26.09.2022

Mikä on merenkulun tulevaisuuden polttoaine?

Ensi talvi tulee olemaan vaikea koko Euroopassa. Fossiilisten polttoaineiden, kivihiilen, kaasun ja sähkön hinnat ovat nousseet huimasti Ukrainan sodan seurauksena. Toisaalta fossiilisen energian hinnan nousu vauhdittaa uusiutuviin energiamuotojen kehitystä ja käyttöönottoa.

Myös merenkulussa tuodaan jatkuvasti erilaisia vaihtoehtoisia polttoaineita testaukseen. Perinteisen raskaan polttoöljyn ja LNG:n hinnan nousun myötä vaihtoehtoisista polttoaineista on tullut yhä taloudellisesti kannattavampia – lähes päivittäin saamme lukea, miten varustamot suunnittelevat ottavansa käyttöön uusia vähähiilisiä polttoaineita. Tällöin tulee erottaa se, mistä energia on alun perin tuotettu, ja mihin muotoon se on sitten muutettu, jotta sitä voidaan käyttää merellä.

Varustamot siirtyvät vähäpäästöisiin polttoaineisiin

Ensimmäinen ja usein tärkein toimenpide merenkulun hiilipäästöjen vähentämisessä on säästäminen. Näitä toimenpiteitä ovat ajonopeuden laskeminen usein yhdistettynä satamassa tapahtuvan ahtauksen nopeuttamiseen, hyötykuorman lisääminen ja tyhjänä ajon vähentäminen. Toisia merkittäviä toimia ovat erilaiset tekniset avut, kuten tuuliroottorit ja pohjan vastuksen vähentäminen yms.

Lopulta kuitenkin tulemme kysymykseen, mikä on se ei-fossiilinen polttoaine, johon merenkulku on siirtymässä. Tähän kysymykseen ei vielä ole olemassa yksiselitteistä vastausta, mutta on ilahduttavaa, kuinka moni edelläkävijävarustamo on jo ilmoittanut testaavansa uusia fossiilittomia polttoaineita. Seuraavat varustamot ovat jo julkistaneet kehityspolkunsa:

• Finnferries on tuonut jo kaksi sähkölauttaa Suomen liikenteeseen, vastaavia pienlauttoja on paljon käytössä muissa pohjoismaissa.

• Stena suunnittelee sähköllä kulkevaa ro-pax alusta.

• Meriaura on ilmoittanut aloittavansa ammoniakkikäyttöisen aluksen kehittämisen

• Viking Line aikoo siirtyä hiilineutraaliin liikenteeseen Suomen ja Ruotsin välillä biopolttoaineiden avulla.

• Lontoossa ollaan siirtymässä kaupunkiliikenteessä sähkön lisäksi kasviöljypohjaiseen biopolttoaineeseen.

• ESL Shipping aikoo käyttää uusiutuvaa biopolttoainetta jo nykyisessä liikenteessä ja aikoo tulevaisuudessa siirtyä käyttämään vetypohjaisia polttoaineita.

• Aurelia Green Ship Concept tähtää vetykäyttöiseen alukseen.

• Maailman suurimmat varustamot, kuten Maersk ja COSCO näyttävät kuitenkin satsaavan metanoliin tulevaisuuden polttoaineenaan.

Mitä tulee huomioida polttoainevalinnoissa?

Polttoainevalintaan vaikuttaa luonnollisesti se, millainen hinta eri polttoaineilla on tulevaisuudessa, ja mitä kyseisen energiamuodon käyttö maksaa verrattuna esimerkiksi nyt käytössä oleviin polttoaineisiin. Tämä on kuitenkin aivan liian kapea näkökulma.

Asiaa tulee tarkastella myös seuraavien näkökulmien avulla:

• Energiatiheys, kuinka paljon kyseistä polttoainetta tulee varastoida laivalle, ja kuinka paljon se syrjäyttää muuta lastitilaa ja tulee siten kalliimmaksi kuin perinteiset fossiiliset, hyvin energiatiheät polttoaineet?

• Mikä on kyseisen polttoaineen ensisijainen energialähde ja minkä verran tapahtuu päästöhäviöitä, kun energia vaihtaa muotoa?

• Valmistusteknologia, onko polttoaineelle kehitetty jo kaupallinen valmistusteknologia, ja onko sellainen kehitteillä. Voiko polttoainetta jo ostaa jostain?

• Polttoaineen käyttöön liittyvä säädöstö. Onko sen käyttö luvallista ja turvallista, onko laivahenkilöstölle jo ohjeistus ja koulutus polttoaineen käyttöön.

• Säilytys laivalla ja satamassa, pystytäänkö polttoainetta säilyttämään laivalla ja satamissa.

• Jakelulogistiikka, pystytäänkö sitä kuljettamaan käyttäjälle.

• Moottoriteknologia, onko olemassa laivoja, jotka voivat käyttää kyseistä polttoainetta, ja mitä sellainen moottori maksaa verrattuna muihin vaihtoehtoihin.

Teknologiakehitys tulee muuttamaan kaikkia yllä lueteltuja tekijöitä ja niiden hintaa varustamolle. Jos polttoainetta ei tänään vielä tuoteta, varastoida tai jaella, tilanne voi olla erilainen muutaman vuoden kuluttua. Asiaa monimutkaistaa vielä enemmän kansainväliset määräykset, jotka laskevat päästöjä eri tavoilla ja rankaisevat tai tukevat erilaisia ratkaisuja. Tämän takia erilaiset pilotit ja kokeilut ovat avainasemassa: mitkä polttoaineet tulevat yleistymään, ja samalla – yleensä – muuttuvat halvemmiksi.

Miten eri polttoaineiden kasvihuonekaasupäästöissä on eroa?

Polttoaineratkaisuja verratessa tärkein pitkän tähtäimen näkökulma on, kuinka paljon kasvihuonekaasuja sen käyttö tuottaa – useimmiten tätä verrataan nykyisen raskaan polttoöljyn käyttöön. Tällöin tulee erottaa se, mistä energia on alun perin tuotettu, ja mihin muotoon se on sitten muutettu, jotta sitä voidaan käyttää merellä.

Polttoaineiden energialähteet voidaan jakaa perusenergiansa pohjalta kahteen luokkaan: uusiutumattomat ja uusiutuvat energialähteet. Uusiutumattomia energialähteitä ovat kivihiili, ruskohiili, öljy, maakaasu ja ydinvoima. Uusiutuvia on taas tuuli, aurinko ja biopolttoaineet.

Joitakin näistä energialähteistä voidaan käyttää sellaisenaan merenkulun polttoaineena, kuten öljyä tai maakaasua. Osa energialähteistä kuten tuulienergia tai biomassa, muutetaan sen sijaan toiseen muotoon. Tämä toinen muoto on tällä hetkellä yleensä sähkö. Useat kuljetusmuodot, kuten vaikka tie- tai raideliikenne, sähköistyvätkin kovaa vauhtia. Sähköä on kuitenkin vaikea varastoida pitkälle merimatkalle, joten sen sijaan käytetään vetyä tai jotakin sen johdannaisena tehtyä toista kemiallista yhdistettä. Vetypohjaisia polttoaineita voidaan säilöä pitkäksi aikaa, vety on ikään kuin tehokkaampi akku kuin perinteiset akut. Riippuen vedyn energialähteestä käytetään keskustelussa eri värikoodeja.

• Vihreällä vedyllä tarkoitetaan vetyä, joka on tehty eletrolyysin avulla uusiutuvasta energiasta, kuten tuulesta tai auringosta. Elektrolyysissä vesi jaetaan vedyksi ja hapeksi.

• Sinisellä vedyllä tarkoitetaan vetyä, jotka on tehty maakaasusta. Tällöin vapautuu hiilidioksidia, joka otetaan prosessissa talteen, eikä se vapaudu ilmakehään.

• Harmaa vety tarkoittaa vetyä, joka on tuotettu maakaasusta, mutta tällöin hiilidioksidia ei ole otettu talteen, joten se tuottaa hiilidioksidipäästöjä.

• Mustaa tai ruskeaa vetyä syntyy, kun käytetään mustaa tai ruskohiiltä vedyn tuottamiseen. Tällöin se tuottaa hiilidioksidipäästöjä jopa enemmän kuin hiilen käyttö, sillä osa energiasta häviää prosessissa.

• Vaaleanpunainen vety tuotetaan prosessissa, jossa käytetään ydinenergiaa pohjana. Tätä kutsutaan joskus myös punaiseksi tai purppuranpunaiseksi vedyksi.

• Turkoosi vety syntyy metaanin pyrolyysissä, jolloin syntyvä hiili otetaan talteen.

• Keltaisella vedyllä tarkoitetaan aurinkoenergian avulla tuotettua vetyä.

• Valkoinen vety tarkoittaa vetyä, joka löytyy suoraan maaperästä. Tätä ei käytännössä hyödynnetä.

Vaihtoehtoiset polttoaineet

Alla on lueteltu muutamia merenkulun vaihtoehtoisia polttoaineita. Tästä listauksesta puuttuvat perinteiset fossiiliset polttoaineet kuten öljy ja maakaasu, vaan keskitymme niin sanottuihin vaihtoehtoisiin vähäpäästöisiin polttoaineisiin.

Sähkö – sähkö on eräs potentiaalisimmista tulevaisuuden vähäpäästöisimmistä polttoaineista merenkulkuun. Tällä hetkellä kaikkein yleisimpiä sähköratkaisuja ovat maasähkö, eli laiva on satamassa ollessaan kiinni sähköverkossa, eikä sen tarvitse käyttää erillisiä apukoneita satamassa.

Laivat vaativat huomattavasti energiaa, ja pidemmillä matkoilla ja erityisesti jääolosuhteissa sähkön vaatima akkumäärä on merkittävä. Sähkö sellaisenaan sopiikin parhaiten lyhyen matkan liikenteeseen, kuten saaristo- tai kaupunkivesiliikenteeseen. Useissa Pohjoismaissa uusimmat pienet lautat ovatkin sähköisiä. Pidemmillä matkoilla laivan tarvitsemien akkujen määrä vähentäisi lastitilaa liikaa. Erilaisia ratkaisuja tähänkin on mietitty, muun muassa satamissa vaihdettavien konttien käyttämistä akkuina tai vakautusjärjestelmien käyttöä pattereina, mutta nämä eksoottisemmat ratkaisut eivät vielä ole käytössä.

Biopolttoaineet – kaikkein helpoin ratkaisu merenkulussa olisi, jos nykyiset fossiiliset polttoaineet voitaisiin korvata suoraan biodieselillä tai -kaasulla. Biopolttoaineista puhutaan ensimmäisen ja toisen polven biopolttoaineina. Ensimmäisen polven polttoaineet tehdään esimerkiksi ruokajätteestä ja toisen polven polttoaineet tehdään suoraan esimerkiksi sitä varten kasvatetuista puista.

Valitettavasti biopolttoaineiden tuotantoa on huomattavasti vähemmän kuin kulutusta. Oletetaan, että ne kuljetusmuodot, kuten esimerkiksi lentoliikenne, jossa polttoaineen energiatiheys on tärkeää, käyttävät suurimman osan tulevista biopolttoaineista. Silloin sitä ei riitä merenkulun käyttöön riittävästi. On kuitenkin selvää, että biopolttoaineilla on iso rooli tulevaisuuden meriliikenteessä.

Vety – ongelma vedyn käytössä on sen heikko energiatiheys, vety vaatii nesteytettynäkin yli kolme kertaa enemmän tilaa kuin raskas polttoöljy saman energiamäärän tuottamiseen. Tämän vuoksi puhdasta vetyä ei enää useinkaan nähdä potentiaalisena polttoaineena vaan sen sijaan mietitään vedyn muuttamista ammoniakiksi, metaaniksi tai metanoliksi, joissa on enemmän energiaa pienemmässä tilassa. Tämä muutos voi tapahtua joko käyttämällä sähköä tai biologisia polttoaineita. Valitettavasti tässä muutoksessa häviää myös aina jonkin verran energiaa, joten jokainen vetypohjainen polttoaine on väistämättä hieman huonompi ratkaisu – toisaalta se ratkaisee vedyn tilaongelman.

Ammoniakki – on nesteytettynä jo huomattavasti parempi energiatiheydeltään kuin vety, joten se ei tarvitse niin paljon tilaa laivassa. Toisaalta itse nesteen tankki vaatii paljon tilaa laivassa. Ammoniakin ongelma on kuitenkin sen myrkyllisyys, joka asettaa sille hieman enemmän vaatimuksia polttoaineena.

Metaani, LNG, biokaasut – LNG, nestemäinen maakaasu on jo yleisesti käytetty polttoaine merenkulussa, erityisesti sen takia, että siinä ei ole lainkaan rikkiä, joten sen käytössä ei tarvita rikkipesureita. Se tuottaa kuitenkin melkein saman määrän hiilidioksidia kuin raskas polttoöljy, ja lisäksi matalapainemoottoreista pääsee myös puhdasta metaania, hiilidioksidiakin merkittävämpää kasvihuonekaasua, ilmaan. Metaania voidaan valmistaa myös vedystä lisäämällä hiiltä.

Metanoli, etanoli – ovat muita nesteitä, joissa vety on muutettu energiamuotoon, jossa tiheys on korkeampi, ja siten säilytyskapasiteettia tarvitaan vähemmän kuin vedylle.

Ydinvoima – on toiminut merenkulun polttoaineena jo vuosikymmeniä muun muassa Venäjän arktisten alueiden jäänmurrossa. Niin sanotut pienreaktorit ovatkin nyt työn alla vaihtoehtoisena polttoaineena, mutta ydinvoimaan liittyy paljon riskejä, ja on vielä epävarmaa, saadaanko ydinvoiman avulla kaupallisia yleisesti käytettäviä ratkaisuja.

Miten varustamot varautuvat uusiin polttoaineisiin?

Edellä on esitelty useita eri polttoaineita, ja kuten huomaamme, pelkkä polttoaine ei sellaisenaan kerro kasvihuonekaasupäästöistä, vaan pitää tarkastella, miten polttoaine on tuotettu. Vaikka suurin osa uusista vetypohjaisista polttoaineista ei vielä perustukaan uusiutuvalle energialähteelle, nämä muun väriset vetypohjaiset polttoaineet mahdollistavat laivojen rakentamisen valmiiksi uudelle teknologialle, ja sitten kun vihreätä polttoainetta on saatavilla, voidaan siirtyä siihen. Tässä on kuitenkin vielä muistettava, että pelkkä polttoaineen saatavuus ei riitä, vaan tarvitaan jakelua, varastointia ym., joten koko kuljetussektori ja valtio osaltaan osallistuu tähän murrokseen. Sähkö on todennäköisin ratkaisu lyhyille matkoille, mutta pidemmille matkoille suunnitellaan erilaisia vetypohjaisia polttoaineita. Tällä hetkellä laivoihin rakennetaan usein moottoreita, joissa voidaan käyttää useampia polttoaineita. Näin varustamot myös varautuvat tulevaisuuden eri kehityksiin, ja voivat tarvittaessa käyttää halvempaa tai paremmin saatavilla olevaa polttoainetta.

Sähköhybridiratkaisuissa laiva käyttää varsinaisen polttoaineensa lisäksi sähköä (joko maista, akuista tai polttoaineen tekemänä). Tämä tehostaa moottorin käyttöä, optimoi energiankulutusta ja tietyissä tilanteissa (esim. satamassa tai satamaväylällä) voidaan kulkea pelkällä sähköllä.

Monipolttoainemoottorit käyttävät yleensä fossiilista nestemäistä polttoainetta, mutta sen lisäksi niissä voidaan käyttää kaasua LNG:tä tai vaihtoehtoisesti muita nesteitä kuten vetyä tai sen johdannaisia.

Vielä on liian aikaista sanoa mikä näistä polttoaineista tulee lyömään itsensä läpi. Hinta on vain yksi tekijä tässä jatkuvasti kehittyvässä ja muuttuvassa palapelissä. Selvää kuitenkin on, että varustamoiden ja satamien on tärkeintä seurata kehitystä ja ottaa investoinneissaan kaikki nämä näkökulmat huomioon. Nykyinen Ukrainan sota on vain nopeuttanut merenkulun siirtymään pois fossiilista polttoaineista kohti vähäpäästöisiä polttoaineita nostaessaan perinteisten fossiilisten polttoaineiden hintoja.

Ulla Tapaninen

Artikkelin kirjoittaja on Tallinnan teknillisen yliopiston meriliikenteen professori.

Ulla Tapanisen blogipalsta.

Jaa artikkeli
freja