Ella Virta selvitti kallioperäkartoituksen merkitystä geoenergian suunnittelussa: ”Rakennegeologisella tulkinnalla voidaan vähentää energiakaivojen poraukseen liittyviä riskejä”
Kasvava energiantarve ja fossiilisten energianlähteiden korvaaminen uusiutuvilla on nostanut maa- ja kallioperästä sekä Maan sulasta ytimestä kumpuavan geotermisen energian varteen otettavaksi puhtaan energian vaihtoehdoksi. Geotermistä energiaa hyödynnetään jo nyt tehokkaasti, mutta sen käyttöä halutaan myös laajentaa hyödyntämisen kannalta haasteellisemmille alueille.
Pullonkaulaksi ovat usein muodostuneet tehokkaat, mutta kalliit ja työteliäät geologiset menetelmät, joita käytetään geotermisten kaivojen rakentamiseen liittyvien riskien kartoitukseen ja paikan valintaan. Harppaus geotermisen energiantuotannon kehittämisessä olisikin, jos maanpäällisiä edullisempia ja helpommin toteutettavia tutkimuksia voitaisiin hyödyntää tehokkaammin energiakaivojen paikkaselvityksissä.
Ella Virta lähti ratkaisemaan tätä kysymyksenasettelua pro gradu -tutkielmassaan ’Kallioperäpaljastuman rakenteiden korreloitavuus maanalaisen datan kanssa – painottuen geoenergiatutkimuksen tarpeisiin’. Lähtökohtana oli selvittää, kuinka luotettavasti maanpäälliseen kallioperäkartoitukseen perustuvaa tietoa voidaan hyödyntää energiakaivojen paikan valinnassa ja miten nämä tiedot korreloivat syvältä kallioperästä saatavan tiedon kanssa.
Virta teki opinnäytetyönsä Turun yliopiston Maantieteen ja geologian laitokselle yhteistyössä Geologian tutkimuskeskuksen, Helen Oy:n ja muiden toimijoiden asiantuntijoiden kanssa. ”Yhteistyö oli todella mutkatonta eri toimijoiden välillä. Olen aina ollut kiinnostunut geotermisestä energiasta ja siitä, miten sitä voidaan hyödyntää energiantuotannossa. Vaikka mukaan tuli minulle haasteellisempi geologian osa-alue, rakennegeologia, otin kiinni haasteesta. Oli hienoa päästä soveltamaan teoriaa käytäntöön”, Virta kertoo.
Tutkimuksessa Virta onnistui osoittamaan, että rakennegeologisella tulkinnalla on mahdollista arvioida maanalaisten rakenteiden esiintymistä ja siten pienentää energiakaivon poraukseen liittyviä riskejä. Tällä voi olla huomattavia vaikutuksia geotermisen energian suunnitteluun.
Kallioperän rakoilua voisi havaita rakennegeologisella kartoituksella
Tutkimus käynnistyi Helen Oy:n suunnitelmasta lisätä fossiilivapaata energiantuotantoaan poraamalla geotermisen energiakaivon lämpövoimalansa yhteyteen Helsingin Ruskeasuolla. Energiakaivon tavoitesyvyys oli 2,5 kilometriä. Haastava energiakaivon porausprosessi jouduttiin kuitenkin keskeyttämään 865 metrin syvyyteen kallioperän tiheän rakoilun vuoksi.
GTK:n asiantuntijat tutkivat energiakaivon kivilajinäytteet ja mittasivat siinä tapahtuvia lämpötilamuutoksia. Tässä vaiheessa myös Virta aloitti opinnäytetyöhönsä liittyvän kallioperäkartoituksen, jossa alueelta kerättiin kaivonporaukselle olennaista rakennegeologista dataa. Kallioperäkartoituksessa alueen vaihtelevissa kivilajiyksiköissä havaittiin todella tiheää rakoilua.
”Alueen kiinnostavin geologinen rakenne on huomattava itä-länsisuuntainen siirros, joka sijaitsee geotermisen kaivon pohjoispuolella. Useiden kenttämittausten sekä 2D- ja 3D-materiaalien perusteella voimme havaita siirroksen kaatuvan noin 80o kohti etelässä sijaitsevaa geotermistä kaivoa”, Virta kuvailee.
Maan päällä vaivattomasti havaittava siirros näkyy myös seismisessä datassa, jota tuotettiin reflektioseismisellä luotauksella 10 kilometrin matkalta ulottuen Laaksosta Pirkkolaan. Energiakaivossa havaittu rakoilu liittyy todennäköisesti myös kyseiseen siirrokseen. Siirros läpäisee kaivon syvyydellä, jossa kairaus jouduttiin keskeyttämään. Lisäksi kaivosta tehdyt mittaukset osoittavat lämpötilassa tapahtuvan muutoksen noin 800 metrin syvyydessä, mikä voi liittyä rakoiluun. Harmillisesti kaivon geofysikaaliset mittaukset ja reikäkuvaukset epäonnistuivat, minkä vuoksi kaivosta ei saatu kerättyä rakosuuntatietoa.
Maanpäällisten menetelmien luotettavuutta ja niiden korreloitavuutta maanalaiseen dataan ei voitu Virran opinnäytetyössä täysin todistaa geofysikaalisten mittausten epäonnistuttua. Tutkimuksella voidaan kuitenkin todistaa kattavan kallioperäkartoituksen merkitystä. Kallioperäkartoituksella on mahdollista selvittää oleellisia geologisia rakenteita, jotka pitää huomioida geotermisten kaivojen paikan valinnassa, vaikka valinta ei voikaan täysin perustua rakennegeologiseen kartoitukseen.
Yliopistoyhteistyö tuottaa uusia osaajia
”Opinnäytetyön tekeminen oli minulle monipuolinen oppimisprosessi. Tämä oli hieno mahdollisuus työskennellä alan ammattilaisten kanssa ja saada kokemusta yritysten ja tutkimuslaitosten välisestä yhteistyöstä. Sain perspektiiviä katsoa asioita eri näkökulmista sekä kokemusta siitä, miten työelämässä toimitaan”, Virta kertoo.
”Geoenergia on varsin uusi soveltavan geologian ala, johon ei kouluteta osaajia missään. Kasvavat markkinat vaativat kuitenkin koko ajan lisää osaajia. Tämän vuoksi meillä on tarve kouluttaa geoenergian osaajia sekä GTK:n että koko alan tarpeisiin Suomessa. Yliopistoyhteistyö nimenomaan pro gradu -töiden muodossa on erittäin tervetullutta niin yliopistoille, GTK:lle kuin erityisesti nuorille tutkijoille itselleen. Meidän on tärkeä sitouttaa osaavia nuoria geoenergian tutkimukseen”, sanoo geoenergian johtava asiantuntija Teppo Arola GTK:lta.
