Tuulivoimala kuulonsuojain

Vihreä siirtymä törmää viiteen esteeseen

Tuulivoimalat meluavat, akut saastuttavat, ja kaivostyöläiset jäävät työttömiksi. Vihreä siirtymä kohtaa kovaa vastustusta, mutta tiede yrittää jo täyttä vauhtia ratkaista siihen liittyviä ongelmia.

Tuulivoimalat meluavat, akut saastuttavat, ja kaivostyöläiset jäävät työttömiksi. Vihreä siirtymä kohtaa kovaa vastustusta, mutta tiede yrittää jo täyttä vauhtia ratkaista siihen liittyviä ongelmia.

Shutterstock

Vaikka olisi sekä ilmaston että talouden kannalta edullista siirtyä käyttämään vihreitä energianlähteitä, siirtymä aiheuttaa ongelmia. Esimerkiksi vihreä sähköntuotanto voi paradoksimaisesti pilata ympäristöä, koska akkuja varten täytyy kaivaa harvinaisia alkuaineita.

Lisäksi kestävä energiantuotanto vaatii maanosasta toiseen ulottuvia yhtenäisiä sähkönjakeluverkkoja, jottei tule paikallisia riittävyysongelmia. Siirto tarkoittaa kuitenkin energiahäviötä.

Vihreän siirtymän pahimpia esteitä ollaan kuitenkin jo raivaamassa. Esimerkiksi litium-ioniakkuja saadaan lisää tehostamalla kierrätystä, ja sähköverkon energiahäviö on mahdollista minimoida suprajohteilla.

YMPÄRISTÖHAITAT

Harvinaisten metallien hankinta

Akkujen vaatimaa litiumia kaivettaessa ympäristö pilaantuu Argentiinassa, Boliviassa ja Chilessä.

© Reuters/Ritzau Scanpix

Harvinaiset metallit kiertävät

Fossiiliset polttoaineet saastuttavat, mutta myös vihreällä energialla on pimeä puolensa. Sekä puolijohdetekniikka että akut vaativat harvinaisia alkuaineita, joita kaivetaan maasta.

Akuilla on tärkeä osa ilmastonmuutoksen hillitsemisessä. Ne mahdollistavat uusiutuvista energianlähteistä peräisin olevan sähkön varastoinnin ja siirtämisen ilman johtoja. Nykyaikaiset akut perustuvat kuitenkin kaivoksista saataviin alkuaineisiin, joita joudutaan kuljettamaan pitkiä matkoja.

Litium on avainasemassa akkujen valmistuksessa, koska sitä tarvitaan laajasti käytetyssä litium-ioniakkutekniikassa. Kysynnän ennustetaan viisinkertaistuvan vuoteen 2025 mennessä. Ongelmallista on se, että litiumin tuotanto saastuttaa vettä ja aiheuttaa vesipulaa kaivosalueilla Argentiinassa, Boliviassa ja Chilessä.

Uusille kaivoksille on kuitenkin olemassa vaihtoehto: käytettyjen akkujen sisältämän litiumin hyödyntäminen. Maailmanlaajuisesti litium-ioniakuista kierrätetään vain noin viisi prosenttia, mutta osuus kasvaa todennäköisesti jo lähitulevaisuudessa.

Koko akku voidaan käyttää uudelleen:

Esimerkiksi puhelimissa käytettäviä litium-ioniakkuja kierrätetään hyvin vähän. Suosituin tekniikka kuluttaa paljon energiaa, ja lähinnä kuparia käytetään uudestaan. Tilanteen odotetaan muuttuvan paremmaksi, kun muun muassa Kiinassa kehitettävät uudet tekniikat tulevat käyttöön.

Litium-ioniakku sisältää:

  • Katodin litiumkobolttioksidia: 31 %
  • Anodin grafiittia: 22 %
  • Kuparia: 17 %
  • Elektrolyyttiä: 15 %
  • Alumiinia: 8 %
  • Hiiltä (hiilimustaa) ja sideainetta: 4 %
  • Muovia: 3 %

MELU

Tuulivoimala ja linnunsiivet

Tuulivoimalan pyörivien lapojen melua voidaan vaimentaa tehokkaasti jäljittelemällä tornipöllön hiljaista lentotapaa.

© Shutterstock

Pöllönsiivet hiljentävät roottoria

Tuulivoimalat tuottavat huomattavan osan maailman vihreästä sähköstä, mutta niitä karsastetaan monin paikoin. Pyörivien roottoreiden lähiympäristössä asuvat voivatkin kärsiä meluhaitasta.

Tuulivoima on ehkä eniten vastustusta kohtaava kestävä energianlähde. Esimerkiksi Norjassa jouduttiin vuonna 2019 lopettamaan mantereelle kaavailtujen tuulivoimaloiden suunnittelu yleisen mielipiteen käännyttyä niitä vastaan.

Sen lisäksi, että tuulivoimalat ovat ympäristöään korkeampia, ne tuottavat roottorillaan melua. Siksi etsitään keinoja muotoilla lavat niin, että ne leikkaavat ilmaa äänettömämmin. Innoitusta on saatu tornipöllöstä. Tutkimusten mukaan linnun lennon aikaansaama ääni jää ihmisen kuulokynnyksen alapuolelle.

Tornipöllön hiljaisuus liittyy tapaan, jolla ilma kohtaa ja ohittaa siivet. Jos periaatetta voidaan soveltaa tuulivoimalaan, lapojen synnyttämä ääni vaimenee brittitutkijoiden mukaan kymmenen desibeliä. Ero on yhtä suuri kuin kuorma-auton jyrinän ja henkilöauton metelin välillä.

MUUTOS

Maakaasuputkia

Maakaasuverkko voidaan sopeuttaa ilman suuria kustannuksia vedynjakeluun. Se helpottaa siirtymistä vihreään energiaan.

© Shutterstock

Maakaasuputket kuljettavat vetyä

Maakaasu on haitattomin fossiilinen polttoaine. Siksi energiasiirtymän asiantuntijat kehottavat korvaamaan kaasulla hiiltä ja öljyä mahdollisimman paljon ja nopeasti. Maakaasu ei ole kuitenkaan helppo siirtymäajan ratkaisu, sillä se vaatii suuria rakenneinvestointeja.

Hyvä esimerkki on maailman suurin alus, Shellin Prelude, joka on kelluva LNG:n eli nesteytetyn maakaasun tuotantolaitos, ja kaasuverkko, joka maksaa itsensä takaisin ennakoidun 50 vuoden käyttöikänsä aikana vasta 30. vuoden jälkeen. Maakaasuun sijoittaminen on ongelmallista pitkällä aikavälillä, sillä jäljellä oleva käyttöikä tulee yhteiskunnalle kalliiksi siinä vaiheessa, kun siirrytään vihreisiin energianlähteisiin.

Siksi kolme saksalaisyritystä – Nowega, Gascade ja Siemens Energy – tutkivat yhdessä vuonna 2020, kuinka niiden omat kaasuputket sopivat esimerkiksi vedyn kuljettamiseen. Kävi ilmi, että maakaasuverkko olisi muutettavissa melko pienin kustannuksin vedynjakeluverkoksi.

Tutkimuksen mukaan tavallisilla kaasuputkilla voi olla mahdollista kuljettaa kymmenkertainen määrä energiaa vetynä verrattuna sähköverkkoon – ja hinta on vain 1/14 sähkönsiirtokuluista.

TYÖTTÖMYYS

Mielenosoitus hiilikaivoksen sulkemista vastaan

Työpaikkojen häviäminen sai vuonna 2018 kaivostyöläiset osoittamaan mieltään Saksassa, mutta myös vihreä energiantuotanto työllistää.

© Henning Kaiser/AP/Ritzau Scanpix

Vihreä energia työllistää

Kun Donald Trump valittiin presidentiksi, hän lupasi nostaa kivihiilen entiseen arvoonsa ja tukea tuotantoa – paitsi siksi, että Yhdysvalloilla on valtavat varannot ja siten hyvät vientimahdollisuudet, myös siksi, että monet amerikkalaiset olivat joko jo menettäneet työpaikkansa tai pelkäsivät joutuvansa työttömäksi fossiilisista polttoaineista luovuttaessa.

Lupauksesta huolimatta Yhdysvalloista hävisi yli 100 000 hiilikaivostyöpaikkaa vuoden 2016 jälkeen koronapandemian alkuun mennessä.

Kehitys on johtanut suuriin mielenosoituksiin – myös muun muassa Saksassa, jossa lokakuussa 2018 noin 20 000 kaivostyöläistä marssi Bergheimin läpi vaatien työpaikkojensa säilyttämistä.

Kun Stanfordin yliopisto selvitti vihreän siirtymän mahdollisuuksia ja uhkia Mark Z. Jacobsonin johdolla, kävi ilmi, että työllisyysvaikutukset ovat merkittävät. Laskelmat osoittivat muun muassa, että uusiutuviin energianlähteisiin siirtymisen myötä syntyy maailmanlaajuisesti 24,3 miljoonaa työpaikkaa enemmän kuin niitä häviää.

Vaikka hiilikaivokset ja öljykentät suljetaan, korvaavia työpaikkoja tarjoavat esimerkiksi sähkö- ja tuulivoimalateollisuus sekä ne yhtiöt ja organisaatiot, jotka pitävät yllä ja valvovat hyvin vaihtelevan vihreän energiantuotannon toimintavarmuutta.

ENERGIAHÄVIÖ

Suprajohtava aine

Suprajohtavuus vaatii yleensä äärimmäisen matalan lämpötilan, mutta on luotu suprajohde, joka toimii huoneenlämmössä.

© J. Adam Fenster/University of Rochester

Suprajohteet yhdistävät sähköverkot

Ennen kuin kestävästi tuotetulla energialla voidaan tyydyttää koko ihmiskunnan tarve, sähkön täytyy virrata pitkiä matkoja – ehkä jopa maanosasta toiseen – esteettömästi, sillä mitä laajemmin energiaa voidaan tuottaa ja kuljettaa, sitä paremmin kokonaiskysyntään on mahdollista vastata.

Niinpä käytännössä Kaakkois-Aasian aurinkovoimalat tuottaisivat sähkön, jolla Luoteis-Euroopassa keitettäisiin aamukahvit. Pullonkaulana on kuitenkin se, että perinteinen suurjännitetekniikka ei parhaimmillaankaan sovi näin laajamittaiseen sähkönsiirtoon suuren energiahäviön vuoksi.

Esimerkiksi Yhdysvalloissa tehdyn selvityksen mukaan 100 mailin eli 160 kilometrin matkalla energiasta häviää 0,5–1,1 prosenttia maan vahvimmassa, 765 kilovoltin, suurjänniteverkossa. Häviöstä tulee todellinen ongelma, kun sähköä siirretään mannerten välillä tai jopa maailmanlaajuisesti.

Jo vuosia tutkittu mahdollinen ratkaisu piilee niin sanotuissa suprajohteissa. Suprajohtavuus tarkoittaa ominaisvastuksen katoamista, ja se mahdollistaa sähkönsiirron lähes nollahäviöllä. Sen ansiosta sähköverkkoa voidaan laajentaa melkein rajattomasti.

Suurin haaste on niiden materiaalien löytäminen, jotka muuttuvat suprajohtaviksi järkevässä lämpötilassa. Tyypillisesti suprajohteita on tutkittu absoluuttisen nollapisteen, –273,15 asteen, tuntumassa. Syksyllä 2020 yhdysvaltalaisen Rochesterin yliopiston tutkimusryhmä teki kuitenkin Elliot Snyderin johdolla läpimurron.

Tutkijat onnistuivat löytämään täydellisen vedyn, hiilen ja rikin seoksen, joka muuttuu suprajohtavaksi jo 15 asteen lämpötilassa. Materiaali vaatii kuitenkin erittäin suuren paineen, joten se ei sovellu sinänsä häviöttömiin sähköjohtoihin. Tutkimus on kuitenkin menossa oikeaan suuntaan.