Syvän geotermisen energian tutkimus ansaitsee uuden hankkeen, uskoo GTK:n tutkija Alan Bischoff

GTK:n asiantuntijoista 8% on kotoisin muualta kuin Suomesta. Geologian osaajista on Suomessa monella erikoistumisalueella kilpailua. Myös GTK:n kansainvälisten rekrytointien määrä kasvaa vähitellen. Uudet geoasiantuntijat tarkastelevat usein vakiintuneita käsityksiä tuoreesta näkökulmasta. Geoenergian erikoistutkija Alan Bischoff on yksi heistä. Yhdessä muiden GTK:n tutkijoiden kanssa Bischoff yrittää selvittää syvien geotermisten energiajärjestelmien mahdollisuuksia tuottaa Suomessa puhdasta, kestävää ja luotettavaa energiaa.

Alan Bischoff. Kuva: Geologian tutkimuskeskus.

Brasiliasta Uuden-Seelannin kautta Suomeen

Alunperin Brasiliasta kotoisin oleva Alan Bischoff päätyi tutkijaksi GTK:lle monen mutkan kautta. Päätös muuttaa perheen kanssa Uudesta-Seelannista Suomeen lähti liikkeelle pohjoismaalaisten ystävien ja kollegoiden suosituksista. ”Tulet viihtymään Skandinaviassa” totesi norjalainen professoriystävä, kun Bischoff ja hänen suomalainen kumppaninsa miettivät, mistä löytyisi seuraava pysyvämpi tutkijanpaikka.

Työskenneltyään viisi vuotta tutkimusgeologina öljy- ja kaasuyhtiössä Brasilian rannikolla, Bischoff päätyi lomailemaan toiselle puolen maailmaa. Uudessa-Seelannissa vierähti 12 vuotta; ensin matkaillen ja englantia opetellen, sitten erilaisissa lyhyemmissä työsuhteissa, ja lopulta geologina kultakaivosyhtiössä. ”Vierailin, enkä koskaan lähtenyt”, Alan toteaa. Uudessa-Seelannissa hän hakeutui myös jatko-opintoihin yliopistolle ja suoritti tohtorintutkintonsa. Viimeiset vuodet hän työskenteli yliopistolla tutkimusryhmässä, jossa selvitettiin muun muassa vulkaanisten magmasäiliöiden geotermistä potentiaalia ja muita geotieteellisiä energiateknologioita.

”Päätöstä muuttaa toiseen maahan ei koskaan tee vain yhden asian nojalla. Olin kuullut monelta tutulta hyvää GTK:sta työpaikkana, ja tyttäreni syntymän jälkeen etsin vakituisempaa ratkaisua. Kiinnostuin GTK:sta, koska täällä korkea teknologia yhdistyy suuntaa näyttävään tutkimukseen. Olin innoissani, että täällä halutaan todella viedä tutkimusta eteenpäin uusille alueille”, Bischoff kertoo.

Miten päädyit tutkimaan geoenergiaa GTK:lle?

Alan Bischoff: Suosittelujen myötä aloin seuraamaan GTK:n avoimia työpaikkoja. Hain ensin paikkaa geofysiikan laboratorion puolelta, ja haastattelu sujui hienosti – puhuimme pari tuntia kaikesta paitsi haussa olleesta paikasta. Lopulta yksikön nykyinen päällikkö Fredrik Karell totesi, että tämä paikka ei ole sinulle oikea, mutta sinun täytyy tutustua GTK:n Geoenergia-ryhmään, ryhmäpäällikkö Nina Leppäharjuun ja johtavaan asiantuntijaan Teppo Arolaan. Joten aloin seuraamaan avoimia geoenergian paikkoja ja päädyin hakemaan erikoistutkijan paikkaa.

Haastattelu Ninan, Tepon ja yksikön päällikkö Hannu Lahtisen kanssa meni jälleen loistavasti. Tunsin jo haastattelun aikana olevani osa tiimiä. Varsinkin syvän geotermisen energian tutkimus vaikutti olevan GTK:lla kiinnostavassa vaiheessa, johon minulla voisi olla monitieteisen taustani vuoksi annettavaa. Suomessa suurimpia haasteita on, että on porattava useita kilometrejä löytääkseen sopivat lämpötilat laajamittaiseen geotermiseen tuotantoon. ”Syvän lämmön” talteenotto vaatii tieteellistä innovaatiota useilta geotieteen alueilta kuten geofysiikasta, rakennegeologiasta ja petrologiasta.

Mikä geoenergian tutkimuksessa on kiinnostavaa juuri nyt?

Yleisesti ottaen tutkimuksen painopisteet ovat todella muuttuneet sen jälkeen, kun aloitin työt geologina. Yli vuosisadan ajan öljynetsinnän tarpeet määrittelivät geologian koulutusta, eikä vaihtoehtoisista energiateknologioista voinut kehittyä kaupallisesti kilpailukykyisiä. Nykyiset ilmastonmuutokseen liittyvät haasteet muuttavat tätä skenaariota. Ympäristön ja tulevaisuuden kannalta kestävät ratkaisut kiinnostavat.

Kymmenen vuotta sitten geologian tutkijan oli hyvin vaikea löytää työmahdollisuuksia fossiilisen energiantuotannon ulkopuolelta. Nyt olemme nähneet valtavaa kasvua vedyn ja vähähiilisten energiamuotojen tutkimuksessa. Geotermisen energian suurin etu on sen perustuotannon luotettavuus: toisin kuin muut vaihtoehtoiset energialähteet, kuten aurinko tai tuuli, geoterminen energia ei ole riippuvaista ilmasto-olosuhteista ja on käytettävissä ympäri vuorokauden.

Geotermisen energian tutkimuksesta kiinnostuin Uudessa-Seelannissa, jossa Islannin tapaan on hyvät olosuhteet ja pitkä historia geotermisen energian hyödyntämisessä. Geoterminen tuotanto aktiivisilla vulkaanisilla alueilla sujuu hyvin. Jäljellä olevat kysymyksemme koskevatkin nyt tuotannon lisäämistä vulkaanisten alueiden ulkopuolella. Fennoskandian kilpi (Suomen geologinen ympäristö) on yksi niistä matalamman lämpötilan alueista, joissa geotermisellä energiantuotannolla olisi välittömiä hyötyjä teollisuudelle ja kiinteistöjen lämmitykselle. Tunnen itseni onnekkaaksi, että saan tehdä tutkimusta yhteiskuntaan merkittävästi vaikuttavista aiheista.

Maailman tuliperäisillä alueilla kuten Uudessa-Seelannissa geotermistä energiaa käytetään laajasti. Mitä huomioita olet tehnyt geotermisen energian hyödyntämisestä Suomessa?

Perinteinen sähköntuotanto matalammista geotermisistä lähteistä on vakiintunut teknologia ja teollisuus. Geoterminen energia tarjoaa kuitenkin monia mahdollisuuksia matalista yksittäisten tilojen lämpöjärjestelmistä aina monen megawatin voimalaitoksiin.

Suomessa maalämpö on menestystarina, vaikka sijaitsemme yhdessä maailman haastavimmista alueista geotermisen energian tutkimuksen ja hyödyntämisen kannalta. Suomen lämpöpumppuyhdistyksen mukaan maassa asennetaan tälläkin hetkellä yli 150 000 maalämpöpumppua, ja määrä vain kasvaa. Pohjoismaissa matala geoterminen energiantuotanto on vakiintunut ja omilla jaloillaan seisova teollisuudenala. Olin yllättynyt, että Suomessa myydään kotejakin valmiiksi asennetun maalämpöratkaisun kanssa, mikä osoittaa markkinoiden kilpailukyvyn.

Kylmän ilmaston vuoksi Suomessa on totuttu maalämmön hyödyntämiseen yksittäisten talojen lämmityksessä, yksittäisistä matalista lämpökaivoista. Geotermisen energiantuotannon hyödyt vaativat kuitenkin poraamista syvemmälle, ja siellä sijaitsevat haasteet: alhainen geoterminen gradientti ja alhainen läpäisevyys. Suomen kallioperä on ikivanha ja kylmä, ja siinä on paksu litosfääri. Meidän tulisi osoittaa, kuinka löytää tai luoda riittävä kallioperän läpäisevyys ”syvän lämmön” hyödyntämiseen. Suomalainen kallioperä on hankala, mutta uskon, että se on voitettavissa.

Kiinnostavimmat kysymykset ovatkin nyt geotermisen energiantuotannon skaalautuvuus alueellisiin ratkaisuihin, syvän geotermisen energian hyödyntäminen ja kilpailukykyisen tuotantoteknologian kehittyminen. Näissä riittää tutkittavaa.

Geotermisen energian suurin etu on sen perustuotannon luotettavuus: toisin kuin muut vaihtoehtoiset energialähteet, kuten aurinko tai tuuli, geoterminen energia ei ole riippuvaista ilmasto-olosuhteista ja on käytettävissä ympäri vuorokauden.

Millaisia haasteita liittyy geotermisen energian laajempaan hyödyntämiseen Suomessa?

Suomessa tässä on oikeastaan kaksi keskeistä tekijää: lämmöntuotto ja teknologia. Syvemmällä kallioperässä lämmöntuotto kasvaa huomattavasti, 6–7 kilometrin syvyydessä lämpötila on jo 100 °C, mutta samalla kasvaa lämpökaivojen poraamisen liittyvät kustannukset ja riskit. Syväreiän poraaminen kestää useita kuukausia ja maksaa miljoonia. Jos taas pysymme maltillisemmilla syvyyksillä, suurempaan lämmöntuottoon tarvitaan enemmän kaivoja ja pinta-alaltaan laajempi kaivokenttä. Mallimme viittaavat siihen, että tiheämmin asutuilla alueilla tämä ei ehkä ole mahdollista.

Meidän pitäisi siis pystyä arvioimaan tarkemmin, millaiset geologiset olosuhteet vallitsevat syvemmällä kallioperässä, millainen tietyn alueen syvän geotermisen energian potentiaali on ja miten energiatuottoa tehostetaan. Samalla poraamisen ja tuotantoteknologian kustannuksia ja riskejä pitäisi vähentää. Jokainen kannattamaton kokemus syvien geotermisten kaivojen tuotannosta vähentää toimialan luottamusta uusiin kokeiluihin.

Suurempi tarkkuus edellyttää lisätutkimuksia geofysikaalisista menetelmistä, joilla voimme löytää läpäiseviä vyöhykkeitä syvemmältä kallioperästä. Samalla tarvitsemme enemmän tietoa suoraan syvältä maankamarasta, jotta voimme arvioida sen petrologisia- ja lämpötilaominaisuuksia. Tiedon avulla pystyisimme paitsi tarkastelemaan Suomen syvää geotermistä energiapotentiaalia myös suunnittelemaan uusia teknologioita energiantuotantoon. Esimerkiksi uusi Enhanced Geothermal Systems (EGS) -teknologia hyötyisi voimakkaasti tarkemmasta tiedosta syvältä maankamarasta. Tällä hetkellä Suomessa on vain kymmenkunta syväreikää, joissa voisimme päästä tutkimaan näitä olosuhteita.

GTK on mielestäni oikealla tiellä: edistetään innovaatioita, tuetaan perustutkimusta ja luodaan verkostoitumismahdollisuuksia. Yhteistyö julkisten toimijoiden, tutkimusorganisaatioiden ja yritysten verkostossa on ratkaisevaa vähähiilisten teknologioiden kehittämisessä ja ainoa tapa ratkaista syvän geotermisen energian hyödyntämiseen liittyvät monet haasteet.

Geoenergia-ryhmä on myös mukana GTK:n omarahoitteisessa syväkallioperätutkimukseen keskittyvässä Koillismaan syväreikä -projektissa. Mikä Koillismaalla kiinnostaa geotermisen energian tutkijaa?

Koillismaan syväreikä on juuri sitä aloitteellista tutkimusta, mitä kaivataan uuden tiedon tuottamiseen. Meillä on tällä hetkellä Geoenergia-ryhmässä rajallinen määrä tietoa syvemmältä maankamarasta ja pieni joukko työskentelemässä yhteisten tavoitteiden eteen. Mielestäni Koillismaa on jo saavuttanut tuloksia saattamalla yhteen geoenergian tutkijat ja tutkijoita muista GTK:n yksiköistä. Lisäksi Koillismaa houkuttelee kotimaisia ja kansainvälisiä tutkimuskumppaneita, kuten Turun yliopisto ja Strasbourgin yliopisto. On rohkaisevaa, että kaikki ovat samassa huoneessa puhumassa, ratkomassa samoja ongelmia.

Geotermisen energian tutkijalle syväreikä tarjoaa tietoa syvän kallioperän todellisista (in-situ) olosuhteista ja kivilajeista. Käytämme syväreiästä kerättyä dataa seulana uusille mahdollisuuksille löytää syvän geotermisen energian potentiaalia. Olemme pystyneet esimerkiksi kehittämään ADTS-menetelmän tarkkuutta kallioperän in situ -lämmönjohtavuuden ja muiden ominaisuuksien mittaamiseksi suuremmilla syvyyksillä. Syväreiästä kerätty data on antanut meille kriittistä tietoa, jonka avulla voimme alustavasti arvioida, miten lämpö ja vesi kulkeutuvat Suomen kallioperässä.

Geotermisen energian tuotanto on riippuvaista kallioperän rikkonaisuudesta, huokoisuudesta ja läpäisevyydestä. Suomessa kallioperä koostuu usein kivilajeista, joilla on heikko läpäisevyys. Kallioperään ei muodostu helposti kuumia pohjavesialtaita, eikä vesi pääse liikkumaan ja kiertämään kallioperässä, mikä on geotermisen lämmönmuodostuksen kannalta olennaista.

Tähän mennessä tärkein havaintomme Koillismaan syväreiästä on ollut juuri kallioperän huokoisuus ja rikkonaisuus. Huokoisuus ei ole tavanomainen piirre kiteisessä kallioperässä näillä syvyyksillä. Lisäksi havaitsimme, että huokoisuudella ja rikkonaisuudella on merkittävä vaikutus kivilajien lämpöparametreihin, jotka ohjaavat lämmön siirtymistä ja varastointia maankamarassa. Tulokset Koillismaalta ovat lupaavia. Nyt haluamme tietää, miten huokoinen, läpäisevä kivilaji on syntynyt ja miten huokoisuudet ovat pysyneet auki syvemmässä ja paineistetussa ympäristössä. Tämä on avannut kokonaan uuden suunnan tutkimuksillemme.

Mitä seuraavaksi? Miltä tulevaisuus GTK:lla näyttää?

Erinomainen kysymys. Olen ollut GTK:lla nyt alle vuoden, joten rakennan edelleen verkostoja ja yritän vakuuttaa kollegani tutkimusten pariin, jotka mielestäni auttaisivat meitä löytämään geotermistä potentiaalia tehokkaammin. ’Pomoni’ ovat antaneet minulle paljon liikkumatilaa ja tukeneet uusia mahdollisuuksia, ideoita ja resursseja, mikä on ollut hienoa. Korkealaatuinen tutkimus vaatii aikaa ja kokeiluja.

Olen käynyt keskustelemassa GTK-kollegoideni kanssa – joista osa on jäämässä eläkkeelle – kerätäkseni heiltä mahdollisimman paljon arvokasta tietoa. Kaikki ovat olleet todella ystävällisiä ja avoimia jakamaan 30, 40 vuodessa kertynyttä tietämystään. Oma ymmärrykseni on kasvanut viikoittain heidän ansiostaan.

Tutkimuksessa halua keskittyä nyt kiteisen, matalamman lämpötilan kallioperän geotermisen energian potentiaaliin. Meillä on Koillismaan lisäksi muitakin syväreikiä Suomessa, nyt niitä pitäisi vain hyödyntää. Meidän pitäisi kerätä näytteitä ja mitata syvemmältä, todellisista olosuhteista. Mitä syvemmälle kallioperässä mennään, sitä monimutkaisemmaksi järjestelmä muuttuu. Useimmat kollegani ovat mallintajia. Haluan tarjota heille tarkempaa, todellista tietoa syvemmistä olosuhteista, jotta voimme parantaa syvän geotermisen energiapotentiaalin malleja ja ymmärrystä vallitsevista parametreistä.

Geotermisen energian tulevaisuus Suomessa on mielenkiintoisessa vaiheessa. GTK:lla on tarjota hyvä perustutkimuksen tietovaranto, jonka varaan rakentaa. Voimme käyttää Koillismaata ja muita syväreikiä osoittaaksemme energia-alan toimijoille, miten ja miksi asiat toimivat syvemmällä kuten toimivat. Myös syvän geotermisen energian ratkaisut, kuten EGS ja keinotekoiselle vedenkierrolle rakentuvat järjestelmät, riippuvat tästä. Tutkimustulokset pitäisi laittaa avoimesti kaikkien saataville, jotta sidosryhmät, päättäjät ja yritykset ymmärtäisivät, miksi jokin ratkaisu ei toiminut ja miten sen voisi saada toimimaan.

Energiavarojen löytäminen syvältä maankamarasta on riskialtista toimintaa ja vaatii sinnikkyyttä, mutta tarjoaa myös valtavan hyödyn: kotimaisen puhtaan ja uusiutuvan energian jatkuvan tarjonnan yhteiskuntamme ja taloutemme liikuttamiseen.