Power-to-chemicals-teknologia

Abstract

Ilmastonmuutoksen torjuminen on yksi nykypäivän keskeisimmistä tavoitteista. Power-to-X teknologioita pidetään yhtenä potentiaalisena keinona osana näiden tavoitteiden saavuttamista. Työssä kuvataan power-to-X-teknologioiden toimintaa ja sen sisältämiä prosesseja erityisesti kemikaalien valmistuksen näkökulmasta. Lisäksi työssä selvitetään teknologian investointi- ja tuotantokustannuksia sekä arvioidaan teknologian kaupallistumisen nykytilaa ja tulevaisuudennäkymiä. Power-to-X-teknologioilla viitataan sellaisiin prosesseihin, joissa uusiutuvalla energialla tuotettua sähköä muutetaan joksikin toiseksi energiankantajaksi. Lopputuotteet voivat olla niin kaasumaisia kuin nestemäisiä tuotteita. Esimerkkejä näistä ovat vety, metaani ja metanoli, sekä erilaiset kemikaalit ja liikenteen polttoaineet. Valmistuksen tärkeitä osaprosesseja ovat veden elektrolyysi sekä hiilidioksidin talteenotto, sillä vety ja hiilidioksidi toimivat useiden valmistettavien lopputuotteiden lähtöaineina. Elektrolyysissä vesi hajotetaan vedyksi ja hapeksi uusiutuvan sähköenergian avulla. Tarkasteltavat elektrolyysimenetelmät ovat alkalielektrolyysi, PEM elektrolyysi ja kiinteäoksidielektrolyysi. Hiilidioksidia voidaan ottaa talteen esimerkiksi voimalaitoksista ja muista teollisuuden prosesseista. Talteenotto voidaan toteuttaa muun muassa absorption, adsorption, kryogeenisen erotuksen tai membraanien avulla. Kemikaaleja on mahdollista tuottaa power-to-X-menetelmin esimerkiksi metanolisynteesin tai Fischer-Tropsch synteesin avulla. Power-to-chemicals-teknologian suurimman yksittäisen kustannuksen muodostaa elektrolyysilaitteiston investointikustannukset. Tuotantokustannuksista taas merkittävän osuuden muodostaa elektrolyyttisesti tuotetun vedyn kustannukset. Tarkastelussa havaittiin, että power to-chemicals-tekniikalla valmistettujen kemikaalien tuotantokustannukset ovat yleisesti vielä fossiilisista lähteistä valmistettujen kemikaalien kustannuksia korkeampia. Yksittäisten kemikaalien kohdalla potentiaalia on jo nähtävissä, mutta näissä ongelmana on kemikaalien rajalliset markkinat, eivätkä hankkeet eivät ole vielä kaupallisessa mittakaavassa toteutettuja. Power-to-X-teknologiat nähdään merkittävässä roolissa osana tulevaisuuden energiajärjestelmää, sillä ne mahdollistavat ylimäärisen sähköntuotannon pitkäaikaisen varastoinnin sekä mahdollisuuden tuottaa kemikaaleja ja muita aineita ilman fossiilisia polttoaineita. Teknologian haasteena on erityisesti sen korkeat kustannukset, jotka tulisi saada laskemaan, jotta teknologia voisi kunnolla yleistyä.