Maankamaran tuntemus on energiaturvallisuuden ydin

Alkuperäinen julkaisu MustRead Akatemia 7.11.2022

Mitä on energiaturvallisuus? Kaikkea sitä, mikä liittyy energiantuotantoon, jakeluun ja vaikkapa tuotannosta johtuvien jätevirtojen käsittelyyn. Tulevaisuuden turvallisuuden näkövinkkelistä se kattaa myös puhtaan energian tuotannon. Materiaalien saatavuuden ohella, energia ja sen saatavuus ruokkivat maailmassa sekä kehitystä että konflikteja.

Geologia on syytä ottaa huomioon maankäytön suunnittelussa, myös syvyyssuunnassa. Suomessa useat energiantuotantomuodot ovat tavalla tai toisella sidoksissa maankamaraan ja sen ominaisuuksiin. Esimerkiksi maalämpöön, tuulivoimaan, vesivoimaan, turvetuotantoon tai ydinvoimaan liittyvien laitospaikkojen valinnassa geologia on otettava huomioon. Tämä koskee niin luonnonvarojen optimaalista käyttöä kuin laitosten turvallisuutta ja toimintaa.

Esimerkiksi tuulivoimaloiden sijoittelussa merelle on tiedettävä merenpohjan ominaisuuksista riittävästi, jotta voimala on mahdollista rakentaa kestävästi. Ydinvoimaloiden laitospaikat taas on valittu niin, että mahdolliset maanjäristykset eivät vaikuttaisi voimalan rakenteisiin.

Pieniä voimaloita, isoja kysymyksiä

Luonnonvarojen järkevässä käytössä on paljon parantamista. Ratkaisuja kehitetään esimerkiksi energian varastointiin: tuulisen päivän tuottama sähkö pitäisi pystyä varastoimaan tuulettomia pakkaspäiviä varten. Vaihtoehtoina voivat olla vaikkapa vedyn tuotanto ja varastointi, erilaiset lämpöakut ja geolämpövarastot. Kaikissa näissä sijoittaminen maankamaraan on hyvä ja usein ainoa vaihtoehto.

Tulevaisuudessa geologian rooli energiaturvallisuudessa kasvaa entisestään. Ajankohtainen aihe on pienreaktorien (small modular reactors, SMR) käyttö energiantuotannossa, kun käännämme vähitellen selkäämme fossiilisille polttoaineille.

SMR-reaktoreita koottaisiin sarjatuotantona valmiista osista eli moduuleista. SMR:llä tarkoitetaan ydinreaktoria, joka tuottaa sähköä, lämpöä tai molempia alle 300 megawatin teholla.
Vertailuna: Loviisan ydinvoimalan 1- ja 2-yksiköiden teho on 2×500 megawattia. Olkiluoto kolmosen on tarkoitus tuottaa sähköä 1 600 MW teholla.

Samankaltainen tekniikka on ollut käytössä jo 1950-luvulta saakka esimerkiksi ydinsukellusveneissä. Useissa maissa, myös Suomessa, kehitetään parhaillaan siviilikäyttöön soveltuvaa teknologiaa. Business Finlandin rahoittamassa EcoSMR-hankkeessa kootaan VTT:n johdolla yhteen SMR-voimaloista kiinnostuneita tahoja.

Suurin osa tämän päivän SMR-konsepteista – yli 50 erilaista – perustuu maanpäällisiin laitoksiin. Uudentyyppisten laitosten sijoittelu ei ole kuitenkaan ihan triviaali asia. Laitospaikkojen valinta on turvallisuusmielessä samankaltainen kuin perinteisillä ydinvoimaloilla.

Voimaloiden mahdollinen sijoittaminen lähelle asutuskeskuksia aiheuttanee vastustusta. Vaa’assa painavat toisaalta vakaa energiantuotanto, toisaalta turvallisuushuolet.

Voimalaitoksen lisäksi SMR-voimaloissa tarvitaan todennäköisesti polttoaineen välivarastointia. Se vaatii turvalliset tilat ennen jätteen kuljetusta jätehuollon piiriin.

Ei ydinlaitos kaupungin sisällä tosin ole aivan uusi ilmiö: Espoon Otaniemessä oli ydinreaktori tutkimuskäytössä vuosina 1962–2015. Tänä päivänä sitä tuskin sijoitettaisiin maan päälle keskelle yliopistokampusta. Reaktorin teho oli vain 250 kilowattia eli alle tuhannesosa kaavailtujen SMR-voimaloiden maksimitehosta.

Syvä kallioperä kiinnostaa muitakin toiminnanharjoittajia kuin energiasektoria. Malminetsintä kohdistuu yhä syvemmälle. Kalliosta voidaan myös etsiä uusia varantoja, vaikkapa kaasujen, kuten heliumin ja metaanin esiintymiä. Syvyydessä piilee valtavasti mahdollisuuksia, joista kaikista meillä ei kenties ole vielä edes tietoa.

Pinnan alla on jo vilkasta

Maanalaisella rakentamisella on Suomessa pitkät perinteet. Väestönsuojien lisäksi maan alle on viime vuosina sijoitettu yhä enemmän myös infrastruktuuria jätevesi- ja kaukokylmälaitoksista komentokeskuksiin ja uimahalleihin. Nyt on hyvä aika miettiä, tulisiko myös mahdolliset SMR-voimalat sijoittaa maan alle.

Maanalaisiin tiloihin on suunniteltu myös käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitusta. Posiva Oy on toteuttamassa tällaista hanketta menestyksellä. Korkea-aktiivisen jätteen loppusijoitus on alkamassa lähivuosina Olkiluodon kallioperään, ydinvoimalaitosten naapuriin, yli 400 metrin syvyyteen. Loppusijoituslaitos on Posivan mukaan tarkoitus ottaa käyttöön 2020 luvun loppupuolella. Sitä ennen tehdään vielä käyttöönottokokeita.

Syvyyssuuntainen turvallisuusajattelu eli monitasoinen suojaaminen, ”defense in depth” antaa perustan nykyisten voimalaitosten ja ydinjätehuoltolaitosten turvallisuudelle. Geologisessa ydinjätteen loppusijoittamisessa turvallisuus perustuu monipäästöestekonseptiin. Siinä kukin systeemin osanen lisää kokonaisuuden turvallisuutta ja tukee muiden osien toimintaa. Komponentit, kuten kallioperä ydinjätteen yläpuolella ja varsinaiset jätepakkaukset, toimivat myös osittain toisistaan riippumatta.

Loppusijoituslaitoksille on kehitetty eri syvyyksille eri konsepteja, jotka riippuvat jätteen radioaktiivisuudesta. Yleinen periaate on, että radioaktiivisuuden kasvaessa loppusijoitussyvyyskin kasvaa.

Toisin kuin Suomessa, muualla maailmassa harkitaan jopa kilometriin ulottuvia loppusijoituslaitoksia. Käytännössä alueelliset olosuhteet, kuten kallion jännitystila ja pohjavesiolot, vaikuttavat optimaaliseen syvyyteen.

Vielä syvemmälle tähtää niin sanottu syväreikäloppusijoitus. Siinä jäte on tarkoitus haudata jopa useiden kilometrien syvyyteen, mutta ratkaisun toimivuutta ei ole vielä todennettu. Kehitystyötä tehdään parhaillaan muun muassa Yhdysvalloissa. Perusajatus on, että syvyys on pääasiallinen päästöeste.

Syvä kallioperä kiinnostaa muitakin toiminnanharjoittajia kuin energiasektoria. Malminetsintä kohdistuu yhä syvemmälle. Kalliosta voidaan myös etsiä uusia varantoja, vaikkapa kaasujen, kuten heliumin ja metaanin esiintymiä. Syvyydessä piilee valtavasti mahdollisuuksia, joista kaikista meillä ei kenties ole vielä edes tietoa.

Vähemmän vaarallisia matala- ja keskiaktiivisia jätteitä loppusijoitetaan useissa maissa – myös Loviisassa ja Olkiluodossa – laitoksissa, joiden syvyydet vaihtelevat sadoista metreistä aina erittäin matala-aktiivisen jätteen läjitykseen maanpinnalle. Näiden jätteiden radioaktiivisuus on alkujaankin heikkoa ja pienenee tasaisesti vuosien ja vuosikymmenten saatossa lähelle luonnon omaa radioaktiivisuuden tasoa tai sen alle.

Suomessa maankamara tunnetaan hyvin

Ydinvoiman hyödyntämiseen isoissa tai pienissä reaktoreissa, laitosten sijoitteluun ja mahdollisiin uusiin loppusijoitusratkaisuihin liittyy paljon vaatimuksia, joissa geologialla on suuri merkitys. Laitosten sijoittamisessa maan päälle tarvitaan pohjatutkimuksia, jotka ydinvoimaan tapauksessa kattavat esimerkiksi seismisen tarkastelun maanjäristysten varalta. Syvemmälle mentäessä kallioperän rakoilun ja vedenjohtavuuden tuntemuksen tärkeys kasvaa, jotta mahdolliset maanalaiset tilat saadaan rakennettua turvallisiksi ja toimiviksi.

Suomessa ydinjätehuolto perustuu jo nyt suurelta osin maanalaisiin ratkaisuihin. Tälle osaamiselle on kysyntää, sillä käytettyä ydinpolttoainetta ja muuta korkea-aktiivista jätettä on ydinenergiajärjestö IAEA:n mukaan maailmassa tällä hetkellä noin 29 000 kuutiometriä.

Suurin osa ydinjätteistä on maan pinnalla sijaitsevissa rakennuksissa: vesialtaissa 70 ja kuivasäilytyksessä 30 prosenttia. Matala- ja keskiaktiivista jätettä on vuonna 2016 tehdyn arvion mukaan vielä paljon enemmän, lähes 40 miljoonaa kuutiota. Määrät kasvavat koko ajan.

Tähän kaikkeen on Suomessa valtavasti osaamista, jota todella kannattaa hyödyntää maksimoitaessa energiaturvallisuutta, myös mahdollisten pienreaktorien kohdalla. Tutkimuksia voidaan tehdä maan pinnalta erilaisin kartoituksin tai luotaimin, kairaamalla näytteitä kalliosta jopa kilometrien syvyyksistä ja tutkimalla veden liikkeitä ja kemiallisia ominaisuuksia suoraan kairarei’istä.

Saatujen tietojen perusteella voidaan mallintaa 3D-rakenteita ja jopa 4D-prosesseja, kuten veden kemian muuttumista ajan saatossa. Tarve tutkimuksille on aina arvioitava tapauskohtaisesti. Se mikä on riittävää esimerkiksi ydinjätehuollossa, voi olla täysin ylimitoitettua jossain muualla. Kuitenkin muilla aloilla voisi olla opittavaa ydinjätehuollon käytännöistä ympäristöriskien arvioinnissa.

On olennaista, että geologinen ja kalliorakentamisen osaaminen kehittyy ja säilyy Suomessa.

Uusien ratkaisujen käyttöönotto vaatii rahaa ja lainsäädäntöä

Töitä on vielä paljon, ennen kuin SMR laitospaikkoja voidaan ryhtyä suunnittelemaan. Alustavaa kartoitusta on tekeillä esimerkiksi SMRSiMa- ja KYT2022-tutkimusohjelmissa. KYT tarkoittaa Kansallista ydinjätehuollon tutkimusohjelmaa. SMRSiMa on lyhenne sanoista SMR Siting and waste management (SMR-voimaloiden sijoitus- ja jätehuolto-ohjelma). Aihe on myös sisällytetty uuteen kuusivuotiseen kansalliseen SAFER 2028 (National Nuclear Safety and Waste Management Research Programme 2023–2028) tutkimusohjelmaan.

STUK on myös aloittamassa ydinturvallisuussäännöstön uudistamisen, jossa otetaan huomioon uusien teknologioiden kuten pienten modulaaristen reaktoreiden luvitus- ja turvallisuusvaatimukset. Tämän lisäksi Työ-ja elinkeinoministeriö (TEM) on julkaissut arvion, jonka mukaan ydinenergialain kokonaisuudistus olisi tarpeen ydinenergian käytön toimintaympäristön muuttuessa.

Tutkimus on tärkeää, jotta saamme aikaan tarpeellista ja oikea-aikaista taustatietoa lainsäätäjille ja viranomaisille. On olennaista, että geologinen ja kalliorakentamisen osaaminen kehittyy ja säilyy Suomessa. Tähän jos johonkin tutkimusrahoitusta on syytä jatkossakin kohdentaa niin kansallisesti kuin EU-tasolla.

Teksti

Heini Reijonen, johtava asiantuntija
Energia ja rakentamisen ratkaisut, Geologian tutkimuskeskus GTK

Kirjoitus on julkaistu alun perin MustRead Akatemian verkkopalvelussa 7.11.2022 Creative Commons CC BY-ND 4.0 -lisenssillä. Journalistinen päätösvalta on MustReadin toimituksella.

Sinua voisi myös kiinnostaa

• Geologinen osaaminen ydinenergiatuotannon mahdollistajana
• Posiva Oy – Geologisesta tutkimustiedosta kestävään ydinpolttoaineen loppusijoitusratkaisuun
• Merenpohjan rakennettavuusominaisuuksien selvittäminen tukee merituulivoiman suunnittelua
• Tulevaisuuden energia- ja infraratkaisut rakentuvat kallioperän rikkonaisuustiedolle
• Syvän geotermisen energian tutkimus ansaitsee uuden hankkeen, uskoo GTK:n tutkija Alan Bischoff

Geologian tutkimuskeskus: Ratkaisuja vauhdittamaan siirtymää kestävään, hiilineutraaliin maailmaan

Geologian tutkimuskeskus GTK tuottaa puolueetonta tutkimustietoa ja palveluita elinkeinoelämän ja yhteiskunnan tarpeisiin vauhdittamaan siirtymää kestävään, hiilineutraaliin maailmaan. GTK:n yli 400 asiantuntijaa ovat erikoistuneet mineraalitalouteen, kiertotalouteen, energia-, vesi- ja ympäristökysymyksiin sekä digitaalisiin ratkaisuihin. GTK on työ- ja elinkeinoministeriön alainen tutkimuslaitos, joka toimii Suomessa ja maailmalla.