Valtava resurssi lähes koskematta. Maapallon uumenissa on mittaamattomasti lämpöä, mutta jo pintaa naarmuttaen ihmiskunta voisi saada käyttöönsä yli tuhat kertaa enemmän energiaa kuin tarvitsee.



Julkaistu Tiede-lehdessä 9/2008

Massachusettsin teknisen korkeakoulun MIT:n johtama asiantuntijapaneeli on arvioinut, että pelkästään Yhdysvalloissa kannattaa rakentaa vuoteen 2050 mennessä sata gigawattia geotermistä sähkötehoa. Se tarkoittaisi sataa tuhannen megawatin voimalaa, mikä vastaa yli 60:tä Olkiluoto 3:n kokoista yksikköä. Geovoimalat tuottaisivat 5-10 prosenttia maan sähköstä.

Myös Ranskassa, Sveitsissä, Saksassa ja muualla Keski-Euroopassa sekä Australiassa on käynnissä suuria hankkeita geotermisen energian hyödyntämiseksi.

Jo oli aikakin, voi joku sanoa. Miksi kaivaa fossiilia ja polttaa sitä, kun voi nostaa ylös valmista lämpöä ja höyryä? Viime vuosisadalla syntyikin uusi käsite: lämmön louhinta (heat mining).


Allamme helvetillisesti lämpöä

Noin 99 prosenttia maapallon tilavuudesta on kiinteää tai sulaa kiveä, jonka lämpötila on tuhat astetta tai enemmän. Lopusta yhdestä prosentistakin valtaosa on vähintään sata-asteista kiveä.

Kävelemme kuuman kivimeren päällä. Lämpö on säilynyt maankuoren alla varhaisilta geologisilta kausilta. Lisääkin syntyy radioaktiivisen hajoamisen tuloksena. Meidän allamme toimii lukematon määrä pieniä atomiparistoja.

Jo maankuoren uloimmassa 20 kilometrin graniittikerroksessa on niin paljon radioaktiivisia aineita - uraanin, toriumin ja kaliumin isotooppeja - että ne tuottavat hajotessaan enemmän energiaa kuin ihmiskunta tällä hetkellä kuluttaa.

Käsitykset maapallon syvyyksien lämpömääristä vaihtelevat, mutta pienimpienkin arvioiden mukaan geoterminen lämpö riittää kattamaan ihmiskunnan kaikki energiatarpeet tuhansiksi vuosiksi eteenpäin.

MIT:n paneeli arvioi, että yksinomaan Yhdysvalloissa voidaan saada käyttöön 200 000 eksajoulea eli 56 miljoonaa terawattituntia eli 2 000 kertaa maan nykyinen kulutus. Määrä voidaan tekniikan parantuessa kymmenkertaistaa.
Islantilaisten geolämpötutkijoiden Valgardur Stefánssonin ja Ingvar Fridleifssonin mukaan potentiaaliset lämpövarat ovat koko maailmassa noin kolminkertaiset: 600 000 eksajoulea eli miltei 170 miljoonaa terawattituntia. Se on yli tuhat kertaa enemmän kuin vuotuinen energiankulutus. Silti raavimme vasta pintaa. Vielä paljon enemmän, miljoonia eksajouleja, löytyy, kun joskus päästään sulaan kiveen eli magmaan asti.


Kaikki alkoi Larderellon höyryistä

Mikä parasta, tekniikkaa kuumien syvyyksien energian hyödyntämiseksi on ollut olemassa ja käytössä jo yli sata vuotta.

Kuumissa lähteissä on kylvetty paljon pitempäänkin, mutta teollisen geotermisen voiman tarina alkoi 1800-luvun alkupuolella Larderellon kaupungissa Keski-Italiassa.

Tarkkaan ottaen silloin ei vielä ollut kaupunkia, mutta alueella toimi ranskalainen teollisuuspatruuna François de Larderel. Hän erotti vulkaanisesta mudasta boorihappoa höyryn avulla.

Höyry tuotettiin aluksi polttamalla halkoja, mutta pian metsät kävivät vähiin. Larderel katseli ympärilleen ja huomasi, että maasta nousee valmista höyryä. Hän alkoi valmistaa boorihappoa geotermisellä energialla. Larderelin kunniaksi paikkakunta nimettiin Larderelloksi.

Jos maasta saadaan lämpöä, niin mikä estäisi tuottamasta sähköäkin. Italialainen prinssi Gionori Conti rakensi 1904 koelaitoksen Larderelloon. Hänen höyryvoimalansa tuotti virtaa muutamaan sähkölamppuun. Kaupallinen, 250 kilowatin voimala käynnistyi 1913.

Halvan öljyn aikana geoterminen energia oli eksoottinen kummajainen, mutta 1958 käynnistettiin sentään toinen voimala, Wairakeissa Uudessa-Seelannissa. Sitten voimaloita nousi ympäri maailman: Yhdysvaltoihin, Japaniin, Venäjälle, Islantiin.

Nykyään sähköä tuotetaan geotermisesti 24 maassa. Vuonna 2005 tuotanto oli yhteensä noin 57 terawattituntia. Luku on noin kolme promillea maailman sähköntuotannosta.


Lämpö pitää erottaa kalliosta

Halvan öljyn aikana geoterminen lämpö ei juuri kiinnostanut. Vieläkin maailma elää enimmäkseen vanhoissa ajoissa, mutta tutkijat alkoivat jo 1970-luvulla miettiä, miten tuottaa geotermistä energiaa suuressa mitassa.

Nykyiset geotermiset voimalat toimivat poikkeuksellisissa paikoissa, joissa kuuma vesi virtaa maan pinnalle. Muualla lämpöä nousee vähän. Kallioperä eristää tehokkaasti.

Lämpövuo maankuoren läpi pintaan on keskimäärin 0,06 wattia neliömetriä kohti.  Luku on todella pieni. Aurinko paistaa keskimäärin 1 000 watin teholla neliölle, eli tuo energiaa 16 000-17 000 kertaa enemmän.

Entä sitten, kysyivät tutkijat. Harvassa paikassa öljykään itsestään nousee maasta, mutta kun porataan reikä, kuiva kallio voi muuttua rikkauksien lähteeksi.

Lämmön louhinnalla ja öljyn poraamisella on siis yhtäläisyyksiä, mutta on myös tärkeitä eroja. Lämpö on erotettava kuivasta kalliosta ja kuljetettava ylös veden avulla. Vesi on siis saatava kiertämään kallion kautta.

Siksi porataan vähintään kaksi reikää sopivaan, tavallisesti muutaman kilometrin syvyyteen, jossa lämpötila on 150-200 astetta. Putkien väliseltä alueelta murennetaan kiveä paineistetulla vedellä, räjäyttämällä tai kemikaaleilla. Näin muodostuu huokoinen, riittävän hyvin vettä läpäisevä kerrostuma.

Toista reikää myöten syötetään sitten alas vettä. Se virtaa rikotun, huokoisen kallion läpi, kuumenee ja nousee ylös toista reikää myöten. Vesi höyrystyy ja käyttää turbiinia samoin kuin perinteisissä höyryvoimaloissa.


Tekogeysirejä testataan

Keinotekoisesta kuumasta lähteestä käytetään nimitystä Enhanced Geothermal System (EGS). Käytössä on myös käsite Hot Dry Rock (HDR). Suomeksi voitaisiin puhua vaikka kuuman kallion tekniikasta.

Tekniikkaa on kehitetty parikymmentä vuotta. Ensimmäisen EGS- tai HDR-koelaitoksen rakensivat yhdysvaltalaiset tutkijat New Mexicon osavaltioon 1970-luvun lopulla. Britit seurasivat esimerkkiä ja rakensivat oman koekenttänsä Cornwalliin.

Myöhemmin kokeita on tehty Japanissa, Ranskassa, Australiassa, Sveitsissä, Saksassa ja Ruotsissa. Soulzissa Koillis-Ranskassa on meneillään usean Euroopan maan yhteinen hanke, jossa testataan HDR-tekniikkaa. Kaupunkiin on tarkoitus rakentaa kuuden megawatin voimala, joka saa energiansa viiden kilometrin syvyydestä.

Koevoimalat ovat vielä varsin pieniä, ja uudesta tekniikasta pitää saada myös kannattavaa. Kansainvälinen asiantuntijaryhmä arvioi kuitenkin hallitustenvälisen ilmastonmuutospaneelin IPCC:n kokouksessa viime helmikuussa, että lähitulevaisuudessa on taloudellisesti mahdollista tuottaa noin kahdeksan prosenttia maailman sähköstä geotermisesti.


Laitos toimii tasaisesti

Geotermisen energian paljous on hyvä syy porata lämpöreikiä maahan. Toinen syy on energian laatu.

Aurinko-, tuuli- ja vesivoiman teho vaihtelee jyrkästi, mutta geotermistä energiaa virtaa tasaisesti ympäri vuorokauden ja kaikkina vuodenaikoina. Tasaisuutta mitataan käyttöasteella, joka kertoo, kuinka suurta osaa kapasiteetista kyetään vuoden mittaan käyttämään. Jos laitos toimisi koko ajan nimellisteholla, käyttöaste olisi sata prosenttia.

Maailman energianeuvoston World Energy Councilin tilasto vuodelta 2005 kertoo, että geotermisten voimaloiden käyttöaste oli 73 prosenttia, tuulivoiman 21 ja aurinkoenergian 14.

Parhaat geotermiset voimalat yltävät 90 prosenttiin eli hyvien ydinvoimaloiden tasolle.


Suomessa kivi on kylmää

Kuuman kallion tekniikka mahdollistaa geotermisen energian hyödyntämisen laajoilla alueilla, mutta ei kaikkialla. Kiven täytyy olla tarpeeksi kuumaa ja lisäksi riittävän huokoista, jotta vesi pystyy kuljettamaan lämmön pinnalle. Suomessa näin ei ikävä kyllä ole.

Suomen kallioperässä lämpövuo on Geologisen tutkimuskeskuksen tekemien mittausten mukaan keskimäärin 37 milliwattia neliömetriä kohti, kun mantereilla keskiarvo on noin 65 milliwattia neliöltä. Kuumimmilla alueilla lämpövuo nousee yli kolmensadan milliwatin.

Suomen kallioperä myös läpäisee heikosti vettä. Huokoisuus on alle yhden prosentin. Senkään vuoksi kuuman kiven tekniikka ei vaikuta täällä kovin lupaavalta.

Otollisimpia kuuman kiven tekniikalle ovat luonnollisesti vulkaaniset alueet, mutta esimerkiksi Etelä-Australiassa sijaitsevaan Innaminckaan on ensi talvena valmistumassa voimala, jonka alla on radioaktiivisuuden lämmittämää graniittia.


Syvemmälle pitäisi päästä

Toistaiseksi olemme puhuneet vain kovan kallioperän pintakerroksen energian hyödyntämisestä. Lähimmät vuosikymmenet geoterminen tekniikka joutuu edelleen raapimaan pintaa.

Seuraaviakin askelia on kyllä mietitty. Nyt reikiä porataan 2-3 kilometrin syvyyteen, joskus harvoin 5-6 kilometriin asti. Suurimmillaankin syvyys on vain noin tuhannesosa maapallon säteestä.

Nykyinen poraustekniikka on omaksuttu öljyn ja kaasun tuotannosta, mutta kun reikien syvyyttä halutaan kasvattaa ja kustannuksia pienentää, tarvitaan uudenlaiset porat.

Tutkijat puhuvat kumouksellisista porausmenetelmistä, joita etenkin New Mexicossa toimiva Sandian kansallinen laboratorio on kehittänyt.

On ideoitu poria, jotka ampuvat teräskuulia kuin konekivääri luoteja. On kehitetty poria, jotka leikkaavat kiveä liekkisuihkulla. Yksi 1900-luvun haaveista, suuritehoinen laserpora, saattaa toteutua meidän vuosisadallamme. Porausta voidaan tehostaa myös kemiallisesti, syövyttämällä kiveä suolahapolla tai muilla hapoilla.


Magmaan vielä pitkä matka

Vielä kaukaisemmassa tulevaisuudessa hyödynnetään magman energiaa.

Yhdysvaltalaistutkijat kokeilivat jo 1970- ja 1980-luvulla Kilauean laavajärvellä Havaijissa sulan kiven "poraamista" vesisuihkun avulla. Höyrystyvä vesi jäähdyttää magmaa tehokkaasti niin, että porana toimiva putki pysyy ehjänä. Jäähdytyksessä syntynyt höyry nousee putken ulkoseinää myöten pinnalle ja pyörittää turbiinia.

Venäläinen astrofyysikko Nikolai Kardašev luokitteli 1960-luvulla maailmankaikkeuden mahdolliset sivilisaatiot energian käytön mukaan. Ensimmäisen luokan sivilisaatio pystyy käyttämään planeettansa kaikkia energiavaroja. Yhdysvaltalainen fyysikko Michio Kaku ennusti myöhemmin, että ehkä kahdensadan vuoden päästä ihmiskunta saavuttaa ykköstason. Nyt taaperramme vielä nollaluokassa.


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


Geotermisiä käsitteitä


- Geoterminen energia on maapallon sisästä tulevaa energiaa, joka aiheutuu kiven radioaktiivisuudesta, maapallon sisuksen jäähtymisestä tai vulkanismista.

- Maalämpö on maan pintakerrokseen (tai veteen) imeytynyttä auringon energiaa.

- Hydroterminen energia on kuumien lähteiden energiaa.

- HDR, Hot Dry Rock on kuuma kallio.

- EGS, Enhanced (tai Engineered) Geothermal System on keinotekoinen kuuma lähde.


Kimpassa pumppaamaan


Kalevi Rantanen



Maan pintakerros varastoi auringon energiaa. Maalaistalojen perunakellareissa aurinkomaalämpöä on hyödynnetty iät ajat. Hyvässä kellarissa lämpötila säilyy plussan puolella kovillakin pakkasilla. Kesällä kellari on sopivan viileä.

Sama idea sopii asuntojen ilmastointiin ja lämmitykseen. Kun raitis ilma ohjataan maaputkiston kautta ilmanvaihtokoneeseen, se lämpenee talvella ja jäähtyy kesäkuumalla, ja energiaa säästyy.

Sisälämpötilaa pystytään nostamaan lämpöpumpun avulla. Lämpöpumppu toimii periaatteessa samalla tavoin kuin jääkaappi, mutta kylmällä ilmalla siinä otetaan hyötykäyttöön maahan varastoitunutta lämpöä.


Ruotsi voittaa kirkkaasti

Suomen lämpöpumppuyhdistys Sulpun tilaston mukaan meidän maassamme tuotettiin 2006 noin 2,5 terawattituntia lämpöä maalämpöpumpuilla. Sähköä pumput kuluttivat noin 0,8 terawattituntia. Nettona lämpöä saatiin siis noin 1,7 terawattituntia. Määrä on 0,4 prosenttia kaikesta Suomessa tuotetusta energiasta.

Luvuista näkyy suoraan, että maalämpö pienentää lämmityskustannuksia nimenomaan sähkölämmitystaloissa. Suomessa on nyt noin 700 000 sähkölämmitystaloa. Maalämpöpumppuja on vajaat 40 000.

Tekniikkaa on, tarvitsee vain panna vauhtia sen käyttöön. Ruotsi näyttää mallia: Lahden takana pyörii 300 000 maalämpöpumppua. Vuosittain asennetaan 40 000 lisää eli enemmän kuin Suomen koko pumppukanta.

- Helposti hyödynnettäviä maalämpövaroja on vielä 10-15 terawattituntia, sanoo Sulpun toiminnanjohtaja Petri Koivula. Viisitoista terawattituntia olisi jo nelisen prosenttia Suomen koko energiankulutuksesta ja yli viidennes lämmitysenergian kulutuksesta.


Yhteishanke kannattaa

- Maalämpöpumput ovat nopein ratkaisu, kun halutaan toteuttaa tavoitteet uusiutuvan energian käytön lisäämiseksi ja hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi vuoteen 2020 mennessä, Koivula muistuttaa. 

Löytyy myös selvä paikka, missä ne ovat kaikkein kilpailukykyisimpiä. - Lämpöpumppu tulee edulliseksi korjattaessa vanhoja taloja, esimerkiksi pienkerrostaloja, Koivula sanoo.

Korjattavaa riittää, sillä asuntokanta uusiutuu hitaasti, noin sadassa vuodessa. Energiataloudellinen rakentaminen on siksi pääasiassa korjausrakentamista.

Maalämpöpumppu on kannattavin isoissa taloissa ja pientaloryhmissä, joissa lämpökuormaa on tarpeeksi ja noin 20 000 euron investointi jakautuu usealle.  Niinpä talonrakentaja Finndomo, joka on VTT:n kanssa suunnitellut nollaenergiataloa, ehdottaa muutaman talon yhteistä lämpöpumppuverkostoa.

Samaan tapaan kuin maan voidaan hyödyntää veden energiaa. Vaasan asuntomessualueelle on rakennettu meren pohjaan putkisto, joka tuo energiaa 44 pientalolle.



 

Suomalaisten tutkijoiden mukaan masennus ei ole yksi vaan 12 eri sairautta. Kukin alatyyppi vaatisi myös omanlaisen hoidon.

Masennus ei ole sama sairaus kaikille siitä kärsiville. Tosiasiassa masennus jakautuu 12 alatyyppiin, jotka eroavat syntytavaltaan, oireiltaan ja jopa fysiologisilta ominaisuuksiltaan.

Teorian esittää ryhmä suomalaisia tutkijoita latvialaisen kollegansa kanssa Brain, Behavior, and Immunity -tiedelehdessä, ja siitä kertoo Helsingin Sanomien juttu.

Uuden teorian takana ovat evoluutiopsykologi, dosentti Markus J. Rantala ja psykiatrian professori Hasse Karlsson Turun yliopistosta, Severi Luoto Aucklandin yliopistosta ja Indrikis Krams Latvian yliopistosta.

He erottelevat masennuksen lajit niiden syiden perusteella.

Masennus voi johtua infektiosta, pitkäkestoisesta stressistä, yksinäisyydestä, traumaattisesta kokemuksesta, surusta, hylkäämisestä rakkaussuhteessa, synnytyksestä, hierarkiaristiriidasta, vuodenajasta, kemikaaleista kuten päihteistä, sekä ruumiillisesta sairaudesta tai nälkiintymisestä.

Hierarkiaristiriita kehittyy esimerkiksi silloin, kun ihminen jää työttömäksi tai kokee kolauksia urallaan. Masennus tarkoittaa tällöin sitä, että henkilö ikään kuin vetäytyy sosiaalisesta kisasta ja arvioi uudelleen tavoitteitaan ja mahdollisuuksiaan

Sairauskirjon ideaa tukee se huomio, että kliinistä masennusta potevilla ihmisillä on lukuisia erilaisia oireita. Oireet voivat olla jopa ristiriidassa keskenään.

Kun yhdet kärsivät unettomuudesta, toiset voisivat vain nukkua nukkumistaan. Joidenkin ruokahalu vähenee, toisilla lisääntyy.

Potilaat poikkeavat toistaan myös fysiologisesti. Aivojen välittäjäaine serotoniini ja stressihormoni kortisoli eivät käyttäydy samalla tavalla kaikkien masentuneiden elimistössä.

Masennukseen liittyy usein matala-aktiivinen tulehdus mutta ei aina. Myös tulehdus siis erottelee erilaisia masennuksen tiloja toisistaan.

Karlsson tunnistaa hoitotyönsä pohjalta kaksi suurinta masennuksen ryhmää.

”Toiset laukeavat isosta menetyksestä kuten hylkäämisestä tai läheisen kuolemasta. Toiset taas alkavat pitkäkestoisesta stressistä, joka voi aiheutua työttömyydestä tai työpaineista.”

Tutkijoiden mukaan masennuksen hoidossa pitäisi puuttua enemmän syihin, jotka sen aiheuttavat.

”Toistaiseksi on hoidettu masennuksen oireita. Meidän ideamme on, että hoidetaan sen syitä ja vähennetään alttiutta masennukselle eli matala-aktiivista tulehdusta. Samalla oireet hoituvat”, Rantala sanoo.

Kysely

Mikä sinua on masentanut?

Kun kelloa ei ollut, auringon asema kertoi, milloin syödään

Ilmansuunnilla on ollut suuri merkitys entisajan ihmisten elämässä. Niiden mukaan on valittu asuinpaikat ja katsottu kulkureitit. Kun ei vielä tunnettu karttoja eikä kompasseja, määriteltiin suunnat taivaankappaleiden ja muiden luonnonilmiöiden mukaan.

Öisen tähtitaivaan kiintopiste oli Pohjantähti eli Pohjannaula. Se näytti olevan tukevasti kiinni taivaan pohjassa. Taivas kuviteltiin kupumaiseksi kanneksi, joka pyöri hitaasti Pohjantähden ympäri. Tähden suunta oli pohjoinen tai länsimurteissa pohjainen. Pohja on ikivanha indoeurooppalainen laina. Se on alkuaan tarkoittanut peräosaa tai takaosaa.

Auringolla on ollut tärkeä rooli ilmansuuntia nimettäessä.

Itä kuuluu yhteen itää-verbin kanssa ja viittaa suuntaan, josta aurinko nousee eli ikään kuin itää aamulla.

Koillisen kantasana koi on perintösana, joka tarkoittaa sarastusta.

Länsi on ilmeisesti alavaa maata merkitsevän murteellisen lansi-sanan muunnelma, joka ilmansuunnan nimenä viittaa matalalle painuneeseen aurinkoon.

Luode-sanan alkuperä on epäselvä, mutta se voi olla ikivanhan heittämistä merkitsevän luoda-verbin johdos ja tarkoittaa suuntaa, jonne aurinko lopulta katoaa.

Louna tai lounas on alkuaan merkinnyt päivää ja päivänvaloa ja sitten myös ateriaa, joka on nautittu puolipäivän maissa. Kun ei ollut kelloja, piti eri tahoille hajaantuneen työväen katsoa auringosta, milloin oli yhteisen aterian aika. Tärkeä suunta sai nimekseen lounas tai lounainen.

Etelä on vanhaan perintösanastoon kuuluvan esi-sanan johdos ja tarkoittaa sananmukaisesti edessä olevaa paikkaa. Asumusten oviaukot avattiin mielellään lämpimimpään ilmansuuntaan, jossa aurinko oli korkeimmillaan. Etelä oli siis suunta, joka oli pirtistä ulos astuttaessa oven edessä.

Kaakko on siinä mielessä poikkeus, ettei se liity taivaankappaleisiin vaan vesilintujen ikiaikaisiin muuttoreitteihin. Se oli upeasti kailottavien kaakkolintujen eli kuikkien ja kaakkurien tulosuunta keväällä.

Nykyään ilmansuuntien ja niiden nimien järjestelmä näyttää selvältä, mutta se ei ole syntynyt itsestään. Murteissa nimityksiä on paljon enemmän, ja samojenkin nimitysten merkitykset vaihtelevat.

Tähän moninaisuuteen kyllästyi Elias Lönnrot, joka kehitti suomea sivistyskieleksi 1800-luvulla. Hän valikoi sopivat termit ja esitteli ne Mehiläinen-lehdessään. Niitä me käytämme edelleen.

Kaisa Häkkinen on suomen kielen emeritaprofessori Turun yliopistossa.

Julkaistu Tiede-lehdessä 10/2017