Vihreä ammoniakki Suomesta – veden, tuulen ja maan synergiaa

Uusiutuvalla energialla tuotettu vihreän vedyn johdannainen vihreä ammoniakki voisi olla uusi energia- ja tulolähde Suomen kansantaloudelle. Sen avulla Suomi voisi irtaantua riippuvuudestaan ulkomaiseen maakaasuun, ja se voisi auttaa Suomea saavuttamaan omavaraisuuden maataloustuotannossa tai olla tulevaisuuden alusten polttoaine tai vihreän vedyn kantaja. Suomi pystyy hyödyntämään ihanteellisia resursseja, joita vihreän ammoniakin tuotanto vaatii, niin kotimaista käyttöä kuin vientimarkkinoita ajatellen.

Suomalaiset ovat läpi aikojen selvinneet mitä vaativimmista olosuhteista kekseliäisyytensä ansiosta. Kun ajat ovat olleet huonot, suomalaiset ovat etsineet innoitusta, ravintoa ja energiaa luonnosta.

Vielä muutama vuosi sitten Suomi tunnettiin pääasiassa metsistään, maailmanluokan paperiteollisuudestaan, koneistaan ja puutuotteistaan. Ilmastonmuutoksen ja energiakriisin edessä Suomi on nyt valmis ottamaan askeleen eteenpäin uudella sektorilla: se aikoo vahvistaa omavaraisuuttaan tuottamalla ammoniakkia ja viedä sitä samalla maailman muillekin markkinoille.

Kriittisin tarvittava resurssi on uusiutuva sähkö

Suomella on yllin kyllin kaikkia resursseja, joita tarvitaan päästöttömän vihreän ammoniakin tuotantoa varten. Vihreää ammoniakkia voidaan jatkokäyttää ensisijaisesti pääraaka-aineena lannoitteissa, laivojen polttoaineena tai vedyn kantajana. Näistä resursseista tärkein on uusiutuva sähkö.

Pohjois-Pohjanmaalla rakennetaan tällä hetkellä tuulivoimatuotantoa sekä merellä että maalla, sillä alueella on erinomaiset tuuliolosuhteet. Tällä hetkellä pelkästään Pohjois-Pohjanmaalla tuulivoimalahankkeita on käynnissä eri suunnittelu- ja lupavaiheissa noin 80, ja näissä on vahvat yhteydet siirtää sähköä kansalliseen verkkoon.

Vuonna 2022 maatuulivoiman käyttö on Suomessa ollut räjähtävässä kasvussa, ja tämä on edistänyt merkittävästi siirtymistä vihreään energiaan. Lähivuosien aikana tuulivoiman määrä kasvaa yli puolella nykyisestä 3,8 gigawatista 9 gigawattiin. Vuoteen 2027 mennessä maan tuulivoimatuotanto ylittää jopa sen ydinvoimatuotannon.

Suomessa on myös paljon vettä, joka on elintärkeä luonnon raaka-aine vihreän vedyn ja ammoniakin tuotannossa, sekä kylliksi maata satamille, joissa laivoja voidaan lastata ja purkaa. Logistiikan näkökulmasta Suomea voidaan melkeinpä kutsua saareksi, joka on täysin riippuvainen viennistä ja tuonnista. Kuitenkin samasta syystä Suomessa merenkulku on keskeinen turvaava tekijä maan hyvinvoinnin kannalta.

Kolme kasvavaa ammoniakkimarkkinaa

Ammoniakkia (NH₃) käytetään maatalouden ruokatuotannossa, ja se on aina ollut avainroolissa maatalouden lannoitetuotannossa. Ammoniakki vapauttaa typpeä ravinteeksi kasveille, viljelyksille ja nurmille. Tällä hetkellä 80 prosenttia kaikesta ammoniakista käytetään lannoitteiden tuotantoon.

Todennäköisesti ammoniakki otetaan lähitulevaisuudessa käyttöön merenkulkupolttoaineena syvänmerenaluksille, rahtialuksille ja tankkereille. Tämä voi tapahtua odotettua aikaisemminkin, sillä Elomatic on jo suunnitellut useamman ammoniakilla kulkevan laivan Japaniin. Tämänkaltainen vihreän ammoniakin sovellutus antaisi Suomelle myös mahdollisuuden vapautua niin sanotusta saaren asemastaan ja tulla itsenäiseksi merienergian tuotannossa.

Ammoniakkia voitaisiin käyttää myös vedyn kantajana. Yhdistämällä vetyä ja typpeä saadaan ammoniakkia, jota vedystä poiketen on helppo kuljettaa suuria määriä pitkiäkin matkoja, minkä jälkeen se voidaan taas palauttaa vetykaasuksi. Esimerkiksi Keski-Euroopassa on päätetty ostaa ammoniakkia Kanadasta ja Yhdysvalloista juuri tähän tarkoitukseen.

Näiden lisäksi ammoniakkia voidaan käyttää teollisten ureatuotteiden valmistuksessa, tekstiilivärien tuotannossa ja hiilidioksidin talteenotossa. Ennusteiden mukaan markkinakysyntä olemassa olevia ja uusia ammoniakkituotteita kohtaan kaksinkertaistuu tai jopa kolminkertaistuu lähivuosina. Lannoitteiden kysyntä kasvaa voimakkaimmin, mutta myös laivojen polttoaineiden kysyntä tulee kaksinkertaistumaan. Lisäksi odotetaan vastaavaa kasvua ammoniakin kysynnälle energian kantajana.

Suomessa on yllin kyllin puhdasta vettä, suotuisat tuulivoimaolosuhteet ja kunnianhimoinen tiekartta maan nykyisen sähköntuotannon kaksinkertaistamiseksi, minkä ansiosta meillä on hyvät mahdollisuudet tulla vihreän vetytalouden johtajaksi.

Ei lainkaan hiilidioksidipäästöjä – vihreän ammoniakin suuri etu

Niin yllättävältä kuin se saattaakin kuulostaa, voimakkaan hajuista ammoniakkia pidetään yhtenä nopeimmista ratkaisuista hiilineutraalin Euroopan saavuttamiseksi. Vihreä ammoniakki on myös hintansa puolesta lähimpänä synteettisiä polttoaineita.

Harmaan ammoniakin tuotanto perustuu maakaasuun, kun taas vihreän ammoniakin tuotannossa metaania ei käytetä ollenkaan. Ammoniakkisynteesiin tarvitaan ainoastaan vettä ja vihreää sähköä elektrolyysiä varten. Ainoina päästöinä syntyy lämpöä, happea ja puhdasta vettä. Vesielektrolyysissä H₂O-molekyylit erotetaan vedyksi ja hapeksi. Kun vihreään vetyyn lisätään typpeä, se voidaan muuntaa vihreäksi ammoniakiksi, jota voidaan edelleen jatkojalostaa.

Vihreän vedyn tavoin vihreän ammoniakin tuotantoprosessissa ei synny hiilidioksidipäästöjä. Vihreä ammoniakki kykenee tehokkaasti varastoimaan energiaa pitkiksikin ajoiksi ilman, että energiaa häviää. Sen varastoimaa energiaa voidaan kuljettaa pitkiä matkoja ilman merkittävää hävikkiä. Sen varastointi on myös huomattavasti taloudellisempaa kuin vedyn, ja vie puolet vähemmän tilaa.

Omavaraisuutta Suomelle

Suomella on nyt mahdollisuus ennakoivasti rakentaa vedylle markkinaa raaka-aineena, jota voidaan jatkojalostaa Suomen bruttokansantuotteeksi. Tämä on alkua kestävälle vihreälle siirtymälle, joka parantaa kansantaloutta ja luo uusia työpaikkoja.

Ruokatuotannon luotettavuutemme voisi parantua, jos Suomessa ei enää tarvittaisi tuontiammoniakkia ulkomailta, vaan voisimme tuottaa omavaraisesti tarpeeksi ammoniakkia maan omista virheistä resursseista.

Visiona on siirtää teollisuus maakaasua nykyisin vievistä maista, kuten Venäjältä, Kiinasta, Yhdysvalloista ja Intiasta, vihreän sähkön maihin, joissa vihreää vetyä tai sen johdannaista vihreää ammoniakkia voidaan tuottaa. Suomella on kaikki, mitä tähän siirtymään vaaditaan.

Sähkötuotantokapasiteetin potentiaalin hyödyntäminen

Suomen uusiutuvien energianlähteiden ja merkittävien vesivarantojen kannalta vihreän vedyn tuotanto on järkevä ratkaisu. Vihreän vedyn valmistusprosessiin vaaditaan paljon sähköä, ja sitä voidaan joustavasti hallita Suomen vahvojen ja tasaisten sähkömarkkinoiden tukemana. Siinä mielessä tehokkainta olisikin suunnata tuotanto lähelle tuulivoimaloita.

Pohjois-Pohjanmaan ja Ahvenanmaan kaltaiset alueet ovat houkuttavia vedyn tuotannon kannalta, sillä alueilla voidaan hyödyntää tuulivoimatuotannon luontaista syklisyyttä. Näin ollen vedyn tuotanto kasvaisi, mitä enemmän tuuli puhaltaa, ja erityisesti silloin, kun sähköä ei tarvita muualla.

Suomen etuihin kuuluu myös ennakoitava sääntely. Turvallisuusriskien vähentämiseksi sekä vihreän vedyn että ammoniakin tuotannossa käytetään suljettua prosessia. Suomen ympäristöturvallisuusviranomaiset myöntävät luvat, valvovat toimintaa ja tekevät läheistä yhteistyötä taatakseen, että vihreä ammoniakki on turvallinen ja luotettava päästötön tulevaisuuden energianlähde.

Niin kauan kun vihreässä vedyssä on hyvää potentiaalia maakaasuratkaisujen korvaajaksi, Suomella on otollinen hetki luoda oma vetymarkkinansa.

Vihreän ammoniakin kansainväliset mahdollisuudet

Suomen vihreän ammoniakin markkinat voidaan helposti saattaa muiden maiden ulottuville, joissa sitä tarvitaan enemmän. Suurin osa EU-maista tiedostaa jo vihreän ammoniakin edut. EU:ssa aiotaan vähentää Venäjältä tuotavan maakaasun kysyntää ja siirtyä vihreään vetyyn, missä ammoniakki toimii kantajana mannertenvälisessä kuljetuksessa. Suomalainen vihreä ammoniakki voisi olla tässäkin oikein järkevä valinta.

Suomen markkinoilla laivat ovat avainasemassa, joten niitä meillä on jo omasta takaa. Merituulivoimakaapelit johtavat maalle lähelle tuotantolaitoksia ja laivasatamia. Kun maan ensimmäiset vihreän ammoniakin tuotantolaitokset ovat noin neljän vuoden päästä valmiita, vihreää ammoniakkia voidaan kuljettaa meriteitse ulkomaille.

Vihreää ammoniakkia voidaan aivan yhtä helposti kuljettaa Naantalin satamasta Helsinkiin kuin Atlantin yli tai melkeinpä mihin tahansa muuhun satamaan, sillä merenkulkukustannukset ovat kokonaiskustannuksista vain pieni osa.

Potentiaalia kahteen suuntaan

Olipa kyse sitten ilmastonmuutoksen torjumisesta, venäläisestä maakaasusta irtautumisesta tai arvokkaan tuotteen viennistä ulkomaille, suomalaisilla on syytä olla ylpeitä, kun lähtökohtana ovat maan luonnonvarat.

Suomessa on yllin kyllin puhdasta vettä, suotuisat tuulivoimaolosuhteet ja kunnianhimoinen tiekartta maan nykyisen sähköntuotannon kaksinkertaistamiseksi, minkä ansiosta meillä on hyvät mahdollisuudet tulla vihreän vetytalouden johtajaksi. Sen jatkojalostuspotentiaalista voitaisiin saada merkittäviä etuja Suomen kansantaloudelle sekä samanaikaisesti mahdollistaa vihreän vetytalouden leviämistä Suomesta ympäri maailmaa.

 Suomen luonnonvarasynergioiden hedelmät ovat pian valmiita lähetettäviksi maailmanmarkkinoille.

Energiakriisi vai kasvukipuja?

Energiakriisiin esitetyt ratkaisukeinot ovat olleet tiedossa jo pitkään – nyt käsillä olevien haasteiden ratkaisuun tulisi tarttua. Suomessa metsäteollisuus tuottaa suuren osan uusiutuvasta energiasta, mutta käyttää samalla paljon energiaa. Erityispiirteisiimme kuuluu myös kaukolämpöverkosto, joka mahdollistaa eri lähteistä peräisin olevan lämmön laajamittaisen jakamisen. Tarvitsemme panostuksia muun muassa kiertotalouden edistämiseen ja energian varastointiin.

Energiakriisiin liittyviltä otsikoilta on ollut vaikea välttyä viime kuukausina. Yhden määritelmän mukaan kriisi on kuitenkin ihmisen tai organisaation kohtaama uusi tilanne tai käännekohta, jossa aiemmin opitut ongelmanratkaisukeinot eivät välttämättä enää toimi. Isossa kuvassa energiamarkkinoilla vallitseva tilanne ei oikeastaan täytä tätä kriisin määritelmää.

Fossiilisiin polttoaineisiin perustuva systeemi on joka tapauksessa kulkemassa kohti loppuaan. Nyt vääjäämätön kehityskulku on vain hypännyt pakotetusti eteenpäin, mikä tuottaa toki enemmän yhtäkkisiä kasvukipuja kuin hallittu muutos. Suunta pitkän ajan kehityksessä ei kuitenkaan ole muuttumassa.

Tarpeesta ja keinoista on vallinnut jo kauan selkeä konsensus

Energian hinta on luonnollisesti monelle kotitaloudelle, yritykselle ja yhteisölle lievästi sanottuna haastava. Esitetyt ongelmanratkaisukeinot, kuten energia- ja resurssitehokkuuteen sekä uusiutuvaan energiaan aktiivisesti panostaminen, ovat kuitenkin tuttuja jo vähintään edellisen vuosikymmenen ajalta. Selviytymisen eteen ei tarvitse tehdä mitään uutta tai yllättävää.

Ne yksityishenkilöt, yhteisöt, yritykset sekä valtiot, jotka ovat tarttuneet toimenpiteisiin etupainotteisesti, eivät välttämättä kohtaa kriisiä lainkaan. Paljon suuremman kriisin siemen piileekin jatkuvassa fossiilisten polttoaineiden käytössä.

Suomi on tähdännyt nopeaan muutosvauhtiin

EU:n ja Suomen tietä kohti hiilineutraaliuutta on esitetty sekä EU:n yleisessä että Suomen omassa tiekartassa. EU tavoittelee hiilineutraaliuden saavuttamista vuonna 2050, kun taas Suomen pyrkimykset ovat huomattavasti kunnianhimoisemmat: maamme haluaa olla hiilineutraali jo vuonna 2035. Omat tähtäimensä ovat esittäneet myös esimerkiksi Japani ja Kiina.

Tavoitteisiin pääsemiseksi olisi joka tapauksessa tarvittu toimenpiteitä, joista osa olisi pakostakin aiheuttanut kipua ainakin joillekin tahoille. Tästä saadaan nyt hieman esimakua, kun toimiin joudutaan ryhtymään kertarytinällä. Tarvittavien tehtävien lista on silti edelleen massiivisen pitkä, eikä suunnitelmien toteuttaminen tule olemaan helppoa.

Suomen energiajärjestelmään vaikuttaa se, alkaako metsäteollisuus hyödyntää sivuvirtojaan enemmän muihin tarkoituksiin kuin energiantuotantoon, jolloin tarvitaan korvaavaa energiantuotantoa.

Pitkän ajan tiekartoissa on usein perspektiiviongelmia

Kun tavoite asetetaan riittävän kauas tulevaisuuteen, epämiellyttävimpiä toimenpiteitä ei ole pakko ryhtyä suorittamaan kuluvalla vaalikaudella – tai juuri nyt. Suomen tai EU:nkaan hiilineutraalius ei ratkaise globaaleja ilmasto-ongelmia, jos kasvun vaatima lisätuotanto ja sen päästöt ulkoistetaan. Talouskasvun, kulutuksen ja energiankulutuksen välinen kova sidos on vielä katkaisematta, mikä on osa ongelmaa.

Energiantuotannon päästöttömyyden lisäksi on oleellista saada kiertotalous toimimaan paitsi kattavasti myös energiatehokkaasti. Kiertotaloudenkin hyödyt tai haitat näet määritellään suurelta osin kiertoprosessien energiankulutuksen ja kyseisen energiantuotannon haittojen kautta. Näiden ja tietenkin myös kiertotalouden hyötyjen todentamiseksi on kehitettävä läpinäkyvää ja kattavaa elinkaariraportointia.

Suomi hyödyntää tällä hetkellä vahvasti puuperäistä biomassaa

Jokaisella maalla ja talousyhteisöllä on omat alueelliset energiajärjestelmiin liittyvät ominaispiirteensä. Suomen erityispiirteitä ovat suuri puuperäisen biomassan määrä suhteessa asukaslukuun ja sitä tehokkaasti hyödyntävä metsäteollisuus sekä kaukolämpöverkosto, johon palaan myöhemmin.

Suomen biomassavarannot mahdollistavat puuperäisen uusiutuvan energian laajamittaisen tuotannon. Poliittisessa päätöksenteossa uusiutuvuus riippuu toki sovituista tarkastelutavoista ja määritelmistä. Biomassa tullaan mahdollisesti määrittelemään EU:n alueella uusiutumattomaksi energiaksi, mikä on Suomen järjestelmän kannalta ongelma.

Metsäteollisuuden vaikutus näkyy niin tuotannossa kuin kulutuksessa

Metsäteollisuus tuottaa tällä hetkellä suuren osan Suomen uusiutuvasta energiasta, mutta myös käyttää paljon energiaa. Metsäteollisuus osallistuu muun muassa taajuudentuentaan ja reservimarkkinoille, ja on siten erittäin olennainen toimija Suomen energiajärjestelmässä monestakin näkökulmasta.

Puun tehokkaan hyödyntämisen mahdollistavat prosessit ja logistiikka ovat kehittyneet satojen vuosien aikana nykymuotoonsa. Metsäteollisuus on selvinnyt historiansa aikana monista mullistuksista, kuten tervankäytön päättymisestä ja painopaperin kysynnän romahtamisesta. Se tulee selviämään myös nykykriisistä, eikä pelkästään selviämään, vaan on osa fossiilitonta ratkaisua.

Sivuvirroilla on jatkossakin ratkaiseva rooli

Tällä hetkellä metsäteollisuuden energiantuotanto perustuu suurelta osin hyödyntämättömien sivuvirtojen, kuten ligniinin, polttamiseen. Näin ollen Suomen energiajärjestelmään vaikuttaa se, alkaako metsäteollisuus hyödyntää sivuvirtojaan enemmän muihin tarkoituksiin kuin energiantuotantoon, jolloin tarvitaan korvaavaa energiantuotantoa. Esimerkiksi hukkalämmön hyödyntämiseen perustuvien lämpöpumppuratkaisujen kysyntä saattaa nousta.

Intressi hyödyntää sivuvirtoja fyysisten tuotteiden valmistukseen voi tulla esimerkiksi EU-regulaation kautta tai uusien innovaatioiden ja paremman jalostusasteen tuotteiden muodostuessa mahdollisuuksiksi. Tällöin biomassan käyttö energiana muuttuu vähemmän houkuttelevaksi.

On kuitenkin epärealistista olettaa, että sivuvirtojen polttaminen loppuisi kokonaan ainakaan lähitulevaisuudessa. Tuotteita tai markkinoita, joilla kyseisiä raaka-aineita voisi hyödyntää, ei ole olemassa läheskään riittävässä mittakaavassa.

Osana kestävää talouskasvua täytyy kiertotalouden käyttöönottoa nopeuttaa. Siihen tehtävät panostukset kantavat hedelmää tulevaisuudessa.

Kaukolämpöverkosto lisää energiajärjestelmän joustavuutta

Mitä enemmän Suomi kaupungistuu, sitä suurempi osa suomalaisista asuu kaukolämpöverkoston alueella. Kaukolämpöverkosto mahdollistaa erinomaisesti monenlaisista lähteistä peräisin olevan lämmön suuren mittakaavan jakamisen ja hyödyntämisen lämmitykseen. Jo nyt hyödynnettyjä tulevaisuuden hukkalämmönlähteitä ovat esimerkiksi

• teollisuuden hukkalämpö
• jätevesien lämpö
• datakeskusten hukkalämpö.

Kaukolämpöverkosto mahdollistaa vaikkapa geotermisen energian tuottamisen ja jakamisen käyttäjille, mikä on kätevä tapa verrattuna yksittäisiin maalämpökaivoihin. Hyvän verkoston etuihin kuuluu myös energiajärjestelmän joustavuuden lisääminen, kun lämpöä pystytään varastoimaan kustannustehokkaasti suuressa mittakaavassa.

Energiaa kannattaa varastoida

On viisasta varautua kasvaviin energian varastointitarpeisiin. Mikäli teollisuuslaitoksen tuotantoprofiili mahdollistaa, kannattaa energiaa pyrkiä varastoimaan tai ohjata käyttöä enemmän yöaikaan. Halpaa sähköä voi varastoida myös lämpöakuissa ja purkaa esimerkiksi prosessihöyrynä.

Optimoitu energian varastointi ja joustava käyttö vaativat hyvää ymmärrystä tulevasta kulutuksesta suhteessa energian hintaan nyt ja seuraavina tunteina tai päivinä. Lyhyen aikavälin kulutuksen ennustaminen vaatii luotettavaa prosessien energiamittarointia, minkä lisäksi tuotettua dataa tulee hyödyntää ja sovittaa energianhintadataan ja -ennusteisiin.

Tarvitaan myös ”zero waste” -ajattelua

Osana kestävää talouskasvua täytyy kiertotalouden käyttöönottoa nopeuttaa. Siihen tehtävät panostukset kantavat hedelmää tulevaisuudessa samoin kuin menneinä vuosina uusiutuvaan energiaan ja energiatehokkuuteen tehdyt panostukset palkitaan juuri nyt.

Hyötyjen todentamiseen pyrkivät elinkaarilaskennat, kuten hiilijalan- ja kädenjälkianalyysit, tulevat pakollisiksi, koska kuluttajat ja rahoittajat osaavat vaatia niitä. Tämän vuoksi yritysten kannattaa kehittää laskenta- ja raportointimenetelmiään välittömästi. Energia- ja materiaalivirtoihin liittyvä kokonaisuus on ajateltava uudelleen, mikä monimutkaistaa ja haastaa hyöty- ja haitta-arviot sekä bisnesmallit.

Toteuttamattomat energiatehokkuuskeinot käyttöön

Kun tarkemmin ajattelee, käsillä olevien ongelmien ratkaisu on suorittaa samoja toimenpiteitä, joita piti tehdä jo ennen kriisiä. Keskeistä on hyödyntää energiankäytön tehostamismahdollisuudet, jotta kasvun vaatima ominaisenergiankulutus on mahdollisimman pieni ja siten myös investoinnit hiilineutraaliin energiantuotantoon pysyvät mahdollisimman kevyinä.

Lähes koko työurani energiatehokkuuden parissa toimineena tiedän, että maailmasta löytyy edelleen surullisen paljon selkeästi suositeltuja – mutta toteuttamattomia – energiatehokkuustoimenpiteitä. On täysin varmaa, että nykyinen hyvinvointitasomme olisi saavutettavissa pienemmällä energiankulutuksella.

Vihreä ammoniakki – ratkaisu ilmastonmuutoksen torjuntaan?

Venäjän hyökkäyssota Ukrainaa vastaan vaikutti Euroopan energiakehitykseen enemmän kuin monikaan osasi odottaa. Siksi vihreää vetytaloutta koskevien suunnitelmien edistäminen on nyt tärkeämpää kuin koskaan. Vihreä ammoniakki on yksi parhaista ratkaisuista nopeaan siirtymään kohti hiilineutraalia Eurooppaa. Sen käyttö on taloudellisesti järkevää ja sen polttaminen edistää suoraan hiilineutraaliustavoitteiden saavuttamista. Ammoniakin käyttö laivojen polttoaineena on yksi lupaavimmista tulevaisuuden käyttökohteista.

Vihreän ammoniakin sanotaan olevan merkittävä ratkaisu merenkulun päästöongelmiin. Sitä pidetään yhtenä ainoista skaalautuvista polttoaineista, joilla voidaan saavuttaa Pariisin ilmastosopimuksen vähennystavoitteet. Vihreää ammoniakkia on tarkoitus tuottaa useita satoja megawatteja Omanissa, Australiassa, Portugalissa ja Intiassa. Se ei ole vetyä, mutta voisi hyvinkin toimia juuri niin kuin vety.

Ensi kuulemalta ammoniakki vaikuttaa suhteellisen oudolta vaihtoehdolta ilmastoystävällistä teknologiaa varten. Koko Euroopan unionin kasvihuonekaasupäästöistä 35 megatonnia on peräisin lannoiteteollisuudesta, josta ammoniakin tuotanto muodostaa valtaosan, noin 30 miljoonaa tonnia. Suurin osa näistä päästöistä aiheutuu harmaan vedyn tuotannossa käytettävästä metaanin höyryreformointiprosessista (SMR). SMR on olennainen osa globaalisti tärkeintä ammoniakin tuotantomenetelmää, Haber–Bosch-prosessia.

Ammoniakin tuotannon keskimääräinen päästökerroin on noin 2,6 tonnia hiilidioksidia ammoniakkitonnia kohti, mikä tekee siitä yhden eniten päästöjä aiheuttavista kemiallisista tuotantoprosesseista. Noin 1,8 prosenttia eli 500 miljoonaa tonnia maailman kaikista hiilidioksidipäästöistä aiheutuu ammoniakin tuotannosta, joten prosessin kehittämisellä saavutettavat vähennykset eivät ole merkityksettömiä. Ne saattavat olla keskeisessä roolissa, kun maailmantaloutta muutetaan hiilineutraalimmaksi.

Harmaasta ammoniakista vihreään

Helpoin tapa tuottaa vihreää ammoniakkia on yhdistää ammoniakin perinteinen tuotantotekniikka, Haber–Bosch-menetelmä, vihreän vedyn lähteeseen, jolloin sen tuotantoprosessin kasvihuonekaasupäästöt vähenevät nollaan. Vedyn tuotantoprosessi määrittää sen, kuinka ympäristöystävällinen ammoniakin tuotantoprosessi puolestaan on, joten mahdollisten teknologisten vaihtoehtojen kuvaamiseen käytetty väriskaala on yhtä laaja: harmaa, sininen, turkoosi, keltainen, vaaleanpunainen ja vihreä.

Sininen ja turkoosi vedyntuotanto ovat hiilineutraaleja sovelluksia Haber–Boschin reaktiosta, erityisesti SMR-prosessista, jossa ammoniakkisynteesiin tarvittava vety erotetaan maakaasusta ja hiili reagoi hapen kanssa muodostaen hiilidioksidia. Keltaisen, vaaleanpunaisen ja vihreän vedyn tuotanto sen sijaan perustuu elektrolyysiin, jossa vetyä tuotetaan sähköistetyn kalvon avulla. Keltaista vetyä valmistetaan sähköverkosta saatavalla sähköllä ja vaaleanpunaista vetyä ydinenergian avulla, kun taas vihreää vetyä tuotetaan uusiutuvalla energialla, jolloin se on päästötöntä.

Yksi lupaavimmista tulevaisuuden käyttökohteista on ammoniakin hyödyntäminen laivojen polttoaineena, mikä mahdollistaisi merkittävät ja nopeat päästövähennykset yhdellä strategisesti tärkeällä ja erittäin päästöintensiivisellä alalla.

Ammoniakkia käytetään teollisuudessa laajalti ympäri maailmaa

Ammoniakkia käytetään laajalti ympäri maailmaa, erityisesti lannoitteiden tuotannossa. Ammoniakki, typpihappo, fosfori, kalsiumnitraatti ja kalium ovat tärkeimpiä kasviravinteiden lisäainelähteitä, jotka ovat mahdollistaneet maataloustuotannon kasvun ja siten edesauttaneet kulttuuria ja yhteiskuntaa kehittymään sellaisiksi kuin me ne nykyään tunnemme. Ammoniakkia käytetään myös muun muassa jäähdytysaineena, monien muovien ja väriaineiden keskeisenä ainesosana sekä typpioksidipäästöjen valvonnassa käytettävässä SCR-prosessissa.

Yksi lupaavimmista tulevaisuuden käyttökohteista on ammoniakin hyödyntäminen laivojen polttoaineena, mikä mahdollistaisi merkittävät ja nopeat päästövähennykset vielä yhdellä strategisesti tärkeällä ja erittäin päästöintensiivisellä alalla. Merenkulun osuus maailman kasvihuonekaasupäästöistä on nykyään 3 prosenttia. Vaikka paljon on vielä tehtävää, aluksia ja moottoreita sekä jälkiasennetaan että uudelleenrakennetaan vastaamaan IMO:n ja merenkulkualan yhteisön vuonna 2018 antamaan lupaukseen vähentää merenkulun kasvihuonekaasupäästöjä 50 prosentilla vuoteen 2050 mennessä.

Ennen 2020-luvun puoliväliä toteutettaviksi suunniteltuihin ratkaisuihin kuuluu täysin ammoniakkikäyttöisiä moottoreita ja ammoniakkikäyttöön muokattuja LNG-moottoreita, mikä kasvattaa ammoniakin kysyntää globaaleilla markkinoilla entisestään. Yksi esimerkki näistä on Elomaticin kehittämä konsepti (ARLFV), jonka avulla LNG-polttoaineella toimiva alus voidaan muuntaa ammoniakkikäyttöiseksi mahdollisimman pienin kustannuksin, kun vihreää ammoniakkia on saatavilla.

Markkina-analyytikoiden ennusteiden mukaan ammoniakkimarkkinoiden arvo kasvaa vuoden 2021 lähes 72 miljardista Yhdysvaltain dollarista yli 110 miljardiin dollariin vuoteen 2028 mennessä, johtuen erityisesti Itä-Aasian väestönkasvusta. Tulevaisuudessa vihreää ammoniakkia voidaan käyttää vieläkin laajemmin.

Synteettisiä typpilannoitteita käyttävän väestön määrä globaalisti

Vihreä ammoniakki mahdollistaa nopean siirtymisen vetytalouteen

Lyhyellä ja keskipitkällä aikavälillä tarkasteltuna vihreä ammoniakki on hyvä vaihtoehto vedyn käytölle, erityisesti taloudellisen käytettävyyden kannalta. Vaikka vedyn tuotantoprosessin muuttaminen vähentää päästöjä, vedyn varastoiminen pitkiksi ajoiksi on haastavaa. Vetymolekyyli on maailman pienin molekyyli, joten se läpäisee säiliöitä ja putkistoja nopeasti, noin prosentin verran päivässä. Jotta tuotettua vetyä voidaan käyttää maailmanlaajuisissa toimitusketjuissa, on sen sisällettävä kantaja-ainetta. Keskeisimpiin kantaja-aineisiin lukeutuvat nykyisin synteettinen metaani ja nestemäiset polttoaineet, joita tuotetaan talteenotetusta hiilidioksidista, sekä vihreä ammoniakki.

Vihreän ammoniakin etuja kilpailijoihin nähden ovat yhtäältä sen hintatason tasaantuminen harmaaseen ammoniakkiin verrattuna ja toisaalta se, että se ei sisällä hiiltä. Ammoniakin hinta on vahvasti sidoksissa kohtuuhintaisen maakaasun saatavuuteen, joka on ollut vuodesta 2020 lähtien alttiina monille häiriöille, kuten kahdelle pitkälle talvelle, yhdelle tuhoisalle hurrikaanikaudelle, kovalle kilpailulle nesteytetyn maakaasun markkinoilla Aasiassa ja heikolle vesisähkötuotannolle Euroopassa ja Yhdysvalloissa – maailmanlaajuisen pandemian aiheuttamien epävarmuustekijöiden lisäksi. Epävakaa ja korkea markkinahinta sekä jatkuvasti tiukentuva sääntely metaanin käytölle vaihtoehtona muille fossiilisille polttoaineille mahdollistavat ainakin tällä hetkellä vihreän ammoniakin käytön fossiilisten vaihtoehtojen sijasta.

Ehkä vieläkin tärkeämpää on kuitenkin se, että ammoniakki on täysin hiilivapaa vaihtoehto sekä polttoaineeksi että vedyn kantaja-aineeksi, minkä ansiosta sen polttaminen voi edistää suoraan liiketoiminnalle asetettuja hiilineutraaliustavoitteita nyt ja lähitulevaisuudessa. Ei siis ihme, että ammoniakin muuntokapasiteetti on huomioitu monissa maailman suurimmissa vihreää vetyä koskevissa hankkeissa, kuten Meridian Energyn 600 megawatin hankkeessa Uudessa-Seelannissa, useissa Yaran hankkeissa Norjassa ja H2 Magallanes ‑hankkeessa Etelä-Chilessä.

Maakaasun hinnan ja niukkuuden vuoksi maailmanlaajuinen kiinnostus vihreää ammoniakkia kohtaan on nyt suurta, ja se houkuttelee yrityksiä yhteistyöhön myös Euroopan unionin alueella.

Pohjoismailla paljon tarjottavaa vihreän ammoniakin tuotantoon

Vaikka Suomella ei ole erillistä vetystrategiaa, vaan vedyn käyttö sisältyy yleiseen energiastrategiaan, vedyn ja ammoniakin kotimaiselle tuotannolle on vahva pohja, kuten erittäin kilpailukykyinen sähkön hinta, vahva sähköinfrastruktuuri ja kunnianhimoiset tavoitteet tuulivoiman tuotantokapasiteetille: 5 000 MW vuoden 2022 loppuun mennessä ja 10 000 MW vuoteen 2025 mennessä. Suomessa voidaan myös ottaa elektrolyysiprosessin hukkalämpöä talteen ja syöttää sitä laajoihin kaukolämpöverkkoihin, ja puhdasta vettä on helposti saatavilla.

Suomen ja muiden Pohjois-Euroopan maiden kyky vähentää rajusti päästöjä ja siten ammoniakin tuotannon taloudellisia riskejä vaikuttaa myös koko Euroopan alueen huoltovarmuuteen. Euroopan vety- ja ammoniakkituotanto on ollut vahvasti riippuvaista venäläisen maakaasun saatavuudesta. Tämä on jo pitkään ollut energiaturvallisuuskysymys, ja helmikuusta 2022 lähtien se on ollut kuin merkki vanhentuvasta maailmanpolitiikan aikakaudesta. Euroopan unionin ja sen jäsenvaltioiden on nyt järjestettävä ammoniakin kysyntänsä uudelleen, jotta ne voivat vastata Kiinasta, Intiasta tai Yhdysvalloista tulevan metaanin tarjontaan. Vaihtoehtoisesti niiden on keskityttävä uuteen, kotimaiseen tuotantoon, joka on vähemmän altis kansainvälisille kriiseille.

Maailmanlaajuinen kiinnostus on herännyt

Maakaasun hinnan ja niukkuuden vuoksi maailmanlaajuinen kiinnostus vihreää ammoniakkia kohtaan on nyt suurta, ja se houkuttelee yrityksiä yhteistyöhön myös Euroopan unionin alueella. Vety- ja ammoniakkituotannon yhdistämiseen on suunnitteilla useita merkittäviä investointeja, kuten alankomaalaisen konsortion vastikään julkaisema, Rotterdamin satamaan suunniteltu ACE Terminal ‑hanke.

Terminaalista tulee keskeinen osa sataman pyrkimyksiä tarjota laajamittainen vetyverkosto Maasvlakten alueella. Verkosto tarjoaisi vihreää ja sinistä vetyä ja ammoniakkia muun muassa Uniperilta, Horisont Energilta ja Chariotilta, yhdistäen kahden mantereen hankkeet keskellä Eurooppaa. Ammoniakkikaupan keskittäminen Euroopassa Rotterdamiin on selvä askel kohti avoimia markkinoita.

Suomella ja muilla Pohjoismailla on hyvät mahdollisuudet osallistua tähän kehitykseen, ja sen avulla voimme todennäköisesti siirtyä hiilineutraaliin talouteen nopeammin kuin muiden synteettisten polttoaineiden avulla. Vetypohjaisen talouden luomisen edistäminen ammoniakin avulla on nyt tärkeää. Ei pelkästään taloudellisten hyötyjen vuoksi, vaan myös Ukrainan sodan pahentamien, huoltovarmuutta koskevien haasteiden vuoksi.

Vanha haiseva ammoniakki saattaa olla outo valinta globaalin ilmastokatastrofin torjuntaan, mutta sitä on helposti saatavilla – ja sen avulla voisimme voittaa ainakin hetken lisäaikaa.

Millä tasolla energiavarmuutemme on?

Kestävän sähkön tarve kasvaa päivä päivältä samalla kun etsimme tietä ulos fossiilisten polttoaineiden käytöstä. Vähähiilisen energian tuotannossa on kuitenkin edelleen haasteita, erityisesti energianjakeluun ja korkeisiin investointikustannuksiin liittyen. Uusiutuvien energialähteiden syklinen luonne edellyttää myös uusia ratkaisuja, kuten power-to-x-teknologioita. Ennen kalliin investoinnin tekemistä on kuitenkin viisasta tutkia muitakin vaihtoehtoja energiankulutuksen vähentämiseksi ja sähköverkon tasapainottamiseksi. Energia- ja materiaalitehokkuuden mahdollisuuksia ei pidä unohtaa.

Energiantuotantomme päästöttömyys ja nettopositiivisuus ovat olleet valokeilassa kestävän kehityksen kulmakivinä jo pitkään. Maailmanlaajuisten tavoitteiden saavuttamiseksi on meidän toteutettava merkittäviä toimenpiteitä energiantuotantomme alkulähteillä. Toisin sanoen yleisesti käytetyt fossiiliset polttoaineet on korvattava kestävillä uusiutuvilla energialähteillä nopealla vauhdilla. Mutta se ei ole helppo tehtävä, sillä vähähiilisellä energiantuotannolla on omat ongelmansa, kuten energianjakelu ja korkeat investointikustannukset.

Kestävyystavoitteisiin on pyrittävä myös kulutuspuolella. Lyhyesti sanottuna: jos primäärienergian käyttöä voidaan vähentää kattavasti ja kulutusta pystytään järkeistämään ajallisesti, kestävän tai fossiilisen energian tarve on pienempi.

Osana päästöttömyystavoitteita haluan tässä yhteydessä mainita myös materiaalitehokkuuden. Raaka-aineiden tehokkaalla käytöllä voidaan vaikuttaa samoihin kestävän kehityksen tavoitteisiin. Mitä tehokkaampaa (erityisesti neitseellisen) materiaalin käyttö on, sitä vähemmän energiaa kuluu ja sitä pienempi on ympäristölle aiheutuva rasitus koko arvoketjussa.

Yrityksille kestävän tulevaisuuden pyrkimykset tuovat säästöjä ja parantavat kilpailukykyä globaaleilla markkinoilla. Erityisesti nykyisessä globaalissa taloudessa energiaintensiivisellä valmistusteollisuudella on edessään merkittäviä haasteita. Samoista syistä materiaalikustannukset ovat nousussa – raaka-aineiden jalostus on kuitenkin monilla aloilla erittäin energiaintensiivistä. Yhdessä nämä kulut vaikeuttavat kustannusrakenteiden ennakointia ja voivat heikentää yritysten kannattavuutta äärimmäisessä määrin.

Suomen energiavarmuus paranee tuulivoiman myötä

Suomen kokonaisenergiankulutus vuonna 2021 oli 1 277 041 GJ, josta 30 % oli tuotettu fossiilisilla polttoaineilla. Suomen rajojen sisältä ei löydy hiili-, öljy- tai maakaasuvarastoja, joten kaikki fossiiliset polttoaineet on tuotava ulkopuolelta. Noin puolet Suomessa käytetystä energiasta onkin tuotu ulkomailta, ja siitä noin 60 % Venäjältä.

Lisäksi maahamme tuodaan ydinpolttoainetta, joten senkään tarjonta ei ole täysin turvattua. On kuitenkin huomioitava, että nykyiset polttoainevarastot voivat kestää useista kuukausista jopa vuoteen, ja lisää voi ostaa monista OECD-maista. Fossiilisten tuontipolttoaineiden lisäksi suomalaisessa energiantuotannossa on käytetty laajalti halpaa venäläistä puuta, mutta vaikka sen tuonti pysähtyisi kokonaan, ei sen katsota olevan ongelma energiavarmuutemme kannalta.

Täysin omavaraisia energianlähteitämme ovat biomassa (puu ja biokaasu), vesivoima, tuuli ja aurinko. Vesivoiman kapasiteettia emme pysty lisäämään, mutta erityisesti tuulivoiman tuotanto kasvaa tulevaisuudessa. Aurinkovoiman käyttö on tällä hetkellä kokonaisuudessaan hyvin vähäistä, mutta teknologinen kehitys voi lisätä kiinnostusta ja kasvua tulevaisuudessa.

Taulukko: Energianlähteet Suomessa

Vihreä sähkö on tie kestävään tulevaisuuteen

Yleisesti sähkön tuotanto ja käyttö on pidettävä tasapainossa, jotta sähkönjakelu toimisi sujuvasti. Uusiutuvan energiantuotannon lisääntyessä verkon tasapainotus vaikeutuu merkittävästi uusiutuvien energianlähteiden syklisen luonteen vuoksi. Tuulivoimaa on saatavilla vain oikeissa tuuliolosuhteissa ja aurinkoenergiaa kertyy ainoastaan päivänvalossa. Puupohjaiset polttoaineet ja ydinvoima ovat hyviä peruskuormituksen tuotannossa, mutta erityisesti jälkimmäinen on huono tehonsäädössä. Vesivoimaa voidaan käyttää tehonsäätimenä, mutta sen nykyinen kapasiteetti ei riitä kattamaan tämänhetkistäkään tarvetta.

Näin ollen, kun tuuli- ja aurinkovoiman määrä kasvaa tulevaisuudessa, verkkovirtatasapainon hallinnan haasteet lisääntyvät. Fingrid on kerryttänyt kevyeen polttoöljyyn perustuvan tehonsäätökapasiteettia yli 900 MW:n edestä, ja vielä nykyäänkin osa tästä kapasiteetista on tarpeen verkon sähkötasapainon hallintaan ja ajoittain suuremmista vioista selviämiseen.

Toivottavasti nämä ongelmat voidaan ratkaista tulevaisuudessa erilaisilla energiankeräystekniikoilla. Tällä hetkellä sähköä voidaan varastoida esimerkiksi akkuihin, mutta suurten akkuvarastojen rakentaminen on kallista ja niihin tarvitaan merkittäviä määriä harvinaisia metalleja. Jotta akkuteknologia olisi vastaus energian varastointiongelmiin, tarvitsemme siis uutta teknologiankehitystä alalla.

On myös monenlaisia power-to-x-tekniikoita, kuten vesisäiliöitä, paineistettua ilmaa, mekaanisia ratkaisuja ja vety, muutamia mainitakseni. Nämä tekniikat käyttävät ylimääräistä sähköä ja muuntavat sen muotoa myöhempää käyttöä varten. Myös lämpöpumput saavat yhä enemmän huomiota, ja jopa vanhaa tekniikkaa, kuten sähkökattiloita, voidaan käyttää energian varastointiin, jos niitä käytetään veden lämmittämiseen ylijäämäaikana. Toimiakseen kaikki nämä teknologiat tarvitsevat kuitenkin sähköä.

Energia- ja materiaaliauditoinnit ovat hyvä tapa parantaa energiatehokkuutta

Kaikkeen energian muuntamiseen, varastointiin ja uuteen tekniikkaan liittyy investointikustannuksia ja rajoituksia. Ennen kalliisiin teknologioihin investoimista onkin viisasta tutkia muita vaihtoehtoja energiankulutuksen vähentämiseksi ja sähköverkon tasapainottamiseksi, jotta tulevat kustannukset saadaan minimoitua. Näiden tavoitteiden saavuttamiseksi on hyvä huomioida energia- ja materiaalitehokkuuden tarjoamat mahdollisuudet.

Kaikkien säästökohteiden löytämiseksi paikallisen henkilöstön tulisi jatkuvasti pyrkiä parantamaan energia- ja materiaalitehokkuutta. Yleisesti kuitenkin ihmiset tulevat ”sokeiksi” jokapäiväisessä ympäristössään, tai kehityskohteita kyllä tunnistetaan, mutta niiden raportointiin ei ole tarpeeksi aikaa eikä henkilöstöä, jotta päätöksiä voitaisiin tehdä. Tällaisessa tapauksessa voi olla hyödyllistä palkata ulkopuolinen konsultti, joka näkee asian uudesta näkökulmasta ja jolla on aikaa laskea säästöt, investointikustannukset sekä takaisinmaksuajat löydetyille säästökohteille.

Energia-auditoinneilla on pitkä historia, kun taas materiaaliauditointi on suhteellisen uusi asia. Yritykselle voikin olla hyödyllistä aloittaa kestävän tulevaisuutensa rakentaminen energia-auditoinnista ja jatkaa kehitystä materiaaliauditoinnilla synergian saavuttamiseksi.

Energia-auditoinnin voi tehdä usealla tavalla:

• Vapaaehtoiset tutkimukset paikan päällä (konsultin tekemänä)
• Suurten yritysten pakolliseen energiakatselmukseen liittyvä tutkimus
• Esimerkiksi Motivan suorittama energia-auditointi: teollisuuden tai prosessiteollisuuden energia-auditointi tai uusi tarkkuusauditointimalli.

Materiaaliauditoinnissa noudatetaan standardissa (ISO 14051) kuvattua MFCA-menetelmää (Material Flow Cost Accounting). Sen pystyy suorittamaan konsultti Motivan tekemien ja Business Finlandin hyväksymien ohjeiden mukaisesti. Tämä materiaalitarkastusmalli skaalautuu yhdestä tuotantolinjasta tehdasmittakaavaan ja keskittyy materiaali-, energia-, työvoima- ja muihin kustannuksiin koko prosessin ajan. Tehtaan henkilökunta on mukana etsimässä parhaita ratkaisuja löydettyihin säästökohteisiin, jolloin muutokset voivat käynnistyä auditoinnin lopussa.

Kysyntäpuolen hallinta on tärkeä osa turvattua energiantuotantoa

Kysyntäpuolen hallinta on toinen tapa vähentää energiankulutusta ja sähköverkon tasapainottamista. Se tarkoittaa sähkönkulutuksen siirtämistä suuren kysynnän ja hinnan tunneista edullisempaan aikaan tai kulutuksen väliaikaista säätämistä voimatasapainon hallintaa varten.

Suomessa Fingrid ylläpitää kysyntäpuolen hallinnan ja sähkövarastojen tasapainotusmarkkinoita yhdessä muiden pohjoismaisten siirtoverkonhaltijoiden kanssa. Ne tarjoavat taloudellista korvausta markkinoihin osallistuvalle toimittajalle. Periaatteessa kuka tahansa voi olla toimittaja, jos hän täyttää tekniset vaatimukset, markkinapaikkavaatimukset ja Fingridin toimittajien eettiset säännöt.

Suuri toimija voi olla markkinoiden ainoa tarjoaja, ja pienemmät toimittajat (esimerkiksi pienet valmistajat ja kotitalouskäyttäjät) voivat muodostaa suuremman reservin vaikka sähköntoimittajan toimesta. Tasapainotuspalvelujen tarjoajat ja varantotuotteet löytyvät Fingridin verkkosivuilta.

Kysyntäpuolen hallinnan lisääminen ei hyödytä toimittajia vain taloudellisesti, vaan se myös lievittää kestävän sähköinfrastruktuurin tulevia investointitarpeita, koska se vähentää huippukysyntää, hyödyntää ylijäämäsähköä ja alentaa sähkön hintoja kokonaisuudessaan.

Polttamisen lopettaminen – onnellinen loppu?

Meillä on monia syitä muuttaa energian kulutustapojamme ja korvata fossiiliset polttoaineet. Vaihtoehtoisillakin energialähteillä on kuitenkin haittapuolensa. Vety on kuuma aihe, mutta sen laajamittainen tuotanto ja varastointi asettavat haasteita. Siksi meidän on otettava huomioon myös energiansäästömahdollisuudet. Kun optimoimme minkä tahansa teollisen prosessin tehokkaammaksi, on meidän mahdollista säästää sekä energiaa että kustannuksia.

Keskitetty energiantuotanto on useiden vuosisatojen ajan tukeutunut vahvasti yksinomaan polttamiseen. Kotitaloudet on lämmitetty tuhansia vuosia polttamalla. Yksi käännekohta jonka voimme muistaa, oli öljykriisi 1970-luvun alussa, kun maailma tajusi, että resurssit eivät ole loputtomat, ja öljyn hinta nousi.

On useita syitä harkita uudelleen energian käyttöämme

Öljy ja muut fossiiliset polttoaineet, kuten hiili ja kaasu, ovat olleet energiantuotantomme ja kuljetuksemme kulmakiviä. Nyt useat syyt ovat saaneet meidät ajattelemaan asiaa uudelleen ja muuttamaan energian kulutustamme.

Ensinnäkin kustannusmekanismi ja nousevat polttoaineiden hinnat saivat meidät aloittamaan energian säästämisen, mikä vähensi polttamista. Myöhemmin ympäristömääräykset tiukentuivat ja vähensivät edelleen erityisesti kiinteiden polttoaineiden käyttöä. Polttotekniikan kehitys on onneksi kompensoinut paljon.

Viime kuukausina poliittiset levottomuudet ja Ukrainan sota ovat saaneet meidät pohtimaan, mistä polttoaineet ovat peräisin, ja pakotteilla voidaan entisestään vähentää fossiilisten polttoaineiden käyttöä.

Meillä on useita vaihtoehtoja

Joillakin vaihtoehdoilla on selvempiä haittapuolia kuin toisilla. Biomassan polttoa pidetään edelleen hyväksyttävänä – puupohjaisten polttoaineiden hiilikierto vain kiertää nopeammin. Ilmassa on kuitenkin muitakin epäpuhtauksia kuin CO2. Tosin niitä voitaisiin jossain määrin vähentää päästöjenrajoituslaitteilla, kuten pesureilla ja suodattimilla.

Ydinenergia on hiilidioksidipäästötön energianlähde, eikä se tuota päästöjä ilmaan. Erilaiset tapahtumat ja tekniset suunnitteluvirheet ovat kuitenkin osoittaneet, ettei ydinvoima ole ongelmaton ratkaisu. Uusimmissa ydinvoimalaitoksissa onkin huomattavasti tiukemmat turvallisuusprotokollat ydinkatastrofien estämiseksi.

Vaihtoehtoisilla energialähteillä on omat huonot puolensa

Uusiutuvat energialähteet, kuten vesi-, aurinko- tai tuulivoima, ovat päästöttömiä energialähteitä. Niilläkin on huonot puolensa, koska ne vaikuttavat luontoon aiheuttamalla esteitä muille eläimille, kuten kaloille tai linnuille.

Geotermiset hankkeet ovat yleisesti ottaen olleet ympäristöystävällinen tapa tuottaa energiaa. Suuremmassa mittakaavassa niiden kerrotaan aiheuttaneen kallioperään levottomuutta. Lämpöpumput eivät myöskään tuota energiaa tyhjästä. Molemmat ovat lämpöenergian lähteitä, mutta kuluttavat myös korkeamman eksergian sähköenergiaa.

Vedyn haasteet liittyvät tuotannon mittakaavaan ja varastointiin

Vety on erittäin kuuma aihe tänä päivänä. Jos alat hahmottaa tekstini kaavaa, saatat odottaa, että alan nyt kertoa Zeppelin Hindenburgista. Olet väärässä. Vedyn haaste on suurissa tuotanto- ja varastointilaitoksissa.

Vedyn tuotanto ja kulutus ovat perinteisesti olleet pienemmän mittakaavan sovelluksia, jotka ovat toimineet ongelmitta yli vuosisadan. Ei ole mitään järkeä tuottaa vetyä muista elinkelpoisista energialähteistä vain vedyn tuotannon vuoksi. Meidän täytyy nähdä iso kuva.

Jokaiselle prosessille löytyy yksilöllinen ratkaisunsa

Jäljellä oleva vaihtoehto on ilmeisin. Säästää energiaa. Kun optimoimme minkä tahansa teollisen prosessin tehokkaammaksi, voimme säästää sekä energiaa että kustannuksia. Joissakin tapauksissa voimme tuottaa lämpöä ja ottaa sen talteen tehokkaasti.

Ei ole nopeaa korjaustapaa, eikä vain yhtä ainoaa ratkaisua. Jokaisella asiakkaalla on ainutlaatuiset prosessinsa ja haasteensa, ja tehtävämme Elomaticissa on ymmärtää häntä ja tarjota hänelle paras ratkaisu.

Vain siten voimme perustella olemassaolomme. Ja ehkä myös pelastaa planeetan.

Nopeasti kehittyvä 3D-tulostus on yksi ratkaisu komponenttipulaan

3D-tulostus on teknologiana nuori ja melko tuntematon, minkä takia sitä ei vielä hyödynnetä täysimääräisesti. Menetelmä on kuitenkin kehittynyt kovaa vauhtia, eikä sitä komponenttipulankaan valossa kannata jättää huomioimatta. Isoimpana haasteena näemme, ettei menetelmän mahdollisuuksia vielä ymmärretä tarpeeksi. Parhaimmillaan 3D-tulostus uudistaa koko liiketoimintasi, kun saat tulostettua tuotteet ja varaosat hetkessä lähellä käyttäjää.

3D-tulosteiden sarjatuotanto on jo arkipäivää. Teknologiaa vaivaavat kuitenkin standardoinnin puute ja valmistustavan erilaisuus perinteisiin valmistusmenetelmiin verrattuna. Suurimpana haasteena sen laajamittaiselle hyödyntämiselle näemme kuitenkin, että vielä ei ymmärretä, mitä kaikkea valmistusmenetelmä mahdollistaa.

Kun pystyt tulostamaan kappeleita helposti ja huomioimaan tuotteen elinkaaren jo suunnitteluvaiheessa, koko liiketoimintasi mullistuu – voit yhtäkkiä valmistaa paikallisella osaamisella myös ne kappaleet, jotka on aiemmin tuotettu kauempana. Myös kunnossapito- ja varaosatoimitukset nopeutuvat, ja ne voidaan tehdä jopa paikan päällä. Tämä taas vaikuttaa koko liiketoimintalogiikkaasi.

3D-tulostuksella kappaleista saadaan kevyempiä ja edullisempia

Yksi 3D-tulostuksen hienouksista on, että se antaa sinulle vapauden määrittää, mihin kohtaan kappaletta materiaali sijoittuu. Näin pystyt säästämään materiaalia lastuamiseen tai valamiseen verrattuna, kun optimoit 3D-tulostettavat osat mahdollisimman hyvin käyttöön sopiviksi. Menetelmällä on myös mahdollista yhdistää useita osia yhdeksi kappaleeksi, mikä vähentää kokoonpanon tarvetta ja nimikkeiden määrää.

Mitä enemmän simuloit kappaleen toimintaa ja ymmärrät valmistusmenetelmän mahdollisuuksia, sitä enemmän saat vähennettyä materiaalinkulutusta ja sitä edullisempaa valmistuksesta tulee. Oleellista on, että osaat suunnittelussa käyttää 3D-tulostuksen mahdollisuudet hyödyksi.

Mikä parasta, kappaleen painoa keventämällä myös asiakkaallesi tarjoutuu usein säästömahdollisuus. Esimerkiksi mitä kevyemmäksi metsätyökoneen puomin saa, sitä vähemmän sen liikuttaminen kuluttaa energiaa. Vaihtoehtoisesti säästetyn energian voi hyödyntää kapasiteetin lisäyksenä. Kevyen rakenteen liikkeitä on niin ikään helpompi hallita.

Kohti entistä energiatehokkaampia ratkaisuja

3D-tulostus mahdollistaa myös sellaisten kappaleiden optimoinnin, joiden sisällä kulkee virtaus. Tästä on suurta hyötyä vaikkapa jäähdytyksen ja lämmityksen suunnittelussa, kun pystyt optimoimaan lämmönsiirtymistä virtauslaskennan avulla.

Lisäksi voit valmistaa entistä haastavimpia kappaleita. Pystyt esimerkiksi tekemään kappaleen sisälle sellaisia reikiä, joiden teko ei poraamalla tai valamalla onnistu. Kun määrität ensin rajapinnat, käytettävät materiaalit ja niiden mekaaniset ominaisuudet, pääset tulostamaan optimoidun kappaleen.

3D-tulostuksen sarjatuotanto sopii myös pienille kappaleille, joita saadaan yhdestä ajosta kymmeniä tai jopa satoja. Kappale pitää kuitenkin aina suunnitella tulostettaviksi, samalla tavalla kuin valukappale suunnitellaan valettavaksi.

Isojakin kappaleita voi jo tulostaa

Suomessa käynnistyi tänä keväänä DIMECCin johtama DREAMS-projekti, jossa luodaan 3D-metallitulostuksen avoin materiaalitietokanta. Tietopankin avulla korvataan alan standardien puutetta ja helpotetaan 3D-tulostamisen hyödyntämistä kaikkein vaativimmissa sovelluskohteissa. DREAMS on Business Finlandin rahoittama ja osa FAME-ekosysteemiä.

Projektiin osallistuu iso joukko tutkimuslaitoksia ja yrityksiä, ja myös Elomatic on mukana kehittämässä WAAM-tulostusta (Wire and Arc Additive Manufacturing), jossa robotti hitsaa rakenteita kerros kerrokselta. Näin on mahdollista tulostaa isojakin metallikappaleita, eikä koosta muodostu rajoitetta niin kuin 3D-laitteella tulostettaessa. Valmistetaanpa menetelmällä raketin polttoainesäiliöitäkin!

Lisäävän valmistuksen menetelmät tuovat helpotusta etenkin kriisiaikoina, jolloin kappaleiden maahantuonti muodostuu pullonkaulaksi: kun riittää että tieto liikkuu, voi kappaleet valmistaa nopealla osavalmistuksella kotimaassa. WAAM-tulostuksen etuna mainittakoon vielä, että sen materiaalina käytetään hitsauslankaa, jota on helpompi tuoda Suomeen kuin vaikka teräslevyjä.

Haluatko tietää, miten 3D-tulostuksen hyödyt saa moninkertaistettua? Lue, miten 3D-skannaus tukee 3D-tulostusta >>

Biokaasu on ilmastoystävällinen ratkaisu, jota Suomi nyt tarvitsee

Ukrainan sota on ajanut meidät tilanteeseen, jossa venäläisestä maakaasusta pitäisi päästä nopeasti irtaantumaan. Helpoiten kestävä korvaaminen tapahtuu biokaasulla, jonka käyttöönotto ei vaadi suuria muutoksia infraan. Biokaasu on myös ympäristöystävällinen ratkaisu, jonka avulla pystytään vaikuttamaan niin kasvihuonekaasujen vähentämiseen, kiertotalouden edistämiseen kuin ravinnekiertojen sulkemiseen. Biokaasun saatavuus on kuitenkin vielä rajallista ja sen tuotantoon tarvitaan panostusta.

Ukrainan sota on ajanut Euroopan energiakriisiin, jossa keskeiseen rooliin on noussut maakaasun saatavuus Keski-Euroopassa. Osalla Euroopan maista osuus Venäjältä tuotavasta maakaasusta on lähes kuudesosa maan kokonaisenergiankulutuksesta, mikä tekee siitä irtaantumisen erittäin haastavaksi.

Suomen tilanne ei ole yhtä kriittinen, sillä vastaava osuus meillä on alle 3 %. Tällä hetkellä maakaasusta karkeasti puolet käytetään teollisuudessa ja puolet sähkön ja lämmön tuotannossa, missä sitä on mahdollista korvata esimerkiksi tankkereilla tuotavalla LNG:llä, puulla, kivihiilellä ja turpeella.

On kuitenkin muistettava kestävyysnäkökulma: maakaasun korvaaminen toisella fossiilisella polttoaineella voi olla väliaikaisratkaisu akuuttiin kriisiin, mutta suunta on otettava jo vahvasti kestävämpään siirtymään.

Teollisuusyritysten kannalta tilanne on haastava

Teollisuusyrityksille maakaasusta irtaantuminen voi vaatia hyvinkin merkittäviä teknologisia panostuksia, joita on vaikea toteuttaa nopeasti. Yksi mahdollinen ratkaisu on sähköistyminen, jossa maakaasua käyttävät teolliset prosessit korvataan sähköä hyödyntävillä prosesseilla. Joissain tapauksissa on myös mahdollista hyödyntää epäsuoraa sähköistämistä, jolloin keskiöön nousevat lämpöpumput ja priimaukseen käytettävät sähkövastukset.

Kaikista helpoiten maakaasun korvaaminen tapahtuu suoraan biokaasulla, jolloin olemassa olevaan infraan ei tarvitse tehdä suuria muutoksia. Teollisuudessa monet toimijat haluaisivatkin nyt hyödyntää biokaasua osana maakaasusta irtaantumista, ja toisaalta maatalouden elinkyvyn ja huoltovarmuuden varmistaminen ovat nousseet yhä tärkeämmiksi teemoiksi.

Biokaasuhankkeille tarvitaan julkista tukea

Biokaasuhankkeiden tukemiseen tarvitaan tässä tilanteessa erilaisia elementtejä, joista yksi työkalu on vuonna 2022 voimaan tullut laki uusiutuvien polttoaineiden käytön edistämisestä liikenteessä. Siinä biokaasu tulee tietyin rajoituksin osaksi jakeluvelvoitetta.

Tätä kirjotettaessa lakiin on esitetty Ukrainan sodan takia muutosta, jossa jakeluvelvoitteen osuuden kasvattamisen aikataulua lykätään. Huomionarvoista on, että kehittyneiden biopolttoaineiden ja biokaasun lisävelvoitetta ei ole tarkoitus muuttaa tällä esityksellä.

Julkisen hallinnon taholta biokaasuhankkeita tulisi tukea myös muilla keinoilla, kuten selkeyttämällä ja yhtenäistämällä tukikokonaisuuksia toimijoille. Tämä helpottaisi erityisesti pienempien toimijoiden hankevalmisteluja sekä yhteistyöhankkeita, joissa osallistuu useampi toimija. Myös erilaiset hyötyyn perustuvat rahoitusinstrumentit, joissa lainan hinta on sidottu hankkeen tuottamaan ympäristöhyötyyn, helpottaisivat hankkeiden käyntiin lähtemistä.

Myös veroratkaisuilla on merkitystä

Veroratkaisuilla on osaltaan vaikutusta sekä hankkeiden kannattavuuteen että markkinan kehittymiseen. Biokaasun näkökulmasta olennaisia ovat valmistevero sekä sähkövero.

Biokaasu säädettiin valmisteveron alaiseksi polttoaineeksi vuoden 2022 alussa, poikkeuksena kestäväksi luokiteltu biokaasu, jota käytetään lämmitykseen. Biokaasun tuottajalla täytyy olla Energiaviraston hyväksymä kestävyysjärjestelmä, jotta kaasu voidaan luokitella kestäväksi ja tätä kautta verovapaaksi. Muussa tapauksessa kaasusta maksetaan täysi biokaasun valmistevero myös lämmityskäytössä.

Sähköveron osalta teollinen kierrätysmateriaalien valmistus ja jalostus oikeuttavat energiaverotukeen, koska käytännössä näiden laitosten käyttämä sähkö kuuluu alempaan sähköveroluokkaan II. Biokaasun suhteen tulkinta on vielä hieman epäselvä, mutta alemmalla veroluokalla on luonnollisesti vaikutusta laitosten kannattavuuteen.

Ohjauskeinoissa on muistettava ennakoitavuus

On myös muistettava, että jossain vaiheessa rajallista biokaasun tuotantoa joudutaan mahdollisesti ohjaamaan sinne, missä sen käytöstä saa suurimman hyödyn ja parhaan vaikuttavuuden ilmastomielessä. Nämä ohjauskeinot on mietittävä tarkkaan ja niistä on viestittävä ennakoidusti, jotta toimijat osaavat mukautua muuttuvaan tilanteeseen.

Kokonaisuudessaan kaikissa julkisen vallan ohjauskeinoissa on tärkeää muistaa ennustettavuus, jotta toimijat uskaltavat lähteä edistämään hankkeita. Lisäksi julkisen vallan olisi tärkeää suoraviivaistaa luvitusprosessia sekä selkeyttää rahoitus- ja tukikonsepteja.

Biokaasualan houkuttelevuutta tulee aktiivisesti edistää

Kiertotalous ja uusiutuvien energialähteiden tuotantohankkeet ovat tällä hetkellä todella kiinnostavia rahoituskohteita, sillä panostaminen puhtaisiin ratkaisuihin nähdään keskeisenä riskienhallintatyökaluna. Kehitys voimistunee erityisesti biokaasun suhteen, sillä sen avulla voidaan vaikuttaa useampaan kestävyyden alueeseen: kasvihuonekaasujen vähentämiseen, kiertotalouden edistämiseen ja ravinnekiertojen sulkemiseen.

Sijoittajat katsovat mahdollisuuksia kuitenkin kokonaisvaltaisesti suhteessa muihin kohteisiin. Näin ollen olisi tärkeää pyrkiä edistämään biokaasualan houkuttelevuutta sijoituskohteena. Suomessa alan imagoon ovat vaikuttaneet erään edesmenneen teknologiatoimittajan tekniset ja liitetaloudelliset haasteet, joka lopulta realisoituivat konkurssina ja useana keskeneräiseksi jääneenä laitoshankkeena. Uusia toimijoita on kuitenkin tullut alalle, ja myös vireille nousevat hankkeet ovat lisääntyneet.

Huomionarvoista Suomen markkinassa on myös alan jakaantuminen yhteen vahvaan toimijaan eli Gasumiin ja epähomogeeniseen pienten toimijoiden joukkoon. Tämä voi osaltaan heikentää sijoittajien kiinnostusta alan hankkeita kohtaan. Varsinkin pienissä hankkeissa teknologiset ja liiketoiminnalliset riskit korostuvat, mikä heijastuu hankkeiden rahoitukseen.

Jatkossa yhteistyö on avainasemassa

Alalla on selkeästi tilaa teknologiatoimittajalle, joka pystyy toteuttamaan laajan mittakaavan hankkeita. Osaltaan teknologian kehitystä rajoittaa osaamisen puute sekä hanketoimijoiden että viranomaisten puolella. On tärkeää huomioida, että biokaasun tuotanto vaatii poikkitieteellistä osaamista. Esimerkiksi raaka-aineen epähomogeenisuus on vaikeuttanut laitosten monistettavuutta ja skaalautuvuutta teknologisessa mielessä.

Tyypillisessä hankkeessa tarvitaankin osaamista lähtien aina biologiasta, suunnittelusta ja logistiikasta päätyen aina rahoitukseen ja kannattavuuteen asti. Tästä syystä on erityisen tärkeää ”hankkeistaa” kokonaisuus osaksi laajempia ekosysteemejä ja yhteistyöverkostoja.

Mikä on tulevaisuudessa biokaasualan rooli?

Varmaa vastausta on vaikea antaa, mutta uskon, että lyhyellä tähtäimellä se tulee olemaan yksi merkittävä toimija fossiilisesta energiasta irtaantumisessa. Eri skenaarioiden mukaan biokaasun tarpeeksi on arvioitu 4–11 TWh jo ennen Ukrainan sotaa, ja meneillään oleva kriisi nopeuttaa tätä kehitystä.*

Akuutin tilanteen jälkeen fokus siirtyy oletettavasti enemmän biokaasun käytön laajentamiseen ja uusien käyttötapojen kartoittamiseen. Huoltovarmuusnäkökulma tulee olemaan yksi biokaasun käytön laajentumista edistävä näkökulma, ja se osaltaan raivaa tietä kaasujen yhä monipuolisemmalle käytölle liikenteessä ja teollisuudessa.

Uskon, että tulevaisuudessa käytämme synteettistä metaania, biometaania, biokaasua ja vetyä, ja se avaa ovia myös muille sähköpolttoaineille ja vetytalouden ratkaisuille.

* Vuonna 2020 biometaanin tuotanto oli Suomessa noin 110 GWh ja biokaasun tuotanto noin 768 GWh (yhteenlaskettu määrä vastaa noin 3,5 % vuoden 2020 maakaasun käytöstä Suomessa).

Lue, miten biokaasuhankkeiden kannattavuutta voi parantaa >>

Miten biokaasuhankkeiden kannattavuutta voi parantaa?

Biokaasuhankkeiden kannattavuuden parantamiseksi on tärkeä kehittää koko tuotantoarvoketjua. Lopputuote pitää saada käyttötarpeen kannalta riittävään jalostusasteeseen ja prosessin sivutuotteille tulee löytyä markkina. Hankkeen koon kasvattaminen parantaa yleensä kokonaiskannattavuutta, minkä lisäksi laitoksen sijainnilla on suuri merkitys. 

Biokaasuhankkeiden kannattavuus on osoittautunut haastavaksi, vaikka erilaisia tukimuotoja onkin ollut saatavilla. Hankkeiden kannattavuuden parantamisessa tärkeässä roolissa on koko tuotantoarvoketjun kehittäminen. Keskeistä olisi kehittää lopputuotemarkkinaa: lopputuote tulisi saada käyttötarpeen kannalta riittävään jalostusasteeseen ja prosessin sivutuotteille, kuten mädätejäännökselle, pitäisi löytyä markkina.

Esimerkiksi maatilamittakaavassa lantabiokaasun tuotannon mädätejäännös on mahdollista jalostaa kierrätyslannoitteeksi, joka korvaisi suoran lannan levityksen pelloille. Kierrätyslannoitteen etuina ovat pienempi fosforin huuhtoutuma vesistöihin sekä typen muoto, joka on paremmin kasvien hyödynnettävissä.

Tällä hetkellä ongelmana on se, että suora lannan levittäminen pelloille on viljelijälle kannattavampaa, koska kierrätyslannoitemarkkina on vasta kehittymässä. Markkinan kehittymiseen tarvitaan osaltaan lainsäädännön selkeyttämistä, uutta tutkimustietoa sekä aktiivisia toimijoita markkinalla.

Laitoksen sijainnilla ja hankkeen koolla on keskeinen merkitys

Biokaasuhankkeiden kannattavuuteen vaikuttaa suuresti laitoksen sijainti, jotta sekä raaka-aineiden että lopputuotteen logistiikka saadaan kannattavaksi. Sijainnista voi tehdä hyvän myös sopiva, läheinen, teollinen biokaasukäyttäjä, joka sitoutuu hankkimaan laitoksen lopputuotteita.

Sekä pientuotannon että isomman tuotannon kannalta hankkeen koon kasvattaminen parantaa tyypillisesti kokonaiskannattavuutta. Käytännössä tämä tarkoittaa pientuotantopuolella useampien maatilojen yhteisiä hankkeita ja isommissa hankkeissa merkittävien teollisten toimijoiden osallistumista.

Erityisesti elintarviketeollisuus on ollut viime aikoina aktiivinen hankkeissa. Esimerkiksi Valio on lähtenyt kehittämään hiilineutraalia maitoketjua yhteistyössä tuottajien kanssa. Teollisten toimijoiden mukanaolo lisää yleensä myös rahoittajien kiinnostusta hankkeita kohtaan.

Hanketta tulee kehittää arvoketju edellä

Hankkeessa voi olla mukana esimerkiksi

• teollisuusyritys, jolta saadaan raaka-ainetta
• konsultti/suunnitteluosaaja
• biokaasulaitosoperaattori
• toimija, joka ostaa päätuotteen sekä
• mahdollinen sivuotteiden jalostaja.

Tässä tapauksessa hanketta lähdetään kehittämään arvoketju edellä, jolloin hyödyt on mahdollista esittää kokonaisvaltaisemmin.

Yksi mahdollinen kehityssuunta on, että yksittäiset hankkeet koottaisiin mahdollisimman aikaisessa vaiheessa osaksi laajempaa hankeportfoliota. Tallainen malli vaatisi aiheeseen keskittyvää operaattoria, joka vastaisi hankkeen kehittämisestä, rakentamisesta tai ylläpidosta sekä rahoituksen koordinoinnista. Mahdollisesti operaattori toimisi myös omistajana.

Yksittäiset hankkeet puolestaan saisivat käyttöön operaattorin osaamisen, mikä puolestaan voisi vauhdittaa hankkeiden käyntiin lähtemistä ja pienentäisi tätä kautta rahoitusriskiä.

Kannattavuus määräytyy suurelta osin jo suunnitteluvaiheessa

Osaltaan hankkeiden kannattavuuteen on mahdollista vaikuttaa teknologian kehityksen kautta ja toisaalta pyrkimällä huomioimaan laitoksen käyttöä jo suunnitteluvaiheessa. Biokaasulaitosteknologia kehittyy koko ajan, ja kun tehokkaita ja skaalautuvia teknologioita saadaan markkinoille, paranee hankkeiden kannattavuus sekä pienemmän investointikustannuksen että tehokkaamman operoinnin kautta.

Tärkeää on myös muistaa, että suunnitteluvaiheessa lukitaan suurin osa työkaluista, joilla operoinnin kannattavuuteen voidaan vaikuttaa. Tämän takia on tärkeää hyödyntää riittävästi myös asiantuntemusta suunnitteluvaiheessa.

Suunnitteletko biokaasuhanketta? Ota yhteyttä asiantuntijoihimme >>