Ilmastopaneelin raportti: Teollisuuden päästöt alas sähköistämisen teknologioilla

Energiajärjestelmien sähköistäminen voi merkittävästi vähentää hiilidioksidipäästöjä ja auttaa ilmastotavoitteiden saavuttamisessa. Suuri osa teollisuuden fossiilipäästöistä syntyy tuotannossa tarvittavan lämmön tuottamisesta fossiilisilla polttoaineilla. Näiden päästöjen leikkaaminen on suurelta osin mahdollista jo nykyisiä sähköistämisen ratkaisuja hyödyntämällä.

Sähköistäminen on monimuotoinen joukko erilaisia ratkaisuja. Ilmastopaneelin raportti tuo yksiin kansiin teollisuuden sähköistämisen keskeiset teknologiat ja tarkastelee niiden soveltuvuutta tuotantomenetelmiin esimerkkien kautta. Monille fossiilisia polttoaineita käyttäville prosesseille on jo olemassa sähköön perustuva vaihtoehto, ja lisää ratkaisuja on kehitysvaiheessa.

"Noin 80 prosenttia Suomen teollisuuden hiilidioksidipäästöistä syntyy reilun kymmenen teollisuuslaitoksen päästöistä. Loput 20 prosenttia päästöistä hajautuu useiden kymmenien pienempien päästäjien kesken. Suurten päästölähteiden prosessikehityksellä ja jopa yksittäisillä investoinneilla voidaan saada merkittäviä vähennyksiä kokonaispäästöihin", sanoo Ilmastopaneelin jäsen, VTT:n Antti Arasto.

Suomen suurimmat päästökauppasektorin päästäjät vuonna 2020 olivat teollisuuden ja muun lämmöntuotannon polttolaitokset (40 prosenttia päästöistä), rauta- ja terästehtaat (21 prosenttia), mineraaliöljyn jalostus (16 prosenttia), massan ja paperin valmistus (11 prosenttia), sementtiklinkkeriä tuottavat laitokset (4 prosenttia) ja suurissa erissä tuotettavien orgaanisen kemian kemikaalien tuotanto (3 prosenttia). Sähköistämisen päästövähennysmahdollisuuksia onkin syytä tarkastella erityisesti näitä merkittäviä päästöjä tuottavilla teollisuudenaloilla.

Lämpöpumput ja muut suoran sähköistämisen ratkaisut korvaavat fossiilienergiaa teollisuuden lämmöntuotannossa

Teollisen lämmityksen sähköistäminen on yksi energiaintensiiviselle teollisuudelle laajimmin soveltuvista ratkaisuista. Suorilla sähköistämisratkaisuilla voidaan tuottaa teollisuuden tarvitsemaa lämpöä sekä matalissa että korkeissa lämpötiloissa, mikä tekee tekniikoista monipuolisia ja laajasti sovellettavia. Suomen olosuhteissa perinteiset fossiilienergiaa hyödyntävät matalan lämpötilatason lämmön- ja höyryntuotanto voitaisiin kohtuullisen helposti korvata elintarvike-, massa- ja paperiteollisuudessa sekä kemianteollisuudessa sähkökattiloilla ja teollisuuslämpöpumpuilla.

"Muihin sähköistämisen ratkaisuihin verrattuna teollisuuden hukkalämpöä hyödyntävät lämpöpumput ovat energiahyötysuhteeltaan ylivoimaisia, ja niillä voidaan helposti saavuttaa merkittäviä säästöjä myös kustannuksissa", toteaa Arasto.

Sähköistämisratkaisuja voidaan jäsennellä muun muassa sen perusteella, kuinka merkittäviä muutoksia ne vaativat itse tuotantoprosessiin: vaihdetaanko esimerkiksi prosessissa käytettävä polttoaine sähköpolttoaineeseen, tarvittavan lämmön tuotantotapa fossiilisesta poltosta lämpöpumppuun tai sähkölämmitykseen tai vaihdetaanko koko prosessi toiseen. Olemassa olevia prosesseja ja infrastruktuuria hyödyntävillä sähköistämisratkaisuilla voidaan saavuttaa säästöjä.

"Sähköistämisen arvioidaan tuovan paljon muitakin hyötyjä kuin irtaantuminen fossiilisista raaka-aineista ja ilmastopäästöistä. Kokonaishyötyihin voi kuulua esimerkiksi tuotantokustannusten pieneneminen ja parannukset tuotteiden laadussa, tuotantomäärissä, prosessiajoissa, prosessin ohjattavuudessa ja joustavuudessa sekä turvallisuudessa. Hyötyihin lukeutuvat myös synergiat aurinkosähkön, sähköajoneuvojen ja energiavarastoinnin kanssa", toteaa VTT:n erikoistutkija Mikko Jegoroff.

Vety tarjoaa ratkaisuja moniin raskaan teollisuuden prosesseihin

Puhdasta sähköä voidaan hyödyntää myös niin sanotuilla epäsuorilla sähköistämisratkaisuilla, joiden ilmastovaikutukset voivat olla radikaalisti pienempiä kuin käytettäessä fossiilisia raaka-aineita. Yksi avainteknologia on niin kutsuttu power-to-x tai lyhyemmin P2X, jonka perusidea on muuttaa sähköä toiseen, kemialliseen energiamuotoon ja tarvittaessa takaisin sähköksi. Tämä tarkoittaa esimerkiksi vedyn tai vedystä johdettujen sähköpolttoaineiden valmistamista vedestä elektrolyysin avulla.

Vedyn avulla tuotettujen hiilivetyjen valmistuksessa tarvittu hiili voidaan saada esimerkiksi talteenottamalla teollisuuden savukaasuista tai suoraan ilmasta. Hyötysuhteen kannalta oleellista näiden kemiallisten energiankantajien valmistuksessa on pystyä hyödyntämään syntyvä hukkalämpö.

"Olemassa oleva järjestelmä tukee sähköpolttoaineiden kuten vedyn ja synteettisen metaanin käyttöä teollisuudessa. Tätä kautta teollisuuden päästöjä voidaan edelleen leikata. Nämä epäsuorat sähköistämisratkaisut tarjoavat mahdollisuuksia myös pitkän aikavälin energian varastoina, joustona ja huoltovarmuustekijänä. Pitkällä aikavälillä vety ja uusiutuvat hiilivedyt voivat olla uusiutuva ja hiilineutraali raaka-aine moniin raskaan teollisuuden prosesseihin", sanoo Arasto.

Esimerkiksi teräs- ja kemianteollisuudessa perinteiset tuotantomenetelmät vaativat lämmityksen lisäksi fossiilisia raaka-aineita myös kemiallisiin reaktioihin. Näihin haasteisiin voidaan vastata käyttämällä nykyisiin prosesseihin soveltuvia hiilineutraaleja sähköpolttoaineita tai kehittämällä tuotantoprosesseja niin, että voidaan käyttää suoraa sähköä tai puhtaalla sähköllä tuotettua vetyä. Esimerkiksi fossiilittoman teräksen valmistuksessa voidaan käyttää uusiutuvaa vetyä pelkistimenä.

Lisätietoja

• Suomen ilmastopaneelin raportti: Katsaus Suomen teollisuuden sähköistämisen teknologisiin ratkaisuihin (pdf)
• Raportti on osa Ilmastopaneelin hanketta, joka tarkastelee energiajärjestelmien sähköistämisen merkitystä hiilidioksidipäästöjen leikkaamisessa. Ilmastopaneeli julkaisi kesäkuussa 2021 muistion hankkeen keskeisistä tuloksista ja lokakuussa raportin sähköistyvän yhteiskunnan vaikutuksista sosiaaliseen oikeudenmukaisuuteen. Hankkeessa tullaan vielä julkaisemaan raportti, jossa tarkastellaan sähköistämisen vaikutuksia suomalaiseen energiajärjestelmään tarkemmin.
• Sähköistämisen roolista päästöjen vähentämisessä ks. myös kesäkuussa 2021 julkaistu muistio: Sähköllä merkittävä rooli Suomen kasvihuonekaasupäästöjen leikkaamisessa (pdf)
• Antti Arasto, Suomen ilmastopaneelin jäsen ja VTT:n teollisuuden energia ja vety -tutkimusalueen johtaja, puh. 0400159052, antti.arasto@vtt.fi
• Mikko Jegoroff, VTT:n erikoistutkija, puh. 040 518 6512, mikko.jegoroff@vtt.fi
• Sanna Autere, Suomen ilmastopaneelin viestinnän asiantuntija, puh. 050 532 9301, sanna.autere@helsinki.fi