Ydinvoima ja hiilidioksidin talteenotto ja varastointi

Näitä sivuja ei ole päivitetty ajantasalle tällä hetkellä. Ajantasaista tietoa löytyy esim. www.ilmasto-opas.fi -sivustolta.

Ydinreaktorissa uraanin atomeita halkaistaan pommittamalla niitä atomiytimien neutroneilla. Polttoainesauvoissa olevien uraaniatomien halkaisussa vapautuu energiaa, joka muuttuu lämmöksi. Lämmöllä kiehutetaan vettä korkeapaineiseksi höyryksi, joka pyörittää turbiinia, ja turbiiniin kiinnitetty generaattori kehittää sähköä.

Ydinvoimaa on ehdotettu ratkaisuksi ilmastonmuutoksen torjumiseen, koska se ei tuota lainkaan hiilidioksidipäästöjä. Ydinpolttoaineen eli uraanin varannot maapallolla ovat suuret. Uraanin hinta on vain pieni osa energian kokonaishinnasta, joten kysynnän lisääntyminenkään ei tekisi louhintaa kannattamattomaksi vielä pitkään aikaan.

Ydinvoimaan liittyy kuitenkin myös ongelmia, sillä koko ydinpolttoaineen elinkaari on ympäristölle haitallinen. Uraanin louhinta tuottaa radioaktiivista jätettä ja ydinvoimalaan liittyy aina jonkinlainen ydinonnettomuusriski. Kaikissa tuotantovaiheissa syntyy myös ydinjätettä. Sen hautaaminen kallioperään voi olla ongelmallista, koska jäte pysyy radioaktiivisena satojatuhansia vuosia. Ympäristöjärjestöjen ja monien tutkijoiden mielestä sen eristämistä ympäristöstä ei kyetä takaamaan.

Jotta ydinvoimalla olisi vaikutusta maailman kasvihuonekaasupäästöihin, sen käyttöä täytyisi lisätä erityisen nopeasti vaurastuvissa kehitysmaissa. Tähän liittyy kuitenkin monenlaisia ongelmia. Esimerkiksi yhdysvaltalaisen Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) julkaiseman tutkimuksen mukaan kansainvälinen ydinsulkujärjestelmä on puutteellinen, joten ydinteknologian leviäminen lisää myös ydiaseiden hankintamahdollisuuksia. Rauhanomaisen ydinteknologian käyttö ei silti suoraan aiheuta ydinaseiden leviämistä, ja ydinsulkujärjestelmää voidaan kehittää.

On epätodennäköistä, että ydinvoimalaa vastaan tehdystä terrori-iskusta seuraisi ydinonnettomuus. Jos näin kuitenkin kävisi, vahingot olisivat erittäin suuria.

Vuoden 2005 lopussa maailmassa oli käytössä 443 ydinreaktoria, ja ydinvoimalla tuotettiin 16 % maailman sähköstä ja 7 % maailman energiasta. Ydinvoimalaprojekteja oli rakenteilla 25, useimmat niistä Aasiassa.

Euroopassa keskustelu ydinvoimasta on alkanut uudelleen ilmastonmuutoksen aiheuttaman uhan myötä. Saksa, Alankomaat, Belgia ja Ruotsi ovat tehneet päätöksen hankkiutua eroon ydinvoimasta, mutta esimerkiksi Ranskassa suunnitellaan pilottihanketta uuden sukupolven reaktorin rakentamiseksi ja Isossa-Britanniassa ja Suomessa ydinvoiman lisärakentamisesta keskustellaan.

Maailmanlaajuisesti ydinvoiman tulevaisuudesta ei ole varmuutta. MIT:n tutkimuksen mukaan muun muassa ydinvoiman hinnan olisi laskettava neljänneksellä ja rakennusajan lyhennyttävä vuodella, jotta ydinvoimasta tulisi kilpailukykyinen tapa tuottaa energiaa. Parannukset ovat mahdollisia, mutta niiden toteutuminen ei ole varmaa. Ydinvoiman kehittäminen vaatii joka tapauksessa huomattavia investointeja, jotka voivat kilpailla rahoituksesta uusiutuvien energianlähteiden kanssa.

IPCC:n arvion mukaan (2007) ydinvoimalla voitaisiin tuottaa maailman sähköstä 18 % vuonna 2030 hiilen hinnan yltäessä 50 US- dollariin hiilidioksidiekvivalenttitonnia kohti. IPCC muistuttaa kuitenkin myös ydinturvallisuuden, -aseiden leviämisen sekä -jätekysymyksen asettavan ehtoja ydinvoiman lisärakentamiselle.

Suomessa on tällä hetkellä neljä ydinvoimalaa, ja viidettä, 1600 megawatin voimalaa rakennetaan parhaillaan. Ydinvoimalla tuotettiin vuonna 2002 sähköstä 26 % ja energiasta 17 %.

Kansallisessa ilmastostrategiassa 2005 laadittiin kaksi skenaariota Kioton pöytäkirjan vaatimusten toteuttamiseksi, KIO1 ja KIO2. Niistä jälkimmäisessä rakennetaan 1300 megawattia ydinvoimaa vuonna 2010, kun taas edellisessä kivihiili korvataan maakaasulla.

Koska ydinvoimaskenaariossa energiankulutus kasvaa nopeasti, vuoden 2010 jälkeen päästöt lähtevät taas nousuun. Ydinvoimattomassa vaihtoehdossa päästöt vakiintuvat. Teollisuuden etujärjestöjen mukaan ydinvoimaton vaihtoehto on epärealistinen, eikä päästövähennyksiä voida saavuttaa ilman ydinvoimaa.

Kasvihuonekaasupäästöjen vakiinnuttaminen ja vähentäminen ydinvoimalla Suomessa vaatisi joka tapauksessa useiden uusien ydinvoimaloiden rakentamista, mikä on ympäristöjärjestöjen mielestä kestämätön vaihtoehto.

Hiilidioksidin talteenotto ja varastointi

Yhtenä keinona ilmastonmuutoksen torjunnassa on esitetty hiilidioksidin talteenottoa ja varastointia (Carbon dioxide Capture and Storage, CCS). IPCC:n mukaan (2007) CCS-tekniikan varhaiset sovellukset maakaasun käytössä kuuluvat jo nyt energia-sektorin avainteknologioihin ja -toimiin ilmastonmuutoksen hillinnässä. IPCC arvioi edelleen, että CCS-tekniikat ovat kaupallistettavissa vuoteen 2030 mennessä kaasun, biomassan sekä hiilenpolttoon perustuvan sähköntuotannon osalta. Maanalaisiin geologisiin muodostumiin sijoitettavat uudet CCS-tekniikat tarjoavat myös lupaavia mahdollisuuksia vuoteen 2030 mennessä.

Tekniikka perustuu hiilidioksidin talteen ottamiseen suurissa, paikallaan olevissa lähteissä, kuten teollisuuslaitoksissa ja voimaloissa. Hiilidioksidi erotetaan joko savukaasuista tai jo ennen polttoprosessia, minkä jälkeen hiilidioksidi puristetaan kokoon ja kuljetetaan pitkäaikaiseen säilytykseen.

Menetelmiä hiilidioksidin poistamiseen voimaloiden savukaasuista on kehitetty useita, mutta ne kaikki kuluttavat paljon energiaa. Taloudellisin tapa kuljettaa hiilidioksidi varastoihin on kaasuputkia pitkin alle 1 000 km etäisyyksillä, laivakuljetuksen ollessa paras vaihtoehto suurille etäisyyksille. (IPCC 2005)

Ympäristöjärjestöt ovat kritisoineet CCS-tekniikkaa, koska se vie huomiota jo nyt käyttökelpoisilta, uusiutuvaan energiaan ja energiansäästöön perustuvilta menetelmiltä, vaikka sen potentiaali on useiden vuosikymmenien päässä. Lisäksi järjestöt ovat huolissaan fossiilisten polttoaineiden muista ympäristövaikutuksista ja riskien, kuten hiilidioksidin vuotaminen takaisin ilmakehään, siirtämisestä tulevien sukupolvien kannettavaksi.

Toisaalta monissa voimakkaasti kehittyvissä maissa kuten Kiinassa, jossa on suuret hiilivarat ja nopeasti kasvava energian kysyntä, CCS voisi olla merkittävä keino päästöjen hillinnässä muiden keinojen kuten energiatehokkuuden parantamisen ja uusiutuvan energian lisäämisen rinnalla.

Vaihtoehtoisia varastointitapoja

Geologisia hiilidioksidivarastoja voisivat olla käytetyt tai hiipuvat öljy- ja maakaasulähteet, maanalaiset suolavesiesiintymät ja louhimattomat hiiliesiintymät. Geologinen varastointi perustuu moniin samoihin tekniikoihin, joita on käytetty öljy- ja maakaasuteollisuudessa ja jotka ovat jo nykyään käyttökelpoisia.

Kun hiilidioksidia pumpataan suolavesiesiintymiin tai kaasu- tai öljykentille yli 800 metrin syvyyteen, useat eri fysikaaliset ja geokemialliset mekanismit estävät sen nousun takaisin pinnalle. Tärkein niistä on läpäisemätön kivikerros. Hiiliesiintymiin hiilidioksidi sitoutuu myös kemiallisesti.

Hiilidioksidin pumppaaminen syvälle öljy- tai kaasukenttään helpottaa öljyn ja kaasun tuottamista, mikä vähentää tekniikan kokonaiskustannuksia.

Käytännössä geologinen säilytys antaa mahdollisuuden pysyvään säilytykseen, kunhan paikka on huolellisesti valittu ja sitä tarkkaillaan jatkuvasti mahdollisten vuotojen varalta ja havaitut vuodot tukitaan. Ongelmana on vuotojen havaitseminen, koska nykyiset tarkkailutekniikat eivät ole täysin luotettavia ja niitä täytyy kehittää.

Geologisten varastojen käyttämistä on kokeiltu kolmessa paikassa teollisessa mittakaavassa. Norjassa Pohjanmerellä hiilidioksidia pumpataan suolavesikerroksiin, Weyburnissa Kanadassa hiilidioksidin varastointia öljykenttään on käytetty öljyntuotannon helpottamiseen. Algerian In Sahalissa hiilidioksidia pumpataan maakaasukenttään.

Meriin hiilidioksidia voi varastoida pumppaamalla ja liuottamalla sitä yli kilometrin syvyyteen tai laskemalla sitä yli kolmen kilometrin syvyyteen, jolloin hiilidioksidi on vettä tiheämpää ja sen oletetaan muodostavan lähes pysyviä ”hiilidioksidijärviä”. Meriin varastoituna hiilidioksidi vapautuisi kuitenkin osittain takaisin ilmakehään vuosisatojen mittaan.

Ydinvoima ja ilmastonmuutos - väittely jatkuu

Suuri osa nykyisestä energiainfrastruktuurista ei ole riittävän lähellä sopivia geologisia muodostumia, jotta hiilen varastointi maaperään olisi taloudellisesti edullista. Tämän vuoksi tutkitaankin merisijoitusta.

Hiilidioksidin lisäys mereen muuttaa paikallista kemiallista ympäristöä happamoittaen sitä. Kokeet ovat osoittaneet, että korkeat hiilidioksidipitoisuudet aiheuttavat merieliöiden kuolleisuutta, ja tällä olisi vaikutuksia ekosysteemiin. Laajamittaista tutkimusta pitkällä aikavälillä aiheesta ei kuitenkaan ole vielä tehty.

Hiilidioksidi saadaan myös sidottua kemiallisesti kiinteään muotoon siten, ettei se enää palaa ilmakehään. Prosessi vaatii huomattavasti energiaa, koska kemiallinen reaktio on luonnossa hidas, ja sen nopeuttaminen edellyttää mineraalien esikäsittelyä.

Teollisuudessa on myös käyttöä hiilidioksidille, mutta tällä hetkellä käytetyt määrät ovat pieniä. Lisäksi ne palaavat niin lyhyen ajan sisällä takaisin ilmakehään, että teollisuuskäytöllä ei ole merkitystä kasvihuonekaasupäästöjen alentamisessa.

Tekniikan merkitys ja taloudellisuus

Skenaarioiden mukaan CCS-tekniikan osuus ilmastonmuutoksen torjunnasta voisi parhaimmillaan olla 15–55 %, jos hiilidioksidipitoisuudet vakiinnutetaan 450–750 miljoonasosaan. CCS vähentää ilmastonmuutoksen torjumisen kuluja arvioiden mukaan noin 30 % ja tarjoaa joustavuutta kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseen. (IPCC 2005)

CCS-tekniikan taloudellisuus johtuu sen yhteensopivuudesta jo nykyisten energiainfrastruktuurien kanssa, mutta sovelluskohteina tulevat kustannussyistä olemaan lähinnä uudet laitokset. Useissa skenaarioissa CCS-tekniikan merkitys tuleekin kasvamaan vasta vuosisadan jälkipuolella, joten se ei luultavasti korvaa jo toimiviksi todettuja päästövähennystapoja lähitulevaisuudessa.

Tämä sivu on käännetty makedoniaksi. This webpage has been translated in Macedonian. See http://webhostinggeeks.com/science/paastojen-vahentamine-mk