Miksi uusiutuva energia ei pärjää markkinoilla

Energiaa ei voi luoda tyhjästä. Sen sanoo termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö, joka on voimassa kaikkialla maailmankaikkeudessa.

Uusiutuvan energian osuus maailmassa vuonna 2008, kuvan valkoinen sektori. Uusiutuvasta energiasta yli puolet on vesivoimaa. Katso alkuperäinen kuva kuva Wikipediasta klikkaamalla kuvaa.

Termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö pätee luonnollisesti myös energiantuotannossa. Sen takia energiaa ei voida luoda tyhjästä. Sitä voidaan ainoastaan kerätä talteen sieltä missä sitä on, muuntaa muodosta toiseen, ja siirtää paikasta toiseen. Asiaa voidaan havainnollistaa esimerkiksi vertaamalla energiaa veteen. Vettäkään ei voida luoda tyhjästä, ainoastaan kerätä talteen sieltä missä sitä on.

Vettä on monessa paikassa. Esimerkiksi sateen kastelemalla pihanurmikolla voi olla satoja, jopa tuhansia litroja vettä, mutta sen talteen kerääminen on työn ja tuskan takana, vaikkakaan ei mahdotonta. On silti paljon helpompaa hakea saunavedet ämpärillä järvestä. Veden kerääminen nurmikolta työllistää paljon enemmän. Jonkun on tehtävä työtä veden keräämiseksi. Jos siitä pitäisi maksaa palkkaa, on sanomattakin selvää, että järvivettä saa halvemmalla kuin nurmikolta kerättyä sadevettä. Tämä hintasuhde muuttuu vasta jos järvi kuivuu.

Uusiutuvia energiamuotoja ovat tuuli-, ja aurinko-, aalto- ja vuorovesienergia. Yhteistä niille kaikille on se, että niitä on hyvin runsaasti, enemmän kuin tarvitsemme, mutta ne ovat levittäytyneinä hyvin laajalle alueelle josta ne joudutaan keräämään talteen. Niitä ei myöskään ole kaikkina aikoina saatavissa. Ne vastaavat vesiesimerkin sadevettä nurmikolla. Uusiutuvaa energiaa ovat myös vesivoima, biomassa ja muut biopolttoaineet. Ne ovat kuin pieniä puroja joista vettä on suhteellisen helppoa kerätä talteen ja sitä on aina saatavissa, mutta sitä ei ole riittävästi. Vesivoiman kapasiteetti on rajallinen, kuten myös biomassan kasvu.

Vesiesimerkin järvi vastaa fossiilisia polttoaineita ja ydinenergiaa. Esimerkiksi hiilikaivoksesta saadaan suhteellisen helposti puhdasta energiaa tiiviissä muodossa. Sitä on helppo varastoida, siirtää paikasta toiseen ja muuntaa tarpeen mukaan lämmöksi ja edelleen sähköksi, tai käyttää lämpö sellaisenaan. Nämä energiamuodot ovat halpoja, koska niiden talteen keräämiseksi ei tarvitse tehdä paljon työtä. Veden ammentaminen järvestä on halpaa, ja pysyy halpana kunnes järvi kuivuu. Fossiilijärvemme osoittaa jo kuivumisen merkkejä, ydinjärvessä riittää sen sijaan vettä hamaan tulevaisuuteen.

Termodynamiikassa energian esiintymistiheyden määrittelee entropia. Se on käsitteenä vähän hankala, mutta voidaan ymmärtää epäjärjestyksenä. Hajallaan olevan energian entropia on suuri, tiiviissä muodossa olevan pieni. Energian kerääminen suuren entropian tilasta vaatii aina enemmän työtä, ja maksaa aina enemmän kuin kerääminen pienen entropian tilasta. Sen takia uusiutuva energia on kalliimpaa. Sen määrää termodynamiikka, ei politiikka eikä talousjärjestelmän lainalaisuudet. Sen takia tämä asetelma ei tule koskaan muuttumaan. Vasta uusiutumattoman energian ehtyminen muuttaa hintasuhteen.

Termodynamiikan toinen pääsääntö sanoo, että entropia aina kasvaa. Sen takia energia ei uusiudu. Energia voidaan käyttää vain kerran, sen jälkeen se on ikuisiksi ajoiksi mennyttä. Maapallolla esiintyvät uusiutuvat energiat uusiutuvat vain, koska Auringosta tulee jatkuvasti uutta energiaa tilalle.

Me tiedämme kaikki ne paikat Maapallolla, joissa vettä esiintyy. Me tiedämme myös kaikki paikat, missä on energiaa. Yhtään uutta energianlähdettä ei tulla enää löytämään. Tämä on niin varmaa kuin mikään tieteessä voi olla.

Puun polttaminen osattiin jo 300 000 vuotta sitten. Vesivoimaa on hyödynnetty 5000 vuotta, tuulivoimaa 2600 vuotta. Kivihiiltä alettiin käyttää 300 vuotta sitten, öljyä 160 ja maakaasua 120 vuotta sitten. Ydinvoimaa on hyödynnetty vasta 60 vuotta, vaikka sitä toisinaan sanotaan vanhanaikaiseksi. Suunnilleen saman ikäinen keksintö on aurinkokenno. Näin olleen me jo tiedämme, miten kaikkia eri energian esiintymismuotoja voidaan hyödyntää. Mitä siis tarkoitetaan kun puhutaan ”uudesta energiateknologiasta”? Energian hyödyntämis- ja talteenkeräämistapojen kehittymistä, ei muuta. Kehitys neandertalinihmisen nuotiosta nykyaikaiseen biovoimalaan on ollut huikea. Samaan aikaan biomassan esiintymistiheys Maapallolla ei ole muuttunut juuri miksikään. Biomassa on edelleen hajallaan suurella alueella, eikä sitä kasva riittävästi, jotta siitä saisi kerättyä talteen kaikkea kuluttamaamme energiaa. Termodynamiikan toinen pääsääntö yhdessä materiaalitekniikan rajoitusten kanssa kertovat myös, että höyryvoimalaitoksen kehitys alkaa olla niin pitkällä kuin se ylipäätään on mahdollista. Kehitystä voi toki tapahtua edelleen, mutta suuria innovaatioita tai läpilyöntejä ei ole näköpiirissä, ja sama koskee kaiken muunkin uusiutuvan energian hyödyntämistä. Rahan syytäminen kehitystyöhön ei vaikuta entropiaan tai termodynamiikkaan millään tavalla, eikä ihmeitä ole odotettavissa.

Olen tässä kirjoituksessa pyrkinyt tuomaan esiin niitä asioita, joiden vuoksi olen hyvin skeptinen uusiutuvan energian mahdollisuuksien suhteen. Järvestä on, ja tulee aina olemaan helpompi ammentaa vettä kuin sateen kastelemalta nurmikolta tai pienistä puroista. Poliittiset puheet, investointituet tai syöttötariffit eivät tätä tosiasiaa muuta, joku maksaa aina.

Tämän kirjoituksen myötä blogi jää tauolle. Hyvää kesää kaikille lukijoille!