Kuva 4.9 Synteettinen polttoaine, kaikki kustannukset NPV
Taulukko 4.10 Suora sähkökäyttö, Opex ja Capex muodostuminen laitteiston ja ajoneuvojen kautta
Kuten taulukosta 4.10 nähdään, suoran sähkökäytön laitteiston ja ajoneuvojen investointikustannuksista rekkojen osuus on huomattavasti suurin 2,16 milj. euroa. Lisäksi käyttökustannuksiin suurin vaikuttava tekijä ovat rekat, joiden huolto ja kunnossapito on kaikkiaan 681k€.
3) Suora sähkökäyttö
2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031
CAPEX Laitteisto
-Aurinkopaneelit 309 036
-Sähköajoneuvojen latauspiste 201 123
Yhteensä (€) 510 159
Ajoneuvot
-Trukit (10 kpl) 200 000
-Rekat (10 kpl) 2 160 000
Yhteensä (€) 2 360 000
CAPEX YHTEENSÄ (€) 2 870 159
OPEX
Laitteisto kunnossapito ja huolto
-Aurinkopaneelit 9 338 8 893 8 470 8 066 7 682 7 316 6 968 6 636 6 320 6 019
-Sähköajoneuvojen latauspiste 4 417 4 207 4 006 3 815 3 634 3 461 3 296 3 139 2 990 2 847
Yhteensä (€) 13 755 13 100 12 476 11 882 11 316 10 777 10 264 9 775 9 310 8 866
Ajoneuvot kunnossapito ja huolto
-Trukit (10 kpl) 10 452 9 954 9 480 9 029 8 599 8 189 7 799 7 428 7 074 6 737
-Rekat (10 kpl) 84 000 80 000 76 190 72 562 69 107 65 816 62 682 59 697 56 855 54 147
Yhteensä (€) 94 452 89 954 85 671 81 591 77 706 74 006 70 482 67 125 63 929 60 885
OPEX YHTEENSÄ (€) 877 320
KAIKKI KUSTANNUKSET (NPV) (€) 3 747 479
Kuva 4.10 Suora sähkökäyttö, Opex ja Capex muodostuminen
Kuva 4.11 Suora sähkökäyttö, Capex muodostuminen
0 500 000 1 000 000 1 500 000 2 000 000 2 500 000 3 000 000 3 500 000
CAPEX OPEX
(€)
Kustannustyyppi
Suora sähkökäyttö, Opex ja Capex muodostuminen
Aurinkopaneelit Sähköajoneuvojen latauspiste Trukit (10 kpl) Rekat (10 kpl)
Aurinkopaneelit 11 %
Sähköajoneuvojen latauspiste
7 %
Trukit 7 %
Rekat 75 %
Suora sähkökäyttö , Capex muodostuminen
Aurinkopaneelit Sähköajoneuvojen latauspiste Trukit Rekat
Kuva 4.12 Suora sähkökäyttö, Opex muodostuminen
Kuva 4.13 Suora sähkökäyttö, kaikki kustannukset NPV
Tankkausasema 9 %
Synteettinen polttoaine 4 %
Trukit (10 kpl) 10 %
Rekat (10 kpl) 77 %
Suora sähkökäyttö, Opex muodostuminen
Tankkausasema Synteettinen polttoaine Trukit (10 kpl) Rekat (10 kpl)
CAPEX YHTEENSÄ (€)
77 % OPEX YHTEENSÄ
(€) 23 %
Suora sähkökäyttö, NPV 3,6 milj.
CAPEX YHTEENSÄ (€) OPEX YHTEENSÄ (€)
Energiatehokkuus ja päästöt
Päästöneutraalien energiaketjujen päästöjen ja energiatehokkuuden vertailussa on otettava huomioon monia eri syitä sekä asioita, esimerkiksi energiaketjujen elinkaaren kasvihuonekaasupäästöt, raaka-aineen käytettävyys, muuntoprosessi sekä kestävän kehityksen näkökulmat. Edellä mainittujen asioiden lisäksi olisi hyvä tarkastella polttoaineen yhteensopivuutta toteutettavaan kohteeseen tai ajoneuvoon, turvallisuutta, polttoaineen suorituskykyä sekä käytännöllisyyttä. (Grönholm 2010)
Päästöneutraalien energiaketjujen käytön kehittämiselle olennaisena asiana on päästöjen pienentäminen. Tätä varten on erittäin merkittävä tehdä polttoaineeseen liittyvät energiatarkastelut sekä kasvihuonekaasupäästöjen tarkastelut, joiden laskelmissa on huomioitava päästöneutraalin polttoaineen jalostamisessa, jakelussa, tuottamisessa sekä sen lopullisessa käytössä aiheutuneet päästöt.
Vety: Vetyä on mahdollista hyödyntää polttokennoissa ja vedylle muokatuissa polttomoottoreissa. Vedyn palaessa polttomoottorissa syntyy typenoksideja sekä vettä. On kuitenkin muistettava, että typenoksidit eivät ole kuitenkaan hiilipitoisia, häkää, hiilivetyjä tai hiilidioksidia. Polttokennoajoneuvoissa vety on perusteellisen päästötön, koska polttokennon toiminta muuntaa vedyn sähköksi, lämmöksi ja vedeksi. Typenoksidit ovat niin sanotusti oikeita ja paikallisesti vaarallisia päästöjä.
Vedyn kokonaispäästöt ovat riippuvaisia vetyyn käytetystä energiasta ja siitä mikä on ollut vedyn käytön tuotantotapa. Energianlähteenä vetyä pidetään merkittävänä, mutta sen käyttöön ja valmistukseen liittyy kuitenkin vielä paljon rajoitteita niin laitteiston hinnassa kuin maailmanlaajuisesti poliittisesta näkökulmasta tarkasteltuna. Kaikesta huolimatta polttokennojen etuina ovat niiden luotettavuus, äänettömyys, potentiaalinen hyötysuhde sekä niiden pieni koko.
Synteettinen polttoaine: Synteettisillä polttoaineilla on myös monia mahdollisia ympäristöhyötyjä, vaikka ne ovat yleensä hyvin johdonmukaisia käytetyn synteettisen polttoaineen prosessityypin perusteella. Ympäristöhyödyt riippuvat siitä, kuinka laitos on
tuottanut polttoaineen, mitä raaka-ainetta on käytetty. Yksi synteettisiä polttoaineita käyttävien laitosten kehittämiseen liittyvistä huolenaiheista on niiden kestävyys. Yksi synteettisten polttoaineiden tuotannon positiivisista piirteistä on kyky sitoa hiilidioksidipäästöjä useista raaka-aineista muu muassa biomassasta, hiilestä ja kaasusta saman tuotteen valmistamiseksi samasta laitoksesta. Kuitenkin synteettisten polttoaineiden tuotantoteknologioiden mahdolliset kasvihuonekaasupäästöt vaihtelevat suuresti. Kivihiilestä nesteisiin ilman hiilen talteenottoa ja sitomista odotetaan johtavan huomattavasti suurempaan hiilijalanjälkeen kuin perinteisten öljypohjaisten polttoaineiden. Toisaalta biomassa hiilidioksidin talteenotto- ja varastointijärjestelmästä nesteisiin voi vähentää elinkaaren aikaisia kasvihuonekaasupäästöjä.
Sähkö:Suoran sähkökäytön etuna on, ettei sähkö itsessään aiheuta hiilidioksidipäästöjä, mutta sähkön tuotantoprosessi määrittää kokonaispäästöjen määrän. Suora sähkökäyttö tuottaa merkittävästi vähemmän hiilidioksidipäästöjä verrattuna synteettisiin polttoaineisiin, jos sähkö on tuotettu aurinkoenergialla, tuulienergialla, vesi- tai ydinvoimalla tai yhteistuotantolaitoksessa lämmön ja sähkön avulla. Suoran sähkökäytön ja sähköajoneuvojen suurena etuna energianlähteenä on se, että ne supistavat haitallisia päästöjä logistiikkakeskuksissa ja liikenteessä. Sähköisten ajoneuvojen ongelmana on kuitenkin lyhyet toimintamatkat, akkujen kestävyys sekä akkujen verkkainen latautuminen.
5 KUSTANNUS- JA ENERGIATEHOKKUUSVERTAILU
Vetytalouden käyttöä ja päästöneutraaleiden energiaketjujen varmuutta määritettäessä löytyy suurin osa tarvittavista lähtötiedoista asiateksteistä, kirjallisuuden julkaisuista tai tietoverkon tietolähteistä. Kuitenkin tehdessä talouslaskelmia on huomattava, että julkaistuja parametreja on paljon ja hinta-arviot vaihtelevat eri lähteissä esimerkiksi vedyn elektrolyysilaitteiston hinta, tuotetun vihreän vedyn hinta sekä synteettisten polttoaineiden hinta. Suoran sähkökäytön nykyinen kannattavuus tuo oman näkökulmansa talouslaskelmiin. Tässä kohtaa olisi hyvä olla tarvittavaa tietoa mallinnuskohteista tai esimerkkiratkaisuista, joita voisi tarkastella eri case-ratkaisujen avulla.
Vedyn, synteettisten polttoaineiden ja suoran sähkökäytön arviointia varten logistiikassa tarvitaan tietoa, mitä tuotantotekniikkaa on käytetty, miten varastointi on toteutettu, onko jakelu paikallinen vai hajautettu ja mikä on sen lopullinen käyttö. Tässä tutkimuksessa hyödynnetään julkaistujen asiatekstien, analyysien ja raporttien pohjalta saatua tietosisältöä. Suuren muuttuvuuden vuoksi vedyn yksittäisiä tuotantojärjestelmiä on vaikea tarkastella ja omien oletusten kautta näkemykset ovat suuntaa antavia. Kuitenkin pystytään tekemään arviointeja saatujen tietolähteiden perusteella investointikustannuksissa ja käyttökustannuksissa, sekä päästöissä ja energiatehokkuudessa. Taustatietojen avulla voidaan tehdä tarvittavat arvioinnit, miten kolme erilaista energiaketjua eroavat toisistaan, ja vertaillaan, mitkä ovat tekijät, jotka vaikuttavat energiaketjun kannattavuuteen ja kehitykseen.
Päästöneutraaleiden energiaketjujen vertailu vaatii paljon tietoa tarkasteltavasta case-kohteesta, käytetyistä tekniikoista ja sekä itse investoinnin laajuudesta. Avoimien tutkimusten ja lähteiden avulla voidaan luoda ymmärrys päästöneutraaleiden energiaketjujen käytöstä ja kehityksestä ja siitä, kuinka todennäköisesti eri päästöneutraalit ketjut ovat muuttumassa tai yleistymässä sekä mitkä ovat tulevaisuuden energiatrendit ja mihin tulevaisuudessa ollaan suuntaamassa.
Eri tekniikoiden investointien ja kunnossapitokustannusten ja elinkaaren arviointia varten päästöneutraaleiden energiaketjujen analysointi aloitetaan tarkastelemalla globaaleiden tuotantotekniikoiden kehittymistä ja samalla sivutaan Suomessa tällä hetkellä olevaa tilannetta ja kehitystä. Kun on saatu luotua arviot ja tietoaineistojen perusteella kerätty mahdolliset
parametrit ja kehitykseen liittyvät tiedot, tulee tarkastella ennakkoarvioiden käytettävyyttä.
Ennusteen toimivuutta voidaan tutkia muun muassa arvioimalla sekä tarkastelemalla saatujen parametrien eroavaisuuksia toisistaan investointien, kunnossapitokustannusten, eliniän ja energiatehokkuuden kautta. Siten saadaan luotua arvio, milloin tiettyä energiaketjua kannattaisi hyödyntää. Lisäksi voidaan tarkastella kiinteitä ja vaihtuvia hintoja sekä laitosten kokoja, jotka vaikuttavat vetykäytön tuotantopotentiaaliin ja kannattavuuteen.
Saatujen arvioiden ja parametrien jälkeen on mahdollista luoda kannattavuuspäätelmät käytettävälle järjestelmälle. Tässä tutkimuksessa on pyritty keräämään laajamittaisesti tietolähteitä, jolla on pyritty selvittämään, mitä järjestelmiä hankitaan ja mitkä ovat käytetyimmät tuotantotekniikat. Tutkimuksessa kerätyt parametrit ja tietolähteet tukivat käsitystä, että oikeanlaisen järjestelmän valinta on vaikea tehdä, koska aihe on laaja ja siinä on vielä erittäin paljon epävarmuutta. Kuitenkin eri vetyyn liittyvien järjestelmän hankintaa pidettiin monesti kannattavana, vaikka alkuinvestointi olisikin kohtalaisen suuri. Lisäksi parametrit ja tietolähteet tutkivat järjestelmän keskittämistä. Keskitetyllä ja hajautetulla järjestelmällä havaittiin myös olevan yhteyttä sen kanssa, kannattaako järjestelmä. Tutkimusten ja analysointien eri tietolähteiden perusteella ei kuitenkaan löytynyt täysin uskottavia ja luotettavia indikaattoreita, joilla voitaisiin täsmällisesti kohdistaa tarkastelut ja edut tietylle energiapäästöketjulle. Vedyn jatkuvan kehityksen ja eri tutkimusten oikeanlaisten indikaattoreiden löytämiseksi jatkuu edelleen mentäessä kohti hiilineuraalisuutta 2035 sekä hiilinegatiivisuustavoitetta 2050.
Logistiikan sähköistämisen ja vedyn yleistymisen lisäksi tutkimuksessa on selvitetty, mitä on vetytalous ja mitkä muutosten tekijät vaikuttavat vedyn kysyntää ja saatavuuteen.
Energiaketjujen vertailussa on aluksi luotava yhteenvetoja eri tekniikkavaihtoehtojen ominaisuuksista ja erityispiirteistä sekä vedyn kehittymisestä ja tarkasteltava ennakkoarvioiden ja parametrien käytettävyyttä.
Tämän jälkeen etsitään indikaattoreita, jotka voivat kertoa käyttövoimien mahdollisuuksista, minkä avulla voidaan tehdä opex ja capex kustannusvertailut. Tämän jälkeen vertailujen pohjalta pystytään tarkastelemaan kannattavuuteen ja saatavuuteen vaikuttavia tekijöitä.
Pystytään kohdistamaan potentiaaliset määritykset tulevaisuuden kehityksestä ja tekemään lopullisen analyysin.
Tämän jälkeen luodaan energiatehokkuus ja päästöskenaariot -raportti, jossa nähdään eri päästöneutraalien energiaketjujen näkymät tulevaisuudessa ja sen kehityksestä. Lopuksi luodaan yhteenveto eri päästöneutraaleiden energiaketjujen kannattavuudesta. Vertailua tehtäessä saadaan luotua profiilit jokaiselle päästöneutraalille energiaketjulle, joilla voidaan tarkastella jokaisen tulevaisuutta vetytaloudessa ja logistiikassa. Kun kaikille päästöneutraaleille energiaketjuille suoritetaan vertailut, saadaan selvitettyä tietyn tyyppiset rajapinnat kullekin energiaketjulle.
Jotta löydetään kustannustehokkain päästöneutraalienergiaketju, täytyy ensin selvittää, minkälainen analyysi olisi tarpeellista tehdä ja mikä on kyseisen analyysin merkittävyys ratkaisuja valittaessa. Toimivien ratkaisujen ja analyysitarpeiden selvittämiseksi on analysoitava vedyn nykytilannetta, investointikustannuksia, kunnossapidon kustannuksia ja energiatehokkuutta. Tavoitteena on vertailujen pohjalta löytää kustannustehokkain ja energiatehokkain päästöneutraalienergiaketju. Tämän johdosta analyyseissa on kustannusten lisäksi huomioitava myös energiatehokkuuden toteutuminen.
Tämän lisäksi on tavoite saada optimaalisin vaihtoehto, joka olisi myös tulevaisuuden kannalta merkittävin mentäessä kohti hiilineutraalisuutta ja hiilinegatiivisuutta.
Hintavertailu nettonykyarvo
Vertailtaessa lopullisia kokonaiskustannuksia on todettava, että suora sähkökäyttö on 2020-luvun alussa edullisin vaihtoehto, jos pohditaan tarkemmin logistiikkakeskuksen polttoainevaihtoja. Suoralle sähkökäytölle etuna on, että uusiutuvan energian kasvanut trendi viimeisen vuosikymmenen aikana heijastuu etenkin aurinkopaneelien ja sähköautojen latauspisteiden maltillisena hintana. Tämä puolestaan näkyy niin investointikustannuksissa kuin käyttökustannuksissa. Aurinkopaneeleiden hinnat ovat laskeneet viime vuosikymmenen aikana, kun teknologia on kehittynyt ja aurinkovoiman kapasiteettimäärät ovat nousseet. (IEA 2020.6) (IRENA 2020) Alla esitetyssä kuvassa 5.1 on kaikkien päästöneutraaleiden energiaketjujen nettonykyarvot (€).
Kuva 5.1 Kaikkien päästönneutraaleiden energiaketjujen nettonykyarvo
Vedyn kokonaiskustannuksissa korostuu elektrolyysilaitteiston ja tankkausaseman korkeat hintatasot, jotka nostavat pelkästään investointikustannuksia merkittävän korkeiksi. Vihreän vedyn tuotanto on vielä alkukehitysvaiheessa ja maailmanlaajuinen tuotantomäärä alhaista,
0 1 000 000 2 000 000 3 000 000 4 000 000 5 000 000 6 000 000 7 000 000 8 000 000
1) Vety
2) Synteettinen
polttoaine 3) Suora sähkökäyttö 4 968 423
7 095 696
3 747 479
(€)
Päästöneutraalin tyyppi
Kaikkien päästöneutraaleiden energiaketjujen NPV
joten laitteiston kustannukset ovat yhä korkeat. Skaalaamalla elektrolyysilaitteistoa ja lisäksi uusiutuvan sähkön kustannusten alenemisen jatkuessa tulee vety kilpailukykyisemmäksi. (IEA 2019.1)
Energian kantaja vety on erittäin potentiaalinen, mutta sen käyttöönottoa suuremmassa mittakaavassa rajoittaa korkeat tuotantokustannukset sekä sen rajallinen jakeluverkosto.
Käyttöönottoa voitaisiin vauhdittaa maailmanlaajuisesti poliittisilla tukitoimenpiteillä, joiden myötä tuotantokustannukset alenisivat. (IEA 2019.1) Kaikesta huolimatta vety on menossa oikeaan suuntaa, kunhan elektrolyysilaitteiston hinta saada alhaisemmaksi markkinoilla ja sen jakeluverkosto saadaan myös kehitettyä oikeaan suuntaan.
Synteettisen polttoaineen kokonaiskustannukset nousevat merkittävän korkeaksi sen korkean polttoainehinnan vuoksi. Päästöttömän, synteettisen polttoaineen hinta on yhä korkea, koska sen valmistuksessa tarvitaan vielä kalliita prosesseja, kuten elektrolyysiprosessia, jolla erotetaan vety vesimolekyyleistä. (TRS 2019) Synteettisellä polttoaineella on huomattavasti korkeimmat kokonaiskustannukset, koska synteettisen polttoaineen hinta on verrattaessa merkittävän korkea, koska sen tuotanto kustannukset ovat korkeat. CCL-laitteilla varustetuista CTL- laitoksista tulee taloudellisesti kilpailukykyisempiä hiilen hinnan noustessa. Synteettisen polttoaineen hintatilanne on edelleen korkea hiilen säätelyn vuoksi. Lisäksi synteettisen polttoaineen kuljetushinnat ovat vielä merkittävän korkeat. Laitosten hiilijalanjälki on pienempi kuin perinteisten polttoaineiden. Synteettisen polttoaineen hinta saadaan matalammaksi, mikäli saadaan tehokkaampia prosessikonfiguraatioita.
Investointi- ja käyttökustannuksissa huomataan, miten kokonaiskustannukset eroavat merkittävästi eri päästöneutraalien energia ketjujen välillä. Tällä hetkellä suora sähkön käyttö on kannattavin vaihtoehto verrattuna vetyyn ja synteettisiin polttoaineisiin, mutta tilanne voi muuttua tulevaisuudessa, kun tuotantokustannukset laskevat tuotantomäärien ja skaalautuvuuden noustessa. Lisäksi poliittiset tukitoimenpiteet voivat vauhdittaa kehitystä.
Kannattavuus ja saatavuus
Kuva 5.2 Sähköajoneuvot ovat energiahyötysuhteen kannalta tehokkain autovaihtoehto (T&E 2018) (T&E 2020)
Transport & Environment esittää skenaariopolun, jolla liikennesektorista tulee täysin päästötön vuonna 2050. Skenaariossa lupaavin ja energiatehokkain teknologia, jolla henkilöajoneuvot voidaan muuttaa päästöttömiksi, on sähköajoneuvot. Myös vetykäyttöiset ajoneuvot ovat avainasemassa, mutta niiden energiahyötysuhde on heikompi kuin sähköajoneuvojen. Lisäksi Transport & Environmentin mukaan koko henkilöajoneuvokannan muuttaminen vetyautoiksi vaatisi lähes kolme kertaa enemmän sähköä kuin kannan muuttaminen sähköautoiksi, mikä nähdään taulukossa 5.1. (T&E 2018)
Transport & Environmentin mukaan akkujen kehitys ja kustannus on laskenut 2010-luvun alusta lähtien ja tulee laskemaan merkittävästi myös jatkossa. Sähköautojen käyttöä tulevaisuudessa tukee myös se, että niiden toimintaetäisyydet nousevat ja niiden lataaminen on nopeampaa. (T&E 2018)
Alla on esitetty Transport & Environmentin arvio lisäsähkön tarpeesta, jos koko henkilöajoneuvokanta muutettaisiin täysin päästöttömäksi kolmella eri vaihtoehdolla:
sähköistämisellä, vedyn käytöllä ja synteettisillä polttoaineilla. Taulukosta voidaan huomata, kuinka runsaasti sähköä vaaditaan pelkästään Euroopan autokannan muuttamiseksi päästöttömäksi. Synteettiset polttoaineet vaativat eniten sähkön tuotantoa molemmissa skenaarioissa, kun taas sähköajoneuvot vaativat vähiten. (T&E 2018)
Taulukko 5.1 Vaadittava lisäsähkö henkilöautokannan muuttamiseksi päästöttömäksi, suluissa kerrottu sähkön osuus koko EU:n sähköntuotannosta vuonna 2015 (T&E 2018)
Kehitys
Maailmanlaajuisesti vetylaitteistoja, synteettisiä polttoaineita ja suoran sähkökäytön järjestelmiä on käytetty ja asennettu pidemmän aikaa kuin Suomessa, jolloin maailmanlaajuisen kehityksen perusteella voidaan arvioida ensin kansallisen trendin kehitystä ja lopulta yhtiökohtaista trendiä. Kun on saatu luotua yhtiökohtainen ennuste vetylaitteiston, synteettisten polttoaineiden ja suoran sähkökäytönjärjestelmän tarpeelle, tulee arvioida ennusteen käytettävyyttä. Tämän jälkeen kohdistetaan järjestelmä profiloidulle asiakkaille.
Analyysi
Vetytalous ja vedyn käyttö tulee yleistyessään aiheuttamaan logistiikassa muutoksia. Edellä esitetyissä taulukoissa ja vertailuissa on esitetty tarkastelut, jotka on suoritettu siten, että energiaketjuille on lähtötietoaineiston kautta haettu tulevaisuuden kehitysnäkymät. Tästä analyysin perusteella havaitaan, että vetytalous ja vedyn käyttö on riippuvainen sähkön ja energian hinnasta, joka vaihtelee aina markkinoiden mukaan, sekä siitä, mitä tuotantotekniikkaa on käytetty, miten varastointi on toteutettu, onko jakelu keskitetty vai hajautettu tai mikä on sen lopullinen käyttö. Lopullinen määrä ja sijaintikin vaikuttavat lopputulokseen.
Analyysin perusteella havaitaan, että vetytalous ja vedyn käyttö tulee lisäämään nykyisissä jakeluverkoissa muutoksia sekä samalla vaikuttamaan siihen, että miten vetyä saadaan lisättyä nykyisten yritysten ja kuluttajien käyttöön. Lisäksi ajoneuvojen eri energiaketjujen käyttöä joudutaan pohtimaan liikenteen ja logistiikan näkökulmista. Analyysissa on myös taustalla otettava huomioon ilmastonmuutos ja siihen laadittu ilmastostrategia.
Analyysin perusteella voidaan todeta, että investointi- ja käyttökustannukset vaikuttavat päästöneutraalin energiaketjun valintaan ja siihen, onko kannattava sijoittaa päästöneutraalin energiaketjun keskitetysti vai hajautetusti.
Analyysin tarkoituksena on pyrkiä löytämään kustannustehokkaimmat ratkaisut tulevaisuuden ilmastomuutosten ja ilmastostrategian täyttämiseksi. Analyysien perusteella havaitaan, että kannattavuuteen ja saatavuuteen vaikuttavat vedyn käytölle energiatehokkaimmat valinnat, energian ja sähkön hinta, mitä tuotantotekniikan ja jakelutavan valinta sekä investointikustannukset ja käyttökustannukset.
Tämän diplomityön analyysit jaetaan kolmeen erityyppiseen pääkategoriaan. Pääkategoriat ovat investointikustannus, käyttökustannus ja energiatehokkuus sekä päästöanalyysit.
Investointikustannusanalyysissä on vertailtu eri päästöneutraaleiden energiaketjujen kiinteitä kustannuksia läpi kuvitteellisen logistiikkakeskus -esimerkin avulla.
Käyttökustannusanalyysin avulla on tarkoitus löytää elinkaarikustannustehokkain ratkaisu.
Logistiikkakeskus-esimerkin avulla pystytään tarkastelemaan ja vertailemaan eri päästöneutraaleiden energiaketjujen kannattavuutta ja sitä, mikä olisi järkevin päästöneutraalienergiaketju toteuttaa. Jotta käyttökustannusanalyysit voidaan tehdä, oli kerättävä laajamittainen ja luotettava lähtötietoaineisto.
Energiatehokkuus- ja päästöanalyysien avulla pyritään löytämään tulevaisuuden kannalta elinkaaritehokkain ratkaisu päästöneutraaleille energiaketjuille. Energiatehokkuus- ja päästöanalyysilla viitataan kustakin käytetystä energiayksiköstä saatuun hyötyyn, joka vedyn valmistuksessa tarkoittaa esimerkiksi yhden vetytonnin valmistukseen kulutetun energian määrää. Tyypillisesti prosessin säädöillä ja pienillä parannuksilla voidaan saavuttaa erittäin
merkittäviä vuotuisia säästöpotentiaaleja. Energiatehokkuusinvestoinnit maksavat itsensä takaisin hyvinkin lyhyessä ajassa, etenkin energian hintojen yhä noustessa. Energiatehokkuus saadaan paranemaan sekä suorien säästöjen kautta että talteenottotekniikan avulla.
6 YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET
Tässä diplomityössä tehtyjen laskelmien ja vertailujen pohjalta todetaan, että suora sähkökäyttö on vielä toistaiseksi kannattavin vaihtoehto verrattuna synteettisiin polttoaineisiin tai vedyn käyttöön. Suoran sähkökäytön edullisuus näkyy nykypäivän uusiutuvan energian, esimerkiksi aurinkovoiman kustannuksissa. Synteettisten polttoaineiden kannattavuuden jarruttavana tekijänä on sen korkea hinta, joka johtuu kalliista tuotantoprosessista. Synteettisestä polttoaineesta on kuitenkin mahdollista tulla erittäin kilpailukykyinen, mikäli synteettisiä polttoaineita aletaan valmistamaan ottamalla hiilidioksidi talteen ylijäämäkaasuista ja mikäli vedyn erottamisprosessia, eli elektrolyysiä, saadaan kustannustehokkaammaksi. Myös itse vedyn käyttö polttoaineena tulee kannattavammaksi, jos uusiutuvan sähkön hinta jatkaa laskua ja elektrolyysilaitteistoja saadaan skaalattua. Vedyn ja vetytalouden käyttöön logistiikassa kohdistuu tällä hetkellä monia muutostekijöitä, jotka vaikuttavat vetytalouden käyttöön ja siihen liittyviin kustannuksiin. Samalla globaali hiilineutraalisuus- ja hiilinegatiivisuustavoitteet luovat paineita jakeluverkkojen ja sähköistämisen lisäämiselle sekä samalla lakien säädösten saavuttamiselle. EU:n asettamien tavoitteiden saavuttamiseksi vaaditaan merkittäviä investointeja ja enemmän poliittista tukea vetytalouden ja tekniikan sähköistämisessä. Laajan vedyn jakeluverkon mahdollistaminen edellyttää suunnitelmia ja investointeja valtioilta siihen, miten tuotantoa, varastointia ja jakelua voitaisiin kehittää.
Vetyteknologia on energiavaihtoehtona tulevaisuuden kannalta erittäin merkittävä. Vedyn avulla voidaan tarjota ratkaisuita energiajärjestelmän ongelmiin. Vedyn käytön avulla on mahdollista vähentää kasvihuonekaasu- ja hiukkaspäästöjä, joita fossiiliset polttoaineet aiheuttavat. Polttokennoajoneuvojen käyttö logistiikassa ei aiheuta päästöjä, koska polttokenno muuntaa vedyn suoraan sähköksi ja lämmöksi. Vetyä ei voida kuitenkaan luokitella suoraan energian lähteeksi, sillä vety ei esiinny täsmälleen puhtaana aineena luonnossa, vaan vety esiintyy sitoutuneena kemiallisissa yhdisteissä, kuten vedessä tai erilaisissa hiilivedyissä. Vedyn käytön vaatimuksena on sen valmistus eli erottaminen kemiallisista yhdisteistä, mikä edellyttää huomattavasti energiaa. Vedyn tuotannossa käytettävistä energiamuodoista eivät kaikki kuitenkaan ole hiilidioksidipäästöiltään vähäisiä. Vedyn hiilidioksidineutraalisuus riippuu tuotantoprosessissa käytettävistä energiamuodoista.
Vedyn käyttö ja vetyteknologian yleistyminen logistiikassa vaatii nykyisille markkinoille enemmän vetyä hyödyntäviä ajoneuvoja ja niitä palvelevan vetyinfrastruktuurin. Tämä tarkoittaisi vedyn hyödyntämistä liikennekäytössä ja logistiikassa, sekä vedyn jakeluverkon ja tankkauspisteiden rakentamisen.
Energiatehokkaiden ja kustannustehokkaiden tavoitteiden saavuttamiseksi on kuitenkin päästöneutraalit energiaketjut analysoitava ja tarkasteltava huolella. Erinomainen tarkastelu ja analysointi vaatii merkittävän tausta-aineiston keräämistä eri lähteistä. Tähän mennessä laaditut tausta-aineistot eivät pidä sisällään kaikkea sitä, jota vaadittaisiin täysin luotettavien analyysien tekemiseksi. Tausta-aineistoja ja tietoja on jouduttu yhdistämään monista lähteistä toisiinsa.
Vetytalouden käyttö ja päästöneutraaleiden energiaketjujen ymmärtäminen vaativat huomioimaan aiempaa enemmän asioita sekä tuotantomenetelmien käyttöä.
Tulevaisuudessa on tarvetta sille, että analysoidaan päästöneutraaleiden energiaketjujen ominaisuudet ja tehdään kattavat tarkastelut niiden pohjalta, jotta voidaan ottaa huomioon hiilineutraalisuus- ja hiilinegatiivisuustavoitteet mahdollisimman kattavasti. Analyysien ja tarkastelujen perusteella voidaan todeta, että paikallisella ja hajautetulla järjestelmällä on vaikutuksia verkon kokonaiskustannuksiin ja kannattavuuteen. Tuotantotekniikan merkittävyys riippuu siihen käytetystä talteenottotekniikasta ja sijainnista sekä siitä, onko järjestelmä paikallinen vai hajautettu. Lisäksi yhtenä merkittävänä tekijänä on myös sähkön ja energian hinta, jotka vaikuttavat suoraan vedyn kilohinnan kehitykseen.
LÄHTEET
(Aakko-Saksa et al. 2007) Nylund, N-O., Aakko-Saksa, P. Liikenteen polttoainevaihtoehdot. Kehitystilanne-raportti. Laaja versio. Espoo 2007, VTT. 124 s. + 3 liit.
(Acar et al. 2018) Canan Acar, Ibrahim Dincer, The potential role of hydrogen as a sustainable transportation fuel to combat global warming, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 45, Issue 5, 2020, Pages 3396-3406, ISSN 0360-3199, [verkkojulkaisu].
[viitattu 03.06.2021]. Saatavissa:
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.10.149.
(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0 360319918333767)
(Aho, T. 1981) Aho, T. 1981. Investointilaskelmat. Suomen
ekonomiliitto ja Weilin + Göös. Vaasa. 317 s. ISBN 951-35-2539-2.
(AHPCE 2020) Assessment of Hydrogen Production Costs from
Electrolysis: United States and Europe [verkkodokumentti]. [viitattu 17.10.2021].
Saatavissa:
https://theicct.org/sites/default/files/publications/final _icct2020_assessment_of%20_hydrogen_production _costs%20v2.pdf
(Albrahim et al. 2019) Albrahim, M., Al Zahrani, A., Arora, A., Dua, R., Fattouh, B. and Sieminski, A. 2019. An overview of key evolutions in the light duty vehicle sector and their impact on oil demand. Energy Transitions, 3,81–103.
I.S. Jacobs and C. P. Bean, “Fine particles, thin films and exchange anisotropy,” in Magnetism, vol. III, G.
T. Rado and H. Suhl, Eds. New York: Academic, 1963, pp. 271–350. [verkkodokumentti]. [viitattu 23.04.2021]. Saatavissa:
https://link-springer-com.ezproxy.cc.lut.fi/content/pdf/10.1007%2Fs4182 5-019-00017-7.pdf
(ALLLIFT 2021) All Lift Forklifts 2021. [verkkojulkaisu]. [viitattu
17.10.2021]. Saatavissa:
https://allliftforklifts.com.au/blog/how-much-diesel does-forklift-use-hour
(Armaroli et al. 2011) Armaroli, Nicola, and Vincenzo Balzani. “The Hydrogen Issue.” ChemSusChem 4.1 (2011): 21–36.
[verkkojulkaisu]. [viitattu 03.06.2021]. Saatavissa:
https://chemistry-europe-onlinelibrary-wiley-com.ezproxy.cc.lut.fi/doi/pdfdirect/10.1002/cssc.201 000182’
(Asset 2018) Asset 2018. Technology pathways in decarbonisation scenarios, Heinäkuu 2018.
(ATRI 2019) An Analysis of the Operational Costs of Trucking.
2019 [verkkodokumentti]. [viitattu 17.10.2021].
Saatavissa: https://truckingresearch.org/wp
content/uploads/2019/11/ATRI-Operational-Costs-of-Trucking-2019-1.pdf
(Ball et al. 2009) Ball M, Wietschel M (2009) The Future of Hydrogen-Opportunities and Challenges. International Journal of Hydrogen Energy, 34, 615-627. [verkkojulkaisu].
[viitattu 03.06.2021]. Saatavissa:
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2008.11.014
(Bearfield et al. 2008) Bearfield, Domonic A. & Warren S. Eller 2008. Writing a Literature Review: The Art of Scientific Literature.
Teoksessa: Handbook of Research Methods in Public Administration, 61–72. Toim. Kaifeng Yang & Gerald J. Miller. Boca Raton: CRC Press.
(BTI / FC 2000) Breakthrough Technologies Institute/Fuel Cells, 2000. What is a fuel cell? Online Fuel Cell Information Center; retrieved June 27, 2003.
[verkkojulkaisu]. [viitattu 03.06.2021]. Saatavissa:
http:// www.fuelcells.org/whatis.htm.
(Business Finland 2020) Kansallinen vetytiekartta ohjaa Suomea kohti hiilineutraalisuutta. [verkkojulkaisu]. [viitattu 03.06.2021]. Saatavissa:
Kansallinen vetytiekartta ohjaa Suomea kohti hiilineutraalisuutta - Business Finland
(Business Finland 2020.1) National hydrogen route map for Finland. 2020.
[verkkodokumentti]. [viitattu 22.11.2021].
Saatavissa:
bf_national_hydrogen_roadmap_2020.pdf (businessfinland.fi)
(Crabtree et al. 2004) Crabtree, George W, Mildred S Dresselhaus, and And Michelle V. Buchanan. 2004 “The Hydrogen Economy.” 2004. [verkkodokumentti]. [viitattu 03.06.2021]. Saatavissa:
http://saeta.physics.hmc.edu/courses/p80/papers/hydr ogen/PhysToday%20Hydrogen%20041239.pdf (Chorkendorff et al. 2003) Chorkendorff I, Niemantsverdriet JW (2003)
Heterogeneous catalysis in practice: hydrogen.
In: Concepts of modern catalysis and kinetics. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co, Weinheim
(CNBC 2019) CNBC 2019. Jeff Bezos unveils sweeping plan to tackle climate change, CNBC News. 07.09.2020 [verkkojulkaisu]. [viitattu 03.06.2021]. Saatavissa:
https://www.cnbc.com/2019/09/19/jeff-bezos-speaks-about-amazon-sustainability-in-washington-dc.html (COM 2020) Communication from the commission to the European
parliament, the council, European economic and social committee and the committee of the regions.
[verkkodokumentti]. [viitattu 03.06.2021].
Saatavissa: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:52020DC0301&
from=EN
(Cromer 2016) Marshall Cromer, “The Forklift Boss
[verkkojulkaisu]. [viitattu 22.11.2021]. Saatavissa:
https://cromer.com/about/blog/what-does-your-forklift-cost-per-hour
(David et al. 2005) David E (2005) An overview of advanced materials for hydrogen storage. J Mater Process Technol 162–
163:169–177
(DOE 2011) Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure Technologies Program – Multi- Year Research, Development and Demonstration Plan, Planned program activities 2005 – 2015, U.S.Department of Energy, Energy Efficiency and RenewableEnergy. 2005.
[verkkodokumentti]. [viitattu 03.06.2021].
Saatavissa:
https://www.nrel.gov/docs/fy08osti/39146.pdf
(ECOM 2019) European Comission - Hydrogen Energy Europe
28.05.2019: [verkkojulkaisu]. [viitattu 03.06.2021].
Saatavissa: Hydrogen | Energy (europa.eu)
(ECOM 2020) European Comission – Communication from the
commission to the European Parliament, The Council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the regions [verkkodokumentti].
[viitattu 03.06.2021]. Saatavissa:
https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/hydrogen_
strategy.pdf
(EIA 2021) Independent Statistics & Analysis – U.S. Energy Information Administration Europe 2021:
[verkkojulkaisu]. [viitattu 17.10.2021]. Saatavissa:
https://www.eia.gov/energyexplained/hydrogen/use-of-hydrogen.php
(ELECTREK 2020) Daimler ends hydrogen car development because it's too costly, 2020 [verkkojulkaisu]. [viitattu 22.11.2021].
https://electrek.co/2020/04/22/daimler-ends-hydrogen-car-development-because-its-too-costly/
(EOE 2004) Hart, D. Hydrogen end uses and economics. In:
Cleveland, C.J, (ed.) Encyclopedia of Energy. Vol 3.
California, USA, 2004. Elsevier. pp 231-239.
(EUCO 2018) Technical note Results of the EUCO3232.5 scenario from Member States. 2018. [verkkodokumentti].
[viitattu 03.06.2021]. Saatavissa:
technical_note_on_the_euco3232_final_14062019.p df (europa.eu)
(E4Tech 2019) E4Tech 2019. Study on value Chain and
Manufacturing Competitiveness Analysis for Hydrogen and Fuel Cells Technologies, Evidence Report, London, September 2019.
(Fasihi et al. 2016) Technical and economic evaluation and production of liquid (PtL) fuels globally. Based on Hybrid PV wind farms; Energy Procedia 99 (2016) 243-268.
(FCH EUROPE 2010) A portfolio of power-trains for Europe: a fact-based analysis – The role of Battery Electric Vehicles, Plug-in hybrids and Fuel Cell Electric Vehicles [verkkojulkaisu]. [viitattu 17.10.2021]. Saatavissa:
https://www.fch.europa.eu/sites/default/files/docume nts/Power_trains_for_Europe.pdf
(FCH JU 2017) FCH JU - Fuel Cells and hydrogen joint undertaking rotate “Development of Business Cases for Fuel Cells and Hydrogen Applications for Regions and Cities”
[verkkodokumentti]. [viitattu 08.07.2021].
Saatavissa:
https://www.ctc-n.org/sites/www.ctc- n.org/files/resources/materials_handling_equipment-_development_of_business_cases_for_fuel_cells_and _hydrogen_applications_for_regions_and_cities.pdf (FCH JU 2017 a) FCH JU - Fuel Cells and hydrogen joint undertaking
rotate “Development of Business Cases for Fuel Cells and Hydrogen Applications for Regions and Cities”
[verkkodokumentti]. [viitattu 08.07.2021].
Saatavissa:
https://www.fch.europa.eu/sites/default/files/171121
_FCH2JU_Application-Package_WG1_Heavy%20duty%20trucks%20%28I D%202910560%29%20%28ID%202911646%29.pdf (FCH JU 2020) FCH JU - Fuel Cells and hydrogen joint undertaking
“Opportunities for Hydrogen Energy Technologies considering the National Energy & Climate Plans – Final report.” [verkkodokumentti]. [viitattu 03.06.2021]. Saatavissa:
Final Report Hydrogen in NECPs (ID 9501746).pdf (europa.eu)
(FCH JU - FIN 2020) FCH JU - Fuel Cells and hydrogen joint undertaking
“Opportunities for Hydrogen Energy Technologies considering the National Energy & Climate Plans – Finland.” [verkkodokumentti]. [viitattu 08.07.2021].
Saatavissa:
Brochure FCH Finland (ID 9473037).pdf (europa.eu) (Fink 2005) Fink, Arlene 2005. Conducting Research Literature
Reviews: From the Internet to the Paper. Thousand Oaks: Sage Publications, Inc.