Fossiilivapaan sähkön kysynnän ennustetaan kaksinkertaistuvan tulevina vuosikymmeninä, ja uudet innovaatiot haastavat meidät miettimään, mikä kaikki on mahdollista. Esittelemme tässä neljä hanketta, jotka voivat olla tulevaisuuden ratkaisuja energiantuotantoon.
Ihmiset ovat tuhansien vuosien ajan hyödyntäneet neljää luonnon elementtiä energiantuotannossa: maata, tuulta, aurinkoa ja vettä. Tuuli on liikuttanut purjealuksia ja pyörittänyt tuulimyllyjä, vesi on pyörittänyt turbiineja, aurinko on tuottanut lämpöä ja sytyttänyt tulta, ja maa on tarjonnut painetta ja kuumia lähteitä.
Fossiilivapaan energian kysynnän kasvaessa tarvitsemme näitä luonnonvoimia energiantuotannossa yhä enemmän. Suuri haaste on oppia hyödyntämään niitä tehokkaammin ja tasapainoisemmin.
Länsi-Suomessa Kankaanpäässä on pakattu sata tonnia hiekkaa tiiviisti noin seitsemän metriä korkeaan ja neljä metriä leveään terässäiliöön, jonka seinämien 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 voivat varastoida merkittävästi suurempia määriä energiaa tilavuusyksikköä kohti.
Kyseessä on maailman ensimmäinen kaupallinen hiekka-akku. Se on lämmityksessä merkittävästi parempi vaihtoehto fossiilisille polttoaineille, ja se voi vähentää joidenkin kaukolämpöverkkojen päästöjä lähes 70 prosenttia. Suomen Nuorkauppakamarit ovatkin valinneet hankkeen vuoden 2023 suomalaiseksi innovaatioksi.
Aurinko säteilee yhdessä sekunnissa niin paljon energiaa, että se vastaa ihmiskunnan energiankulutusta 20 000 vuoden ajalle. Joka tunti maapallon saavuttaa niin valtava määrä energiaa auringosta, että se riittäisi kattamaan maailmanlaajuisen sähkönkulutuksen yhden vuoden ajaksi. Innovaatio, joka pystyisi tehokkaasti keräämään ja hyödyntämään tätä energiaa, merkitsisi valtavaa harppausta kohti fossiilivapaata tulevaisuutta.
Helmikuussa 1993 kirkas, viisi kilometriä leveä valopallo liikkui Ranskasta Venäjälle nopeudella 8 km/s. Ilmiön aiheutti noin 350 kilometrin korkeudessa kiertoradalla ollut 20 metrin mittainen heijastin, jonka Venäjän avaruusjärjestö oli lähettänyt avaruusasemansa Mirin viereen. Hankkeen tavoitteet olivat toiset ja se hylättiin muutaman vuoden kuluttua, mutta nyt Glasgow’n yliopiston avaruusinsinöörit ovat julkaisseet uuden tutkimuksen menetelmästä, joka heistä voisi olla varteenotettava keino lisätä aurinkopaneelien tehokkuutta maapallolla.
Nykyteknologian avulla heijastinlevyt olisivat halvempia, tehokkaampia ja helpommin käyttöönotettavia. Ne voitaisiin suunnata automaattisesti suuria aurinkovoimaloita kohti, jolloin ne lisäisivät energiantuotantoa päivittäin noin 20 minuutilla. Kun heijastinlevyt eivät enää pystyisi suuntaamaan energiaa aurinkovoimaloihin, ne voitaisiin ohjata neutraaliin suuntaan häiriöiden välttämiseksi.
- Aurinkovoimalla on potentiaalia olla yksi tärkeimmistä tekijöistä kilpailussa kohti nettonollapäästöjä. Se voi auttaa meitä lievittämään ilmastonmuutoksen globaaleja vaikutuksia vähentämällä riippuvuuttamme fossiilisista polttoaineista, tohtori Onur Çelik, tutkimuksen vastaava kirjoittaja, toteaa.
Leväbiopolttoaineet herättivät suurten öljy-yhtiöiden kiinnostuksen noin 20 vuotta sitten, ja niiden tutkimukseen on sen jälkeen sijoitettu satoja miljoonia dollareita. Kasvattamalla mikroleviä kontrolloiduissa ympäristöissä nämä mikro-organismit muuttavat fotosynteesin avulla auringonvaloa ja hiilidioksidia öljypitoiseksi biomassaksi. Kypsymisen jälkeen levät korjataan, öljy uutetaan ja jalostetaan biopolttoaineiksi.
Leviä voidaan kasvattaa heikkolaatuisilla mailla, niiden tuotto-odotukset ovat korkeat ja öljyn jalostaminen on suhteellisen helppoa. Varhaiset yritykset lisätä leväbiopolttoaineiden tuotantoa ovat kuitenkin kohdanneet haasteita, 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 jo saavuttaneensa seitsemänkertaisen öljyntuotannon verrattuna luonnonvaraisiin leviin, ja osallistuvansa siten haasteeseen vähentää raskaan liikenteen, kuten ilmailun, laivaliikenteen ja pitkän matkan kuorma-autojen, hiilidioksidipäästöjä.
Noin 300 metrin korkeudessa tuulet ovat huomattavasti voimakkaampia kuin noin 100 metrin korkeudessa, johon monet perinteiset tuulivoimalat yltävät. Tämän voiman hyödyntäminen voisi tuottaa kaksinkertaisen määrän sähköä – ja jopa kahdeksan kertaa enemmän kuin pienemmät tuulivoimalat, jotka ulottuvat vain 35 metriin.
Ratkaisu ei ole rakentaa 300 metriä korkeita monopileja (yksipaaluperustus), vaan testata erilaisia teknologioita, kuten leijoja, droneja ja heliumin nostovoimalla toimivia turbiineja, jotta tämä hyödyntämätön energialähde saadaan käyttöön. Turbiinit on kiinnitetty maahan johdoilla, jotka siirtävät tuotetun sähkön sähköverkkoon.
Korkean ilmanalan tuulivoiman etuja ovat myös esimerkiksi liikkuvuus ja vähäinen tarve maainfrastruktuurille, mikä tekee siitä erityisen houkuttelevan syrjäisille ja vaikeapääsyisille alueille.
- Korkean ilmanalan tuulivoima on innovatiivinen uusiutuvan energian teknologia, joka pienessä mittakaavassa sopii täydellisesti syrjäisten alueiden sähköntuotantoon. Laajemmassa mittakaavassa sillä on potentiaalia mullistaa globaali energiatalous, kuvailee Kitepowerin perustaja Roland Schmehl yrityksen verkkosivuilla.
Karl Bergman on toiminut pitkään Vattenfallin tutkimus- ja kehitysosaston johtajana, ja hän on nähnyt teknologioiden kehittyvän vuosikymmenten ajan. Hän näkee selkeän eron mielenkiintoisen idean ja loistavan keksinnön välillä. Ilmasto ja kilpailu ovat keskeisiä tekijöitä, jotka kannustavat innovaattoreita kehittämään tuotteista halvempia, puhtaampia ja tehokkaampia.
- 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 jonain päivänä leväbiopolttoaineilla tai saavatko kotimme voimansa 300 metriä maanpinnan yläpuolella leijuvista leijoista. 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. Tekoälyn kehityksen myötä meillä on nyt 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