Seuraa sähköpostitse

sunnuntai 19. kesäkuuta 2016

Uusiutuva energia ja kaupungistuminen

Uusiutuvan energian osuus energiankulutuksesta tulee kasvamaan monestakin syystä. Aiemmissa energiamurroksissa on pienistä tehotiheyksistä suurempiin. Uusiutuvan energian tehotiheydet ovat pieniä. Miten tämä suhtautuu toiseen aikamme megatrendiin, kaupungistumiseen, joka vaatii suuria tehotiheyksiä?



Ensimmäinen merkittävä energiamurros oli tulen haltuun ottaminen kymmeniä tuhansia vuosia sitten. Seuraava merkittävä energiankäyttöön liittyvä murros oli maanviljelys, joka otettiin käyttöön monissa eri paikoissa toisistaan riippumatta noin kymmenen tuhatta vuotta sitten.

Erittäin merkittävä energiamurros tapahtui joitakin satoja vuosia sitten Euroopassa, kun puun poltosta alettiin siirtyä kivihiilen yhä laajempaan käyttöön. Samalla energitiheydessä otettiin merkittävä harppaus. Pyökki- tai tammivesakon korjuu teollistuvassa Englannissa antoi noin 0,22 wattia tehoa neliömetriä kohden (W/m2). Vertailussa 1700-luvun lopun syvä kivihiilikaivos tarjosi tehotiheyden 1200 W/m2. Tässä on noin 5500-kertainen ero. Jos huomioidaan puukoksin ja kivihiilikoksin valmistus, niin ero kasvaa 7000-kertaiseksi. 1900-luvulla koettiin vielä merkittävä tehotiheyden kasvu polttomoottorin ja nestemäisten öljyjalosteiden myötä. Tämän murroksen tuloksena olivat mm. laajat esikaupunkialueet.

1900-luvulla on tapahtunut voimakasta kaupungistumista kun maaseudun työn tuottavuus on kohentunut mm. hevosten ja kauran korvautuessa traktorilla ja dieselillä. Maaseudun väki on voinut muuttaa kaupunkeihin tuottavampiin töihin (kuva 1). Kuten kuvasta alla näkyy, on tämä kehitys ollut globaalia ja arvioiden mukaan tulee jatkumaan.


Kuva 1. Lähde: YK:n datasarja WUP2014-F02 (https://esa.un.org/unpd/wup/CD-ROM/, luettu 18.6.2016). Vuonna 2050 jo kaksi kolmasosaa maailman väestöstä asuu YK:n arvion mukaan kaupungeissa.


Kivihiilen, öljyn ja ydinvoiman tehotiheydet ovat pääosin olleet 1000 neliömetriwatin korkeammalla puolella. Kaupungeissa energiaa kuluu 100-1000 W/m2 vaikka vaihtelu on varmasti suurta niin kaupunkien välillä kuin sisälläkin. Uusiutuvan energian tehotiheydet ovat alhaisempia (kuva 2) ja suuruusluokassa 0,1...10 W/m2. Näin on selvää, että kaupungit tulevat tarvitsemaan suuria energiantuotantoon varattuja maa-aloja kaupunkien ulkopuolelta. Muistan hiljan lukeneeni, että kaupunkien pinta-ala kattaa noin prosentin maapallon maa-alasta. Tämä tarkoittaa sitä, että pahimmillaan maaseudusta suuri osa tullaan varaamaan kaupunkien energiantuotantoon ruuantuotannon lisäksi.

Kuva 2. Eri energiamuotojen tehotiheyksiä. Lähde: Vaclav Smil (2015).

Paluun maaseudulle voidaan mielestäni unohtaa, joten kehityksen kääntäminen kaupungistumiselle vastakkaiseksi ei ole ratkaisu. Yhteiskunnalliset kehityskulut eivät käsittääkseni ole palautuvia kuin korkeintaan paikallisesti. Niitä miljardeja ihmisiä, jotka ovat muuttaneet maaseudulta kaupunkiin, ei voitaisi millään palauttaa takaisin maaseudulle, jotenkin elämään kestävästi. Se ei vain kerta kaikkiaan onnistu.

Minusta järkevin vaihtoehto olisi mahdollisimman monipuolinen energiapaletti. Aurinko- ja tuulivoimaa siellä missä niiden hyöty per haitta on mahdollisimman suuri. Ydinvoimalla on ymmärtääkseni oltava merkittävä rooli, sillä se on ainut suuren energiatiheyden vähäpäästöinen (CO2) energiamuoto. Sähköautot olisivat iso kehitysaskel, sillä ne tasapainottaisivat vaihtelevaa uusiutuvan energian tuotantoa ja käyttävät energiaa paljon polttomoottoriautoja tehokkaammin. Toisaalta kehitysmaissa on menossa voimakas autoistumisbuumi, joten varsinkin kehittyneiden maiden suurissa kaupungeissa liikenteen olisi hyvä saada vähennettyä autoilua esimerkiksi tehokkaan joukkoliikenteen avulla. Sosiaalisia keinojakaan, kuten mahdollisesti etätyö ja videoneuvottelut, ei tulisi väheksyä.

Olen tässä kirjoituksessa ottanut esille vain yhden, mutta usein vähälle huomiolle jäävän uusiutuvaa energiaa koskevan haasteen eli alhaisen tehotiheyden. Muitakin haasteita on (tässä englanninkielisessä kirjoituksessa on hyvä johdatus).

Fossiilisesta energiasta on päästävä eroon, mieluiten kokonaan vuoteen 2050 mennessä. Historiallisiin energiamurroksiin verrattuna aikataulu on erittäin kireä ja haasteen mittakaava valtava. Energiamurroksista olen kirjoittanut aiemmin täällä. Energiajärjestelmän muuttuminen ei ole riippumaton kaupungistumisen kaltaisista megatrendeistä. Energiankäytön tehostamisen potentiaalista olen kirjoittanut täällä.

Maapallolle lankeaa 10 000-kertaisesti auringon säteilyn myötä se määrä energiaa, jonka kulutamme. On kuitenkin huomattava, että laimeiden, ihmisen aikaskaalassa loputtomasti uusiutuvien energiavirtojen väkevöinti (ja mahdollisesti varastointi kulutushetkeä varten) tuottaa väistämättä haittoja (esimerkiksi luonnon monimuotoisuus kärsii). Aurinkoenergia ja muut uusiutuvat tulevat epäilemättä näyttelemään suurta roolia tulevaisuudessa, mutta on hyvä muistaa, että jokaisella energiayksiköllä, jonka kulutamme, on jokin haitta. Tehotiheys on yksi (ei välttämättä tärkein) kriteeri arvioida vähöpäästöisiä energiamuotoja. Energiavirran uusiutuvuus sinänsä ei välttämättä tarkoita päästöttömyyttä ja haitattomuutta. Ydinenergiallakin on aina haitta (esimerkiksi nyky-ydinvoimassa "polttoaine" pitää louhia). Eri energiavaihtoehtoja on punnittava niiden hyötyjen ja haittojen perusteella, vaikka täysin objektiivisiin mittareihin ei päästä. Eri alojen asiantuntijoiden konsensus, jos sellainen saavutetaan, voisi olla arvokas "mittari" hyväksyttäville kriteereille. Paikoin aurinko- tai tuulienergia on paras vaihtoehto, kun toisessa paikassa ja tilanteessa se voi olla vaikkapa ydinvoima.

Lähteet ja lisäluettavaa aiheesta

1. Vaclav Smil (2015), Power Density: A Key to Understanding Energy Sources and Uses. The MIT Press.
2. Vaclav Smil, (2010), Energy Transitions: History, Requirements, Prospects. Praeger.

P.S. Muutin itse omaa ydinvoimaa vastustavaa kantaani luettuani Smilin Energy Transitions -kirjan muistaakseni vuonna 2013. Vastakkainasettelu ei minusta ole akselilla ydinvoima vastaan uusiutuvat vaan vähäpäästöinen energia (uusiutuvat ja ydinvoima) versus fossiilinen energia.




Ei kommentteja:

Lähetä kommentti