Energiaa auringosta

OLETKO koskaan mennyt umpinaiseen autoon, joka on ollut kauan kuumassa auringonpaisteessa? Kuumuus voi olla melkein sietämätöntä. Aurinko on epäilemättä suunnaton, vielä käyttämätön energianlähde.

Ajattelehan: auringon energiaa voitaisiin käyttää kotiemme lämmittämiseen, kotiemme koneiden voimanlähteenä, kaupunkiemme valaisemiseen, ajoneuvojemme kuljettamiseen tai täyttämään mitä tahansa muita energiantarpeitamme. Itse asiassa auringosta peräisin olevaa energiaa lankeaa maan pinnalle niin paljon, että jos voisimme ottaa sen talteen vain viidentoista minuutin ajalta, se täyttäisi maailman nykyisen energiantarpeen kokonaiseksi vuodeksi!

Epäilijöitä kuitenkin löytyy. He ajattelevat auringonpaisteen olevan liian hajautunutta ollakseen käyttökelpoista energianlähteenä. Mutta erään tieteellisen julkaisun toimittaja J. T. Kane sanoo: ”Keskitason yhdysvaltalaisen rakennuksen ylle säteilee auringosta joka vuosi 6–10 kertaa niin paljon energiaa kuin sen lämmittämiseen tarvittaisiin.” – Professional Engineer.

Mutta onko auringosta tulevan energian talteenotto todella käytännöllistä? Voivatko nykyajan kodit käyttää taloudellisesti hyödyksi tätä suunnatonta voimanlähdettä?

Käyttökelpoinenko energianlähde?

Ehkä yllätyt saadessasi tietää, miten paljon aurinkoenergian hyväksikäytössä on jo edistytty. Tri M. King Hubbert, huomattava geologi, mainitsi: ”Aurinkoenergia ei ole pelkkää teoriaa. Puhumme sellaisesta mitä on jo olemassa, sellaisesta mitä osaamme jo tehdä.”

Minkäkaltaisista asioista on sitten kysymys? Esimerkiksi siitä, voidaanko aurinkoa käyttää hyödyksi sähkön varaamiseksi kotiin. Kirjeessään New York Timesin toimittajalle yhdysvaltalainen senaattori James Abourezk selitti: ”On olemassa käyttökelpoinen teknologia aurinkoenergian muuntamiseksi huomattavassa määrässä sähköksi.” Siksi senaattori korosti: ”Pääasiallinen ponnistelu tulisi keskittää aurinkoenergian muuntamiseen käyttökelpoiseksi sähköenergiaksi.”

Toistaiseksi ei kuitenkaan ole olemassa taloudellista tapaa sen tekemiseksi. Siitä, että aurinkoa voitaisiin käyttää hyväksi kaiken sen sähkön saamiseen, minkä koti tarvitsee, ei juuri ole epäilystä. Kiertäessään radallaan avaruusalus käyttää auringon energiaa voiman tuottamiseksi sähkölaitteitaan varten. Sähkön tuottaminen auringonvalosta on kuitenkin vielä liian kallista ollakseen käyttökelpoista.

Useimmat asiantuntijat uskovat, että ensimmäinen askel auringon energian hyödyntämiseksi ei ole sähkön tuottaminen, vaan veden kuumentaminen ja rakennusten lämmittäminen ja ilmastointi. Jotkut alan asiantuntijat sanovat, että se on käytännöllistä monille talonomistajille jo nyt. Tarkoituksena on ottaa talteen auringon lämpöä, varastoida sitä ja kierrättää sitä talon lämmittämiseksi tai käyttää sitä ilmastointilaitteen pyörittämiseen.

Aurinkotutkimukseen perehtyneen liikeyrityksen Arthur D. Littlen markkinointi- ja myyntipäällikkö D. Elliot Wilbur mainitsee: ”Kaikki materiaali, mitä tarvitaan aurinkolämmittimen asentamiseksi rakennuksiin, on hankittavissa markkinoilta jo nyt. Tarvitaan enää yhtiö, joka haluaa koota paketin ja tarjota sitä yleisölle.”

Aikovatko yhtiöt tehdä tämän pian? Eräs kyseisen yhtiön johtajista, Peter E. Glaser, on optimistinen ja väitti jo toista vuotta sitten: ”3–5 vuoden kuluessa pitäisi aurinkolämmitysjärjestelmän löytyä postimyyntiluettelosta.”

Löytyykö tällaiseen optimismiin perusteltuja syitä? Onko mittavaa aurinkolämmitinteollisuutta perusteilla?

Kasvavaa kiinnostusta – miksi?

Epäilemättä kiinnostus aurinkoenergiaa kohtaan lisääntyy. Vuoden 1975 toukokuussa kokosi aurinkoenergiaa käsittelevä seminaari tuhansia Washingtoniin. Ja kun eräs ympäristönsuojelujärjestö Floridassa julkaisi ilmaisen kirjasen ”Miten aurinkoenergialla toimiva vedenlämmitin rakennetaan”, niin ensimmäinen viidentuhannen kappaleen painos loppui kymmenessä päivässä.

Sanoma- ja aikakauslehdet sisältävät tulvimalla kirjoituksia aurinkoenergian käytöstä uima-altaiden, kotien, koulujen ja muiden rakennusten lämmittämiseen. Mainitsemme vain muutamia esimerkkejä:

◆ Santa Claran kaupunki Kaliforniassa suunnittelee uuden kulttuurikeskuksen lämmityksen ja ilmastoinnin hoitamista auringosta saatavalla energialla.

◆ Aurinkolämmitystä asennetaan paikoilleen erääseen kouluun Atlantassa Yhdysvalloissa; kouluja lähellä Washingtonia, Baltimorea ja Bostonia lämmitetään jo aurinkoenergialla.

◆ Lännen karjatiloilla suunnitellaan nestekaasulla toimivien viljankuivaajien korvaamista auringon lämmön kokoajilla.

◆ Aachenissa Länsi-Saksassa on rakennettu aurinkolämmityksellä toimiva yhden perheen koetalo.

◆ Suomen on todettu olevan aurinkoenergian käytön kannalta edullisempi maa kuin yleensä luullaan. Ensimmäinen koetalo valmistuu Vantaan asuntomessuille täksi kesäksi.

Mikä on antanut sysäyksen tälle aurinkoenergian käyttöä kohtaan tunnetulle kiinnostukselle? Pääasiassa sen muutoksen havaitseminen, mikä on väistämättä tapahtumassa nykyisessä energiataloudessa. Sen täytyy tulla. Miksi? Koska energiamme päälähteet – öljy, maakaasu ja hiili – ovat rajallisia, ja jotkut asiantuntijat väittävät näiden varojen loppuvan pian. Polttoaineiden hinnat ovat jo nousseet huimasti. Sitä paitsi fossiilisten polttoaineiden käyttö on alkanut saastuttaa elinympäristöä arveluttavassa määrin.

Aurinkoenergialla valoisa tulevaisuus

Aurinkoenergiasta on paljon sanottavaa. Sitä on runsaasti, se on käyttökelpoista kaikille, se ei saastuta elinympäristöä ja se on ilmaista; ainoastaan sen hyödyntäminen maksaa. Väitetään, että jos aurinkolämmitysjärjestelmät olisivat massatuotannossa, ne voisivat olla edullisempia kuin tavanomaiset lämmitysjärjestelmät.

Monet tiedemiehet ovat kiirehtimässä aurinkoenergian laajaa käyttöönottoa, koska he tuntevat sen edut. Newyorkilainen kemisti tri Harold I. Zeliger meni niin pitkälle kansainvälisessä ympäristönsuojelukonferenssissa äskettäin, että hän sanoi: ”Näyttää ilmeiseltä, että ainoa kauaskantoinen ratkaisu maailman energia- ja saastumisongelmiin on aurinkoenergian käyttö.”

Tämä energianlähde on saamassa luottamusta myös poliittisissa piireissä. Yhdysvaltain liittovaltio käytti monina vuosina ainoastaan noin 100000 dollaria vuosittain aurinkoenergiaa koskeviin tutkimuksiin. Mutta vuonna 1973 summa kohosi neljään miljoonaan dollariin, sitten arviolta 25 miljoonaan dollariin vuonna 1975, ja vuonna 1977 se nousi 183 miljoonaan dollariin.

Joissakin maissa aurinkoa on jo hyödynnetty varaamaan suuri osa kuuman veden tarpeesta. Esimerkiksi vuonna 1974 Japanissa myytiin noin 160000 aurinkoenergialla toimivaa vedenlämmitintä. Israelissa on sanottu olevan arviolta 150000 tällaista aurinkolämmitintä varaamassa auringon kuumentamaa vettä noin joka viidennelle perheelle. Ja arviolta 10000 kotia Australiassa käyttää niitä.

Auringonpaiste voi pian olla huomattava energianlähde myös Yhdysvalloissa. Hyvinkin yli 80 prosenttia keskitason yhdysvaltalaisen talonomistajan energialaskusta muodostuu kuumasta vedestä, lämmityksestä ja ilmastoinnista. Ja enemmän kuin neljännes kaikesta Yhdysvalloissa kulutetusta energiasta käytetään näihin kolmeen tarkoitukseen. Jos siis auringonvaloa hyödynnetään pelkästään näihin tarkoituksiin, säästyisi päivittäin satoja miljoonia litroja öljyä.

Eräs äskeinen tutkimus osoitti, että noin kaksisataa aurinkolämmitteistä taloa oli valmiina, rakenteilla tai suunnitteilla Yhdysvalloissa. Uusi teollisuudenhaara on syntynyt näiden talojen varustamiseksi, ja ilmoitusten mukaan onkin jo kymmenittäin aurinkoenergialaitteistojen valmistajia. Saatat kuitenkin kysyä, mitä oikein sisältyy nykyaikaiseen aurinkolämmitysjärjestelmään.

Miten auringon energiaa hyödynnetään

Koska alan teollisuus on alkuasteellaan, siinä on vain vähän yhdenmukaisuutta. Mutta perussysteemiin kuuluu aurinkoenergian kokooja, lämmön säilyttävä varastosäiliö ja jakelujärjestelmä.

Kokooja sijoitetaan tavallisesti katolle asentoon, missä se vastaanottaa mahdollisimman paljon auringonvaloa. Perusperiaate kokoojassa on sama kuin kasvihuoneessa. Mustat imeytinpaneelit peitetään lasilla tai muovilla. Nämä paneelit saattavat koostua alumiinilevyistä, jotka on päällystetty erityisellä lämpöä imevällä mustalla kalvolla. Neste, tavallisesti vesi, johdetaan mustien paneelien läpi. Eräässä järjestelmässä paneelit poimutetaan ja poimut varustetaan putkistolla lämpöpatterin tapaan.

Auringonvalo läpäisee lasin tai muovin, ja mustat paneelit imevät lämmön. Paneelien putkistoissa virtaava vesi saattaa lämmetä 90 Celsius-asteeseen, jopa ylikin. Tämä kuuma vesi virtaa tavallisesti kellarikerroksessa olevaan varastosäiliöön. Sitä vastoin yksinkertaisessa kuumavesijärjestelmässä säiliö sijoitetaan usein katolle kokoojien yhteyteen. Noin viidensadan litran säiliö varaa kuuman veden nelihenkiselle perheelle.

Usean tuhannen litran säiliö on kuitenkin tarpeen, jotta voitaisiin huolehtia myös lämmityksestä ja ilmastoinnista keskikokoisessa yhdysvaltalaisessa talossa. Eräs järjestelmä lämmittää talon seuraavalla tavalla: Kuuma vesi johdetaan säiliöstä putkessa sijaitseviin kuumavesikierukoihin. Putken läpi puhalletaan sitten ilmaa, jolloin se lämpenee, ja tämä kuuma ilma ohjataan lämmittämään taloa.

Talon ilmastoimiseksi johdetaan kuuma vesi sellaisen ilmastointikoneen läpi, joka on muutettu käyttämään kuumaa vettä lämmön lähteenä kaasupolttimen sijasta. Aurinkoilmastoinnin puolesta puhuu paljon se, että silloin kun aurinko paistaa kuumemmin ja tarvitaan tehokkaampaa ilmastointia, on vastaavasti energiaa tarjolla käyttämään koneistoa.

Mutta voidaanko käyttökelpoista aurinkolämmitysjärjestelmää valmistaa nykyään massatuotantona? Monet tiedemiehet ajattelevat niin. Kaksi professoria New Yorkin osavaltiossa sijaitsevasta Syracusen yliopistosta kirjoitti: ”Teknologia on riittävän pitkällä tuotannon aloittamiseksi laajassa mitassa. Jotkut tutkijat, insinöörit ja arkkitehdit, Syracusen yliopiston energiantutkimusneuvoston jäsenet mukaan luettuina, arvelevat, että nykyään, vieläpä meidän leveysasteellamme, on mahdollista rakentaa taloja, joiden lämmitys on täysin riippuvainen aurinkoenergiasta.”

Kuten aikaisemmin mainittiin, jotkut alan asiantuntijat arvelevat, että 3–5 vuoden kuluessa aurinkolämmitysjärjestelmä tulee olemaan markkinoilla. Mutta Chicagon yliopiston professori Roland Winston, joka myös on käyttänyt vuosia aurinkotutkimukseen, varoittaa: ”Kourallisesta aurinkotaloja on pitkä taival aurinkolämmityslaitteiston ostamiseen postimyynnistä.”

Kehityksen seuraaminen tulee olemaan kiinnostavaa. Mutta toisaalta, mitä voidaan sanoa näkymistä sähkön tuottamiseksi auringon avulla?

Aurinkoenergia sähkön tuotannossa

On olemassa kaksi usein pohdittua tapaa tuottaa sähköä aurinkoenergian avulla. Ensiksikin auringonvaloa saatetaan käyttää kuumentamaan nestettä höyryn kehittämiseksi, joka puolestaan käyttää turbiinia. On arvioitu, että 13–18 neliökilometrin laajuinen alue riittäisi keräämään auringosta energiaa sellaisen höyryvoimalaitoksen käyttämiseen, jonka teho vastaisi suurimpia ydinvoimalaitoksia. Jotkut kiirehtivätkin sellaisen aurinkosähkölaitoksen rakentamista.

”Näyttää mahdolliselta”, mainitsee tri R. C. Jordan, Yhdysvaltain Minnesotan yliopiston mekaniikan ja ilmailutekniikan laitoksen johtaja, ”että käyttämällä nykyajan materiaaleja ja menetelmiä me voimme muuntaa kaksikymmentä prosenttia jollakin paikalla maahan lankeavasta aurinkoenergiasta lämpöenergiaksi ja sitten käyttökelpoiseksi sähköenergiaksi. Tämä merkitsisi riittävästi energiaa palvelemaan tämän maan tarpeita vuosikausiksi eteenpäin, ja se tapahtuisi hinnalla, johon meillä on varaa, koska siihen voidaan käyttää maamme käyttämättömiä alueita – kuten autiomaita – aiheuttamatta ympäristön saastumista.”

Jotkut pitävät kuitenkin tämänkaltaista sähkövoimalaitosta vääränä ratkaisuna. Tri Erich A. Farber, erään maailman laajimpiin kuuluvan aurinkoenergian tutkimusprojektin johtaja, sanoo: ”Ei ole tarpeen rakentaa suurta voimalaitosta Arizonaan ja lähettää energiaa Floridaan. Aurinkoenergiaa lankeaa sinun katollesi, sinun pihallesi ja sinun talosi seinille. Se voidaan taloudellisimmin kehittää juuri siellä, missä olet. Ei tarvita suuria aurinkoenergiavoimalaitoksia.”

Se on totta, auringonvaloa voidaan muuntaa sähköksi jo kotona. Tämä voidaan tehdä aurinkokennoilla. Nämä ovat ohuita, vohvelikeksin näköisiä piilastuja, jotka kehittävät sähkövirtaa auringonvalon osuessa niiden pintaan. Jo nyt avaruusaluksen kiertäessä radallaan nämä valosähköiset kennot kehittävät sähköä. Ja noin sadan neliömetrin ala tällaisia kattoon kiinnitettyjä, pitkäikäisiä kennoja voisi varata nykyaikaisen kodin sähköntarpeen. Aurinkokennot ovat kuitenkin aivan liian kalliita sellaiseen käyttöön. Mutta niiden ei tarvitse aina olla, väittää yhdysvaltalainen senaattori James Abourezk.

Hän sanoo: ”Kautta maan on lukuisasti laboratorioita, jotka parhaillaan valmistavat valosähköisiä kennoja, jotka massatuotantona voisivat (aurinkokennoinsinöörien mielipiteen mukaan) tulla kilpailukykyiseksi vaihtoehdoksi toisille sähkönkehittämistavoille. . . . Ja aurinkoenergian muuntaminen sähköksi tulee olemaan vaikutukseltaan paljon tuntuvampi paljon useammille ihmisille kuin yritys asentaa aurinkolämmitys ja -ilmastointilaitteet jokaiseen kotiin Yhdysvalloissa.”

Mikä on aurinkoenergian tulevaisuus?

Auringossa meillä todella on ehtymätön, saasteeton energianlähde, jota voidaan hyödyntää palvelemaan ihmiskunnan tarpeita. Kuinka tämä on tehtävissä? Milloin? Nämä ovat hyviä kysymyksiä.

Esteitä on eittämättä olemassa. Julkaisu Machine Design huomauttaa: ”Siitä, että aurinkoenergia on jätetty laajalti huomiotta, voidaan todennäköisesti syyttää taloudellisia intressejä, suurpääomaa ja hallinnollista byrokratiaa, jotka ovat nojautuneet fossiilisiin polttoainejärjestelmiin.”

Ovatko sellaiset esteet ylitettävissä? Tullaanko tämän saasteettoman energianlähteen hyväksikäyttöä kehittämään merkittävästi, jolloin voitaisiin säästää maan nopeasti ehtyviä öljy-, maakaasu- ja hiilivaroja? Sen näkeminen tulee olemaan kiinnostavaa.