Geolämpö ei lopu

[fraatti]

Bongattu Nina Lehtisen blogista:

Geolämpö ei lopu

Geoterminen energia on maapallon sisästä tulevaa energiaa, joka aiheutuu kiven radioaktiivisuudesta, maapallon sisuksen jäähtymisestä tai vulkanismista. Maapallon uumenissa on mittaamattomasti lämpöä, mutta jo pintaa naarmuttaen ihmiskunta voisi saada käyttöönsä yli tuhat kertaa enemmän energiaa kuin tarvitsee.
Massachusettsin teknisen korkeakoulun MIT:n johtama asiantuntijapaneeli on arvioinut, että pelkästään Yhdysvalloissa kannattaa rakentaa vuoteen 2050 mennessä sata gigawattia geotermistä sähkötehoa. Se tarkoittaisi sataa tuhannen megawatin voimalaa, mikä vastaa yli 60:tä Olkiluoto 3:n kokoista yksikköä. Geovoimalat tuottaisivat 5–10 prosenttia maan sähköstä.

Myös Ranskassa, Sveitsissä, Saksassa ja muualla Keski-Euroopassa sekä Australiassa on käynnissä suuria hankkeita geotermisen energian hyödyntämiseksi.

Jo oli aikakin, voi joku sanoa. Miksi kaivaa fossiilia ja polttaa sitä, kun voi nostaa ylös valmista lämpöä ja höyryä? Viime vuosisadalla syntyikin uusi käsite: lämmön louhinta (heat mining).
Allamme kiroillisesti lämpöä
Noin 99 prosenttia maapallon tilavuudesta on kiinteää tai sulaa kiveä, jonka lämpötila on tuhat astetta tai enemmän. Lopusta yhdestä prosentistakin valtaosa on vähintään sata-asteista kiveä.

Kävelemme kuuman kivimeren päällä. Lämpö on säilynyt maankuoren alla varhaisilta geologisilta kausilta. Lisääkin syntyy radioaktiivisen hajoamisen tuloksena. Meidän allamme toimii lukematon määrä pieniä atomiparistoja.

Jo maankuoren uloimmassa 20 kilometrin graniittikerroksessa on niin paljon radioaktiivisia aineita – uraanin, toriumin ja kaliumin isotooppeja – että ne tuottavat hajotessaan enemmän energiaa kuin ihmiskunta tällä hetkellä kuluttaa.

Käsitykset maapallon syvyyksien lämpömääristä vaihtelevat, mutta pienimpienkin arvioiden mukaan geoterminen lämpö riittää kattamaan ihmiskunnan kaikki energiatarpeet tuhansiksi vuosiksi eteenpäin.

Kaikki alkoi Larderellon höyryistä
Mikä parasta, tekniikkaa kuumien syvyyksien energian hyödyntämiseksi on ollut olemassa ja käytössä jo yli sata vuotta.

Kuumissa lähteissä on kylvetty paljon pitempäänkin, mutta teollisen geotermisen voiman tarina alkoi 1800-luvun alkupuolella Larderellon kaupungissa Keski-Italiassa.

Tarkkaan ottaen silloin ei vielä ollut kaupunkia, mutta alueella toimi ranskalainen teollisuuspatruuna François de Larderel. Hän erotti vulkaanisesta mudasta boorihappoa höyryn avulla.

Höyry tuotettiin aluksi polttamalla halkoja, mutta pian metsät kävivät vähiin. Larderel katseli ympärilleen ja huomasi, että maasta nousee valmista höyryä. Hän alkoi valmistaa boorihappoa geotermisellä energialla. Larderelin kunniaksi paikkakunta nimettiin Larderelloksi.

Jos maasta saadaan lämpöä, niin mikä estäisi tuottamasta sähköäkin. Italialainen prinssi Gionori Conti rakensi 1904 koelaitoksen Larderelloon. Hänen höyryvoimalansa tuotti virtaa muutamaan sähkölamppuun. Kaupallinen, 250 kilowatin voimala käynnistyi 1913.

Halvan öljyn aikana geoterminen energia oli eksoottinen kummajainen, mutta 1958 käynnistettiin sentään toinen voimala, Wairakeissa Uudessa-Seelannissa. Sitten voimaloita nousi ympäri maailman: Yhdysvaltoihin, Japaniin, Venäjälle, Islantiin.

Nykyään sähköä tuotetaan geotermisesti 24 maassa. Vuonna 2005 tuotanto oli yhteensä noin 57 terawattituntia. Luku on noin kolme promillea maailman sähköntuotannosta.
Lämpö pitää erottaa kalliosta
Halvan öljyn aikana geoterminen lämpö ei juuri kiinnostanut. Vieläkin maailma elää enimmäkseen vanhoissa ajoissa, mutta tutkijat alkoivat jo 1970-luvulla miettiä, miten tuottaa geotermistä energiaa suuressa mitassa.

Nykyiset geotermiset voimalat toimivat poikkeuksellisissa paikoissa, joissa kuuma vesi virtaa maan pinnalle. Muualla lämpöä nousee vähän. Kallioperä eristää tehokkaasti.

Entä sitten, kysyivät tutkijat. Harvassa paikassa öljykään itsestään nousee maasta, mutta kun porataan reikä, kuiva kallio voi muuttua rikkauksien lähteeksi.

[fraatti]

Lämmön louhinnalla ja öljyn poraamisella on siis yhtäläisyyksiä, mutta on myös tärkeitä eroja. Lämpö on erotettava kuivasta kalliosta ja kuljetettava ylös veden avulla. Vesi on siis saatava kiertämään kallion kautta.

Siksi porataan vähintään kaksi reikää sopivaan, tavallisesti muutaman kilometrin syvyyteen, jossa lämpötila on 150–200 astetta. Putkien väliseltä alueelta murennetaan kiveä paineistetulla vedellä, räjäyttämällä tai kemikaaleilla. Näin muodostuu huokoinen, riittävän hyvin vettä läpäisevä kerrostuma.

Toista reikää myöten syötetään sitten alas vettä. Se virtaa rikotun, huokoisen kallion läpi, kuumenee ja nousee ylös toista reikää myöten. Vesi höyrystyy ja käyttää turbiinia samoin kuin perinteisissä höyryvoimaloissa.
Laitos toimii tasaisesti
Geotermisen energian paljous on hyvä syy porata lämpöreikiä maahan. Toinen syy on energian laatu.

Aurinko-, tuuli- ja vesivoiman teho vaihtelee jyrkästi, mutta geotermistä energiaa virtaa tasaisesti ympäri vuorokauden ja kaikkina vuodenaikoina. Tasaisuutta mitataan käyttöasteella, joka kertoo, kuinka suurta osaa kapasiteetista kyetään vuoden mittaan käyttämään. Jos laitos toimisi koko ajan nimellisteholla, käyttöaste olisi sata prosenttia.

Maailman energianeuvoston World Energy Councilin tilasto vuodelta 2005 kertoo, että geotermisten voimaloiden käyttöaste oli 73 prosenttia, tuulivoiman 21 ja aurinkoenergian 14.

Parhaat geotermiset voimalat yltävät 90 prosenttiin eli hyvien ydinvoimaloiden tasolle.
Suomessa kivi on kylmää
Kuuman kallion tekniikka mahdollistaa geotermisen energian hyödyntämisen laajoilla alueilla, mutta ei kaikkialla. Kiven täytyy olla tarpeeksi kuumaa ja lisäksi riittävän huokoista, jotta vesi pystyy kuljettamaan lämmön pinnalle. Suomessa näin ei ikävä kyllä ole.

Suomen kallioperässä lämpövuo on Geologisen tutkimuskeskuksen tekemien mittausten mukaan keskimäärin 37 milliwattia neliömetriä kohti, kun mantereilla keskiarvo on noin 65 milliwattia neliöltä. Kuumimmilla alueilla lämpövuo nousee yli kolmensadan milliwatin.

Suomen kallioperä myös läpäisee heikosti vettä. Huokoisuus on alle yhden prosentin. Senkään vuoksi kuuman kiven tekniikka ei vaikuta täällä kovin lupaavalta.

Otollisimpia kuuman kiven tekniikalle ovat luonnollisesti vulkaaniset alueet, mutta esimerkiksi Etelä-Australiassa sijaitsevaan Innaminckaan on ensi talvena valmistumassa voimala, jonka alla on radioaktiivisuuden lämmittämää graniittia.
Syvemmälle pitäisi päästä
Toistaiseksi olemme puhuneet vain kovan kallioperän pintakerroksen energian hyödyntämisestä. Lähimmät vuosikymmenet geoterminen tekniikka joutuu edelleen raapimaan pintaa.

Seuraaviakin askelia on kyllä mietitty. Nyt reikiä porataan 2–3 kilometrin syvyyteen, joskus harvoin 5–6 kilometriin asti. Suurimmillaankin syvyys on vain noin tuhannesosa maapallon säteestä.

Nykyinen poraustekniikka on omaksuttu öljyn ja kaasun tuotannosta, mutta kun reikien syvyyttä halutaan kasvattaa ja kustannuksia pienentää, tarvitaan uudenlaiset porat.

Tutkijat puhuvat kumouksellisista porausmenetelmistä, joita etenkin New Mexicossa toimiva Sandian kansallinen laboratorio on kehittänyt.

On ideoitu poria, jotka ampuvat teräskuulia kuin konekivääri luoteja. On kehitetty poria, jotka leikkaavat kiveä liekkisuihkulla. Yksi 1900-luvun haaveista, suuritehoinen laserpora, saattaa toteutua meidän vuosisadallamme. Porausta voidaan tehostaa myös kemiallisesti, syövyttämällä kiveä suolahapolla tai muilla hapoilla.
Magmaan vielä pitkä matka
Vielä kaukaisemmassa tulevaisuudessa hyödynnetään magman energiaa.

Yhdysvaltalaistutkijat kokeilivat jo 1970- ja 1980-luvulla Kilauean laavajärvellä Havaijissa sulan kiven ”poraamista” vesisuihkun avulla. Höyrystyvä vesi jäähdyttää magmaa tehokkaasti niin, että porana toimiva putki pysyy ehjänä. Jäähdytyksessä syntynyt höyry nousee putken ulkoseinää myöten pinnalle ja pyörittää turbiinia.

Venäläinen astrofyysikko Nikolai Kardašev luokitteli 1960-luvulla maailmankaikkeuden mahdolliset sivilisaatiot energian käytön mukaan. Ensimmäisen luokan sivilisaatio pystyy käyttämään planeettansa kaikkia energiavaroja. Yhdysvaltalainen fyysikko Michio Kaku ennusti myöhemmin, että ehkä kahdensadan vuoden päästä ihmiskunta saavuttaa ykköstason. Nyt taaperramme vielä nollaluokassa.

http://eskge1.blogspot.fi/2016/01/geolampo-ei-lopu.html