ympäristötekniikka

Upea törkyrengas

La, 02/06/2016 - 10:10 Jari Mäkinen
Ijsseloog


Hollannissa, Lelystadin koillispuolella (noin 80 kilometriä Amsterdamista itään) on keinotekoisen järven keskellä keinotekoinen saari, jonka keskellä on renkaan muotoinen keinotekoinen järvi. Se on saostusallas, jonka tehtävänä on suodattaa myrkyllisiä jätevesiä – ja se tekee niin kauniisti.


Päivän kuvaSaaren nimi on yksinkertaisesti IJsseloog, eli IJssel-silmä, koska silmän muotoinen saari lepää Ijsselmeerissä, valtavassa keinotekoisessa sisäjärvessä. 

Taustalla on yksinkertaisesti se, että Alankomaissa on runsaasti kasvihuoneita, maataloutta ja teollisuutta, mistä tulee runsaasti haitallisia ja jopa myrkyllisiä jätevesiä. Vedet päästettiin lähes sellaisinaan mereen 1980-luvulle saakka, joten esimerkiksi Ijsselmeerin kyseinen kulmaus, Ketelmeer, oli lopulta varsin saastunut.

Jotain piti tehdä. Ja jotain oli rakentaa saari, jonka tehtävänä oli puhdistaa vettä. Tai tarkalleen ottaen veden pohjassa ja reunamailla olevaa liejua ja mutaa, jota tuodaan saarelle laivoilla. Saaren keskellä oleva rengasmainen saostusallas on kooltaan 20 miljoonaa kuutiometriä, minkä lisäksi saarella on luonnollisesti jäteveden käsittely- ja puhdistuslaitteistoja.

IJsseloogin rakennus alkoi vuonna 1996 ja se saatiin valmiiksi juuri ennen vuosituhannen vaihdetta. Kun sitä ei enää tarvita, alue on tarkoitus muuttaa luonnonpoistoksi, missä on keskellä suuri rengasmainen järvi.

Alla on vielä kuva saarelta; se antaa hieman erilaisen vaikutelman kuin otsikkokuvassa oleva lentokoneesta otettu maisema.

Aurinkosähkö ei ole vitsi

Pe, 06/27/2014 - 12:49 Jari Mäkinen

Tämä kuva maailman, Euroopan ja Saksan sähköntuotannon vaatimasta aurinkopaneelipinta-alasta on levinnyt viime päivinä netissä, ja monet ovat ihmetelleet olisiko tämä totta laisinkaan. Voitaisiinko tosiaankin koko maailman energiantuotanto kattaa pienellä pläntillä aurinkopaneeleita autiomaassa?

Vastaus löytyy tutkimuksesta, mistä kuva on napattu. Kyseessä on Nadine Mayn jo vuonna 2005 Braunschweigin teknillisessä yliopistossa tekemä tutkimus “Eco-balance of a Solar Electricity Transmission from North Africa to Europe”, missä on laskettu kuinka paljon aurinkopaneelipinta-alaa esimerkiksi Saksan kaipaaman sähkövirran tuottaminen Saharassa vaatisi.

Tulos on kuvan osoittama, tosin ongelmana ei ole niinkään sähkön tuottaminen, vaan sen siirtäminen. Hävikki pitkissä siirtolinjoissa on kohtalainen ja tuhansien kilometrien mittaisten, supertehokkaiden kaapeleiden vetäminen on teknisesti haastavaa ja kallista. Lisäksi ympäristön kannalta vähemmän optimaalista.

Tutkimuksessa keskityttiinkin juuri tähän ongelmaan, ja tulos kaikkien laskujen jälkeen oli selvä: sähkön tuottaminen Pohjois-Afrikassa aurinkopaneeleilla ja sen siirtäminen Eurooppaan olisi mahdollista ja jopa taloudellista.

Kuva ei kuitenkaan ole enää täysin relevantti, koska luvut laskettiin liki kymmenen vuotta sitten olleella aurinkopaneelitekniikalla. Nykyisin vastaava sähköntuotto voitaisiin toteuttaa jopa pienemmillä pinta-aloilla.

Parantunut hyötysuhde tekee myös aurinkosähköstä taloudellisen vaihtoehdon alueilla, missä Aurinko paistaa vähemmän kuin Saharassa. Niinpä Saksassa lyötiin eräänlainen ennätys 9. kesäkuuta, kun puolet koko maan tarvitsemasta sähköenergiasta tuotettiin valosähköisesti aurinkopaneeleilla. Tuolloin keskipäivällä valosta saatiin 23,1 gigawattia tunnissa sähköä, minä oli 50,6% kaikesta tuona hetkenä tuotetusta sähköstä.

Ennätys oli mahdollinen siksi, että 9. kesäkuuta oli vapaapäivä, jolloin sähköntarve oli normaalipäivää pienempi. Se kuitenkin osoittaa erittäin konkreettisesti, että vaihtoehtoiset sähköntuotantomenetelmät eivät ole enää pelkkää haihattelua. Ja myös sen, että aurinkosähköä ei tarvitse siirtää Saharasta pitkien voimalinjojen avulla, vaan sitä voidaan tuottaa suuria määriä paikallisesti – myös maissa, joissa Aurinko ei paista mitenkään erityisen paljon.

Päinvastoin kuin ajatellaan, tuottavat aurinkopaneelit sähköä myös talven pilvisinä päivinä. Niiden tuottama virta on luonnollisesti pienempi kuin aurinkoisina kesäpäivinä, jolloin pollukka paistaa suoraan korkealta taivaalta paneeleihin.

Suurin ongelma aurinkosähkössä on kuitenkin sen keskittyminen päiväsaikaan. Onneksi kuitenkin kulutus on päivällä myös yötä suurempi, joten parhaimmillaan esimerkiksi toimistorakennusten tarvitsema sähkö saadaan pihalla olevista paneeleista juuri silloin kun sitä eniten kaivataan. Aurinkopaneelit kaipaavat kuitenkin rinnalleen sähkön varastointia sekä varavoimaa.

Uusiutuvat energiamuodot ovat etenkin Saksassa nyt suosiossa, koska maa koittaa irrottautua ydinenergiasta. Siksi siellä on rakennettu runsaasti tuuli- ja aurinkovoimaa, ja näihin on pumpattu paljon tukirahaa. Esimerkiksi pelkästään aurinkopaneelien asennukseen annettiin tukea viime vuonna 16 miljardia euroa ja kapasiteetti on lisääntynyt voimakkaasti.

Tuulivoimaloita Kiinassa

Tuulivoima on uusiutuvien energiamuotojen selkäranka niin Saksassa kuin muuallakin. Suurimmat Euroopassa olevat tuulivoimapuistot (630 MW London Array ja 504 MW Greater Gabbard Iso-Britanniassa) ovat teholtaan suurten voimalaitosten luokkaa ja maailman suurin avomerellä sijaitseva tuulivoimapuisto (1320 MW Oak Creek-Mojave Yhdysvalloissa, Kaliforniassa) on teholtaan jo suurempi kuin monet ydinvoimalat. Esimerkiksi Suomeen tekeillä oleva Olkiluoto 3, lajissaan maailman suurin, on teholtaan 1 600 MW.

Vaikka siirtolinjat Afrikasta ovat todennäköisesti vielä kaukana tulevaisuudessa, on jo nyt Euroopassa sähköverkostoa uudistettu paitsi tehokkaammaksi, niin myös älykkäämmäksi. Näin esimerkiksi tuulivoimaa voidaan siirtää paremmin tuulisilta alueilta sinne, missä on tyynempää. Jossain tuulee aina, joten vaikka vieressä oleva tuulivoimala ei pyörisikään, toisaalla vastaavat viuhuvat vinhastikin. Samoin aurinkosähköä voidaan siirtää päivänpaisteisilta alueilta pilvisille.

Mitä vielä otsikkokuvaan tulee, niin kannattaa muistaa, että siinä on laskettuna mukaan vain sähköenergia - ei esimerkiksi kaikkea sitä (pääosin öljystä tulevaa) energiaa mitä liikenne vaatii. Se kuitenkin osoittaa sen, että energiasta ei maapallolla ole pulaa, vaan halusta ottaa se oikeasti käyttöön.

Öljylle on olemassa varteenotettavia vaihtoehtoja jo nyt, eivätkä vaihtoehtoiset energiamuodot ole mitään haihattelua. Pian ihmettelemme nykyistä öljymässäilyämme samaan tapaan kuin nauramme edelleen monien talojen katutasossa oleville luukuille, joista vain muutamia kymmeniä vuosia sitten lapioitiin koksia kellarikerrokseen lämmittämistä varten...

Metallikaivos ympärilläsi

Ke, 12/04/2013 - 11:32 Toimitus
Metalliromua. Kuva: Flickr/thesqueedler

Rautateiden kaapeleiden ja raiteiden, kuparisten kattopellitysten ja muiden ympärillämme olevien metalliesineiden ja -asioiden varastaminen on nykyajan vitsaus – vaikka onneksi Suomessa tämä on vielä vähäistä. Keskisessä Euroopassa esimerkiksi romumetallia kierrättävät yhtiöt eivät suostu enää ostamaan suuria määriä metallia yksityishenkilöiltä, koska tavara on hyvin todennäköisesti varastettua.

Tämä harmillinen ja vaarallinenkin muoti-ilmiö johtuu siitä, että metallin hinta on korkealla. Siksi myös metallien normaaliin kierrätykseen kiinnitetään nykyisin huomiota enemmän: alle kymmeneosa monista metalleista kierrätetään, sillä näiden helposti uusiokäytettävien raaka-aineiden kierrätys ei ole juuri ollut mielessä aikaisemmin. Nyt ajattelutapa on muuttumassa nopeasti.

Tämän uuden ajattelun hengessä YK:n ympäristöohjema UNEP:ille on laadittu eurooppalaisten yliopistojen yhteistyönä raportti Metal Recycling: Opportunities, Limits, Infrastructure. Mukana sen tekemisessä ovat olleet Aalto-yliopistossa työskentelevät Kari Heiskanen ja Markus Reuter.

Raportissa mainitaan muun muassa, että metallintuotannon osuus maapallon energiankulutuksesta ja hiilidioksidipäästöistä on noin kahdeksan prosenttia. Mikäli metallien kierrätystä tehostettaisiin, saavuttettaisiin suuria säästöjä. Esimerkiksi pelkästää teräksen tehokas uusiokäyttö toisi 37–78 prosentin energiasäästöt. Erityisen hankala tilanne on elektroniikassa, sillä tietokoneissa, kodinkoneissa, kännyköissä ja muissa elektronisissa laitteissa käytettävästä kullasta, hopeasta ja palladiumista vain kymmenisen prosenttia saadaan talteen ja uudelleen käyttöön.

Muutos ajattelussa!

"Perinteisesti on mietitty vain yksittäistä ainetta ja sen kiertoa", sanovat aaltolaiset. "Jos kultaa sisältävä kännykkä eksyy vaikka teräksen mukaan, kaikki kulta menee hukkaan. Yhteen alkuaineeseen tuijottamalla törmäämme siis tiilimuuriin, kuvaa Aalto -yliopiston materiaalitekniikan professori Kari Heiskanen metallinkierrätyksen perusongelmaa."

Yksittäisiin aineisiin keskittymisen sijasta lähtökohdaksi pitäisi ottaa itse tuote ja pohtia, miten mahdollisimman suuri osa sen sisältämistä metalleista voitaisiin käyttää uudelleen. Menneinä vuosikymmeninä tehtävä oli yksinkertaisempi, sillä ruuveilla kootut perusluurit oli helppo purkaa osiin ja lajitella kierrätykseen.

Nykyisin tiiviisti pakatuiden älykännyköiden aikakaudella tilanne on toinen: "kuinka monta ruuvia näet tässä älypuhelimessa? Nolla tietenkin, koska ruuvien kiertäminen vaatii kallista ihmistyövoimaa, kun taas liimaaminen voidaan jättää koneen tehtäväksi."

Nykyaikainen tablettitietokone saattaa sitältää helposti yli 60 alkuainetta. "Sellaisen tehtaan rakentaminen, jolla sen kierrättäminen onnistuu, ei olekaan ihan helppo juttu", Heiskanen jatkaa.

<h3>Talous hyötyy, luonto kiittää</h3>

Monimutkaisten kierrätyslaitosten suunnittelu ja toteuttaminen vaatii siis runsaasti fysiikan ja kemian osaamista – ja paljon rahaa. Kierrättäminen on silti kannattavaa, sillä ”urbaanit kaivokset”, eli jo käytössä olevat metallivarat kasvavat koko ajan. Raportin mukaan niiden suuruus vaihtelee kehittyneissä maissa kymmenestä viiteentoista tonniin asukasta kohden ja koko maailman volyymin on ennustettu jopa kymmenkertaistuvan vuoteen 2050 mennessä. Kierrättämällä materiaali saadaan yleensä käyttöön edullisemmin kuin louhimalla maaperästä ja myös energiaa ja vettä kuluu huomattavasti vähemmän.

Raportti korostaa, että monen metallin kohdalla on jo saavutettu hyviä tuloksia: esimerkiksi ruostumattoman teräksen, nikkelin, kuparin, sinkin ja tinan kierrätysprosentit ovat parantuneet merkittävästi. Haasteellisempaa on etenkin harvinaisten maametallien talteen saaminen. Ne ovat määrällisesti pieni mutta toiminnallisesti välttämätön osa kulutuselektroniikassa; lisäksi niiden kysyntä kasvaa tulevaisuudessa aurinkopaneelien, tuulivoimaloiden ja sähköautojen yleistymisen myötä.

<img src="http://www.aalto.fi/fi/current/news/metallinkierratys_raportti_kemia.jpg" align="right" width="300"><h3>Suomi kärsii koostaan</h3>

Ekologisuus on muodikasta ja kierrätys kiinnostaa: Heiskasen ja hänen tutkijatoveriensa raporttikin on ladattu UNEP:n sivuilta yli 64 000 kertaa. Tärkein materiaalien uusiokäyttöä vauhdittava tekijä on kuitenkin raha. Raportti korostaa, että kierrätyskin on ennen kaikkea taloudellista toimintaa, jolle politiikan on taattava riittävät toimintaedellytykset.

Suomi on kansainvälisessä vertailussa ahkera kierrättäjä, mutta parantamisen varaa on vielä runsaasti. Heiskasen mukaan suurin ongelma on väestön koko ja hajanaisuus. "Tiheästi asutussa Keski-Euroopassa on helppo saada tarpeeksi romua toiminnan kannattamiseen. Suomessa tämä onnistuu vain Helsinki-Turku-Tampere -akselilla. Esimerkiksi myydyistä kännyköistä vain kymmenen prosenttia tulee kierrätykseen. Sinne ne jäävät piirongin laatikoihin, itse kullakin."

Alumiinin kierrätys hoituu nykyisin hyvin. Kuva: http://www.recyclingredefined.com

Miten metallia kierrätetään?

Hyödyntämiskelpoisten metallien kierrätyksellä säästetään uusiutumattomia luonnonvaroja ja vältetään kaivos- ja rikastamotoiminnasta aiheutuvia ympäristöhaittoja. Kierrätys säästää energiaa täysin uuden raaka-aineen käyttöön verrattuna teräs- ja tinapeltipakkausten valmistuksessa 75 % ja alumiinipakkauksissa 95 %. Jokaisessa metallipakkauksessa on yli neljännes kierrätettyä materiaalia. Terästeollisuus käyttää suuret määrät rautaromua raaka-aineena.

Metallit ovat eräitä helpoimmin lajiteltavia ja uudelleenkäytettäviä materiaaleja.

Sähkölaitteet, kuten energian­säästö­lamput, jää­kaapit, televisiot, tietokoneet ja pyykin­pesu­koneet voi Suomessa kierrättää maksutta. Vastuu kierrätyksestä on valmistajilla ja maahantuojilla, jotka perivät kierrätysmaksun uusien laitteiden hinnoissa. Kierrätyspisteinä toimivat muun muassa kunnalliset jäteasemat ja useat kodinkoneliikkeet. Näitä ei saa viedä pienmetallin keräyspisteisiin!

Eri keräyspisteissä, muun muassa kierrätyskeskuksissa olevat metallinkeräysastiat on tarkoitettu kotitalouksista syntyvälle pienmetallille. Myös kattilat ja pienkokoiset autojen ja koneiden osat sekä tyhjät maalitölkit ovat pienmetallia. Suurikokoisen metalliromun voi viedä romuliikkeeseen, jäteasemalle ta kaatopaikalle metallinkeräykseen. Ongelmajätteet, kuten akut, vajaat aerosolitölkit ja vielä märkää maalia sisältävät maalipurkit, tulee vielä ongelmajätteiden puolelle.

Myös useat metallikierrätystä tekevät yhtiöt, kuten esim. Kuusakoski Oy ottavat metalleja sisältävää romua vastaan.

Tässä jutussa on käytetty pohjamateriaalina Aalto-yliopiston tiedotetta Urbaaneissa kaivoksissa piilee rikkauksia. UNEPille tehdyn raportin Metal Recycling: Opportunities, Limits, Infrastructure kaikki tekijät ovat Markus Reuter, Christian Hudson, Antoinette van Schaik, Kari Heiskanen, Christina Meskers ja Christian Hegelüken.

Voimaa aallokosta: Waveroller muuttaa laineet sähköksi

La, 08/24/2013 - 17:52 Toimitus

Suomalainen aaltovoimalaitostekniikkaa kehittävä AW-Energy on tilannut täysikokoisen koevoimalaitoksen, jonka avulla yhtiö haluaa testata tositoimissa uutta, mullistavaksi mainostamaansa sähköntuotantotekniikkaa.

Yhtiön ideana on muuttaa rantavyöhykkeellä oleva veden edestakainen vellominen sähköenergiaksi eräänlaisella laipalla, joka käyttää hydraulipumppujen avulla generaattoria. WaveRoller -nimiset laitteet on tarkoitus asentaa avomerelle vähintään 300 metrin ja enintään noin kahden kilometrin päähän rannasta 8-20 metrin syvyyteen. Siellä ne ovat meren pohjassa upoksissa, pohjaan tukevasti ankkuroituina, tuottamassa aaltotilanteesta riippuen 500-1000 kW:n teholla virtaa.

Keksinnön isä on sukeltajana enemmän tunnettu Rauno Koivusaari, joka sai ajatuksen hylyn luona sukeltaessaan. Hän huomasi miten laivan runko liikkui edestakaisin pinnan alla olevien aaltojen voimasta. Hän suunnitteli ensimmäiset prototyypit ja testasi konseptiaan laboratoriossa, kunnes tekniikkaa on testattu jo mm. Portugalissa avomeriolosuhteissa.

Nyt tilattu koevoimalaitos on kuitenkin ensimmäinen täysikokoinen versio aaltovoimalasta ja ainutlaatuinen Euroopassa. Koelaitoksella voidaan testata tekniikkaa pitkäaikaisessa käytössä ja huomattavan suurilla mekaanisilla voimilla, joilla saadaan runsaasti virtaa, mutta samalla joka kuormittaa tekniikkaa enemmän. Kyseessä on siten merkittävä askel aaltovoiman teollistamisessa – tai sen kannattamattomaksi havaitsemisessa.

AW-Energy on tilannut laitoksen Etteplan -yhtöltä, joka vastaa koko testauslaitoksen suunnittelusta ja laitoksen teknisestä laskennasta.

Bensaa tankkiin – ja paineilmaa!

Ma, 01/30/2012 - 10:10 Toimitus
PSA:n paineilma-auto

Tässä on uudenlainen hybridi: ranskalainen PSA-yhtymä on tuomassa vuonna 2016 markkinoille pienen auton, joka liikkuu paineilman avulla. 'Hybrid Air' -tekniikassa polttomoottorin tuottamaa energiaa varastoidaan sähkön ja akkujen sijaan paineilmana säiliöihin, jolloin päästään noin 2,4 l/100km kulutukseen.

Idean taustalla on se, että paineilman säilyttäminen on sähkön varastointia helpompaa, minkä lisäksi paineilmasäiliöt ovat olennaisesti kevyempiä, turvallisempia ja kätevämmin autoon sijoitettavia kuin suuret akut.

Samaan tapaan kuin sähköhybridiautoissa, auton systeemit ottavat energiaa talteen jarrutuksissa ja nopeuden muuten hidastuessa, minkä lisäksi polttomoottori voi lisätä painetta auton alaosassa, matkustamon alla pitkittäin sijoitetuissa tankeissa moottoritilaan sijoitetun ilmapumpun avulla.

Ilmalla ajaminen onnistuu alle 70 km/h:n nopeuksissa ja kaupunkiajossa tyypillisesti jopa 80% ajamisesta hoituu paineilman voimalla. Auton polttoaineenkulutus on alle puolet perinteisiin voimanlähteisiin verrattuna, ja samoin hiilidioksidipäästöt leikkaantuvat noin puoleen; PSA lupaa luvuksi 69g/km ja alle.

Järjestelmä aiotaan asentaa ainakin ensimmäisenä PSA-ryhmän pienen keskiluokan autoihin, joita ovat Citroën C3 ja Peugeot 208. Hintalapussa tulee olemaan perinteisillä moottoreilla varustettuja vastaavia suurempi summa, mutta verrattuna tyypillisiin hybrideihin, luvataan hinnasta päälle tuhatta euroa edullisempaa.

Kun auto prototyyppi esiteltiin Pariisissa tammikuun lopussa, PSA:n edustaja totesi, ettei kyse tule olemaan "mistään kummallisista ja omituisista masiinoista, vaan näistä tulee ihan tavanomaisia autoja." Ulkopuolelta niitä ei mitenkään pysty erottamaankaan muista.

Myöhemmässä vaiheessa paineilmatekniikka on myös jälkiasennettavissa vanhempiin autoihin, jolloin paineilmasäiliö vie normaalisti vararenkaan vaatiman tilan. Ilmapumppu ja sen vaatimat laitteistot voidaan sijoittaa hyvin moottorin luokse konepellin alle.

Paineilma-auto on törmäystilanteissa paljon turvallisempi kuin akuilla lastattu hybridi, sillä ilmasäiliöiden räjähdysmäinen tyhjeneminen on hyvin epätodennäköistä.

Edustajan mukaan PSA on tutkinut paineilma-autoja vakavasti jo kahden vuoden ajan Peugeot'n tutkimuskeskuksessa Vélizyssä Pariisin eteläpuolella. Yli sata tutkijaa ja insinööriä on pähkäillyt asian kimpussa. Autojen myynti putosi vuonna 2012 8,8%, joten autonvalmistajat kukin tahollaan pyrkivät kenties aiempaa terhakkaammin kohti uutta tekniikkaa. Aika alkaa olla myös kypsä uutuuksille, niin sähköisille kuin muillekin hybrideille sekä kokonaan uusin eväin kulkeville autoille.