Suomen maankamarassa on 300 metrin syvyyteen asti sitoutuneena niin paljon lämpöä, että siitä riittäisi kaukolämpöä yli 25 000 vuodeksi – miksei tällä lämmöllä ole jo ratkaistu kaikkea tarvitsemaamme lämmöntuotantoa?

• Jaa artikkeli X:ssä

Noin 10—20 metrin syvyydessä ei enää tiedä, onko maanpinnalla kesä tai talvi. Noin 100–150 m syvyyteen ulottuu ilmastonmuutoksesta ja urbanisoitumisesta aiheutuva ”lämpöpulssi”. Siitä alaspäin mennessä kallioperän lämpötila kasvaa Suomessa noin 1,2–1,6 °C jokaista 100 metriä kohden.

Luonto asettaa lämpöenergian hyödyntämiselle rajat, joita ei parhaallakaan insinööriosaamisella voida ylittää tai venyttää. Lämmön siirtäminen maasta tuotantoon on kaiken perusta, ja termogeologiset olosuhteet hallitsevat sitä.

Ajatus lähes rajattomasta lämmönlähteestä on kirjaimellisesti kuuma: miten turvataan lämmityksen ja toisaalta viilennyksen kasvava tarve tinkimättä elintasosta? Miten lämpöenergian tuotanto hoidetaan hiilivapaasti ja siten, ettei se ole maailman myllerryksistä moksiskaan? Kuinka tuotanto rakennetaan paikallisesti lähelle ihmisiä ja huomaamattomaksi siten, ettei laitoksen käyttö aiheuta ympäristöllistä ja logistista haittaa?

Isoja kysymyksiä, joihin on yksi ylivoimainen vastaus: hyödyntämällä maankamaraa sekä energian tuottamiseen että sen varastoimiseen.

Vaakaa ja pystyä

Maalämpöä otetaan talteen sekä vaaka- että pystysuunnassa rakennetuilla putkistoilla tai hyödyntämällä suoraan pohjavettä. Riippumatta siitä, rakennetaanko 1,5 metrin syvyyteen ulottuvat vaakaputkistot maaperään vai 6,5 kilometriin ulottuvat energiakaivot kallioon, pitää aina kaksi asiaa toteutua, jotta systeemi tuottaa energiaa: a) tarvitaan riittävä lämpötilaero maankamaran ja lämmönsiirtimen välille ja b) lämpö pitää saada siirrettyä nesteeseen.

Suomen kallioperään porataan vuosittain yhteensä noin 3 000 kilometriä uusia energiakaivoja. Ne kulkevat yleensä maalämpökaivon nimellä. Kaivoon – yleisimmin 115 mm läpimittaiseen porausreikään – asennettu lämmönvaihtoputkisto liitetään lämpöpumppuun. Se taas tuottaa tarvittavan energian rakennukseen.

Tekniikka on koeteltu ja hyväksi havaittu, ja kilpailu ilman merkittäviä tukitoimenpiteitä on tehnyt alasta terveen. Ala voi siten erinomaisesti, ja joka vuosi yhä uusia kiinteistöjä ottaa yhä enemmän energiaa maan alta lämmitykseen ja viilennykseen.

Tarvitaan iso loikka

Vaikka markkina kasvaa, tarvitaan alalle selkeä loikka eteenpäin, jotta geoenergia voisi korvata merkittävästi polttamalla tuotettua lämmitysenergiaa.

Geoenergia tarjoaa myös suurelle yleisölle tuntemattomia erilaisia ja tehokkaita lämmön- ja viilennysenergian tuotantotapoja. Nämä liittyvät esimerkiksi pohjavesienergiaan, sedimenttienergiaan tai rakennusten paalujen energiahyödyntämiseen.

Vaikka näissä innovatiivisissa geoenergiaratkaisuissa on merkittävää paikallista potentiaalia, suuren loikan ottamiseen on tällä hetkellä kaksi perusvaihtoehtoa: porataan 200–400 m syviä kaivoja paljon nykyistä enemmän tai lisätään energiakaivon syvyyttä. Kaupunkialueilla tilan puute rajoittaa laajojen energiakaivokenttien sijoittelua, jolloin on siis porattava syvemmälle.

Suomen syvien energiakaivojen toistaiseksi lyhyt historia ei ole mairitteleva. Kaikissa yli 1 000 metrin syvyyttä tavoitelleissa pilottiprojekteissa on ollut merkittäviä vastoinkäymisiä. Ongelmat liittyvät usein poraamiseen, joka onkin hankkeen hintavin ja siten erittäin tärkeä osa-alue.

Esimerkiksi Espoon Otaniemessä St1 porasi kaksi 6,4 kilometrin syvyistä kaivoa. Kaivojen antoisuus ei kuitenkaan riitä kaupalliseen kaukolämmön tuotantoon. Tämä viimeistään on osoittanut sen, että poraaminen ei ole kaikkein tärkein asia. Tärkeintä on saada lämmitys- ja viilennysenergia maan alta siirrettyä maanpinnalle.

Syvemmälle poraaminen on usein noussut otsikoihin ymmärrettävästi siksi, ettei kaivoja ole pystytty rakentamaan esimerkiksi kallioperän ruhjeisuuden takia. Suomessa on loppujen lopuksi erittäin vähän kokemusta ja osaamista syväreikäporaamisesta.

Siirtyminen aikanaan juomavesikaivoista mataliin maalämpökaivoihin oli porausteknisesti helppoa, koska maalämpökaivot tehdään samalla kalustolla ja tekniikalla kuin kalliopohjavesikaivot. Kun porataan syvemmälle, pitää kaivon suunnittelua ja porausta muuttaa. Mitä syvemmälle porataan sitä enemmän geologiset asiat kontrolloivat niin porausta kuin energian tuotantoa.

Oppia öljyalalta

Porausalan kannattaisi hyödyntää kansainvälistä osaamista ja oppeja. Samat ongelmat, joihin nyt on törmätty suomalaisissa piloteissa, on tehty maailmalla jo monia kertoja. Myös ongelmien ratkaisut ovat saatavilla.

On hyvä skaalata asiaa ja ottaa ajankohtaiselta kuulostava esimerkki öljynporauksen historiasta. Maailman suurimassa öljyntuottajamaassa Saudi-Arabiassa tarvittiin 30 vuoden etsintään liittyvä ajanjakso ennen kuin onnistuttiin poraamaan öljylähteeseen. Välillä jo todettiin, että öljyetsintää ei kannata jatkaa, koska mahdollisuudet saavuttaa suuria öljyesiintymiä ovat todellisuudessa hyvin pienet.

Ensimmäisen lähteen porauspaikallakin porattiin kolme vuotta ennen öljykerrokseen osumista. Poraus haluttiin lopettaa moneen kertaan, kun törmättiin muun muassa kallioperän ruhjeisuuteen. Ainoastaan eräs sinnikäs geologi, joka ymmärsi maan rakenteen, vaati poraustyön jatkamista syvemmälle.

Vertaillaan hintalappuja

Vaikkei lämpöä tarvitse etsiä samalla tavalla kuin öljyä, tulee termogeologinen osaaminen, kaivon suunnittelu ja alan toimintastandardit ottaa tosissaan. Sinnikkäille ammattilaisille on tilausta Suomen geotermisen energian hyödyntämisessä.

Olennaista on ymmärtää, että oikominen ja kustannusten leikkaaminen luonnon määrittelemissä raameissa ei auta. Hyvin tekeminen tietysti maksaa, ja siten syvän geotermisen energian hankkeet eivät ole vielä olleet taloudellisesti kannattavia.

Mutta mikä on kriisitilanteen hintalappu fossiilisille polttoaineille tai ulkomailta ostettavalle energialle? Ja onko siihen verrattuna omien jalkojen alta tuotettu lämpö kuitenkaan niin kallista?

Olemme yli 600 metriä syvien energiakaivojen osalta vielä lähtökuopissa. Viitaten öljyesimerkkiin, olisi hölmöä luovuttaa nyt ja todeta, ettei Suomen ehjästä kallioperästä saada tarpeeksi lämpöä siirrettyä ylös maanpinnalle tai poraus ei kannata, kun se jumittuu ensimmäiseen isoon ruhjeeseen. Sen sijaan tarvitsemme enemmän tutkimus- ja kehitystyötä ja sille kohdennettua rahoitusta.

Ilman termogeologian, kaivon suunnittelun ja poraustekniikan kokeneita osaajia geoenergia ei todennäköisesti saavuta kaukolämpöön verrattavaa lämmitys- ja viilennysenergian tuotantotasoa.

Tuulivoimaa on tuettu merkittävästi enemmän kuin geoenergiaa, ja lopulta se on onnistuttu muuttamaan kustannustehokkaaksi ratkaisuksi. Tuulivoima tai muut uusiutuvat energiat eivät ole kilpailijoita geoenergialle, päinvastoin.

Sähköstä lämpöä – hullu idea?

Ajoittain tulee hetkiä, jolloin sähköllä kannattaisi tuottaa lämpöä – ajatus, joka vielä kymmenen vuotta sitten olisi ollut hölmöjen höpinää. Sähköllä tuotettu lämpö pitää kuitenkin varastoida.

Lämpöä on saatavilla ylimäärin esimerkiksi kesähelteillä, jolloin sille ei ole suoraa käyttötarvetta. Samoin on tuulen kanssa: tulee hetkiä, jolloin tuulesta tuotetulla sähköllä ei ole suoria hyödyntäjiä. Näissä tilanteissa sähkö kannattaa muuttaa lämmöksi, ja lämpö pitää saada talteen talvea varten.

Maanalainen lämmön varastointi on erinomainen ratkaisu ja avaa uudet ovet myös geoenergian hyödyntämiseen. Mutta maanalainen varastointikaan ei ole yksinkertaista vaan vaatii huolellista suunnittelua ja yhteistyötä eri tieteenalojen kesken.

Geoenergia voi siis erittäin hyvin. Sillä on tuotteita, jotka turvaavat lämpöä ja viilennystä tuhansille ihmisille. Maanalaisen lämmitys- ja viilennysenergian tuotannon ja varastoinnin kasvattaminen uudelle tasolle vaatii kuitenkin ponnistuksia, jotka eivät onnistu noppaa heittämällä. Se onnistuu vain isolla, hyvin rakennetulla ja tuetulla geoenergialoikalla.

Kääritään hihat

Paras ratkaisu alan pikaiseen kehittämiseen olisi keskitetty, koko maan kattava ja tuettu tutkimus- ja kehityshanke. Sen tuottama tieto ja osaamisen kehitys olisi julkisesti kaikkien alan toimijoiden käytettävissä.

Konkreettinen esimerkki: määritetään alalle suomalaiseen ympäristöön sopivat hyvän työtavan standardit, joiden perusteella tehdään tuetusti esimerkiksi sata keskisyvää energiakaivoa eri puolille Suomea.

Lopulta luonto määrittää sen, mitä maan alta saa, ja vain geologit osaavat lukea maanalaista luontoa.

Kuva:
GTK

Teppo Arola

Geologi Teppo Arola on 5,5 viime vuotta työskennellyt Geologian tutkimuskeskuksessa geoenergian johtavana asiantuntijana. Sitä ennen hän teki 17 vuoden uran kansainvälisessä konsulttiyhtiössä. GTK:ssa hän vastaa erityisesti geoenergian T&K&I-toiminnasta ja moninaisista geoenergia-alan projekteista.

Tämä artikkeli on julkaistu Creative Commons CC BY-ND 4.0 -lisenssillä.

Tutustu muihin vapaan lukuoikeuden Akatemia-artikkeleihin