KH

Energiaa ilmasta, tuulesta ja vedestä

  • Sähköstä kaasuksi -prosessi. Kuvan lähde: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.08.036
    Sähköstä kaasuksi -prosessi. Kuvan lähde: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.08.036
  • Hiilidioksidin kaappauslaitos. Kuvan lähde: carbonengineering.com
    Hiilidioksidin kaappauslaitos. Kuvan lähde: carbonengineering.com

Metaani on mainio polttoaine energiajärjestelmissä: sitä voidaan varastoida, siitä voidaan tuottaa sähköä ja lämpöä ja sen savukaasut ovat myrkyttömiä. Maakaasu, biokaasu ja synteettinen kaasu ovat kaikki lähes kokonaan metaania. Nämä kaasut ovat polttoaineina samanarvoisia ja niitä voidaan hyödyntää samoissa voimaloissa.

Valtaosa Suomessa nykyään käytettävästä metaanista on fossiilista maakaasua, joka ostetaan ulkomailta (Venäjä). Biokaasua voidaan tuottaa mm. mädättämällä biojätteitä ja jätevesilietteitä, mutta sen saatavuus on rajallinen.

Synteettistä kaasua voidaan tuottaa teollisesti Sabatier-reaktiota hyödyntäen. Prosessiin syötetään vetyä ja hiilidioksidia, ja sen lopputuotteina syntyy metaania ja lämpöä. Synteettinen kaasu on päästötön ja uusiutuva polttoaine, edellyttäen että sen tuottamiseen käytetty sähkö ja hiilidioksidi ovat uusituvista lähteistä peräisin.

Sabatier-reaktiossa tarvittava vety voidaan tuottaa elektrolyysillä. Siinä vetyatomit irroitetaan vedestä sähkövirran avulla. Sähkö voidaan luonnollisesti tuottaa millä menetelmällä tahansa, kunhan se on alkuperältään päästötöntä. Edullisimmin sitä voidaan Suomessa tuottaa tuulivoimalla.

Hiilidioksidia voidaan ottaa talteen polttovoimalaitosten savukaasuista. Kun poltetaan biomassaa, jätteitä, biokaasua tai synteettistä kaasua, vältetään fossiilinen hiili. Myös biokaasua tuotettaessa syntyy metaanin ohella hiilidioksidia, jota voidaan hyödyntää.

Sitten kun nämä hiilidioksidin lähteet ovat käytössä, käännetään katse ilmakehään, jonka hiilidioksidia on mahdollista kaapata talteen uudelleenkäyttöä varten. Hiilidioksidikaapparissa ilmaa puhalletaan huokoiseen kennoon, jossa olevat amiinit sieppaavat hiilidioksidimolekyylit talteen. Kun kenno on kyllästynyt hiilidioksidista, se lämmitetään, jolloin kennoon sitoutunut hiilidioksidi vapautuu ja kerätään talteen. Kennot ovat uudelleenkäytettäviä.

Sähkön muuttaminen kaasuksi ja myöhemmin takaisin sähköksi ei tapahtu ilman häviöitä. Sähköä pitää tuottaa noin 2,5 yksikköä yhtä varastoitua yksikköä kohden. Häviöt voidaan pääosin hyödyntää kaukolämpöverkossa tai teollisuudessa.

Uusiutuvassa energiajärjestelmässä vain noin 1/4 kulutetusta sähköenergiasta syötetään varastosta. Varastoinnin vaikutus sähkön keskihintaan on siten maltillinen.

Hyödyntämällä tuulta, ilmaa ja vettä, saamme käyttöömme täysin päästöttömän ja uusiutuvan energialähteen, jonka saatavuus on rajaton. Kaikki tarvittavat teknologiat ovat olleet jo pitkään saatavilla. Selitys sille, miksi tällaiset laitokset ovat vasta pilottiprojektien asteella, löytyy menneisyydestämme: ilmaston pilaaminen on ollut taloudellisesti palkitsevaa. Mutta nouseva päästöoikeuksien hinta sekä lisääntyvä tietoisuus kasvihuonepäästöjen haitoista ja uusiutumattomien energialähteiden rajallisuudesta antavat perusteen kääntää katse kestävien vaihtoehtojen suuntaan.

Piditkö tästä kirjoituksesta? Näytä se!

3Suosittele

3 käyttäjää suosittelee tätä kirjoitusta. - Näytä suosittelijat

NäytäPiilota kommentit (18 kommenttia)

Käyttäjän jannekejo kuva
Janne Kejo

Entä mikä on se energiantarpeen taso, joka olisi riittävä? Niin kauan kuin mikään taso ei ole koskaan riittävä, ei mikään teknologia pysty pelastamaan elinympäristöämme.

Tarvitaan talousjärjestelmän ja mentaliteetin vaihdos.

Maapallon elinkelpoisuuden säilyttäminen edellyttää sosialismiin siirtymistä

Pekka Pylkkönen

CO2:sen iso ongelma on sen älyttömän pieni konsentraatio ilmassa. Käsiteltävien ilmamassojen pitää olla massiiviset. Painimme jossain vaiheessa saman ongelman kanssa pohtiessamme erityisesti fosfaatin erottamista merivedestä.

Toinen on sitten se että ainakin toistaiseksi, ehkä vähän ikävästi, vetykaasua valmistetaan runsaasti maakaasusta..

Käyttäjän heikkitoivonen kuva
Heikki Toivonen

Itseasiassa CO2 kannattaakin napata hiilta sisaltavien polttoaineiden savukaasuista, jolloin konsentraatio on riittavan suuri. Muistaakseni 3 % jaannoshappitasolla maakaasua poltettaessa hiilidioksidin osuus on n. 12 % savukaasuista (tietenkin jonkin verran riippuu palamisilman kosteudesta).

Nyt en jaksa tai sitten osaa ottaa tuosta ajatuksesta kiinni, mika ongelma vedyn valmistuksessa metaanista olisi? Muistaakseni Kalevin viittaamassa (tai sen kaltaisessa) prosessissa itsessaankin hiilidioksidin konversio joko jatetaan metaanin tasolle tai sitten valmistetaan vetya, josta lopulta syntyva hiilidioksidi voidaan sekin johtaa raaka-aine- eli CO2-virtaan.

Edit. Huomasin nyt myos tuon suoraan ilmakehasta kaappaamisen. Ilmeisesti riittavan tuottoisa investointiin nahden sekin.

Käyttäjän KH kuva
Kalevi Härkönen

Carbonengineeringin ilmoituksen mukaan tonni hiilidioksidia ilmakehästä siepattuna maksaa 100-150 USD.

Käyttäjän jlinjama kuva
Jussi Linjama

Eikö kannattaisi mieluummin valmistaa asetyleenia? Sitähän voi helposti säilöä hyvin suuria määriä paineettomasti kalsiumkarbidina ja toisaalta karbidin valmistukseen ylijäämäsähkö sopii hyvin (käytännössä tarvitaan sähköuuni).

Tuolla saa koneet käyntiin siinä missä melkein millä tahansa, ja kaasua voi valmistaa sitä mukaan kun kone tarvitsee. 1900-luvun alun autoissa kaasuntuottojärjestelmä oli täysin automaattinen. Enemmän kaasua käytettiin valaistukseen, koska moottorin käyttämä bensa oli ilmaista ja asetyleenin valmistamiseen tarvittava sähkö kallista. On sillä silti moottoreitakin käytetty.

Petri Vestola

Miksi hiilidioksidia pitää kaapata ilmasta koneella? Kasvithan tekevät sitä aivan ilmaiseksi. Esim. hehtaari energiametsää kasvaa vuodessa 10m2 taiylikin. Se on viisi kuivatonnia, jossa on hiiltä 2,5 tonnia. Poltettaessa siitä syntyy 10 tonnia hiilidioksiidia vähän vajaa. Se voidaan kaapata savupiipusta talteen. Sen arvo on konekaappauksen hinnoilla 1000 - 1500 dollaria ynnä sen poltettavan 10m2 puukuution lämpöarvo, joka vastaa n. kahta öljytonnia.

Käyttäjän KH kuva
Kalevi Härkönen

Biomassan laajamittaisessa käytössä energiantuotantoon tulevat maankäytön rajat vastaan. Vaikka yhteyttäminen on elämälle välttämätön prosessi, sen tehokkuus energian talteenottajana on huono verrattuna ihmisen keksimiin ratkaisuihin. Hehtaarin kokoinen tuulipuisto tuottaa saman määrän energiaa kuin tuhat hehtaaria kasvatusmetsää.

Käyttäjän JanneSalonen11 kuva
Janne Salonen

"Hehtaarin kokoinen tuulipuisto tuottaa saman määrän energiaa kuin tuhat hehtaaria kasvatusmetsää."
Nauran ääneen.

Meillä on suunnitteilla 29 voimalan "tuulivoimapuisto", alue on 1634 hehtaaria. Se on 60 hehtaaria per voimala. Voimalan nimellisteho on 3,4 MW ja oletuksella kapasiteettikerroin 33%, (3,4x24x365x0,33/60), tuotto on 164 MWh hehtaarilta vuodessa. Hyvänlaatuisen kasvatusmetsän kasvun energiasisältö on luokkaa 10-12 MWh vuodessa hehtaarilta.

Kalevilla on melkein satakertainen mittakaavavirhe tässä.

Käyttäjän KH kuva
Kalevi Härkönen Vastaus kommenttiin #9
Käyttäjän JanneSalonen11 kuva
Janne Salonen Vastaus kommenttiin #10

Nin, kuten kerroin. Kemiönsaaren Nordanå-Lövbölen "tuulipuistosta" nuo luvut.

Lestijärvellä, ulkomuistista, vajaa 100 voimalaa ja 11 000 hehtaaria.
Mistä sinä löydät hehtaarin "tuulipuistoja"?

Käyttäjän KH kuva
Kalevi Härkönen Vastaus kommenttiin #12

Sty:n mukaan 50 MW tuulipuisto vie 2 x 3 km alueen. Tästä saadaan noin 250 MWh per hehtaari sähköä. 10-12 MWh biomassaa on ehkä 4-5 MWh sähköä per hehtaari.

Joten saattoi minulla tuossa pilkkuvirhe olla. Tarkastan asian kun pääsen pc:n ääreen katsomaan lähteitä. Nyt mielessä uudenvuoden vietto.

Käyttäjän JanneSalonen11 kuva
Janne Salonen Vastaus kommenttiin #13

Eli nimellisteholtaan 50 MW puisto olisi 600 hehtaaria, STY:n mukaan? 4 MW:n myllylle "vain" 48 hehtaaria / kpl.

Edellä kerroin että paljon suurempiakin maankäyttövaatimuksia on mutta sovitaan että STY:n kertoma on keskiarvo jolloin vähän alle 250 MWh hehtaarilta vuodessa on aika liki.

Tosiaan, pilkkuvirhe ja maalitolpan siirto koska nyt puhut sitten biomassan tuottamasta sähköstä etkä energasisällöstä. CHP-laitoksissa hyötysuhde on jotain 80 %, jos kuljetus otetaan mukaan, energiaa saadaa kymmenkunta MWh/y.

Missään tapauksessa ero ei ole tuhatkertainen.

Käyttäjän KH kuva
Kalevi Härkönen Vastaus kommenttiin #14

No niin, palataanpa tähän asiaan.

Jos uusiutuvia halutaan vähätellä, on hyvin yleinen 'kikka' siirtyä puhumaan primäärienergiasta. Vaikkapa ERK mielellään esittää maailmanlaajuisia primäärienergiatilastoja perustellaakseen, kuinka merkityksettömiä uusiutuvat ovat. Todellisuudessa primäärienergiasta valtaosa on kivihiiltä josta valtaosa muutetaan sähköksi lauhdevoimaloissa. Myös ydinvoima primäärienergiatilastoissa on lämpöenergiaa, ei sähköä.

Lähteeni todella puhui yksittäisen tuulivoimalan maa-alasta. Tuulivoimaloita ei tietenkään voida rakentaa vieri viereen, mutta eihän tuulivoimaloiden välinen maa-alue mitään asfalttikenttää ole, vaan sitä voidaan hyödyntää viljelymaana tai talousmetsänä.

LUT:ssa tehdyn mallinnuksen mukaan täysin uusiutuvasssa energiajärjestelmässä Suomessa olisi 30 000 MW maatuulivoimakapasiteettia. Tuulivoimapuistoja tarvittaisiin siten 3600 km2 tuolla STY:n tiheydellä. Siis vajaat 1,5% Suomen metsäalasta pitäisi aukottaa tuulivoimaloille ja huoltoteille.

Miten sitten biomassalla? 10-12 MWh/ha primäärienergiaa toteutunee Etelä-Suomessa mutta pienenee pohjoista kohti mentäessä. Jos oletetaan keskituotoksi 8 MWh/ha, tarvittaisiin metsäalaa 105 000 km2, jotta saisimme kerättyä vastaavan määrän primäärienergiaa kuin em. tuulivoimalat tuottavat sähköenergiaa.

Pysyn väitteessäni, että tuulivoima on tehokkaampaa maa-alan käyttöä kuin bioenergia.

Käyttäjän JanneSalonen11 kuva
Janne Salonen Vastaus kommenttiin #16

Mihinkähän sinä oikein vastaa? En sivunnut sanallakaan kivihiiltä vaan korjasin tuon väitteesi "Hehtaarin kokoinen tuulipuisto tuottaa saman määrän energiaa kuin tuhat hehtaaria kasvatusmetsää."
Onko se sitten vähättelyä jos ei purematta niele kaikkia mitä toinen väittää.

Maankäytön kannalta voimala vie paljon enemmän kuin jalustan ympärillä olevan sepelikentän. Sanotaan nyt halkaisijaltaan 1,5 k:n ympyrän joka tapauksessa, vaikka luvitus tehtäisiin tohelostikin.

Jos maankäyttö nyt on ratkaiseva argumentti niin lisä OL3:sia. Sen sisarreaktori tuottaa noin 60 000 MWh/ha.
www.edf.fr/en/edf/the-first-of-two-epr-reactors-at...?

Käyttäjän KH kuva
Kalevi Härkönen Vastaus kommenttiin #17

Tässähän oli kysymys siitä, voisiko hiilidioksidin kaappauksen ilmasta jättää kasveille. Ja johtopäätös oli että ei voi, kasvit loppuvat kesken.

Kommentissa 8 olisi pitänyt kirjoittaa tuulivoimala, ei -puisto. Kiitos korjauksesta.

Käyttäjän MattiLehtinen kuva
Matti Lehtinen

Millanen on hehtaarin kokoinen tuulipuisto? Paljonko hehtaarin kokoinen tuulipuisto vs. 1000 hehtaaria metsää "syö" hiilidioksiidia? En kyllä vieläkään ymmärrä miksi tota palloa vihertävää kaasua vihataan niin paljon että se koitetaan poistaa lähes tulkoon maksaa mitä maksaa tyylillä..

Toimituksen poiminnat