Possibilities of utilising green hydrogen as fuel in the heavy transport sector in Finland

Abstract. This bachelor’s thesis presents one possibility of utilising green hydrogen as fuel in the heavy transport sector in Finland. The work is a literature review that includes calculations to estimate the potential hydrogen demand of heavy transportation. The topic is relevant because of the increasing concerns about climate change, and the urgent need to reduce greenhouse gas emissions asks for environment-friendly solutions in all fields including transportation. Green hydrogen has been recognised as a potential zero-emission fuel in future heavy transportation. However, the technologies that are required for this utilisation are still under development and need improvement before the usage could be possible. The thesis introduces the EU’s and Finland’s composed strategies to attain carbon neutrality, the EU in 2050 and Finland in 2035. These strategies spell out targets and guidelines for achieving decarbonisation in various fields, such as heating, electrification, industry, and transport. The strategies also predict the future of the hydrogen economy and provide a picture of the potential scale of hydrogen production and use. The study examines the current state of the sector, the feasibility of implementing green hydrogen as a fuel, and the potential benefits and challenges of its adaptation into the Finnish fuel chain. The required hydrogen demand and electricity need for this utilisation are calculated by using the exemplary consumption of an ICE hydrogen engine developed by the company Cummins Inc and collected data on Finland’s traffic performances from Statistics Finland. The calculation shows that the required demand per year would be 350 000 tonnes of hydrogen and more than 17.5 TWh of electricity would be needed to satisfy this demand. Theoretically, this electricity demand could be achieved with the current renewable electricity capacity of 36.9 TWh (2021). Although it wouldn’t be possible in practise as the total electricity demand is 69.3 TWh, without renewable hydrogen production. The electrical efficiency of electrolyser technology is, however, expected to improve by about 12.5% in the future. With this improvement, the annual electricity needed for green hydrogen production for heavy transportation would decrease to 15.3 TWh

Maan rakenne osana perunamaan tuottavuutta ja ympäristönhoitoa:loppuraportti 31.08.2016

Tiivistelmä Perunantuotannossa maan käsittely on intensiivistä, joka yhdessä monokulttuurin kanssa aiheuttaa maan tiivistymistä ja sitä kautta ravinteiden huuhtoutumista ja sadon määrä- ja laatutappioita. Noin 40 prosenttia Suomen perunantuotannosta sijaitsee alueilla, joissa on happamia sulfaattimaita. Sulfaattimailla on usein suuret luontaiset typpivarat, jonka johdosta peruna saa liian paljon typpeä maaperästä kasvukauden loppuvaiheessa, jolloin perunan tuleentuminen viivästyy, joka heikentää perunan laatua. Tässä Maa- ja metsätalousministeriön (Makera) tutkimushankkeessa tutkittiin perunan kasvinvuorotuksen, maanmuokkausmenetelmien sekä metsä- ja puuteollisuuden sivutuotteina saatavan biohiilen, biotuhkan, kuitulietteen ja kuitusaven lisäämisen vaikutusta maan ravinnetilaan, vesitalouteen, tiivistymien estämiseen ja tiivistymien korjaamiseen sekä ravinteiden käyttökelpoisuuden parantamiseen. Toisena osiona tutkimushankkeessa tutkittiin menetelmiä eloperäisestä sulfaattimaasta mobilisoituvan typen sitomiseksi niin, ettei se viivästyttäisi perunan tuleentumista ja sitä kautta aiheuttaisi sadon laatutappioita. Pellon tiivistymistä osoittavat maan vedenjohtavuusmittaukset tehtiin Ksat-menetelmällä (painegradientti vakio) ja vedenpidätysmittaukset ali- ja ylipainemenetelmillä jankosta 30 cm syvyydeltä otetuilla rakenteellisilla maanäytteillä. Lisäksi juuristonäytteet ja pohjamaan rakennenäytteet otettiin 22 cm:n halkaisijaltaan olevalla teräslieriöllä 70 cm:n syvyyteen saakka. Maan tiivistymiä mitattiin myös penetrometrillä kolme kertaa kasvukauden aikana. Penetrometrin mittaustulos vakioitiin maan kosteuden perusteella mittaamalla maan kosteus percometrillä kolmesta eri syvyydestä. Maanparannusaineiden vaikutuksia maan ravinnepitoisuuteen tutkittiin sylinterikokeilla pellossa. Maalajiltaan ja olosuhteiltaan perunantuotantoon soveltuvilla pelloilla upotettiin maahan 50 cm:n halkaisijaltaan, pohjasta auki olevia lieriöitä, jonka pintamaahan sekoitettiin tutkittavana olevia maanparannusaineita. Kuhunkin lieriöön istutettiin kolme siemenmukulaa. Lieriössä kasvatettiin perunoita. Satomittauksen lisäksi ravinnemittauksia otettiin sekä mukulasadosta että maa-aineksesta. Maanmuokkausmenetelmät ja pohjamaahan lisätyt metsä- ja puuteollisuuden sivutuotteet vähensivät tiivistymiä, mutta niiden vaikutus kesti vain kaksi vuotta. Sen sijaan vilja- ja nurmiviljelykierrolla saatiin tiivistymiä vähennettyä pitkäaikaisesti. Erittäin tiivistyneessä pohjamaassa perunantuotannon monokulttuuripelloilla ei tiivistymiä voitu millään muokkausmenetelmällä parantaa. Kaikki suoritetut maanmuokkaustoimenpiteet vähensivät typen kulkeutumista pellolta valumaveden mukana. Jo pelkkä jankkurointi on vähentänyt typen huuhtoutumista, mutta maanparannusaineiden lisäykselläkin näyttäisi olleen lisäksi pieni typen huuhtoutumista vähentävä vaikutus. Jankkurointi ja metsäteollisuuden sivutuotteiden lisääminen pohjamaahan ei vaikuttanut koeruutujen perunasatoon, mutta kahden vuoden viljanviljelykierto paransi perunasatoa keskimäärin 5 t/ha ja nurmiviljelykierto keskimäärin 12 t/ha. Tulokset olivat tilastollisesti merkitseviä. Sylinterikokeen perusteella maanparannusaineiden vaikutukset maaperän ravinnetilaan eivät tässä tutkimuksessa olleet huomattavia, mutta selviä eroja käsittelyiden välillä kuitenkin oli. Kuituliete- ja kuitusavikäsittelyt nostivat maan pH-, P-, K-, Ca- ja Mg-pitoisuuksia eli ne vaikuttivat tehostavan ravinteiden liikkuvuutta, mutta oletettavasti korkean pH:n ja johtoluvun takia ravinteet eivät kulkeutuneet kasviin tai satoon. Kun pohjamaa on typpirikasta hapanta sulfaattimaata ja muokkauskerros on multamaata, ei typen mobilisaation haittavaikutuksia kyetty tutkimuksessa estämään muokkauskerrokseen sekoitetulla oljella, sahajauholla, tai perunapenkkien välikasviksi kylvetyllä ”typpisieppari”-kasvilla. Peruna kykenee käyttämään tehokkaasti hyväkseen kaiken saatavilla olevan typen ja siksi myöhään kasvukaudella saatavilla oleva typpi aiheuttaa ongelmia kasvuston tuleentumisen viivästymisen kautta. Hankkeen taloustutkimusosion mukaan ruokaperunantuotannossa yksivuotinen viljanviljelykierto kerran kolmessa vuodessa on juuri ja juuri kannattavaa, mutta erityisesti nurmiviljelykierto siten, että kolmannes perunantuotantoalasta nurmiviljelykierrossa, on hyvin kannattavaa. Tärkkelysperunantuotannossa, jossa kannattavuus perustuu enemmän suoraan hehtaarikohtaiseen tulotukeen kuin tuotteen myyntituloon, tarvitsisi viljelykiertoon kannustavan tuen