Nuorten Luonto

Julkaistu: 28.2.2012

Teksti: Ilkka Hiltunen
Kuva: Kevin Connors

Ympäristöystävällisen energiantuotannon perustan muodostavat uusiutuvat energianlähteet. Nuorten Luonto tutustui alan uusimpiin innovaatioihin aaltoenergiasta bioetanoliin.

Planeettamme on pullollaan hyödynnettävissä olevaa uusiutuvaa energiaa eri muodoissa. Auringonvaloa, tuulen ja veden liikettä sekä maankuoren lämpöä voidaan muuttaa sähköksi ilman merkittäviä päästöjä. Kasvien kasvattaminen energiantuotantoon puolestaan sitoo hiilidioksidia, minkä ansiosta kasvipohjaisten polttoaineiden käyttö ei välttämättä lisää kasvihuonepäästöjä.

Seuraavaksi esiteltävät energiantuotantotavat ovat vielä kehittelyasteella. Niiden tarkoituksena on muuttaa luonnollisesti uusiutuvia energian muotoja kestävällä tavalla nykyaikaisen yhteiskunnan tarpeisiin.

Energinen maininki

Maailman merivesissä on valtavasti hyödynnettävissä olevaa energiaa eri muodoissa. Aaltojen, merivirtojen ja vuorovesien sisältämän liike-energian lisäksi on tutkittu myös vesimassojen keskinäisiin lämpötila- ja suolapitoisuuseroihin perustuvaa energiantuotantoa. Viime vuosina erityisesti aaltovoiman kehittämiseen on panostettu.

Aaltovoima tarkoittaa tuulen meren pinnalla aikaansaaman aaltoilun hyödyntämistä. Liike-energia voidaan muuntaa sähköksi monin eri tavoin. Esimerkiksi aaltojen mukana kelluvan poijun liikettä voi käyttää pumppaamaan nestettä, joka pyörittää generaattoria. Toinen kehitelty ratkaisu on käyttää kelluvaa, pitkulaista vaimenninta, joka toimii pumppuna taittuessaan ja oikaistuessaan aallokossa.

Aaltoenergian hyväksikäytön suurimmat haasteet liittyvät laitteiston kunnossapitoon. Huoltoa vaikeuttaa se, että ainakin osa laitteistosta sijaitsee merellä, jossa olosuhteet eivät aina ole suotuisat. Merenkäynti yltyy väistämättä joskus rajuksi, mikä asettaa kovia vaatimuksia laitteiston kestävyydelle. Aaltovoimaloita on turha rakentaa, jos ne eivät kestä myrskyjä.

Aaltovoiman etuna on laaja potentiaali: energiantuotantoon soveltuvia rannikkoalueita on runsaasti ympäri maailman. Aallokoiden voimakkuus on myös yleensä helppoa ennustaa jopa päiväkausia etukäteen, mikä edistää luonnonvoimista riippuvaisen energiantuotannon tehokkuutta.

Maa on voimaa

Maankuoreen johtuvaa lämpöä, joka syntyy pääosin mineraalien radioaktiivisen hajoamisen tuloksena maan sisuksissa, kutsutaan geotermiseksi energiaksi. Paikoissa, joissa maaperä läpäisee geotermistä lämpöä tuoden sen lähelle maan pintaa, tämän energian hyödyntäminen on suhteellisen helppoa. Esimerkiksi tuliperäisellä Islannin saarella tuotetaan yli neljäsosa sähköstä geotermisellä voimalla.

Uudet, tehostetut geotermiset järjestelmät mahdollistavat maankuoren lämpöenergian hyödyntämisen myös alueilla, joilla lämpö ei luonnostaan kohoa maan pinnalle. Perusideana on tehdä kalliosta läpäisevää pumppaamalla maaperään vettä kovalla paineella porakaivosta. Geotermisen lämmön kuumentama vesi nousee toisesta porakaivosta ylös voimalaitokseen, jossa lämpö käytetään sähköntuotantoon. Jäähtynyt vesi pumpataan takaisin kallioon.

Tehostettujen geotermisten järjestelmien suurin tekninen haaste on, että kaivot pitää porata useiden kilometrien syvyisiksi, jotta saavutetaan energiantuotannon kannalta riittäviä lämpötiloja. Tehostamiseen voi liittyä myös riski, että kallion murtaminen heikentää maaperän vakautta. Tämä saattaa johtaa seismisesti aktiivisilla alueilla maanjäristyksiin tai maan kohoamiseen. Paikallisten riskien ei kuitenkaan katsota olevan merkittävä rajoite geotermisen energiantuotannon kehittämiselle.

Tehostettu geoterminen energia on lupaava energiantuotantomuoto erityisesti siinä mielessä, että sillä kyetään tuottamaan energiaa tasaisesti ja lähes missä tahansa. Esimerkiksi tuuli- ja aurinkovoiman tuotanto vaihtelee sääolojen mukaan, ja vaikka ne voivat tukea toisiaan, tarvitaan lisäksi voimalaitoksia, joiden tuotanto on tasaisen varmaa.

Fiksumpaa alkoholinkäyttöä

Bioetanoli on kasviperäinen polttoaine, jota valmistetaan nykyisin tärkkelys- tai sokeripitoisista kasveista, kuten maissista ja sokeriruo’osta.

Sokeriruoko on verrattain hyvä raaka-aine, mutta sen kasvattaminen on kannattavaa lähinnä vain tropiikissa. Maissin ja muiden viljojen kasvattaminen puolestaan vaatii paljon energiaa suhteessa siitä saatavaan energiaan, joten etanolin valmistaminen niistä ei ole erityisen tehokasta tai kestävää. Lisäksi polttoainetuotantoon nykyisin käytettävien kasvien viljelystä seuraa maankäyttöön ja veden kulutukseen liittyviä ongelmia.

Biopolttoaineiden tuotannon heikkouksia pyritään korjaamaan kehittämällä menetelmiä, joiden avulla polttoaineita voidaan valmistaa ekologisesti kestävämmistä raaka-aineista. Etanolin tuotannon kehittelyssä tutkitaan lignoselluloosan eli kasvien puumaisen rakenneaineksen muuttamista etanoliksi. Tällaista menetelmää hyödyntämällä etanolin raaka-aineena voitaisiin käyttää maatalouden ja puuteollisuuden jätteitä sekä vähemmän vaativia heinäkasveja.

Selluetanolia voidaan valmistaa kahdella eri periaatteella. Hapon tai entsyymien avulla selluloosa voidaan hajottaa sokereiksi. Niistä taas saadaan käymisprosessin tuloksena etanolia. Toinen keino käsitellä selluloosaa on kaasuunnuttaminen, jolloin saadaan häkää ja vetyä. Nämä kaasut voidaan muuttaa etanoliksi käymisen tai kemiallisen katalyysin avulla.

Selluetanolin tuotannon kehittämisen kannalta ratkaiseva kysymys on, kuinka tehokkaasti raaka-ainetta saadaan muunnettua polttoaineeksi. Tehokkuus vaikuttaa sekä polttoaineen hintaan että tuotantomääriin. Muuntamisprosessin kehittämisessä entsyymien ja niiden tuottamisen tutkimus on ollut merkittävässä roolissa. Kehittämisprojekteihin on kuulunut keinotekoisten entsyymien rakentamista ja entsyymejä tuottavien sienten geenimuuntelua.

Vaikka selluloosaetanoli vaikuttaakin hyvältä vaihtoehdolta viljasta tehtyyn etanoliin verrattuna, koko projektin mielekkyys voidaan kyseenalaistaa. Etanolin valmistuksen sijaan voi olla energiatehokkaampaa käyttää biomassaa polttoaineena sähköntuotannossa ja siirtyä sähkökäyttöisiin ajoneuvoihin. Toisaalta etanolin käyttöönotto polttomoottoreissa saattaa olla helpompi ratkaisu. Etanolia käytetäänkin yleisesti bensiinin jatkeena myös täälläpäin maailmaa.

Ja maailma pelastuu?

Vaikka nykyiset ja kehitteillä olevat uusiutuvat energiantuotantotavat olisivatkin ympäristön kannalta huomattavasti parempi ratkaisu kuin fossiiliset polttoaineet tai ydinvoima, niiden laajemmalle hyödyntämiselle on merkittäviä esteitä.

Pidemmälle kehittyneet uusiutuvat energiantuotantomuodot ovat taloudellisesti kilpailukykyisiä, mutta vallitsevat yhteiskuntajärjestelmät ovat rakentuneet uusiutumattomien energialähteiden perustalle. Tämä näkyy esimerkiksi siinä, ettei uusiutumattoman energian hintaan lasketa sen aiheuttamien ympäristöongelmien kustannuksia.

Voidaan kuitenkin nähdä kannustavana, että esteet kestävämmän energiantuotannon laajamittaisemmalle yleistymiselle ja kehittymiselle ovat lähinnä järjestelykysymyksiä. Tarvittava teknologia ja osaaminen ovat jo olemassa tai hyvässä kehitysvauhdissa – ne on vain kyettävä ottamaan käyttöön.