1. T&Y-lehti
2. Ilmastonmuutoksen hillitsemisen energiateknologiat – vanhat, uudet ja mustat hevoset

Ilmastonmuutoksen hillitsemisen energiateknologiat – vanhat, uudet ja mustat hevoset

Koska energian tuotanto ja sen kulutus aiheuttavat suurimman osan kasvihuonekaasupäästöistä, teknologisia muutoksia tarvitaan erityisesti tällä alueella. Energiatehokkuutta on parannettava ja fossiilisia polttoaineita korvattava vähäpäästöisillä teknologioilla. Osa ratkaisuista perustuu jo vuosikymmeniä vanhoihin teknologioihin, osa viimeisen vuosikymmenen aikana yleistyneisiin uusiin teknologioihin, ja lisäksi tullaan tarvitsemaan myös useita vasta kehittämisvaiheessa olevia ”mustia hevosia”. Suomen mahdollisuudet ovat hyvät omien päästöjen vähentämiseen ja uusien vientiteknologioiden kehittämiseen.

Ilmastonmuutoksen hillinnän moninaiset teknologiat ovat osin globaalisti samoja. Eroja on kuitenkin paljon ja tulee myös olemaan. Joissakin maissa vesivoimaa on paljon, joissakin ei lainkaan. Bioenergiaa on joissakin maissa paljon, joissakin taas vähän. Tuuliolosuhteet vaihtelevat maittain. Aurinkovoimaa on kaikkialla, mutta tehokkainta se ei ole Suomen leveysasteilla. Näiden erojen takia uudet energiateknologiat vaihtelevat maittain. Siksi tarkastelen seuraavassa ilmastonmuutoksen hillitsemisen teknologioita pääasiassa Suomen näkökulmasta.

Jaan teknologiat kolmeen ryhmään: vanhoihin, uusiin ja mustiin ”hevosiin”. Vanhat hevoset ovat teknologioita, joilla Suomen päästöjä on eniten vähennetty jo 1990-luvun alusta lähtien. Uudet hevoset ovat teknologioita, joita on otettu käyttöön enenevässä määrin 2010-luvun alusta lähtien. Mustat hevoset ovat teknologioita, jotka ovat vasta pilotointivaiheessa, mutta joita tutkitaan intensiivisesti ajatellen päästöjen vähentämistä 2020-luvun loppupuolelta lähtien. Osa näistä on vielä villejä kortteja eli teknologioita, jotka lähtenevät kasvuun vasta 2030-luvulla. Energiatehokkuuden parantamisen teknologiat ovat niin moninaiset, että jätän ne tässä pääasiassa tarkastelun ulkopuolelle.

Miten päästöt ovat Suomessa vähentyneet tähän mennessä?

Fossiilisten polttoaineiden ja turpeen käytön hiilidioksidipäästöt olivat Suomessa huipussaan vuonna 2003 ja ovat sen jälkeen laskeneet niin, että kokonaisvähenemä periodilla 1990–2019 oli reilut 26 prosenttia. Päästöjen aleneminen vuoden 2003 jälkeen selittyy kahdella tekijällä.

Energian kokonaiskulutus on supistunut vuoden 2006 ennätystasolta vuoteen 2019 mennessä lähes 10 prosenttia (Tilastokeskus 2020). Tähän on vaikuttanut monta osatekijää. Ensinnäkin taloudellinen kasvu on ollut vuoden 2008 finanssikriisistä lähtien vähäistä. Toiseksi Suomen kansantalouden energiaintensiteetti on laskenut jo 1990-luvun puolivälistä lähtien. Tämä taas johtuu teollisten prosessien ja rakennusten parantuneesta energiatehokkuudesta ja talouden rakennemuutoksesta. Lisäksi ilmaston lämpeneminen näkyy jo nyt lämmitysenergiatarpeen vähenemisenä.

Vuoden 1990 jälkeen fossiilisten polttoaineiden ja turpeen hiilidioksidipäästöt ovat Suomessa vähentyneet 26 prosenttia.

Päästöjen vähenemisen toinen pääselittäjä on Suomen energiantuotannon ja -kulutuksen polttoainejakauman muutos (taulukko 1). Öljyn kulutus on Suomessa laskenut jo pitkään ja lasku jatkui myös periodilla 1990–2019. Kivihiilen ja maakaasun käyttö on vähentynyt vuodesta 2003 lähtien ja turpeen käyttö vuodesta 2007 lähtien.

Vuonna 2019 fossiiliset polttoaineet ja turve olivat yhteensä kuitenkin edelleen niukasti Suomen tärkein energialähde 38 prosentin osuudella. Uusiutuvien energialähteiden osuus oli 37 prosenttia, ydinenergian 18 prosenttia ja muun 6 prosenttia. Yhteensä kulutus oli 378 TWh. Yksi terawattitunti riittää reilun 200 000 kerrostaloasunnon vuotuiseen sähkönkulutukseen.

Vanhat hevoset: puu ja suurydinvoimalat

Taulukosta 1 nähdään, että fossiilisten polttoaineiden korvaamisesta ja vielä 1990-luvulla tapahtuneesta energian kulutuksen kasvusta ovat vastanneet pääasiassa Suomen vanhin energiahevonen eli ikiaikainen puu ja jonkin verran 1970-luvun tulokas eli ydinvoima. Niiden osuus energialisäyksestä on ollut 2/3.

Puun paluu Suomen tärkeimmäksi energialähteeksi on ollut vahva, ja se alkoi jo 1990-luvun alkupuolella. Puun käyttö on lisääntynyt eniten teollisuuden ja energiantuotannon polttoaineena ja selluteollisuuden jäteliemen hyödyntämisenä.

Fossiilisten polttoaineiden korvaajina puu ja ydinvoima ovat nyt hieman vaikeuksissa.

Suomessa on ollut pyrkimyksiä lisätä myös ydinvoiman käyttöä toteutunutta enemmän. Nyt tilastoissa näkyvä lisäys johtuu vanhojen ydinvoimaloiden tehojen korotuksista 1990-luvulla. Tällä hetkellä odotetaan, että Olkiluoto 3 alkaisi tuottaa sähköä verkkoon vuonna 2021 ja Fennovoima mahdollisesti 2030-luvun alussa. OL3:n käynnistyminen lisää Suomen sähköntuotantoa 13 TWh vuodessa. Vuoden 2019 sähkönkäytöstä se olisi ollut 15 prosenttia.

Tällä hetkellä molemmat vanhat hevoset ovat hieman vaikeuksissa. Suurten ydinvoimaprojektien kustannukset ovat nousseet erityisesti suhteessa tuulivoimaan. Puun energiakäytön kasvu jatkuu, kun hiiltä korvataan osin puulla ja jos uusia sellutehtaita rakennetaan. Suurta kasvua ei kuitenkaan enää tapahtune. Kun ilmastopolitiikan tavoitteeksi on asetettu hiilineutraalisuus, puun lisäenergiakäyttöä ei pystytä täysimääräisesti laskemaan hiilidioksidipäästöjä vähentäväksi toiminnaksi, jos hiilinielut samalla pienenevät.

Vanhat uudemmat hevoset: uudet bioenergiamuodot

Puun energiakäytön ohella on kehitetty uusia bioenergiamuotoja. Kierrätyksen ja jätteenpolton bio-osuus on lisääntynyt merkittävästi kaatopaikkojen laajentamisen tultua kielletyksi. Lähivuosina valmistuu vielä ainakin yksi uusi jätteenpolttolaitoksen laajennus.

Fossiilisen öljyn käytön vähentämiseksi Suomessa aloitettiin nestemäisten biopolttoaineiden kehittäminen 2000-luvun alussa. Poliittisesti säädetyn jakeluvelvoitteen kautta uusille biopolttoaineille syntyi nopeasti markkinat. Markkinat tulevat vielä laajentumaan 2020-luvulla Suomessa, koska biopolttoaineiden jakeluvelvoite huoltamoketjuilla nousee 18 prosentista vuonna 2021 30 prosenttiin vuonna 2029. Nykykäsityksen mukaan sen jälkeen tasoa ei voida enää nostaa, ja 30 prosentinkin tavoitteen saavuttaminen voi olla vaikeaa (LVM 2018).

2030-luvulla nestemäisten biopolttoaineiden kasvu pysähtyy mutta biokaasun tuotanto jatkaa kasvuaan.

Biokaasun tuotanto on lisääntynyt, ja erityisesti sen liikennekäytöstä on oltu kiinnostuneita. Tammikuussa TEMin (2020) biokaasutyöryhmä jätti raportin kehittämistoimista. Tällä hetkellä biokaasun käyttö on noin 1 TWh, ja alan toimijat ovat asettaneet tavoitteeksi sen nostamisen 3 TWh:iin vuonna 2030 ja myöhemmin noin 10 TWh:iin.

Uusi hevonen 1: tuulivoima

Globaalisti merkittävimmät 2000-luvun uudet energiateknologiat ovat olleet tuulivoima ja aurinkosähkö. Niiden kehittäminen aloitettiin jo 1970-luvun öljykriisien jälkeen, mutta vasta 2010-luvulla niistä tuli johtavat uudet sähköntuotantomuodot.

Euroopassa oli vuoden 2019 lopussa tuulivoimakapasiteettia 205 GW, mikä tarkoittaa noin 70 000 tyypillisen 3 MW:n tuulivoimalayksikön tehoa. Kymmenen vuotta aikaisemmin kapasiteetti oli 77 GW:tä eli kapasiteetti on lähes kolminkertaistunut. Vuosittainen lisäys on ollut vakaata, mikä kertoo, että teknologia on jo kypsää. EU-28 alueen sähköstä vuonna 2019 15 prosenttia oli tuulivoimaa. Eniten tuulivoimakapasiteettia on Saksassa, mutta tuulisähkön osuudella mitattuna johtavia maita ovat Tanska, Irlanti ja Portugali. Pohjoismaista tuulivoimaa on määrällisesti eniten Ruotsissa (9 GW) (Wind Europe 2020).

Viime vuonna jo 15 prosenttia EU:n sähköstä tuotettiin tuulivoimalla, Suomessa vain 7 prosentttia.

Suomessa tuulivoima-ala lähti vahvemmin liikkeelle 2010-luvun alussa, jolloin otettiin käyttöön syöttötariffijärjestelmä. Sen tukemana tuulivoimainvestoinneista tuli kannattavia ja tuulivoimakapasiteetti nousi 2 GW:iin vuonna 2017. Seuraavana vuonna tuulivoima-alan kasvu näytti kuitenkin vaikealta: vanha syöttötariffikiintiö oli täyttynyt, minkä seurauksena vuonna 2018 Suomen kapasiteetti ei kasvanut lainkaan.

Suomi olikin vuonna 2019 tuulivoima-alalla Euroopan pienempiä maita. Suomen sähköstä tuulivoiman tuottaman 6 TWh:n osuus oli 7 prosenttia (Tilastokeskus 2020). Viime vuonna alan tilanne kuitenkin muuttui huomattavasti paremmaksi. Ensinnäkin moniin yrityksiin oli kertynyt tuulivoima-alan tietämystä syöttötariffin tuella rakennetuista tuulivoimaloista. Toiseksi tuulivoimapaikkoja oli saatu luvitettua runsaasti.

Kolmanneksi tuulivoimaloiden taloudellinen kannattavuus saatiin harppauksellisesti parannettua ryhtymällä ottamaan käyttöön uusia suuria voimalatyyppejä, jotka Suomen olosuhteissa tuottavat sähköä vähemmänkin tuulisissa olosuhteissa. Jo vuonna 2019 Suomessa käyttöön otettujen tuulivoimaloiden keskikoko oli 4,3 MW, kun vastaava luku Euroopassa oli 3,1 MW (Wind Europe 2020). Tämä teknologiaharppaus mahdollistaa tuulivoimainvestointien tekemisen ilman valtion tukia. Investointimahdollisuuksia lisää myös eurooppalaisten investoijien kiinnostuminen Suomen uusista mahdollisuuksista sekä sähkön kohonnut hinta EU:n päästökauppahintojen kohottua vuoden 2018 aikana aikaisempaa korkeammalle tasolle.

2020-luvulla tuulivoimalla tapahtuva sähköntuotanto moninkertaistuu.

Uuden tilanteen perusteella Suomen Tuulivoimayhdistys on arvioinut, että tuulivoimakapasiteetti ja sähköntuotanto kaksinkertaistuu vuoden 2022 loppuun mennessä, jos koronatilanne ei aiheuta viivästymiä, ja se edelleen kaksinkertaistuu 2020-luvun loppuun mennessä. Teho olisi tuolloin noin 8 GW ja sähköntuotanto ehkä jopa 30 TWh parantuneen teknologian seurauksena. Tuulivoimayhdistyksen tiedossa oli helmikuussa 2020 rakenteilla olevia ja luvitettuja tuulivoimahankkeita yhteensä jo yli 7 GW, mikä osoittaa, että 2020-luvun lopun arvioitu teho on realistinen (Tuulivoimayhdistys 2020).

Uusi hevonen 2: aurinkosähkö

EU-28:ssa oli vuoden 2019 lopussa aurinkosähkökapasiteettia 132 GW. Kymmenen vuotta aikaisemmin kapasiteetti oli vain 18 GW eli aurinkosähkön kapasiteetti on kasvanut nopeammin kuin tuulivoiman, mutta tuulivoima tuottaa kuitenkin edelleen selvästi enemmän sähköä kuin aurinkovoima. Määrällisesti eniten aurinkosähkökapasiteettia on Saksassa, Italiassa ja Isossa-Britanniassa. Pohjoismaat ovat aurinkosähkössä odotetusti selvästi jäljessä eteläistä ja keskistä Eurooppaa. Tanskassa kapasiteettia on 18. eniten EU-28-maiden joukossa (yli 1 GW) (Solar Power Europe 2019).

Tekes käynnisti Suomessa alan kehittämisen pitkän tauon jälkeen vuonna 2011, ja vuonna 2015 aurinkosähkökapasiteetti alkoi kasvaa. Vuoden 2019 lopussa kapasiteettia oli noin 0,2 GW. Mikäli teknologiassa ja yritysten toimintakyvyssä tapahtuu vähitellen kohtuullinen tuottavuusparannus, niin aurinkosähkömarkkina voi lähteä vahvempaan kasvuun 2020-luvun jälkimmäisellä puoliskolla.

Uusi hevonen 3: sähköistäminen lämmityksessä, liikenteessä ja teollisuudessa

Edellä kuvatun kehityksen seurauksena fossiilisten polttoaineiden ja turpeen osuus on vähentynyt Suomen sähkön tuotannosta lähes 30 prosentista vuonna 1990 17 prosenttiin vuoden 2020 alkuun mennessä. Päästöttömän sähkön osuuden kasvaessa tulee yhä järkevämmäksi vähentää päästöjä kaikilla sektoreilla sähköistämisen avulla.

Sähköistämistä Suomessa tulee edistämään Marinin hallitusohjelman toteutuminen, kun sen mukaisesti alennetaan teollisuuden sähköveroja EU:n minimiin. Myös datakeskusten ja lämpöpumppujen sähköveroja alennetaan, mikäli niiden avulla parannetaan hukkalämpöjen hyödyntämistä.

Suomi on kehittynyt 2010-luvulla Ruotsin jälkeen johtavaksi eurooppalaiseksi maaksi lämpöpumpputeknologian soveltamisessa. Lämpöpumpputeknologia yleistyi Suomessa aluksi omakotitaloissa mutta on jo siirtynyt myös kerrostaloihin, suuriin kauppakeskuksiin ja kaukolämmön tuotantoon. Suomen Lämpöpumppuyhdistyksen tilastojen mukaan Suomessa on jo noin miljoona lämpöpumppua ja niihin investoitiin vuonna 2019 yli 600 miljoonaa euroa (SULPU 2020). Lämpöpumput ovat teknologisesti kypsiä ja kannattavia investointikohteita. Niiden yleistymistä valtion ei ole tarvinnut tukea.

Myös autoliikenteen sähköistämisessä vuodesta 2020 näyttää muodostuvan merkittävä liikkeellelähtövuosi. Maaliskuussa 2020 Suomessa ensirekisteröidyistä uusista henkilöautoista jo lähes 22 prosenttia oli vaihtoehtoisia käyttövoimia hyödyntäviä autoja (ladattavat hybridit, täyssähköautot ja kaasuautot) (Traficom 2020). Joukko- ja kaupunkijakeluliikenteen kasvusta sähköiset junat, raitiovaunut, linja- ja pakettiautot lisäävät koko ajan osuuttaan.

Päästötön sähkö on yhä tärkeämpi keino muun energiakäytön puhdistamisessa.

Teollisuuden prosessien sähköistämisen kannalta keskeisiä kohteita ovat metallinjalostuksen ja kemianteollisuuden prosessit. Esimerkiksi hiilivapaan teräksen suhteen yritykset tekevät jo nyt lupaavaa kehitystyötä.

Lämmityksen, liikenteen ja teollisten prosessien sähköistäminen edellyttää luonnollisesti, että Suomen sähköntuotantokapasiteetti nousee. Tärkeimmät sähköntuotannon lisälähteet ovat tuulivoima ja ydinvoima.

Mustat hevoset: merituuli ja geoterminen energia

Suomessa kehitetään useita teknologioita, jotka jollakin aikataululla varmasti lähtevät yleistymään. Tällainen on ensinnäkin merituulivoima: Euroopassa merituulivoiman osuus on noussut jo lähes 20 prosenttiin tuulivoimakapasiteetista (Wind Europe 2020). Suomessa merituulivoimaloita on käytännössä vain yksi ja voi olla, että halvempia maatuulivoimapaikkoja löytyy vielä pitkään, jos Itä-Suomen tutkaongelmat saadaan ratkaistua. Tällöin merituulivoima alkaisi yleistymään vasta aivan 2020-luvun lopulla.

Toinen jo testivaiheessa oleva potentiaalinen teknologia on geoterminen energia, jolla tarkoitan tässä 1–7 kilometrin porausreikien käyttämistä lämmöntuotantoon. St1:n hanke tuottaa kaukolämpöä 6,5 kilometrin syväkaivosta Otaniemessä on ollut pitkään vireillä ja asiaan on kiinnostusta Turussa, Tampereella ja Helsingissä, mutta vielä ei ole varmuutta teknologian onnistumisesta. Qheat Oy on saanut toteutettua yhden 2 kilometrin poraushankkeen, joka tuottaa lämpöä lämpöpumppujen avulla.

Erilaisten vielä hyödyntämättömien hukkalämpöjen käyttöönotto voi kuitenkin olla syväporausta tuottavampaa. Esimerkiksi pääkaupunkiseudulla tutkitaan parhaillaan Nesteen Sköldvikin laitoksen hukkalämpöjen siirtämistä lämpöpumppujen avulla korvaamaan polttamista Helsingissä, Vantaalla ja Espoossa. Lisäksi Helen on ilmoittanut rakentavansa lähivuosina maailman suurimmaksi lämpöpumpuksi kaavaillun pumpun Helsinkiin korvaamaan osan Salmisaaren hiilivoimalan tuotannosta.

Villit kortit: Power-to-X ja pienydinvoimalat

Edellisten teknologioiden jatkoksi markkinoille pyritään saattamaan kahta kokonaan uutta teknologiaa: synteettisiä polttoaineita ja pienydinvoimaloita. Synteettiset polttoaineet ja muut jalostetummat synteettiset tuotteet perustuvat teknologiaan, jossa puhtaalla sähköllä erotetaan vedestä elektrolyysilaitoksessa vetyä, joka sitten yhdistetään hiilidioksidin kanssa, ja näin saadaan hiilivetyä, joka voidaan edelleen jalostaa esimerkiksi liikenteen polttoaineiksi korvaamaan fossiilista öljyä.

Lyhyesti tätä teknologiaa kutsutaan Power to X -ratkaisuksi, jossa siis puhtaan sähkön avulla tuotetaan synteettisiä aineita. Prosessin kannattavuus paranee, jos vetyä saadaan suoraan jonkin teollisen prosessin sivutuotteena. Synteettisistä polttoaineista voi tulla halvempia kuin kestävästi tuotetuista nestemäisistä biopolttoaineista (Ahola 2020).

Suomen ensimmäinen teollisen mittakaavan P-to-X-pilotti on tulossa Joutsenoon, jossa vety otetaan Kemiran tehtaan sivutuotannosta ja hiilidioksidi Finnsementin tehtaalta. Projektia vetää useiden yritysten rahoittamana Lappeenrannan teknillinen yliopisto. Se on jo synnyttänyt muitakin P-to-X-teknologiaan perustuvia startup-yrityksiä.

Power to X -ratkaisussa hiilidioksidia ja vetyä yhdistetään hiilivedyksi, joka voidaan jalostaa polttoaineeksi.

Suurydinvoimahankkeiden kallistumisen vuoksi ydinvoima-ala on suuntautunut pienydinvoimaloiden kehittämiseen. Suomessa erityistä kiinnostusta on sellaisiin pienydinvoimaloihin, jotka tuottaisivat lämpöä sähkön sijasta. Kaikkia riskejä ja ydinvoimajätteen ongelmia nämäkään laitokset eivät poista, mutta ne voivat olla yksi mahdollisuus, kun nykyisiä suurvoimaloita joudutaan sulkemaan niiden käyttöiän tultua täyteen.

Suomen ilmasto- ja energiatavoitteet ovat realistiset ja synnyttävät uutta liiketoimintaa

Tällä hetkellä Suomen energia- ja ilmastopolitiikan keskeisiä tavoitteita ovat öljyn käytön puolittaminen vuoden 2005 tasolta vuoteen 2030 mennessä, hiilen käytön lopettaminen vuonna 2029 ja turpeen energiakäytön vähintään puolittaminen vuoteen 2030 mennessä. Yhteensä tämä tarkoittaa näiden polttoaineiden käytön vähentämistä 2020-luvulla 67 TWh eli 6,7 TWh vuodessa. Vuosina 2003–2019 pudotus fossiilisissa polttoaineissa ja turpeessa oli yhteensä 104 TWh eli 6,5 TWh vuodessa.

Paljon ei nykyistä vauhtia tarvitse siis kiristää, niin tavoitteet saavutetaan. Viestini onkin selvä: Suomen mahdollisuudet saavuttaa Marinin hallituksen tavoite hiilineutraalista Suomesta 2035 on realistinen. Myös Energiateollisuus ry (2020) ”tukee Suomen hallituksen pyrkimyksiä edetä nopeasti kohti hiilineutraaliutta ja edelleen hiilinegatiivisuutta 2030-luvun lopulla”, ja Teknologiateollisuus ry (2020) ”on sitoutunut Suomen hallitusohjelman mukaiseen hiilineutraali Suomi vuonna 2035 -tavoitteeseen”.

Fossiilisia polttoaineita ja turvetta korvaavia pääasiallisia energialähteitä ja teknologioita tulevat Suomessa näillä näkymin olemaan melko tasaisin kasvuosuuksin tuulivoima, ydinvoima, lämpöpumput ja geoenergia, bioenergia sekä sähköinen liikenne. Power-to-X-ratkaisutkin voivat jo päästä vauhtiin.

Globaalisti tilanne on erittäin vaikea, mutta suomalaisesta näkökulmasta voimme nähdä sen mahdollisuutena. Mitä paremmin ja nopeammin onnistumme ratkaisemaan omat ongelmamme, sitä enemmän meillä on ratkaisuja myytäviksi muille. Taulukkoon 2 on koottu joukko esimerkkejä suomalaisista tai Suomessa sijaitsevista yrityksistä.

Taulukon maininnat ovat vain esimerkkejä tässä artikkelissa käsitellyiltä teknologia-aloilta. On tärkeää muistaa, että energiatehokkuusvaatimukset ja esimerkiksi fossiilisen öljyn käytön vähentäminen koskevat vähintäänkin välillisesti melkein kaikkea teollisuutta.

Globaalit puhtaan energiateknologian markkinat ovat niin suuret, että niiden konkreettinen käsittäminen on miljardeissa dollareissa mitattuna vaikeaa. Paremmin asian ymmärtää päästötilastojen avulla. Vuonna 2019 globaalit CO2-päästöt olivat noin 33 gigatonnia, kun ne vuonna 1990 olivat 21 gigatonnia. Globaalisti päästöt ovat siis nousseet reippaasti, vaikkakin niiden kasvu on hidastunut vuodesta 2013 lähtien, ja on varmaa, että kasvu saadaan tänä vuonna käännettyä laskuun koronakriisin seurauksena. Koronakriisin jälkeen päästöjen vähentämisessä riittää kuitenkin aivan valtavasti urakkaa ennen kuin ollaan edes vuoden 1990 tasolla. Menestymällä näillä markkinoilla innovatiivisilla tuotteilla luomme runsaasti uusia työpaikkoja Suomen teollisuuteen ja palveluihin.