Teksti Kemia-lehti kuvat Aalto-yliopisto
Vedyn palamisen fysiikkaa ja kemiaa on tutkittava tarkemmin, jotta maailma voi saada yhä parempia nollapäästöisiä polttomoottoreita.
Vedyn ja siitä jalostettujen polttoaineiden, kuten ammoniakin, käytöstä ei synny lainkaan hiilidioksidipäästöjä. Vetykäyttöisiä polttomoottoreja ei ole kuitenkaan otettu laajalti käyttöön sähköntuotannossa ja liikenteessä, koska vedyn palamisesta moottorissa on vasta vähän perustietoa.
Business Finland on myöntänyt 1,7 miljoonan euron rahoituksen HENNES-tutkimushankkeelle, jossa tutkitaan vedyn palamisen fysiikkaa ja kemiaa. Uuden tiedon avulla on mahdollista suunnitella entistä tehokkaampia ja kestävämpiä vedyllä toimivia polttomoottoreita, mikä puolestaan edistää hiilivapaan energian käyttöä maailmanlaajuisesti.
Hankkeessa ovat mukana Aalto-yliopisto, Turun yliopisto sekä Wärtsilä ja useita muitakin yrityksiä. Tutkimus on osa Wärtsilän Zero Emission Marine -ekosysteemihanketta, jonka tavoitteena on edesauttaa muun muassa nollapäästöisen meritekniikan kehittämistä. Yhtiö saa tutkimuksen kautta arvokasta tietoa vihreille polttoaineille suunnatuista teknologiaratkaisuista.
”Wärtsilä on sitoutunut kehittämään hiilivapaita polttoaineita käyttäviä polttomoottoreita sekä merenkulkuun että sähkövoimalaitoksille. Vedyn palamisen mallinnus on osa ydinosaamista, jota tarvitaan moottorin suorituskyvyn optimoinnissa”, tähdentää Jari Hyvönen Wärtsilä Marine Powerin tuotekehityksestä.
Vedyllä on keskeinen rooli, kun pyritään vähentämään riippuvuutta fossiilisista polttoaineista ja siirtymään kohti hiilineutraalia yhteiskuntaa. EU:n tavoite on, että vihreän ja vähähiilisen vedyn ja niistä johdettujen polttoaineiden osuus energian loppukäytöstä olisi lähes viidennes vuonna 2050.
Vedyllä on keskeinen rooli, kun pyritään vähentämään riippuvuutta fossiilisista polttoaineista.
Tutkimuksen ja tuotekehityksen yhteistyötä
HENNES-hanke mahdollistaa vedyn käytön kokonaisvaltaisen tutkimuksen ja kehityksen. Ilmastopäästöjen vähentäminen sekä fossiilivapaan energia- ja liikennesektorin kehittäminen vaatii akateemisen tutkimuksen ja yritysten tuotekehityksen tiivistä yhteistyötä.
”Tarvitsemme syvempää tietoa ja ymmärrystä vedyn termodynamiikasta, virtausmekaniikasta, typenoksidipäästöistä ja palamisprosesseista”, kertoo virtausfysiikan ja energiatekniikan professori Ville Vuorinen Aalto-yliopiston konetekniikan laitokselta.
Tutkimusprojektin tuloksia voi hyödyntää niin tiedeyhteisö kuin teollisuuskin.
”Vetypolttoaineella on suuri potentiaali erityisesti merenkulussa, mutta vedyn arvoketjun kehittäminen tuotannosta, varastoinnista, kuljetuksesta aina polttoainekäyttöön saakka vaatii perusteellista ymmärrystä vedyn ominaisuuksista”, sanoo Turun yliopiston konetekniikan apulaisprofessori Armin Wehrfritz.
Simulaatiot apuna tutkimuksessa
Hankkeen avainroolissa on edistyneiden 3D-simulointimenetelmien ja kokeellisen tutkimuksen yhdistäminen. Tutkijat käyttävät avoimen lähdekoodin simulaatiotyökaluja selvittääkseen, miten vety käyttäytyy esimerkiksi teollisuuden moottoreissa ja energian siirrossa käytettävissä lämmönvaihtimissa. Simulaatioilla voidaan tutkia myös vedyn paloturvallisuutta.
Vety poikkeaa perinteisistä polttoaineista termodynaamisten ja kemiallisten ominaisuuksiensa suhteen ja käyttäytyy palamisprosesseissa eri tavalla. Myös vedyn syttymisherkkyys ja molekyylin pieni koko asettavat haasteita sekä palamisen hallinnalle että vedyn varastoinnille.
Vetypalamisen tarkka mallinnus on erittäin haastava laskennallisen fysiikan ja kemian ongelma, jonka ymmärrys on tärkeää suunniteltaessa tehokkaita palamisprosesseja. Tietoa tarvitaan esimerkiksi nestemäisen vedyn varastoimiseen sekä energian siirroissa käytettävien lämmönvaihtimien ja höyrystimien kehittämiseen.
