Uusi tekniikka tuo lämpöä entistäkin syvemmältä kalliosta – Syvistä rei’istä hyötyvät varsinkin Suomen kaltaiset viileät paikat

Uusilla reikätekniikoilla voitaisiin saada lämpöä yhä syvemmästä kalliosta.

Plasma leikkaa kalliota tehokkaammin ja nopeammin kuin perinteinen poraaminen, uskoo slovakialainen GA Drilling -yhtiö. Esimerkiksi Pyhäsalmella voisi kokeilla porautumista kilometrien syvyyteen.

18.5. 2:00 | Päivitetty 18.5. 8:13

Saasteetonta geotermistä energiaa saadaan vielä syvältä Suomenkin kalliosta, insinöörit uskovat.

Espoon Otaniemeen suunniteltiin vuosia Suomen ensimmäistä geotermisellä energialla toimivaa teollisen mittaluokan laitosta. Energiayhtiö St1:n vetämä projekti on kuitenkin ajautunut vaikeuksiin, ja Fortum vetäytyi siitä huhtikuussa.

Poraushankkeen epäonnistuminen ei ole lannistanut geotermisen energian puolestapuhujia. Heidän mukaansa kyseessä on vain hidaste, ei este.

Pitää vain tehdä syvempi reikä ja uudella tekniikalla – kiveä sulattamalla ja höyrystämällä. Muitakin tekniikoita kehitetään.

Kannustimeksi on noussut myös huoltovarmuus. Geolämpövoimala on huoltovarmuuden kannalta ihanteellinen ratkaisu. Geolämmöllä pystytään suojautumaan niin poliittisilta ja taloudellisilta riskeiltä kuin sään ja ilmastonkin oikuilta.

Slovakialainen GA Drilling aikoo porata Suomessa Euroopan syvimmän reiän plasmalla eli sähköisiksi hiukkasiksi ionisoituneella kaasulla.

Yksi mahdollinen – mutta ei ainoa – paikka on entinen Pyhäsalmen kaivos Pyhäjärvellä. Kumppanina on Finest Bay Area Development -osakeyhtiö, jonka keulakuvana toimii mobiilipelien kehittäjänä alkujaan tunnetuksi tullut Peter Vesterbacka.

”Olemme myös etsineet talven aikana sopivaa sähköntuotannon kumppania tai operaattoria, ja joitakin hyviä kumppanikandidaatteja on löytynytkin. Tämä saattaa tarkoittaa sitä, että porareikä tulee muualle kuin Pyhäsalmelle”, kertoo Kustaa Valtonen. Hän työskentelee Vesterbackan partnerina Finest Bay Area Developmentissa.

Yhtiö tunnetaan parhaiten Helsinki–Tallinna-tunnelin hankkeesta, ja uusilla porauskokeilla edistetään myös tunnelisuunnitelmia.

”Samalla testataan plasmaporausmenetelmän toimivuutta suomalaisessa kallioperässä Tallinnan tunnelin porauksia silmällä pitäen. Saamme tästä hankkeesta hyvää tietoa suunnittelun tueksi”, Valtonen sanoo.

Yhtiö käyttää plasmaa kallion höyrystämiseen noin 6 000 asteen lämmössä. GA Drilling esittelee keinoa YouTubesta löytyvällä videolla.

Energian tuotannossa kiinnostaa reiän syvyys.

Slovakialaisyhtiön teknologialla päästään kustannustehokkaasti jopa kymmenen kilometrin syvyyteen, suomalaiskumppanit uskovat.

”Tavoitteena on porata niin syvä reikä kuin mahdollista energiantuotannon kannalta. Tämä tarkoittaa 7–10 kilometriä syvää reikää. GA Drillingin teknologia tekee mahdolliseksi porata noin syviä reikiä vielä kustannustehokkaasti”, Valtonen sanoo.

Mitä syvempi reikä tehdään, sitä kuumempaan kallioon päästään. Valtonen ei lähde tässä vaiheessa ennustamaan lämpötilaa ajatellulla syvyydellä.

Jos tarvitaan vielä kymmentäkin kilometriä syvempi reikä, tarjolla on radioaaltoporaus. Sitä kehittää yhdysvaltalainen Quaise Energy.

Kallioon on yhtiön mukaan mahdollista tehdä jopa 20 kilometrin syvyinen reikä, jonka pohjalla lämpötila on 500 astetta.

Syvät reiät hyödyttäisivät energiataloutta erityisesti Suomen kaltaisissa paikoissa, joissa maankuoren pintakerrokset ovat viileitä.

Geologian tutkimuskeskuksen tutkijat ovat selvittäneet, millä syvyyksillä missäkin osassa Suomea saavutetaan sadan asteen lämpötila. Näyttää viileähköltä.

Kuumimmilla alueilla Kaakkois-Suomessa ja Ahvenanmaan länsiosassa on porattava yli 6 000 metrin syvyyteen. Suurimmassa osassa maata pitää edetä 7 000–8 000 metriin.

Quaise Energy aikoo rakentaa täysimittaisen mallilaitoksen jo vuonna 2024.

Vuonna 2026 tuotettaisiin kaupallisesti energiaa ”kourallisesta kaivoja” sadan megawatin teholla. Vuonna 2028 geoterminen energialaitos korvaisi ensimmäisen kerran hiilivoimalan.

Aikataulu on kunnianhimoinen. Toistaiseksi tutkijat ovat tehneet reikiä laboratoriossa pieniin kivenlohkareisiin.

He uskovat onnistuvansa, koska takana on monen vuosikymmenen tutkimustyö.

Kaikki alkoi fuusioreaktorin kehitystyöstä. Reaktio aiotaan saada kulkemaan ionisoituneessa kaasussa, jonka lämpötila on 150:n ja 300 miljoonan asteen välillä.

Neuvostoliittolaiset tutkijat kehittivät plasman kuumentamiseksi 1960-luvulla erityisen laitteen, gyrotronin.

Gyrotronissa korkeajännitteinen elektronisuihku ja magneettikenttä tuottavat megawattiluokan teholla radioaaltoja, joiden aallonpituus on 1–10 millimetriä.

Yhdysvaltalainen plasmatutkija ja fuusioreaktorin kehittäjä Paul Woscov Massachusettsin teknologisesta instituutista keksi yhdessä työtovereidensa kanssa, että samaa kuumennusteknologiaa voitaisiin käyttää myös kiven höyrystämiseen.

Radioaaltotekniikka liittyy siis plasmaan, mutta nyt ei porata itse plasmalla, vaan plasman kuumentimella.

Laitteisto muistuttaa ulkonaisesti öljynporaustornia. Ensimmäiset kolme kilometriä porataan perinteiseen tapaan.

Syvälle jatketaan uudella reiäntekolaitteella, joka on enemmän kiven höyrystin kuin pora. Laite tekee reikää sulattamalla ja höyrystämällä kalliota, ei kiveä murskaamalla.

Pyörivän terän tilalla on putki, jonka halkaisija on pienempi kuin reiän. Putkea myöten kulkee alaspäin radioaaltoja ja sopivaa kaasua, kuten argonia.

Putken päässä aallot hajautuvat hieman. Samalla syntyy suuri paine kiven höyrystyessä. Muodostuu reikä, jonka halkaisija on suurempi kuin putken.

Nanokokoiset, kaasuuntuneet kivihiukkaset nousevat ylös putken ja reiän välisessä rengasmaisessa raossa. Porausreiän seinä lujittuu sulan kiven jäähtyessä. Erillistä lujitemateriaalia ei tarvita.

Geoterminen voimala käsittää ainakin kaksi reikää, joiden välillä on vettä läpäisevä kerros. Jos kallio on vesitiivistä, läpäisykyky luodaan säröttämällä.

Itse voimala on vanha keksintö. Kuuma vesi virtaa ylös ja jäähtynyt vesi pumpataan alas. Tekniikka on perinteistä ja hyvin testattua. Ensimmäinen geoterminen voimala alkoi tuottaa sähköä Larderellossa Keski-Italiassa jo vuonna 1904.

Nykyisen tekniikan käyttöä on rajoittanut pieni, alle viiden kilometrin poraussyvyys. Näin matalalla tarpeeksi kuumaa kiveä tai vettä on harvoissa paikoissa.

Plasmalla tai radioaalloilla kierretään perinteisen porauksen ongelmat. Kun mennään syvälle, poran terien vaihtaminen vie yhä enemmän aikaa ja porareiän seinämien lujittaminen vaikeutuu.

Sähköiset hiukkaset tai sähkömagneettiset aallot sen sijaan leikkaisivat kiveä kuin kuuma veitsi voita, tutkijat uskovat.

Toistaiseksi syvin reikä maailmassa on 12 kilometrin tutkimusreikä Kuolan niemimaalla.

Sen poraaminen mekaanisesti vei melkein 20 vuotta. Quaisen mukaan 20 kilometrin reikä voitaisiin tehdä uudella tekniikalla vähän yli kolmessa kuukaudessa.

Plasman ja radioaaltojen ohella kehitetään eräitä muitakin reiänteon keinoja.

Projektiilitekniikassa eräänlainen tykki, geopyssy, ampuu ”porausammuksen” yliääninopeudella kallioon. Tekniikkaa kehittää Yhdysvalloissa toimiva HyperSciences-startup.

Niin ikään yhdysvaltalainen Foro Energy on kehittänyt kiven laserporausta. Laboratoriossa on tutkittu termistä spallaatiota ja kemiallisia menetelmiä.

Termisessä spallaatiossa kiveä rikotaan lämmöllä. Kemiallisissa menetelmissä lisäaineella alennetaan kallion happamuutta, mikä heikentää mineraalikiteiden sidoksia.

Maapallon sisältä virtaa luonnollisesti energiaa noin 40 terawatin teholla. Lämpöä synnyttää radioaktiivisten alkuaineiden, kuten uraanin, hajoaminen.

Ihmiskunta tuottaa energiaa noin 20 terawatin teholla. Parikin terawattia lämpötehoa syvältä maan alta olisi hyvä lisä energiapalettiin ja korvaisi osan fossiilisista polttoaineista.

Voimme kuvitella ylöspäin toimivan lämpöputouksen, josta voidaan kerätä energiaa periaatteessa samalla tavoin kuin vesiputouksesta Maan pinnalla.

Geolämpöalan järjestö Globaalinen geoterminen allianssi on arvioinut maankuoren pintakerrosten energiavaroja.

Vuonna 2050 noin 140 gigawatin eli 0,14 terawatin sähköteho olisi taloudellisesti mahdollinen. Se olisi noin sadasosa kaikesta ihmiskunnan sähkötehosta, joksi arvioidaan 14 terawattia.

Teknisesti mahdollista on tuottaa 1,2 terawattia eli 8–9 prosenttia kaikesta sähkötehosta.

Kahdenkymmenen kilometrin reikä laajentaisi mahdollisen rajoja. Geotermistä energiaa saataisiin kaikkialla.

Sähkön tuotannon ja rakennusten lämmityksen lisäksi on ideoitu useita teollisia sovelluksia. Lämpöä voidaan käyttää kasvihuoneissa ja kalankasvattamoissa. Joitakin on jo toteutettu perinteisissä voimaloissa.

Kenian Olkariassa perinteistä geotermistä energiaa käytetään kukkien kasvatuksessa ja Meksikon San Pedrossa hedelmien kuivatuksessa.

Etuna esimerkiksi Keniassa on se, että lämpöä saadaan jo parin kilometrin syvyydestä.

Joissakin paikoissa veden mukana voitaisiin nostaa litiumia akkujen raaka-aineeksi. Ratkaisua on testattu Saksassa.

Huoltovarmuus tuli testatuksi Meksikon Domo San Pedron geolämpövoimalassa, joka joutui vuonna 2015 Patricia-hurrikaanin alle. Pelättiin pahinta, mutta laitos toimi moitteettomasti koko ajan.

Seuraa ja lue artikkeliin liittyviä aiheita

Osaston uusimmat

Luitko jo nämä?

Osaston luetuimmat