Ensimmäinen SMR voidaan rakentaa vuoteen 2026 mennessä…

…jos halutaan. Mistäkö tiedän? Koska se on tehty ennenkin. Aloitetaanpa alusta.

Otto Hahn ja Fritz Strassmann havaitsivat vuonna 1939, että uraanin pommittaminen neutroneilla tuottaa bariumia. Tämän perusteella Lise Meitner ja Otto Frisch esittivät samana vuonna, että uraaniydin halkeaa kahteen lähes yhtä suureen osaan. Täysin uusi ilmiö, uraaniatomin fissio, oli näin keksitty.

Kuva 1. Chicago Pile-1.

Ilmiön mahdollisuudet ymmärrettiin varsin nopeasti tämän jälkeen. Enrico Fermi teki kuuluisan Chicago Pile-1 -kokeensa vuonna 1942. Kokeessa todistettiin, että hallittu fissio on mahdollista aikaansaada. Seuraavana vuonna rakennettiin Chicago Pile-2 ja -3.

Ensimmäinen sähköä tuottanut reaktori, Experimental Breeder Reactor I, rakennettiin Idahoon 1951. Se oli nopea hyötöreaktori, joka tuotti sähköä neljään 200 watin lamppuun. Ei paljon, mutta se todisti, että tekniikalla voidaan tuottaa sähköä. EBR-I:n tärkeämpi saavutus oli kuitenkin todistaa oikeaksi teoria, jonka mukaan hyötöreaktori on mahdollista rakentaa ja saada toimimaan.

Ensimmäinen käytännön sovellus, ydinsukellusvene Nautilus, laskettiin vesille 1954. Alus jatkoi palveluskäytössä aina vuoteen 1980, jonka jälkeen se museoitiin.

Kuva 2. Nautilus.

Vuonna 1953 Yhdysvaltain laivaston ydinsukellusveneprojektin vetäjää, amiraali Hyman Rickoveria pyydettiin rakentamaan yksi sukellusveneen koneisto kuivalle maalle. Potkurikoneiston tilalle luonnollisesti asennettiin sähköä tuottava turbogenerattori. Syntyi yksi maailman ensimmäisistä ydinvoimaloista, Shippingport Atomic Power Station. Laitoksen rakentaminen kesti 32 kuukautta ja se aloitti toimintansa 1957. Laitos suljettiin vuonna 1982 ja on sittemmin jo purettu maan tasalle ja alue on vapautettu muuhun käyttöön ilman rajoituksia. Näin todistettiin samalla, että voimala on mahdollista purkaa. Shippingportissa demottiin myös toriumin käyttäminen polttoaineena.

Tässä oli lyhyesti kuvattuna Yhdysvalloissa toteutunut kehityspolku. Samaan aikaan kehitystä tapahtui Neuvostoliitossa, jossa ensimmäinen voimala, vain viiden megawatin Obninsk kytkettiin ensimmäisen karran verkkoon jo vuonna 1954. Isossa Britanniassa Calder Hall vihittiin käyttöön 1956.

Yhdysvaltain kehityspolku:

1939 – fissio keksitään
1942 – ensimmäinen koereaktori, Chicago Pile-1 rakennetaan
1951 – ensimmäinen sähköä tuottanut reaktori, EBR-I rakennetaan
1953 – Shippingport tilataan
1954 – ensimmäinen käytännön sovellus, sukellusvene Nautilus lasketaan vesille
1957 – Shippingport valmistuu

Näiden lomassa muualla:

1954 – Obninsk Neuvostoliitossa, Moskovan lähellä valmistuu
1956 – Calder Hall Isossa Britanniassa vihitään käyttöön

Yhdisvalloissa oli myös Borax-testisarja jossa valmistettiin muutamia kiehutusvesilailaitoksia pääasiassa testikäyttöön. Sarjan kolmas versio vuonna 1955 tuotti jonkin aikaa pari megawattia sähköä paikalliseen sähköverkkoon.

Opitaan historiasta

Kuva 3. Shippingportin voimalan paineastian asennus 1956.

Itse ilmiön keksimisestä ensimmäiseen käytännön sovellukseen, sukellusvene Nautilukseen, kului siis aikaa vain 15 vuotta. Shippingportin laitos tilattiin vuonna 1953 ja se valmistui neljä vuotta myöhemmin.

Shippingportin voimala perustui alun perin sukellusveneen voimalähteeksi kehitettyyn painevesireaktoriin, joka yhä nykyäänkin on eniten käytetty tekniikka. Aikaa laitoksen tilauksesta käyttöönottoon tarvittiin neljä vuotta.

Shippingportin koko oli nykymittapuun mukaan pieni, vain 60 megawattia sähköä, mutta se oli juuri samaa kokoluokkaa kuin nykyiset suunnitteluasteella olevat SMR-voimalat.

Verrattuna 50-luvun suunnittelu- ja valmistustekniikkaan, meillä on nykyään käytettävissä erittäin kehittyneet CAD-ohjelmistot ja kaikki tarvittavat muut mallinnusmenetelmät ja tehokkaat tietokoneet, joilla vastaavan laitoksen suunnittelu onnistuu nopeammin kuin silloin. Sekä materiaali- että valmistustekniikka ovat kehittynyeet huimasti, ja monia tarvittavia osia, kuten polttoaine-elementtejä moiseen laitokseen saa ”valmiina kaupasta”. Mitään perussuunnittelua ei enää tarvita. Periaatteessa riittää, että päätetään millainen laitos halutaan rakentaa, suunnitellaan se, ja sen jälkeen rakennetaan.

Amiraali Ricover 50-luvulla tarvitsi siihen neljä vuotta aikaa. Jos nyt päätämme rakentaa vaikkapa jonkin kaupungin kaukolämmitykseen kytkettävän, pelkkää lämpöä tuottavan fissiosovelluksen, se on teknisesti aivan hyvin tehtävissä neljässä tai viidessä vuodessa. Puheet siitä, että SMR-tekniikka olisi käytettävissä lämmityksen CO2-päästöjen vähentämiseen vasta hiilikiellon jälkeen joskus 2030-luvulla, ovat kerta kaikkiaan potaskaa. Niin voi kyllä ollakin, jos tähän mahdollisuuteen ei uskota ja tyydytään vain puuhastelemaan jotakin ja katsomaan mitä muut tekevät.

Jos sen sijaan päätetään, että kaikkinainen polttaminen kaupunkiemme lämmittämisessä lopetetaan mahdollisimman nopeasti, ensimmäinen SMR-lämpölaitos saadaan valmiiksi ja toimimaan noin viidessä vuodessa. Se voidaan tehdä, koska se tehtiin jo yli 60 vuotta sitten.

Suomalaiset hankkeet

Kuva 4. VTT:n kaukolämpö-SMR vuonna 2021.

Tekniikka osataan Suomessa. Meneillään on kaksikin hanketta lämpölaitoksen suunnittelemiseksi.

Varsinkin VTT:n konseptin mukaisen laitoksen koko rakentaminen voidaan tehdä Suomessa. LUT on vähän eksoottisempi. Kanava-tyyppinen reaktori on valmistattava zirkoniumista, eikä siihen löydy valmiiksi osaamista Suomesta. Täysin vastaavaa ei itse asiassa ole tehty missään aiemmin, vaikkakin rakenne muistutaa jonkin verran kanadalaista CANDU:a. Sen sijaan VTT on periaatteessa aivan samanlainen kuin maailman kaikki muutkin kevytvesilaitokset, pienemmällä paineella ja lämpötilalla vain, mikä tekee rakenteesta huomattavasti kevyemmän ja yksinkertaisemman.

Polttoainetta meillä ei valmisteta, eikä tarvetta siihen ei olekaan, koska valmistajia maailmalla on useita ja polttoaineen tarve on hyvin vähäinen. Esimerkiksi VTT:n moduulin lämpötehoksi on kaavailtu 50 MW, mikä on vain noin 1% (yksi prosentti!) Olkiluoto 3:n lämpötehosta. Polttoaineen tarve on lähes suorassa suhteessa tehoon, samoin kuin monet muutkin suunnitteluun vaikuttavat lähtökohdat.

Suomalaisen säästä riippumattoman ja polttoon perustumattoman kaukolämpölaitoksen rakentaminen on vain ja ainoastaan tahdosta kiinni. Teknisesti se voidaan toteuttaa helposti tämän vuosikymmenen puolella, koska vastaava on tehty ennenkin. Meillä on jo julistettu ilmastohätätila, joten nyt olisi aika toimia sen mukaisesti. Siis NYT, eikä vasta 30-luvulla.

Tänään ilmastohörhöjen hömppäseminaari – #ilmastosi2020

Tätä kuvaa on minulle esitetty muutamankin kerran keskusteluissa, joissa ihmisperäisen ilmastonmuutoksen todenperäisyyttä on yritetty kiistää. Katsokaamme tarkemmin, mistä kuvassa on kysymys.

Kuva 1.

Kuvan mukaan siis vain yksi GISS-mittaussarja osoittaa lämpenevää vuosina 2015-2019 muiden osoittaessa viilenevää. Noh, katsotaan ensin, onko kuva totta. Ladataan datat ja tehdään oma kuva.

Kuva 2.

Siltähän tuo näyttää. Ainoa, mikä tuossa kasvaa on sarja no. 11: Mantereet 2m korkeudella – GISS – https://data.giss.nasa.gov/gistemp/tabledata_v3/GLB.Ts.txt. Huomataan kuitenkin, että lineaarisen trendin alku- ja loppupisteen välillä on eroa vain n. 0,15 °C.

Mitähän tapahtuu, jos tarkasteluväliä muutetaan. Katsotaan vaikka vuosia 2014-2018.

Kuva 3.

Nyt vain kaksi mittaussarjaa, 9 ja 16, näyttävät viilenevää, loput lämpenevää. Vuosina 2012-2016 kaikki 16 sarjaa näyttävät lämpenevää.

Kuva 4.

Vuosina 2010-2014, kahdeksan aikasarjaa näyttää viilenevää, toiset kahdeksan lämpenevää.

Kuva 5.

Kuvista 2-5 voidaan päätellä, että viiden vuoden trendistä ei voida päätellä juuri mitään. Tarkasteluväliä vaihtamalla, saadaan ihan millaisia tuloksia halutaan. Merkittävänä ilmastotrendinä pidetään yleisesti 30 vuoden aikajaksoa. Otetaan siis seuraavaksi 30 vuotta tähän samaan tarkasteluun, vuodet 1989-2019.

Kuva 6.

Kaikki sarjat näyttävät tällä aikavälillä selkeästi lämpenevää. Katsotaan sama vielä vuosikeskiarvoina.

Kuva 7.

Kaikki mittaussarjat seuraavat kutakunkin samanlaista trendiä ja kaikkien suunta on ylöspäin. Se miksi sarjat eivät ole yhteneviä, johtuu useastakin asiasta. Ensinnäkin, ne edustavat eri alueiden mittauksia, kuten artikkelin lopussa olevasta lähdeluettelosta nähdään. On omat sarjat ylemmälle troposfäärille, alemmalle troposfäärille, globaalille pintamittauksille, mantereille, sekä merenpinnalle. Eri sarjat käyttävät eri mittausasemia ja eri mittausmenetelmiä. Kaikki sarjat ilmaisevat anomaliaa, eli poikkemaa jostain vertailujaksosta, joka on erilainen eri sarjoille. Lisäksi datan käsittelyssä voi olla eroja, jotka tuottavat vähän erilaisia tuloksia. Tämä ns. adjusointi on välttämätöntä, koska ajan saatossa mm. mittausasemien sijanti, mittalaitteet sekä lämpötilojen vuorokautiset kirjausajankohdat ovat muuttuneet. Adjusoinneista voi lukea täältä.

Kuva 1. ei näin ollen kerro yhtään mitään ilmaston tilasta, muutoksesta, muutoksen suunnasta tai ylipäätään mistään muustakaan.

Miksi tästä pitää kirjoittaa juuri nyt? Koska tänään on se päivä, jolloin kaikki Suomen ilmastohörhöt kokoontuvat omaan tieteenvastaiseen hömppä-seminaariinsa Helsingin messukeskukseen. Siellä he vahvistavat omia harhaluulojaan ja poistuvat tilaisuudesta tyhmempinä kuin sinne saapuessa. Seminaarin puhujalista ei tietenkään pidä sisällään ainoatakaan meteorologia tai muuta varsinaista ilmastotutkijaa, sellaista, joka ymmärtäisi ilmakehässä säähän ja ilmastoon vaikuttavia ilmiöitä sekä ihmisperäisten kasvihuonekaasujen vaikutusta niihin. Ei myöskään aerosolifyysikkoa, jotka tutkivat aerosolien käyttäytymistä ilmakehässä ja niiden vaikutusta ilmastoon. Eikä voikaan olla, koska Suomesta ei löytyne sellista ao. tutkijaa, joka kiistäisi ihmisperäisen ilmastonmuutoksen ja sen vakavuuden. Ei, vaihtoehtoista totuutta levittämään pitää puhujat kaivaa esiin jostain muualta, ja ainahan niitä löytyy, aiheeseen kuin aiheeseen.

Ei tämä ole ainoa hörhö-seminaari, ei edes Suomessa. Rajatiedon messut on jo vakiinnuttanut asemansa Suomalaisessa huuhaa-skenessä. Litteeään Maahan uskovat hengenheimolaiset ovat järjestäneet jo ainakin kaksi konferenssia, viimeisimmän vuonna 2019.  Ongelmaksi on muodostumassa myös Suomessa etenkin Pohjanmaalla kannatusta saanut rokotevastaisuus. Lapset jätetään rokottamatta, jolloin vanhat jo kertaalleen voitetut lastentaudit alkavat uudelleen levitä. Facebook on tietenkin oikea runsaudensarvi. Sieltä löytyy ryhmiä esim. evoluution vastustajille sekä uusimpana villityksenä 5G-salaliittoteoreetikoille. 5G-verkkoja vastustettiin jo ennen koronaa, mutta nyt on myös esitetty, että 5G aiheuttaa koronaa. Tai että sen tarkoitus nimenomaan on sairastuttaa ihmiset.

Nämä tieteenvastaiset ilmastokerhot menevät hienosti samaan kategoriaan kaikkien muiden huuhaa-uskomusten kanssa. Osa niistä on vaarattomia, osa vaarallisia, ja eittämättä tieteenvastaisten näkemysten levittäminen ilmastonmuutoksesta on yksi kaikkein vaarallisimpia meidän aikamme harhaoppeja, koska sillä on suora vaikutus ilmastonmuutoksen vastaisiin toimiin ja niiden prioriteettiin politiikassa.

Kuva 1. on esimerkki siitä, joskus taitavastikin tuotetusta materiaalista, jolla tätä harhaoppia levitetään. Tämä nimenomainen esimerkki on suhteellisen työläs tuottaa, niin työläs, että harva viitsii sen itse tehdä ja tutkia tarkemmin, mitä data oikeastaan kertoo ja mitä ei. Kuva 1. ei sano suoraan mitään, mutta antaa ymmärtää ja saatteena keskusteluissa on paljon muutakin tarinaa, jolla lukijat yritetään saada uskomaan humpuukiin. Osa materiaalista on tuotettu oman vankkumattoman harkauskon puitteissa, mutta osa on varmuudella tehty ihan tahallaan siten, että tekijä valehtelee  johtaakseen tietoisesti herkkäuskoisia harhaan. Uskon ja väitän, että kuva 1. on nimenomaan tahallista harhaanjohtamista, valehtelua. Kuva tekijä on yksi seminaarin puhujista.

Kuva 8.

#ilmastosi2020

Datalähteet:

  1. Ylempi troposfääri – UAH- https://www.nsstc.uah.edu/data/msu/v6.0/tmt/uahncdc_mt_6.0.txt
  2. Ylempi troposfääri – RSS – http://data.remss.com/msu/monthly_time_series/RSS_Monthly_MSU_AMSU_Channel_TTT_Anomalies_Land_and_Ocean_v04_0.txt
  3. Ylempi troposfääri – NOAA – ftp://ftp.star.nesdis.noaa.gov/pub/smcd/emb/mscat/data/MSU_AMSU_v3.0/Monthly_Atmospheric_Layer_Mean_Temperature/Global_Mean_Anomaly_Time_Series/NESDIS-STAR_TCDR_TMT_Merged_MSU2_AMSUA5_Monthly_S197811-E201911_V3.0_Regional_Means_Anomaly.txt
  4. Alempi troposfääri – UAH – https://www.nsstc.uah.edu/data/msu/v6.0/tlt/uahncdc_lt_6.0.txt
  5. Alempi troposfääri – RSS- http://data.remss.com/msu/monthly_time_series/RSS_Monthly_MSU_AMSU_Channel_TLT_Anomalies_Land_and_Ocean_v04_0.txt
  6. Globaali pinta – GISS – https://data.giss.nasa.gov/gistemp/tabledata_v3/GLB.Ts+dSST.txt
  7. Globaali pinta – Berkeley Earth – http://berkeleyearth.lbl.gov/auto/Global/Land_and_Ocean_complete.txt
  8. Globaali pinta – NOAA – https://www.ncdc.noaa.gov/cag/global/time-series/globe/land_ocean/p12/12/1880-2019.csv
  9. Globaali pinta – Hadley Centre – https://crudata.uea.ac.uk/cru/data/temperature/HadCRUT4-gl.dat
  10. Globaali pinta – York – http://www-users.york.ac.uk/~kdc3/papers/coverage2013/had4_krig_v2_0_0.txt
  11. Mantereet 2m korkeudella – GISS – https://data.giss.nasa.gov/gistemp/tabledata_v3/GLB.Ts.txt
  12. Mantereet 2m korkeudella – Berkeley Earth – http://berkeleyearth.lbl.gov/auto/Global/Complete_TAVG_complete.txt
  13. Mantereet 2m korkeudella – NOAA – https://www.ncdc.noaa.gov/cag/global/time-series/globe/land/all/12/1880-2019.csv
  14. Mantereet 2m korkeudella – Hadley Centre – https://crudata.uea.ac.uk/cru/data/temperature/CRUTEM4-gl.dat
  15. Merenpinta – NOAA – https://www.ncdc.noaa.gov/cag/global/time-series/globe/ocean/p12/12/1880-2017.csv
  16. Merenpinta – Hadley Centre – https://crudata.uea.ac.uk/cru/data/temperature/HadSST3-gl.dat

Tammikuu 2020 oli ennätyslämmin Kaisaniemessä

Ilmatieteenlaitoksen avoimesta datasta voimme havaita, että kuluvan vuoden tammikuu on Kaisaniemen mittausasemalla ollut ennätyslämmin. Kaisaniemen mittausdataa on ladattavissa vuodesta 1882 lähtien. Tammikuun keskilämpötila vuonna 2020 oli kolme astetta. Kuvassa 1. on mittausdataa kymmenen minuutin välein.

Kuva 1.

Lämpimintä, 8,2 astetta, oli 21.1. klo 7:40.

Kylmintä, -4,2 astetta, oli 5.1. klo 15:10.

Verrattuna muihin tammikuihin, tämä oli lämpimin selvällä erolla muihin.

Kuva 2.

Punainen viiva on 30 vuoden liukuva keskiarvo. Siitä nähdään, miten tammikuut ovat lämmenneet noin 2,5 astetta viimeisen sadan vuoden aikana.

Tammikuun keskilämpötila on ollut plussan puolella vain viisi kertaa aiemmin.

Kuva 3.

Lämmin talvi näkyy luonnossa monella tavalla. Erikoisen lämpimässä tammikuussa on mm. havaittu punkkeja, lepän kukintoja ja leskenlehtiä. Näitä omituisia talvi-ilmiöitä tulemme jatkossa näkemään yhä useammin, koska ilmaston lämpeneminen tulee jatkumaan suunnilleen sillä trendillä, mikä kuvassa 2. näkyy punaisella viivalla.

Ensi vuoden tammikuun lämpötila voi taas olla reilusti pakkasen puolella, sitä emme vielä tiedä, mutta keskimäärin pitkällä aikavälillä lämpötilat ovat nousussa. Joulukuun lämpötilan nousutrendi on myös ollut selvä. Päättynyt vuosikymmen oli ensimmäinen, jolloin joulukuun keskilämpötila Kaisaniemessä oli plussan puolella.

 

Maakaasuvuotojen vaikutus ilmastoon

Maakaasun energiakäyttöä puolustellaan usein sillä, että kaasun polttamisen hiilidioksidipäästö on pienempi kuin muilla polttoaineilla. Tämä pitää periaatteessa paikkansa, mutta kaasulla on varjopuolensakin, josta ei kovin usein kuule puhuttavan. Maakaasu on suurimmaksi osaksi metaania, joka on itsessään voimakas kasvihuonekaasu. Pienetkin vuodot maakaasun tuotantoketjussa heikentävät huomattavasti kaasun paremmuutta muihin fossiilisiin polttoaineisiin verrattuna. Varsinkin lyhyellä aikavälillä vuodot saattavat mitätöidä polton pienemmät CO2-päästöt kokonaan.

Selvitetään laskemalla, kuinka paljon kaasusta saa vuotaa raakana ilmakehään, ennen kuin vuoto mitätöi kaasun polton pienemmän CO2-päästön.

Metaani säilyy ilmakehässä lyhemmän aikaa kuin hiilidioksidi, joten sen kasvihuonevaikutus myös vähenee ajan myötä. Kasvihuonekaasuille ilmoitetaan CO2-ekvivalentti. Se on lukuarvo, joka ilmoittaa, mikä kaasun kasvihuonevaikutus on hiilidioksidiin verrattuna, hiilidioksidin lukuarvon ollessa tasan yksi. Esimerkiksi yleisen jääkaappikylmäaineen R134a luku on 1300, ja viime aikoina uutisiinkin nousseen rikkiheksafluoridin arvo on peräti 23500. Toisin sanoen, yksi kilogramma rikkiheksafluoridia ilmakehässä aiheuttaa yhtä suuren kasvihuonevaikutuksen kuin 23500 kilogrammaa hiilidioksidia.

Koska metaani poistuu ilmakehästä suhteellisen nopeasti, sen CO2-ekvivalentti riippuu tarkastelujakson pituudesta. Yleisesti vertailuissa käytetään kahta jakson pituutta: 20 vuotta ja 100 vuotta. Vastaavat CO2-ekvivalentit ovat 85 ja 30. Nämä arvot löytyvät vuoden 2013 IPCC-raportista (Table 8.A.1), mutta ne saattavat vielä tutkimuksen edetessä muuttua.

Vertailu kivihiileen lämmöntuotannossa

Metaanin alempi lämpöarvo on 50 MJ/kg (13,9 kWh/kg). Metaanin CO2-päästökerroin on 2,77, eli kun poltetaan 1 kg metaania syntyy 2,77 kg hiilidioksidia. Kivihiilen vastaavat arvot riippuvat paljon hiilen laadusta. Käytetään tässä esimerkissä tilastokeskuksen taulukossa POLTTOAINELUOKITUS 2019 antamia lukuja 24,8 MJ/kg (6,89 kWh/kg) ja päästökertoimena 2,3.

Kun tuotetaan yksi megawattitunti lämpöenergiaa, täytyy polttaa:

  • Maakaasua: 1000 kWh / 13,9 kWh/kg = 72 kg, jolloin syntyy hiilidioksidia 199 kg.
  • Kivihiiltä: 1000 kWh / 6,89 kWh/kg = 145 kg, jolloin syntyy hiilidioksidia 334 kg.

Kaasulla saadaan siis sama lämpömäärä 73 kg (50%) vähemmällä polttoaineella ja 135 kg (40%) pienemmillä CO2-päästöillä.

Kasvihuonekaasuna 135 kg hiilidioksidia vastaa 20 vuoden tarkastelujaksolla 135/85 =  1,6 kg metaania. Jos metaania tuotetaan 73,6 kg, josta poltettavaksi päätyy 72 kg ja ilmakehään vuotaa 1,6 kg (1,6/73,6 = 2,2 %), on metaanivuoto mitätöinyt kaasun pienemmän CO2-päästön. Jos vuodon määrä on suurempi kuin 2,2 %, kaasun kasvihuonevaikutus on suurempi kuin hiilellä.

Näin olleen lämmöntuotannossa maakaasun kivihiiltä pienemmät CO2-päästöt mitätöytyvät kokonaan, jos kaasusta vuotaa raakana ilmakehään:

    • 20 vuoden tarkastelujaksolla 2,2 %
    • 100 vuoden tarkastelujaksolla 5,8 %

Vertailu öljyyn lämmöntuotannossa

Raskaan polttoöljyn lämpöarvo on 42 MJ/kg (11,7 kWh/kg) ja päästökerroin 3,2.

Kun tuotetaan yksi megawattitunti lämpöenergiaa, täytyy polttaa:

  • Maakaasua: 1000 kWh / 13,9 kWh/kg = 72 kg, jolloin syntyy hiilidioksidia 199 kg.
  • Raskasta polttoöljyä: 1000 kWh / 11,7 kWh/kg = 86 kg, jolloin syntyy hiilidioksidia 274 kg.

Kaasulla saadaan sama lämpömäärä 14 kg (16%) vähemmällä polttoaineella ja 75 kg (27%) pienemmillä CO2-päästöillä.

Kasvihuonekaasuna 75 kg hiilidioksidia vastaa 20 vuoden tarkastelujaksolla 75/85 =  0,9 kg metaania.

Lämmöntuotannossa maakaasun öljyä pienemmät CO2-päästöt mitätöytyvät kokonaan, jos kaasusta vuotaa raakana ilmakehään:

    • 20 vuoden tarkastelujaksolla 1,2 %
    • 100 vuoden tarkastelujaksolla 3,4 %

Vertailu kivihiileen sähköntuotannossa

Sähköntuotannossa tilanne on hiukan monimutkaisempi. Hiili poltetaan höyrykattilassa, jonka tuottamalla höyryllä ajetaan höyryturbiinia. Kaasu soveltuu kaasuturbiinin polttoaineeksi, jolloin voidaan käyttää kombiprosessia. Siinä osa sähköstä tehdään kaasuturbiinilla. Turbiinin kuumat pakokaasut johdetaan pakokaasukattilaan, josta saadaan vielä höyryä höyryturbiinille. Tällaisen kombiprosessin hyötysuhde on huomattavasti parempi kuin pelkän höyryprosessin.

Käytetään tässä esimerkissä molempien prosessien parhaita hyötysuhteita, jotka ovat hiilivoimalalle 47 % ja kaasuvoimalalle 63 %.

Sähköntuotannossa, kummallekin polttoaineille parhailla käytettävissä olevilla teknologioilla, kaasun pienemmän CO2-päästön mitätöivät vuotomäärät ovat seuraavat:

  • 20 vuotta 4 %
  • 100 vuotta 10 %

Jos vain suoraan vaihdetaan hiilikattilan polttoaine maakaasuksi, hyötysuhde ei muutu ja ero polttoaineiden välillä on sama kuin lämmöntuotannossa.

Vertailu polttoöljyyn laivakäytössä

LNG-laivoja on nyt alkanut tulla liikenteeseen, koska laivojen pakokaasupäästöjä on haluttu saada pienemmiksi. Maakaasu on teknisesti hyvä polttoaine myös mäntämoottoriin. Moottorin hyötysuhteet molemmilla polttoaineilla ovat jokseenkin samat, joten hyötysuhde ei vaikuta tulokseen. Parhailla mäntäkoneilla voidaan saavuttaa noin 50 % hyötysuhde.

Laivakäytössä kaasun pienempi CO2-päästö mitätöityy vuotomäärillä:

  • 20 vuotta 1,2 %
  • 100 vuotta 3,4 %

Kaasumoottorit päästävät pienen määrän metaania raakana läpi pakoputkeen. Tämä ”metaanislippi” on ominaista Otto-moottoreille, joissa kaasu syötetään palotilaan ilman mukana imutahdin aikana ja sytytetään sytystulpalla tai sytyspolttoaineella, joka ruiskutetaan sylinteriin puristustahdin lopussa. Palotilassa on paikkoja, jonne kaasu pääsee ”piiloon”, jolloin se ei osallistu palamiseen. Näitä ovat mm. rako männän ja sylinterin välissä ylimmän männärenkaan yläpuolella, sekä kannen ja sylinteriputken välinen rako kannentiivisteen sisäpuolella. Toinen syy on epätäydellinen palaminen. Metaanin palaminen vaatii yli 600 °C lämpötilan. Palotilan seinämien lähellä lämpötila voi laskea tämän alle, jolloin palaminen estyy ja osa metaanista jää palamatta. Tätä esiintyy etenkin osatehoilla ajettaessa.  Metaani on myös itse asiassa melko vaikea saada syttymään, koska sen syttymisraja on hyvin kapea. Metaania pitää olla ilmassa 5…15 %, muuten se ei syty. Jos sitä on vähemän kuin 5 % tai enemmän kuin 15 %, se ei syty. Tämä on turvallisuusmielessä hyvä asia, mutta polttoteknisesti huono.

Raportissa GHG and NOx emissions from gas fuelled engines todetaan (Table 1.1), että suositusrajat vuoden 2010 jälkeen valmistetujen laivamoottoreiden metaanipäästöille ovat moottorityypistä riippuen 25,4 tai 43,2 g/kg polttoainetta (=4,1 tai 6,9 g/kWh). Prosenteissa ilmaistuna slippirajat ovat 2,5…4,3 %, joten tämä pelkkä metaanislippi mitätöi pienemmän CO2-päästön 20 vuoden tarkastelujaksolla (1,2 %) ja voi tehdä sen myös sadan vuoden jaksolla (3,4 %).

Toisaalla tekstissä todetaan:

LPDF gas engine optimised for low methane slip by improved process control and minimise dead space in combustion chamber by design, can reduce the methane slip to a level of 3,0 – 4,0 g/kWh. This means that ships operating LPDF gas engines can give a net reduction of greenhouse gases (GHG) including methane. How large the reduction of GHG can be is depending of operation profile and the fuel in comparison, a reduction range 5-10% is achievable compare to diesel oil operation.

Optimoimalla moottori kaasukäytölle, metaanislippi voidaan siis pudottaa tasoon 3,0…4,0 g/kWh, mikä vastaa 1,7…2,3 %. Huomataan, että tämä on enemmän kuin 20 vuoden tarkastelujaksolle sallittu 1,2 % mutta vähemmän kuin 100 vuoden tarkastelujaksolle sallittu 3,4 %. Kun otetaan huomioon myös maakaasun tuotannon, kuljetuksen, nesteytyksen sekä varastoinnin metaanipäästöt, on hyvin todennäköistä, että maakaasun käyttö laivojen polttoaineena ei vähennä meriliikenteen kasvihuonekaasupäästöjä, vaan voi jopa lisätä niitä. Muut päästöt maakaasulla ovat toki pienemmät kuin raskaalla polttoöljyllä.

On myös kaasudieselmoottoreita, joissa kaasu syötetään palotilaan suurella paineella puristustahdin lopussa. Näissä moottoreissa metaanislippiä ei esiinny juuri ollenkaan, koska kaasu palaa ennen kuin se ehtii paikkoihin, jossa se jäisi palamatta. Kaasu ei kuitenkaan syty itsestään, kuten dieselpolttoaine, vaan moottori tarvitsee kaasun lisäksi pienen määrän polttoöljyä sytytyspolttoaineeksi. Tällaisen moottorin polttoainejärjestelmä on kallis, eivätkä ne ilmeisesti sen vuoksi ole yleistyneet.

Yhteenveto

Käyttökohde, korvattava polttoaine 20 vuotta 100 vuotta
Lämpö, kivihiili 2,2 % 5,8 %
Lämpö, raskas polttoöljy 1,2 % 3,4 %
Sähkö, kivihiili 4 % 10 %
Laivapolttoaine, polttoöljy 1,2 % 3,4 %

Tulokset ja laskukaavat Google-taulukkona. Voit ladata itsellesi Exceliin ja kokeilla erilaisia tapauksia. Taulukossa on valmiiksi laskettuna muutama muu tapaus tässä esiteltyjen lisäksi.

Maakaasua vuotaa jonkin verran tuotantoketjun kaikissa vaihessa, tuotannossa, kuljetuksessa, varastoinnissa ja käytössä, sekä myös suljetuista kaasulähteistä. Tarkkoja vuotomääriä ei ole tiedossa, eikä niihin tässä artikkelissä syvennytä. Liitteenä kuitenkin joitain linkkejä (lähteet 10-14). Lähde 10, Alvarez et al. 2018, totetaa Yhdysvaltojen kaasuntuotannon vuotojen olevan 2,3 %. Suljettujen ja käytöstä poistettujen porausreikien vuotoja ei tiedetä. Venäjän kaasuntuotannon vuodoista ei varmasti ole mitään tarkkoja tietoja. Voidaan kuitenkin olettaa vuotomäärien olevan venäjällä suurempia kuin Yhdysvalloissa.

Voitaneen pitää mahdollisena, että ainakaan 20 vuoden tarkastelujaksolla maakaasu ei ole kasvihuonekaasupäästöjen osalta haitattomampi polttoaine kuin muut hiilivetypolttoaineet, kivihiili mukaan lukien. Sadan vuoden tarkastelujaksolla se voi sitä joissain tapauksissa olla, mutta ero muihin hiilivetypolttoaineisiin voi olla vähäisempi kuin yleisesti oletetaan. Koska päästöjen vähentämisen pitäisi alkaa nyt eikä yli 20 vuoden kuluttua, herää kysymys, kannattaako ylipäätään mitään polttoaineita vaihtaa maakaasuksi vain kasvihuonekaasujen vähentämisen toivossa, vai onko tehokkaampaa jättää tämä välivaihe pois, kunnes ollaan valmiita siirtymään lopulliseen, päästöttömään energialähteeseen?

Biokaasu on myös metaania, jota varmasti vuotaa tuotannon ja käytön eri vaihessa yhtälailla kuin maakaasua.

Muut fossiiliset polttoaineet

Myös muiden fossiilisten polttoaineiden tuotannossa vapautuu metaania ilmakehään. Jotta vertailu oli oikeudenmukainen, tämä pitäisi vertailussa ottaa huomioon, koska se tekee maakaasusta vähän tässä esitettyä vähäpäästöisemmän polttoaineen suhteessa muihin polttoaineisiin. Se ei johdu siitä, että maakaasu olisi tässä esitettyä parempi, vaan siitä, että muut foossiiliset polttoaineet ovat yleistä käsitystä pahempia.

Kaikenkaikkiaan oljyn JA kaasun tuotannon metaanuovuotojen on arvioitu olevan 6% koko energiasektorin kasvihuonekaasupäästöistä. Kivihiilen tuotannon metaanipäästöistä käytetään termiä ”Emission factor” jonka yksikkö on m3CH4/tonni tuotettua hiiltä. IPCC on käyttänyt tässä esitettyjä lukuarvoja, joskin kooste on jo jonkin verran vanha ja mahdollisesti parempaakin tietoa löytyy. Kaivoshiilen metaanipäästöt ovat noin kymmenkertaiset avolouhoksista saatavaan hiileen verrattuna, vaihteluvälin ollessa 10…25 m3CH4/tonni. Sen lisäksi tulee käsittelyn ja kuljetuksen aikaisen päästöt 0,9…4 m3 CH4/tonni. Kun nämä lasketaan yhteen, saadaan vaihteluväliksi 10,9…29 m3CH4/tonni. Jos näiden keskiarvo 20 m3CH4/tonni  muutetaan CO2-ekvivalentiksi ja listätään hiilen CO2 päästöön kohdan ”Vertailu kivihiileen lämmöntuotannossa” esimerkissä, saadaan tulokseksi, että päästö onkin 334 kg sijasta 20 vuoden tarkastelujaksolla 469 kg ja 100 vuoden jaksolla 366 kg. Vastaavat kaasun pienemmät CO2-päästöt mitätöivät metaanivuodot ovat 20 vuotta 4,2 % ja 100 vuotta 7,2 %, kun ne ilman kivihiilen metaanin huomioon ottamista olivat 2,2 ja 5,8 %.

Polttoaineiden tuotannon päästöt ovat enemmän tai vähemmän arvioita, koska suoria mittauksia on lähes mahdotonta tehdä. Myös erot eri alueiden, jopa eri kaivosten välillä ovat suuria.

Näissä laskelmissa käytettiin CO2-päästökerrointa. Sama asia voidaan ilmaista myös ominaispäästönä, joka voi olla helpompi hahmottaa. Tässä havainnollinen kaavio eri polttoaineiden ominaispäästöistä, mutta kuten todettiin, tämä ei ole koko totuus. Kun tuotannon, varastoinnin, kuljetukset ja käytön päästöt otetaan mukaan, ovat kaikkien polttoaineiden päästöt suurempia kuin kaaviossa esitetyt, ja niiden järjestyskin voi poiketa esitetystä.

Metaani ilmakehässä

Metaanin määrä ilmakehässä on kasvussa.

Se on heti hiilidioksidin jälken[1] merkittävin kasvihuonekaasu, jonka säteilypakote on n. 0,48 W/m2 kun hiilidioksidilla se on 1,46 W/m2.

Metaanin päästölähteitä on paljon muitakin, joista osa on luonnollisia, mutta polttoaineiden aiheuttamat metaanipäästöt ovat sen verran suuria, että ne on syytä tiedostaa nykyistä paremmin, myös maakaasun osalta, joka mielletään muita polttoaineita vähäpäästöisempänä ja ympäristöystävällisempänä vaihtoehtona.

[1] Ilmaston kannalta merkittäväin kasvihuonekaasu on vesihöyry. Se ei kuitenkaan ole antropogeeninen kasvihuonekaasu. Sen elinikä ilmakehässä on hyvin lyhyt, sen pitoisuus riippuu ilman lämpötilasta eikä ihmistoiminta vaikuta ilmakehän vesihöyryn määrään suoraan kuin korkeintaan paikallisesti.

Tämä artikkeli on julkaistu myös englanniksi: CLIMATE EFFECTS OF NATURAL GAS LEAKAGE

  1. Maakaasu, käyttöturvallisuustiedote
  2. POLTTOAINELUOKITUS 2019
  3. Natural Gas Composition
  4. Chemical Composition of Natural Gas
  5. IPCC AR5 / Climate Change 2013: The Physical Science Basis / Anthropogenic and Natural Radiative Forcing / Appendix 8.A: Lifetimes, Radiative Efficiencies and Metric Values / Table 8.A.1
  6. Who Has the World’s Most Efficient Coal Power Plant Fleet?
  7. Most efficient combined cycle power plant
  8. CO2 Emission Factors for Fossil Fuels / 7 Selected fuel-related CO2 emission factors
  9. GHG and NOx emissions from gas fuelled engines
  10. Assessment of Methane Emissions from the U.S. Oil and Gas Supply Chain
  11. CALLING NATURAL GAS A ‘BRIDGE FUEL’ IS ALARMINGLY DECEPTIVE
  12. Pennsylvania Oil and Gas Emissions Data
  13. Assessment of methane emissions from the U.S. oil and gas supply chain
  14. Wikipedia: Atmospheric methane
  15. Methane emissions from oil and gas
  16. Methane Emissions in the Oil and Gas Industry
  17. Fracking boom tied to methane spike in Earth’s atmosphere
  18. CH4 EMISSIONS: COAL MINING AND HANDLING
  19. Nesteytetyn maakaasun piti torjua ilmastonmuutosta – Uusi tutkimus tyrmää ilmastohyödyn kokonaan

Tapaus Greta Thunberg ja setämies Lehtinen

Lasse lehtinen kirjoitti 25.8.2019 jokseenkin tökerön kolumnin Ilta-Sanomiin Greta Thunbergistä ostikolla:

Ilmastosodan söpö soturi

Greta purjehtii Atlantin yli, koska ei halua lentää. Kaikkine oheistoimintoineen purjehduksen välilliset päästöt saattavat olla suuremmat kuin lentäen olisi ollut, mutta se on oikeastaan yhdentekevää. Mitä Atlantin ylitykseen meriteitse tulee, jokaisen pitäisi se kokea. Planeettamme näkeminen siitä perspektiivistä on pelkästään terveellistä. Se olisi sitä myös Lehtiselle.

Lehtinen jaarittelee monenmoista Ruotsin historiasta. Siitä, miten Ruotsi on sanonut yhtä ja tehnyt toista. Ruotsin ydinvoiman kansanäänestyksestä, ja, no, lukekaa itse. En ymmärtänyt, miten nuo liittyivät koko asiaan.

Pari viimeistä kappaletta kolumnista:

Tyttönen Greta ei voi olla kovin hyvin perillä ilmastotieteen monista ristiriitaisistakin väittämistä, mutta lopun uskossa hän epäilemättä on. Maailman sivu lahkojen johtajat ovat käyttäneet keskenkasvuisia tarkoituksiinsa.

Gretasta on jo tullut yhdenlainen Shirley Temple, jolla vanhemmat rahastivat Hollywoodin kultaisina vuosina. Onko hän vaarassa kasvaa myös tämän ajan Petra Kellyksi, jolle tarkoitus pyhitti mitkä tahansa keinot?

Myöhemmin Ilta-Sanomat julkaisee lukijoiden mielipiteitä, ilmeisesti Lasse Lehtisen puolesta ja Greta Thunbergiä vastaan.

greta_lasse

Ruman setämies Lehtisen ja lukijoiden mielestä siis söpö Greta-tyttönen ei oikein ole perillä ilmastotieteen väittämistä, mutta joutunut hyväksikäytetyksi lahkojohtajien tai vanhempien toimesta.

Nämä vain muutamia esimerkkejä joidenkin ihmisten tavasta suhtautua tulevaisuudestaan huolestuneeseen ihmiseen. Usein muistetaan myös mainita hänen Asperger-diagnoosista tavalla, joka antaa ymmärtää sen tekevän hänestä jotenkin mielenvikaisen. Aspergerin oireyhtymä kuuluu autismikirjoon. Autismi tuntuu monelle olevan synonyymi tyhmälle.

Itsekin jonkinlaisena puoli-aspergerina näen asian toisin. Aspergerit ovat usein hyvin älykkäitä ja heidän mielestään kaikki ”terveet” ovat jotenkin omituisia. Asperger-oireyhtymä ei ole sairaus, josta pitäisi parantua. Se on ominaisuus, kokoelma luonteenpiirteitä, joita kenties vain toinen Aspergeri voi täysin ymmärtää. Monet historian suurhenkilöistä ja taiteilijoista ovat olleet Aspergereja. Yksi tyypillinen As-luonteenpiirre on taipumus kiinnostua jostain, usein aika erikoisestakin asiasta, ja pakonomaisesti tutkia ja opiskella siitä ”kaikki”. Ei liene epäselvää, mikä se Gretan kohdalla on?

Söpö 16-vuotias Asperger-tyttönen voi siis olla erittäin hyvin perillä maailman asioista. Paremmin kuin setämies Lehtinen sekä nimettömät kommentaattorit ja selkääntaputtajat. Paljon paremmin kuin Amerikan presidentti (no se ei paljoa vaadi…). Greta on voinut ihan itse, omassa päässään, omilla aivoillaan ajattelemalla, ilman yhdenkään aikuisen johdattelua päätyä kysymään, miksi hänen pitäisi opiskella omaa tulevaisuuttaan varten, jos aikuiset sedät ja tädit eivät tee mitään sen tulevaisuuden pelastamiseksi.

Lehtisen ja muiden epäilijöiden kannattaa käyttää 11 minuuttia elämästään katsomalla Gretan Tukholmassa pitämä TEDx-puhe.

Videon katsottuaan voisi lukea sen kolumninsa uudelleen ja miettiä, oliko sen kirjoittaminen nyt ihan viisasta. Voisi miettiä, mitä itse teki 15-vuotiaana. Tai edes sitä, mitä itse vastaavassa tilanteessa puhuisi ihmisille. Riittäisikö rohkeus nousta TED-talksin lavalle tietäen yleisön odottavan jotain poikkeuksellisen fiksua? Tuskin.

Lasten koululakosta olen sitä mieltä, että kaikkien maailman lasten pitäisi mennä lakkoon ja pysyä lakossa niin kauan, kunnes ilmastokokousten puhuvat päät oikeasti saavat jotain konkreettista aikaiseksi. Niin kauan, että politiikka on saatettu tielle, joka tulee johtamaan päästöjen vähentämiseen tavalla, jonka ilmastotutkijat ovat todenneet välttämättömäksi. Silloin Greta ja muutkin kokevat jälleen tulevaisuuteensa panostamisen mielekkääksi.

Juttua kirjoittaessani huomasin muidenkin päätyneet mättämään Lehtistä turpaan:

LASSE LEHTINEN VS. GRETA THUNBERG

Pari sanaa Greta Thunbergia kiusaavasta Lasse Lehtisestä ja kiusaamisesta noin yleensäkin

 

Pakkasta ja lumisateita toukokuussa

Koska Suomen viime päivien kylmät ilmat ja lumisateet motivoivat jälleen kerran monet ”kotitarvetieteilijät” keskustelemaan ilmaston lämpenemisestä, kannattaa edelleen muistaa, että puhutaan koko Maapallon lämpenemisestä. Se säätila mikä milloinkin ikkunasta näkyy, ei ole ilmasto.

Alla olevan kartan yläosa näyttää lämpötilat eri puolella Maapalloa.

Maapallon lämpötilat ja poikkeamat keskilämpötilasta 9.5.2017

Alaosa näyttää poikkeamat hetkelliseen pitkän aikavälin keskiarvoon. Siinä nähdään tummansininen alue Pohjois-Euroopan sekä läntisen Venäjän päällä. Lämpötilat ovat alueella tällä hetkellä liki kymmenen astetta keskiarvojen alapuolella. Sama tilanne näkyy olevan pienellä alueella Pohjois-Amerikan itäosissa sekä Kaliforniassa.

Vastaavasti lämpimämpää on vihreillä ja keltaisilla alueilla suuressa osassa muuta Amerikkaa ja Aasiaa. Etelämantereella on punaista väriä, mikä on 20 astetta keskiarvoa lämpimämpää.
Säännöllisesti päivittyvä lämpötilakartta löytyy tästä linkistä.

Pelastavatko pikkureaktorit maailman? – Energiauutiset 1/2017

Kaikenhuipun blogi

Ohessa Energiauutiset 1/2017 -lehdessä julkaistu artikkelini pienten ydinreaktoreiden mahdollisuuksista ja esteistä. 

Suuret ydinvoimahankkeet ovat osoittautuneet ongelmallisiksi länsimaissa. Poliittinen ilmapiiri on epävarma, regulaatio tiukkaa ja rakentamisosaaminen unohdettu. Lyhytnäköisyyteen kannustavan bisnesajattelun ja taloudellisen epävarmuuden vuoksi suurten investointien aikataulu on myös liian pitkä. Ratkaisua haetaan nyt pienistä sarjatuotantoon soveltuvista reaktorimalleista.

Ydinvoimalaitosten rakentaminen länsimaissa on hiipimassa. Samalla tuuli- ja -aurinkovoimaa rakennetaan entistä enemmän, mutta vain niin kauan kuin yhteiskunta pumppaa niiden rakentamiseen yhteistä rahaa. Tapahtunut kehitys ei kuitenkaan ole vähentänyt länsimaiden tuottamia hiilidioksidipäästöjä niin nopeasti kuin niiden pitäisi vähentyä.

Tähän mennessä saavutetut päästövähenemät johtuvat suureksi osaksi taloudellisesta taantumasta, teollisuuden siirtymisestä muihin maihin tai molempien yhteisvaikutuksesta. Energiapolitiikalla taas ohjataan jotain, mikä ei poliittista ohjausta kaipaa – lähinnä päästökauppasektoria. Joissain maissa – kuten Ranskassa, Ruotsissa ja Sveitsissä – jo kerran puhdistettua sähköverkkoa yritetään samaan aikaan puhdistaa uudestaan. Panoksiatuhlataan paikallaan junnaamiseen.

Teollisuus ja nestepolttoaineet?

Kukaan ei tunnu tietävän, mitä teollisuuden lämmöntuotannon ja liikennepolttoaineiden päästöille pitäisi oikeasti tehdä. Tarjotut keinot ovat…

View original post 1 396 more words

Merijään tilanne täysin poikkeuksellinen

Kuluva vuosi tulee jälleen olemaan mittaushistorian lämpimin vuosi. Voimakas piikki lämpötilassa on seurausta voimakkaasta El Niño –ilmiöstä. Samanlaisia piikkejä on nähty aiempinakin El Niño –vuosina, ja koska ilmasto lämpenee, on voimakas El Niño –vuosi aina edeltäjäänsä lämpimämpi. Ilmiö on tällä erää jo laantumaan päin, mutta jotain todella erikoista on kuitenkin meneillään Maapallon navoilla. Mallien perusteella on tiedetty, että ilmaston lämpeneminen näkyy voimakkaimmin juuri navoilla.

Sekä eteläisen että pohjoisen merijään tilannetta on seurattu tarkasti satelliitista käsin vuodesta 1979. Tässä kuvassa nähdään pohjoisen pallonpuoliskon merijään pinta-ala. ”Extent” ilmaisee sellaisen merialueen pinta-alaa, jonka pinta-alasta vähintään 15 % on jäätä.

Kuva 1. Pohjoisen pallonpuoliskon merijään pinta-ala.

Kuva 1. Pohjoisen pallonpuoliskon merijään pinta-ala.

Tässä kuvassa nähdään vastaavasti eteläisen pallonpuoliskon tilanne.

Kuva 2. Eteläisen pallonpuoliskon merijään pinta-ala.

Kuva 2. Eteläisen pallonpuoliskon merijään pinta-ala.

Molemman kuvat löytyvät täältä: http://nsidc.org/arcticseaicenews/charctic-interactive-sea-ice-graph/

Kuten nähdään, on jään pinta-ala ollut molemmilla pallonpuoliskoilla koko marraskuun ajan pienempi kuin koko mittaushistorian aikana aikaisemmin. Yhteenlaskettuna tilanne näyttää tältä.

Kuva 3. Maapallon merijään pinta-ala.

Kuva 3. Maapallon merijään pinta-ala.

Koko maapallon merijään pinta-ala on elokuun lopusta saakka ollut pienempi kuin koskaan mitattuna aikana. Itse asiassa ero aikaisempiin vuosiin on aivan käsittämättömän iso. Tämän pitäisi olla etusivun uutinen kaikissa medioissa.

Merijään esiintymiseen vaikuttavat meriveden ja ilman lämpötilat, sekä merivirrat ja tuulet. Seuraavan kuva näyttää lämpötilat Maapallolla 20.11.2016.

Kuva 4. Maapallon lämpötilakartta.

Kuva 4. Maapallon lämpötilakartta.

Ylemmässä karttakuvassa on lämpötilat. Esimerkiksi Suomen kohdalla on vaaleanvihreää, mikä vasemmalla olevan asteikon mukaan on 0..5 °C. Pohjoisnavalla on vaalean sinistä ja vihreää, -15.. -5 °C. Alemmassa karttakuvassa on lämpötilan poikkeama ajankohdan pitkäaikaiseen keskiarvoon verrattuna. Pohjoisnavalla on oranssia ja punaista, joka asteikon mukaan on 15..20 °C yli keskiarvon. Etelämantereen reunoilla lämpötila on lähempänä ajankohdan keskiarvoa. Kartta löytyy reaaliaikaisena täältä: http://www.esrl.noaa.gov/psd/map/images/fnl/sfctmpmer_01b.fnl.html

Katsotaan vielä Pohjoisnapaa vähän tarkemmin. Seuraavassa kuvassa nähdään syyskuun jään tilasto vuosilta 1979…2016.

Kuva 5. Pohjoisen merijää syyskuussa.

Kuva 5. Pohjoisen merijää syyskuussa.

Jään pinta-alaa tärkeämpi mittayksikkö on jään tilavuus. Onhan ennustettu, että jään tilavuuden lähestyessä nollaa, sen pinta-ala romahtaa. Tilavuuden näyttää PIOMAS. Viimeisessä kuvassa on Pohjoisnavan merijään tilavuuden maksimit ja minimit vuosilta 1979..2016.

Kuva 6. Pohjoisen merijään tilavuus.

Kuva 6. Pohjoisen merijään tilavuus.

Jää on syyskuussa hävinnyt kokonaan, kun punainen käyrä tavoittaa kuvan alareunan. Kuuden vuoden takaista ennustetta ei ole tarvetta korjata: Pohjoisnapa voi olla jäätön jo tämän vuosikymmenen aikana. Tai hetikohta seuraavan vuosikymmenen alussa.

Lisää analyysiä erikoisesta tilanteesta meteorologi Bob Hensonin kirjoittamana:

Crazy Cryosphere: Record Low Sea Ice, An Overheated Arctic, and a Snowbound Eurasia

Edit – 21.11.2016 klo 18:40:

Twitterissä minulle linkattiin sentään yksi aihetta käsittelevä artikkeli Suomalaisessa mediassa marraskuun alusta. Kiitos Henripekka Kallio.

Pohjoisessa rikotaan taas jääennätyksiä – ”Jäämeri muodostuu vähitellen Itämeren tyyppiseksi”

Solar Impulse numeroina, ja miksi mahdoton on mahdotonta

Noin viikko sitten aurinkolentokone Solar Impulse 2 sai päätökseen maailmanympärilentonsa viimeisen etapin. Matka alkoi jo viime vuoden maaliskuussa, ja teknisten ongelmien takia venähti aiotusta kolmesta kuukaudesta yli vuoden mittaiseksi.

Joissain keskusteluissa on uumoiltu, kuten vähän tuonkin uutisjutun lopussa, että Solar Impulsen saavutus voisi kenties merkitä uuden aikakauden alkua lentomatkustamisessa. Varmuudella voidaan kuitenkin ennustaa, että lentoliikenne ei tulevaisuudessakaan tule toimimaan suoralla aurinkosähköllä. Ennustus on helppo perustella. Ensin muutamia avainlukuja Solar Impulse 2:sta.

  • Pituus: 21,82 metriä
  • Kärkiväli: 63,4 metriä
  • Paino: 2300 kg
  • Moottoriteho: 4 x 7,35 kW, sähkö
  • Akusto: litium-polymeeri 220 Wh/kg, 663 kg
  • Aurinkopaneelit: 269,5 m2, huipputeho 66 kW
  • Matkanopeus: 90 km/h valossa, 60 km/h pimeässä

Akkujen kokonaiskapasiteettia en mistään löytänyt, mutta sen voidaan päätellä olevan noin 0,22 kWh/kg x 663 kg = 146 kWh. Tämä vastaa n. 45 kg kerosiinia, olettaen suihkumoottorin hyötysuhteeksi 25 %. Sillä energiamäärällä Solar Impulsen pitää selvitä pimeän yön läpi, kunnes Aurinko alkaa jälleen antamaan energiaa. Jumbojetti, Boeing 747-8 polttaa tämän määrän matkalennossa viidessätoista sekunnissa. Nousukiidossa määrä riittäisi vain kolmeksi-neljäksi sekunniksi.

Aurinkopaneelien huipputeho on 66 kW. Se vastaa kerosiinin kulutusta n. 20 kg/tunnissa. Boeing 747-8 lentäisi sillä energiamäärällä matkalentoa kuusi sekuntia. Vaikka aurinkopaneelien hyötysuhde olisi 100%, ja aurinko paistaisi niihin koko ajan kohtisuoraan, pitäisi paneelien pinta-alan olla sata kertaa suurempi kuin mitä Solar Impulse 2:ssa. Sellainen määrä paneeleita ei mahdu mihinkään lentokoneeseen. Tässä kuvassa on Solar Impulse 2 ja Boeing 747-8 samassa mittakaavassa.

Sorar_Impulse_vs_Boeing_747-8

Vaikka koko 747:n siipi ja runko peitettäisiin kauttaaltaan aurinkopaneeleilla, paneelit tuottaisivat korkeintaan pari prosenttia matkustajakoneen tarvitsemasta tehosta, olettaen paneelien hyötysuhteeksi siis 100 %, ja ajankohdaksi keskipäivän päiväntasaajan seuduilla. Tämä riittänee todistamaan, että matkustajien tahi painavan rahdin kuljetuksessa aurinkolentokoneita emme koskaan tule näkemään. Sellaisen rakentaminen on yksinkertaisesti mahdotonta. Nyt ja aina. Samankaltaisista syistä monet muutkin asiat vaan ovat mahdottomia. Riippumatta siitä, kuinka paljon rahaa ja poliittista tahtoa hankkeeseen syydetään, mahdoton ei muutu mahdolliseksi. 100 % uusiutuvan energian skenaariot voivat olla näitä mahdottomia. Meillä ei ole teknologiaa niiden toteuttamiseksi, emmekä tiedä, tuleeko sitä koskaan olemaankaan.

Laskelmista nähdään lisäksi, että kerosiinin energiatiheys on, sähkö- ja suihkumoottorin hyötysuhde-ero huomioon ottaen, noin kymmenkertainen akkuun verrattuna. 747-8 tankkeihin mahtuu 180000 kg polttoainetta. Jos sen paikalle sijoitettaisiin saman painoinen akusto, energiaa olisi käytettävissä kymmenesosa kerosiinin energiasta. Kone voisi periaatteessa lentää kymmenen tuhannen kilometrin sijasta tuhat kilometriä. Mutta se ei voisi laskeutua ollenkaan, koska suurin sallittu laskeutumispaino on sata tonnia pienempi kuin suurin lentoonlähtöpaino. Akustoa täytyisi siis pienentää noin puolella, jolloin toimintasädekin lyhenisi noin puolella. Tai sitten koneeseen ei mahtuisi rahtia ollenkaan. Akkujen tehotiheys tulee luonnollisesti paranemaan kehitystyön seurauksena, mutta kuinka paljon? Kokonaan oma haasteensa on rakentaa teho/painosuhteeltaan lentokoneeseen sopivat sähkömoottorit, jotka tarjoavat nousussa tarvittavat toistasataa megawattia.

Solar Impulse 2 on eittämättä tekninen saavutus ja merkittävä PR-temppu. Mihin tätä teknologiaa sitten voisi käyttää? Matkustajakoneisiin siitä ei ole. Akkukäyttöisiä pienkoneita sen sijaan on jo olemassa. Tässä slovenialaisen Pipistrel Alpha Electron tyylinäyte.

Kaksipaikkaisen kevyen koneen toiminta-aika on tunnin verran puolen tunnin reservillä. Se sopii hyvin koulukoneeksi, harrastekäyttöön ja lyhyeen matkalentoon. Kone on hyvin hiljainen sopien näin ollen mainiosti myös kaupunkiympäristöön.

Missä varsinaisia aurinkolentokoneita tullaan hyvin todennäköisesti näkemään, ovat erilaiset tutkimus- ja tietoliikennesovellukset. Lentäjää ei tarvita, kone voi lentää täysin automaattisesti, jolloin saadaan heti muotoilu paremmaksi ja reilut sata kiloa painoa pois, koska ei tarvita lentäjää eikä edes ohjaamoa. Kone voi lentää yhtäjaksoisesti kuukausikaupalla, niin kauan kuin akut pysyvät kunnossa ja muu tekniikka kestää. Koneita voidaan käyttää monenlaisessa tutkimuskäytössä, sään havainnointiin ja tietoliikenteen välittämiseen. Näissä tehtävissä ne voivat korvata ja täydentää satelliitteja.

Tätä juttua kirjoittaessani löysinkin videon, jossa Facebook jo kokeilee aurinkolentokonettaan. Julkaistu viikko sitten.

Näillä on tarkoitus tuoda internet sinne, missä sitä ei vielä ole. Siihen ne ilmeisesti soveltuvat paremmin kuin Googlen suunnittelemat heliumpallot, koska lentokonetta voi ohjata, pallo kulkee tuulen mukana.

Seuraava ennätys mikä tullaan näkemään, on varmastikin yhtäjaksoinen maailmanympärilento ohjaajattomalla aurinkolentokoneella. Sen jälkeen voidaan kilpailla kierrosten lukumäärällä. Sitä odotellassa….