Aalto-yliopiston ja Turun yliopiston yhteinen tutkimushanke paneutuu vedyn palamisen kemiaan ja fysiikkaan. Hankkeen tavoitteena on vauhdittaa muun muassa päästöttömän meritekniikan kehittämistä. KK-Palokonsultti Oy osallistuu tutkimushankkeeseen ryhmässä, joka tutkii vedyn paloturvallisuutta.
Maailmankaikkeuden yleisimmällä aineella vedyllä on merkittävä rooli matkallamme kohti tulevaisuuden hiilineutraalia yhteiskuntaa. EU:n tavoitteena on, että vihreän ja vähähiilisen vedyn sekä niistä johdettujen polttoaineiden osuus energian loppukäytöstä olisi vuoteen 2050 mennessä jo lähes viidennes. Jotta kunnianhimoinen tavoite saavutetaan, koko arvoketjun kehittäminen vedyn tuotannosta aina sen käyttöön vaatii ymmärrystä vedyn ominaisuuksista.
Business Finland on myöntänyt 1,7 miljoonan euron rahoituksen HENNES-tutkimushankkeelle, jossa tutkitaan vedyn palamisen fysiikkaa ja kemiaa. Tutkimuksen toteuttavat Aalto-yliopisto ja Turun yliopisto yhdessä, ja siihen osallistuvat muun muassa AGCO Power, Oilon, Finno Exergy, Vahterus, Auramarine ja KK-Palokonsultti Oy. Tutkimuksessa tarvittavan vedyn toimittaa P2X Solutions, joka tuottaa kaasun hajottamalla vesimolekyylejä vedyksi tuulivoiman tuottamalla sähköllä. Parhaillaan käynnissä oleva hanke tuottaa arvokasta tietoa vihreiden polttoaineiden teknologiaratkaisuista.
Puhtaasti palava polttoaine
Vedyn palamisreaktiossa vety reagoi hapen kanssa ja lopputuloksena syntyy vesihöyryä. Voimakas eksoterminen reaktio vapauttaa runsaasti lämpöä – kilossa vetyä on lähes kolme kertaa enemmän energiaa kuin kilossa bensiiniä. Koska puhdas palamisprosessi tuottaa pelkkää vettä, vedyn ja siitä johdettujen polttoaineiden käyttö ei synnytä hiilidioksidipäästöjä tai muitakaan saasteita.
Vety eroaa termodynaamisilta ja kemiallisilta ominaisuuksiltaan perinteisistä polttoaineista ja käyttäytyy palaessaan toisin tavoin. Siksi vedyn palamisen tarkka mallinnus on erittäin tärkeä laskennallisen fysiikan ja kemian haaste. Vedyn syttymisherkkyys ja pieni molekyylikoko asettavat omat haasteensa myös nestemäisen vedyn siirtoon ja varastointiin. Koska vety on räjähdysherkkä kaasu, sen turvalliseen käyttöön välttämättömien paloturvallisuusratkaisujen suunnittelu vaatii vielä paljon uutta tietoa ja tutkimustyötä.
HENNES-hanke keskittyy myös syventämään tietoa vedyn palamisprosesseista polttomoottoreissa. Hankkeen tavoitteena on muun muassa vauhdittaa päästöttömän meritekniikan kehittämistä. Vetykäyttöisiä polttomoottoreita on jo tutkittu melko paljon, mutta vedyn palamisesta moottorissa on silti vielä niukasti tietoa. Siksi tarvitaan syvempää tietoa ja ymmärrystä vedyn termodynamiikasta, virtausmekaniikasta, typenoksidipäästöistä ja palamisreaktiosta.
Huipputason kotimaista tutkimustyötä
Tutkimushanke on Aalto-yliopiston ja Turun yliopiston yhteinen. Aalto-yliopiston konetekniikan professori Ville Vuorisen ryhmä keskittyy erityisesti polttimien liekkeihin ja palamisilmiöihin polttomoottoreissa. Turun yliopiston konetekniikan apulaisprofessorin Armin Wehrfritzin ryhmä tutkii vedyn ja vedystä johdettujen polttoaineiden termodynaamisia ja olomuodon muutoksiin liittyviä ominaisuuksia. Aalto-yliopiston palotekniikan professorin Simo Hostikan kokoama ryhmä keskittyy vedyn paloturvallisuuden tutkimiseen.
Hanke yhdistää edistyneitä 3D-simulointimenetelmiä kokeelliseen tutkimukseen, ja sen tuloksia voivat hyödyntää sekä tiedeyhteisö että teollisuus. Tutkijat hyödyntävät avoimeen lähdekoodiin perustuvia simulaatiotyökaluja selvittääkseen vedyn käyttäytymistä ja arvioidakseen sen paloturvallisuutta. Tutkimuksesta kertyvä tieto mahdollistaa tehokkaampien ja kestävämpien vetykäyttöisten polttomoottoreiden suunnittelun ja edistää hiilivapaan energian käyttöä.
Projekti on osa Wärtsilän Zero Emission Marine -ekosysteemihanketta, joka pyrkii edistämään nollapäästöisen meritekniikan kehittämistä. Laivojen moottoreita sekä öljy-, kaasu- ja monipolttoainemoottoreihin perustuvia voimalaitoksia toimittava Wärtsilä on omistautunut kehittämään hiilivapaita polttoaineita käyttäviä moottoreita merenkulun ja voimalaitosten tarpeisiin. Vedyn palamisen ymmärrys on keskeinen osa Wärtsilän osaamista, ja auttaa tulevaisuudessa optimoimaan vetyä polttavien moottorien suorituskykyä.
Aiheesta muualla
- Aallon johdolla tutkitaan vedyn palamista (Osto&logistiikka 21.3.2023).
- Kuinka toimii tulevaisuuden polttoaine – tutkimushanke paneutuu vedyn palamisen kemiaan ja fysiikkaan (Kemiamedia 11.3.2023).
- Miljoonahanke pureutuu vedyn palamisen fysiikkaan ja kemiaan (Turun yliopisto 9.3.2023).
- Lukusuositus: Suomen Kuvalehden mainio artikkeli ”Ehkä se tällä kertaa onnistuu” antaa hyvät pohjatiedot vedyn valmistuksesta, käytöstä ja sen merkityksestä.