Aika keskustella

Nykyinen suunnitelma polttomoottoriteknologian korvaamisesta fossiilittomalla järjestelmällä on teknologisesti toteutettavissa. GTK:n tutkimus kuitenkin tekee selväksi, että haasteena on nyt tuottaa riittävästi korvaavia, ei-fossiilisiin polttoaineisiin perustuvia järjestelmiä, jos haluamme jatkaa toimintaamme eri puolilla maailmaa kuten ennenkin.

Jos käy ilmi, että kunkin maantieteellisen alueen on muututtava omavaraisemmaksi, valtioiden on silti tehtävä yhteistyötä, jotta tavoitteet voidaan saavuttaa. On siis aika keskustella, miten nykyistä suunnitelmaa voidaan kehittää. Voit käyttää seuraavia neljää teemaa ja raportin niihin liittyviä päätelmiä oppaanasi.

Aihe 1: Miten voimme tuottaa tarpeeksi fossiilittomia energiajärjestelmiä ja saada ne toimimaan nykyisen järjestelmän mukaisesti, globaalissa mittakaavassa?

Useimpien suunnitelmaan sisältyvien fossiilittomien, korvaavien teknologioiden suoritusteho on pienempi kuin fossiilisia polttoaineita käyttävillä järjestelmillä. Edessämme on haasteita, joiden mittakaava on suurempi kuin koskaan ennen, ja meidän on ratkaistava ne muutaman vuosikymmenen aikana. Jotta fossiilisista polttoaineista voidaan luopua ja keskittyä myös maapallon ympäristön puhdistamiseen sekä kehittää avaruusteollisuuden kaltaisia uusia markkinoita, tarvitaan luotettava energianlähde (ERoEI-luku 50:1 tai vieläkin korkeampi), joka on maailman väestöstä valtaosan saatavilla. Olemassa olevat fossiiliset polttoaineet eivät ole riittävän tehokkaita tai sopivia. Nykymuodossaan uusiutuvat teknologiat eivät pysty vastaamaan näihin vaatimuksiin.

Huomaa, että uusiutuvalla energialla toimivat voimalaitokset eivät ole yhtä tuottavia kuin fossiilisia polttoaineita käyttävät voimalat. Yhden keskikokoisen hiiltä käyttävän voimalaitoksen korvaamiseen tarvittaisiin useita keskikokoisia tuuliturbiinipuistoja tai aurinkovoimaloita.

Ydinvoimalla tuotettu sähkö on ainoa fossiiliton energiajärjestelmä, joka voi luotettavasti toimittaa suuria määriä keskitettyä sähköä kaikissa sääolosuhteissa, 365 päivänä vuodessa. Verkostoa ei kuitenkaan voida laajentaa niin nopeasti, että voimalat voisivat tuottaa fossiilisista polttoaineista luopumiseen tarvittavan määrän sähköä.

Ydinvoimaloiden määrää ei voida lisätä niin nopeasti, että ydinvoimasta riittäisi globaalin teollisuusekosysteemin ensisijaiseksi energianlähteeksi. Vuonna 2018 ydinvoimalat tuottivat 4,41 % globaalista primäärienergiasta. Laajennuspotentiaalia tutkittiin simulaatioiden sarjalla. Jos ydinvoimaloiden määrä pysyisi ennallaan, nykyiset uraanivarat riittäisivät noin 300 vuodeksi. Jos ydinvoimaloiden määrää lisättäisiin aggressiivisesti 25 uudella keskikokoisella III+-sukupolven reaktorilla vuodessa, nykyiset uraanivarat riittäisivät vain 70 vuodeksi, jolloin käytetyn ydinpolttoaineen varasto vastaisi nykyisiä uraanivaroja. Tästä huolimatta ydinvoima saattaa olla ainut käytännöllinen tapa toimittaa suuria määriä luotettavaa sähkövoimaa teollisuuden tarpeisiin. Toisin kuin suurinta osaa muista fossiilittomista energiajärjestelmistä, ydinvoimaa voidaan tuottaa maantieteellisesti missä tahansa paikassa säästä ja vuodenajasta riippumatta. Ydinenergia tulee siis olemaan keskeinen osa tulevaisuuden energiamuotojen yhdistelmää, mutta sitä on hallittava oikein.

Keskustellaan. Miten voimme tuottaa tarpeeksi fossiilittomia energiajärjestelmiä ja saada ne toimimaan nykyisen järjestelmän mukaisesti, globaalissa mittakaavassa? Jotta fossiilisista polttoaineista voidaan luopua ja keskittyä myös maapallon ympäristön puhdistamiseen sekä kehittää avaruusteollisuuden kaltaisia uusia markkinoita, tarvitaan luotettava energianlähde (ERoEI-luku 50:1 tai vieläkin korkeampi), joka on maailman väestöstä valtaosan saatavilla. Olemassa olevat fossiiliset polttoaineet eivät ole riittävän tehokkaita tai sopivia. Nykymuodossaan uusiutuvat teknologiat eivät pysty vastaamaan näihin vaatimuksiin.

Aihe 2: Nykyinen ajatusmalli keskittyy yksinomaan litiumioniakkujen kemiaan ja unohtaa kaikki muut mahdolliset kemialliset järjestelmät, joiden raaka-aineina voitaisiin käyttää eri mineraaleja. Onko tämä kestävä ratkaisu?

Globaalit mineraalivarat eivät välttämättä riitä tarvittavan akkumäärän valmistamiseen. Litiumioniakkuihin keskittyminen sulkee kaikki muut mahdolliset suunnitelmat pois laskuista. GTK:n raportti osoittaa, että meillä ei tule olemaan riittävästi litiumia, kobolttia tai nikkeliä tarvittavaan akkumäärään tai nykyisen polttomoottorikuljetuskaluston ja fossiilisiin polttoaineisiin perustuvien energiantuotantojärjestelmien korvaamiseen.

Valmistettavien sähköajoneuvojen, akkujen ja vetykennoajoneuvojen määrät ovat paljon aiemmin arvioitua suurempia. Vuonna 2019 vain 0,51 % globaalista kalustosta käytti sähköä, mikä tarkoittaa, että 99,49 % kalustosta täytyy vielä vaihtaa. Alustavat laskelmat osoittavat, että globaalit varat ja globaali tuotanto eivät välttämättä riitä tarvittavan akkumäärän valmistamiseen.

Yllä olevat luvut osoittavat selvästi, että energian varastointiasemien litiumioniakkuratkaisu ei ole toimiva. Nykyiset globaalit mineraalivarat eivät ole riittäviä, eikä aika tai kapasiteetti riitä tarvittavan lisämäärän etsimiseen ja löytämiseen. Tämä on ongelma, sillä litiumioniakuille perustuvat energia-asemat ovat olleet suosittu ratkaisu uusiutuvan energiantuotannon katkosten lieventämiseen.

Keskustellaan. Nykyinen paradigma keskittyy yksinomaan litiumioniakkujen kemiaan ja unohtaa kaikki muut mahdolliset kemialliset järjestelmät, joiden raaka-aineina voitaisiin käyttää erilaisia mineraaleja. Konseptitasolla on esitelty useita vaihtoehtoisia järjestelmiä, esimerkiksi vanadiinia tai natriumia käyttäviä akkujärjestelmiä. Vakavasti otettavassa suuren mittakaavan käyttötapojen kehittämisessä on kuitenkin viimeisten 5–10 vuoden ajan keskitytty litiumioniakkuihin. Onko tämä kestävä valinta, vai olisiko järkevämpää kehittää useita erilaisia akkukemioita rinnakkain?

Aihe 3: Biopolttoainetta ja biomassaa tarvitaan, mutta ne eivät ole skaalattavissa. Voimmeko arvioida, mitä biomassaa voidaan hankkia kestävästi ja mitä ei? Voidaanko näin saada tasapainoisempi arvio siitä, mihin biomassaa kannattaa käyttää?

Jotta biopolttoaineella voitaisiin korvata öljytuotteiden kulutus, biopolttoaineiden laajamittaisen tuotannon jalanjälki olisi paljon maapallon ympäristön kantokykyä suurempi. Ongelman keskiössä on vaadittava biopolttoainemäärä suhteessa globaaliin viljelykelpoisen maan saatavuuteen sekä globaaliin makean veden riittävyyteen.

Jotta biopolttoaineilla voidaan korvata öljytuotteiden (bensiini ja diesel) vuotuinen kulutus, biomassaa olisi kerättävä joka vuosi maa-alueelta, joka vastaisi maapallon jäljellä olevien metsien määrää.

Kuten kuvasta näkee, biopolttoaineita varten tarvitaan ylimääräistä makeaa vettä 9 kertaa enemmän kuin makeaa vettä tällä hetkellä globaalisti otetaan käyttöön.

Biopolttoaineiden tuotantoteknologiat toimivat kuitenkin hyvin pienemmässä mittakaavassa. Esitetyt ongelmat muuttuvat hallitsemattomiksi vasta, kun tarkastellaan, kuinka paljon tuotantoa tulisi lisätä, jos niillä haluttaisiin korvata öljy.

Biopolttoaineiden käyttö nykyisissä polttomoottorijärjestelmissä on mahdollista varsin pienillä muutoksilla. Biopolttoaineita suositellaankin käyttämään pienessä osassa ilmailuteollisuutta. Biomassaa suositellaan biomuovin tuotantoon, jolloin osa nykyisestä muoviteollisuudesta voidaan korvata biomuovilla. Kysymys onkin, millainen biomassan keräysaste on ympäristön kannalta aidosti kestävä?

Keskustellaan. Suomessa on vahva biomassatalous, ja biomassaa kerätään jo nyt metsäteollisuuden käyttöön. Varsinkaan kerättävää puubiomassan määrää ei välttämättä voi kestävästi lisätä. Suositus onkin, että alalla suoritetaan kattava kestävyysauditointi (joka koskee myös petrokemian lannoitteiden käyttöä). Kun tiedämme, mitä biomassaa voidaan hankkia kestävästi ja mitä ei, voidaan tehdä tasapainoisempi arvio siitä, mihin biomassaa kannattaa käyttää.

Aihe 4: Teollisia lannoitteita valmistetaan muun muassa kaasua käyttäen. Vielä ei ole keksitty toteuttamiskelpoista ratkaisua, joka voisi korvata nykymallin teollisessa mittakaavassa. Olisiko ruoantuotanto mahdollista organisoida uudelleen useiden pienen mittakaavan luomutuottajien kautta?

Noin 9 % globaalisti käytetystä kaasusta käytetään teollisten lannoitteiden valmistuksessa tarvittavan ammoniakin tuotantoon. Lannoitteet taas ovat kriittisiä globaalin ruoantuotannon kannalta. Tähän fossiilisten polttoaineiden kulutustapaan on jollain tavalla puututtava. GTK:n raportin kirjoitushetkellä (2021) raportin laatija ei löytänyt ainuttakaan toimivaa vaihtoehtoa maakaasun käytölle petrokemian lannoitteiden tuotannossa. Tämä tarkoittaa sitä, että jossain vaiheessa teollinen maatalous ei enää voi toimia nykyisellä mallilla. Tällä hetkellä ainoa vaihtoehto on laajamittainen paluu pienen mittakaavan luomuviljelyyn ruoan tuottamiseksi. Tämä voisi olla tehokkaampi tapa pitkän aikavälin kestävään maanhoitoon.

Keskustellaan. Suositus on, että tulisi harkita suuren mittakaavan teollisesta maanviljelystä vaiheittaista luopumista, sillä teollinen maatalous on riippuvainen petrokemian lannoitteista ja hyönteis- ja kasvimyrkyistä. Ruoantuotanto voitaisiin järjestää uudelleen siten, että useat pienen mittakaavan luomutilat tuottaisivat ravintoa paikalliseen kulutukseen.

Aihe 5: Fossiilisten polttoaineiden korvaamiseen liittyy valtavia logistisia haasteita. On mahdollista, että energian ja raaka-aineiden yleisen kysynnän vähentäminen olisi huomattavasti helpompaa. Tämä vaatii yhteiskunnan ja sen odotusten uudistamista. Onko tullut aika muuttaa yhteiskuntaa ja teollista ekosysteemiä vähemmän kuluttavaan suuntaan?

Viimeisten 200 vuoden aikana teollisuuden ekosysteemi on kasvanut ennennäkemättömän nopeasti, ja tämä on tapahtunut fossiilisten polttoaineiden löytämisen ja hyödyntämisen avulla. Maapallon väestö on myös kasvanut suuremmaksi kuin koskaan, joten vuosi vuodelta luonnonvaroja tarvitaan enemmän. Tilanteen mahdollistaneet perusasiat ovat riippuvaisia uusiutumattomista luonnonvaroista (öljy, kaasu ja hiili). Fossiilisista polttoaineista luopuminen vaatii uudelleensuunnittelua, uusia välineitä ja koko teollisuuden ekosysteemin uudelleenrakentamista.

Koska uuden teollisuusjärjestelmän perustana oleva energialähde tulee poikkeamaan nykyisestä, teollisuuden ekosysteemin tulevan toiminnan on perustuttava uudenlaisiin rajoituksiin ja mahdollisuuksiin.