Ammoniakista uusi vihreä energiaratkaisu? Tutkimusprojekti sai miljoonarahoituksen

Ammoniakki on lupaava vaihtoehto, kun yhteiskunta ja teollisuus pyrkivät eroon fossiilisista polttoaineista. Ammoniakkia voidaan hyödyntää muun muassa vihreän vedyn varastoinnissa teollisuuden käyttöön ja toisaalta merenkulun hiilettömänä polttoaineena. 

“Ammoniakki kytkeytyy erittäin vahvasti vetytalouden edistämiseen. Uusiutuvalla energialla tuotettua vihreää vetyä voitaisiin hyödyntää yhteiskunnassa laajasti niin raaka-aineena kuin energialähteenä, mutta sen varastointi on haasteellista ja kallista. Ammoniakki tarjoaa tähän kustannustehokkaan vaihtoehdon. Lisäksi vihreä ammoniakki on kiinnostava vaihtoehto meriteollisuuden polttoaineeksi ja teollisuuden energialähteenä laajemminkin”, sanoo tutkimusprojektia vetävä energiatekniikan professori Ville Vuorinen Aalto-yliopistosta.

Ammoniakin käyttöön liittyy kuitenkin monia kysymyksiä, joita suomalaisyliopistot ja teollisuus selvittävät yhteisessä tänä syksynä käynnistyvässä tutkimusprojektissa. Kolmivuotinen AINA-projekti (Ammonia Energy Conversion and Social Acceptance) on juuri saanut Business Finlandilta 2,5 miljoonan euron rahoituksen, josta Aalto-yliopiston osuus on 1,1 miljoonaa. 

Tutkimustietoa tarvitaan, jotta perinteisesti fossiilisilla polttoaineilla toimineet sovellukset voidaan muuntaa toimimaan uusilla polttoaineilla, Vuorinen sanoo. 

”Ammoniakki ei esimerkiksi pala kovin intensiivisesti, se on myrkyllistä, ja se voi syövyttää tiettyjä metalleja herkästi. Tarvitsemme siis perusymmärrystä ammoniakin käytöstä energialähteenä: miten se palaa moottorissa ja polttimissa tai toimii polttokennoissa. Tutkimme tätä 3D-virtausmallinnuksen avulla. Tutkimme kokeellisesti myös sitä, kuinka ammoniakki voidaan purkaa takaisin vedyksi. Vetyä ja ammoniakkia yhdessä on tutkittu vasta vähän”, Vuorinen sanoo. 

Vihreä ja harmaa ammoniakki

Ammoniakki on kemiallinen yhdiste, joka jalostetaan vedystä ja typestä. Perinteisesti maakaasun avulla tuotettua ammoniakkia kutsutaan harmaaksi ammoniakiksi. Vihreällä ammoniakilla puolestaan viitataan ammoniakkiin, joka on tuotettu päästöttömästi uusiutuvalla energialla, kuten aurinko- tai tuulienergialla. Lopputuloksena on koostumukseltaan ja käyttötarkoitukseltaan täysin sama aine kuin harmaa ammoniakki. Ammoniakkia käytetään paljon esimerkiksi lannoitteissa. 

Meriteollisuus on sitoutunut hiilineutraaliuteen vuoteen 2050 mennessä, mutta suuria laivoja on haastava sähköistää. Ala onkin kääntänyt katseensa vihreisiin polttoaineisiin, joista ammoniakki on yksi lupaavimmista. Sen käytöstä ei synny hiilidioksidipäästöjä ja sitä on myös helppo varastoida, sillä toisin kuin vety, se nesteytyy helposti ja säilyy hyvin. Vety voidaan sitoa ammoniakkiin kuljetusta ja säilytystä varten, ja erottaa käyttökohteessa, kuten voimalaitoksessa, takaisin vedyksi. 

Jotta ammoniakista tai vedystä saadaan tuotettua energiaa, se tulee joko polttaa tai muuntaa sähköksi polttokennojen avulla. Ammoniakin käyttöön liittyy kuitenkin ennakkoluuloja, joita Aallon tutkijat pyrkivät projektissa selvittämään.

”Palamisella on huono maine fossiilisten polttoaineiden vuoksi. Ammoniakin palaminen voi myös esimerkiksi tuottaa pieniä määriä ilokaasua, mikä on erittäin haitallinen kasvihuonekaasu. Turvallisuus- ja sääntelykysymykset ovat ammoniakin kohdalla vielä alkutekijöissään, ja niitäkin selvitämme projektissa”, Vuorinen sanoo.

"Uusien polttoaineiden kehittäminen vaikuttaa organisaatioihin ja niiden ympärillä oleviin toimijoihin laajasti. Jotta uudet innovaatiot lähtevät lentoon, meidän tulee ymmärtää erilaisten sidosryhmien tarpeita ja huolenaiheita ja rakentaa toimivia strategioita yhteiseen kehittämiseen", sanoo sosiaalista hyväksyttävyystutkimusta vetävä apulaisprofessori Tua Björklund, joka johtaa Aalto Design Factorya.

Projektissa ovat mukana Aalto-yliopiston lisäksi Vaasan yliopisto, Åbo Akademi, Turun yliopisto ja VTT. Teollisuuskumppaneita ovat Wärtsilä, YARA, Andritz, Flexens, Elcogen, Convion ja Elomatic. 

”AINA-tutkimus on ratkaisevan tärkeä vihreiden polttoaineteknologioiden ymmärtämiseksi. Tutkimus parantaa kykyämme kehittää hiilettömiä polttoaineita ja edistää vihreää siirtymää. Samalla se lisää yleisön luottamusta tutkimalla ammoniakin ja vedyn sosiaalista hyväksyttävyyttä”, sanoo General Manager Jari Hyvönen Wärtsilästä. Tutkimus on osa Wärtsilän johtamaa Zero Emission Marine -ohjelmaa.

Projektin tavoitteena on paitsi tutkia ammoniakin käyttöä eri energiasovelluksissa, myös tuottaa tuotekehityksessä tarvittavaa osaamista teollisuuden tarpeisiin esimerkiksi kouluttamalla väitöskirjatutkijoita. 

“Käytämme edistyneitä mallinnustapoja, joiden avulla pääsemme päästöjen syntysijoille. Tulevaisuuden energiaomavaraisuuden takaamiseksi tarvitsemme monenlaisia keinoja tuottaa ja varastoida energiaa. Tutkimuksen tuottama syvällinen osaaminen on oleellista, jotta vihreä siirtymä saadaan toteutumaan”, Vuorinen toteaa.