Geotermisen energian tehokkaampi hyödyntäminen vähentäisi fossiilisten polttoaineiden käyttöä ja hiilidioksidipäästöjä
Suomen maankamaran ylimpään 300 metriin on varastoitunut uusiutuvaa energiaa noin tuhat kertaa koko maan energiantuotannon verran. Vuonna 2020 GTK käynnisti Geoenergian innovaatiot -nimisen projektin, jonka tavoitteena on avata uusia mahdollisuuksia maankamaran lämpötilan ja geoenergian soveltamiseen. Projekti kattaa niin kallioperään kuin pohjaveteen liittyvät potentiaaliset geoenergiaratkaisut.
Maankamarassa on valtavat määrät lämpöä, jota on hyödynnetty Suomessa vasta minimaalisesti, vaikka kiinteistöjen lämmitys muodostaa huomattavan osan Suomen päästökuormasta. Hyödyntämispotentiaalia on paljon, ja juuri siihen pureutuu GTK:n Geoenergian innovaatiot -projekti. Tavoitteena on, että geoenergian hyödynnettävyyttä pystyttäisiin kasvattamaan ja polttamalla tuotetusta energiasta päästäisiin ainakin osittain eroon.
Noin 2000-luvun alusta lähtien omakotitaloissa on hyödynnetty maalämpöä etenevässä määrin. Lisäksi lämpöpumppu- ja poraustekniikan kehittyessä maankamaran lämmön hyödyntäminen on yleistynyt myös yksittäistä maalämpökaivoa suuremmissa järjestelmissä, joilla pystytään kattamaan isompien kohteiden kuten rivitalojen, kerrostalojen ja logistiikkakeskusten lämmöntarpeet.
”Periaatteessa geoenergia on kaiken lämmitysenergiatarpeen kattava lähde, mutta yhtenä haasteena on lämmitystehon sääteleminen. Geoenergia tuottaa lämpöä tasaisesti ja saatava hetkellinen teho on luonnon säätelemä, joten yksistään geoenergian hyödyntäminen ei ole mahdollista esimerkiksi suuria piikkitehoja vaativissa tilanteissa”, kertoo johtava asiantuntija Teppo Arola, joka toimii projektipäällikkönä Geoenergian innovaatiot -projektissa.
Pientä apua haasteeseen voivat tarjota pohjavesienergiasysteemit, joita projektissa tutkitaan. ”Pohjaveteen liittyvä energiaratkaisu on potentiaalisempi vaihtoehto tehon säätelyä vaativaan tarpeeseen, sillä se mahdollistaa suuremmat hetkelliset tehot. Tällä hetkellä sitä kuitenkin hyödynnetään hyvin pienessä mittakaavassa.”
Pohjavedestä hyödynnettävissä oleva jatkuva teho on Suomen kaavoitetuilta pohjavesialueilta noin 110 MW. Vuodessa kyseisellä teholla tuotetulla energialla voitaisiin lämmittää merkittävä osa pohjavesialueilla tai niiden läheisyydessä sijaitsevista kiinteistöistä.
Kehittämistä, testaamista, mallinnuksia
Käytännössä Geoenergian innovaatiot -projektissa kehitetään ja testataan mittalaitetta sekä työskennellään kentällä. Mittauspisteitä on eri puolilla Suomea.
Projektin aikana tutkijat kehittävät kallioperän rikkonaisuusvyöhykkeiden mallinnukseen ratkaisun, jonka avulla pystytään arvioimaan sekä energian tuotantoa että kallioperän vaikutusta koko hankkeen riskeihin. Esimerkiksi kallioperän rikkonaisuus muodostaa merkittävän riskin porauksen onnistumiselle ja sitä kautta hankkeen kannattavuudelle.
Lisäksi projektissa on kehitetty tieteelliseltä pohjalta uusi kallioperän lämmönjohtavuuden mittausmenetelmä, jonka ansiosta pystytään laskemaan miten energia liikkuu maan alla. Tämä auttaa energian hyödyntämiseen liittyvien ratkaisujen suunnittelussa, sillä lämmön liike vaihtelee kallioperän koostumuksen ja rakenteen vaikutuksesta.
Projektissa on selvitetty arktisen alueen mahdollisuuksia kattaen Suomen Oulusta pohjoiseen ja jopa Alaskan. Tämän hetken oppi on se, että mahdollisuuksia geoenergian hyödyntämiseen on myös arktisilla alueilla, mutta nyt tarvittaisiin erityisesti pilottikohteita, jotta merkittävä energiapotentiaali saataisiin tehokkaasti käyttöön.
Tekoäly ennustaa geoenergian potentiaalia
Projektissa on otettu käyttöön myös uudenlaista teknologiaa. GTK:n tutkijat käyttivät ensimmäisenä maailmassa tekoälyä geoenergiapotentiaalin tutkimiseen. Käytännössä tutkijat kehittivät tekoälysovelluksen, jolle opetettiin geoenergian potentiaalin ennustaminen erilaisista termogeologisista parametreistä. Tekoälyn avulla saatiin tehtyä Suomen mittakaavan potentiaalikarttoja, joiden laskeminen ei olisi käytännössä onnistunut ilman tekoälyä tarvittavan laskenta-ajan ja -tehon vuoksi.
Äly on se, joka ratkaisee myös jatkossa. Jotta maankamaraan varastoitunutta energiaa pääsisi hyödyntämään mahdollisimman tehokkaasti, on osaamiseen panostettava. ”Kasvava ala vaatii lisäkoulutusta, osaajia on liian vähän”, toteaa Arola lopuksi.
Lue lisää
Geotermisen energian potentiaalikarttoihin voi tutustua osoitteessa gtkdata.gtk.fi/maankamara
Palvelusta löytyy koko maan kattava karttatietokanta maaperämuodostumista sisältäen noin 200 000 polygoni-muodossa olevaa karttakuviota ja yli 300 000 viivamuotoista lineaatiota.
GTK:n toimista liittyen vähähiilisten energiantuotantomuotojen tutkimukseen, käytettävyyteen ja käyttöönottoon löytyy lisätietoja vuoden 2021 vastuullisuusraportista www.gtk.fi/vastuullisuus
