Energiaa rautalangasta? Kolme kirjaa tulevasta energiakriisistä

Ilmastokysymyksen ratkaisemisen kannalta keskeisessä roolissa on energiantuotannon muuttaminen vähähiiliseksi. Miten tämä tehdään ja mitä rajoituksia eri energianmuotoihin voi liittyä, onkin sitten monimutkaisempi kysymys. Perustietoa voi nyt hakea kolmesta viime vuosina ilmestyneestä suomenkielisestä energiakirjasta.

 

Kolme suomenkielistä kirjaa energiasta: Ihmiskunnan energiakriisi, Valomerkki ja Suomi öljyn jälkeen.

Yksi tämän vuosituhannen alkupuolen tärkeimmistä yksittäisistä kysymyksistä on energia. Maailman väkiluvun ennustetaan kasvavan 9–10 miljardiin vuoteen 2050 mennessä, ja kaikki merkit viittaavat siihen, että nämä miljardit ihmiset kaipaavat samoja asioita kuin mekin: edullisen, luotettavan energian mahdollistamaa hyvinvointia. Samaan aikaan maailman energiavarat ovat hupenemassa, kun helposti hyödynnettävät fossiiliset energianlähteet – mitkä nykyisin kattavat jo liki 85% maailman energiankulutuksesta – toisaalta hupenevat, toisaalta pahentavat entisestään liki sietämättömiä ympäristövahinkoja.

Tietoisuuden lisääntyminen tästä aikamme kenties tärkeimmästä kysymyksestä on alkanut näkyä ilahduttavasti myös suomenkielisessä tietokirjallisuudessa. Tyydyttävän energiatietoisuuden hankkiminen ei olekaan enää kielitaidosta kiinni, sillä Jorma Keskitalon faktapitoisen, hyvän mutta hieman kuivahkon Ihmiskunnan energiakriisin (Gaudeamus, 2011) jälkeen aihetta on käsitellyt myös Jussi Laitinen kirjassaan Valomerkki (Atena, 2012), ja nyt uusimpana tulokkaana vuorossa on Rauli Partasen, Harri Paloheimon ja Heikki Wariksen Suomi öljyn jälkeen (Into, 2013).

Kaikkien kolmen kirjan perusviesti on sama: ihmiskunnalla on edessään ehkäpä sen kaikkien aikojen suurin haaste, kun yhteiskuntamme perustana ollut edullinen, fossiilinen energia käy vähiin ja samalla sen vähäinenkin käyttäminen vaikeutuu, kun tietoisuus fossiilisten polttoaineiden aiheuttamista ympäristötuhoista leviää. Siinä missä Ihmiskunnan energiakriisi paneutuu laaja-alaisesti ja kriittisesti mutta silti ilahduttavan kiihkottomasti energian tuotantoon ja sen ympäristöongelmiin, Valomerkki ja Suomi öljyn jälkeen keskittyvät tavallista ihmistä lähempänä olevaan ongelmakenttään: miten käy helpon elämän, kun edullinen energia käy syystä tai toisesta vähiin – ja kuinka lähellä loppu on. Yksin tästä syystä niille voi ennustaa merkittävästi laajempaa suosiota kuin ansioistaan huolimatta oppikirjamaiselle Ihmiskunnan energiakriisille, mutta kirjat ovat lukemisen arvoisia myös muista syistä.

Tärkein näistä syistä on se, että kirjat vääntävät rautalangasta, miten edullinen energia on yhteydessä talouteen. Nykyaikainen talousjärjestelmä kun perustuu voittopuolisesti ihmisten ja eläinten työpanoksen korvaamiseen ylimääräisellä energialla, ja talouskasvu on käytännössä tämän ylimääräisen energian käytön kasvattamista. Teknologia ja koneet ovat oleellisesti ottaen tapoja muuttaa energiaa ihmisten arvostamiksi hyödykkeiksi; tekniikan kehitys höyrykoneesta eteenpäin onkin tarina siitä, miten ei-ihmisperäistä energiaa käytetään asioihin, joihin sitä ei ole aiemmin käytetty, tai miten enemmän energiaa voidaan muuttaa hyödykkeiksi vähemmässä ajassa. Pankki- ja luottojärjestelmineen talousjärjestelmä muistuttaakin enenevässä määrin pyramidihuijausta, jonka taustalla on luottamus talouskasvun jatkumiseen. Kun energia käy vähiin, talouden kone alkaa yskiä ja voi lopulta tikahtua oman mahdottomuutensa käynnistämään ketjureaktioon. Samaan aikaan pahenevat ympäristöongelmat voivat vain vaikeuttaa sopeutumista, kuten Jussi Laitisen mainio esimerkki havainnollistaa: on kuin joutuisimme vaihtamaan matkustajakoneen polttoaineen lennon aikana, samalla kun vaihdamme moottorit ja lennämme läpi aikaisemman polttoaineen aiheuttaman hirmumyrskyn.

Valomerkki käsittelee energian roolia laajemmin, huomioiden öljyn lisäksi periaatteessa tasapuolisesti kaikki muutkin energianlähteet. Tämä on kirjan vahvuus, mutta samalla myös heikkous: energiakysymys on kokonaisuutena monimutkainen eikä sen tiivistäminen yhteen 240-sivuiseen kirjaan ole helppoa. Erityisen ansiokasta kirjassa on kriittinen keskustelu ehdotettujen ratkaisujen kuten uusiutuvan energian sekä energiansäästön rajoista. Huomion ansaitsee etenkin tiettävästi ensimmäinen suomenkielinen ja kansantajuinen selvitys rebound-ilmiöstä, jonka johdosta säästetty energia saatetaan hyvin vain käyttää jossain muualla. Kirjassa myös esitetään hyvin perusteltuja epäilyksiä kunnianhimoisten uusiutuvan energian suunnitelmien toteutumiskelpoisuudesta ja puhkotaan armotta tiettyjä hellittyjä käsityksiä, kuten pienten tekojen merkitys: esimerkiksi kännykän laturin irroittaminen seinästä ei käytännössä auta juuri mitään. Tälläisiä realistisia puheenvuoroja kaivataankin kipeästi keskustelussa, jota ovat tähän saakka hallinneet lähinnä konservatiivisen, fossiilisista luopumista vastustavan teollisuuden business as usual-mielipiteet ja uusiutuviin kritiikittömästi suhtautuvien kansalaisjärjestöjen kannanotot, jotka voisivat usein olla suoraan tuuli- ja aurinkoenergiateollisuuden lobbareiden kirjoittamia. Jälkimmäisestä hyvänä esimerkkinä on Greenpeacen energiavallankumous-skenaario, jonka viimeisimmän version kolmesta pääkirjoittajasta kaksi onkin uuden energiateollisuuden etujärjestöjen GWEC:in ja EREC:in työntekijöitä; lisäksi laskelmien ja kustannusarvioiden taustalla olevat pohjatiedot tulevat suoraan kyseisiltä etujärjestöiltä.

Hyvässäkin kirjassa on kuitenkin väistämättä puutteita, eikä edes Valomerkki ole poikkeus. Energiakysymystä laajalti käsittelevältä kirjalta toivoisi suurempaa paneutumista uusiutuvien todennäköisesti merkittävimpään ongelmaan, energiantuotannon tasapainottamiseen ja/tai varastointiin. Jos näitä erittäin vaikeita teknisiä ongelmia ei kyetä tyydyttävästi ratkaisemaan jo lähivuosikymmeninä, maailman energiannälkää ei yksinkertaisesti kyetä ratkaisemaan uusiutuvilla riittävän nopeasti ilmastokatastrofin torjumiseksi. Suurin havaitsemani virhe on kuitenkin ydinenergian hyvin yksipuolinen käsittely ja ydinvoimaa lähtökohtaisesti vastustavien kirjoittajien väitteiden nieleminen sellaisinaan. Kirjassa toistetaankin kritiikittä sekä vääriä, harhaanjohtavia että merkityksettömiä väitteitä, kuten Fukushiman uhrien määrä (kirjan mukaan jopa 440 000, kun pessimistisetkin vertaisarvioidut laskelmat pääsevät enintään 1300 ja todennäköisemmin 130 uhriin 50 vuoden kuluessa), uraania tehokkaammin käyttävien hyötöreaktoreiden poikkeuksellinen vaarallisuus (tosiasiassa esitetyt hyötöreaktorit olisivat käytännössä todennäköisesti nykyisiä kevytvesireaktoreita merkittävästi turvallisempia) ja ydinvoiman rakentamisen erityisen suuri aineellinen jalanjälki (tosiasiassa nykyisenkin kaltaisella ydinvoimalla tuotettu yksikkö energiaa vaatii enintäänkin kolmanneksen tuulivoimalla tuotetun vastaavan energiayksikön vaatimasta materiaalista). Vaikka väitteet ovatkin yleisiä, tietokirjalta odottaisi parempaa lähdekritiikkiä. Vastaavia lapsuksia en muita energiamuotoja käsitelleistä osista havainnut, mutta ne heittävät väistämättä epäilyksen varjon muidenkin väitteiden ylle.

Valomerkkiin ja Ihmiskunnan energiakriisiin verrattuna Suomi öljyn jälkeen keskittyy tiukasti kolmeen asiaan: Suomi, öljy, ja (edullisen) öljyn loppu. Tämä on kirjan ehdoton vahvuus ja se, mikä tekee juuri tästä kirjasta sen yhden energiakirjan, minkä jokaisen – etenkin jokaisen päättävissä asemissa olevan – soisi lukevan. Kirjassa on paitsi kerrottu yleisellä tasolla öljyhuipusta, myös kartoitettu oman tutkimuksen ja asiantuntijahaastattelujen avulla ennennäkemättömän kattavasti öljyn merkitystä Suomelle ja vaihtoehtojamme öljyn käydessä vähiin. Lyhyesti sanoen, öljy on mahdollisesti tärkein elämäntapaamme vaikuttava yksittäinen raaka-aine, eikä meillä ole juuri mitään hyvää vaihtoehtoa sen tilalle. Ongelmaa mutkistaa se, että vaihtoehtoiset energiamuodot eivät pääsääntöisesti kykene suoraan korvaamaan öljyä, tuota erinomaisen kätevää nestemäistä polttoainetta.

Yksi asia on tehtävä selväksi: öljyhuipusta puhuttaessa kysymys on siis edullisen öljyn hupenemisesta, ei öljyn loppumisesta. Kun öljyä joudutaan hankkimaan entistä hankalammista lähteistä, yhä enemmän energiaa ja rahaa kuluu sen hankkimiseen, ja yhä vähemmän öljyn energiasta voidaan käyttää muuhun. Kirjan mukaan tällä hitaasti kroonistuvalla öljykriisillä tulee olemaan vakavia vaikutuksia etenkin teollisuusmaiden talouksiin. Kehittyvät taloudet kärsivät vähemmän: maissa, joissa öljyä käytetään vielä vähän, jokaisesta lisäöljytipasta saadaan irti enemmän iloa kuin täällä pohjoisessa, joten niillä on – kenties intuition vastaisesti – varaa maksaa öljystä enemmän. Öljyn hinta on taas yhteydessä talouden tilaan: hinnan noustessa talous alkaa yskimään.

Huono uutinen on siis se, että öljylle ei ole olemassa helppoja korvikkeita ja vaikeidenkin riittävyys on kyseenalainen. Edes metsäisen ja harvaanasutun Suomen kaikesta biomassasta puristettavissa oleva bioöljy ei riittäisi edes oman kulutuksemme korvaamiseen, saati sitten vientiin. Jos samaan aikaan tavoitteena on myös ympäristönsuojelu ja maapallon elinkelpoisuuden säilyttäminen vielä 2100-luvulla, vaihtoehtoja on vielä vähemmän. Lisäksi vaihtoehdot ovat pääasiassa tapoja siirtää muualla tuotettua energiaa kätevämmässä, esimerkiksi nestemäisessä muodossa. Ne siis eivät ole energian lähteitä, kuten öljy on. Kirjan johtopäätös onkin pessimistinen: ellei ihmiskunta koe äkillistä valaistumista, on todennäköistä, että kroonisesti kriisiytyvässä taloudessa ympäristöarvoista tulee ylimääräistä luksusta, ja öljynkorvikkeet – huonotkin – tullaan käyttämään hetkellisen helpotuksen toivossa. Samalla kalliimmat mutta vähäpäästöisemmät vaihtoehdot käyvät entistä hankalammiksi toteuttaa, koska niiden etupainotteisiin investointeihin ei talouskaaoksen oloissa saataisi kerättyä rahoitusta. Tämä tarkoittaisi käytännössä mm. ilmastotalkoiden lopullista loppua.

Tätä kohtalonyhteyttä ei näe juuri lainkaan käsiteltävän kotimaisessa energiakeskustelussa, joka on jumiutunut fossiilisten polttoaineiden tuotantohuippua huomioimattomiin sähkönkulutusennusteisiin ja eri energianlähteiden lyhyen tähtäimen hintakehitykseen. Kaiken hyväksi energiakeskustelu on hiilidioksidipäästöjä lukuunottamatta pitkälti irrallaan ympäristönsuojelukeskustelusta, mikä lieneekin taustalla siinä, että samat poliitikot voivat vaatia sekä metsien suojelun vahvistamista että biomassan polton merkittävää lisäämistä – mitkä ovat kaksi keskenään ristiriitaista tavoitetta. Lieneekin todennäköistä, että sekä viralliset strategiat että kansalaisjärjestöjen vaihtoehdot aliarvioivat pahasti tulevan energiapulan; kuten kirjassa todetaan, numeroiden valossa on vaikea ymmärtää, miten meillä tuntuu edelleen olevan varaa vastustaa kaikkia vaihtoehtoisia energianmuotoja tuulivoimasta ydinvoimaan.

Kirjan sanoma tulee varmasti herättämään keskustelua ja vastustustakin, eikä se välttämättä ole viimeinen totuus. Kirjoittajat toteavatkin olevansa tyytyväisiä, mikäli he ovat väärässä. Mutta pelkästään mahdollisuus siitä, että he ovatkin oikeassa, on riittävä syy lukea kirja.

Jorma Keskitalo: Ihmiskunnan energiakriisi

Gaudeamus, 2011

232 s.

Jussi Laitinen: Valomerkki: Energiapula ja makean elämän loppu

Atena, 2012

240 s.

Rauli Partanen, Harri Paloheimo ja Heikki Waris Suomi öljyn jälkeen

Into, 2013

300 s.

Luentovideosarja, osa 3. Ilmastomuutoksen hillintästrategiat – Wicked problem?

Helsingin yliopiston ympäristötutkimuksen ja -opetuksen yksikkö HENVI järjesti syksyllä 2012 avoimen seminaarisarjan Ilmastonmuutoksen säätely – pakotteita vai vapaaehtoisuutta. Seminaarisarjassa luennoivat monet suomalaiset ilmastotieteen, -politiikan, ja -hillinnän tunnetuimpiin lukeutuvat tutkijat ja asiantuntijat.

Olemme tehneet muutamista seminaarisarjan luennoista seminaarikalvoihin ja ääninauhoitteeseen perustuvat luentovideot ja julkaisemme ne yksitellen Ilmastotiedossa lähiviikkojen aikana.  Luentovideosarjasta on julkaistu aiemmin osa 1 ja osa 2. Luennot ovat englanninkielisiä, Ilmastotieto-blogin yleisestä linjasta poiketen.

Tässä kolmannessa HENVI-luentovideossa Helsingin yliopiston ympäristömuutoksen professori Atte Korhola luennoi aiheesta Mitigation strategies of climate change – wicked problem?

Öljy ja ilmastonmuutos – luku kirjasta ”Suomi öljyn jälkeen”

Ohessa on näyteluku Ilmastotiedossa kirjoittajana toimivan Rauli Partasen (sekä Harri Paloheimon ja Heikki Wariksen) maalis-huhtikuun vaihteessa ilmestyvästä kirjasta Suomi öljyn jälkeen (kirjan Facebook-sivu on täällä). Kirja kertoo kattavasti öljyn tuotantohuipusta ja sen vaikutuksista niin kansainvälisestä kuin Suomenkin näkökulmasta. Ilmastotiedon teemaan sopivasti oheinen luku käsittelee öljyn tuotantohuipun suhdetta ilmastonmuutokseen muutamasta näkövinkkelistä. Kirjan voi ennakkotilata suoraan kirjailijalta (ohjeet), kustantajalta, ja ilmestyttyään se on tietysti saatavilla kirjakaupoista. Mikäli öljyn tuotantohuippu ja sen tuomat ongelmat ja riskit eivät ole tuttuja, niin tämän kirjan jälkeen ovat. Muita kirjan näytelukuja pääset lukemaan Raulin blogista.

*************

Kiihtyvä ilmaston lämpeneminen ja ihmisen vaikutus siihen on todennettu tuhansien tieteellisten tutkimusten kautta. Ihmisen vaikutuksista merkittävin on fossiilisten polttoaineiden polttaminen, mistä vapautuu ilmakehään kasvihuonekaasuja kuten hiilidioksidia. Kasvihuonekaasujen lisääntyminen ilmakehässä sitoo yhä enemmän auringon energiasta maapallon meriin, maan pintakerrokseen ja alailmakehään. Muita ilmastonmuutokseen vaikuttavia ihmisen toimia ovat esimerkiksi metsien hakkuut ja niiden hiilivarastojen vapauttaminen, ruuantuotanto ja maapallon heijastavuuden muutokset.

Pelastaako öljyhuippu meidät ilmastonmuutokselta?

Öljyhuipun, ja samalla muidenkin fossiilisten tuotantohuippujen myötä, voi herätä ajatus, että fossiilisia ei riittäisi poltettavaksi niin valtavia määriä kuin mitä ennusteissa on mainittu. Tämä pitää paikkansa. IPCC:n skenaariot (2007) fossiilisten tulevan käyttövauhdin kasvamisesta eivät ota huomioon näiden tuotannon geologisia rajoitteita. Asiaan vaikuttavat kuitenkin monet muutkin seikat.

Pelkät tunnetut öljyvarat polttamalla kasvatamme merkittävästi riskiä yli kahden asteen lämpenemiseen. Kahden asteen lämpenemistä on pidetty rajana, jonka ylityttyä riski itseään ruokkivaan ilmastonmuutokseen ja huomattavan rajuihin seurauksiin kasvaa nopeasti. Lähes puolet tästä lämpenemisestä, 0,8 astetta, on jo tapahtunut. Hitaiden mekanismien kautta lämpeneminen jatkuisi arviolta vielä toiset 0,8 astetta, vaikka lopettaisimme fossiilisten polttamisen tänään kokonaan. Ilmastotutkijoiden mallit ilmastonmuutoksen ja sen vaikutusten etenemisvauhdista korjautuvat jatkuvasti, mutta valitettavasti yleensä ihmiskunnan kannalta huonompaan suuntaan. Vaikutukset ovat alkaneet näkyä nopeammin kuin useimmat osasivat odottaa.

Päästöbudjetti

Tähän mennessä olemme päästäneet noin 500 gigatonnia hiilidioksidia, ja sen pitoisuus ilmakehässä on noussut tasolta 280 ppm tasolle 390 ppm.
Tutkijoiden meille asettama “hiilibudjetti”, jolla on 63–92 % mahdollisuus pysyä alle kahden asteen lämpenemisessä, on 886 gigatonnia vuoteen 2050 mennessä. Siitä on jäljellä 565 gigatonnia.
Tunnetut öljyvarat polttamalla päästämme noin 550 gigatonnia hiilidioksidia.
Tunnetut maakaasuvarat polttamalla päästämme noin 350 gigatonnia hiilidioksidia.
Tunnetut kivihiilivarat polttamalla päästämme noin 2 000 gigatonnia hiilidioksidia.

Mikäli päädymme polttamaan lähestulkoon kaikki fossiiliset polttoainevaramme, meillä on edessämme asiantuntijoiden mukaan 4-6 celsiusasteen lämpeneminen ja todennäköisesti erilaisten takaisinkytkentöjen käynnistyminen. Näiden seuraukset muuttavat todennäköisesti planeetan ilmaston rajusti toisenlaiseksi siitä suhteellisen vakaasta ilmastosta, jossa ihmiskunta nykymuodossaan on syntynyt ja kehittynyt . Esimerkiksi ruuan tuotanto nykyisillä alueilla kärsii rajusti, ja loppuu monin paikoin kokonaan.

Vaikka polttamisen vauhti ei seuraavina vuosikymmeninä voikaan yltää useimpien IPCC:n skenaarioiden tasolle, hiilidioksidi pysyy ilmakehässä satoja vuosia. Ei ole vuosikymmenten aikajänteellä merkitystä miten nopeasti päästöt päästämme, jos ne kuitenkin päästämme. Itseään ruokkivat takaisinkytkennät käynnistyvät ilman suurempia ennakkovaroituksia, minkä jälkeen päästöjen vähentäminen rajustikaan ei enää auta. Öljyhuipun myötä tulevat ongelmat voivat kuitenkin peittää ilmastonmuutoksen taakseen ja viedä pois ne voimavarat, joita sen hillintään ja siihen valmistautumiseen voitaisiin muuten käyttää. Tilannetta synkentävät aerosolit, joita poltettaessa pääsee ilmakehään. Ne ovat arvioiden mukaan hillinneet lämpenemistä jopa useilla asteen kymmenyksillä, sillä ne heijastavat osan auringon energiasta takaisin avaruuteen. Toisin kuin hiilidioksidi, aerosolit pysyvät ilmakehässä vain viikkoja tai kuukausia. Jos lopetamme tai vähennämme polttamista, poistuu nopeasti myös aerosolien viilentävä vaikutus.

Voisiko öljyhuipun aiheuttama talouden taantuma vähentää kulutusta pysyvästi ja näin pysäyttää ilmaston lämpenemisen? Ensinnäkään ilmastomuutosta ei voi enää pysäyttää, sillä valtamerien kohonneen lämpötilan palautuminen normaaliksi vie jopa tuhat vuotta, vaikka kaikki ilmastoa lämmittävät päästöt lopetettaisiin tänään. Toiseksi, fossiilisen energian ja etenkin öljyn käyttöä on vaikeaa vähentää nopeasti, sillä yhteiskuntamme on siitä lähes täysin riippuvainen. Hinnan noustessa kulutusta kyllä tuhoutuisi länsimaissa, mutta kehittyvissä talouksissa juhlat vielä jatkuisivat. Hinnan laskettua riittävän alas, öljyn kulutus lähtisi meilläkin taas nousuun. Samalla kun päästöt taantuman myötä vähenevät, vähenee myös kyky ja halu rakentaa vähäpäästöistä energiantuotantoa. Ainoastaan globaali kokonaispäästöjen alentaminen pidemmän ajan kuluessa hidastaa ihmisen aiheuttamaa ilmaston lämpenemistä. Pelkkä talouden paikallinen aaltoilu ei siihen vielä riitä.

Mitä tämä “hiilibudjetti” tai halutut päästövähennykset tarkoittaisivat tavallisen suomalaisen kannalta? Hiilipäästömme ovat noin 10 tonnia vuodessa, kun intialaisella ne ovat noin yhden tonnin. Suomalaisen päästöjä pitää leikata 8 tonnilla. Tämä tarkoittaisi, että voisimme autoilla ja liikkua lähes nykyiseen malliin. Ja ei sitten paljon muuta. Ei lämmitystä. Ei sähköä. Ei ostoksia. Ei töitä. Ei palveluita. On hämmentävää, miten päästövähennyksen tarpeen massiivisuus ei ole lukuisista raporteista huolimatta auennut poliitikoille, kansalaisille tai edes kaikille ympäristöjärjestöille. Meillä tuntuu edelleen olevan varaa vastustaa lähes kaikkia vähäpäästöisiä energian tuotantotapoja tuulivoimasta ydinvoimaan.

Energiaturvallisuus, öljyhuippu, ilmastonmuutos…

Öljyhuippuun varautuminen on myös ilmastonmuutoksen hillintää, jos vähennetään yhteiskunnan öljyriippuvuutta sen sijaan, että keskitytään vain turvaamaan polttoaineiden saanti. Jos hallittua siirtymää öljypohjaisesta yhteiskunnasta ei saada tehtyä ajoissa, öljykriisiin tullaan reagoimaan kaikin keinoin, kuten korvaamalla tavanomaista öljyä epätavanomaisella.

Ongelma on, että lyhyellä ja keskipitkällä aikavälillä öljyhuippuun varautuminen monesti vahvistaa ilmastonmuutoksen taustatekijöitä ja vaarantaa kansainvälisten ilmastosopimusten tai hiiliverojen käyttöönoton. Tähän varautumiseen kuuluu esimerkiksi:

• kahdenväliset sopimukset öljyntoimituksista
• öljyn kohoavan hinnan kannustin sen tuotantoon ja etsintään
• marginaalisempien epätavanomaisten lähteiden käyttöönotto
• CtL-, GtL- ja BtL-laitokset, jotka lisäävät kokonaispäästöjä

Esimakua energiaturvallisuuden, talouden turvaamisen ja ilmastonmuutoksen torjunnan välisestä törmäyksestä on jo saatu. Muun muassa Kanada ja Yhdysvallat haraavat kansainvälisiä päästösopimuksia vastaan, sillä esimerkiksi Kanada saa merkittäviä tuloja öljyhiekastaan. Toisella kädellä samat maat kuitenkin pyrkivät vähentämään autokantansa keskikulutusta ja öljyriippuvuuttaan, mikä samalla palvelee myös ilmastonmuutoksen hillintää. Presidentti Barack Obama julisti 2008 valituksi tultuaan aloittavansa planeetan tervehdyttämisen. Vuonna 2012 hän toisaalta lupasi kotimaista öljyä porattavan “kaikissa mahdollisissa paikoissa”. Kiina on maailman nopeimpia ydinvoiman, tuulivoiman ja aurinkoenergian käytön kasvattajia, mutta lisäksi maassa otetaan uusi kivihiilivoimala käyttöön noin viikon välein. Talouden kasvattamisen, ilmastonmuutoksen hillinnän ja energiaturvallisuuden kesken on valtavia ristiriitoja.

Suomessa epäjohdonmukaisesta ilmastopolitiikasta kielii hiilidioksidipäästöön kytketty porrastettu autoverotus. Äkkiseltään se vaikuttaa järkevältä – enemmän saastuttavalle ja kuluttavalle kulkupelille lyödään korkeampi hintalappu. Ongelma on siinä, että mitataan väärää asiaa. Ilmaston lämpenemistä ei hidasta uusien myytyjen autojen keskimääräisen päästötason aleneminen, vaan liikenteen kokonaispäästöt pidemmällä aikavälillä. Mikäli uusia vähäpäästöisiä autoja myydään (ja niillä ajetaan) aiempaa enemmän, kokonaispäästöt voivat kasvaa.

Päästövähennystoimet ja öljyhuippu

Miten ilmastonmuutoksen hidastaminen vertautuu öljyhuippuun? Ilmastonmuutosta ehkäisevät toimet tähtäävät pääosin vuosikymmenien päähän. Öljyhuipun vaikutukset puolestaan alkavat näkyä lähes välittömästi ja varautumistoimien pitäisi olla nopeita. Kriisien ja muutosten nopeus on siis varsin eri luokkaa. Öljyntuotannon hidas kasvu ja sen seuraukset aiheuttavat maailmantaloudessa jo nyt tuhoisaa jälkeä, vaikka teknisesti varsinainen tuotantohuippu voi olla vielä vuosien päässä tulevaisuudessa. Hallitsemattoman öljyntuotantohuipun laukaiseman äkillisen muutoksen seuraukset voivat olla teollistuneen yhteiskunnan kannalta vakavuudessaan verrattavissa ilmastonmuutoksen seurauksiin. Lisäksi yhteiskunnan rakenteellinen öljyriippuvuuden vähentäminen vie vähintään 10–20 vuotta. Nyt rakennettu hiilivoima on käytössä vielä vuosisadan puolivälissä. Nyt myyty uusi katumaasturi on sekin käyttökunnossa ehkä pitkälle 2020-luvulle. IEA:n mukaan nykytahdilla vuoden 2017 jälkeen kaikkien uusien tehtaiden ja voimalaitosten tulisi olla nollapäästöisiä, sillä jo rakennettu infrastruktuuri on lukinnut päästömme vuosikymmenten päähän.

On järkyttävää, että ihmiskunta tyytyy edelleen lähinnä väittelemään ilmiön olemassaolosta, kun mittavien toimien viimeinen looginen aloitusajankohta on jo kaukana menneisyydessä. Tämä pätee sekä öljyhuippuun että ilmastonmuutokseen.

Talousvaikeuksista ja energian hinnannoususta johtuen öljyhuippu voi rampauttaa myös investoinnit ilmastonmuutoksen hillintään pitkällä tähtäimellä. Ihmiskunnalla tuntuu olevan varaa suojella ympäristöään ja välittää toimintansa pitkän ajan seurauksista vain silloin, kun talous kasvaa ja elintaso on korkealla. Lyhyen aikavälin hyvinvointi (tai hengissä selviäminen) talloo lähes poikkeuksetta pitkän aikavälin tavoitteet alleen. Professori Jukka Tuomelan sanoin, “Näyttää siltä, että voimme pelastaa maapallon vain, jos se on taloudellisesti kannattavaa.”

+2 astetta celsiusta

Kahden asteen “turvallisena” pidetty lämpötilan nousu, ja siihen yhdistetty 450 ppm:n ilmakehän hiilidioksidipitoisuus ovat tavoitteitamme vain, koska olemme sopineet niin. Sekä +2 astetta että 450 ppm ovat kuitenkin venäläistä rulettia, jota pelaamme tulevaisuudellamme. Eri mailla on ruletissa eri panokset, sillä ilmastonmuutoksen vaikutukset jakautuvat epätasaisesti. 450 ppm:n pitoisuus on joidenkin ilmastotutkijoiden mukaan liian korkea, ja esimerkiksi NASAn James Hansen on laskenut tavoitteen 350 ppm:n pitoisuuteen pidemmällä aikavälillä – ja tuo taso ylitettiin jo viime vuosituhannella. Tämä voi tuntua monista epäreilulta, sillä olimme vasta hiljalleen tottumassa siihen, että päästöille kenties pitää joskus tehdä jotain (ja että tiede ja teknologian kehitys kyllä hoitaisivat ongelman). Tilanne muistuttaa hieman öljyhuippua, joka eräänä päivänä todisteiden valossa siirrettiin kaukaa tulevaisuudesta menneisyyteen. Samalla vedettiin vessanpöntöstä haaveet rauhallisesta ja järjestelmällisestä tilanteeseen sopeutumisesta. Luonto ei välitä siitä, mikä meistä tuntuu mukavalta ja mikä ei. Totuus ei löydy äärimmäisten mielipiteiden keskeltä, vaan sieltä, missä se fysiikan lakien mukaan on.

Voisi kuvitella, että ihmiskunnan päästövähennykset olisivat vuosikymmenten tietoisuuden ja neuvotteluiden jälkeen jo hyvässä vauhdissa. Valitettavasti tilanne on täysin päinvastainen: emme ole hädin tuskin kyenneet edes hidastamaan vuosittaisten päästöjen kasvunopeutta, saati vähentämään niitä. Nyt meidän kuitenkin pitäisi sopia entistä nopeammista ja isommista päästövähennyksistä samalla, kun maailmantalous rypee kriisissä. Aikaa ei ole teknologioiden kehittelyyn laboratorioissa: joko otamme kaikki nyt hyllystä löytyvät keinot päästöjen vähentämiseksi käyttöön tällä vuosikymmenellä, tai peli on menetetty. Monet ympäristöjärjestöt ja Vihreät ovat julkisesti kannustaneet Saksaa luopumaan ydinvoimasta. Se ikävä kyllä tarkoittaa, että uusiutuvien lisäksi Saksa rakentaa runsaasti fossiilista energiantuotantoa, jonka käyttöikä on jopa puoli vuosisataa. Fossiilisten, ja ennen kaikkea kivihiilen, synninpäästöksi kaavailtu hiilen talteenotto ja varastointi (CCS) on ristiriitainen teknologia. Se heikentää energiantuotannon hyötysuhdetta, lisää investointien ja polttoaineiden kustannuksia sekä pahentaa niiden tuotantopaineita. CCS:n pitkän ajan vaikutukset ovat heikosti tunnetut ja kaupallisen mittakaavan kustannukset valtavat. Sen massiivinen ja nopea käyttöönotto on kuitenkin esimerkiksi IEA:n, IPCC:n ja OECD:n päästövähennyssuunnitelmissa isossa osassa.

Menetetty peli tarkoittaa itseään ruokkivaa ilmastonmuutosta, jonka hidastamiseksi on enää tehtävissä varsin vähän. Öljyhuipun kohdalla se tarkoittaa romahtavaa taloutta ja kansainvälisen tilanteen kärjistymistä, yleistyviä resurssisotia ja luonnonvarojen kahmimista sekä globaalin talouden ja kaupankäynnin romahtamista.

Kun lähestymme kääntöpistettä, jossa ilmastonmuutos alkaa ruokkia itseään, on meillä käytössämme vielä erinäisiä ilmastonmuokkauksen keinoja. Nämä keinot vaihtelevat toteutuskelpoisista “hullujen tiedemiesten päähänpistoihin”, mutta todennäköisesti joudumme ottamaan käyttöön niitäkin. Esimerkiksi Risto Isomäki on koonnut erääseen kirjaansa 66 tapaa sitoa hiiltä ja parantaa maapallon heijastuskykyä. Keinojen skaala on varsin laaja kattojen maalaamisesta valkoiseksi aurinkoa heijastavien rikkipartikkeleiden sirottelemiseen ilmakehään.

Näistä puhumista ja näiden kehittelyä on pidetty myös takaoven tarjoamisena polttamisen jatkumiselle. Lisäksi esimerkiksi heijastavuutta lisäävät keinot eivät vaikuta mitenkään vaikkapa valtamerien happamoitumiseen, joka uhkaa monia merien ekosysteemejä ja lajeja (ja siten esimerkiksi kalastusta). Useimmat keinoista myös vaativat jatkuvaa ylläpitoa, joten niiden käyttämistä tulisi jatkaa vähintään vuosisatoja. Jos heijastavuutta lisäävät toimet jossain vaiheessa äkisti loppuisivat, maapallo lämpenisi todella nopeasti ja rajusti. Nopean muutoksen seuraukset eri eliölajeille olisivat tuhoisia, sillä lajien sopeutuminen vaatii aikaa.

Kansainvälinen yhteistyö

Ilmastonmuutoksen hillitseminen vaatisi johdonmukaisia maailmanlaajuisia toimia ja sitovia päästörajoituksia. Tähän yhtälöön sopii huonosti eri valtioiden itsekäs energiaturvallisuuden maksimointi muiden kustannuksella öljyhuipun koittaessa. Hallitsematon öljyntuotantohuippu voi siis käynnistää lumivyöryefektin, jonka seurauksena lapsenlapsemme pääsevät kokemaan myös hallitsemattoman ilmastonmuutoksen. Tuossa vaiheessa heillä ei välttämättä ole jäljellä helposti saatavilla olevaa energiaa seurausten helpottamiseksi ja niihin sopeutumiseksi. Hallittu öljyhuippu ei tätä lumivyöryefektiä vielä yksin pysäytä, mutta antaa siihen edes mahdollisuuden.

Kansainvälisen yhteistyön toimivuudesta myönteisenä esimerkkinä toimii otsonikadon laajenemisen uhan torjuminen. Yläilmakehän otsoni suojaa planeettamme auringon UV-säteiltä, ja ensimmäiset tieteelliset selvitykset otsoniongelmasta saatiin 1976. Vuonna 1985 maailmaa hätkähdytti uutinen, jonka mukaan ihmisen ilmakehään päästämät kemialliset yhdisteet (kuten CFC) olivat aikaansaaneet Antarktiksen yläpuolisen otsonikerroksen merkittävän ohentumisen. Tulevaisuus näytti uhkaavalta, mutta jo 1987 Montrealin pöytäkirjassa teollisuusmaat sopivat otsonikatoa aiheuttavien kemiallisten yhdisteiden käytön rajoittamisesta. CFC-päästöt vähenivät ja otsonikerroksen mahdollisesti 2060-luvulle ulottuva elpyminen on alkanut.

Montrealin sopimuksen kanssa samoihin aikoihin Brundtlandin komissio luovutti kestävän kehityksen raporttinsa ja latu aukesi vuoden 1992 Rio de Janeiron ilmastokokoukselle (UNFCCC). Miten näin lupaavan alun jälkeen olemme onnistuneet päätymään nykyisenkaltaiseen umpikujaamme? Yksi syy on, että CFC-yhdisteet eivät ole yhteiskunnan primäärienergiaa. Niiden poistaminen ei välittömästi iske talouskasvuun, yhteiskunnan toimintakykyyn ja energiaturvallisuuteen. Korvike CFC-yhdisteille löytyi lopulta varsin helposti. Teollisuusmaat näyttävät siis kykenevän nopeisiin muutoksiin ja leikkauksiin, kunhan keskeistä talouskehitystä ei uhata. Fossiilisten polttoaineiden syrjäyttämisen kohdalla tilanne on täysin toinen, eikä kiirettä näytä olevan. Vuosikymmenten puheista ja lupauksista huolimatta merkittävä vihreä talouskasvu on jäänyt toteutumatta samaten kuin globaalit päästörajoitukset tai hiiliverotkin. Talouskasvun tarjoilemaa kakkua ei voi sekä syödä että säästää jälkipolville.

Biopolttoaineisiin siirtyminen voi tuhota otsonikerrosta tulevaisuudessa, etelänavalla otsonikerros toipumassa

Laajamittainen siirtymä fossiilisista polttoaineista biopolttoaineisiin saattaa ohentaa otsonikerrosta uuden tutkimuksen mukaan. Tämä johtuu biopolttoainetuotannossa käytettävistä typpipohjaisista lannoitteista. Toisessa uudessa tutkimuksessa esitetään todisteita otsonikerroksen toipumisen alkamisesta etelänavalla.

Biopolttoaineista on tullut suosittu uusiutuvan energian lähde, kun fossiilisten polttoaineiden ympäristöhaittoja on alettu tiedostaa. Biopolttoaineita varten täytyy kasvattaa lisää energiakäyttöön sopivia kasveja, mikä lisää dityppioksidin (N₂O) päästöjä typpipohjaisten lannoitteiden käytön takia.

Dityppioksidi on kasvihuonekaasu, mutta myös stratosfäärissä esiintyvien typen oksidien (NO_x) tärkein lähde. Typen oksidit puolestaan tuhoavat otsonia. Stratosfäärissä oleva otsonikerros on erittäin tärkeä maapallon eliöstölle, sillä se estää auringosta tulevaa haitallista ultraviolettisäteilyä pääsemästä maapallon pinnalle. Uudessa tutkimuksessa on selvitetty seurauksia otsonikerrokselle, jos kuluvan vuosisadan aikana tapahtuu laajamittainen siirtymä fossiilisista polttoaineista biopolttoaineisiin. Tutkimuksessa käytettiin mallisimulaatioita ja vertailun vuoksi simuloitiin myös IPCC:n SRES-skenaarioiden B1 ja A1B mukaiset tulevaisuudenkehitykset.

Tutkimuksen tuloksien perusteella siirtymä biopolttoaineisiin aiheuttaa 2,6 DU:n ohenemisen stratosfäärin otsonikerroksessa. DU on Dobsonin yksikkö, jolla mitataan kaasun tiheyttä ilmakehässä. Yksi DU tarkoittaa kaasukerrosta, joka olisi 0,01 millimetriä paksu standardilämpötilassa (0 °C) ja –paineessa (100 kPa, eli 1 baari). B1-skenaariossa otsonikerroksen oheneminen olisi 0,7 DU:ta ja A1B-skenaariossa otsonikerros paksuuntuisi 9,1 DU:n verran.

Biopolttoaineisiin siirryttäessä otsonikerros ohenee kahdesta syystä. Ensinnäkin suuremmat dityppioksidipäästöt nopeuttavat typen oksidien kiertoa stratosfäärissä. Toiseksi hiilidioksidipäästöt pienenevät, mikä hidastaa stratosfäärin viilenemistä, mikä tämän tutkimuksen mukaan myös vähentäisi otsonipitoisuutta. Tämä on kuitenkin hyvin monimutkainen asia. Toisaalta alastratosfäärin viileneminen napa-alueilla vähentää otsonia ja toisaalta keski- ja ylästratosfäärin viileneminen lisää otsonia. Enemmänkin monimutkaistavia tekijöitä on (katso lisätietoja alla). Suurin osa stratosfäärin otsonista sijaitsee alastratosfäärissä ja lisäksi eri tekijät vaikuttavat eri tavoin korkeilla ja matalilla leveysasteilla (napa-alueilla ja tropiikissa). Tämän tutkimuksen tuloksien perusteella näyttää siltä, että hiilidioksidipäästöjen vähentäminen ilman, että samalla vähennetään dityppioksidin päästöjä, tuhoaa stratosfäärin otsonikerrosta.

Etelänavalla otsonikerros on toipumassa

Etelänavan niin sanottu otsoniaukko vaihtelee paljon vuodesta toiseen. Toisina vuosina otsonia on keväällä vähemmän ja toisina enemmän. Etelänavalla planetaarisissa tuulissa tapahtuu muutoksia, jotka vaikuttavat stratosfäärin pilvisyyteen. Pilvet puolestaan vaikuttavat stratosfäärissä tapahtuviin kemiallisiin prosesseihin, mikä vaikuttaa otsonipitoisuuteen.

Otsonin voimakkaiden vaihteluiden takia pitempiaikaisia ja hitaita muutoksia on vaikea nähdä otsonipitoisuuden mittauksista. Planetaaristen tuulien käyttäytymisen tunteminen auttaa poistamaan lyhytaikaisten vaihteluiden vaikutuksen otsonipitoisuuden mittauksista ja näin voidaan nähdä, minkälaisia hitaita muutoksia mittaussarjassa on piilossa lyhytaikaisten vaihteluiden seassa. Uudessa tutkimuksessa poistettiin lyhytaikaisten vaihteluiden vaikutukset otsonipitoisuuden mittaussarjasta etelänavalta.

Tutkimuksen tulokset paljastavat asteittaisen mutta järjestelmällisen toipumisen etelänavan otsonipitoisuudessa viimeisen vuosikymmenen aikana. Otsonipitoisuuden kasvava trendi on tilastollisesti merkitsevä, eikä siten todennäköisesti ole vain satunnaisten muutoksien aiheuttama. Näyttää siis siltä, että etelänavalla otsonikerros on aloittanut toipumisen vuosikymmeniä kestäneen vähenemisen jälkeen.

Lähteet:

Revell, L. E., G. E. Bodeker, P. E. Huck, and B. E. Williamson (2012), Impacts of the production and consumption of biofuels on stratospheric ozone, Geophys. Res. Lett., 39, L10804, doi:10.1029/2012GL051546. [tiivistelmä]

Salby, M. L., E. A. Titova, and L. Deschamps (2012), Changes of the Antarctic ozone hole: Controlling mechanisms, seasonal predictability, and evolution, J. Geophys. Res., 117, D10111, doi:10.1029/2011JD016285. [tiivistelmä]

Lisätietoja:

Otsonikerroksen tulevaisuus liittyy vahvasti ilmaston muutoksiin – aiempi uutisemme otsonikerroksesta, sekä siellä mainittu raportti:
Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2010

Kevät eteni ripeästi mutta otti kuun lopussa takapakkia

[Ilmatieteen laitoksen tiedote:]

Kylmän helmikuun jälkeen maaliskuu muodostui koko maassa tavanomaista lämpimämmäksi. Aikaisin alkaneen kevään eteneminen pysähtyi maaliskuun lopussa.

Ilmatieteen laitoksen mukaan maaliskuun keskilämpötila kohosi maan lounaisimmassa osassa hieman nollan yläpuolelle, kun taas Itä- ja Pohjois-Lapissa jäätiin -5 asteen alapuolelle. Pitkäaikaiseen keskiarvoon verrattuna lämpimintä oli Länsi-Lapissa ja Käsivarren Lapissa sekä Pohjanmaan rannikolla, jossa oli noin kolme astetta tavanmaista lämpimämpää. Sen sijaan maan itäisimmässä osassa poikkeama jäi vajaaseen asteeseen.

Lämpötilassa oli suuria vaihteluja, ja maan lounaisosassa päästiin ajoittain keväisiin lämpötiloihin. Kuukauden korkein lämpötila oli 15,8 astetta, joka mitattiin Ahvenanmaalla Jomalassa 22. päivänä. Tämä on Ilmatieteen laitoksen tilastojen mukaan mittaushistorian korkein maaliskuun lämpötila Ahvenanmaalla. Koko maassakin näin korkeita maaliskuun lämpötiloja on mitattu viimeisen 50 vuoden aikana aiemmin vain vuosina 1990, 2002 ja 2007. Kuukauden alussa esiintyi vielä kireitä pakkasia maan eteläosaa myöden.

Kevään eteneminen pysähtyi kuukauden lopussa

Terminen kevät alkoi maan etelä- ja länsiosassa jo 9.-10. päivänä, mikä on runsaat kaksi viikkoa tavanomaista aiemmin. Aivan kuukauden lopussa kevään eteneminen kuitenkin pysähtyi, kun pohjoisesta levisi vuodenaikaan nähden hyvin kylmää ilmaa maahamme. Pakkanen kiristyi Lapissa paikoin -25 asteeseen. Kuukauden alin lämpötila, -27,7 astetta, mitattiin Sallan Naruskassa vasta kuukauden viimeisenä päivänä. Koko maan keskilämpötila oli -2,9 astetta, mikä on 1,9 astetta tavanomaista korkeampi.

Lumipeitteessä suuria vaihteluja maaliskuun lopussa

Yhtenäinen lumipeite oli kuukauden päättyessä lähtenyt maan lounaisimmasta osasta ja paikoin etelärannikolta sekä Etelä-Pohjanmaalta, mutta Kainuusta Keski-Lappiin ulottuvalla alueella oli yleisesti yli metrin paksuiset hanget, mikä on selvästi tavanomaista enemmän. Eniten lunta oli Pellon Konttajärvellä, jossa sitä oli 110 senttimetriä.

Kuukauden aikana satoi eniten Kanta-Hämeestä ja Pirkanmaalta Kymenlaaksoon ja Pohjois-Karjalan eteläosaan ulottuvalla vyöhykkeellä, jossa sadetta kertyi yleisesti runsaat 40 mm. Tällä alueella oli myös pitkäaikaiseen keskiarvoon verrattuna sateisinta, kun sadetta kertyi runsaat 10 prosenttia tavanomaista enemmän. Sen sijaan maan länsiosassa sateet olivat selvästi niukempia, Pohjanmaan maakunnissa ainoastaan 10–20 milliä, mikä on noin puolet tavanomaisesta. Yksittäisistä havaintoasemista eniten satoi Enonkoskella, jossa sadetta kertyi 55,5 mm. Vähiten satoi Kalajoella, jossa sadekertymä oli 10,8 mm. Suurin vuorokautinen sademäärä oli 16,8 mm, ja se mitattiin Sallan Naruskassa 9. päivänä.

Ilmatieteen laitoksen kuukausitiedotteissa on siirrytty käyttämään vertailukautena vuosien 1981–2010 ajalta laskettuja tilastoja. Maaliskuussa uuden vertailukauden keskilämpötilat ovat maan etelä- ja keskiosassa muutaman kymmenyksen edellisen vertailukauden keskilämpötiloja korkeampia, mutta pohjoisosassa keskilämpötila on paikoin muutaman kymmenyksen edellistä vertailukautta alempi. Sademäärissä ei ole suurta muutosta edelliseen vertailukauteen verrattuna.

Lisätietoja:

Maaliskuun säätilastot: http://ilmatieteenlaitos.fi/maaliskuu
Sääennusteet palvelevalta meteorologilta 24 h/vrk numerossa 0600 1 0600 (3,98 e/min + pvm)
Säätilastoja Ilmastopalvelusta puh. 0600 1 0601 (3,98 e/min+pvm)

Uusi jäätämisatlas auttaa löytämään suotuisimmat tuulienergian tuotantopaikat

[Ilmatieteen laitoksen tiedote:]

Jäätämisatlas auttaa täydentämään Suomen Tuuliatlaksen antamaa kuvaa suotuisista tuulivoiman tuotantopaikoista Suomessa.

Kuva: Emilia Mänttäri

Jään kertyminen tuulivoimalan roottorin lapoihin heikentää tuulivoimalan sähköntuotantoa, kasvattaa jään lentämisen riskiä ja voi aiheuttaa tuulivoimalan komponenttien ennenaikaista kulumista. Jäätämisatlaksesta saatavaa uutta tietoa voivat hyödyntää erityisesti tuulivoimatuottajat, tuulivoimalavalmistajat, -suunnittelijat ja -rakentajat arvioidessaan jäätävien olosuhteiden vaikutusta voimaloiden käytettävyyteen. Uusi jäätämisatlas otetaan käyttöön 15. maaliskuuta klo 12 osana Suomen Tuuliatlas karttakäyttöliittymää osoitteessa http://tuuliatlas.fmi.fi/fi/.

Jäätämisolosuhteet vaikuttavat tuulienergian tuotantoon

Jäätämisatlakseen on tuotettu tietoa Suomen jäätämisolosuhteista tuulienergian tuotannon kannalta. Jäätämiskartasto täydentää olemassa olevaa Suomen Tuuliatlaksen tuulisuusaineistoa. Karttaliittymän avulla voidaan selvittää paikalliset jäätämisarviot koko Suomen alueelta yhdessä paikkatietojen ja maantieteellisten kohteiden kanssa.

–Jäätämisatlaksen tulosten perusteella jäätämisherkimmät alueet löytyvät Pohjois-Suomen tunturialueilta ja rannikkovyöhykkeiltä erityisesti Perämereltä. Näillä riskialueilla jäätämiskausi käynnistyy keskimäärin lokakuussa ja päättyy huhti- ja toukokuun vaihteessa, Ilmatieteen laitoksen ryhmäpäällikkö Sami Niemelä. Tavoitteena on ollut tuottaa kuvaus jäätämisolosuhteista, kuten jäätämisen aktiivisen ja passiivisen vaiheen kestosta sekä jäätämisen aiheuttamista tuulienergian tuotantotappioista. Jäätämisatlas on luotu yhdistämällä Tuuliatlaksessa tuotettu säämalleihin perustuva tuuli-, lämpötila- ja pilvien olomuotoaineisto jäätämisen voimakkuutta laskevan mallin kanssa.

Jäätämisen synnyttämiä tuulienergian tuotantotappioita arvioitiin tietokonemallinnukseen perustuen määrittämällä tuulivoimalan lapoihin kertyvän tyypillisen jään määrä ja muoto, laskemalla jään aiheuttamat aerodynaamiset muutokset sekä muutosten vaikutus tuotettuun sähkötehoon. Jäätämisatlaksessa on mallinnettu Suomen Tuuliatlaksessa käytetyt neljä referenssivuotta, jotka parhaiten edustavat Suomen tuuliolosuhteita viimeisten 20 vuoden osalta.

Jäätämisatlaksen tulokset ilmoitetaan vuosi- ja kuukausikeskiarvoina, jotka on laskettu kolmen tunnin välein mallinnetusta jäätämistiedosta. Jäätämisaineisto esitetään 2,5×2,5 kilometrin hilaruudussa sekä kolmella eri korkeudella: 50, 100 ja 200 metriä. Jäätämisprosessit ja muodostuvan jään muodot voivat todellisuudessa olla monimuotoisempia, kuin tietokonemallinnuksella voidaan ottaa huomioon. Sen vuoksi jäätämisen vaikutus tuotantotappioihin voi olla suurempi kuin Jäätämisatlaksessa on esitetty.

Jäätämisatlastyön on toteuttanut yhteistyössä Ilmatieteen laitos ja VTT. Työ on ollut osa TEKES:in rahoittamaa projektia, IEA R&D WIND 2009 – 2011.

Lisätiedot:

Ilmatieteen laitos, Säämallit ja jäätämismallinnus: ryhmäpäällikkö, Sami Niemelä, puh. 050 573 7738 etunimi.sukunimi@fmi.fi

VTT, Tuulivoima jäätävissä oloissa, tutkija, Tomas Wallenius, puh. 0400 174 953, etunimi.sukunimi@vtt.fi

Yleiset Ilmatieteen laitoksen tuulienergiapalveluihin liittyvät kysymykset: tuulipalvelut@fmi.fi

Yleiset VTT:n tuulienergiapalveluihin liittyvät kysymykset, asiakaspäällikkö, Geert-Jan Bluemink, etunimi.sukunimi@vtt.fi

Jäätämisatlaksen ohjeet Suomen Tuuliatlas ohjesivuilta: http://www.tuuliatlas.fi

Pohjoisten soiden metsäojitus vähentää niiden kasvihuonekaasupäästöjä

Lakkasuon koeala, Hyytiälä. Edessä luonnontilaista sarasuota, takana metsäojitettu osa samasta suosta.

Varsin yleinen käsitys on, että kun luonnontilainen suo metsäojitetaan, se muuttuu hiilinielusta hiilen lähteeksi, ja lähinnä on keskusteltu siitä, kuinka paljon päästöt lisääntyvät. Tämä käsitys saattaa kuitenkin olla väärin. Samaten paikkaansa ei näyttäisi pitävän se, että metsäojitettuja soita kannattaisi palauttaa luonnontilaisiksi ilmastonmuutoksen torjunnan nimissä, vaan pikemminkin päinvastoin. Miksi?

Lyhyt vastaus on luonnontilaisten soiden metaanipäästöt ja metsäojitettujen soiden parempi hiilensidontakyky. Pidempi vastaus perusteluineen alla.

Metaani (CH4)
Metaani on sadan vuoden aikajänteellä yleisesti määritelty noin 20-kertaa pahemmaksi kasvihuonekaasuksi kuin hiilidioksidi. 20 vuoden aikajänteellä vaikutus on noin 60 -kertainen. Metaani viipyy ilmakehässä keskimäärin noin 10 vuotta, joten lyhyellä aikavälillä se on todella tehokas ilmaston lämmittäjä. Tämä on hyvä pitää mielessä kun arvioidaan soiden ojitusten ilmastovaikutuksia.

Ilmakehän metaanipitoisuuksia vähentämällä voidaan ilmaston lämpenemistä hillitä varsin nopeasti, koska metaani pysyy ilmakehässä vain vähän aikaa, vaikka muuttuukin sitten hiilidioksidiksi joka pysyy ilmakehässä kauan. Jos siis pystyisimme nyt vähentämään merkittävästi metaanipäästöjämme, olisi ilmakehässä 10 vuoden päästä huomattavasti vähemmän metaania, ja siten kasvihuoneilmiökin olisi lievempi sen osalta. Hiilidioksidi sen sijaan säilyy ilmakehässä satoja tai tuhansia vuosia. Vaikka nyt lopettaisimmekin hiilidioksidipäästöt kokonaan, näkyisi se ilmakehän pitoisuuksissa vasta pitkän ajan kuluttua.

Metsäojitettu suo vs. luonnontilainen suo
Luonnontilaisten soiden hiilensidontaprosessit ovat hyvin hitaita ja perustuvat turpeen hitaaseen, mutta jatkuvaan muodostumiseen. Luonnontilaisissa soissa muodostuu myös merkittäviä määriä metaania, jolla on voimakas, mutta suhteellisen lyhytaikainen vaikutus ilmastoon. Soiden metaanipäästöt vaihtelevat suotyypin mukaan välillä 2-25 g CH4-C / m² / vuosi.

Soiden metsäojituksen tarkoituksena on yleensä ollut lisätä niiden puuston kasvua, joka luonnollisesti sitoo ilmakehän hiiltä itseensä. Tässä on onnistuttu Suomessa varsin hyvin, sillä sotien jälkeen ojitettujen suometsien puustoon sitoutuu tällä hetkellä hiiltä noin 3 miljoonaa tonnia vuodessa, kun puiden vuotuinen kasvu on noussut 1950-luvun 9,9 miljoonasta kuutiosta 17,4 miljoonaan kuutioon. Tästä valtaosa on ojituksen ja sen mahdollistaman aktiivisen metsänhoidon ansiota. On toinen kysymys, mitä tälle sitoutuneelle hiilelle teemme sitten kun metsä on hakkuukypsä.

Tämän lisäksi metsäojituksen jälkeiset muutokset suon kariketuotannossa mahdollistavat sen, että maaperään voi sitoutua hiiltä ojituksen jälkeenkin. Toisin sanoen lisääntynyt kariketuotanto saattaa pystyä kompensoimaan lisääntyneen turpeen hajotuksen aiheuttaman hiilipäästön.

Näiden lisäksi jo kevyt ojitus käytännössä lopettaa metaanipäästöt. Maan aerobisessa osassa metaania ravintonaan käyttävät bakteerit voivat jopa alkaa käyttämään ilmakehän metaania ravintonaan,  jolloin suosta voi tulla jopa metaanin-nielu. Tällä on nopea vaikutus kasvihuoneilmiöön, sillä metaani häviää ilmakehästä noin 10 vuodessa, jos sitä ei korvata uusilla metaanipäästöillä.

Karkeana yhteenvetona hehtaari metsäojitettua suota näyttää sitovan vuodessa vastaavan määrän kasvihuonekaasuja, kuin noin 40 000 kilometrin ajosta henkilöautolla pääsee ilmoille. Suomessa on lähteestä riippuen 4,7 – 5,7 miljoonaa hehtaaria metsäojitettuja soita.

Prosessi
Soiden anaerobisissa, eli veden pinnan alapuolella olevissa, kerroksissa muodostuu orgaanisen aineen hajotessa metaania. Suon ylemmissä aerobisen kerroksissa osa metaanista hapettuu sitä hajottavien bakteerien toimesta.  Luonnontilaisten soiden kasvillisuus, pääosin sarat, kasvattavat kuitenkin ns. ilmajuuria. Nämä ilmajuuret tarjoavat metaanille nopean ja helpon reitin suoraan ilmakehään ohi niiden maakerrosten, joissa metaani muuten voisi hajota.

Ojituksen seurauksena sarat väistyvät varpujen ja puiden vallatessa alaa, ja metaania tuottava anaerobinen kerros pienenee ja vetäytyy syvemmälle. Ojituksessa siis:

• Suon pohjavesi laskee jolloin suon metaanipäästöt vähenevät.
• Metaania kuljettavat sarat häviävät varpujen ja puiden tieltä.
• Muuttunut kariketuotanto mahdollistaa, että maahan voi sitoutua hiiltä ojituksen jälkeenkin.
• Syntyy sopiva ympäristö puuston kasvamiselle, joka sitoo myös hiiltä.

Tilastoja ja määriä
Suomen soiden metaanin päästökehitys on tähänastisen ojituksen vuoksi laskenut vuositasolla 900 000 tonnista noin 400 000 tonniin metaanihiiltä (0,9 Tg -> 0,4 Tg). Eli hieman alle puoleen. Metaanihiilellä tarkoitetaan ainoastaan metaaniin sisältyvää hiiltä, eli metaanihiilessä jätetään metaaniin sisältyvä vety (metaanimolekyylissä on yksi hiiliatomi ja neljä vetyatomia) ottamatta huomioon. Tämän takia metaanin massan ollessa 16 grammaa, metaanihiilen massa on vain 12 grammaa.

Metaanin lisäksi osa metsäojitetuista soista pystyy sitomaan maahan ja karikkeeseen myös hiilidioksidia luonnontilaista suota enemmän. Metsäojitettujen soiden maahan sitoutuvan hiilidioksidihiilen vuosittainen määrä Suomessa 1900 luvulta nykypäivään on lisääntynyt 3 100 000 tonnista 4 600 000 tonniin vuodessa (3,1 Tg -> 4,6 Tg).

Kun mukaan otetaan vielä se tekijä, että metsäojitettujen soiden puuston kasvu lisää niiden hiilen sidontakykyä verrattuna luonnontilaisiin soihin, muuttuu päästötase entisestään. Hiilen sitoutuminen puustoon riippuu paljon puuston iästä. Sotien jälkeen 1900-luvun puolivälissä metsäojitetuille soille istutettujen metsien hiilensidontakyky on tällä hetkellä parhaimmillaan, ja niihin sitoutuu noin 3 miljoonaa tonnia (3 Tg) hiilidioksidihiiltä vuodessa. Mikäli metsät hakataan, suuri osa hiilestä vapautuu takaisin ilmakehään seuraavina vuosikymmeninä, mutta osa jää myös pitkäaikaiseen säilytykseen joko kantoina maahan tai esim. rakennuksiin. Osa voidaan jopa muuttaa puuhiileksi ja käyttää maanparannukseen siten, että hiili ei palaudu ilmakehään. Uuden puuston kasvaminen alkaa aikanaan sitoa jälleen hiiltä.

Soiden pitämisellä luonnontilaisena on monia eri tavalla hyödyllisiä puolia, kuten esimerkiksi seuraavat:

• Suurempi biodiversiteetti, joka auttaa soiden elinympäristöjä selviämään paremmin muuttuvissa olosuhteissa.
• Ojitettujen soiden suurentunut riski palamiselle.
• Luonnontilaisten soiden pitkäaikainen (satojen vuosien aikana tapahtuva) viilentävä vaikutus, jossa turpeeseen sitoutunut hiili on pysyvästi poissa ilmakehästä, kun taas metaani muuttuu ilmakehässä hiilidioksidiksi alle kymmenessä vuodessa.
• Luonto- ja virkistysarvot, sillä luonnontilaiset suot ovat monien mielestä hienoja paikkoja.
• Avoimien sara-soiden heijastavuus (albedo) on huomattavasti parempi kuin havumetsien, varsinkin keväisin. Mikäli metsäojitetuille soille kasvaa havupuita, voi heijastavuuden heikkeneminen korvata vähentyneiden kasvihuonekaasupäästöjen viilentävät vaikutukset kokonaan, ja jopa ylittää ne.

Käsillä onkin vaikea kysymys: suojellako paikallista luonnontilaista suoluontoa, vai käyttääkö soiden täysi hiilensidontapotentiaali ilmastonmuutoksen hidastamiseksi? Alan tutkijat ovat myös arvelleet, että kiihtyvä ilmastonmuutos voi itsessään kuivattaa soita. Kun haihtuminen lisääntyy, suot muuttuvat puustoisempaan suuntaan ja metaanipäästöt vähenevät.

Ps.
Risto Isomäelle terveisiä, että 65. tapa jäähdyttää planeettaa ja sitoa ilmakehän hiiltä on viedä kaikki saatavilla olevat kaivinkoneet Siperian tundralle ojitushommiin siinä vaiheessa kun ikirouta rupeaa sulamaan ja suot uhkaavat päästää valtavia määriä metaania ilmakehään.

Lähteet
Hökkä, H., S. Kaunisto, K. T. Korhonen, J. Päivänen, A. Reinikainen, and E. Tomppo (2002), Suomen suometsät 1951–1994 (in Finnish), Metsätieteenaikakauskirja, 2B, 201–357.

Lohila, A., Minkkinen, K., Aurela, M., Tuovinen, J.-P., Penttilä, T., Laurila, T.2011. Greenhouse gas flux measurements in a forestry-drained peatland indicate a large carbon sink. Biogeosciences Discuss. 8, 5787–5825

Lohila, A., Minkkinen, K., Laine, J., Savolainen, I.., Tuovinen, J.-P., Korhonen, L., Laurila, T.,  Tietäväinen, H., Laaksonen, A. 2010. Forestation of boreal peatlands: Impacts of changing albedo and greenhouse gas fluxes on radiative forcing, J. Geophys. Res., 115, doi:10.1029/2010JG001327

Minkkinen, K. 1999. Effect of Forestry Drainage on the Carbon Balance and Radiative Forcing of Peatlands in Finland, Academic dissertation. http://urn.fi/URN:ISBN:951-45-8757-X

Ojanen P. 2011.  Reducing emissions with peatland drainage? Oral presentation in HENVI Global Environmental Change Research Program: Final Seminar, Wed 9th November 2011.

Strakova, P. 2010. Carbon dynamics in peatlands under changing hydrology: Effects of water level drawdown on litter quality, microbial enzyme activities and litter decomposition rates, Dissertationes Forestales 112, http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-651-314-3

Keinotekoinen fotosynteesi lähestyy käytännön sovelluksia

Tutkijat esittivät American Chemical Societyn 241. kansallisessa kokouksessa mahdollisen merkkipaalun pyrkimyksissä kohti uusiutuvaa energiaa – ensimmäisen käytännöllisen keinotekoisen lehden (eli kasvinlehteä matkivan laitteen). Kokouksessa he kertoivat kehittyneestä pelikortin kokoisesta aurinkokennosta, joka jäljittelee fotosynteesin (tai yhteyttämisen) nimellä tunnettua prosessia, jota vihreät kasvit käyttävät muuntaakseen auringonvalon ja veden energiaksi.

“Käytännöllinen keinotekoinen lehti on vuosikymmenien ajan ollut yksi tieteen Graalin maljoista”, sanoi tohtori Daniel Nocera, joka johti tutkimusryhmää. “Uskomme, että olemme tehneet sen. Keinotekoinen lehti on erityisen lupaava edullisena sähkönlähteenä köyhien kehitysmaiden kodeissa. Tavoitteenamme on tehdä jokaisesta kodista oma voimalaitoksensa”, hän sanoi. “Voidaan hyvin kuvitella kylien Intiassa ja Afrikassa lähitulevaisuudessa ostavan edullisen perusvoimajärjestelmän, joka perustuu tähän teknologiaan.”

Laite ei muistuta luonnossa esiintyviä vastineitansa tammissa, vaahteroissa ja muissa viherkasveissa, joita tutkijat ovat käyttäneet malleina pyrkiessään kehittämään uuden sukupolven aurinkokennoja. Laite on suunnilleen pelikortin muotoinen, mutta ohuempi. Se koostuu piistä, elektroniikasta ja katalyyteistä, eli aineista, jotka kiihdyttävät kemiallisia reaktioita, jotka muuten eivät joko tapahtuisi ollenkaan tai tapahtuisivat hitaasti.

Laite sijoitetaan muutamaan litraan vettä kirkkaaseen auringonvaloon, jolloin laite voisi tuottaa tarpeeksi sähköä kehitysmaiden talon yhden päivän tarpeiksi, Nocera sanoi. Sähkön raaka-aineita se tekee jakamalla vettä sen perusosiin, eli vedyksi ja hapeksi. Tuotettu vety ja happi otettaisiin talteen polttokennoon, joka käyttää näitä kahta ainetta sähkön tuottamiseen. Laite sijoitettaisiin joko talon katolle tai ulkoseinälle.

Nocera, joka työskentelee Massachusetts Institute of Technologyssa, huomauttaa, että keinotekoinen lehti ei ole uusi käsite. Ensimmäisen keinotekoisen lehden kehitti yli kymmenen vuotta sitten John Turner, joka työskentelee Coloradon Boulderissa sijaitsevassa U.S. National Renewable Energy Laboratoryssa (Yhdysvaltain kansallinen uusiutuvan energian laboratorio). Turnerin laite yhteytti tehokkaasti, mutta se ei ollut käytännöllinen, sillä se koostui harvinaisista, kalliista metalleista ja oli lisäksi erittäin epävakaa – se ei tahtonut kestää edes yhtä päivää.

Noceran uusi lehti voittaa nämä ongelmat. Se on valmistettu edullisista materiaaleista, jotka ovat yleisesti saatavilla. Se toimii yksinkertaisissa olosuhteissa ja on erittäin vakaa. Laboratoriokokeissa keinotekoisen lehden prototyyppi saattoi toimia toimia yhtäjaksoisesti vähintään 45 tuntia tehon kärsimättä tippaakaan.

Tämän läpimurron tekivät mahdolliseksi Noceran äskettäin löytämät voimakkaat ja edulliset katalyytit, jotka on tehty nikkelistä ja koboltista, ja jotka pystyvät jakamaan vettä tehokkaasti vedyksi ja hapeksi yksinkertaisissa olosuhteissa. Tällä hetkellä Noceran lehti on noin 10 kertaa tehokkaampi yhteyttäjä kuin luonnolliset kasvien lehdet. Hän on kuitenkin toivekas, että voi parantaa keinotekoisten lehtien tehokkuutta vielä paljon suuremmaksi tulevaisuudessa.

“Luonto saa käyttövoimansa yhteyttämisestä ja uskon, että tulevaisuuden maailma saa myös käyttövoimansa yhteyttämisestä tämän keinotekoisen lehden muodossa”, Nocera sanoi.

Lähde: Debut of the first practical “artificial leaf” – American Chemical Societyn tiedote

Sulasuolareaktori – energiaa toriumista

Tässä artikkelissa kerrotaan ydinvoimatekniikasta, joka tarjoaa lähes ehtymättömän ja päästöttömän energialähteen, sekä ratkaisun ydinjäteongelmaan. Tekniikan avulla voidaan muuntaa myös nykyiset ydinjätteet huomattavasti helpommin hävitettävään muotoon samalla kun niistä saadaan vielä paljon energiaa talteen. Polttoainetta tämä tekniikkaa kuluttaa vain noin sadasosan nykyisiin ydinvoimaloihin verrattuna, eikä polttoaine ei ole uraani, vaan kolme kertaa yleisempi alkuaine torium. Laskennallisesti koko maailman energiantarve voitaisiin tyydyttää alle kymmenellä tuhannella tonnilla toriumia vuodessa.

Teksti on yritetty kirjoittaa mahdollisimman helppotajuiseksi. Vaikeita termejä on linkitetty selittäviin lähteisiin.

Nykyiset ydinvoimalat toimivat poikkeuksetta uraanilla, tarkemmin sanottuna uraani-isotoopilla 235, (isotooppi?) joka neutronipommituksessa halkeaa vapauttaen lämpöenergiaa. Uraani-isotooppi 238 ei halkea, mutta muuttuu neutronisäteilyssä muutamien välivaiheiden kautta plutonium-isotoopiksi 239, joka uraani-235 tavoin halkeaa. Uraani-238 ei siis ole fissiili, eli halkeava. Uraani-238 on sen sijaan fertiili, mikä tarkoittaa, että se voidaan neutronisäteilyn avulla muuttaa fissiiliksi plutonium-239:ksi. Alkuaineen muuttumista toiseksi alkuaineeksi sanotaan transmutaatioksi, ja kun sitä tehdään ydinreaktorissa, puhutaan hyötämisestä. Uraani-238 voidaan siis hyötää plutonium-239:ksi, ja sillä tavalla käyttää polttoaineena.

Hyötäminen on englanniksi breed, (synnyttää, lisääntyä, kasvattaa), mikä sanana kuvastaa paremmin mistä tässä on kysymys.

Käytössä olevat kevytvesireaktorit toimivat ns. hitailla neutroneilla. Niissä käytetään vettä neutronien hidastamiseksi, ja niitä kutsutaankin hitaiksi, tai termisikisi reaktoreiksi. Ne hyötävät U-238:aa plutoniumiksi jonkin verran, mutta varsinaiset hyötöreaktorit ovat nopeita reaktoreita. Niissä ei ole hidastinta, ja nimensä mukaisesti ne toimivat nopeilla reaktoreilla. Esim. aiemmin käsitelty IFR on nopea reaktori. Ne voivat tuottaa enemmän polttoainetta kuin kuluttavat.

Torium on kolme kertaa uraania yleisempi alkuaine. Se on uraani-238 tavoin fertiili, eli se voidaan neutronisäteilyssä hyötää, jolloin siitä tulee fissiili uraani-233. Toisin kuin uraani-238, toriumia voidaan hyötää myös hitaissa reaktoreissa. Sitä on suunniteltu käytettäväksi lisänä nykyisissäkin kevytvesireaktoreissa, sekä Kanadalaisissa raskasvesireaktoreissa.

Toriumin käyttöön soveltuu hyvin ns. sulasuolareaktori, jonka mielenkiintoista historiaa käsiteltiin edellisessä artikkelissa. Seuraavaksi keskitytään tekniikkaan ja sen suomiin mahdollisuuksiin.

Sulasuolareaktori, MSR (Molten Salt Reactor) tai LTFR (Liquid Torium Fluoride Reactor) eroaa täysin muista reaktoreista. Sen polttoaine on nestemäisessä muodossa, suolaseoksena, esim. LiF-BeF₂-ThF₄-UF_4. Suola toimii myös jäähdytteenä.

MSR on hidas reaktori. Hidastimena toimii grafiittisydän, jonka läpi suola kierrätetään. Ydinreaktiot tapahtuvat hitaiden neutronien alueella grafiittisydämessä. Lämmennyt suola johdetaan lämmönvaihtimeen jossa lämpöenergia otetaan talteen ja muutetaan sähköksi perinteisellä höyryturbinilla. Kuvassa 1 nähdään MSR-laitoksen periaatekaavio.

Kuva 1.

MSR:n korkea toimintalämpötila, jopa yli 700˚C mahdollistaa myös kaasuturbiinin käyttämisen lämpövoimakoneena. Energiantuotannossa käytettäisiin työaineena heliumia ja hermeettistä kaasuturbiinia suljetulla kierrolla. Tämä teknisesti hyvin vaativa ja kallis turbiinikoneisto tuottaisi höyryturbiinia paremman hyötysuhteen, mutta MSR:n ensimmäiset sovellukset tultaneen näkemään perinteisellä, edullisella höyryturbiinilla toteutettuna.

Koska suolan kiehumispiste ylittää reaktorin käyttölämpötilan, reaktori toimii ilmakehän paineessa, eikä raskasta ja kallista paineastiaa tarvita. Laitoksen aktiivisella alueella ei voi tapahtua höyryräjähdyksiä.

Suola ei missään olosuhteissa syty palamaan, eikä reaktorin polttoaine voi sulaa koska se on jo sulassa muodossa.

Reaktori koostuu kevytrakenteisesta säiliöstä, jonka sisällä on grafiittisydän ja yksinkertainen säätösauvakoneisto. Kuvassa 2 nähdään MSRE koereaktorin grafiittisydän ja reaktorisäilö, jossa sydän sijaitsee.

Kuva 2.

Säiliön pohjassa on kiinteällä suolalla tukittu aukko. Suolatulppa pidetään kiinteänä jäähdyttämällä sitä. Jos sähköenergian saanti katkeaa ja suolatulpan jäähdytys pysähtyy, tai reaktori muusta syystä ylikuumenee, suolatulppa sulaa ja reaktorin sisältö valuu putkea pitkin alapuolella olevaan varastosäiliöön. Reaktori pysähtyy itsestään, koska fissiota ei voi tapahtua grafiittisydämen ulkopuolella. Varastosäiliö on passiivisesti jäähdytetty, eikä se voi ylikuumentua jälkilämmöstä.

MSR omaa voimakkaan negatiivisen lämpötilakertoimen, joka tarkoittaa sitä, että sen teho pienenee lämpötilan noustessa. Ilmiö johtuu suolan lämpölaajenemisesta. Mitä kuumempaa suola on, sen vähemmän sitä mahtuu grafiittisydämeen ja sen vähemmän fissiota tapahtuu. Reaktorin teho säätyy itsestään sen mukaan, paljonko tehoa siitä otetaan ulos. Säätösauvoja ei tehonsäätöön välttämättä tarvita lainkaan. (Yhden lähteen mukaan kokonaislämpötilakerroin olisi positiivinen)

Koska polttoaine on suolaliuoksessa, polttoainesauvoja ei tarvitse valmistaa. Reaktorin yhteydessä on suolaliuoksen käsittelylaitteisto, jossa fissiotuotteet erotetaan, aktinoidit palautetaan ja tuoretta toriumia lisätään kiertoon. Reaktoria ei tarvitse pysäyttää polttoaineen latausta varten. Useita muitakin mahdollisia polttoainekiertoja on tutkittu. Esimerkiksi nykyisten ydinvoimaloiden korkea-aktiiviset jätteet voitaisiin tässä järjestelmässä käsitellä siten, että loppusijoitukseen menevän jätteen määrä vähenee muutamaan sadasosaan nykyisestä, ja loppusijoitusajan tarve vähenee kymmenistä tuhansista vuosista noin kolmeensataan vuoteen.

MSR:n polttoaineenkulutus vastaa IFR:n kulutusta, ollen n. 1000 kg vuodessa 1000 MW:n laitosta kohti. Kuvan 3 kahdensadan litran tynnyriin mahtuisi 1000 MW toriumvoimalan kahden vuoden polttoaineet.

Kuva 3.

IFR:n tavoin MSR:n käytetty polttoaine sisältää pääasiassa fissiotuotteita, ei pitkäikäisiä aktinoideja. Jätteen radioaktiivisuus vähenee luonnonuraanin tasolle n. 300 vuodessa. Tätä pidempää loppusijoitusta ei tarvita.

Kuvassa 4 on verrattu torium-voimalan polttoainekiertoa käytössä olevien ydinvoimaloiden polttoainekiertoon.

Kuva 4.

Nykyinen voimala:

• tarvitsee 250 tonnia luonnonuraania kaivoksesta
• rikastuksessa saadaan 35 tonnia rikastettua polttoainetta, josta valmistetaan polttoainesauvoja
• rikastuksessa jää yli 215 tonnia köyhdytettyä uraania
• polttoaine ladataan reaktoriin, jossa U-235 palaa, osa U-238:sta muuttuu Pu-239:ksi josta osa palaa ja osaa jää käytettyyn polttoaineeseen
• käytettyä polttoainetta, eli korkea-aktiivista jätettä syntyy 35 tonnia
• jäte sisältää 33,4 tonnia U-238, 300 kg U-235, 300 kg plutoniumia, 1000 kg fissiotuotteita

MSR-toriumvoimala:

• tarvitsee yhden tonnin toriumia kaivoksesta
• rikastusta ei tarvita
• torium syötetään reaktorin suolakiertoon
• käytettyä polttoainetta, eli korkea-aktiivista jätettä syntyy yksi tonni
• jäte sisältää fissiotuotteita
• 83% fissiotuotteista muuttuu vaarattomiksi kymmenessä vuodessa
• loput 17% fissiotuotteista muuttuu vaarattomiksi 300 vuodessa, tämän pidempää loppusijoitusta ei tarvita
• jätteessä on plutoniumia n. 30 grammaa

Käytetyn polttoaineen plutonium ei sovellu pommin valmistamiseen, koska se ei ole riittävän puhdasta.

MSR voidaan rakentaa hyvin monen kokoiseksi, alle megawatin kokoisesta aina tuhansiin megawatteihin asti. Sen mekaaninen rakenne on erittäin yksinkertainen. Periaatteessa mikä hyvänsä levyrakenteita valmistava, erikoisterästen muokkaamisen ja hitsaamisen taitava konepaja pystyisi niitä valmistamaan. Se soveltuu erinomaisesti sarjatuotantoon, jolloin hintaa saadaan pudotettua. Koska reaktori on paineeton, suojarakennuksen ei tarvitse olla yhtä massiivinen kuin nykyisissä laitoksissa. Onkin esitetty arvioita, että MSR-laitoksen rakentamiskustannukset voisivat olla nykyisiä ydinvoimaloita alhaisemmat ja rakentamisaika lyhyempi.

MSR toimii korkeammassa lämpötilassa kuin IFR, jopa yli 700˚C. Näin ollen sillä voidaan suoraan korvata myös ylikriittisten hiilivoimaloiden kattilat ja hyödyntää jo olemassa oleva turbiinikoneisto, sähköverkko ja muu infrastruktuuri. Tämä saattaisi olla kaikkein tehokkain tapa lopettaa suurimman yksittäisen CO2-lähteen, kivihiilen polttaminen.

Korkea lämpötila tekee myös sähkön ja lämmön yhteistuotannon edulliseksi.

Koska torium ei ole fissiili, MSR-reaktoria ei voi käynnistää pelkällä toriumilla, vaan se tarvitsee alkulataukseen riittävän määrän fissiiliä uraani-235, uraani-233 tai plutonium-239 -isotooppia.

Kuten IFR, tämäkään tekniikka ei ole valmis kaupallistettavaksi. Kiina ilmoitti tammikuun lopussa käynnistävänsä MSR-reaktorin kehityshankkeen. Lähempänä toteutumista on Japanin 10 MWe:n demonstraatiolaitos miniFUJI, jota seuraisi 200 MWe:n FUJI.

Kuva 5. Japanin suunnitelma, 200 MWe:n FUJI MSR-toriumvoimala.

FUJIn on ennakoitu tuottavan sähköä 30% nykyisiä ydinvoimaloita halvemmalla tarjoten siten kaupallisen kilpailijan myös suurimmalle hiilidioksidilähteelle, kivihiilelle.

(Tekstiä editoitu 28.2.2011, sisältöön ei muutoksia.)

Lähteet:

1. Wikipedia: Molten salt reactor
2. Energy from Thorium
3. The Nuclear Green Revolution
4. ThoriumMSR
5. LFTRs to Power the Planet
6. Thorium Energy
7. MOLTEN-SALT REACTORS—HISTORY, STATUS, AND POTENTIAL
8. PHYSICAL PROPERTIES OF MOLTEN-SALT REACTOR FUEL, COOLANT, AND FLUSH SALTS
9. Molten Fluorides as Power Reactor Fuels
10. MOLTEN-SALT REACTORS
11. Molten Salt Reactor (MSR) – sulasuolojen ominaisuudet
12. Molten Salt Reactors and Possible Scenarios for Future Nuclear Power Deployment
13. China enters race to develop nuclear energy from thorium

Sulasuolareaktori – katsaus historiaan

Olen aikaisemmin kirjoittanut IFR-ydinvoimakonseptista, joka on yksi varteenotettava vaihtoehto fossiilienergialle tulevaisuudessa. IFR käyttää polttoaineena uraania kuten nykyisetkin ydinvoimalat, mutta käyttää sen sata kertaa nykyistä tehokkaammin. Uraanin riittävyys ei aseta esteitä vaikka kaiken ihmiskunnan tarvitseman energian tuottamiseksi tällä tekniikalla tuhansia vuosia eteenpäin.

IFR ja uraani eivät ole ainoat vaihtoehdot. Torium, alkuaine numero 90, kelpaa myös ydinpolttoaineeksi. Toriumia on maankuoressa kolme kertaa enemmän kuin uraania. Toriumin käyttöön soveltuu hyvin ns. sulasuolareaktori, josta käytetään lyhennettä MSR sanoista Molten Salt Reactor. Se on tekniikkana ilmeisesti vielä huonommin tunnettu kuin IFR:n kaltaiset nopeat reaktorit, eikä ole harvinaista, että täyden uran palvelleet ydinvoimainsinöörit eivät ole kuulleetkaan siitä.

Suolasulareaktorin historia alkaa Yhdysvalloista 1940-luvulta, jolloin sitä suunniteltiin lentokoneen voimanlähteeksi. Kehitystyö tehtiin Oak Ridge National Laboratoryssa vuosina 1946-1961. Ensimmäinen pieni koereaktori oli toiminnassa marraskuussa 1954. Se tuotti yhteensä 96 megawattituntia 221 käyttötunnin aikana, saavutti 2,5 MWt:n tehon ja 860˚C lämpötilan, mikä riittää mainiosti lentokoneen kaasuturbiinille. [4]

Kuva 1.

Kuvassa 1 nähdään hahmotelma lentokoneen ydinvoimamoottorista. Sen sijaan, että kaasuturbiinissa kokoon puristettu ilma lämmitetään kerosiinia polttamalla, se lämmitetään ydinreaktorista saatavalla lämmöllä. Radioaktiivinen polttoaine on suljetussa kierrossa eikä sitä vapaudu moottorista ilmakehään. Moottorista tulee vain kuumaa ilmaa. Onnettomuustilanteessa riski radioaktiiviselle päästölle on luonnollisestikin suuri.

Yksi B-36 pommikone (Kuva 2.) varustettiin toimivalla reaktorilla ja sillä tehtiin 47 koelentoa vuosina 1955-1957. Kone lensi omilla moottoreillaan, ei siis reaktorin voimalla. Tarkoituksena oli aluksi ainoastaan testata, miten reaktoria voidaan käyttää lentokoneessa. Kone oli varustettu 12 tonnia painavalla lyijysuojauksella miehistön suojaamiseksi säteilyltä. [2]

Kuva 2.

Kylmän sodan aikaan suurvalloilla oli tapana partioida pommikoneilla Pohjoisnavan yllä valmiina nopeasti hyökkäämään vihollisen kimppuun. Ydinvoimalla toimiva lentokone olisi voinut pysytellä ilmassa viikkoja yhteen menoon ja lentää ilman välitankkauksia minne tahansa Maapallolla. Sitten keksittiin mannertenväliset ohjukset ja tämä suunnitelma kävi tarpeettomaksi.

Reaktorin kehitystyö kuitenkin jatkui. Alettiin tutkia sen soveltuvuutta siviilikäyttöön. Kymmenen megawatin koereaktorin suunnittelu aloitettiin vuonna 1960. Rakentaminen aloitettiin 1½ vuotta myöhemmin ja reaktori (Kuva 3.) käynnistettiin kesäkuussa 1965. Laskuvirheen takia se toimi vain 8 megawatin teholla, mutta sillä ei ollut kehitystyön kannalta merkitystä. Polttoaineena oli aluksi uraani-235, joka myöhemmin vaihdettiin uraani-233:ksi, ja plutonium-239:kin kokeiltiin.

Kuva 3.

Reaktorin toiminta päättyi joulukuussa 1969 lupaavin tuloksin. Suunnitelmissa oli rakentaa uusi, kertyneiden kokemusten perusteella parannettu koereaktori, mutta tammikuussa 1973 projekti määrättiin lopetettavaksi. Vuotta myöhemmin se kuitenkin käynnistettiin uudelleen, kunnes se 1976 päättyi lopullisesti ”säästösyistä”, sekä joihinkin vuonna 1971 havaittuihin teknisiin ongelmiin vedoten, jotka kuitenkin oli sittemmin jo ratkaistu. [1]

Suolasulareaktorilla ei ollut käyttöä pommimateriaalin valmistuksessa, joten puolustusvoimia se ei lentokonesuunnitelman hautaamisen jälkeen kiinnostanut.

Kehitystyö ei päättynyt kokonaan vuoteen 1976, vaan on jatkunut eri puolilla maailmaa. Yhtään uutta koereaktoria ei ole rakennettu, mutta kehitystyötä on tehty ”paperilla” sekä reaktorin, että polttoaineenkäsittelyn ja vaihtoehtoisten polttoainekiertojen ympärillä.

Kuluvan vuoden tammikuun lopussa Kiina ilmoitti ryhtyvänsä suolasulareaktorin kehitystyöhön. Projektin kestoksi on suunniteltu 20 vuotta. Koska ensimmäinen toimiva suolasulareaktori rakennettiin vain muutamassa vuodessa, ja koska Kiinalla on todennäköisesti tehdyn kehitystyön tulokset hallussaan, on hyvin mahdollista, että Kiina pystyy kaupallistamaan tämän tekniikan huomattavasti 20 vuotta lyhyemmässä ajassa. Silloin Kiinalla olisi käytössä ylivoimaisen edullinen, ehtymätön ja päästötön energiamuoto. Ydinvoiman synnyinmaa Yhdysvallat on pahasti putoamassa tämän kehityksen kelkasta. Myös Japanissa on suunnitelmia MSR:n kaupallistamiseksi.

Euroopassakin olisi osaamista MSR:n kehitystyöhön, ja jonkin verran työtä tehdäänkin ainakin Tsekeissä, Italiassa ja ehkä vähän yllättäen Norjassa, jolla on runsaita toriumesiintymiä. Suunnitelmia on myös vastustettu, etenkin Ranskassa, koska Ranskan ydinvoimateollisuudella on vielä myyntituloja saamatta nykyisistä G3+ laitoksistaan, joihin mm. Olkiluoto 3:n EPR kuuluu.

Seuraavassa, maanantaina 21.2. ilmestyvässä artikkelissa, perehdymme suolasulareaktorin tekniikkaan ja mahdollisuuksiin tulevaisuuden energianlähteenä.

Lähteitä:

1. The Molten Salt Reactor Adventure
2. Nuclear Powered Aircraft
3. Aircraft Nuclear Propulsion
4. The Aircraft Reactor Experiment-Operation
5. Molten-Salt Reactor Experiment
6. A Brief History of the Fluid Fuel Reactor