Visa Noronen: Maakaasusta apua akkujen tuotantoon

Maakaasusta apua akkujen tuotantoon

Kokkolalainen Hycamite TCD Technologies tuottaa maakaasusta sekä vetyä että hiiltä. Näitä voidaan käyttää akkuteollisuudessa vähentämään sekä tuotannon päästöjä että riippuvuutta muualta tuotavista kriittisistä mineraaleista. Menetelmä perustuu Oulun yliopiston tutkimuksen tuloksiin.

Suurin osa maa- ja biokaasusta on metaania, vety- ja hiiliatomien muodostamista molekyyleistä koostuvaa kaasua. ”Olemme kehittäneet menetelmän, jolla pilkomme metaanimolekyylejä alkuaineisiinsa vedyksi ja hiileksi”, kertoo Hycamiten tutkimus- ja kehitysjohtaja, tohtori Henrik Romar.

Hycamiten uuden teknologian taustalla on Oulun yliopiston pitkäaikainen soveltavan kemian tutkimus.

”Vety tulee puhtaana kaasuna, joka sopii päästöttömäksi polttoaineeksi tai teollisuuteen niin ikään ympäristöystävälliseksi raaka-aineeksi. Hiili saadaan nyt talteen teollisuuden raaka-aineeksi sopivassa muodossa. Vedyn ja hiilen valmistuksessa ei synny päästöjä”, Romar kertoo.

Poikkeuksellista uudessa tuotantotavassa on se, että hiili saadaan talteen kiinteänä. Perinteisesti teollisuuden tarvitsemaa vetyä on valmistettu höyryreformoinnilla niin, että maakaasun metaani on pilkottu vedyksi ja hiilidioksidiksi, joka on sitten päästetty ilmakehään. Romarin esittelemissä tuotantolaitteissa hiili ei nouse hiilidioksidina ilmakehää lämmittämään, vaan hiili saadaan kiinteänä ja korkealaatuisena hyötykäyttöön.

Vetyä pelkistykseen

Katodi eli positiivinen napa on akkukennon arvokkain osa. Se myös paljolti määrittelee akun tekniset ominaisuudet.

Litiumioniakun katodin valmistuksessa käytetään erityisesti nikkeliä, kobolttia, mag-

”ON TÄRKEÄÄ MYÖS ALAN MAINEELLE, ETTÄ VEDYNTUOTANNON PÄÄSTÖISTÄ PÄÄSTÄÄN EROON”, GRÖNQVIST MUISTUTTAA.

nesiumia ja litiumia. Nikkelistä, koboltista ja magnesiumista valmistetaan sulfaatteja prekursorituotantoa varten. Hydrometallurgisessa prosessissa prekursorimateriaaleiksi tuotetut metallisuolat käytetään katodiaktiivimateriaalin valmistukseen yhdistämällä ne litiumhydroksidiin. Katodiaktiivimateriaalit käytetään akkukennojen valmistukseen.

Koska vety pelkistää metallisuoloja ja -oksideja sopivissa olosuhteissa, sitä hyödynnetään laajasti nikkelin ja koboltin pelkistyksessä.

Samoilla tehtailla tehdään vetypelkistystä hyödyntäen yleensä suoloja ja oksideja akkukäyttöön sekä metallituotteita, kuten pulvereita ja brikettejä. Kun esimerkiksi kobolttituotteita valmistettaessa pelkistyksissä käytetty vety tuotetaan kestävästi, hyötyä saavat akkuteollisuuden lisäksi myös esimerkiksi katalyytti-, kovametalli- ja kemikaaliteollisuus. ”On tärkeää myös alan maineelle, että vedyntuotannon päästöistä päästään eroon”, Grönqvist muistuttaa.

Hiiltä anodeihin

Sähköauton akkuihin käytetyistä materiaaleista on nopeasti tulossa maailmanlaajuinen pula. Akku on jo nyt sähköautojen kallein osa. ”Yksi tärkeimmistä nykyisten litiumioniakkujen materiaaleista on korkealaatuinen, elektroniikkakäyttöön sopiva hiili. Toinen akun navoista, anodi, tehdään ominaisuuksiltaan tarkkaan valituista hiililaaduista”, kertoo Hycamiten kaupallinen johtaja Niina Grönqvist.

Hiilen allotrooppeja eli hiilen ilmenemismuotoja on hyvin erilaisia. Esimerkiksi timantti ja lyijykynien grafiitti ovat molemmat puhdasta hiiltä. Hiiliatomien erilainen tapa asettua suhteessa toisiinsa tekee näistä ja monista muista puhtaan hiilen allotroopeista keskenään ominaisuuksiltaan poikkeavia.

Negatiivisen navan eli elektrodin materiaalin valinta vaikuttaa merkittävästi akun

KUVA NIINA GRÖNQVIST.

Hycamiten kaupallinen johtaja Niina Grönqvist sekä tutkimus- ja kehitysjohtaja Henrik Romar esittelevät Kokkolassa käyttöön otettua uutta kiinteän hiilen ja vedyn valmistustekniikkaa.

OIKEA HIILILAATU NAVASSA TEKEE AKUSTA PITKÄIKÄISEN, PALJON LATAUKSIA KESTÄVÄN, TURVALLISEN JA HYÖTYSUHTEELTAAN HYVÄN.

käyttökelpoisuuteen. Oikea hiililaatu navassa tekee akusta pitkäikäisen, paljon latauksia kestävän, turvallisen ja hyötysuhteeltaan hyvän.

Paikallisella hiilituotannolla on iso merkitys akkumineraalien suurtuottajaksi pyrkivälle Suomelle. Tällä hetkellä suurin osa maailman sähköautojen akkujen tarvitsemista hiililaaduista tuotetaan Kiinassa. Tämä on haaste huoltovarmuudelle: jos tarvituista hiililaaduista tulee pulaa, voivat eurooppalaiset jäädä ilman akkujaan tai hinnat voivat nousta liian korkeiksi.

Oma tuotanto tuo huoltovarmuutta

Romar esittelee tuotantolaitteita Kokkolassa. Hycamite on äskettäin ottanut käyttöön testilaitoksen vedyntuotantoa varten Kokkolan suurteollisuusalueella eli Kokkola Industrial Parkissa. Testilaitoksessaan Hycamite tekee jatkotutkimuksia ja testaa kehittämiään katalyyttejä. Teollisen pilottilaitoksen rakennustyöt ovat alkamassa ensi vuonna.

Hycamite käyttää tuotannossaan erilaisia katalyyttejä. Katalyyttivalinta kulloisessakin tapauksessa voi perustua esimerkiksi siihen, minkälaisia hiilen allotrooppeja halutaan saada. ”Tuotannon kestävyys on meille keskeistä. Käytämme siksi ainoastaan katalyyttejä, joita voidaan kierrättää tai joita on saatavilla esimerkiksi teollisuuden sivuvirtoina ja joita voidaan käyttää myrkyttömästi ilman riskejä ympäristölle”, Grönqvist kertoo. ▲

KUVA ANNE YRJÄNÄ, TEKSTI: VISA NORONEN