Mistä tulevaisuuden energia saadaan?

Energiamarkkinat tulevat kiristymään tulevaisuudessa. Polyteekkari kysyi muutamalta energia-alan professorilta, miltä tulevaisuus näyttää.

Santeri Kontinen

Energiateknologian professori Peter Lundin erikoisalana ovat tulevaisuuden energiakysymykset ja uusiutuvat energiamuodot. Hän kertoo, että tällä hetkellä maailman energiasta noin 13 prosenttia tuotetaan uusituvilla energialähteillä. Osuus jakautuu karkeasti ottaen puoliksi vesivoiman ja bioenergian välillä. Bioenergiasta suurin osa saadaan polttamalla eloperäistä materiaalia. Lund huomauttaa, että ennen teollista vallankumousta bioenergia oli pääasiallinen energian lähde.
Euroopan unionissa uusiutuvien energialähteiden osuus energian tuotannosta on Lundin mukaan noin 6 prosenttia. Suomessa vastaava luku on 25 prosenttia. Syynä korkeaan lukuun on metsäteollisuuden käyttämä bioenergia. Tämä energia saadaan teollisuudesta ylijääneestä puumassasta.
- Bioenergia metsäteollisuudessa saadaan kuin "Manulle illallinen", Lund sanoo.
Suomessa uusituvalla energialla on perinteisesti tuotettu lämpöä ja myös sähköä.
Lund tietää paljon myös niin sanotusta toisen sukupolven uusiutuvasta energiasta. Liikenteen biopolttonesteiden sarjassa Suomi on Lundin mukaan hyvin heikoilla. Ruotsissa uusista autoista jo 10 prosentissa on flex fuel -systeemi. Silloin autoon voidaan tankata sekä tavallista bensiiniä että biopolttoainetta. Ruotsin tavoitteena on tehdä koko yhteiskunnasta täysin öljystä riippumaton 20-30 vuodessa.
Toinen toisen sukupolven uusiutuvista energiamuodoista on tuulivoima. Lund toteaa, että tässäkin sarjassa Suomi on Euroopan peränpitäjiä. Tanskassa tuulella tuotetaan 20 prosenttia sähköstä. Ruotsissa on tavoitteena tuottaa tuulivoimalla 10-15 terawattia, ja Norjassa tuulta on rakennettu pari terawattia lyhyessä ajassa.
Lundin mukaan Suomessa unohdetaan, että Euroopassa on enemmän tuulisähköä kuin biosähköä. Tuulivoiman kasvu on 40 prosentin luokkaa vuodessa. Lund on varma, että tuuli lyö pian läpi jopa ilman tukiaisia. Euroopassa tuulivoimaa on asennettuna 50 000 megawattia, joka on vajaa kaksi kertaa Suomen sähköenergian kulutus.
Kolmas huomattava toisen sukupolven uusiutuva energian lähde on aurinkoenergia, jota käytetään jo nykyään huomattavassa määrin lämmöntuotantoon. Auringon asemia parantaa jatkuvasti nouseva aurinkopaneelien hyötysuhde.

Puhtaampi tulevaisuus?

Ihannetilanne olisi Lundin mielestä se, että sähkö tuotettaisiin tuulella, liikenteessä käytettäisiin biopolttoaineita ja aurinkoenergialla tuotettaisiin lämpöä. Vesivoimaa ei Lundin näkemyksen mukaan tulla rakentamaan kovinkaan paljoa. Yksinkertainen syy tähän ainakin Suomessa on se, että lähes jokainen riittävän korkea koski on jo valjastettu.
Suurimpana ongelmana Lund näkee tulevaisuudessa ammottavan aukon perinteisen energian ja tulevaisuuden välissä. Lund arvioi, että uuden sukupolven perusvoiman aikataulu on vuoden 2040 tienoilla, ja kaupallinen fuusiovoima tulee ehkä vuonna 2070.
- Jos kaikki menee hyvin, hän lisää.
Siksi uusiutuvat energialähteet ja energian käytön tehostaminen muodostuvat hyvin tärkeiksi. Lund arvioi, että uusien uusiutuvien hinta putoaa edelleen, ja todellinen läpimurto tapahtuu vuosien 2020 ja 2030 välillä.
Öljyriippuvuutta pitäisi Lundin mukaan vähentää, koska öljyssä on sekä saatavuus- että geopoliittinen ongelma. Geopoliittinen ongelma liittyy siihen, että suurin osa maailman öljyvaroista sijaitsee poliittisesti epävakaissa maissa. Saatavuusongelman takana on puolestaan se, että monia öljykenttiä ei ole otettu käyttöön, koska epävakaa öljyn hinta saattaa tehdä investoinnista kannattamattoman.
Biopolttoaineissa suurin etu on energiavarmuus. Lisäksi niillä on työllistävä vaikutus, ja plussaa on sekin, että biopolttoaineeseen käytetty raha jää Eurooppaan.
Pahinta Lundin mielestä on se, jos öljyn hinta riistäytyy käsistä, koska öljyn hinta asettaa pohjan myös muille energiamuodoille. Jo nykyisellä tasolla kehitysmaiden talous alkaa yskiä. Kauhuskenaariona Lund esittää tilanteen, jossa huippukorkea öljyn hinta kuristaa taloutta niin, että kenelläkään ei ole varaa kehittää minkäänlaisia vaihtoehtoja öljylle. Lund pohtii, että monet muut maat tuntuvat varautuvan öljykysymykseen paremmin kuin Suomi.
Energiasektori tarvitsee julkista säätelyä määrätyissä tilanteissa. Lund ihmettelee myös sitä, miksi energiakäytön tehostaminen on unohtunut energiapolitiikassa. Hän huomauttaa myös, että energiatuet on suunnattu yrityksille, mutta tavalliset kansalaiset eivät saa tukea esimerkiksi uusiutuvien energialähteiden investointeihin tai käytön tehostamiseen.
Teollisuuden parjaamaa Kioton sopimusta Lund pitää periaatteessa ihan hyvänä järjestelynä. Jopa energiaintensiivinen teollisuus selviäsi Kioton velvoitteista ilman suurempia vaikeuksia, jos energia-alalla olisi kunnollista kilpailua, joka pitäisi sähkön hinnan kurissa. Lund laskeskelee, että sähkön hinta nousi nyt ikään kuin sopimuksen päästörajoitus olisi ollut 50 prosenttia.
Ilman kaupallista energiaa nykyisen kaltainen yhteiskunta lakkaa.
- Yhteiskunta taantuisi keskiajan tasolle, Lund pohtii.
Lund peräänkuuluttaa valtion roolia energiatulevaisuuden hahmottamisessa ja kestävien energiasuuntien luomisessa. Hän ei usko, että nykyinen uusliberalistinen linja tuottaisi riittävästi uusia innovaatioita energiapuolelle ja toimisi pidemmällä jännitteellä.
- Jos julkinen sektori ei liputa tulevaisuuden puolesta niin kukaan ei liputa.

Fogelholmin prioriteettina ympäristönsuojelu

Carl-Johan Fogelholm toimii Energiatekniikan ja ympäristönsuojelun laboratorion johtajana. Fogelholm sanoo, että raha- ja ympäristönäkökohdat kuuluvat kaikkeen tekniikkaan. Hän ei kuitenkaan itse pohdi taloutta, vaan prioriteettina on ympäristönsuojelu.
Kansainväliseen tietoisuuteen ympäristöasiat tulivat laajemmin Rion ympäristökokouksen jälkeen vuonna 1992. Ensimmäiset suuret linjat kansainvälisessä ympäristöpolitiikassa vedettiin silloin. Riossa tuli myös ensimmäisen kerran esille kehitys- ja teollisuusmaiden näkökantojen ero. Kehitysmaat ilmoittivat, että koska teollistuneet maat olivat huolettomasti saastuttaneet sata vuotta, myös heillä tulee olemaan oikeus siihen. Ympäristöasiat tulivat yhä enemmän esille myös Kioton ilmastokonferenssin ansiosta.
Fogelholmin näkemyksen mukaan länsimailla on lähes rajattomat mahdollisuudet vähentää raaka-aineiden kulutusta. Ympäristötehokkuuden parantamisen keinoista ensimmäisinä tulevat mieleen kierrätys ja erilaisten tuotantoprosessien tehostaminen.
Jotenkin pitäisi ratkaista, miten Kiina ja Intia saadaan kehitykseen mukaan ilman, että maapallon luonnonvarat loppuvat täysin kesken. Kiristyvä kilpailu luonnonvaroista saa aikaan Fogelholmin mukaan väistämättä aikaan sen, että elintaso länsimaissa tulee laskemaan. Elämisen laatu ei kuitenkaan ole suoraan verrannollinen dollareissa tai euroissa mitattavaan elintasoon. Elämän laatua on vaikeampi mitata.
Myös Fogelholm on pohtinut öljyn suurta merkitystä liikenteelle. Hänen näkemyksensä mukaan helpoin tapa vähentää öljynkulutusta liikenteessä on kehittää autoja niin, että ne kuluttavat vähemmän polttoainetta. Jopa Nesteellä myönnetään, että biopolttoaineiden valmistaminen vaatii paljon fossiilisia polttoaineita.
Fogelholm ihmettelee Yhdysvaltojen uskomattoman tehotonta bensiinin ja energian käyttöä. Erityisesti suhteettoman suuret kaupunkimaasturit kummastuttavat.
- Energiainsinöörin silmin katsottuna öljyteollisuudella näyttäsi olevan suora vaikutus Yhdysvaltojen politiikkaan.

Pekka Pirilä katsoo tulevaisuutta kriittisesti

Pekka Pirilä haluaa tuoda uusia energiaratkaisuja koskevaan keskusteluun kriittisiä näkemyksiä. Hän on sitä mieltä, että erityisesti uusiutuviin energiamuotoihin on ladattu liikaa toiveita. Pirilän mukaan monet asiat, joita halutaan edistää suurilla rahapanoksilla, eivät johda käytännön hyötyihin.
Uusia ratkaisuja kuitenkin tarvitaan kipeästi, koska etenkin öljyn ehtyminen, ilmaston muutos ja kehitysmaiden nousevat taloudet tuovat haasteita. Öljytaloudessa ongelma on, että kysyntä kasvaa ja tarjonta tulee vähitellen supistumaan.
Pirilän mukaan ongelmana energiakeskustelussa on usko siihen, että asiat voidaan kääntää ympäri hyvinkin nopeasti. Tällainen optimismi ei hänen mukaansa perustu todellisuuteen.
- Asiat ovat hitaita, hän toteaa
Pirilä epäilee myös hajautettua energiantuotantomallia, jossa vaikka jokainen talous tuottaisi itse oman energiansa. Pirilä arvioi, että keskitetty tuotantomalli on usein ympäristöystävällisempi. Esimerkistä käy vaikkapa puun polttaminen pientaloissa, joka saattaa aiheuttaa paikallisia ilmanlaatuongelmia, koska tulisijat tuottavat usein paljon pienhiukkasia. Hiukkaspäästöjä hillitseviä kattiloita on kyllä kehitetty, mutta Pirilä epäilee, että kuluttajat eivät ole valmiita huoltamaan niitä tarpeeksi usein. Voimaloissa puuta sen sijaan voidaan polttaa hyvin ympäristöystävällisesti.
Toinen esimerkki tehottomasta energian tuotannosta on aurinkopaneeleilla kotitalouksiin tuotettava sähkö.
- Kustannukset ovat pudonneet äärimmäisen korkeista hyvin korkeiksi, Pirilä sanoo.
Kustannukset putoavat eksponentiaalisesti, mutta jossain vaiheessa niiden putoaminen hidastuu selvästi. Viimeiset kustannusalennukset ovat vaikeimpia.
Pirilän mukaan Suomessa on uskottu liikaa siihen, että yritykset voisivat ratkaista tulevat ongelmat nykyisellä teknologialla. Hän peräänkuuluttaa väsymätöntä perustutkimusta ja pieniä demonstraatiohankkeita, joissa kehiteltyä teknologiaa kokeillaan käytännössä. Monet jo kehitellyistä uusista energiateknologioista eivät vielä ole kypsiä, mutta yrittäjiä rohkaistaan luomaan niistä liiketoimintaa katteettomilla arvioilla.

Onko Saksa edelläkävijä?

Saksa on Pirilän mielestä varottava esimerkki. Siellä tuulivoimaa on tuettu siten, että sähköyhtiöt on velvoitettu ostamaan tuulella tuotettu sähkö vakiohinnalla. Tämän seurauksena Saksaan on asennettu huomattava määrä tuulivoimaloita paikkoihin, jotka eivät edes ole kovin edullisia tuulivoiman tuottamisen kannalta.
Toinen tukimallin huono puoli on, että tuulienergian kasvu ei itse asiassa ole kovinkaan merkittävästi edistänyt tuulivoimateknologiaa, koska samanlaisilla vanhanaikaisilla tuulimyllyillä onkin kyetty tuottamaan kannattavasti sähköä. Myös aurinkosähkölle on kehitelty vastaava tukimalli.
- Aurinkoteollisuuden kasvu ei todista, että sillä olisi tulevaisuutta, Pirilä toteaa.
Myös Pirilä hehkuttaa metsäteollisuuden bioenergian käyttöä.
- Suomi on bioenergian käytössä käytännössä kärkimaa.
Myös bioenergian tutkimuksessa Suomi sijoittuu erittäin hyvin. Pirilä on myös sitä mieltä, että vaikka muut maat etenevät voimakkaasti muilla uusiutuvien energialähteiden alueilla, ei Suomen tarvitse välttämättä olla kärjessä joka asiassa. Jos hyviä keksintöjä tulee, niitä pitää kyllä tukea, mutta Suomen ei tarvitse pakottaa itseään mihinkään tiettyyn suuntaan.
Liikenteessä öljyn rooli on vaikeasti korvattavissa. Pirilä arvioi, että öljyn saatavuus tulee kiristymään viimeistään 15 vuoden kuluttua. Tämä on Pirilän optimistisin arvio tilanteesta. Pirilä pohdiskelee, että öljyn hinnan raju nousu saattaa tapahtua jo aikaisemminkin.
Erilaisilla biopolttoaineilla öljyä on Pirilän näkemyksen mukaan vaikea korvata. Sähköautojen kehitys ei ole edennyt toivotulla tavalla, mutta silti Pirilä pitää niitä yhtenä lupaavimmista vaihtoehdoista. Vetyyn on asetettu Pirilän arvion mukaan liian suuria toiveita. Ongelmana on myös se, että vety on suljetussa tilassa räjähtävä kaasu.

Mitä auton tankkiin?

Vaihtoehtoisen polttoaineen käyttökelpoisuutta liikenteessä tulee Pekka Pirilän mukaan tarkastella kokonaisenergiatasapainon kannalta. Biopolttoaine ei ole kovin biologista, jos sen korjaamisessa ja jalostamisessa käytetään suuria määriä fossiilisia polttoaineita. Näin tarkasteltuna ainakin kotimaisesta viljasta tuotettu etanoli jää energiatasapainossa pakkasen puolelle. Energiaa kuluu enemmän kuin sitä saadaan. Sen sijaan päiväntasaajan lähellä kasvavasta sokeriruo´osta tuotettu polttoaine alkaa olla kannattava vaihtoehto.
Myös pelkkien jyvien käyttö polttoaineen tuotannossa on aika järjetöntä.
- Kuinka monta prosenttia biomassasta on jyvässä? Ei kovinkaan montaa, Pirilä huomauttaa.
Pirilä ei kuitenkaan ammu täysin alas kotimaista biopolttoaineen tuotantoa. Hän on varovaisen optimistinen etanolin suhteen, joka on tuotettu puuteollisuuden jätevirroista hydrolyysillä tai kaasutuksen kautta.
Pirilä on melko skeptinen Kioton sopimusmallin suhteen. Ongelmana hän pitää muun muassa niin sanottua hiilivuotoa, jonka seurauksena saastuttavaa teollisuutta siirretään Kioton sopimuksesta ulos jättäytyneisiin maihin. Tämän seurauksena päästöt todellisuudessa jopa kasvavat. Pirilän mielestä yksinkertainen päästöverotus olisi ollut nykyistä päästökauppaa toimivampi ratkaisu.
Asian ratkaisi EU:ssa lähinnä unionin päätöksentekomalli. Erilaisiin verotusratkaisuihin EU:n komissiossa tarvitaan yksimielinen päätös, joten yhden maan vastustus kykeni kaatamaan sen. Päästökauppaan siirtymisestä sen sijaan päätettiin enemmistöpäätöksellä ilmeisesti siksi, koska kukaan ei ollut aivan varma mihin oikeastaan oltiin ryhtymässä.
Pirilä arvioi, että sopimus saattaa jopa sortua. Kun ensimmäinen tavoitekausi lähestyy vuoden 2007 lopussa, saattaa hiilidioksiditonnin hinta nousta niin korkeaksi, että peli puhalletaan poikki poliittisella päätöksellä.

Pekka Ahtila energiankäytön asiantuntijana

Pekka Ahtila on työssään keskittynyt teollisuuden energiatekniikkaan. Erityisesti Ahtilan huomiota on saanut energiaintensiivinen teollisuus.
Ahtila kertoo, että Suomen teollisuus on energiatehokkuudessa maailman kärkeä. Syynä tähän on Suomessa tapahtunut kehitys, jossa on järjestelmällisesti pyritty rakentamaan vaikkapa niin sanottuja integroituja tehtaita. Esimerkkinä integroidusta tehtaasta käy vaikkapa yhdistetty sellun ja paperin tuotanto. Syynä tällaisten tehtaiden rakentamiseen on ollut Suomessa perinteisesti vallinnut pääomien ja raaka-aineiden niukkuus. Integroitujen tehtaiden rakentamista on myös helpottanut Suomessa vallitseva korkea osaamistaso ja ainakin ennen vallinnut pitkäjännitteinen ajattelu.
Toinen teollisuuden energiatehokuutta perinteisesti parantanut toimintatapa on Suomessa ollut yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto. Tällä energiantuotantotavalla saadaan jopa 90 prosentin hyötysuhde. Eräs Suomalainen keksintö, joka on merkittävästi tehostanut huononkin polttoaineen käyttöä, on niin sanottu leijukerrospoltto. Tässä kattilassa palava polttoaine on eräänlaisen hiekkapedin sisällä. Tämän ansiosta huonolaatuinenkin polttoaine saadaan palamaan ongelmitta.
Ahtila selventää, että energiaintensiivinen teollisuus on Suomessa pääasiassa vientiteollisuutta. Energiaintensiivisyydellä tässä tarkoitetaan teollisuutta, jossa energian osuus tuotteen hinnasta on suuri. Ahtila on varma, että tämänkaltainen teollisuus säilyy Suomessa. Täällä on tämänkaltaisen teollisuuden tarvitsemia raaka-aineita, koulutusta, tutkimusta ja ennen kaikkea suotuisa teollinen kulttuuri.

Kvartaali-ajattelusta enimmäkseen haittaa?

Kvartaali-ajattelu johtaa Ahtilan mukaan raskaamman teollisuuden näivettymiseen.. Pikavoittojen tavoitteluun eivät sovi pitkäjännitteiset investoinnit joiden takaisin maksuaika on jopa kymmeniä vuosia. Esimerkkinä voisi mainita vaikkapa Amerikan terästeollisuuden, joka on vaikeuksissa investointien puutteen takia.
Ahtila pohtii vielä tulevaisuuden energian kulutusta. Selvää suuntaa hän ei kulutuksessa osaa sanoa. Energian kulutus voi joko nousta tai laskea sen mukaan miten teollinen toiminta Suomessa muuttuu. Energian kulutus nousee siinä tapauksessa, että Suomessa aletaan valmistaa entistä pitemmälle jalostettuja tuotteita.
Ahtila pitää koulutusjärjestelmän vaalimista erittäin tärkeänä. Hän myös näkee, että toistaiseksi energiapolitiikka on onnistunut ihan hyvin. Myös suomalaiselle energiaosaamiselle löytyy markkinoita ulkomaita myöten.
Energiapihiyttä voidaan Ahtilan mukaan parantaa vaikka prosessi-integraatiota kehittämällä. Tämä kehitystyö vaatii osaamista monilta eri osastoilta. Toinen tapa vähentää teollisuuden energian kulutusta on vähentää teollisuudessa pyörivien lukemattomien sähkömoottoreiden tehon tarvetta. Tämäkin kehitys on edistynyt Ahtilan mukaan lupaavasti.