Kemian keksinnöllä metaanista pilkotaan vetyä ja hiiltä puhtaampaan energia- ja akkuteollisuuteen

Energiantuotannon muuttaminen kestäväksi vaatii uusia keksintöjä ja harppauksia monella alalla. Yksi keino siirtyä fossiilisista polttoaineista vihreään energiaan on hyödyntää vetyä energianlähteenä. Vetyä löytyy luonnosta kosolti, mutta sitä täytyy pystyä hyödyntämään menetelmillä, jotka ovat vähäpäästöisiä eivätkä käytä kriittisiä luonnonvaroja.
Tutkija Ulla Lassi laboratoriossa
Ulla Lassi, kuva JP Manninen

Eräs erinomainen vedyn lähde on kasvihuonekaasu metaani, joka hajoaa hyvin korkeissa lämpötiloissa. Metaanin eli esimerkiksi maakaasun pilkkominen vedyksi on tuottanut aiemmilla menetelmillä aina hiilimonoksidia tai hiilidioksidia eli toisia kasvihuonekaasuja. Oulun yliopiston kestävän kemian tutkimusyksikköä johtavan professorin Ulla Lassin tutkimuksen kautta näille menetelmille on löytynyt käänteentekevä vaihtoehto. Lassin kehittämien katalyyttimateriaalien avulla metaania voidaan pilkkoa niin sanotussa metaanipyrolyysissä vedyksi ja kiinteäksi hiileksi, joka voidaan ottaa talteen. Lisäksi metaanin pilkkomisessa käytettävät katalyyttimateriaalit saadaan teollisuuden jätevirroista, jolloin ne ovat halpoja, kierrätettäviä ja niitä on runsaasti saatavilla.

Kiinteän hiilen erottaminen metaanista oli Lassille itsellekin yllätys.

“Siinä kävi niin kuin monesti käy tutkimuksessa, että parhaat jutut syntyvät vahingossa”, Lassi naurahtaa.

Lassin tutkimuksen lähtökohtana oli nimittäin kehittää keinoja, joilla saadaan tuotettua mahdollisimman paljon vetyä, mutta kiinteän hiilen syntyminen metaanipyrolyysin sivutuotteena pyöräyttikin koko tutkimuksen päälaelleen. Hiiltä saadaan luonnosta kaivoksista, ja sitä voidaan myös valmistaa synteettisesti. Molemmat tavat kuormittavat luontoa, mutta metaanista irrotettavalla kiinteällä hiilellä ei ole tätä haittaa. Metaanipyrolyysissä saatavan hiilen energiatehokkuutta parantaa myös se, että tutkimusryhmän kehittämillä katalyyteillä metaani hajoaa useita satoja asteita matalammissa lämpötiloissa kuin aiemmilla menetelmillä.

Akkuteknologia ei voi luottaa kriittisiin raaka-aineisiin

Metaanipyrolyysissä syntyneelle hiilelle on lukuisia käyttötarkoituksia. Hiiltä tarvitaan esimerkiksi akkuteknologian kehittämisessä. Akuissa hyödynnetään rajallisia ja hankalasti kierrätettäviä metalleja kuten litiumia, kobolttia ja nikkeliä. Akkujen valtava kysyntä paitsi kuluttajaelektroniikassa, myös autoissa sekä tuuli- ja aurinkovoimaloiden energian varastoinnissa tarkoittaa sitä, että akkumetallien tarve kasvaa lähitulevaisuudessa monikymmenkertaiseksi. Lassin tutkimus vauhdittaa osaltaan vihreää siirtymää, sillä akuissa hiiltä voidaan käyttää muun muassa kasvattamaan niiden suorituskykyä ja parantamaan niiden sähkönjohtavuutta.

“Kun yksikin akun pääkomponenteista valmistetaan paremmin kuin nyt, otetaan merkittäviä askeleita kohti kestävämpää energiankulutusta. Jatkossa akuissa tullaan käyttämään yhä enemmän biomassapohjaisia materiaaleja ”, Lassi sanoo.

Tutkimuksen ja teollisuuden luja yhteys voi tuottaa kestäviä ratkaisuja globaaliin mittakaavaan

Lassin työ on poikinut myös liiketoimintaa, sillä kokkolalainen Hycamite on ryhtynyt tuottamaan maakaasusta vetyä ja hiiltä Lassin ja työryhmän tutkimukseen perustuvalla menetelmällä. Lassin mukaan tutkimuksella ja teollisuudella onkin oltava luja yhteys.

“Pienen kansakunnan mittakaavassa yritysyhteistyö on täysin välttämätöntä omalla tieteenalallani. Silloin pienillä resursseilla pystytään tekemään enemmän. Yliopiston ja yritysten vuoropuhelu on parhaimmillaan erittäin hedelmällistä, sillä yritysten kanssa tehtävä tutkimus on perustutkimusta parhaimmillaan. Yritykset puolestaan saavat täsmäosaajia ja uusia ratkaisuja käytännön tarpeisiinsa”, Lassi sanoo.

Lassin mielestä jokaisen tutkijan kannattaisi ainakin jossain vaiheessa pitää toista jalkaa teollisuuden puolella ja tehdä tutkimusta siitä näkökulmasta. Tällöin voidaan kehittää käytännössä tehokkaasti toimivia ratkaisuja aikamme suuriin kysymyksiin kuten kestävään energiantuotantoon.

“Laboratoriossa käy helposti niin, että keksitään toimivia ratkaisuja, jotka käyttävät jotain valtavan kallista materiaalia tai tuottavat merkittäviä jätevirtoja, minkä vuoksi niistä ei saada aikaan teollista prosessia. Tutkimusvaiheessa on jo tärkeää pystyä kehittämään teollisesti relevantteja menetelmiä, jotka voidaan skaalata massiiviseen, kansainväliseen mittakaavaan”, Lassi sanoo.

Viimeksi päivitetty: 3.1.2024