9. Maailma tarvitsee energiaa
Luvun sisällys
9.1 Energiaa tarvitaan
9.2 Fossiiliset energianlähteet pyörittävät maailmaa
9.3 Ydinvoimassa on etuja ja haittoja
9.4 Kuvagalleria: uusiutumattomat energiamuodot
9.5 Energiaa pitää tuottaa uusiutuvilla energialähteillä
9.6 Kuvagalleria uusiutuvista energiamuodoista
9.7 Maailman energiajättiläiset
9.1 Energiaa tarvitaan
Mitään ei tapahdu ilman energiaa. Kun istut luokassa, tarvitset nähdäksesi valoenergiaa. Käyttämäsi tietokone vaatii sähköenergiaa toimiakseen. Luokan lämmitykseen tarvitaan lämpöenergiaa. Paikalle saapumiseen on tarvittu liike-energiaa. Kaikkien ympärilläsi olevien tavaroiden valmistukseen on kulunut energiaa.
Oma kehosikaan ei toimi ilman energiaa. Kaikki lämmitykseen, liikkumiseen, valaistukseen, tavaroiden valmistukseen ja toimintaan tarvittava energia on saatava jostain energianlähteestä. Se, mistä tuo kaikki energia saadaan, on ympäristön kannalta yksi tärkeimmistä kysymyksistä.
Energianlähteet ovat joko uusiutuvia tai uusiutumattomia. Uusiutuvia energianlähteitä ovat esimerkiksi vesivoima, tuuli, aurinko ja puu. Niille on yhteistä, että käytettävissä olevaa energiaa tulee koko ajan lisää. Uutta puuta tulee puiden kasvaessa, tuulet puhaltavat ja aurinko paistaa jatkuvasti jossain päin maapalloa.
Uusiutumattomia energianlähteitä ovat ydinvoima sekä niin sanotut fossiiliset polttoaineet, kuten öljy, kivihiili ja maakaasu. Nämä energianlähteet hupenevat käytön myötä. Riittävyyden lisäksi niihin liittyy ympäristöongelmia.
Vasemmalla on kuvattu fossiilisia energiamuotoja, jotka ovat uusiutumattomia (öljy, kivihiili ja maakaasu). Oikealla on kuvattu uusiutuvia energiamuotoja (tuulivoima, aurinkovoima).
9.2 Fossiiliset energianlähteet pyörittävät maailmaa
| Lähde | Osuus maapallon energian tuotannosta % |
|---|---|
| Öljy | 34 % (fossiilinen polttoaine, Yhdysvallat ja Saudi-Arabia suurimmat tuottajat) |
| Maakaasu | 24 % (fossiilinen polttoaine, Yhdysvallat, EU ja Kiina) |
| Kivihiili | 27 % (fossiilinen polttoaine, mm. Yhdysvallat, Kiina) |
| Ydinvoima | 4 % (mm. Yhdysvallat, Ranska ja Kiina) |
| Vesivoima | 7 % (mm. Kiina, Kanada, Norja) |
| Muut uusiutuvat | 4 (aurinko, tuuli, biomassa jne.) (Lähde: Wikipedia) |
Fossiiliset polttoaineet ovat muodostuneet nimensä mukaisesti muinoin eläneiden eliöiden jäänteistä, jotka ovat jääneet muiden ainesten alle. Fossiilisten polttoaineiden muodostuminen on vaatinut valtavan pitkiä aikoja ja kovaa painetta maankuoren hapettomissa oloissa. Käytännössä ne ovat täysin uusiutumattomia energianlähteitä.
Öljy, maakaasu ja viime vuosina tärkeäksi noussut liuskekaasu ovat syntyneet merieliöiden jäänteistä. Osa varoista on edelleen merien pohjissa, osa on laattaliikuntojen myötä jäänyt mantereiden kallioperän sisään. Öljyä ja maakaasua saadaan poraamalla niitä sisältäviin öljytaskuihin. Liuskekaasua saadaan erotettua eloperäistä ainesta sisältävistä kivilajeista kovan vedenpaineen avulla.
Öljy on maailman tärkein energianlähde. Maailman kulutetusta energiasta noin kolmannes (33 %) tuotetaan öljyllä. Maaöljy sisältää useita erilaisia hiilivetyjä, ja siitä voidaan jalostaa monenlaisia poltto- ja voiteluaineita, muoveja ja bitumia. Monipuolisuuden lisäksi sitä on helppo kuljettaa ja varastoida. Erityisesti liikenteen polttoaineena öljy on toistaiseksi ylivoimaisesti käytetyin. Maakaasu ja liuskekaasu kattavat vajaan neljänneksen (24 %) maailman energiasta. Niitä käytetään erityisesti lämmitykseen.
Maaöljyä pumpataan muun muassa monen meren pohjalta, esimerkiksi Pohjanmereltä ja Meksikonlahdelta.
Kivihiili on syntynyt muinaisten saniaismetsien paksuista turvekerrostumista. Se on kiinteä polttoaine, jota louhitaan kallioperästä.
Kivihiili on riittoisa, halpa ja helppokäyttöinen polttoaine, jota käytetään teollisuuden ja sähköntuotannon energianlähteenä. Maailman energiasta sillä tuotetaan nykyisin noin 29 %.
Kivihiili on fossiilinen polttoaine.
Fossiilisiin polttoaineisiin liittyy monia ongelmia. Koska ne ovat uusiutumattomia, ne tulevat joskus loppumaan. Öljyn ja maakaasun riittävyys lasketaan kymmenissä vuosissa. Tarkkaa riittävyyttä on vaikea tietää, koska eri energianlähteiden hintojen kehitys lopulta ratkaisee sen, kuinka kauan niitä käytetään. Kivihiili on näistä polttoaineista riittoisin, eikä se lopu satoihin vuosiin.
Fossiiliset polttoaineet saastuttavat. Öljyn ja kivihiilen poltosta syntyy happamia rikin ja typen oksideja sekä muita ilmansaasteita. Lisäksi öljy saastuttaa jatkuvasti maa- ja vesialueita eri puolilla maailmaa. Maakaasu on fossiilisista polttoaineista puhtain.
Kaikkien näiden polttoaineiden keskeisin ongelma on kuitenkin se, että niiden käyttö lisää ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta. Tämä pidättää Maasta avaruuteen karkaavaa lämpösäteilyä, minkä seurauksena ilmasto lämpenee ja muuttuu.
Ilmastonmuutos on niin luonnon kuin ihmistoiminnankin kannalta niin suuri ongelma, että sen hillitsemiseksi fossiilisten polttoaineiden käyttöä pitäisi vähentää selvästi ja niin pian kuin mahdollista.
Fossiilisten polttoaineiden käyttö aiheuttaa ilmastonmuutoksen kiihtymistä. Tästä syystä öljyn, hiilen ja kaasun käyttöä pyritään vähentämään.
9.3 Ydinvoimassa on etuja ja haittoja
Ydinvoimassa energia saadaan uraaniatomien ytimien halkeamisesta eli fissiosta. Siitä vapautuvalla lämmöllä kuumennetaan vettä, josta syntyvä höyry pyörittää turpiinia. Periaate on yksinkertainen, mutta polttoaineen ja fissiossa syntyvien isotooppien radioaktiivisuus aiheuttaa voimaloille teknisiä haasteita.
Loviisan ydinvoimala.
Ydinvoimassa on monia etuja. Se on tehokkuudeltaan ylivertainen. Esimerkiksi hiileen verrattuna ydinpolttoaineena käytetyn uraani-235:n energiatiheys on noin kaksi miljoonaa kertaa suurempi. Se tarkoittaa, että gramma uraania vastaa energiasisällöltään kahta tonnia hiiltä. Käytännössä näin suurta tehokkuutta ei ydinvoimaloissa saavuteta, sillä suuri osa energiasta kuluu lauhdutukseen. Siitä huolimatta tehokkuus on vertaansa vailla. Tuotanto on lisäksi tasaista, ennustettavaa ja säistä ym. asioista riippumatonta. Siksi ydinvoimalla tuotetun sähkön hinta on vakaa. Ydinvoimassa ei polteta mitään, eli siinä ei synny palamiskaasuja, kuten hiilidioksidia. Ilmastonmuutoksen torjunnan kannalta tämä on selvä etu.
Ydinvoimaan liittyy myös useita huonoja puolia. Uraani on kallioperässä suhteellisen harvinainen alkuaine, ja siitäkin vain pieni osa on ydinpolttoaineena käytettyä isotooppia U-235. Nykyisin ydinvoimalla tuotetaan noin 4,5 % maailman energiasta ja fossiilisilla polttoaineilla 86 %. Jo pelkkä riittävyys rajoittaa sitä, että perinteisellä ydinvoimalla voitaisiin fossiilisia polttoaineita merkittävästi korvata.
Tšernobylin ydinvoimalan säteily on edelleen runsasta.
Uraani on radioaktiivinen alkuaine. Se tarkoittaa sitä, että atomeilla on taipumus hajota itsestään, jolloin ympäristöön leviää haitallista säteilyä. Erityisen voimakasta säteily on käytetyssä ydinpolttoaineessa, joka on varastoitava eliökunnan ulottumattomiin tuhansiksi vuosiksi. Itse voimalakin on käytöstä poistettaessa ydinjätettä.
Uraanin käyttöön polttoaineena sisältyy myös ydinonnettomuuden vaara, jossa fissioreaktio karkaa hallitsemattomaksi. Onnettomuudet eivät ole todennäköisiä, mutta tapahtuneet onnettomuudet ovat laskeneet merkittävästi ydinvoiman suosiota. Lisäksi voimalat sekä ydinjätteen käsittely ja varastointi ovat erittäin kalliita, mikä heikentää ydinsähkön hintakilpailukykyä.
9.4 Kuvagalleria: uusiutumattomat energiamuodot
9.5 Energiaa pitää tuottaa uusiutuvilla energialähteillä
Riittävyys- ja ympäristöongelmien vuoksi maailman energiantuotannon on muututtava. Erityisesti fossiilisten polttoaineiden käyttöä tulee vähentää voimakkaasti niiden ilmastovaikutusten vuoksi.
Energiantuotanto on kestävämmällä pohjalla, jos se perustuu uusiutuviin energianlähteisiin. Termin mukaisesti ne eivät kohtuullisesti käyttämällä lopu, vaan niihin tulee jatkuvasti uutta käyttöpotentiaalia.
Suurimmassa osassa uusiutuvista energianlähteistä energia on peräisin Auringosta. Auringon säteily voidaan muuttaa suoraan sähköksi tai esimerkiksi käyttöveden lämpöenergiaksi.
Tällöin puhutaan aurinkoenergiasta. Sen osuus maailman energiantuotannosta on vain reilu prosentti, mutta se yleistyy kaikkein nopeimmin.
Tuulivoimassa sähköä tuottavia generaattoreita pyörittää tuuli, joka sekin saa voimansa Auringosta.
| Vuosi | Tuuli (pääosin tuotetaan sähköä) | Aurinko (tuotetaan sähköä, lämmitetään vettä, lämmitetään/viilennetään tiloja jne.) |
|---|---|---|
| 2000 | 31 TWh eli terawattituntia | 1 TWh eli terawattituntia |
| 2005 | 105 | 4 |
| 2010 | 340 | 31 |
| 2018 | 840 | 443 |
Vesivoimassa vesi pakotetaan virtaamaan generaattoreita pyörittävän turpiinien läpi. Tämäkin saa alkunsa Auringosta, sillä sen energian liikuttamana vesi on alun perin haihtunut ilmaan ja sittemmin satanut voimaloita pyörittämään. Vesivoima on uusiutuvista energianlähteistä merkittävin. Sillä tuotetaan noin 7 % maailman energiasta.
Bioenergia merkitsee lämmön tai sähkön tuottamista kasvi-, eläin- tai mikrobiperäistä ainesta polttamalla. Esimerkiksi puulämmitys on kaikille tuttu bioenergian muoto. Eliöperäistä ainesta, biomassaa, osataan nykyisin jalostaa moneen muuhunkin muotoon. Siitä voidaan tehdä vaikkapa nestemäisiä polttoaineita tai biokaasua.
Myös maalämpö ja muu lämpöpumpuilla tuotettu energia on Auringosta peräisin. Näissä menetelmissä lämpöä otetaan vedestä tai ilmasta lämmitysenergiaksi. Samaan tapaan toimii jääkaappi, joka siirtää lämpöä kaapin sisältä huoneilmaan.
Geoterminen energia eroaa maalämmöstä siten, että siinä hyödynnetään maapallon sisältä tulevaa lämpöä. Tätä on hyödynnetty tuliperäisillä alueilla, kuten Islannissa, mutta myös Helsinkiin ollaan rakentamassa geotermistä laitosta.
Maailman tärkeimmät uusiutuvien energialähteiden tuottajavaltiot.
L09/P1. Mitkä ovat uusiutuvia energiamuotoja?
9.6 Kuvagalleria uusiutuvista energiamuodoista
9.7 Maailman energiajättiläiset
Fossiilisten polttoaineiden tuotanto ja kulutus ovat jakautuneet maapallolla epätasaisesti. Öljyä ja maakaasua on alueilla, jotka sata miljoonaa vuotta sitten olivat matalan meren pohjaa.
Suurimpia öljyntuottajamaita ovat nykyisin Saudi-Arabia, Yhdysvallat ja Venäjä. Näistä Yhdysvallat ei kuitenkaan vie öljyä juuri lainkaan muualle maailmaan, sillä se kuluttaa itse sitä niin paljon. Itse asiassa se joutuu vielä tuomaan sitä enemmän kuin mikään muu yksittäinen valtio, jopa Kiinaakin enemmän. Lähi-idän maat ovat suuria öljyn viejiä, sillä niiden kulutus on varoihin nähden vähäistä.
| Valtio | Osuus % |
|---|---|
| Kiina | 23 % |
| Yhdysvallat | 17 % |
| Venäjä | 5 % |
| Intia | 5 % |
| Japani | 3 % |
| Saksa | 2 % |
Venäjällä on suuret fossiilisten polttoaineiden varat. Lisäksi teollisen tuotannon ja kulutuksen määrä on suhteellisen alhainen, joten polttoaineita riittää runsaasti vientiin. Erityisesti maakaasun viejänä Venäjä on ylivoimaisesti suurin.
Kiina sekä tuottaa että kuluttaa noin puolet koko maailman kivihiilestä. Moni ympärillämme olevista tavaroista on valmistettu Kiinassa, ja tuon tuotannon määrä näkyy myös Kiinan suurena energian kulutuksena. Nyky-Kiinassa kivihiilen polttamisessa syntyvät ilmansaasteet aiheuttavat valtavia ongelmia. Sadat miljoonat ihmiset asuvat kaupungeissa, joissa ilmansaasteet rajoittavat ulkona liikkumista, erityisesti talvella.
Uusiutuvien energianlähteiden saatavuuden suhteen maailma ei ole niin selvärajainen. Vesivoimaa on saatavilla parhaiten alueilla, joilla sataa paljon, ja maastossa on korkeusvaihteluita. Myös sen tuotannossa ja kulutuksessa Kiina on ylivoimaisesti suurin. Yhdysvalloissa, Kanadassa ja Brasiliassa vesivoimaa tuotetaan paljon. Valtion kokoon suhteutettuna eniten vesivoimaa tuotetaan Norjassa.
Aurinkoenergiaa on saatavilla kaikkialla, mutta luonnollisesti eniten vähäsateisilla, lähellä päiväntasaajaa sijaitsevilla alueilla. Hyödyntäminen on kuitenkin paljolti kiinni tekniikasta, ja esimerkiksi Saksa ja Japani ovat suurimpia aurinkoenergian tuottajia Kiinan ja Yhdysvaltojen rinnalla.
Tuulivoimaan sopivia alueita ovat mm. rannikot, tasangot ja vuoristot. Tällaisia alueita on kaikkialla maailmassa. Yhdysvallat, Kiina ja Saksa ovat suurimpia tuulivoiman hyödyntäjiä.
Tuulivoimaloilla on toistaiseksi vain paikallista merkitystä maailman energiantuotannossa. Tanskan sähköntuotannosta noin neljännes tuotetaan tuulivoimalla.
