Sähkölasku pienenisi 80 prosenttia! Kun ihminen lähitulevaisuudessa palaa Kuuhun, miksei sinne voisi pystyttää voimalan?
Aurinko on energianlähteistä runsain, mutta käytämme sitä surkuhupaisan vähän.


Aurinko on energianlähteistä runsain, mutta käytämme sitä surkuhupaisan vähän.




Vuonna 2050 ihmiskunta voi saada kaiken sähkön Auringosta. Näin väitti kuututkija, fysiikan professori David R. Criswell Houstonin yliopistosta 2003, ennen öljyn viimeisintä hintapiikkiä. Hän antoi silloin lausunnon energiapolitiikasta Yhdysvaltojen senaatin tiede-, tekniikka- ja avaruuskomitealle. Kaiken lisäksi Criswell povasi sähkön tuotannolle ylen reipasta kasvua.

Tyypilliset ennusteet sähkön tarpeesta 2050 vaihtelevat 50 000 terawattitunnin molemmin puolin. Esimerkiksi Euroopan komission raportti World Energy Techonology Outlook vuodelta 2006 arvioi, että maailma kuluttaa 2050 sähköä noin 60 000 terawattituntia. Maailman voimalaitokset pyörisivät silloin keskimäärin vajaan seitsemän terawatin teholla.

Criswell kolminkertaisti luvut: sähkön tuotanto olisi noin 175 000 terawattituntia ja keskimääräinen teho vastaavasti noin 20 terawattia. Vaikka maapallon väkiluku olisi 2050 kasvanut kymmeneen miljardiin, jokaista ihmistä kohti tehoa olisi kaksi kilowattia, saman verran kuin Suomessa nykyään.


Nyt pelkkää piiperrystä

Räväkkyyttä aurinkoenergian kehittämiseen kaivataankin. Paljon on tutkittu ja puhuttu, mutta tuotanto on yhä piiperrystä.

Vuonna 2006 maailman aurinkovoimalat tuottivat kuusi terawattituntia sähköä. Kun sähköä kaikkiaan tuotettiin noin 20 000 terawattituntia, auringon osuudeksi tuli mitättömät 0,3 promillea. Koko aurinkosähkö mahtuu vielä energiatilastojen pyöristysvirheisiin.

Lämpöä auringolla tuotetaan hieman enemmän, mutta sähkö on monikäyttöisempää ja sitä voi siirtää. Sitä paitsi aurinkolämpöäkin on toistaiseksi vähän. Esimerkiksi Eurooppa saa lämmitysenergiastaan alle 0,2 prosenttia auringosta.

Suomessa osuus on vielä olemattomampi. Hirmuinen, markkinasähköön verrattuna kymmenkertainen hinta on rajannut aurinkoenergian käytön kesämökkien ja väyläloistojen sähköistyksiin ja muihin erityissovelluksiin.


Tehdään voimala Kuuhun

Professori Criswellin ratkaisu on kuuaurinkovoima LSP (lunar solar power). Rakennetaan Kuuhun aurinkokennovoimaloita, jotka lähettävät Maahan energiaa mikroaalloilla.

Criswellillä on kanttia räväkkään ehdotukseen: hän on johtanut Nasassa kuututkimushankkeiden arviontia. Takavuosina hän myös veti Nasan Langleyn-tutkimuskeskuksessa ohjelmaa, jossa kehitettiin keinoja Kuun pölyn ja kallioiden käyttämiseksi teollisuudessa.

Avaruussähkön idea on esitetty aiemminkin, mutta hieman toisessa muodossa. Aurinkoenergian tutkija, tohtori Peter Glaser ehdotti 1968 aurinkosatelliitteja. Ajatukseen on neljänkymmenen vuoden aikana palattu usein, mutta aina on päädytty samaan: nykyisellä tekniikalla satelliittien vaatimaa materiaalimäärää on mahdoton kuljettaa avaruuteen.

Kuunkin käytöstä aurinkovoiman tuottamiseen on kirjallisuudessa mainintoja ainakin 1960-luvulta alkaen, mutta idea ei ole juuri saanut julkisuutta. On varmaan ajateltu, että jos aurinkosatelliitti on epärealistinen, niin kahta hullumpaa on kurkottaa Kuuhun.

Joskus ratkaisu kuitenkin helpottuu, kun näennäisesti vaikeutetaan ongelmaa. Jos on ylitettävä oja, ei kannata tepastella pienin askelin vaan pitää ottaa vauhtia ja hypätä yli.


Mikrotehtaat mylläävät

Aurinkosatelliitin rakentaminen on vaikeaa, koska kiertoradalle on rahdattava koko satelliitti kennoineen ja mikroaaltolähettimineen. Kun hypätään Kuuhun, ongelma häviää. Kuu on valmis satelliitti.

Aurinkokennot voidaan valmistaa kuuperästä. Siitä löytyy regoliitti-nimistä mineraalia, joka sisältää piitä, rautaa, titaanidioksidia, kalsiumia ja alumiinia. Tutkijat ovat laskeneet, että 90 prosenttia aurinkokennojen materiaalista saadaan itse paikalta. Lisäksi Kuussa on valmis tyhjiö, mikä helpottaa valmistusta.

Kuvitellaanpa, miltä kuusähkötalouden rakentaminen näyttäisi.

Kuuhun lähetetään liikkuvia mikrotehtaita, jotka leikkuupuimurin tavoin imuroivat sisäänsä raaka-ainetta. Toisesta päästä tulee piipohjaisia ohutkalvokennoja, jotka robotit latovat paikoilleen satojen neliömetrien laajuisiksi sähköntuotantokentiksi. Kuuvoimalat muistuttavat suuria maanpäällisiä aurinkokennovoimaloita.
Tehtaita ohjataan pääasiassa Maasta. Kuuhun matkaa vain pieni siirtokunta.


Antenneista jo kokemusta

Energia siirretään Maahan kahdentoista senttimetrin mikroaalloilla. Mikroaaltokeila on mitoitettu siten, että säteilyn teho on enintään 200 wattia neliömetriä kohti eli 20 prosenttia auringon paisteesta pilvettömänä kesäpäivänä. Mikroaallot ovat vaarattomia, vaikka sattuisi kävelemään suoraan keilan alle. Linnut ja hyönteiset voivat vahingoittumatta lentää aaltokeilan läpi.

Criswell on laskenut, että mikroaaltojen vastaanottoantenneille riittää koko maailmassa sadantuhannen neliökilometrin ala eli vajaa kolmannes Suomen pinta-alasta.

Antennit sijoitetaan lähelle kuluttajia, asutuskeskuksiin ja teollisuusalueille. Alumiinitehtaat ja muut suurkuluttajat rakentavat omat antenninsa ja ottavat sähkönsä suoraan taivaalta.

Vastaanottoantenni muistuttaa radioteleskooppia; tekniikasta on siis jo kokemusta. Arecibon teleskooppi Puerto Ricossa on kartoittanut Kuuta mikroaalloilla. Ener¬gian siirtämiseen tarvitaan vain suurempi, noin kymmenkertainen teho.

Kuusähkötalous vaatii tietenkin yhtä ja toista muutakin. Jotta energiaa saataisiin katkottomasti kaikkialle, Kuun ja Maan väliin on sijoitettava välityssatelliitteja. Ne kuitenkin vaativat pinta-alaa vain sadasosan siitä mitä  aurinkovoimaa tuottavat satelliitit.


Raaka-aineita tutkittu kauan

Viisi vuotta on kulunut siitä, kun professori David R. Criswell esitteli ohjelmaansa Yhdysvaltojen kongressille. Nyt hän on entistä vakuuttuneempi hankkeen tarpeellisuudesta.

- Kuuaurinkovoiman peruskonsepti ei ole muuttunut, Criswell sanoo sähköpostihaastattelussa. - Maailmanlaajuiset energia- ympäristönsuojelutarpeet kasvavat ja ajavat lopulta investoimaan kuuaurinkosähkön kehittämiseen.

Criswell itse pitää suurimpana haasteena voimalan komponenttien valmistamista Kuun materiaaleista. Prosessien pystytys on vaativaa, mutta raaka-aineita on onneksi tutkittu perusteellisesti siitä lähtien, kun Apollo 11 toi ensimmäiset kuukivinäytteet Maahan 1969. Mukana oli tuolloin myös suomalainen kemisti ja meteoriittitutkija, tohtori Birger Wiik, joka syyskuussa 1969 toi Houstonista Suomeen 26,6 grammaa Kuuta.


Maksaa tuplasti Apollon

Nasa ja Yhdysvaltain tiedesäätiö ovat arvioineet Criswellin ideaa. Arvioijat suhtautuvat hankkeeseen varovaisen myönteisesti, mutta huomauttavat, että on varauduttava moniin ongelmiin. Esimerkki mahdollisista kompastuskivistä on robottien kauko-ohjaus Maasta - itse asiassa on luotava uusi teollisuudenala, telerobotiikka.

Tutkijoiden laskelmien mukaan kuuaurinkovoimalan suunnitteluun ja rakentamiseen kuluisi aikaa viitisentoista vuotta ja rahaa kahden Apollo-hankkeen verran, ennen kuin ensimmäiset kilowattitunnit saadaan Maahan. Sitten alkaa helpottaa.

Tuotannon päästessä vauhtiin kustannukset putoavat. Criswell arvioi, että kuluttaja saa lopulta sähköä viidesosalla nykyisestä hinnasta. Maailmantalous alkaa kasvaa ennen näkemätöntä vauhtia.

Avaruustutkimus on tuottanut jotain, mitä on vaikea määritellä mutta minkä voi aistia Criswellin ideasta: luottamusta siihen, että ensi näkemältä mahdottomat hankkeet ovat toteutettavissa.


Kaikki lähteet käyttöön

Myös kansainvälinen energiatoimisto IEA, joka edustaa vakiintunutta energiateollisuutta ja teollisuusmaiden hallituksia, on alkanut kiinnostua aurinkoenergiasta.

Viime vuonna IEA julkaisi "sinisen suunnitelman", Blue scenarion, jonka mukaan 2050 maailmassa tuotettaisiin aurinkosähköä 5 000 terawattituntia, mikä olisi 10-20 prosenttia energian kokonaiskulutuksesta. Sähköä hankittaisiin tuolloin kaikista lähteistä. Aurinkovoimaloiden rinnalle rakennettaisiin puhdasta hiili- ja kaasuvoimaa, ydinvoimaa, vesi-, tuuli- ja biomassavoimaa sekä geotermisiä voimaloita. Ainoastaan kuuaurinkosähkö puuttuu paketista.

Criswellin ja IEA:n suunnitelmat näyttävät vastakkaisilta, mutta todellisuudessa ne pitkälti täydentävät toisiaan. Vuosikymmeniä on joka tapauksessa rakennettava ja kehitettävä rinnakkain useita energiatekniikoita. Monimuotoisuus tuo vakautta, ja jos jossakin tekniikassa tulee takkiin, toisen menestys korvaa tappiot.

Yllättäviä ratkaisuja voi putkahtaa myös aloilta, joita ei heti yhdistetä energiaan. Yksi villi kortti on biologia. Auringon energiaa voidaan hyödyntää niinkin, että ensin tuotetaan biologisesti vetyä, jota sitten poltetaan polttokennoissa.


Kalevi Rantanen on diplomi-insinööri, tietokirjoittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.


Auringonvalon virstanpylväitä


- 1839: Ranskalainen fyysikko Alexandre-Edmond Becquerel havaitsi, että valo voi synnyttää sähkövirtaa.

- 1865: Ranskalaisen Toursin lyseon matematiikan opettaja Auguste Mouchout rakensi aurinkokäyttöisen höyrykoneen.

- 1887: Saksalainen Heinrich Hertz havaitsi niin sanotun valosähköisen ilmiön: metallin pinnasta irtoaa eletroneja, kun siihen suunnataan valoa.

- 1905: Albert Einstein osoitti, että valo koostuu valokvanteista, fotoneista. Valosähköinen ilmiö on osoitus tästä. (1921 Einstein sai Nobelin palkinnon "erityisesti valosähköilmiön lain löytämisestä", ei siis suhteellisuusteoriasta.)

- 1912: Yhdysvaltalainen yrittäjä Frank Schuman rakensi Egyptiin Kairon lähelle aurinkovoimalan, joka tuotti energiaa veden pumppaamista varten.

- 1954: Yhdysvaltalaiset tutkijat Daryl Chapin, Calvin Fuller ja Gerald Pearson valmistivat puolijohteesta aurinkosähkökennon.

- 2006: Maailma tuotti aurinkosähköä kuusi terawattituntia eli ainoastaan 0,3 promillea koko sähköntuotannosta.


Toistuuko hiilen historia?


Menee tiede mihin suuntaan tahansa, jossakin vaiheessa aurinkoenergiaa valjastetaan suurin määrin. Maksaa vaivan miettiä, mitä sitten tapahtuu. Toistuuko hiilen ja öljyn historia?

Eräänä tuntemattomana päivänä Englannissa vuonna 1712 Thomas Newcomen höyrykone alkoi pumpata vettä hiilikaivoksesta. Energiaa tuntui nyt riittävän loputtomasti. Kenellekään ei tullut mieleen, että hiilen poltto joskus horjuttaisi koko biosfääriä.

Tammikuun 10. päivänä vuonna 1901 pienellä Texasin paikkakunnalla, Spindletopissa, poranreiästä syöksähti ilmaan satatuhatta tynnyriä öljyä - tällaista määrää kukaan ei ollut edes uneksinut näkevänsä. Nyt voitiin siirtyä hiilestä öljyyn. Oli mahdotonta ajatellakaan, että sadan vuoden kuluttua puhuttaisiin öljyriippuvuudesta ongelmana.

Kuvitellaan, että jonakin päivänä 2030-luvulla ensimmäinen kuuaurinkovoimala alkaa syöttää sähköä Maahan. Tuotanto kasvaa nopeasti ja hinta laskee. Ihmiset löytävät välittömästi uusia käyttökohteita halvalle sähkölle. Kulutus kasvaa kasvamistaan.

Nyt ihmiskunnan energiankulutus on promillen murto-osia Auringon säteilystä. Mitä tapahtuu, jos osuus nousee kymmeneen tai viiteenkymmeneen prosenttiin? Miten ilmasto muuttuu, jos merkittäviä osia Auringon säteilyenergiasta kanavoidaan uudella tavalla?

Entä sitten, kun avaruudesta siirretään Maahan huomattavasti enemmän energiaa kuin Auringosta luonnostaan tulee?

Suomalaistutkija havaitsi, että maaseudun monimuotoinen luonto saattaa suojata koiria allergialta. Se antaa tukea biodiversiteettihypoteesille.

Kaupunkilaiskoirilla on enemmän allergioita kuin maaseudulla asuvilla. Vähiten allergioita on koirilla, jotka elävät maalla maalaismaiseen tapaan monilapsisessa, muitakin eläimiä omistavassa perheessä ja saavat ulkoilla vapaasti kotipihalla.

Tällaisia asioita koirista Jenni Lehtimäki sai selville väitöstutkimuksessaan, josta Helsingin Sanomat kertoo jutussaan.

Ihmisistä tosin ei samanlaista yhteyttä löytynyt allergioiden ja asuinpaikan väliltä.

Lehtimäki testasi biodiversiteettihypoteesia. Sen mukaan immuunijärjestelmämme häiriintyy ja allergian tapaiset tulehdusperäiset sairaudet lisääntyvät, kun ympäristön monimuotoisuus hupenee ja me altistumme entistä vähemmille luonnon mikrobeille.

Väitöskirja koostui neljästä tutkimuksesta, joista kaksi käsitteli lapsia ja kaksi lemmikkikoiria.

Kummassakaan lapsitutkimuksessa ei löytynyt merkittävää yhteyttä allergioiden ja ihon mikrobien tai luonnon monimuotoisuuden välillä.

Toisin oli lemmikkien laita. Koiranomistajille suunnatun kyslytutkimusken mukaan sairaimpia olivat kaupunkilaiskoirat, joista noin 17 prosentilla oli allergiaa. Maalla osuus oli viitisen prosenttia.

”Kysely osoittaa ensimmäistä kertaa urbaanin ympäristön ja muun nisäkkään kuin ihmisen allergian välisen yhteyden”, Lehtimäki kertoo.

Vielä selvemmän näytön tarjoaa neljäs tutkimus, johon osallistui yhteensä 170 labradorinnoutajaa ja suomenlapinkoiraa.

Se paljasti, että eniten allergioista kärsivät kaupungissa esimerkiksi kerrostalossa asuvat koirat, joilla on ”urbaani elämäntyyli”. Niiden hoidosta vastaa yksi ihminen, joka harrastaa monenlaista ja lenkkeilee paljon koiran kanssa.

Harvinaisimpia allergiat ovat maalaiseen tapaan maalla elävillä koirilla. Niiden iholla on viljalti ympäristöstä peräisin olevia bakteereja.

Lehtimäki ihmettelee, miksi ympäristön ja allergian yhteys tuli ilmi koirilla muttei lapsilla.

”Allergia on monimutkainen sairaus ja ihmiselämä on monimutkaista, mikä saattaa piilottaa ympäristön vaikutuksen”, hän miettii.

Täysin piiloon ihminen ei kuitenkaan jäänyt. Kyselytutkimuksessa paljastui, että jos allergia vaivaa koiraa, omistajakin on todennäköisesti allergikko. Tämä johtuu epäilemättä jostain yhteisestä tekijästä koiran ja omistajan elämäntavoissa tai ympäristössä.

”Maaseutumaisessa ympäristössä koiran ja ihmisen elimistö altistuu mikrobeille, jotka jollakin tavalla tukevat immuunijärjestelmän toimintaa”, Lehtimäki toteaa.

Kysely

Uskotko biodiversiteettihypoteesiin?

Tutustu sisältöön ja lue uusi lehti digilehdet.fi:ssä.

 

Tieteessä 2/2018 

 

PÄÄKIRJOITUS

Kun viha vie

Vihapuhuja ratsastaa alkukantaisella reaktiolla.

 

PÄÄUUTISET

Unissa puhutaan rumia

Myöntisen päiväminän takaa kurkkii
kielteinen yöminä – hyvästä syystä.

Alienkivi on yksi miljoonista

Tähtienvälisiä asteroideja syöksyy
aurinkokunnan läpi jatkuvasti.

Nykyihminen seikkaili
ulos Afrikasta useita kertoja

Yhden ulostulon malli ei enää mitenkään
istu Aasian löytöihin.

Korallit kalpenevat kiihtyvää tahtia

Lämpenevät vedet riistävät
polyypilta elintärkeän kumppanin.

 

ARTIKKELIT

Migreeni vyöryy aivorungosta

Kun sähköt sekoavat hermokeskuksessa,
kipuviestit kiihdyttävät aivot hälytystilaan.

Esinisäkkäät
Maailman valtiaat ennen dinosauruksia

Kehitys kohti meitä käynnistyi jo silloin,
kun maapallon mantereet olivat vielä yhtä.

Siittiöt hukassa

Enää hälytyskellot eivät kilise van kumisevat.
Miesten siittiömäärät ovat romahtaneet.

James Bond
Harmaa agentti hurmasi maailman

Vastoin odotuksia huomaamaton vakooja sai
valtavan huomion. Kohu teki fiktiosta faktaa.

Liikenne jättää tiet

Visio on villi muttei utopiaa. Jokainen sopiva
maapala tarvitaan luonnolle ja ruoalle.

Ennen paras mies oli poikamies

Naiset ja seksi eivät ole aina olleet miehen mitta.
Elämän tärkeät asiat löytyivät pitkään toisaalta.

 

TIEDE VASTAA

Voiko pissa jäätyä kaarelle?

Haudataanko vainajat ilmansuuntien mukaan?

Mikä on puujalkavitsi?

Miksi kuusi kestää lumen painon?

Miten norppa löytää takaisin avannolle?

Voiko avaruusaseman palauttaa Maahan?

 

KIRJAT

Oma dna kantaa suvun historiaa

Marja Pirttivaara teki suomalaisille sukututkijoille uudenlaisen kätevän oppaan.

 

KUVA-ARVOITUS

Klassikkopalsta

kutsuu lukijoita tulkitsemaan kuvia lehden Facebook-sivustolle: facebook.com/tiede.fi

 

OMAT SANAT

Valoa kohti

Entisinä aikoina kantasana tarjosi myös lämpöä.

 

Jos olet Sanoman jonkin aikakauslehden tilaaja, voit lukea uusimman numeron jutut Sanoman Digilehdet-palvelussa.

Ellet vielä ole ottanut tilaukseesi kuuluvaa digiominaisuutta käyttöön, tee se osoitteessa https://oma.sanoma.fi/aktivoi/digilehdet. Aktivoinnin jälkeen pääset kirjautumaan suoraan digilehdet.fi-palveluun.