Energiainfra ja uudet energiateknologiat
Energiatehokkuus ja energiansäästö
Ympäristöteknologia
Energia-asioissa tarvitaan älykkäitä ratkaisuja
Kuva: Pixabay
Kun Suomessa ja muualla maailmassa siirrytään yhä laajemmin ei-fossiilisten polttoaineiden käyttöön, monet teknologiat muuttuvat oleellisesti. Uusiutuvan energian osuus energiantuotannossa kasvaa, mutta energiaa on silti saatava käyttöön ainatarvittaessa. Muun muassa VTT:ssä tutkitaan ja kehitetään aiempaa älykkäämpiä, monipuolisempia sekä ympäristömyönteisempiä energiaratkaisuja.
Uusi aika edellyttää uusia teknologioita esimerkiksi
energian
tuotantoon, käyttöön, siirtoon ja jakeluun sekä ilmastopäästöjen
hallintaan. Kaikilla näillä sektoreilla automaatioratkaisut
lisääntyvät ja muuttuvat myös älykkäämmiksi.
Päästöjen vähentämiseksi on tehty jo paljon töitä keskittymällä
tuotannon energiatehokkuuteen.
Monenlaisia muitakin toimenpiteitä tarvitaan.
Sähkönsiirto- ja jakeluverkkojen puolella tekoälyratkaisujen
yleistyminen tuo mukanaan uudenlaisia teknologioita ja
älykästä automaatiota esimerkiksi tuulivoimatuotannon ohjaukseen
sekä verkkovikojen paikantamiseen ja korjaamiseen.
Kun kehitellään älykkäitä energiaratkaisuja, on keskeistä
löytää oikea tasapaino asetettujen päästövähennystavoitteiden,
ratkaisujen toteutettavuuden ja esimerkiksi sähköverkkojen
luotettavuuden välillä. Tutkimustyössä etsitään mahdollisuuksia
uusien teknologioiden sekä eri energiamuotojen yhdistämiseksi
– älykkäästi ja innovatiivisesti.
Fiksuja rakennuksia ja säätötekniikoita
Energiankäytön ajoitus on monessa tapauksessa tärkeämpää
kuin käytetyn energian kokonaismäärä. Usein oikean ajoituksen
varmistamiseen tarvitaan älykästä automatiikkaa.
Korkeissa asuintorneissa – muun muassa Malmön ’Turning
Torso’ -pilvenpiirtäjässä – on jo pitkään käytetty muun muassa
tarkkoihin sääennusteisiin perustuvaa ennakointia huoneistojen
lämmitystason säätämisessä. Kun odotettavissa on auringonpaistetta,
huoneistojen lämmitystä voidaan vähentää jo
etukäteen. Menetelmällä ei pyritä pelkästään energiatehokkuuteen
ja päästövähennyksiin, vaan samalla halutaan lisätä
asumismukavuutta.
Ylipäätään älykäs rakentaminen voi edistää rakenteellista
muutosta kohti sellaisia energiaratkaisuja, jotka perustuvat
nykyistä vähemmän fossiilisiin tai muutoin ympäristön kannalta
haitallisiin polttoaineisiin.
Älykkäisiin uudenaikaisiin ratkaisuihin perustuvat rakennukset
ovat tyypillisesti muunneltavia ja energiatehokkaita.
Älyrakennukset voivat myös mukautua käyttäjien tarpeisiin ja
vaatimuksiin. Niissä voidaan esimerkiksi muuttaa tilojen pohjaratkaisuja,
kun tilankäytön tarpeet muuttuvat. Yhä älykkäämmällä
talotekniikalla saadaan asuintiloihin myös hyvälaatuista
sisäilmaa.
Moderneissa rakennuksissa voi olla sulautettuja antureita
ja rakennusautomaatiota, jotka tukevat tietoista päätöksentekoa
reaaliajassa kerätyn tiedon perusteella. Silloin rakennus
tavallaan voi aistia muutoksia ympäristössään ja esimerkiksi
optimoida erilaisia toiminta-asetuksia niiden mukaan.
Kuva: Pixabay
Energiatehokkuutta monilla keinoilla
Uusimmat älyrakennukset ovat energiapositiivisia, eli ne tuottavat
enemmän energiaa kuin itse kuluttavat. Silloin rakennuksen
tuottamaa aurinko-, tuuli- tai lämpöenergiaa voidaan
myydä muidenkin käytettäväksi. Toisaalta vanhemmat rakennukset
voidaan älykkäällä remontoinnilla muuttaa aiempaa
vähemmän energiaa kuluttaviksi.
Suomessa esimerkiksi VTT kehittää uusia, sulautetuilla
antureilla varustettuja materiaaleja, joilla alkuperäiset vanhat
rakenteet saadaan energiatehokkaammiksi, käytön perusteella
itseoptimoituviksi ja tarpeen mukaan muunneltaviksi. Samalla
saadaan usein säästöjä rakennuksen käyttö- ja ylläpitokuluihin.
VTT:n siirrettävällä PEM-elektrolyysilaitteistolla voidaan tuottaa sähkön
avulla vedestä vetyä ja happea. Jos laajamittaiseen hyödyntämiseen
tarvittava uusi sähköntuotanto toteutetaan päästöttömästi, vedyn käyttö
tai vedystä ja hiilidioksidista valmistetut polttoaineet ovat tehokas
ilmastonmuutoksen hillintäkeino.
Kuva: Mikko Lappalainen / VTT
Rakennuksia valvotaan jatkuvasti ja ylläpidetään tarpeen
mukaan, jotta tarvittavat huollot ja korjaukset voidaan tehdä
jo ennen kuin vikoja alkaa esiintyä. Tällä tavoin pystytään
usein myös pidentämään rakennusten käyttöikää.
Uutta tutkimusta teollisuuspäästöistä
”VTT:llä on paljon erilaisia älykkään energian hankkeita”, kertoo
erikoistutkija Eemeli Tsupari.
Hiilidioksidipäästöjen vähentäminen sekä hiilidioksidin talteenotto
ovat mukana useissa VTT:n viime aikojen tutkimusprojekteissa,
jotka liittyvät teollisuuden päästöihin.
Esimerkiksi Decarbonate-hankkeessa VTT testaa 10-metristä
rumpu-uunia, jonka avulla etsitään keinoja teollisuuden
CO2-päästöjen leikkaamiseksi. Uuni on tulossa testikäyttöön
VTT:n Jyväskylän toimipisteeseen lähiaikoina.
”Valmistavan teollisuuden suurin hiilidioksidipäästöjen
lähde on maailmanlaajuisesti nykyisin sementtiteollisuus,
joka on päästölähteenä ohittanut jo terästeollisuuden.”
Hiilidioksidia syntyy polttoaineista, mutta myös silloin
kun sementin pääraaka-aine kalkkikivi hajoaa noin +900
°C:n lämpötilassa. Lämpötilan vaikutuksesta kalkkikiven
hajoamis- eli kalsinointireaktion seurauksena muodostuu
sementin raaka-aineena käytettävää poltettua kalkkia sekä
merkittävä määrä hiilidioksidia. Sementtiprosessin lisäksi
poltettua kalkkia tuotetaan myös erillisissä uuneissa muihin
tarkoituksiin ja sama kalsinointireaktio on keskiössä myös
sellutehtaiden meesauuneissa.
VTT:n koeuunilla sähkökuumennuksella tuotettua poltettua kalkkia.
Kuva: Oona Katajisto / VTT
”Jos näitä prosesseja kuumennettaisiin sähköllä eikä
liekillä kuten yleensä, vältettäisiin polttoaineperäiset
CO2‑päästöt. Samalla myös kalsiumkarbonaatista hajoava
hiilidioksidi saataisiin aiempaa helpommin talteen”, Tsupari
kertoo.
Uunin kuumennukseen tarvittava sähkö luonnollisesti tuotetaan
uusiutuvalla energialla.
”Kyseessä on Business Finlandin tukema kaksivuotinen
projekti, joka alkoi syksyllä 2019. VTT on jo tehnyt alustavia
kokeita Tampereella pienikokoisemmalla sähkökäyttöisellä
rumpu-uunilla, mutta pelkästään niistä skaalaamalla ei pystytä
saamaan luotettavia tuloksia.”
Sementti- ja muun teollisuuden valmistusteknologioita pyritään
kehittämään, jotta muun muassa Euroopan Unionin asettamien
CO2-päästöjen vähennystavoitteiden saavuttaminen
lähivuosina olisi Suomessa mahdollista.
Happipolttoa ja uusiokäyttöä
Aiemmin VTT:ssä on selvitetty muun muassa hapella polttamisen
hyötyjä hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi teollisuudessa.
Happipoltossa savukaasuihin ei sekoitu palamisilman typpeä,
jolloin hiilidioksidin talteenotto polttouunien savukaasuista
onnistuu helpommin.
”Ongelmana kuitenkin on se, että hiilidioksidin kuljetus ja
pysyvä geologinen varastointi on varsin kallista. Lisäksi polttolaitoksen
yhteyteen olisi rakennettava happitehdas, joka kuluttaa
merkittävästi sähköä”, Tsupari selittää.
”Uudemmissa VTT:n tutkimushankkeissa on muun muassa
pohdittu hiilidioksidin talteenoton eri tekniikoita, samoin kuin
hiilidioksidin varastointia ja hyötykäyttöä.”
Esimerkiksi AGA ja Woikoski myyvät nykyään CO2-kaasua
kaupallisena tuotteena, jolle on käyttöä muun muassa virvoitusjuoma-
ja paperiteollisuudessa.
Toisaalta monet VTT:n ison kokoluokan projekteista hiilidioksidipäästöjen
rajoittamiseksi liittyvät muun muassa vedyn
hyödyntämiseen fossiilisten polttoaineiden korvaajana.
”Puhtaan vedyn käyttö laajamittaisesti esimerkiksi liikenteessä
on kuitenkin vielä kaukana”, toteaa Tsupari.
”Sen sijaan vedystä ja hiilidioksidista yhdessä olisi mahdollista
valmistaa polttomoottoreihin soveltuvaa metaania,
dieseliä
tai jopa bensiiniä.”
”Toki tarvitaan myös uusiutuvaa sähköntuotantoa. Aurinkoja
tuulivoimaa pitäisi tuottaa valtavasti nykyistä enemmän”,
Tsupari tähdentää.
Teksti: Ari Mononen
