Elektrolyyseritekniikoiden edut ja haitat

Abstract

Vety on tärkeä osa tulevaisuuden energiajärjestelmää, koska sitä voidaan tuottaa päästöttömästi uusiutuvista energianlähteistä. Kun vetyä tuotetaan päästöttömästi uusiutuvista energianlähteistä, puhutaan vihreästä vedystä. Vihreää vetyä tuotetaan elektrolyysin avulla, jossa vettä hajotetaan vety- ja happikaasuksi. Elektrolyyserit ovat laitteita, joissa elektrolyysi saadaan aikaan. Elektrolyyserit toimivat eri periaatteilla, joten ne eroavat toisistaan sekä teknisiltä että taloudellisilta ominaisuuksiltaan. Näitä eri toimintaperiaatteita kutsutaan elektrolyyseriteknologioiksi.

Tässä työssä vertaillaan elektrolyyseriteknologioita toisiinsa eri osa-alueilla ja löydetään niille etuja ja haittoja toisiinsa verrattuna. Teknologioita vertaillaan teknisen kehittyneisyyden, resurssien käytön, taloudellisuuden, joustavuuden sekä kestävyyden perusteella. Etujen ja haittojen pohjalta kuvaillaan, millaisiin käyttökohteisiin eri tyypit soveltuvat sekä arvioidaan niiden nykytilaa ja tulevaisuutta. Työ on tehty kirjallisuuskatsauksena, johon on valittu nykyaikaisia lähteitä ajantasaisen kuvan muodostamiseksi.

Työssä havaitaan, että alkalielektrolyyseri on tekniikoista kestävin ja kustannustehokkain. Protoninvaihtomembraanielektrolyyseri on myös kehittynyt teknologia, mutta kalliimpi kuin alkalielektrolyyseri. Se on joustavuudeltaan paras tekniikka. Kiinteäoksidielektrolyyseri on kaupallistamisvaiheessa oleva teknologia, jolla on erinomainen hyötysuhde, mutta jonka kestävyys on heikko. Anioninvaihtomembraanielektrolyysi on teknologioista uusin ja vielä selkeästi kehitysasteella, mutta se voi tulevaisuudessa olla hyödyllinen teknologia.

Hydrogen is an important part of the future energy system because it can be produced from renewable energy sources without emissions. When hydrogen is produced from renewables without emissions, it is called green hydrogen. Green hydrogen is produced through electrolysis where water is split into hydrogen and oxygen gas. Electrolyzers are devices where electrolysis is performed. Electrolyzers operate by different principles which have different technical and economical characteristics. These operating principles are called electrolyzer technologies.

In this work, different electrolyzer technologies are compared to one another from different perspectives and pros and cons are discovered. Technologies are compared from perspectives of technical development, resource usage, economics, flexibility and durability. Based on pros and cons, use cases for each technology are proposed. Also, the current situation and prospects are analyzed. This work has been done by literature review where new sources are utilized.

It is discovered that alkaline electrolyzer is the most durable and developed technology. Proton exchange membrane electrolyzer is also well developed but more expensive than alkaline electrolyzer. It is the most flexible technology. Solid oxide electrolyzer is in the commercialization stage and it has a very high efficiency, but its durability is low. Anion exchange membrane electrolyzer is the newest technology and clearly still in development stage but it could be a useful technology in the future.