Vedyn tuotanto elektrolyysillä

Abstract

Tämän kandidaatintyön tavoitteena on tarkastella vedyn tuottamista eri elektrolyysimenetelmillä. Työssä käydään läpi myös vedyn käyttökohteita ja muita tuotantomenetelmiä elektrolyysin lisäksi. Työ on toteutettu kirjallisuusselvityksenä.

Vedyllä odotetaan olevan suuri rooli tulevaisuuden energiajärjestelmissä. Yhteiskunnan ja teollisuuden eri osa-alueiden irrottautuessa fossiilisista polttoaineista, uusiutuvien energiajärjestelmien tarve kasvaa. Vetyä ei kuitenkaan tavata maapallolla sellaisenaan, vaan sitä on tuotettava eri lähtöaineista kuten maakaasusta tai vedestä. Vetyä käytetään muun muassa vetyautojen polttokennoissa, energian- ja sähköntuotannossa sekä kemianteollisuudessa. Vetytalouden yleistyessä on tarvetta lisätä vedyn tuotantoa ja tuotantomenetelmiä. Elektrolyysi on ympäristöllisesti paras tapa tuottaa vetyä, koska menetelmällä saadaan tuotettua puhtainta vetyä. Vedyn muita tuotantomenetelmiä elektrolyysin lisäksi ovat höyryreformointi, hiilen ja biomassan kaasutus, termokemialliset syklit ja fotolyyttiset menetelmät.

Työssä käsitellään elektrolyysin toimintaperiaatetta ja tunnetumpia elektrolyysimenetelmiä. Elektrolyysissä käytetty sähköenergia muuntuu reaktiossa kemialliseksi energiaksi, jonka kantajana vety toimii. Tarkasteltavat elektrolyysimenetelmät ovat alkalielektrolyysi, PEM-elektrolyysi ja höyryelektrolyysi. Menetelmien tarkastelussa keskitytään niiden ominaisuuksiin, toimintaperiaatteisiin ja laitekonstruktioon.

Työssä käsitellään myös kestävän yhteiskunnan ulottuvuuksia ja millaisia vaikutuksia vedyllä on näihin. Vetytalouden vaikutuksia energiajärjestelmien ympäristölliseen, taloudelliseen ja sosiaaliseen kestävyyteen tarkastellaan. Lisäksi työssä käydään läpi Suomen vetytaloutta nykypäivänä ja sen mahdollisuuksia tulevaisuudessa.

The aim of this work is to examine the production of hydrogen by different electrolysis methods. The work also examines the different uses of hydrogen and other hydrogen production methods in addition to electrolysis. The work has been completed as a literature review.

Hydrogen is expected to play a major role in future energy systems. As different sectors of society and industry break away from fossil fuels, the need for renewable energy systems increases. However, hydrogen is not found on Earth as it is, but must be produced e.g. through extraction from source materials that contain it, e.g. natural gas or water. Hydrogen is used in fuel cells, energy and electricity production and in the chemical industry. As the hydrogen economy becomes more common the need for hydrogen production and production methods grows. Electrolysis is environmentally the best way to produce hydrogen because the method produces the purest hydrogen. Other hydrogen production methods in addition to electrolysis include steam reforming, coal and biomass gasification, thermochemical cycles and photolytic processes.

This work deals with the operating principle of electrolysis and more known electrolysis methods. The electrical energy used in electrolysis is converted in the reaction into chemical energy, which is carried by hydrogen. The electrolysis methods considered are alkali electrolysis, PEM electrolysis and steam electrolysis. The review of the methods focuses on their characteristics, operating principles and configuration.

The work also examines the dimensions of a sustainable society and the effects of hydrogen on these. The effects of hydrogen economy on the sustainability of energy systems environmentally and also economic and social sustainability, are examined. In the addition, the work reviews the Finnish hydrogen economy today and its possibilities in the future.