energia

Vuoteen 2050 mennessä Suomi on päästötön. Uusiutuvilla maailma pelastuu. Näin kertovat monet tuoreet uutiset.

Uusiutuvat energiamuodot ovat yhä suuremmassa roolissa energiantuotannossa ja niiden käyttökelpoisuudessa otetaan koko ajan huimia askelia eteenpäin. Kasvuprosentit ovat komeita, mutta numeroiden taakse peittyy todellisuus: valtaosa energiasta tehdään yhä perinteisesti. Edes villit uusiutuvien kasvuluvut eivät riitä tekemään tulevaisuuden päästöttömästä energiaonnelasta totta.

Ryhmä energia-alan kommervenkkeihin perehtyneitä asiantuntijoita kritisoikin julkisesti uusiutuvan energian liiallista hehkuttamista. He lyövät pöytään tutkimuksia, joiden mukaan täydellinen siirtyminen uusiutuvaan energiaan (edes puolessa vuosisadassa) on epärealistista utopiaa.

Tarvittaisiin enemmän tieteellistä näyttöä, sekä avointa ja asiapainotteista keskustelua. Alan ammattilaisten pitäisi osata ottaa kattavammin ja kriittisemmin kantaa aiheeseen, joka on herkkä sekä yhteiskunnan että ilmastonmuutoksen vastaisen toiminnan kannalta.

Alalla saa kritiikin mukaan yhä enemmän valtaa tiede, joka vaikuttaa tosiasiassa enemmän aktivismilta. Vain osa ratkaisukeinoista (yleisimmin tuuli-, aurinko- ja vesivoima) on hyväksyttyjä. Vastakommentit ja kritiikki kuitataan asennevammoina tai piiloagendoina.

Kirjoittajat kritisoivat Suomessa erityisesti Lappeenrannassa kotipaikkaansa pitävää Neo Carbon Energy -hanketta. Kritiikin mukaan hanke on saanut Suomessa huomiota maalailemalla päästötöntä taivaanrantaa. Vaikka väitteet nojaavatkin osaksi jo ongelmallisiksi todettuihin tutkimuksiin, on kritiikki ohitettu. Myös laskelmien pohjaoletukset vaikuttavat varsin hatarilta.

Neo Carbon Energy on VTT:n, Lappeenrannan teknillisen yliopiston, sekä Turun yliopiston tulevaisuuden tutkimuskeskuksen yhteishanke. Se sai vuosille 2014-16 Tekesin rahoitusta vajaat viisi miljoonaa euroa.

Kritiikin kirjoittajat ovat huolissaan siitä, että näin edeten ei ilmastonmuutosta vastaan voida taistella täysipainoisesti.

Uusiutuvien energianlähteiden käyttö Suomessa

Katsotaanpa hetki tilastoja.

Uusiutuvien käyttö lisääntyy koko ajan sekä meillä että muualla. Teknologia paranee, yleistyy ja halpenee. Paikallisesti tuotetun pienenergian määrä kasvaa kohinalla. Etenkin Suomea aurinkoisemmilla seuduilla kotona tuotettu aurinkosähkö riittää pitkälle ja jo nykytekniikalla omakotitalojen saaminen omavaraiseksi on lähellä. 

Meillä taas tuulivoiman osuutta on lisätty paljon – tuotetun tuulienergian määrä saattaa jopa tuplaantua tänä vuonna!

Kaikki tällainen kehityskulku on hyvää ja toivottavaa, mutta kyse on ikävä kyllä hyvin pienistä asioista.

Suomessa käytetystä energiasta vain noin 20 % tuotetaan lähes päästöttömillä lähteillä. Tästä ydinvoima kattaa 17 prosenttiyksikköä, vesi kolme ja tuuli vain yhden. Leijonanosa (70 %) energiasta tulee yhä vieläkin polttamisesta: 2/3 fossiilisista lähteistä ja 1/3 biomassasta.

Uusiutuvan energian määrän pitäisi siis 20-kertaistua, jotta kaikki poltettavat saataisiin kompensoitua. Käytännössä tämän tulisi tapahtua aurinko- ja tuulivoiman osuutta huimasti kasvattamalla. Uuden vesivoiman rakentaminen noin suuressa mittakaavassa kävisi luonnon kannalta hyvin ongelmalliseksi.

Uusiutuvien ongelmana on vielä varavoimakin, jota täytyy ylläpitää valmiudessa. Tuuliturbiinit eivät ikinä pyöri 24/7, eikä Aurinko paista yöllä. Akuilla ja älykkäillä, laajan maantieteellisen alueen kattavilla voimaverkoilla tuotantoa voidaan tasata, mutta ei tarpeeksi. Valitettavasti energiaa ei voida vielä varastoida tarpeeksi suuria määriä järkevällä kustannus- ja hyötysuhteella.

Myös fuusiovoima on edelleen kaukana tulevaisuudessa. Sen varaan ei kannata vähäpäästöisyyttä laskea.

Yksi ratkaisu tosin on jo olemassa, mutta se tiputetaan usein pois ratkaisuyhtälöistä poliittisen paineen ja pelon vuoksi. Ydinvoima. Se on selvästi perinteisistä energianlähteistä sekä kaikkein päästöttömin että turvallisin. Tätä mieltä ovat myös Kansainvälisen ilmastopaneeli IPCC:n asiantuntijat.

Kehityskulku käy ilmi hyvin Saksassa, jossa poliittisista syistä lakkautettava ydinvoima korvaantuu käytännössä fossiilisten polton lisääntymisellä. Siitä huolimatta, että uusiutuvien osuus kasvaa sielläkin.

Takaisin kritiikkiin

Tieteelliset artikkelit, joihin "100 % uusiutuvia" -hehkutuksessa usein viitataan, saavat usein paljon julkisuutta ja elävät siksi nykyään aivan omaa elämäänsä. Ne nostetaan useiden ympäristötahojen energiapolitiikan peruspilareiksi - vaikka myöhempi vertaisarviointi olisikin osoittanut tutkimukset virheellisiksi, puutteellisiksi tai vähintäänkin yltiöoptimistisiksi.

Yksi ongelma on tieteen hitaus: Prosessi voi kestää vuosia. Vaikka alkuperäinen tutkimus käykin ennen julkaisua läpi vertaisarvioinnin, sen väitteet eivät automaattisesti ole totta. Vasta julkaisun jälkeen tiedeyhteisö pääsee kunnolla syynäämään uutta löytöä, kaivamaan ongelmia sen metodeista, rajoitteista ja lähtöoletuksista. Tieteelliseksi tiedoksi yltävät vain ne julkaisut, joita kollegat eivät onnistu teilaamaan.

Prosessi tai sen lopputulos ei kuitenkaan yleisöä kiinnosta, jos alkuperäinen löytö oli tarpeeksi raflaava tai omaan agendaan sopiva. Jos löytyy artikkeli, jossa sanotaan että maailma saadaan päästöttömäksi vuoteen 2050 mennessä, tavoite on selvä. Mitä siitä että moinen vaatisi utopistisia tulevaisuudessa kehitettäviä teknisiä ratkaisuja, tai epärealistisen suuria yhteiskunnallisia muutoksia?

Asiaan liittyy myös kulisseissa käyty keskustelu. Kaikki tieto ei aina mahdu julkaisuun, jotkut mallit ovat monimutkaisia, ja joskus dataa on hyvin paljon. Tällöin hyvään tieteellisen tapaan kuuluu, että tutkijat jakavat mallinsa ja toimintatapansa toistensa kanssa. Toisille pitäisi aina antaa keinot oman työn teilaamiseen.

Kaikille tämä ei kuitenkaan käy, vaan he suojelevat aineistojaan viimeiseen asti. Syynä saattaa olla tehdyn työn suojeleminen varkauksilta, tai väärässä olemisen pelko. Kukapa tietää. Lopputulos kuitenkin on, ettei tiede pääse edistymään ja ilmastonmuutoksen torjunta voi hankaloitua.

Rankka lupausten ja tavoitteiden yliampuminen voi toki olla tietoista: rima asetetaan korkealle, jotta saadaan aikaan edes jotain, ja pienempiinkin saavutuksiin voidaan sitten olla tyytyväisiä. Ylihypetyksellä voidaan kuitenkin saada myös aikaan poliittisia päätöksiä, jotka tähtäävät mahdottomuuksiin ja leikkaavat jotkut realistisemmat ratkaisukeinot pois. Tällöin ammutaan nilkkaan (tai polveen) koko alaa ja ilmastonmuutosta vastaan taistelua.

Kritiikkikirjoitus on eri alojen asiantuntijoiden yhdessä laatima. Mukana on mm. fyysikoita, tietokirjailijoita ja IT-insinöörejä, osa entisiä ja osa nykyisiä tieteentekijöitä. Kaikille on yhteistä huoli ilmastonmuutoksesta, sekä halu ympäristön tilan parantamiseksi. Heidän mielestään energiakentän muutoksen täytyisi tapahtua tieteellisen tiedon perusteella, ei ideologian ohjaamana.

Otsikkokuva: H. P. Brinkmann / Flickr

Saksassa, kuten kaikkialla keskisessä Euroopassa, on viime vuosina panostettu voimakkaasti uusiutuviin energialähteisiin, mikä on näkynyt konkreettisimmin tuulivoimaloiden ja aurinkopaneelien määrän jatkuvana kasvuna.

Tanskassa tuulivoima tuotti viime vuonna 140 % maan tarpeesta, ja mutta sen kohtuullinen kulutus sekä tuuliset olosuhteet tekevät tuloksesta liiankin ruusuisen. Sen sijaan myös Saksassa tilanteet, joissa uusiutuvat tuottavat runsaasti energiaa ja lähes riittävät tyydyttämään sähköntarpeen, ovat yhä yleisempiä.

Viime sunnuntai oli tästä hyvä esimerkki. Vähän sähköä kuluttava pyhäpäivä yhdistettynä vinhasti pyöriviin tuulivoimaloihin ja aurinkoiseen päivään sekä normaaliin tapaan kaasuttaviin perinteisiin voimaloihin saivat aikaan sen, että sähkön tukkuhinta putosi ennätyksellisen alas. Vartin ajan markkinahinta oli jopa noin 50 euroa miinuksen puolella.

Asia selviää mm. berliiniläisen energia-asioihin erikoistuneen tutkimuslaitos Agora Energiewenden tiedoista, jonka mittaustietoihin perustuu alla oleva kaavio.

Tänään 37 vuotta sitten, 28. maaliskuuta 1979 tapahtui Yhdysvalloissa, Pennsylvaniassa lähellä Harrisburgin kaupunkia sijaitevassa Three Mile Islandin ydinvoimalassa vakava onnettomuus.

Sitä edellisestä vakavasta ydinvoimalaonnettomuudesta oli ennättänyt jo kulumaan aikaa, sillä se tapahtui vuonna 1957 Kyštymissä, Neuvostoliitossa.

Three Mile Islandin onnettomuus oli kansainvälisellä ydinlaitostapahtumien asteikolla luokkaan 5 kuuluva tapahtuma, eli siitä ei aiheutunut henkilövahinkoja eikä merkittäviä ympäristövaikutuksia, mutta laitokselle koitui siitä suuria vahinkoja.

Onnettomuudessa vapautui ilmaan hieman radioaktiivista xenonia ja kryptonia. Ihmisille ja luonnolle vaarallista radioaktiivista jodia vapautui vain hyvin vähän, koska voimalan suojarakennus toimi kuten oli suunniteltu.

Päästöstä aiheutui ympärillä asuville noin kahdelle miljoonalle asukkalle 14 µSv:n säteilyannos, mikä ei ollut vaarallista. Normaali röntgenkuva on noin 32 µSv.

Voimalan kakkosyksikön ydin suli osittain, ja koska paria viikkoa ennen onnettomuutta elokuvateattereihin saapui elokuva The China Syndrome, joka käsitteli ydinvoimakatastrofia ja erityisesti ytimen sulamista (ns. Kiina-ilmiötä), nousi onnettomuus heti otsikoihin. Onnettomuus oli toki merkittävä, mutta siitä muodostui julkisuudessa todellisuutta suurempi tapaus. Koska onnettomuus tapahtui myös Yhdysvalloissa, levisi uutinen heti kaikkialle.

Onnettomuusalueen puhdistus alkoi välittömästi onnettomuuden jälkeen ja saatiin virallisesti päätökseen vuonna 1993, jolloin hintaa operaatiolle oli tullut karkeasti yksi miljardi nollaria.

Voimalan toinen yksikkö, numero 1, on edelleen toiminnassa ja se on tarkoitus pitää tuotannossa vuoteen 2034 saakka.

Yhdysvaltain kansallisarkistosta peräisin olevassa kuvassa presidentti Jimmy Carter lähtee Three Mile Island in voimala-alueelta vierailtuaan paikalla 1.4.1979.

Aivoissamme on erilaisia mekanismeja, joiden avulla opimme asioita ja muistamme ne myöhemminkin. Sen lisäksi aivoissa tapahtuu aktiivista unohtamista, kun "turhaa" tietoa pyyhkiytyy pois. Lundin yliopistossa tehdyssä tutkimuksessa on selvitetty, mitä silloin tapahtuu solutasolla. 

Ihminen ja myös eläin oppii yhdistämään esimerkiksi tietyn toistuvan äänen tai valosignaalin ja ilmavirtauksen, joka kohdistuu silmään. Ilmavirta saa aikaan räpyttelyrefleksin, mutta ennen pitkää silmä räpsyy pelkästä äänestä tai valosta. 

Tässä ei ole mitään uutta eikä ihmeellistä. Päänvaivaa on aiheuttanut se, miksi sekä äänen että valon yhdistäminen ilmavirtaan ei suinkaan edistä oppimista vaan päinvastoin heikentää sitä.

"Kaksi ärsykettä tuottaa kehnompia tuloksia kuin yksi. Se vaikuttaa maalaisjärjen vastaiselta, mutta uskoaksemme syynä on, että aivot säästävät sillä tavoin energiaa", arvelee tutkijaryhmään kuulunut Germund Hesslow.

Jo aiemmin on osoitettu, että aivojen opittua yhdistämään tietyt asiat riittävän tehokkaasti, niissä aktivoituu neuroneja, jotka alkavat hidastaa oppimisprosessia.

"Voidaan sanoa, että yhteyden oppinut aivojen osa toteaa 'opettajalleen', että 'osaan tämän nyt, voisitko olla hiljaa'. Kun aivot ovat oppineet kaksi yhteyttä, jarrutus tehostuu. Siksi tuloksena on unohdus, joka on kuitenkin yleensä väliaikainen", Hesslow selittää.

Turhien kytkentöjen ylläpitäminen vaatii aivoilta energiaa. Siksi niissä on tutkijoiden mukaan jarrumekanismi, vaikka se toisinaan onkin hieman liian tehokas.

Lundin tutkimuksessa hermosolujen oppimista ja unohtamista tutkittiin eläimillä, mutta mekanismien arvellaan olevan samanlaisia ihmisaivoissa. Siksi tulokset ovat kiinnostavia paitsi aivotutkimuksen myös psykologian kannalta. Niistä voi olla apua käytännön opetustyössäkin.

"Opettajien kannalta olisi tietenkin tärkeä tuntea mekanismit, joilla aivot pyyhkivät pois turhina pitämiään asioita. Niitä ei kannata käynnistää vahingossa", Hesslow päättää.

Tutkimuksesta kerrottiin Lundin yliopiston uutissivuilla ja se on julkaistu Proceedings of the National Academy of Sciences -tiedelehdessä.

Perjantain perinteisessä kevytjutussa (joka tosin tulee nyt lauantain puolella) paahdetaan leipä.

Hauskassa ja opettavaisessa videossa saksalainen olympiamitalisti, ratapyöräilijä Robert Förstemann laitetaan kehittämään sähköä, joka vaaditaan paahtoleivän paahtamiseen. Kuntopyörään laitettu generaattori syöttää muuntimen kautta virtaa teholtaan 700 W olevaan leivänpaahtimeen.

Miten sprintteri, jonka reidet ovat 74 cm ympärysmitaltaan, jaksaa taistella itselleen paahtoleivän? Video näyttää.

Usein kuulee sanottavan, että tuulivoima on tyhjänpäiväistä vihreiden löpertelyä ja että ainostaan perinteisillä energianmuodoilla voidaan tuottaa tarpeeksi sähköä.

Tänään kuitenkin Pohjolassa on tuotettu enemmän sähköä tuuligeneraattoreilla kuin ydinvoimalla.

Ajantasaisen tilanteen näkee hyvin mm. Finngridin verkkosivuilta, joka näytti klo 16:03 tänään tuotetulle tuulivoimalle 3575 MW ja ydinvoimalle 3371 MW (ks. kuva alla). Samalla suurin osa energiasta tuotettiin vesivoimalla (9524 MW), joka voidaan toki laskea myös uusiutuvaksi energiamuodoksi.

Kyseessä on toki tuulen kannalta suotuisa päivä, koska Pohjanmerellä tuulee voimakkaasti ja Tanskassa olevat tuuligeneraattorit saavat siitä kerättyä talteen hyvin energiaa. Samalla energian kulutus on vain kohtalaista – onhan kesä, eikä lämmitystä juuri tarvita.

Tilanne on siis hieman samankaltainen kuin viime kesäkuussa, kun Saksassa tuotettiin yli puolet koko maan tarvitsemasta sähköenergiasta aurinkopaneeleilla. 

Nämä kumpikin tapaus kuitenkin osoittavat selvästi sen, että uusiutuvilla energiamuodoilla voidaan tuottaa olennaisia määriä energiaa. Ne vaativat toki varavoimaa pilvisten ja tyynten päivien varalle, mutta myös muut energiamuodot vaativat varavoimaa. 

Samalla kuitenkin kannattaa ajatella hieman laajemmin: sähköverkko ei ole paikallinen, vaan kattaa suuremman alueen. Niinpä tänäänkin on Suomessa käytetty tanskalaista tuulivoimaa yhteispohjoismaisen kantaverkon ansiosta; etenkin laajojen, älykkäiden sähköverkkojen ansiosta energiantuotantoa kautta Euroopan voitaisiin katsoa kokonaisuutena, jolloin jossain päin mannerta aina tuule ja paistaa, ja jossain päin voidaan tuottaa energiaa muilla keinoin.

Lockheed Martin, amerikkalainen ilmailu-, avaruus- ja sotilasteollisuusjätti, kertoi viime viikolla keksineensä tavan valmistaa pieniä, käteviä fuusioreaktoreita, jotka mullistaisivat energiantuotannon. Paitsi että fuusiovoiman saaminen arkikäyttöön olisi jo sinällään mullistavaa, myös se, että näin voitaisiin tehdä pienessä mittakaavassa, olisi melkeinpä suurempi edistysaskel. Silloinhan haave siitä, että sähköä tuotettaisiin edullisesti ja kätevästi siellä missä sitä tarvitaan, tulisi todeksi: laajoja sähkönsiirtoverkkoja ja suuria voimalaitoksia ei enää tarvittaisi lainkaan siinä määrin kuin nykyisin.

Valitettavasti vain uutiseen kannattaa suhtautua suurin varauksin. Kukaan ei missään ole vielä saanut fuusioreaktoria toimimaan siten, että reaktiosta saataisiin energiaa käyttöön. Vaikka Lockheed Martin julkaisi jo helmikuussa 2013 tietoja fuusiohankkeestaan ja viime viikon uutisointia edelsi yhtiön patenttihakemuksen julkaiseminen.

Monet muutkin henkilöt ja yhtiöt ajattelevat, että juuri tuollaisissa pienissä reaktoreissa voisi olla tulevaisuus. Hankkeita verhoaa kuitenkin salamyhkäyisyys: patentit suojaavat osaa keksinnöistä, mutta tuloksista ja tekeillä olevista uusista hankkeista ei juurikaan kerrota tarkemmin. Kenties näin mullistavista vempeleistä ei kannatakaan kertoa vielä yksityskohtia…etenkin kun sotilaat ovat sekaantuneet asiaan ja mukana on suuria kaupallisia intressejä.

Ensimmäisen kerran fuusioreaktiota koitettiin saada hallitusti syttymään laserilla vuonna 1984 Lawrence Livermoren kansallisessa laboratoriossa, Yhdysvalloissa, NOVA-nimisellä laitteistolla. Fuusioreaktio sinällään on pystytty tuottamaan hallitusti jo 1930 luvulta asti

Fuusio tulee kyllä - mutta milloin ja miten?

Nykyiset ydinvoimalat toimivat fissioperiaatteella, eli niissä raskaita atomiytimiä rikotaan kevyemmiksi, jolloin hitunen ainetta muuttuu energiaksi.

Fuusioreaktorissa puolestaan kevyet aineet törmäytetään yhteen raskaammiksi, jolloin saadaan myös energiaa, kun reaktiossa jää hieman ainetta (siis energiaa) ylitse. Aurinko tuottaa energiansa yhdistämällä vetyä heliumiksi, ja periaatteessa tämä reaktio on myös tavoitteena maanpäällisissä fuusioreaktoreissa. Tarkalleen ottaen aikomuksena on yhdistää deuteriumia ja tritiumia, vedyn raskaita isotooppeja, heliumiksi, ja energian lisäksi oheistuotteina on vain neutroneja.

Myös muita reaktiovaihtoehtoja on olemassa, kuten esimerkiksi deuterium ja Helium-3. Silloin tuloksena olisi alfahiukkasia ja protoneita.

Periaatteessa siis vaikkapa pallojen täyttämiseen sopivaa heliumia tuottava fuusiovoimala on saasteeton siinä missä fissiovoimalan jätökset ovat radioaktiivisia vuosituhansien ajan, ja siinä missä uraani on hankalasti saatavaa ainetta, on vetyä saatavissa kaikkialta missä on vettä.

Perinteinen fissiovoimala vaatii myös koko ajan paapomista, sillä jos sen reaktio pääsee villiksi, tuloksena on suuria ongelmia. Fuusiovoimalassa kaikki käyttöhäiriöt puolestaan johtaisivat siihen, että voimala vain sammuisi. Koska fuusioreaktiota täytyy pitää koko ajan yllä, se on erittäin turvallinen jopa perinteiseen hiilivoimalaan verrattuna.

Lisäksi fuusio tuottaa hurjasti energiaa. Verrattuna fissioon, kilosta fuusiopolttoainetta saa neljä kertaa enemmän energiaa, ja verrattuna hiileen luku on vielä huimempi: fuusio on 10 miljoonaa kertaa tehokkaampi energiantuotantotapa.

Fuusiovoima olisi siis puhdasta, tehokasta ja sitä riittäisi ylitse kaiken kuviteltavissa olevan tarpeemme.

Käytännössä kuva ei ole aivan näin ruusuinen, sillä fuusiovoimalan rakenteet muuttuvat neutronipommituksessa radioaktiivisiksi. Ongelmat ovat kuitenkin minimaalisia verrattuna fissiovoimaloiden riskeihin ja ongelmiin.

Suurempi ongelma on vielä se, että fuusiota ei ole saatu toimimaan. Parhaimmillaan hetken kestänyt toiminta on tuottanut teoreettisesti enemmän energiaa kuin sen käynnistäminen on vaatinut, mutta jatkuva, koko ajan energiaa tuottava voimalaitos on vielä haavetta vain.

Kuvassa on Tukholman teknillisessä museossa esillä oleva ruotsalainen Ljungström-tyyppinen höyryturbiini 1920-luvulta.

Vesihöyryä käyttävän turbiinin idea on tunnettu jo pitkään, mutta veljekset Birger ja Fredrik Ljungström kehittivät oman versionsa siitä vuonna 1908. Sen jälkeen heidän yhtiönsä Svenska turbinfabriks aktiebolaget Ljungström (STAL) tuotti näitä niin Ruotsiin kuin muuallekin pääasiassa generaattorteita pyörittämään ja siten sähköä tuottamaan.

Vuonna 1959 STAL fuusioitiin Laval-yhtiön turbiiniyhtikön kanssa, jolloin kahdenlaiset turbiinit kohtasivat: Lavalin maidon lypsykoneissa käyttämät pumput ja suuret kaasu- ja höyryturbiinit. Nykyisin toiminta jatkuu Siemens Industrial Turbomachinery AB:n nimellä.

1800- ja 1900-lukujen vaihteessa kerätty tietotaito näkyy edelleen siinä, että esim. Volvo Aeron viime vuonna ostanut GKN Aerospace tekee Ruotsissa edelleen suihkumoottoreita lentokoneisiin ja osia Ariane 5 -kantorakettiin.