Julkaistu: 2024-06-10 Päivitetty: 2024-07-02 kl. 10:56
Koska fossiilivapaan sähkön kysynnän ennustetaan kaksinkertaistuvan tulevina vuosikymmeninä, innovaatiot haastavat meidät miettimään, mikä todella on mahdollista. Tarkastelemme neljää energiaan liittyvää hanketta, jotka tarjoavat potentiaalisia vaihtoehtoja tulevaisuuden energiantuotantoon.
Tuhansien vuosien ajan ihmiset ovat pyrkineet hyödyntämään neljän elementin voimaa energiantuotannossa: maan, tuulen, auringon ja veden. Tuuli on toiminut voimanlähteenä veneissä ja tuulimyllyissä, vesi on pyörittänyt turbiineja, aurinko on tuottanut lämpöä ja sytyttänyt tulen, ja maasta itsestään on saatu painetta ja kuumia lähteitä.
Tämä päämäärä ei ole koskaan hävinnyt; pikemminkin se on vahvistunut maailmanlaajuisen fossiilivapaan energian kysynnän kasvaessa. Haasteena on tasapainoilla kaiken tämän raakaenergian hallinnassa.
Länsi-Suomessa Kankaanpäässä 100 tonnia hiekkaa on pakattu tiiviisti kiinteään noin seitsemän metriä korkeaan ja neljä metriä leveään terässäiliöön, jonka kahden kerroksen välissä on lämpöeriste. Aurinkoisina tai tuulisina päivinä lähellä olevien aurinko- ja tuulivoimaloiden ylimääräinen energia kuumentaa hiekan noin 600 celsiusasteeseen. Toisin kuin vesi, jolla on huomattavasti alhaisempi kiehumispiste, hiekka ja muut kiinteät materiaalit varastoivat huomattavasti suurempia määriä energiaa yksikköä kohti.
Tämä Suomen Nuorkauppakamarin vuoden 2023 suomalaiseksi innovaatioksi valitsema hanke on maailman ensimmäinen kaupallinen hiekka-akku. Se on jo osoittautunut merkittävästi paremmaksi vaihtoehdoksi fossiilisten polttoaineiden polttamiselle lämmitykseen, ja se vähentää joidenkin kaukolämpöverkkojen päästöjä lähes 70 prosenttia.
Yhden sekunnin aikana aurinko säteilee energiaa, joka vastaa ihmiskunnan energiankulutusta 20 000 vuoden ajan. Se valtava energiamäärä, joka saavuttaa maapallon joka tunti, olisi riittävä tyydyttämään maailmanlaajuisen sähköntarpeen yhdeksi vuodeksi.
Innovaatio, joka voisi tehokkaasti kerätä ja hyödyntää enemmän tätä energiaa, tietäisi valtavaa harppausta kohti fossiilivapautta.
Vuoden 1993 helmikuussa viisi kilometriä leveä kirkas valopallo liikkui Ranskasta Venäjälle 8 km/s:n nopeudella. Sen aiheutti noin 350 kilometrin korkeudessa kiertoradalla oleva 20 metrin heijastin, jonka Venäjän avaruusjärjestö oli lähettänyt avaruusasemansa Mirin viereen.
Vaikka venäläisillä oli muita tavoitteita ja hanke hylättiin muutaman vuoden kuluttua, Glasgown yliopiston avaruusinsinöörit ovat nyt julkaisseet uutta tutkimusta menetelmästä, joka heidän uskomuksensa mukaan voisi olla varteenotettava vaihtoehto lisäämään aurinkopaneelien tuottoa maapallolla.
Nykyteknologian avulla heijastinlevyt olisivat halvempia, tehokkaampia, helpommin käyttöön otettavia ja ne voitaisiin automaattisesti suunnata suuria aurinkovoimaloita kohti, ja lisäisivät siten energiantuotantoa joka päivä noin 20 minuuttia. Kun ne eivät enää pystyisi suuntamaan energiaa aurinkovoimaloihin, ne voitaisiin suunnata neutraaliin suuntaan häiriöiden välttämiseksi. Tohtori Onur Çelik, julkaisun vastaava kirjoittaja, sanoo:
- Aurinkovoimalla on potentiaalia olla yksi tärkeimmistä vauhdittajista kilpailussa kohti nettonollaa, ja se voi auttaa meitä lievittämään ilmastonmuutoksen globaaleja vaikutuksia vähentämällä riippuvuuttamme fossiilisista polttoaineista.
Leväbiopolttoaineet herättivät suurten öljy-yhtiöiden huomion noin 20 vuotta sitten, ja tutkimukseen on sen jälkeen sijoitettu satoja miljoonia dollareita. Kasvattamalla mikroleviä kontrolloiduissa ympäristöissä nämä mikro-organismit muuttavat auringonvaloa ja hiilidioksidia öljypitoiseksi biomassaksi fotosynteesin avulla. Kun levät ovat kypsiä, ne korjataan, öljy uutetaan ja jalostetaan biopolttoaineiksi.
Leviä voidaan kasvattaa heikkolaatuisilla mailla, ja niiden tuotto-odotukset ovat korkeita, samalla kun niiden jalostaminen on suhteellisen helppoa. Varhaiset pyrkimykset lisätä levistä saatavan biopolttoaineen tuotantoa ovat kohdanneet esteitä, erityisesti skaalautuvuuden ja tehokkuuden osalta. Nyt keskitytään leväkantojen muokkaamiseen tuottavuuden ja kestävyyden parantamiseksi. Tavoitteena on kehittää tuote, jonka tuotto on yhdeksänkertainen verrattuna palmuöljydieseliin.
Leväbiopolttoaineyritys Virido väittää esimerkiksi jo saavuttaneensa seitsenkertaisen öljyntuotannon verrattuna luonnonvaraisiin leviin ja osallistuvansa raskaan liikenteen, kuten ilmailun, laivaliikenteen ja pitkän matkan kuorma-autojen, hiilidioksidipäästöjen vähentämishaasteeseen.
Noin 300 metrin korkeudessa tuulet ovat huomattavasti voimakkaampia verrattuna noin 100 metriin, johon monet perinteiset tuulivoimalat yltävät. Tämän voiman valjastaminen voisi tuottaa kaksinkertaisen määrän sähköä – ja kahdeksan kertaa enemmän kuin pienemmät tuulivoimalat 35 metrissä. Ratkaisuna ei kuitenkaan ole rakentaa 300 metrin korkeita monopileja (yksipaaluperustus). Sen sijaan erilaisia teknologioita, kuten leijoja, droneja tai heliumin nostovoimalla toimivia turbiineja, testataan tämän hyödyntämättömän energialähteen saavuttamiseksi. Turbiinit on kiinnitetty maahan johdoilla, jotka myös siirtävät sähköä sähköverkkoon.
Tällä ratkaisulla olisi myös muita etuja, kuten liikkuvuus ja vähäinen maainfrastruktuurin tarve, mikä tekee niistä erityisen houkuttelevia syrjäisille ja vaikeapääsyisille alueille.
- Korkean ilmanalan tuulivoima on innovatiivinen uusiutuvan energian teknologia, joka pienessä mittakaavassa sopii täydellisesti syrjäisten sähköverkon ulkopuolella olevien alueiden sähköntuotantoon ja laajemmassa mittakaavassa sillä on potentiaalia mullistaa globaali energiatalous, kuvailee Kitepowerin perustaja Roland Schmehl yrityksen verkkosivuilla.
Karl Bergman, joka on toiminut pitkään Vattenfallin tutkimus- ja kehitysosaston johtajana, on nähnyt teknologioiden kehittyvän vuosikymmenten ajan. Hän sanoo, että on selkeä ero mielenkiintoisen idean ja loistavan keksinnön välillä. Kaksi pääasiallista tekijää, jotka kannustavat innovaattoreita tekemään tuotteista halvempia, puhtaampia ja tehokkaampia, ovat ilmasto ja kilpailu.
- Vain ratkaisut, jotka täyttävät nämä molemmat vaatimukset, voivat kestää pitkällä aikavälillä. Kun markkinoilla on jo ratkaisu, uusien vaihtoehtojen on oltava merkittävästi parempia, jotta haluaisimme vaihtaa, hän sanoo.
- Kyse ei ole vain teknologiasta, vaan todennäköisesti vielä enemmän ihmisistä, heidän tavoistaan, tiedoistaan ja teknologiaympäristöstä.
On liian aikaista sanoa, ajavatko automme leväbiopolttoaineilla tai saavatko kotimme voimansa 300 metriä maanpinnan yläpuolella leijuvista leijoista jonain päivänä. Varmaa on, että tarvitsemme monenlaisia energialähteitä, sanoo Karl Bergman.
- Ei ole hopealuotia – tarvitsemme useita energialähteitä vastaamaan uusiutuvan energian kysyntään. 20 vuoden aikana tutkimus- ja kehitysjohtajana olen nähnyt tuuli- ja aurinkovoiman tulevan halvimmiksi teknologioiksi tuottaa sähköä. Olen myös nähnyt, kuinka keskustelu on siirtynyt pääasiassa laitteistosta tiedon ja datan pariin. Nyt, tekoälyn kehityksen myötä, on paljon upeita mahdollisuuksia, joita olemme vasta alkaneet nähdä.
Kuva: Tekoälyn visualisointi tulevaisuudesta, jossa hyödynnämme leviä, aurinkoheijastimia, korkean ilmatilan tuulia ja hiekka-akkuja.
Lähde: The Edit – Innovative energy: Space solar and airborne wind turbines
