Liikenteen voimalinjaratkaisut: sähkö, vety, polttokennot

Jos luit viestini niin en ole vetyvastainen. Pointtini on se että jokaista polttomoottoria ei ole järkevää korvata vedyllä. Energiaa ei vaan ole rajattomasti vaikka joskus tuuleekin enemmän mitä sähkön kulutus on. Tosiasia on että vety vaatii enemmän energiaa kuin suora sähkö.

2 tykkäystä

On aivan totta, että energiakonversio sähköstä ensin vedyksi ja sitten sähköksi aiheuttaa häviöitä. Jokaisessa konversiossa häviää energiaa ja tämän sähkö-vety-sähkö -konversion hyötysuhde on arvioiden mukaan 18-46%. Tähän päälle vielä vedyn kuljetus kohteeseen. Ei näytä hyvältä. Tämän hyötysuhteen parantaminen on erityisen tärkeää. Tämän mukaan vedyn käytössä ei olisi mitään järkeä. Akkuja vaan kaikkialle. Paljon vähemmän menee hukkaenergiaa.

The technology to convert power to hydrogen and back to power has a round-trip efficiency of 18%-46%, according to data that Flora presented from the Massachusetts Institute of Technology and scientific journal Nature Energy.

Vertailu ei kuitenkaan ole niin yksioikoista, sillä akkumateriaaleja ei riitä kaikille ja kaikkialle. Ainakaan siinä määrin, että jokainen liikkuva vehje voidaan sähköistää pelkästään akuilla. Nykyakkutekonologia nojaa eniten Litium-Ioni -yhdistelmään ja jo nykyisellä kysynnällä Litiumin hinta on moninkertaistunut.

kuva

Keskeinen elementti vetyauton puolesta on se, että vetyauto tarvitsee pienemmän akun. Kun BEV auton pitää kantaa akuissaan kaikki sähkö, josta generoidaan liikevoima koko matkalle, FCEV ajoneuvossa riittää sen kokoinen akku, joka varastoi polttokennon tuottaman sähkön vain lyhyen aikaa ennen sähkömoottorille syöttämistä. En nyt löydä lähdettä, mutta muistan lukeneeni, että yhteen sähköautoon tarvittavalla akkumateriaalimäärällä voidaan kalustaa toistakymmentä FCEV ajoneuvoa.

Lisäksi, raskaassa liikenteessä mikään nykyinen akkuteknologia ei ole kustannustehokas pitkillä matkoilla. BEV rekkojen massiiviset akut eivät ole erityisen nopeita ladata ja niillä ei pääse kovin pitkiä matkoja. Kumpikin on olennainen haitta logstiikassa. Vety taas on kevyt kuljettaa ja nopea tankata. Toki akkuteknologian kehitys voi muuttaa asioita aivan toisennäköiseksi. Esimerkiksi halpoihin ja yleisesti saataviin materiaaleihin perustuva akku, jonka energiatiheys on 10-kertainen ja hinta 1/10 -osa nykyisiin, olisi oikea gamechanger. Sitä odoteltaessa.

ps. @everlaastia on tehnyt lukuisia hyviä postauksia tästä aiheesta, hän voi varmasti kommentoida asiantuntevasti tähän. Ja korjata, mikäli olen aivan hakoteillä.

9 tykkäystä

Ei nykyinen akkutekniikka ole mikään päätepiste vaan koko ajan kehitetään kevyempiä, energiatehokkaampia ja halvemmista materiaaleista valmistettuja akkuja. Akkujen materiaalit on myös kierrätettäviä. On totta että raskasta kalustoa on järjetöntä sähköistää, vaan polttokenno on jarkevämpi vaihtoehto. Pointtini onkin ollut että vetyvallankumous pitäisi aloittaa eniten kuluttavasta päästä, kuten laivat, raskas liikenne ja lentokoneet.

1 tykkäys

Tätä olen kanssa toitottanut, mutta mielestäni keskustelu ei oikein etene. Eikä sen tarvitsekaan edetä, ajan kanssa ennusteet muuttuu toteumiksi ja nämä foorumiväännöt on merkityksettömiä. Mutta tuohon seinänkadun keisarin Hyzon-ketjussa rustaamaan skenaarioon liittyen (se on ollut johtava teoria foorumilla koko energiaketjun olemassaolon ajan) voisi ehkä argumentoida, että eikö ne vetyhubit kannata silloin rakentaa nimenomaan satamiin ja lentokentille, raskaan liikenteen solmukohtiin? Eihän vedylle ole järkevää rakentaa koko maan infroja kuten huoltoasemat tänä päivänä, jos se vetyistäminen kerran lähtee näistä toimitusketjujen runkolinjoista.

Se, että legacy-autovalmistajat ja legacy-energiantuottajat haluaa aloittaa vetyistämisen rakentamalla ympäri maata latauspisteitä hlöautoille, kertoo enemmän heidän intresseistään kuin parhaiden ratkaisujen edistämisestä.

5 tykkäystä

Keskusteluunkin liittyen, Madridissa on aloitettu ensimmäisen paikalla HEVO-solareilla vedyn tuottavan tankkausaseman rakentaminen.

HEVO: Tech - Fusion-Fuel

6 tykkäystä

Foorumihöpöttelyt on nimenomaan juurikin niitä, kaikki kai tässä yritetään ymmärtää isoa kuvaa eikä taida meidän mielipiteet juuri näihin asioihin vaikuttaa. :slight_smile:

Itse näen asian kuitenkin niin että mitä enemmän laitetaan paukkuja vedyn kulutukseen (hlöautot, raskas liikenne, lentäminen, teollisuus, energian varastointi etc), sitä houkuttelevampaa myös vedyn valmistuksesta tulee ja laitetaan enemmän paukkuja myös näiden mainittujen ongelmien ratkomiseen. Sama pätee tietysti akkuihin.

Mitä henkilöautoihin tulee, uskoisin että osa vedyn “charmista” liittyy siihen että vetyautoon vaihtaminen ei juurikaan muuta arkea (sitten kun tankkausinfra toimii). Ihmisillä tuppaa aina olemaan enemmän tai vähemmän muutosvastarintaa.

Tulipa jotenkin sekava teksti, sais jäädä postaamatta… Mutta kun työaikaa tähän käytetty niin menkööt :smiley:

3 tykkäystä

Väitän, että juuri tästä on kyse. Ja kun itse olen lukenut kaikkea mahdollista V2G:stä, BaaS:ista ja muusta, niin olen ns. muutosvastarinnan vastakohta. Haluaisin nähdä nämä tulevaisuuden superkiinnostavat liiketoimintamallit käytössä niin nopeasti kuin mahdollista.

3 tykkäystä

Japanissa on ainakin meneillään lähijuna…140 km…vetykokeiluja/testejä. Lisäksi junajuttuja on tulossa ainakin Espanjaan ja Britteihin. Olennaistahan on, että löytyy vaihtoehtoisia ratkaisuja eikä ”panna kaikkia munia samaan koriin”. Sittenhän jokainen valitsee tarpeidensa mukaan.

4 tykkäystä

Juuri näin, aika näyttää miten asiat etenevät.

Minua tässä keskustelussa häiritsee isosti yksi asia vedystä puhuttaessa: On hyvin epäselvää missä olomuodossa tuo vety on? Vaihtoehtojahan ovat vety sellaisenaan paineastiassa tai sitten nesteytettynä. Lisäksi vety voidaan yhdistää muihin aineisiin, jolloin puhutaan vaikka sitten Ammoniakista, Metanolista tai miksei vaikka Dieselistä (näistä pitäisi puhua e-polttoaineina, jos siis energia tulee tuulesta tai auringosta ja siitä lyysillä vety yhdistettynä muihin ainesosiin).

Lienee selvää jakeluketjun ja sijaintien olevan hyvin erilaisia riippuen mistä olomuodosta puhutaan. Ja toki konversioita voi tehdä suuntaan, jos toiseenkin, tosin taloudellisuus voi sitten olla ihan erilainen.

Noin lähtökohtaisesti ymmärrykseni mukaan:

  • Vety kaasuna vaatii tolkuttomasti tilaa, on kohtuullisen haastava säilöä pitkiä aikoja ja puristettunakin on erilaisia standardeja muodostumassa (siis missä paineessa vety säilötään). Kaasuna helpoin ja luultavasti edullisin liikutella suurissa määrin putkessa. Mutta tämä vaatii todella suuria määriä todennäköisesti ollakseen kannattavaa (sama tilanne kuin nyt öljyn tai maakaasun osalta) ja vaatii siis tuon putkiston olemassaolon (eli ihan kaikkialle ei kannata rakentaa).
  • Nesteytys hyvin haastava lämpötilan vuoksi, mutta parempi (ei siltikään hyvä) tilankäytöllisesti. Tosin kaasuuntuminen lienee ongelma tässäkin ja siten pidempiaikainen varastointi sisältää haasteita. Nesteestä kaasuksi päästään suhteellisen yksinkertaisesti, mutta puristaminen vaatii toki sitten hivenen työtä.
  • E-polttoaineet ovatkin sitten huomattavasti helpompia varastoida ja tilankäytöltään huomattavasti helpompia sovittaa eri kulkuvälineisiin. Näissä tosin ongelmaksi tulee hinta (konversiot ja tarvittavien muiden ainesosien tuotanto). Siis auttavat vihreän vedyn tuotannon syntymisessä ja siten osa vetytaloutta, mutta voidaanko puhua enää esim. vetyliikenteestä?

Sitten on tosiaan nämä eri liikennemuodot ja niiden antamat rajoitteet. Raskaaseen maantieliikenteeseen tuo vety on ilmeisen toimiva ratkaisu paineistetussa muodossa ja miksei siis myös kevyempäänkin liikenteeseen. Mutta nimenomaan tuo jakeluverkoston kattavuus tulee olemaan mielenkiintoinen seurattava. Hyvä huomata jo nyt dieselillä on osin erillinen jakeluverkosto raskaalle liikenteelle (harvempi ja osin jopa eri paikoissa). Tosin tuo @Samsam linkkaama kommentti yllä antaa vinkkejä osan raskaasta liikenteestä valitsevan akut (lyhyet matkat jne.) - se mikä osa menee tuohon täysisähköiseen onkin kiinnostava nähdä.

Meriliikenteeseen vety tulee pääasiassa e-polttoaineena (Metanoli ja Ammoniakki). Toki joitakin paikallisia vetyratkaisuja on myös syntymässä (Norja ilmeisesti rannikkoliikennettä tehdään vedyn varaan osittain sekä Amsterdam-Rotterdam alueelle näyttäisi tulevan paikallista liikennettä jossain määrin). Mutta isossa kuvassa suunta on hyvin selkeästi jo nähtävissä. Vety sellaisenaan vie liikaa tilaa ja on aivan liian kallis varastoida. Aikataulujen kanssa on myös omat haasteensa nimenomaan globaalissa mielessä (tänään tilattavat laivat vielä liikenteessä 2050 → konvertoinnin tulee olla suhteellisen suoraviivaista). Tiiviisti tätä alaa seuraavana en näe tällä hetkellä mitään merkittäviä signaaleja alan sisällä puhtaan vedyn suuntaan (tutustukaa vaikka Maerskin näkemykseen asiasta, jos ette muuten usko: What are the future sustainability fuels that could be used tomorrow? | Support | Maersk - huom! he tekevät nyt laivatilauksia tuon pohjalta).

Sitten jää jäljelle ilmailu. Tässä en ole millään tavalla asiantuntija, mutta minulla on ollut mahdollisuus keskustella erään merkittävän moottorivalmistajan asiantuntijoiden kanssa (teknisesti turbiinille vety on ihan ok polttoaine, mutta se mitä tuo tarkoittaa koko lentokoneelle on toinen asia). Näiden keskustelujen ja kuulemieni perustelujen pohjalta on melko haastavaa nähdä vetyä sellaisenaan osana ilmailua. Toki sitä tutkitaan, mutta jo pelkästään regulaatio puoli tulee viemään todella pitkän ajan (2035 on Airbusin tavoite pystyä aloittamaan liikennöinti nesteytyllä vedyllä, siihen asti asia tutkitaan ja testaillaan). Mutta aika näyttää, mitä tulevaisuus tuo tullessaan ja hyvä huomata heidän tutkivan myös sähköisiä ratkaisuja, eli heillä on käytännössä vielä koko paletti ihan auki.

Eli vetyä tullaan tarvitsemaan aivan ehdottomasti liikenteeseen, mutta tämä ei välttämättä tarkoita kaikkien liikennemuotojen käyttävän polttoaineenaan vetyä sellaisenaan. Ja koska kaikilla eri liikennemuodoilla on omat tekniset ja taloudelliset haasteensa, on vaarallista tehdä yleistyksiä.

15 tykkäystä

Minun mielestä vedyn vahvuus on juurikin se että sitä voidaan varastoida ja siirtää monessa muodossa sekä käyttää monella tapaa. Tällä saadaan moneen käyttötapaukseen sopiva (jopa optimi-) ratkaisu ja näin syntyy valtava skaala. Vetyhän ei ole tältä pallolta mihinkään loppumassa. Kynnys on vain tuotannon ja jakelun skaalaamisessa.

Ammoniakkia pidän vain yhtenä vedyn varastointimuotona, mutta hiilivety e-polttoaineilla tapahtuvaa liikkumista en pidä vetyliikenteenä vaikka nekin toki ovat yksi palanen vety-energiasektorissa. Näillähän suomessa ollaan lähdössä liikkelle. Vety elektrolyysillä ja hiilidioksidi biovoimalan piipusta.

Edit: Mainittakoon että tekstistäsi puuttuu vielä vetytahnat ja solid-state varastointi.

3 tykkäystä

Saksassa ollaan tätä solid-state varastointia kehittämässä. Testitehdas on jo kehitetty ja ilmeisesti jo tuotannossa. Konsepti vaikuttaa erittäin hyvältä, kun ei tarvita paineistettuja tankkeja vedyn säilömiseksi. Tankkaat autoon vain vety-magnesium tahnaa ja vesijohtovettä toiseen tankkiin. Näitä sitten annostellaan sopivasti kammioon, jossa tuloksena on vetykaasua, joka menee moottoriin. Sanoisin, että liikenteen turvallisuuden kannalta erittäin lupaava malli. Ei räjähtäviä tankkeja tai painesäiliöiden vuotoja ja erikoisosia.

According to the Fraunhofer researchers, the refuelling process is straightforward. Instead of driving to a filling station, the scooter driver changes a cartridge and fills tap water into a water tank. In the vehicle itself, the paste is pressed out of the cartridge and mixed with a precisely measured amount of water, depending on the required power. This reaction produces gaseous hydrogen, which can then be converted into electricity for the electric motor.

Only half of the hydrogen comes from the power paste, the other half from the water in the reaction. “The energy storage density of the power paste is therefore enormous: it is much higher than that of a 700 bar pressure tank,” says Marcus Vogt, a scientist at Fraunhofer IFAM. “Compared to batteries, it even has ten times the energy storage density.”

Tästä kun tulisi SPAC… :smiling_face_with_three_hearts: :smiling_face_with_three_hearts:

4 tykkäystä
6 tykkäystä

USA:n tulisi siis smart grid, microgrid, demand response, yms. ratkaisujen yleistyessä (koska uusiutuvat ja EV:t yleistyvät) sijoittaa julkista rahaa vetyvarastoihin, sen sijaan, että vahvistettaisiin sähköverkkoja suoraan? Sähköverkkojen vahvistaminen ja päivittäminen hyödyttäisi mm. energiatehokkuden kautta, mahdollistaisi entistä laajemmin noita edellä mainittuja kehityssuuntia, eikä vaatisi samanlaista raskasta infraa kuin fossiiliset polttoaineet tai vety. Minkähän takia Plug ei kannata tätä kehityssuuntaa?

Disclaimer: omistan smart grid -ratkaisuja tuottavia firmoja, mutta en Plug Poweria (paitsi rahastojen kautta). Osakesalkkuni ei vaikuta mielipiteeseeni, vaan mielipiteeni on vaikuttanut osakesalkkuuni.

Edit.
@everlaastia Noniin, kupari loppuu seuraavana :slight_smile: Verkoissa voidaan käyttää muitakin metalleja, ei ole yhtä korvaamaton alkuaine kuin litium. Mutta ei nyt mennä tähän, ainakaan tässä ketjussa.

Miksei pelkkä sähkö riitä? Kylmissä maissa totta kai kaukolämpöverkko kannattaa pitää, kunhan sen tuotanto saadaan lämpöpumpuilla puhtaaksi. Jossain huoltovarmuustilanteissa se nyt on ihan sama onko se varageneraattori maakaasulla vai vedyllä toimiva, toki hienoa jos olisi vetyä.

3 tykkäystä

@Ripetirip Varmaan käytännön syyt. Verkot ei händlää uutta kuormaa. Maa on järkyttävän iso ja sähköverkot heikot ja kuparista tekee tiukkaa. Myös GM ajaa sisään samanlaista ratkaisua aika isosti.

Toki sitten jää kysymys, että mitä järkeä tossa on isossa mittakaavassa… Itse mieluummin ajan pitkällä rangella varustettua vetyautoa ja tankkaisin suoraa vetyä tankkiin. Varmasti halvempaakin näin ja säästäisi akkumateriaaleja.

Artikkeli kuparista. Ei tämä tilanne tule ihan puskista.

Edit: Sillä siis on isot edut että energiaa jaetaan useamman kanavan kautta. Niinkuin aiemminkin on tehty. On sähköverkko, kaasuverkko, polttoaineenjakelukanavat, kaukolämpöverkko yms. Pelkkä sähköverkko ei taida riittää tulevaisuudessakaan.

7 tykkäystä

Onkohan tämä juttu vedystä (ja tuulivoimasta) ollut täällä:

7 tykkäystä

Fuell Cell Works / Alstom

6 tykkäystä

Tosin itse uskon että Saksan ennätyskallis sähkö kääntää akkuautojen osalta myynnin jyrkkään laskuun.

Jokaisen toki pitää tehdä omat johtopäätöksensä.

3 tykkäystä

Tähän viestiin liittyen:

Kyllä se vaan on kustannustehokasta siirtää vetyä putkistoissa pitkiä matkoja vs sähkö. Tähän samaan lopputulemaan toki päätyi myös Fingrid/Gasgrid. Kannattaa huomata myös, että e-fueleiden siirtäminen saattaa olla kaikista halvinta, joka parantaa niiden hintakilpailukykyä.

Edit: koko paperi on ihan lukemisen arvoinen niille, joita asia kiinnostaa.

6 tykkäystä

Yhtään metriä ei tarvitse rakentaa sähköverkkoa, koska on jo olemassa. Toisaalta yhtäkään metriä ei ole vielä vetyverkostoaa.
En oikein muutenkaan ymmärrä mikä taulukon pointti on.
Twitteristä löytää kyllä aina omaan agendaan sopivaa materiaalia.

2 tykkäystä

Erittäin mielenkiintoisia lukuja! Jokainen tuulivoimakenttä vaatii uudet kaapelit, paitsi jos viereen tehdään elektrolyyseri ja energia siirretään vetynä. Eikös tällainen projekti ole Suomessakin lähdössä liikkelle. Lisäksi nuo luvut kertoo siitä että sen vetyverkon rakentaminen ei ole yhtä kallis projekti kuin sähköverkot ovat olleet. Ja fossiilisina nykyään kulkeva energia siirtyy tulevaksuudessa joko vetynä tai sähkönä. Ei se nykyiseen sähköverkkoon mahdu joten jotain on rakennettava lisää.

7 tykkäystä