Pistorasian sähköstä yhä suurempi osa virtaa uusiutuvista energialähteistä.

Kymmenisen vuotta sitten metsähakkeeseen perustuvaa sähköntuotantoa pidettiin utopiana, tällä haavaa se kattaa lähes kymmenesosan Suomen sähköntarpeesta. Nyt nopeimmin kasvaa aurinko- ja tuulisähkön tuotanto.



Sisältö jatkuu mainoksen alla


Sisältö jatkuu mainoksen alla





TEKSTI:Helena Telkänranta ja Teuvo Suominen



Pistorasian sähköstä yhä suurempi osa virtaa uusiutuvista energialähteistä.


  aurinko- ja tuulisähkön tuotanto.

Julkaistu Tiede-lehdessä

1/2002




Aurinko maailman ykkönen

Uusiutuvien energialähteiden maailmantilaston tähti on aurinkoenergia. Viime kädessä lähes kaikki energiamme on peräisin Auringosta. Ainoat poikkeukset ovat vuorovesi, joka liikkuu Kuun voimalla, ja geoterminen lämpö, joka on muisto planeettamme syntyajoilta. Tekniikan kehitysasteesta riippuu, millainen siivu Auringon energiasta on otettavissa ihmiskunnan käyttöön.

              Potentiaalinen teho


                                      terawatteina (TW)

            90 000    


                               300-1200


               10-30


                             1-10


                       30


                      3


        30

Uusiutuviin energialähteisiin siirtyminen on meille helpompaa kuin useimmille muille teollisuusmaille, sillä meillä on entuudestaan hyvin erilaisista energialähteistä koostuva, poikkeuksellisen monipuolinen "energiakakku", jossa uusiutuvien lähteiden osuus on suuri. Kakun yhdessä viipaleessa syntyvä vajaus osataan jo nyt korvata joustavasti leventämällä toista viipaletta.

  keskeinen ominaisuus on mosaiikkimaisuus. Jähmeän "perusvoiman" tilalla on eri energialähteiden yhdistelmä, jossa voimantuottajat ovat erikokoisia ja jossa osa niistä palvelee paikallisia tarpeita, osa valtakunnallisia.

Ironinen onnenpotku on, että Suomeen rakennettiin kattava sähkönjakelujärjestelmä aikana, jolloin sähkön-


tuotanto oli keskittynyt harvojen yritysten käsiin. Kun yhtenäinen verkko nyt on olemassa, se antaa oivalliset puitteet hajautetulle energiantuotannolle, jossa niin pienvoimalat kuin vaikkapa yksittäisen tuulimyllyn tai aurinkopaneelin omistajat voivat myydä tuotantoaan valtakunnanverkkoon.

Suomessa hyvää tekniikkaa

  teknologian kehittämiseen.

- Pitkällä aikavälillä uusiutuvat energialähteet tulevat joka tapauksessa olemaan keskeinen ratkaisu maailman energiahuoltoon. Nyt ratkaistaan, mistä maista löytyvät tulevaisuudessa tarvittavan teknologian markkinajohtajat, sanoo teknillisen fysiikan professori Peter Lund Teknillisestä korkeakoulusta.

- Tuuli- ja aurinkosähköala kasvavat molemmat maailmassa nykyään noin 40 prosenttia vuodessa, nopeammin kuin informaatiotekniikka, Lund huomauttaa. Suomessa on kummallakin energia-alalla jo hyvää tutkimusta, hyviä tuotteita ja vientiäkin, mutta kasvunvaraa olisi paljon. Ja asiaan olisi tartuttava äkkiä.

- Jos yritettäisiin vasta nyt hypätä mukaan informaatioteknologiaan, se olisi mahdotonta, Lund vertaa.

- Sama pätee tuuli- ja aurinkoenergiaan. Nimenomaan silloin, kun ala on aluillaan eli juna kulkee vielä hiljaa ja panokset ovat pieniä, kannattaa mennä mukaan.

Hake noussut huimasti

Yhdellä alalla Suomi on jo nyt uusiutuvan energian piilaakso - tai paremminkin puulaakso. Suomi on maailman johtava maa sähkön tuottamisessa puulla.

- Reilut kymmenen prosenttia Suomen sähköstä syntyy puulla, kertoo tuotepäällikkö Eija Alakangas, joka työskentelee VTT:hen eli Valtion teknilliseen tutkimuskeskukseen kuuluvassa VTT Energiassa.

Tärkeimpiä puuenergian raaka-aineita on hake, jota tehdään metsätyömaiden hakkuutähteistä, lähinnä latvoista ja oksista. Parin viime vuoden aikana hakkeen energiakäyttö on kaksinkertaistunut, ja vuosikymmenen loppuun mennessä sen ennustetaan vielä noin viisinkertaistuvan.

Suomalaisen osaamisen taidonnäyte on, että sekalaisesta ja kosteasta, hujan hajan maassa lojuvasta oksa- ja neulassilpusta tuotetaan lämmön lisäksi myös kysytyintä energiaa eli sähköä. Vielä kymmenkunta vuotta sitten sähköä tuottavat hakevoimalat olivat monen mielestä utopiaa.

Poltto ja korjuu kehittyvät

Kosteusongelman yksi ratkaisu on ollut hakkeen poltto leijukerroskattiloissa. Leijukerrospolttoa käytetään monien muidenkin kosteiden tai muuten vaativien polttoaineiden hallintaan, ja se on Suomen vahvoja alueita: joka toinen maailmassa humiseva leijukerroskattila on suomalaisvalmisteinen.

Toinen tekninen ratkaisu on muuttaa hake kaasuksi ennen polttamista.

- Kaasutusvoimalassa samasta hakemäärästä saadaan kaksi kertaa niin paljon sähköä kuin leijukerrosvoimalassa. Siksi uudet hakevoimalat kannattaa rakentaa kaasutusvoimaloiksi, kertoo VTT:ssä puuenergiatutkimuksen parissa työskentelevä professori Kai Sipilä.

Teknologian kehittämiskeskus Tekes pyörittää haketutkimuksen ympärillä noin viidenkymmenen eri tutkimuslaitoksen ja yrityksen yhteistä teknologiaohjelmaa, jota VTT Energia koordinoi.

- Kehitettävänä eivät ole vain polttotekniikat, vaan samalla kehitetään menetelmiä, joilla puupolttoaine saataisiin metsästä mahdollisimman taloudellisesti, Alakangas kertoo. - On kehitetty erityyppisiä hakkureita ja hakkeen tiivistämistä, kuten sen paalausta viidensadan kilon "risutukeiksi". Viime vuosina on parannettu myös autokuljetusten logistiikkaa, koska kuljetukset muodostavat aika suuren osan hakkeen kustannuksista.

Sellutehtaista tuli tuottajia

  sekä tuottamaan oman energiansa että vielä syöttämään ylijäämäsähköä valtakunnanverkkoon. Sivutuotteena Suomen sisävesien jätekuorma on olennaisesti keventynyt.

  kasvaa edelleen noin vuoteen 2025 saakka, jolloin puulla tuotettu energiamäärä olisi nykyiseen nähden kaksinkertainen. Sen jälkeen alkaa tulla katto vastaan raaka-aineen hankinnassa.

Mutta tuolloinkaan hakkuutähteitä ei vielä siivottaisi metsistä täydellisesti - eikä siihen edes pyritä. Luonnon monimuotoisuuden säilyttämiseksi metsiin on jätettävä riittävästi lahoavaa puuainesta, eikä hakkuutähteen sataprosenttinen kerääminen olisi myöskään taloudellisesti kannattavaa.




Näin ydinvoima korvautuisi

Suomessa on varaa parantaa niin uusiutuvien energialäh-teiden käyttöä kuin energiansäästöä. Yksi tärkeimmistä kasvupotentiaaleista piilee maalämpöpumpuissa, jotka lämmittävät taloja talvisin pumppaamalla maasta tai järvi- tai merivedestä niihin kesällä varastoitunutta aurinkoenergiaa.

Taulukossa verrataan 2000-luvun ensi kymmenen teknisesti toteuttamiskelpoisia vaihtoehtoja 1 000 megawatin ydin-voimalan sähköntuotantoon.

Lämpöpumpun asentaminen

              1 ydinvoimala


                  1 ydinvoimala


                     1/2 ydinvoimalaa

Sellutehtaiden jäteliemien polton

                                                     1/3 ydinvoimalaa


Peltobiomassat häviävät puulle

Poltettavaa voi viljellä pelloillakin, mutta esimerkiksi energiapajun viljelystä on Suomessa tehty vain pienimittaisia kokeiluja, lähinnä Joensuun yliopistossa. Olkea ja ruokohelpeä on polttoaineina tutkittu VTT:n ja Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskuksen MTT:n yhteisissä projekteissa. Peltobiomassojen tutkimuksessa etsitään käyttöä "turhille" peltohehtaareille ja pyritään samalla lisäämään maatilojen energiaomavaraisuutta.

Biopolttoaineiden tutkimus on kuitenkin Suomessa keskittynyt puuhun. - Suomessa puu tulee aina olemaan tärkeämpi kuin peltobiomassat. Se johtuu teollisuutemme rakenteesta: kun on paljon metsäteollisuutta, syntyy aina paljon hakkuutähdettä, Alakangas sanoo.

Biomassoihin luetaan joskus myös turve, jolla nykyään tuotetaan viitisen prosenttia suomalaisten energiasta. Kiistanalaista on, voiko turvetta pitää uusiutuvana energialähteenä. Merkittävien turve-erien syntymiseen tarvitaan tuhansia vuosia, joten käytännössä turve ei uusiudu. Päästöjen kannalta se on vielä huonompi ratkaisu kuin kivihiili.

Tuulivoimassa kasvun varaa

  voimaloita rakentamalla saataisiin tuotantoa kasvatettua vielä hiukan, mutta määrä ei näkyisi juuri värähdyksenäkään valtakunnan prosenttijakaumissa. Viimeisiä vapaita koskia tuskin enää valjastetaan, eikä niistä paljon sähköä irtoaisikaan.

Tuulivoiman tilanne on päinvastainen.

- Nykyään tuulivoima tuottaa Suomen sähköstä vain noin 0,1 prosenttia. Toisaalta tuulienergia on maailman nopeimmin kasvava energiantuotannon ala, kertoo Suomen Tuulivoimayhdistyksen puheenjohtajana toimiva tutkimusryhmänpäällikkö Bengt Tammelin Ilmatieteen laitoksesta.

Kasvu on käynnissä Suomessakin, mutta mihin asti se voi jatkua?

- Kysymys on pitkälti siitä, paljonko sähköverkkoon voidaan syöttää satunnaisesti muuttuvaa sähköä. Yläraja on ehkä 15 prosenttia Suomen koko sähköntuotannosta, laskeskelee Peter Lund. Tätä suurempien määrien tuottaminen olisi kyllä teknisesti mahdollista, sillä tuuliolot ovat rannikoillamme hyvät ja saaristossa vielä paremmat. Lapin tuntureilla olot ovat koko Euroopan parhaimmistoa.

Kansalaiskeskustelu pitäisi käydä

- Kyse on enemmän maankäytön rajoituksista kuin siitä, että ei tuulisi tarpeeksi, Lund toteaa. - Sijoituspaikkojen valinnassa pallo on nyt ympäristöministeriöllä. Tanskassa käytiin jo vuosia sitten läpi kaikki alueet ja katsottiin, mitä varataan tuulivoimalle. Suomessa työ on tekemättä. Tuulivoimalat sijoitetaan vähän sinne tänne ja jokainen voimala on ennakkotapaus, mikä tekee lupamenettelystä vaikean. Se on iso ongelma, koska tuulivoimalat herättävät voimakkaita tunteita - kaikki eivät pidä niistä maisemassa.

Tuulivoimaloiden ja muun uusiutuvan energian tulevaisuus on myös arvokysymys. - Suomessa ei energiantuotannon ympäristönäkökohdista ole vielä käyty kunnon kansalaiskeskustelua. Useissa muissa maissa sellainen on käynyt vilkkaana, Lund korostaa.

Tammelinin mukaan toinen ongelma on tuulisähkön hinta. Koska tuotantomuoto on melko uusi, kustannukset ovat väistämättä suuret. Vanhoilla menetelmillä tuotetun sähkön hinta taas on alhainen siitäkin syystä, että siihen eivät sisälly ympäristöhaittojen aiheuttamat kustannukset.

- Jos Suomeen säädettäisiin hiilidioksidivero, kustannusrakenne muuttuisi, kun fossiilisiin polttoaineisiin perustuva energia kallistuisi.



Kaikissa maissa - rikkaissa ja köyhissä - on ainakin yksi materiaali, joka näyttää alati uusiutuvan: jäte. Osa siitä jätteestä, joka ei sovellu uusiokäyttöön, kelpaa polttoaineeksi sähkön ja lämmön yhteis-tuotantoon. Kauppa- ja teollisuusminis-teriön tavoitteena on, että sähköksi ja lämmöksi roihuava jäte kattaisi vuonna 2010 noin kaksi prosenttia Suomen energiahuollosta eli hitusen suuremman osan kuin nyt.

- Valikoima kasvaa. Kiitollisinta poltet-tavaa ovat puu-, paperi-, pahvi- ja eräät muovijätteet, mutta valikoimaa on yritetty myös laajentaa: polttokokeita on tehty muun muassa lumpuilla ja oliivinkivillä.

- Poltto paranee. Teknisesti jätteen poltto on haastavaa. Jotta palamis-prosessi ja päästöt pysyvät hallinnassa, poltettavan pitäisi olla kuivaa ja tasalaatuista. Yksi ratkaisu kosteaan sekamelskaan on muuttaa jäte kaasuksi ennen polttoa. Esimerkiksi Corenson tehtailla otetaan kierrätetyistä pahvipak-kauksista kuitumainen aine talteen käytettäväksi hylsykartonkien raaka-aineena ja jäljelle jäävä jäte kaasutetaan polttoaineeksi.

- Vähemmän jätettä. Energiatalou-dellisesti on tietenkin järkevintä, että jo tuotteita suunniteltaessa pyritään mah-dollisimman säästeliääseen materiaalien käyttöön. Näin tuotannon energia-nkulutus saadaan pienemmäksi ja jätettä syntyy vähemmän.

- Jäte raaka-aineeksi. Toiseksi viisainta on käyttää kierrätyskelpoinen jäte uuden tuotannon raaka-aineena, koska tuotteiden valmistus kierrätys-raaka-aineesta kuluttaa yleensä huomat-tavasti vähemmän energiaa kuin vastaa-vien luonnon raaka-aineiden, kuten puun tai öljyn, käyttö. Vain sille osalle jät-teestä, joka ei esimerkiksi likaisuutensa takia kelpaa kierrätykseen, lämmöksi ja sähköksi muuttaminen on kunniakas hau-tuumaa.


Suomalaisratkaisut huipputasoa

Toistaiseksi tuuli pyörittää meillä runsasta kuuttakymmentä voimalaa, mutta tuulivoimaloiden osia tuotetaan täällä täyttä päätä vientimarkkinoille - lähes 200 miljoonan euron edestä vuosittain. Potkurinlapoja ja vaihteistoja myydään muun muassa Tanskaan.

Maailman huipputasoa ovat Lundin mukaan esimerkiksi tuulivoimaloiden lapoihin Suomessa kehitetyt jäätymisenestoratkaisut. Ne ovat myös hyvä näyttö siitä, miten uuden teknologian markkinat olisi viisasta ottaa haltuun etukäteen, jotta oltaisiin paikalla kysynnän vilkastuessa:

- Uudet ratkaisut pitäisi nyt tuotteistaa ja viedä maailmanmarkkinoille. Tulevaisuudessahan Euroopasta alkavat pikkuhiljaa loppua tuulivoimaloille sopivat rannikot. Silloin uutta tuulivoimaa rakennetaan vaikeampiin oloihin, yleensä merelle ja vuoristoihin, missä tarvitaan jäänestotekniikkaa.

Aurinkopaneeli ei kulu käytössä

Toinen harvinaisuus suomalaismaisemassa ovat sähköä tuottavat aurinkopaneelit. Siitäkin huolimatta, että niillä on ilmeisiä etuja: päästöttömyys, käyttövarmuus ja kyky tuottaa ilmaista sähköä.

- Aurinkopaneelissa ei ole yhtään kuluvaa osaa - fotonithan eivät sitä kuluta. Paneelin tekniikalle saa 20 tai 25 vuoden takuun, mikä on aivan poikkeuksellista mihin tahansa tekniseen laitteeseen nähden, Peter Lund sanoo.

Kompastuskivenä on paneelien hinta.

- Teknisellä kehityksellä hintaa voidaan alentaa, mutta vielä enemmän hinta riippuu markkinoista. Jos ne ovat riittävän suuret, tuotannon kasvu saa hinnat putoamaan. Eräissä markkinaraoissa aurinkosähkö voi jo nyt olla hinnaltaan kilpailukykyistä, esimerkiksi sähköverkon ulkopuolella olevalla kesämökillä tai rakennuselementtinä.

Lundin laskelmien mukaan viitisen prosenttia Suomen tarvitsemasta sähköstä olisi mahdollista tuottaa valtakunnan sähköverkkoon kytketyillä aurinkopaneeleilla. Kasvunvaraa siis tässäkin: nyky-Suomen sähkönkäytöstä aurinkosähköä on noin 0,002 prosenttia.

Eniten aurinkopaneeleja on kesämökeillä. Suomessa on nyt arviolta 50 000 aurinkosähköä käyttävää mökkiä, kertoo aurinkoenergiakonsultti Christer Nyman, joka toimii Aurinkoteknillisen yhdistyksen puheenjohtajana. Mökkien lisäksi paneeleja käytetään muun muassa veneissä ja väyläloistoissa.

Tunteeko arkkitehti paneelit?

- Uusiutuvien energialähteiden tutkimuksessa EU panostaa eniten juuri aurinkosähköön, Nyman sanoo.

- Aurinkopaneeleita suositaan myös rakennusratkaisuissa: eräissä EU-maissa etenkin julkisissa rakennuksissa pyritään käyttämään seinäelementtejä, joihin on integroitu aurinkopaneelit.

Nymanin mukaan paneelien yleistymistä ei Suomessa hidasta niinkään hinta tai pohjoinen sijaintimme kuin tiedon puute. Kaikki arkkitehditkaan eivät vielä tiedä, miten aurinkopaneeleja voi käyttää rakennuksissa.

   Suomessa muutamien kymmenien prosenttien vuosivauhdilla. Suurin  paneelien valmistajamme on ollut NAPS (Neste Advanced Power Systems). Kysynnän kasvaessa joukkoon on ilmaantunut muitakin, muun muassa kattoelementtejä valmistava Rautaruukki Groupin Rannila, jonka uusi "energiakatto" lämmittää, valmistaa lämmintä käyttövettä ja tuottaa sähköä.

Aurinkosähkön perustutkimus on vaimeampaa. Osaamista löytyy Teknillisestä korkeakoulusta ja eräistä puolijohdealan yrityksistä, minkä lisäksi yliopistoissa tehdään jonkin verran perustutkimusta.

Vety mullistaa varastoinnin

Nyman muistuttaa, että aurinkosähkö on hyvä esimerkki siitä, kuinka uusiutuvat energialähteet täydentävät toisiaan. - Suomessa tuulee eniten juuri niinä vuodenaikoina, joina aurinkosähköä saadaan vähiten. Inkoon Kopparnäsin koevoimaloista saatujen kokemusten mukaan auringon ja tuulen yhdistelmällä saadaan aikaan melko tasainen sähköntuotanto läpi vuoden.

Kuinka suuri osa Suomen sähköntarpeesta sitten olisi mahdollista kattaa auringolla?

- Jos katsotaan hyvin pitkälle tulevaisuuteen, niin periaatteessa kaikki. Se voitaisiin toteuttaa vetyteknologialla: kesällä kerätty aurinkoenergia varastoitaisiin vetyyn. Milloin tämä toteutuu, on varmasti vuosisadan kysymys, mutta periaatteessa sille ei ole estettä, Lund pohtii.

Perusidea on, että kun sähköä tuotetaan esimerkiksi aurinkopaneelilla, se johdetaan veteen, joka hajoaa vedyksi ja hapeksi. Vety otetaan talteen ja poltetaan aikanaan polttokennossa takaisin vedeksi, jolloin energia vapautuu sähkönä ja lämpönä.

Vielä pitkä työsarka

Suomessa polttokennoja tutkitaan Teknillisessä korkeakoulussa, yliopistoissa ja muutamissa yrityksissä, erityisesti Fortumissa. Tekeillä on ainakin kaksi väitöskirjaa. Koska polttokennoissa ei ole liikkuvia osia, nekin ovat periaatteessa pitkäikäisiä, mutta teknisessä kehittelyssä riittää vielä työsarkaa.

- Ongelmana on esimerkiksi se, että membraanit eli polymeerikalvot, joissa reaktio tapahtuu, ovat kalliita eivätkä välttämättä vielä mekaanisesti tarpeeksi kestäviä. Lämpölaajeneminen ja veden ja kaasun liike kuluttavat niitä niin, että nykyisiä polttokennoja ei pystytä ajamaan kovin monta vuotta, Lund kertoo.

- Onhan niitä sellaisiakin skenaarioita kuin Saharan käyttäminen vedyn tuotantoon aurinkopaneeleilla ja vedyn tuominen putkilla tai tankkereilla sieltä. Vuosi 2100 on sellaisille ehkä realistinen aikataulu, Lund pohtii.

Teuvo Suominen on muun muassa ihmislajin tulevaisuudesta kiinnostunut biologi, toimittaja ja tietokirjailija.

Helena Telkänranta on ympäristöaiheisiin erikoistunut toimittaja ja tietokirjailija. Hän kirjoitti puuenergiasta Tiede 2000 -lehden numerossa 2/2000 (s. 26-31).

Sisältö jatkuu mainoksen alla