Vedyn tuotanto elektrolyysillä

Abstract

Fossiilisia energianlähteitä pyritään korvaamaan uusiutuvalla energialla. Tällöin on tarvetta energiankantajalle, jonka avulla sähköenergia voidaan muuttaa kemialliseen muotoon. Energiankantajaa voidaan varastoida, käyttää polttoaineena ja teollisuuden raaka-aineena. Tässä opinnäytetyössä tarkasteltiin vedyn tuotantoa energiankantajaksi Suomessa ja siihen soveltuvia elektrolyysi teknologioita. Vedyntuotanto asettaa teknologioille vaatimuksia, jotka tulee ottaa huomioon tutkimuksessa. Työssä selvitettiin, minkälaista vedyntuotanto on ja miten eri teknologiat soveltuvat siihen. Opinnäytetyön tarkoituksena oli kerätä tietoja Tampereen ammattikorkeakoulun tutkimusta varten.

Työssä tutkittiin Suomen valtioneuvoston, Fingridin ja Gasgridin suunnitelmia vetytaloutta varten, jotta tiedetään, minkälaisessa toimintaympäristössä vedyntuotanto tapahtuu. Vedyntuotantoon soveltuvia elektrolyysiteknologioita selvitetään kemiankirjallisuuden pohjalta ja tarkasteltiin, miten niiden ominaisuudet soveltuvat vedyntuotantoon.

Vedyn tuotanto on mahdollista aloittaa jo alkalielektrolyysillä, mutta sen ominaisuudet eivät sovellu hyvin jaksottaiseen vedyntuotantoon. PEM-elektrolyysin ominaisuudet soveltuvat hyvin jaksottaiseen tuotantoon, mutta se on materiaalikustannuksiltaan liian kallis ollakseen kustannustehokas. Lisäksi se vaatii materiaalitekniikan tutkimusta. Kiinteäoksidielektrolyysi on vielä kokeellinen teknologia, ja korkeassa lämpötilassa tapahtuvat korroosio-ongelmat tarvitsevat materiaalitekniikan tutkimusta. Tutkimuksessa täytyy huomioida sähkö- ja kaasujärjestelmien integroinnin aiheuttama elektrolyysiteknologian jaksottainen käyttö.

Fossil fuels are being replaced with renewable energy. This requires an energy carrier that can be used to transform electrical energy into a chemical form. The energy carrier can be stored, used as fuel or used as material for industrial processes. In this thesis, the possibility of hydrogen production for energy carrier in Finland was studied. Hydrogen production requires electrolysis technology and suitable technologies were studied. The purpose of this thesis was to gather information for research projects for Tampere University of Applied Sciences.

The Finnish government, the operator of Finland’s power transmission system, Fingrid and the operator of Finland’s gas transmission system Gasgrid have made plans for a future hydrogen economy. These plans give insight on how hydrogen production could work and what kind of requirements it sets for the technology. Chemistry literature explains how electrolysis technology works and what kind of properties their design has how they can be applied to hydrogen production.