Uusiutuvaa energiaa
Uusiutuvaa energiaa

Maa pursuaa energianlähteitä, joilla yhteiskunta voi pyöriä tulevaisuudessa, kun maaperän öljy- ja hiilivarat on käytetty loppuun. 

© Shutterstock

Tulevaisuuden energianlähteet

Maan sisus, ihmisen elimistö ja meret. Kun fossiiliset polttoaineet, kuten hiili, öljy ja kaasu, jäävät historiaan, energiaa saadaan monista eri lähteistä.

tiistai 9. tammikuuta 2018 teksti Rolf Haugaard Nielsen

Maailman energiankulutus on kasvanut 20 viime vuoden aikana yli 50 prosenttia – ja kehitys vain jatkuu. 

Nykyisin maapallon noin seitsemän miljardia ihmistä kuluttaa energiaa vähintään 14 miljardin öljytonnin edestä joka ainoa vuosi. Vain seitsemäs­osa tarpeesta tyydytetään uusiutuvilla energianlähteillä ja ydinvoimalla. Yli 80 prosenttia energiasta tuotetaan siis yhä polttamalla kivihiililtä, öljyä ja maakaasua. 

Miljoonien vuosien kuluessa muodostuneet fossiiliset poltto­aineet on mahdollista käyttää loppuun geologisessa mielessä silmänräpäystä vastaavassa ajassa. Kansainvälinen energia-alan yritys BP arvioi, että nykyisellä kulutuksella hiilivarat riittävät 153 vuotta ja öljyvarat 50 vuotta.

Siksi tulevaisuudessa energiantarve pitää tyydyttää uusiutuvilla lähteillä, jotka takaavat sen, että sähköä saadaan myös 100 vuoden kuluttua. 

Tutkijat ja insinöörit eri puolilla maailmaa kehittelevät parhaillaan menetelmiä tulevaisuuden energianlähteiksi.  

# VIHREÄÄ

Tuulivoima menee eteenpäin

Vindmøller
© Shutterstock

1980-luvulla tuulivoimateollisuus alkoi järjestelmällisesti kehittää alaa. 

Tuolloin tuuliturbiinit pyörivät 15 metrin korkeudessa 55 kilowatin teholla, eli ne tuottivat ihanneolosuhteissa sen verran sähköä, että sillä keitti kahvit kerran päivässä vuoden jokaisena päivänä. 

2017 Englannissa avatussa merituulipuistossa maailman suurimpien – kahdeksan megawatin – tuuliturbiinien lavat käyvät 187 metrin korkeudessa veden pinnasta. 

Yhdellä roottorin pyörähdyksellä syntyvä sähkömäärä tyydyttää yhden kotitalouden vuorokausitarpeen.

  • NYKYTILANNE: Tuulivoiman osuus maailman sähköntuotannosta on 3 %. 2050 sen ennustetaan olevan 33 %.

  • EDUT: Merellä on tilaa suurille tuulipuistoille, jotka voivat hyödyntää vakaata pintatuulta esteettömästi.

  • HAITAT: Tuulivoimamelu voidaan kokea asutuilla alueilla häiritseväksi.

Perehdy upean universumimme yksityiskohtiin tilaamalla Tieteen Kuvalehti

Talot tulevat omavaraisiksi  

Solceller
© Shutterstock

Nopeimmin kasvava energiantuotannon ala on aurinkovoima. 

Osuuden kasvu perustuu paitsi suuriin mm. aavikoille perustettaviin voimaloihin myös pieniin aurinkosähköjärjestelmiin, joissa hyödynnetään esim. katteiksi ja ikkunoiksi sopivia paneeleja. 

Sähköä voidaan varastoida suurkapasiteettiakkuihin.

Vuorovesi jauhaa sähköä

11,5 neliökilometrin patoallas ja 16 turbiinia muuttavat walesilaisen Swanseanlahden voimalaksi.

Bristolin kanaalissa Severnjoen suulla patoallas täyttyy vuoksen aikaan. 

Kun vedenpinta laskee luoteen kuluessa 7–9 metriä, vesi virtaa turbiinien kautta. 

Virtauksella tuotetaan sähköä 155 000 kotitalouden tarpeisiin.

Maan sisus uhkuu lämpöä

Islannissa toimii monta geotermistä voimalaa.

© UNIVERSAL IMAGES GROUP/GETTY IMAGES

Kun mennään maan alle, lämpötila nousee 25 astetta kilometrin matkalla.

Lämpöener giaa voidaan ottaa talteen kierrättämällä vettä kallioperässä. 

Geotermistä eli maan sisäistä lämpöä hyödynnetään sekä kaukolämmön että sähkön tuotannossa.

# IHMISLÄHTÖISTÄ

Jalkakäytävä polkumyllynä

Lontoon Bird Street tuottaa sähköä, kun kengänpohjat painuvat päällystettä vasten.

© HANNAH MCKAY/REUTERS/SCANPIX

Lontoo sai 2017 maailman ensimmäisen sähköä tuottavan jalkakäytävän. 

Bird Streetin erikoisvalmisteisen päällysteen alla on niin sanottuja pietsosähköisiä generaattoreita, jotka muuttavat askelten paineen virraksi. 

Sähköä syntyy, kun laattoihin kohdistuva mekaaninen puristus luo sähkökentän pietsosähköiseen materiaaliin ja johtaa elektronivirran generaattoreihin. Sähköllä ladataan akkuja, jotka toimivat pimeänä aikana katuvalaistuksen energianlähteinä.

Jos menetelmää hyödynnettäisiin yleisesti suurkaupungeissa, miljoonat jalankulkijat tuottaisivat niin paljon sähköä, että sillä hoidettaisiin koko valaistus.

  • NYKYTILANNE: Tekniikka on otettu käyttöön vasta yhdessä ainoassa paikassa.

  • EDUT: Jalankulkijoiden muuten hukkaan menevä energia hyödynnetään.

  • HAITAT: Suhteellisen kallis kertainvestointi.

Matkustajat lämmittävät talon

Tukholman keskusrautatieaseman kautta kulkee joka päivä 250 000 matkustajaa. 

Heidän tuottamaansa lämpösäteilyä otetaan talteen ilmanvaihtojärjestelmällä, johon kuuluu lämmönvaihdin. 

Tämä siirtää lämpöenergian veteen, joka kiertää aseman ja sen vieressä sijaitsevan 13-kerrroksisen toimistorakennuksen välisessä putkistossa.

Asemalta tuleva lämpö leikkaa talon lämmityskustannuksia 20 %.

  • NYKYTILANNE: Kehon lämmön hyödyntäminen on harvinaista.

  • EDUT: Ihmisistä peräisin olevaa lämpöenergiaa voidaan estää menemästä hukkaan varsin edullisella menetelmällä.

  • HAITAT: Sopii yleensä vain päälämmitysjärjestelmää täydentäväksi ratkaisuksi.

Jos et vielä ole tilaaja, mutta haluat lukea teemanumeron, löydät Tieteen Kuvalehden lehtipisteistä.

Häly saa katulamput palamaan

Karvapeitteinen pilvenpiirtäjä ottaa vastaan kaupungin ääniä ja muuttaa aallot sähköksi.

Kaupungissa risteilevien vilkkaiden teiden väliin pystytetty 100 metriä korkea tornitalo, Soundscraper, reagoi kaikenlaisiin ääniin. 

Se on melun keskellä elementissään, sillä sen pintaa peittävät 84 000 taipuisaa värekarvaa muuttavat ääneksi kutsutun ilmassa etenevän mekaanisen aaltoliikkeen sähköksi.

Soundscraper on olemassa vasta paperilla. Suunnitelmalla osallistuttiin kuitenkin arkkitehtuurilehden vuonna 2013 järjestämään pilvenpiirtäjäkilpailuun. 

Laskelmien mukaan yksi korkea karvainen rakennus voi tuottaa yhtä paljon sähköä kuin 20 tämän päivän suurinta tuuliturbiinia, joiden yhteisteho on 150 megawattia. Syntyvällä sähköllä olisi mahdollista korvata kymmenesosa sellaisten suurkaupunkien kuin Los Angelesin katuvalaistukseen käyttämästä energiamäärästä.

  • NYKYTILANNE: Teoriassa toimiva suunnitelma vasta odottaa toteuttamistaan.

  • EDUT: Sähköä tuottavat tornitalot sopivat suurkaupunkeihin toisin kuin esimerkiksi laajat tuulivoimapuistot.

  • HAITAT: Jotta hyvin meluisassa paikassa sijaitsevassa talossa on mahdollista asua, se pitää eristää melkein äänenpitäväksi

# TOIVEIKASTA

Vety ottaa öljyn paikan

Vaikka fossiilisia polttoaineita on vaikea korvata esimerkiksi liikenne käytössä, vahvana vaihtoehtona niille pidetään vetyä.

Kun tulevaisuudessa siirrytään vihreään energiahuoltoon, sähköntuotanto on epävakaata: vuorokaudenaika ja sää vaikuttavat siihen, paljonko sähköä voidaan tuottaa, olipa senhetkinen tarve kuinka suuri tahansa. 

Sähkön varastointimahdollisuudet ovat yhä varsin rajalliset, eikä akkujen avulla voida taata sähkönkulutusta ja -tuotantoa tasapainottavan säätövoiman riittävyyttä kovin pitkäksi aikaa. 

Ongelman ratkaisu löytyy vedystä, joka sopii erinomaisesti energian varastoimiseen. Sähköllä veden happi ja vety erotetaan toisistaan, ja vety varastoidaan. 

Varastovedyllä toimiva polttokenno tuottaa sähköä, lämpöä ja vettä.

  • NYKYTILANNE: Vetytalous on jo toteutettavissa muun muassa varastoinnin, autojen ja polttokennojen osalta.

  • EDUT: Polttokenno ei saastuta, Poltossa syntyy vain sähköä, lämpöä ja vettä.

  • HAITAT: Nykytekniikalla ei voida erottaa vetyä vedestä ja käyttää vetyä sähköntuotannossa taloudellisesti kannattavalla tavalla.

Ydinvoimaa ilman uraania

Toriumpelletit voivat olla tulevaisuuden ydinpolttoainetta.

© HEIN VAN DEN HEUVEL/NGR/CORBIS/GETTY IMAGES

Tulevaisuudessa ydinvoimalat voivat tuottaa sähköä alku aine toriumista. 2017 hollantilainen koereaktori käytti polttoaineena pelkästään sitä. Reaktorissa torium saadaan neutronisäteilyn avulla muuttumaan uraanin jakautuvaksi isotoopiksi 233. 

Kun prosessi on käynnistynyt, uraaniydinten haljetessa syntyy lisää neutroneja, jotka pitävät yllä toriumin muuttumista siihen asti, kun lähes kaikki aine on käytetty. 

Toriumreaktori 

© HEIN VAN DEN HEUVEL/NGR/CORBIS/GETTY IMAGES

Nykyiset ydinreaktorit hyödyntävät sen sijaan vain joitakin prosentteja polttoaineen jakautuvasta uraanista.

  • NYKYTILANNE: Toriumilla täydennetään uraania intialaisissa ydinvoimaloissa.

  • EDUT: Tulevaisuuden ydinreaktorit käyttävät kaiken polttoaineen.

  • HAITAT: Voimaloissa syntyy voimakkaasti radioaktiivista jätettä, tosin vähemmän kuin nykyisissä ydinreaktoreissa.

Reaktori käy merivedellä

Fuusioreaktori

© ITER

Fuusioreaktori on runsaudensarvi: sillä on mahdollista tuottaa lähes loputtomasti sähköä, sillä se käyttää meriveden raskasta vetyä. 

2025 toimintansa aloittavassa ITER-koereaktorissa raskas ja superraskas vety yhtyvät 200 miljoonan asteen lämpö tilassa vapauttaen enemmän ener giaa kuin lämmitys vaatii.

Lue tästä

Ehkä sinua kiinnostaa...

TILAA TIETEEN KUVALEHDEN UUTISKIRJE

Voit ladata ilmaisen erikoisnumeron, Uskomattomat aivot, heti, kun olet tilannut uutiskirjeen.

Etkö löytänyt, mitä etsit? Tee haku tästä: