Fimpecin Onni Tikkanen pohtii kirjoituksessa, mitä edellytyksiä kehitykselle on ja mitä mahdollisuuksia se tarjoaa.

Vetytalous on käsitteenä tuttu jo 1960- ja 70-luvuilta. Nykymerkityksessään vetytalouden keskeinen tavoite on korvata fossiilinen vety päästöttömällä vedyllä sekä korvata vaikeasti sähköistettävien sektorien, kuten laiva- ja lentoliikenteen fossiilisten polttoaineiden kulutus vedyllä ja sen johdannaisilla. Konsepti on noussut esille aika ajoin kriisien myötä, ja viimeisimpänä ilmastonmuutoksen torjunta on nostanut vetytalouden jälleen puheenaiheeksi. Erona on tällä kertaa maiden ja järjestöjen selkeä tahtotila torjua ilmastonmuutosta ja pyristellä eroon riippuvuudestaan fossiilisiin polttoaineisiin.

Nykyisin vedyn tuotanto ja kysyntä on varsin tasaista. Vuonna 2021 vedyn globaali kulutus oli 94 Mt, josta 40 Mt oli öljynjalostuksen kysyntää ja loput 54 Mt teollisuuden kysyntää. Teollisuudessa vetyä käytetään pääasiassa lannoiteammoniakin, metanolin ja suorapelkistetyn teräksen valmistukseen. Nykyisin lähes 99 prosenttia vedystä tuotetaan fossiilisista polttoaineista, pääasiassa maakaasun höyryreformoinnilla.[1] Vuonna 2020 Suomessa tuotettiin vetyä 145 000 tonnia pääasiassa öljynjalostukseen.[2] Vedyn globaalin kysynnän ennustetaan kasvavan 20–40 prosenttia vuoteen 2030 mennessä, ja vedyn kysyntää tulevat kasvattamaan myös uudet kulutuskohteet, kuten vetypelkistetyn teräksen tuotanto.[1]

Vetyteräksen ja muun vedyn nykyisen kysynnän lisäksi vedyllä nähdään jalansija ennen kaikkea hankalasti korvattavien fossiilisten polttoaineiden korvaajana. Osana EU:n Fit for 55 lakipakettia EU:n REFuelEU -asetus asettaa tavoitteeksi 1,2 prosentin osuuden synteettisten lentopolttoaineiden kulutuksesta vuoteen 2030 mennessä ja 35 prosentin osuuden vuoteen 2050 mennessä.[3] Meriliikenteessä synteettisille polttoaineille on asetettu tavoitteeksi 1 prosentin osuus kulutuksesta ja 6 prosentin päästövähennys vuoteen 2030 mennessä ja 80 prosentin päästövähennys vuoteen 2050 mennessä.[4] Uusien käyttökohteiden myötä vedyn kysyntä kasvaa, mutta ennusteiden vaihteluväli on hyvin suuri. Vuonna 2040 kysynnän ennustetaan olevan välillä 200–300 Mt ja vuonna 2050 jopa 500–600 Mt.[5,6]

Vihreä vety nähdään olennaisena osaratkaisuna teollisuuden fossiilipäästöjen pienentämisessä

Uusiutuvasta sähköstä ja vedestä elektrolyysillä tuotettu vihreä vety nähdään olennaisena osaratkaisuna teollisuuden fossiilipäästöjen pienentämiseen. Näkemys perustuu siihen, että moni vetyä hyödyntävä teollinen prosessi ei itsessään tuota suoria päästöjä, vaan päästöt tulevat epäsuorina vedyn ja sähköntuotannon kautta, kuten esimerkiksi ammoniakin tuotannossa. Lisäksi vedyn käytöllä voidaan välttää hiilidioksidipäästöt monissa teollisissa prosesseissa, kuten teräksen valmistuksessa.

Mikäli Suomen nykyinen vedyn tuotanto muutetaan täysin vihreäksi, vastaava määrä vetyelektrolyysillä tuotettuna vaatii noin 1–1,4 GW elektrolyyserikapasiteettia käyttötunneista ja hyötysuhteesta riippuen sekä lähes 8 TWh sähköä, mikä vastaa yli 11 prosenttia Suomen nykyisestä sähköntuotannosta.[7] Sähkönkulutus olisi siis huomattava Suomen nykyiseen sähköntuotantoon verrattuna. Suomen uusiutuvan energian tuotantokapasiteetin ennustetaan kasvavan voimakkaasti tulevina vuosina, ja vetytalouden edellytys onkin riittävä uusiutuvan energian saatavuus.

Viimeaikaisten uutisten valossa vaadittava 1–1,4 GW elektrolyyserikapasiteetti voi vaikuttaa jopa pieneltä. Suomen vetystrategiassa on asetettu tavoitteeksi tuottaa 10 prosenttia EU:n vihreästä vedystä, eli miljoona tonnia vuodessa vuoteen 2030 mennessä.[8,9] Tämä vaatii noin 6–9 GW elektrolyyserikapasiteettia Suomessa ja 60–90 GW EU:n tasolla.

Kesään 2023 mennessä Suomessa julkistettujen vihreän vedyn investointisuunnitelmien yhteenlaskettu kapasiteetti on noin 7,5 GW, mikä on jo varsin hyvin linjassa tavoitteen kanssa.[10] Valtaosa suunnitelluista hankkeista tuottaisi vetyä teollisuuden jatkokäyttöön, metaania ja muita hiilipohjaisia sähköpolttoaineita sekä ammoniakkia teollisuuteen ja laivapolttoaineeksi. On kuitenkin tärkeää huomata, että valtaosa julkistetuista vihreän vedyn hankkeista on esiselvitys- tai selvitysvaiheessa eikä investointipäätöksiä ole tällä hetkellä tehty lukuun ottamatta P2X Solutionsin Harjavallan laitosta.

Vetyelektrolyysissä syntyy useita lopputuotteita

Vetyelektrolyyserin toiminnasta on tärkeää ymmärtää, että vety ei suinkaan ole elektrolyysin ainoa lopputuote. Vedyn lisäksi vetyelektrolyysissä syntyy sivutuotteina happea ja hukkalämpöä. Happi ja lämpö voidaan myydä teollisuuden käyttöön ja erityisesti Suomen tapauksessa hukkalämpö voidaan myydä myös kaupunkien kaukolämpöverkkoihin. Lisäksi vihreän vedyn tuotanto mahdollistaa sähkömarkkinalla toimimisen. Massiivinen sähkönkulutus tarjoaa mahdollisuuden osallistua sähkön kysyntäjoustoon. Elektrolyyserin osallistuminen reservimarkkinoille mahdollistaa lisäkassavirran ja siten paremman kannattavuuden vihreän vedyn investoinneille tukien samalla sähköjärjestelmän hallintaa.

Vedyllä nähdään rooli myös energiantuotannossa. Uusiutuvan sähköntuotannon vaihtelevuutta voidaan tasapainottaa tuottamalla sähköstä vetyä elektrolyyserillä, kun uusiutuvaa sähköä on runsaasti saatavilla ja vastaavasti vedystä sähköä polttokennolla, kun uusiutuvan sähkön saatavuus on heikkoa. Tällöin saavutetaan myös synergiaetuja, sillä elektrolyysin sivutuotteena syntynyt happi voidaan käyttää polttokennon polttoaineena vedyn kanssa. Vastaavasti polttokennon sähköntuotannon sivutuotteena syntyvä vesi voidaan käyttää jälleen elektrolyyserissä raaka-aineena ja näin vähentää systeemin kokonaisvedenkulutusta.

Toinen keskeinen synergiaetu liittyy polttokennoteknologioihin. Reversible Solid Oxide Fuel Cell (RSOC) on esimerkki teknologiasta, jossa reaktiosuuntaa vaihtamalla voidaan joko tuottaa vetyä tai sähköä. Näin ollen vedyntuottaja voi osallistua yhdellä investoinnilla sekä vety- että sähkömarkkinaan.

EU asettaa vaatimuksia vihreän vedyn tuotannolle

Sähkön hinta ei ole ainoa mekanismi, joka ohjaa vihreän vedyn tuotantoa. EU:n uusiutuvan energian direktiiviä (RED II) täydentävä, kesäkuussa 2023 hyväksytty EU:n RFNBO-regulaatio määrittelee ei-biologista alkuperää olevien uusiutuvien polttoaineiden tuotantovaatimukset mukaan lukien vaatimukset vihreän vedyn tuotannolle.[11]

Yksi keskeisimmistä regulaation vaatimuksista on, että vihreän vedyn tuotantoon käytettävän uusiutuvan sähköntuotannon ja vedyn tuotannon täytyy täsmätä tuntikohtaisesti vuodesta 2030 alkaen, eli vedyn tuotanto sidotaan noudattamaan uusiutuvan energian saatavuutta.[11] Tämä on erityisen tärkeä, vaikkakin monimutkaisuudestaan vastustusta saanut vaatimus, sillä vetytalouden tulisi ennen kaikkea tukea vihreää siirtymää, ei hidastaa sitä.

Kirjoittaja Onni Tikkanen työskentelee energiakonsulttina Fimpec Consultingissa ja on energiatekniikan maisteriopiskelija Aalto-yliopistossa. Tikkanen on osallistunut vihreän vedyn tuotantohankkeiden teknistaloudellisten esiselvitysten ja selvitysten tekemiseen sekä toiminut johtavana analyytikkona Fimpec Consultingin laajassa vetymarkkinaselvityksessä. Tämä teksti on tiivistelmä Fimpecin vetymarkkinaselvityksestä.

Lähteet

  1. International Energy Agency I. Global Hydrogen Review 2022. 2022 [viitattu 17. elokuuta 2023]; Saatavissa: www.iea.org/t&c/
  2. Sivill L, Bröckl M, Semkin N, Ruismäki A, Pilpola H, Laukkanen O, ym. Vetytalous – mahdollisuudet ja rajoitteet. 8. maaliskuuta 2022 [viitattu 17. elokuuta 2023]; Saatavissa: https://julkaisut.valtioneuvosto.fi/handle/10024/163901
  3. Fit for 55: Parliament and Council reach deal on greener aviation fuels | News | European Parliament [Internet]. [viitattu 17. elokuuta 2023]. Saatavissa: https://www.europarl.europa.eu/news/en/press-room/20230424IPR82023/fit-for-55-parliament-and-council-reach-deal-on-greener-aviation-fuels
  4. Eprs. BRIEFING EU Legislation in Progress.
  5. Green hydrogen economy – predicted development of tomorrow: PwC [Internet]. [viitattu 17. elokuuta 2023]. Saatavissa: https://www.pwc.com/gx/en/industries/energy-utilities-resources/future-energy/green-hydrogen-cost.html
  6. Renewable Energy Agency I. GLOBAL HYDROGEN TRADE TO MEET THE 1.5°C CLIMATE GOAL PART I TRADE OUTLOOK FOR 2050 AND WAY FORWARD. 2022 [viitattu 17. elokuuta 2023]; Saatavissa: www.irena.org/publications
  7. Energiavuosi 2022 Sähkö Energiateollisuus ry 12.1.2023.
  8. Hallitus hyväksyi periaatepäätöksen vedystä – Suomella edellytykset valmistaa 10 prosenttia EU:n vihreästä vedystä 2030 [Internet]. [viitattu 17. elokuuta 2023]. Saatavissa: https://valtioneuvosto.fi/-/1410877/hallitus-hyvaksyi-periaatepaatoksen-vedysta-suomella-edellytykset-valmistaa-10-prosenttia-eu-n-vihreasta-vedysta-2030
  9. Hydrogen [Internet]. [viitattu 18. elokuuta 2023]. Saatavissa: https://energy.ec.europa.eu/topics/energy-systems-integration/hydrogen_en
  10. Vihreiden investointien dataikkuna – Elinkeinoelämän keskusliitto [Internet]. [viitattu 18. elokuuta 2023]. Saatavissa: https://ek.fi/tutkittua-tietoa/vihreat-investoinnit/
  11. Delegated regulation on Union methodology for RFNBOs [Internet]. [viitattu 18. elokuuta 2023]. Saatavissa: https://energy.ec.europa.eu/publications/delegated-regulation-union-methodology-rfnbos_en

Lue nämä seuraavaksi