Euroopassa tarvitaan lähivuosina satoja tuhansia tonneja synteettistä eSAF-lentopolttoainetta, eikä valmistajia juuri ole. Suomalaisyritys valmistautuu tekniikallaan markkinoiden saumakohtaan, kun ilmailu yrittää irtautua fossiilisista polttoaineista.
Kun Helsingistä ajaa kolmostietä Tampereelle, oikealla puolella näkyy Lempäälän Ideapark. Vasemmalla on metsää, aurinkopuisto ja kaksi metallista merikonttia. Kontin kyljessä lukee Liquid Sun. Sisäpuolella valmistetaan tuotetta, jonka on tarkoitus ratkaista ilmailun suuri päästöongelma.
Suomalaisen Liquid Sunin nimi antaa vihjeen: aurinkosähkön voimalla tehdään nestemäistä polttoainetta.
Menetelmä perustuu hiilidioksidielektrolyysiin. Siinä hiilidioksidista valmistetaan synteettisen lentopolttoaineen eli eSAF:in (electro-Sustainable Aviation Fuel) raaka-ainetta.
Euroopan unioni on linjannut, että lentoliikenteessä käytettävään polttoaineeseen on sekoitettava vuoteen 2030 mennessä 1,2 prosenttia synteettistä uusiutuvaa lentopolttoainetta. Se tarkoittaa, että eSAF:ia tarvitaan vuonna 2030 yhteensä 0,5 miljoonaa tonnia.
Nykyiset tuotantomäärät ovat kuitenkin aivan marginaalisen pieniä verrattuna määrään, joka lähitulevaisuudessa tarvittaisiin.
Liquid Sun yrittää konteillaan Lempäälässä todistaa rahoittajille ja poliitikoille, että Suomi voisi osaltaan olla tuottamassa eSAF:ia ja vieläpä kaupallisesti järkevällä tavalla.
Tavoitteena kaupallinen lento jo tämän vuoden aikana
”Tavoitteena on toteuttaa kaupallinen lento jo tämän vuoden aikana”, sanoo Liquid Sunin toimitusjohtaja Pasi Keinänen.
Keinänen kantaa kontin ulkopuolelle osittain täytetyn säiliöpullon. Pullon sisällä on täysin läpinäkyvää nestettä.
”Sanoisin, että tämä on noin 80-prosenttisesti lentopolttoainetta. Vielä muutama kevyempi jae on seassa.”
Lempäälässä seisovassa kontissa on aiemminkin valmistettu lentopolttoainetta.
Vielä pari kuukautta sitten kontti sijaitsi VTT:n Bioruukissa Espoossa. Siellä laitteisto oli yhdistetty VTT:n Fischer–Tropsch-prosessiin. Prosessissa hiilidioksidista valmistetusta raaka-aineesta jalostettiin ensimmäisiä eriä synteettistä kerosiinia eli lentopolttoainetta.
Lempäälässä tavoitteena on ottaa seuraava askel pilotista kohti kaupallista lentoa.
Alkoi Tampereen yliopistosta
Liquid Sun on saanut alkunsa Tampereen yliopistosta heterogeenisen katalyysin tutkimuksesta. Teknologia perustuu Tampereella ja Stanfordin yliopistossa tehtyyn tutkimukseen.
”Aluksi ideana oli asentaa prosessi suoraan aurinkokennon sisälle. Alkuperäinen suunnitelma kaatui nopeasti, kun todettiin, että se ei olisi teollisesti skaalattavissa, koska prosessi ei saisi energiaa vuorokauden ympäri.”
Hiilimonoksidiksi on välituote, josta voidaan myöhemmin valmistaa yhdessä vedyn kanssa synteettistä lentopolttoainetta.
Uusiutuville lentopolttoaineille on kasvava tarve
Uusiutuvia lentopolttoaineita on erityyppisiä. Biopohjainen SAF valmistetaan biologisista raaka-aineista, kuten eläinrasvoista ja kasviöljyistä. Synteettinen eSAF puolestaan valmistetaan vedystä ja bioperäisestä hiilidioksidista.
EU:n tavoitteena on kasvattaa uusiutuvan lentopolttoaineen osuutta. Vuodesta 2025 lähtien lentopolttoaineessa on pitänyt olla kaksi prosenttia uusiutuvia polttoaineita. Vuoteen 2030 mennessä osuuden on määrä nousta kuuteen prosenttiin.
Synteettisen eSAF:in osuudelle on asetettu oma tavoitteensa. Vuoteen 2050 mennessä osuus nousee 35 prosenttiin eli vuotuinen tarve Euroopassa tulee olemaan 14,7 miljoonaa tonnia.
”Tämä tarkoittaa käytännössä, että eSAF-polttoaineen tarve tulee olemaan valtava. Euroopassa tarvittava määrä kasvaa hyvin nopeasti, ja sitä ennen tehtaat pitäisi rakentaa”, Keinänen sanoo.
Tällä hetkellä eSAF:ia ei valmisteta kaupallisessa mittakaavassa. Valmistuksen tiellä on teknologisia haasteita ja korkeita tuotantokustannuksia, jotka on ratkaistava, ennen kuin tuotantoa voidaan kasvattaa merkittävästi.
Matalalämpöinen hiilidioksidielektrolyysi
Konttien ulkopuolella telineessä seisoo suuria lähtöainesäiliöpulloja. Niistä prosessiin syötetään hiilidioksidia.
Kävelemme pullotelineen ohi ja astumme sisään ensimmäiseen konttiin. Kapean käytävän molemmilla puolilla on yhteensä kaksikymmentä elektrolyysikennoa. Ne on aseteltu seinille päällekkäin. Yksittäisen kennoston teho on 1,5 kilowattia. Koko konttilaitoksen nimellisteho on siis 30 kilowattia.
Kennot ovat Liquid Sunin suunnittelemia ja valmistamia. Niissä tapahtuu prosessin varsinainen sähkökemiallinen reaktio.
Lähtöaineena käytetään biogeenistä hiilidioksidia, joka on vapautunut biologisen materiaalin palaessa tai hajotessa. Prosessi toimii matalassa lämpötilassa ja saa tarvitsemansa sähkön viereisestä aurinkopuistosta. Dynaaminen tuotantoprosessi soveltuu sähkön tuotantovaihteluiden tasaamiseen.
Tavoitteena on muuttaa hiilidioksidi hiilimonoksidiksi, joka on välituote, josta voidaan myöhemmin valmistaa yhdessä vedyn kanssa Fischer–Tropsch-prosessin avulla synteettistä lentopolttoainetta.
Yksittäinen elektrolyysikennosto muodostuu useista yhteen puristetuista ohuista metallisista virtauskanavalevyistä. Niiden välissä on alle puolen millimetrin paksuinen kalvorakenne. Levyjen pienissä urissa kaasut ja nesteet kulkevat kennon läpi ja pääsevät reagoimaan elektrodien pinnoilla.
Kennon toisella puolella hiilidioksidi pelkistyy sähkökemiallisessa reaktiossa. Tavoitteena on muodostaa hiilimonoksidia mahdollisimman selektiivisesti eli niin, että syntyy mahdollisimman vähän sivutuotteita.
”Tässä on meidän kehittämämme katodikaasudiffuusioelektrodi ja anodikaasudiffuusioelektrodi. Ratkaisusta tekee erityisen sen selektiivisyys. Hiilimonoksidin valmistuksessa pystymme vähentämään muiden mahdollisten tuotteiden syntymistä”, kertoo teknologiajohtaja Harri Ali-Löytty.
Yhtiö on testannut laboratoriossa useita erilaisia elektrodikombinaatioita. Elektrodien pinnalla käytetään platinametalliryhmän katalyyttejä. Katalyytti ei kulu reaktiossa samalla tavalla kuin lähtöaineet, vaan se auttaa reaktiota tapahtumaan pienemmällä energiantarpeella.
”Materiaalien ja kennostojen kehitystyön ohella merkittävässä roolissa on ollut meidän itse kehittämämme prosessinohjausjärjestelmä, jonka kautta prosessia hallitaan ja ohjataan”, kertoo Ali-Löytty.
Kennostoista syntyvä kaasuseos ei kuitenkaan ole vielä käyttökelpoista tuotekaasua. Seuraavaksi hiilimonoksidi pitää erottaa reagoimattomasta hiilidioksidista.
Siirrymme toiseen konttiin, jossa on kymmeniä putkia, säiliöitä ja kompressori. Keskellä järjestelmää on kaasunerotuslaitteisto, joka perustuu Pressure Swing Adsorption -tekniikkaan (PSA).
”Kaikissa kennoissa muodostuva tuotekaasu ohjataan seuraavaksi PSA-järjestelmään eli kaasunerotusjärjestelmään. Se erottaa hiilidioksidin tuotekaasusta”, kertoo Ali-Löytty.
PSA-järjestelmässä kaasuja erotellaan paineenvaihteluiden avulla. Reagoimatta jäänyt hiilidioksidi voidaan palauttaa takaisin prosessiin, kun taas eroteltu hiilimonoksidi johdetaan kompressorille.
Paineistettu hiilimonoksidi voidaan tämän jälkeen syöttää eteenpäin Fischer–Tropsch-prosessiin, jossa siitä voidaan valmistaa synteettisen lentopolttoaineen hiilivetyrunkoja.
Seuraavaksi suurempi laitos
Nykyinen laitos on vasta pilotti.
”Keväällä tuotettiin erä synteettistä raakaöljyä, joka nyt jatkojalostetaan lentopolttoaineeksi. Tuotetulla polttoaineella on tarkoitus toteuttaa oikea lento EU:n asettamien eSAF-mandaattien puitteissa”, Ali-Löytty kertoo.
30 kilowatin pilottilaitoksen vuosikapasiteetti on noin 40 tonnia hiilimonoksidia. Seuraavaksi vuorossa on huomattavasti suurempi laitos, jossa elektrolyyseri yhdistetään jatkoprosessiin.
”Seuraava kokoluokka on kaupallinen demonstraatiolaitos lentopolttoaineen tuotantoon. Sinne on suunniteltu 600 kilowatin elektrolyyseri. Nimellinen vuosikapasiteetti lentopolttoaineen suhteen tulee olemaan 200 tonnia.”
Laboratoriossa yhtiö on kehittänyt erikokoisia kennoja. Nykyisen pilotin yksittäisen kennon pinta-ala on 250 neliösenttimetriä. Laboratoriossa nyt testattavan kennon koko on 1 000 neliösenttimetriä. Kaupalliseen käyttöön tarkoitettu järjestelmä on tarkoitus saada kahden kontin tilaan, kuten nykyinen pilottilaitos.
Teknologian seuraava haaste on skaalaaminen teolliseen ympäristöön. Kun kennojen tehoa kasvatetaan, myös materiaalien ja erityisesti katalyyttien kustannukset kasvavat. Yhtiön tavoitteena onkin rakentaa teknologiasta modulaarinen.
Pienistä metallikennoista koostuva laitos on tarkoitettu toimimaan joustavasti osana suurempaa järjestelmää. Tulevaisuudessa kontit voitaisiin integroida suoraan esimerkiksi biogeenistä hiilidioksidia tuottavan biokaasulaitoksen yhteyteen.
”Koko Euroopan metsäteollisuuden hiilidioksidipäästöt voisivat kattaa kaikki Euroopan lennot.”
Hiilidioksidia on saatavilla
Koska eSAF:n valmistukseen tarvitaan suuria määriä hiilidioksidia, yksi mahdollinen biogeenisen hiilidioksidin lähde voisi olla metsäteollisuus.
Keinäsen mukaan potentiaalia olisi Euroopassa runsaasti. Haasteena ei kuitenkaan ole pelkästään hiilidioksidin määrä, vaan kuinka edullisesti se saadaan talteen ja osaksi polttoaineen tuotantoketjua.
”Metsäyhtiöiden täytyy miettiä koko hiilidioksidiarvoketjua itsenäisenä liiketoimintana. Se aiheuttaa enemmän kustannuspainetta, jolloin siitä tulee todennäköisesti huomattavasti kalliimpaa kuin biokaasulaitoksista saatavasta hiilidioksidista.”
Keinäsen mukaan metsäteollisuuden biogeenisissä hiilidioksidipäästöissä olisi kuitenkin potentiaalia huomattavaan mittakaavaan.
”Koko Euroopan metsäteollisuuden hiilidioksidipäästöt voisivat kattaa kaikki Euroopan lennot.”
Samaan aikaan myös sähkön hinnalla on merkitystä. Liquid Sun on simuloinut prosessin toimintaa Suomen sähköverkossa ja etsinyt tapaa, jolla laitosta olisi taloudellisesti järkevintä käyttää.
Simuloinnin perusteella optimaalinen käyttöaste olisi noin 70 prosenttia. Laitos olisi siis noin 30 prosenttia ajasta pois päältä.
Tämä on yksi matalalämpöisen ja dynaamisen prosessin eduista. Tuotantoa voidaan ajoittaa niihin hetkiin, jolloin uusiutuvaa sähköä on saatavilla edullisesti. Juuri tämä on Liquid Sunin prosessin erityispiirre. Ja sitä myös EU toivoo uudenlaiselta vihreän siirtymän teollisuudelta.
Jatkokäsittely lentopolttoaineeksi
Polttoaineen on toimittava luotettavasti eri lämpötiloissa ja paineissa. Sen tulee palaa puhtaasti, ja siinä ei saa olla esimerkiksi metallijäämiä.
Liquid Sunin valmistama hiilimonoksidi on vasta välituote. Ennen kuin siitä voidaan tehdä lentokoneen tankkiin päätyvää polttoainetta, se tarvitsee vielä useita jatkokäsittelyn vaiheita.
Fischer–Tropsch-prosessissa hiilimonoksidista ja vedystä muodostetaan synteettisiä hiilivetyjä. Sen jälkeen tuotteesta täytyy erottaa öljyjakeita ja vahoja. Jatkokäsittelyyn kuuluu esimerkiksi vetykrakkausta ja isomerointia, joilla tuotteen ominaisuuksia muokataan lentopolttoaineelle sopiviksi.
”Meille on tärkeää, että koko arvoketju on katettu, jolloin tällä tuotteella pystytään toteuttamaan lento”, Keinänen sanoo.
Yhtiö ei kehitä teknologiaansa yksin. Yhteistyökumppaneihin kuuluvat Finnair, Fortum, ABB ja Finavia sekä yksi kansainvälinen öljy-yhtiö, jonka nimeä yhtiö ei vielä kerro.
Finnairin rooli liittyy erityisesti siihen, mitä lopputuotteelta ja sen jakelulta käytännössä vaaditaan.
”Finnair on ollut yhteistyökumppanina kertomassa ja ohjeistamassa rajoitteista, hintapisteistä, saatavuudesta ja tarpeista”, Keinänen kertoo.
”Tutkimuksellinen kehitystyö alkaa olla siinä pisteessä, että seuraava vaihe on kaupallinen toiminta. Siihen tulee vaikuttamaan mandaattien kehitys”, Ali-Löytty sanoo.
Hinta ratkaisee kohtalon
Tällä hetkellä kustannukset ovat yksi suurimmista esteistä eSAF:in kaupallistumiselle.
”Jos ajatellaan nykyisiä polttoainehintoja, synteettinen polttoaine ei tietenkään tule pääsemään samaan hintaan fossiilisten polttoaineiden kanssa. Jos joku sellaista lupaa, hän ei ymmärrä fysiikkaa. Mutta hyvin lähelle voidaan päästä”, Keinänen sanoo.
Keinänen arvioi, että pitkällä aikavälillä Liquid Sunin teknologialla valmistetun synteettisen lentopolttoaineen hinta voisi parhaimmillaan olla noin kaksinkertainen verrattuna fossiiliseen lentopolttoaineeseen.
Tällä hetkellä hintaero on suurempi.
Jet A-1 -lentopolttoaineen hinta on liikkunut noin 0,80–1,00 eurossa kilogrammalta. Biopohjaisen SAF:in hinta on ollut noin kaksi euroa kilogrammalta.
”Alkuvaiheen eSAF-tuotannosta on esitetty jopa 7–8 euron kilohintoja”, kertoo Liquid Sunin viestintäjohtaja Panu Nordlund.
Hintaeroa voidaan kuitenkin pienentää politiikalla ja pitkäaikaisilla sopimuksilla. Yksi vaihtoehto on tuottajan ja ostajan välinen hintatakuu tai muu kompensaatiomekanismi.
Tällä hetkellä lentopolttoaineet ovat pääosin verovapaita.
Viesti poliitikoille
Keinänen toivoo poliittisilta päättäjiltä ennen kaikkea pitkäjänteisyyttä.
”Poliittisten päättäjien tulisi lopettaa soutaminen ja huopaaminen. Tehdään poliittiset päätökset ja sitten eletään niiden kanssa”, Keinänen sanoo.
Hänen mukaansa epävarma sääntely vaikeuttaa teknologiayritysten ja sijoittajien päätöksiä.
Euroopassa eSAF-teknologioiden kaupallistamista pyritään jo vauhdittamaan. Nordlund nostaa esiin Sveitsin ja Saksan tukemat hankkeet sekä Suomen osallistumisen EU:n eSAF-kehitykseen tähtäävään yhteistyöhön.
Nordlund arvioi, että seuraavia kaupallistamishankkeita ja niihin liittyviä uutisia voidaan kuulla vuonna 2028.
Siihen saakka prosessia ajetaan kahdessa kontissa Lempäälässä.
Lue myös Tekniikka&Taloudesta:
