Polttokennoajoneuvojen tarvitseman vedyn jakelu ja tankkaus

Abstract

Kansainvälisten ennusteiden mukaisesti maailman energiankulutus jatkaa kasvuaan ja fossiiliset energialähteet ovat merkittävässä roolissa vielä pitkään, vaikka niiden käyttöön tiedetään liittyvän vakavia ympäristöhaittoja. Liikenne on lähes täysin riippuvainen öljystä jalostetuista polttoaineista ja liikenteen osuus ilmakehää lämmittävistä hiilidioksidipäästöistä on noin neljännes. Perinteisten liikennepolttoaineiden aiheuttamat ympäristöhaitat sekä öljyvarojen ehtymisestä aiheutuva hinnan nousu ja öljyn saatavuuden vaikeutuminen pitkällä aikavälillä ovat kannustimia vaihtoehtoisten liikennepolttoaineiden ja -energioiden kehittämiselle ja käyttöönotolle. Tässä työssä tarkastellaan edellytyksiä vetyä käyttävien polttokennoajoneuvojen yleistymiselle. Vetyä pidetään yhtenä tulevaisuuden lupaavimmista energialähteistä ympäristön ja energian saannin varmistamisen kannalta. Vedyn kiistattomia etuja ovat monipuoliset tuotantomahdollisuudet, mahdollisuus energian varastointiin vedyn muodossa sekä mahdollisuus toteuttaa kestävän kehityksen mukainen energiajärjestelmä. Vedyn energia- ja liikennekäytön yleistymiseen vaikuttavat niin tekniset ja taloudelliset seikat kuin ihmisten asenteet. Yleistyminen voi tapahtua ainoastaan useiden alojen toimijoiden järjestelmällisen yhteistyön tuloksena. Tärkeä ehto vedyn laajamittaiselle käytölle liikenteen polttoaineena on mahdollisuus tuottaa vetyä ympäristön kannalta kestävällä tavalla. Vedyn valmistusmahdollisuudet ovat hyvin joustavat, sillä vetyä voidaan valmistaa monista raaka-aineista kuten erilaisista hiilivedyistä ja vedestä. Vedyn valmistukseen käytetyn raaka-aineen lisäksi valmistukseen käytettävän energian alkuperä määrittelee suurelta osin vedyn ympäristöystävällisyyden ja päästöttömyyden. Tietyissä teollisuuden prosesseissa vetyä syntyy sivutuotteena, jota voidaan myös hyödyntää. Vedyn energiakäytön suurimmat edut saavutetaan polttokennojen avulla. Polttokennoissa vedyn sisältämä kemiallinen energia saadaan hyvällä hyötysuhteella muutettua suoraan sähköksi, jota voidaan hyödyntää esimerkiksi ajoneuvojen sähkömoottoreissa. Monet suurista kansainvälisistä autonvalmistajista ovat kehittäneet polttokennoajoneuvoja ja ovat myös sitoutuneet saattamaan ne markkinoille. Polttokennoajoneuvojen yleistymisen kannalta merkittävä tekijä on myös vedyn jakeluverkoston luominen. Ilman riittävän laajaa tankkausasemien verkostoa ei vetykäyttöisen polttokennoajoneuvon hankkimien ole järkevää, mutta ilman ajoneuvoja ei myöskään tankkausasemien rakentamien ole houkuttelevaa. Käsitys vetyä käyttävien ajoneuvojen turvallisuudesta vaikuttaa voimakkaasti ihmisten päätöksentekoon heidän pohtiessaan polttokennoajoneuvon hankintaa. Polttokennoajoneuvojen ja vedyn jakeluinfrastruktuurin turvallisuuden varmistaminen on teknisten ja taloudellisten seikkojen ohella tekijä, jolla on merkitystä polttokennoajoneuvojen yleistymiseen.

Regarding to international forecasts world's energy consumption keeps on growing. Energy is produced with fossil energy sources although it is widely known that there is link between using fossil energy sources and serious environmental problems. Transport sector uses almost only oil-based fuels and it produces one fourth of world's climate warming carbon dioxide emissions. Environmental problems caused by traditional fuels, oil price and its availability are reasons for developing and introducing alternative fuels. This Master of Science Thesis studies the requirements for using hydrogen fuel cell vehicles. Hydrogen is considered as one of the most promising energy sources in the environmental and energy safety point of view. Wide range of production opportunities, possibility to store energy in form of hydrogen and opportunity to create sustainable energy system are undeniable advantages of hydrogen. Utilization of hydrogen in energy and transport sectors is affected by technical and economical questions, and also people's attitudes play very important role. Increasing use of hydrogen as energy source is a consequence of collaboration in different fields. An important prerequisite for large-scale use of hydrogen as transport fuel is possibility to produce it in sustainable way. Hydrogen production is very flexible because hydrogen can be produced from variety of raw materials for example from hydrocarbons or water. The origin of energy used in hydrogen production plays also very important role in eco-friendliness of produced hydrogen. In some industrial processes hydrogen is produced as by-product, which can also be exploited. The greatest advantages of using hydrogen as an energy source can be achieved with fuel cells. In fuel cells chemical energy of hydrogen can be converted to electricity with good efficiency. Electricity can be used for example in electric motors of vehicles. Many big international car manufactures have developed fuel cell vehicles and are also committed to bring them to the market in the near future. Hydrogen distribution network is necessary for widespread propagation of fuel cell vehicles. Without sufficiently wide network of hydrogen filling stations it is not wise to buy fuel cell vehicles, but in the other hand it is not attractive to make station network wide without fuel cell vehicles using it. The perception of safety of hydrogen vehicles is important factor when possible buyer is making buying decision. Together with technical and economic factors safety of fuel cell vehicles and hydrogen distribution infrastructure is an important issue in ensuring the entry of fuel cell vehicles into markets.