Power-to-x (P2X) – Mitä se tarkoittaa ja miten se mullistaa energian- ja ruoantuotannon?

Väistämätön tarve päästä eroon fossiilisista polttoaineista on käsillä viimeistään nyt. Uusia hiilivapaita ratkaisuja tarvitaan kaikilla yhteiskunnan sektoreilla – teollisuudessa, maataloudessa ja liikenteessä. Yksi avainteknologia, joka voi auttaa ratkaisemaan muun muassa teollisuuden ja liikenteen isot hiilidioksidiongelmat on niin kutsuttu power-to-x-teknologia, lyhyemmin P2X. Sen perusidea on muuttaa sähköä toiseen energiamuotoon – ja tarvittaessa takaisin sähköksi.

Power-to-x

Power-to-x-teknologialla synteettisiä polttoaineita ilmasta, vedestä ja puhtaasta sähköstä

Power-to-x-teknologiaa voidaan soveltaa synteettisten, fossiilisia korvaavien polttoaineiden valmistukseen. Raaka-aineiksi tarvitaan hiilidioksidia ilmasta, vetyä vedestä tai typpeä ilmasta. Valmistusprosessi toteutetaan paikan päällä tuotetun aurinko- tai tuulisähkön avulla, täysin päästöttömästi. Lopputuotteet, kuten metaani, metanoli, dimenyylieetteri ja ammoniakki ovat tunnettuja polttoaineita, joita voidaan hyödyntää myös kemianteollisuudessa.

Metaania, metanolia ja dimetyylieetteriä voidaan käyttää nykyisten laivojen, kuorma-autojen ja henkilöautojen moottorissa, mikä säästää investointeja siirryttäessä hiilivapaaseen maailmaan. Polttoaineiden jakelujärjestelmät ovat  jo olemassa, mikä edelleen nopeuttaa siirtymistä hiilineutraaliin liikenteeseen.

Power-to-x / P2X Graph

LUT-yliopisto on tutkinut synteettisiä polttoaineita  energiajärjestelmän murroksen maailmanlaajuisesta mallintamisesta hiilidioksidin talteenottotekniikoihin, kemiallisiin synteesimenetelmiin ja katalyytteihin.

Synteettisten polttoaineiden tutkimus käynnistettiin LUTilla laajassa mittakaavassa osana vuonna 2014 alkanutta nelivuotista strategista tutkimushanketta, NeoCarbon Energy Projectia, yhteistyössä VTT:n kanssa. Tutkimustulokset ovat nyt konkretisoitumassa liiketoiminnaksi.

"Synteettisillä polttoaineilla on todella iso rooli liikenteen hiilineutraaliudessa. Biomassaan perustuvilla ratkaisuilla emme pysty irrottamaan raskasta liikennettä ja lento- ja meriliikennettä fossiilisista polttoaineista", kertoo Jero Ahola, Sähköjärjestelmien energiatehokkuuden professori LUT-yliopistosta.

Vedyn tuotanto vedestä elektrolyysin avulla on yhä kallista johtuen prosessissa tarvittavasta sähkön määrästä. LUTilla on tutkittu elektrolyysin energiatehokkuutta ja tulokset näyttävät lupaavilta. Teollisen mittakaavan kannattava tuotanto vaatii kuitenkin vielä helposti saatavia raaka-aineita. Vedyn ja hiilidioksidin pistelähteet mahdollistavat jo nyt kannattavan teollisen tuotannon.

Hiilidioksidikaappari savupiipussa

Hiilidioksidin talteenotto ilmakehästä ja savupiipuista on välttämätöntä, jotta maapallon keskilämpötilan nousu vuosisadan loppuun mennessä voidaan rajoittaa 1.5 asteeseen celsiusta. Hiilidioksidin talteenotto mahdollistaa mahdollisuuksia hiilineutraalin raaka-ainetuotantoon, kuten edellä kuvattujen synteettisten polttoaineiden valmistukseen.

Keskitettyjä hiilidioksin lähteitä edustavat esimerkiksi teollisuuslaitosten savupiiput, ja näihin soveltuvia talteenottomenetelmiä on tutkittu jo laajasti. Esimerkkinä hiilidioksidikaappareiden potentiaalista voidaan kuvata volyymia suomalaisen metsäteollisuuden ympärillä: mikäli kaikki biopohjaiset hiilidioksidipäästöt Suomessa sijaitsevista metsäteollisuuslaitoksista otettaisiin talteen, voitaisiin niistä ja vedestä päästöttömällä sähköllä tehtävillä synteettisillä polttoaineilla kattaa Suomen tieliikenteen polttoainetarve kokonaisuudessaan

Ratkaisuja myös ruoantuotantoon

Sähköstä ruokaa

Power-to-x-teknologiaan perustuvalla prosessilla on mahdollista tuottaa myös ruokaa.

"Tarvitaan vain solu, joka käyttää ravinnokseen vetyä ja hiilidioksidia. Solu voi kasvaa ja tuottaa vaikka proteiinia ravinnoksi. Toimimme kasvien tavoin, kun otamme hiilen tai typen ilmasta tai merestä. Valmistusprosessin tarvitsema energia otetaan aurinko- tai tuulivoimasta", kertoo  Ahola.

Proteiinirikasta solumassaa ilmasta on jo sitäkin tehty yhdessä VTT:n tutkijoiden kanssa.

"Ruoantuotannon tulevaisuus tarvitsee maan käytöstä ja sääolosuhteista riippumattomia ratkaisuja, ja meillä on käsissämme yksi sellainen. Tarve raivata metsää maatalouskäyttöön vähenee radikaalisti, jopa poistuu. Näin turvataan kapasiteettia sitoa hiiltä ilmasta", sanoo Ahola.

Lue seuraavaksi