Ranska näyttää tietä aurinkoenergian teollisessa käytössä

Herätkää!-lehden Ranskan-kirjeenvaihtajalta

VIIME vuosisadan puoliväliin saakka ihminen tyydytti suurimman osan polttoaineen- ja energiantarpeestaan polttamalla puuta. Mutta teollisen ajan saapuessa tarvittiin yhä enemmän energiaa käyttämään yhä useampia koneita. Niinpä kivihiiltä ruvettiin käyttämään hyödyksi laajassa mitassa. Vuonna 1910 itse asiassa kolme neljäsosaa ihmiskunnan energiantarpeesta tyydytettiin kivihiilellä.

Vuoden 1859 paikkeilla alettiin käyttää toisenlaista fossiilista polttoainetta, mineraaliöljyä. Se oli saava paljon enemmän teollista käyttöä kuin kivihiili konsanaan. Polttomoottorin keksiminen aiheutti sen, että kehitettiin yhä enemmän kaikenlaisia moottorikulkuneuvoja, kuten esimerkiksi henkilöautoja, kuorma-autoja ja lentokoneita.

Kivihiilen ja öljyn lisääntyvällä teollisella käytöllä on ollut ratkaiseva osa maan saastumisessa. Se johtuu siitä, etteivät nämä polttoaineet pala täydellisesti. Ne päästävät ilmakehään suurina pitoisuuksina kaasuja – hiilimonoksidia ja typpi- ja rikkioksideja – sekä kiinteitä hiukkasia.

Muiden teollisuusmaiden tavoin Ranska saastuu yhä enemmän. Entistettäessä Pariisissa sijaitsevaa Louvrea sen seinämuurausten todettiin kärsineen melkoisesti ilmakehän saasteen syövyttävistä vaikutuksista. Jotkin lohkokivet olivat menettäneet seitsemän senttimetriä alkuperäisestä paksuudestaan. Nykyään syöpyminen kuluttaa muurausta kolme millimetriä vuodessa eli sata kertaa nopeammin kuin vuosisadan alussa!

Viime vuosina on ryhdytty käyttämään ydinenergiaa öljyn mahdollisena korvikkeena. Kuitenkin sen teollinen käyttö johtaa moniin vaikeuksiin. Ensinnäkin on olemassa vaara radioaktiivisesta saastumisesta, joka voisi seurata onnettomuutta. Lisäksi ekologia voi vaarantua. Pelätään, että sitä mukaa kuin ydinvoimaloita tulee yhä enemmän, lämpösaaste turmelee joet ja järvet. Se johtuu siitä, että ydinvoimala imee suunnattomat määrät kylmää vettä läheisestä joesta tai järvestä jäähdyttääkseen laitteitaan. Lämmennyt vesi palautetaan sen jälkeen sinne, mistä se otettiin. Nostettaessa järven tai joen lämpötilaa hapen määrä vedessä vähenee. Se ei ainoastaan tapa kaloja, vaan edistää levien kasvua, jotka myös kuluttavat happea mädäntyessään.

Nämä häiritsevät seikat painottavat sitä, miten tarpeellista on löytää saasteettomia energianlähteitä. Aurinko itsessään täyttää tämän vaatimuksen täysin. Vaikka aurinkoenergia onkin katkonaista ja laimentunutta, sitä leviää niin ylenpalttisesti maan pinnalle, että jokainen neliökilometri maata ja merta saa sitä useita miljoonia kilowattitunteja päivittäin. Tällainen energia on luonnostaan runsasta, ja se selittää sen, miksi useat maat, Ranska mukaan luettuna, ovat ryhtyneet raivaamaan tietä aurinkoenergian teolliselle käytölle.

Aurinkoenergian hyväksikäyttö

Käydessään Pariisissa lokakuussa 1774 englantilainen kemisti Joseph Priestley kertoi ranskalaiselle kemistille Antoine Lavoisierille kokeesta, jossa hän oli kuumentanut elohopeaoksidia voimakkaan linssin välityksellä keskitetyn auringonsäteilyn avulla. Lavoisier teki kokeen uudestaan ja tuli siihen johtopäätökseen, että ilmakehän ilma koostuu pääasiassa kahdesta selvästi erotettavasta kaasusta, jotka hän nimitti ”tärkeäksi ilmaksi” (hapeksi) ja ”ei-tärkeäksi ilmaksi” (typeksi). Näin ollen jo 1700-luvulla oli mahdollista aiheuttaa korkeita lämpötiloja käyttämällä hyväksi auringon säteilyä.

C.N.R.S.:n eli Centre national de la recherche scientifiquen (Ranskan kansallisen luonnontieteen tutkimuskeskuksen) tutkijat ovat kymmeniä vuosia seuranneet Lavoisierin jalanjäljissä. Vuonna 1946 Meudonissa, Pariisin esikaupungissa, käynnistettiin yksi ensimmäisistä aurinkouuneista ja tehtiin erilaisia kokeita korkeissa lämpötiloissa (3000 astetta).

Kuitenkin Montlouis’ssa Ranskan Pyreneillä vuonna 1949 yksinkertaisilla uuniprototyypeillä tehdyt tutkimukset johtivat siihen, että vihdoin kehitettiin Odeillon aurinkouuni. Pitkän parantelu- ja kokeilujakson jälkeen se alkoi lopulta toimia vuonna 1970. Nykyään Ranskalla on suuri aurinkouuni Font-Romeu-Odeillo-Viassa lähellä Montlouis’ta 1600 metrin korkeudessa. Tämä kaunis vuoristoseutu saa poikkeuksellisen paljon auringonpaistetta, niin että tuhannen kilowatin uunissa lämpötila voi nousta 3800 asteeseen.

Auringonsäteilyä voidaan vangita eri menetelmillä, kuten esimerkiksi käyttämällä lasiruutuja, jotka kasvihuoneen periaatteella toimien voivat helposti kehittää lähes sadan asteen eli veden kiehumispisteen veroisia lämpötiloja. Tätä menetelmää käytetään enimmäkseen kotitalouden tarpeisiin, kuten talojen lämmitykseen ja veden kuumennukseen ja tislaukseen. Jos tarvitaan korkeampia lämpötiloja, suoraan auringosta tulevat säteet on keskitettävä sopivan optisen kojeen avulla.

Mitä voimakkaammaksi halutaan lämpötila siinä kohdassa, jossa kaikki säteet yhtyvät (polttopisteessä), sitä voimakkaampi täytyy keskityksen olla. Ei ole helppoa keskittää samasta valonlähteestä tulevia kymmeniä tuhansia heijastumia pienelle alueelle, koska maa liikkuu auringon ympäri. Tämä vaikeus on kuitenkin voitettu Odeillon aurinkouunissa, joka kohdistaa samanaikaisesti yli 20000 peiliä polttopisteeseen. Tämä huomattava saavutus on pitkän tutkimustyön hedelmä.

Aurinkouuni

Odeillon aurinkouuni koostuu pohjimmaltaan kolmesta eri perusosasta: 1) tasopeileistä, 2) suuresta parabolisesta peilistä ja 3) tornista, jossa polttopiste on. Kuten oheinen kaavio osoittaa, auringonsäteet osuvat kymmeniin tasopeileihin ja taittuvat kohti parabolista peiliä, joka vuorostaan keskittää säteet vastapäisessä tornissa olevaan polttopisteeseen.

63 liikkuvaa tasopeiliä, joista kukin koostuu 180 tasapintaisesta lasiruudusta, on järjestetty porrasmaisesti nouseviksi kahdeksalle tasolle. Kunkin pinta-ala on 45 neliömetriä, ja ne ovat porrastetuissa riveissä, jottei syntyisi yhtään varjoa parabolista peiliä kohti suuntautuvaan sädekimppuun. Maan pyörimisliikkeen vuoksi auringon asema taivaallamme muuttuu jatkuvasti. Mutta jokainen tasopeili voi seurata aurinkoa sen loputtomalla matkalla optisten ja sähköisten ohjauslaitteiden avulla. Peilien liikuttelu tapahtuu hydraulisten nosturien avulla.

40 metriä korkea ja 54 metriä leveä betonirakennus kannattaa suurta, liikkumatonta parabolista peiliä, jossa on 45 senttimetrin läpimittaisia peilejä 9500 kappaletta. Jokainen viiste tässä jättipeilissä oli koverrettava mekaanisesti, suunnattava ja säädettävä, jotta polttopisteeseen saataisiin mahdollisimman suuri keskitys. Kuten jo sanottiin, parabolinen peili saa auringonsäteilyä 63 liikkuvan tasopeilin kautta.

Kaikki parabolisesta peilistä tulevat säteet yhtyvät polttopisteessä. Se sijaitsee tornissa kahdeksantoista metrin päässä peilistä. Syntyvän polttopisteen halkaisija on noin 40 senttimetriä. Tähän soikeaan läiskään on keskittynyt tuhat kilowattia energiaa. Suuri keskittymä mahdollistaa 3800 asteen lämpötilan saavuttamisen. Tähän erittäin kuumaan läiskään sijoitetaan erilaisia koelaitteita.

Aurinkouunin edut

Aurinkouuni tarjoaa merkittäviä etuja toisentyyppisiin uuneihin verrattuna. Seuraava ote eräästä C.N.R.S.:n julkaisusta painottaa yhtä sen perusominaisuutta: ”Perustutkimuksessa aurinkouunit tarjoavat poikkeuksellisen keinon sellaisten kokeiden suorittamiselle, joissa tarvitaan 1000–3800 asteen lämpötiloja äärimmäisen puhtaissa olosuhteissa.” Se johtuu siitä, että aurinkouunissa voidaan käsitellä prosesseja korkeissa lämpötiloissa keskittämällä lämpösäteitä käsiteltäviin aineisiin, sen sijaan että ne sulatettaisiin ahjossa, kuten on usein laita käytettäessä suurtaajuisia sähköuuneja.

Odeillon aurinkouunin avulla on hyvin helppoa sulattaa vaikeasti sulavia oksideja, oksideja jotka sulavat ainoastaan hyvin korkeissa lämpötiloissa (yli 2000 asteessa), samoin kuin erityisiä metalliseoksia, jotka nekin ovat vaikeasti sulavia.

Aurinkouunit ovat myös erittäin mukavia käyttää. Ne voidaan käynnistää nopeasti ja yksinkertaisesti. Lisäksi niiden haittana ei ole esimerkiksi eräissä kuumennusjärjestelmissä tapahtuva elektronipommitus, joka vaatii aineiden käsittelemistä tyhjiössä. Lopuksi – ja se ei varmasti ole suinkaan merkityksetöntä – Odeillossa käytettävissä oleva lämpöenergia saadaan käytännöllisesti katsoen ilman käyttökustannuksia.

Aurinkovoimala

Aurinkoenergian alalla saavutettiin virstanpylväs 19. marraskuuta 1976, jolloin aurinkovoimala toimitti ensi kerran sähköä Ranskan sähkövoimaverkkoon.

Yksinkertaisesti sanottuna tämä kokeellinen aurinkovoimala toimii seuraavalla tavalla: ”Gilotherm”-nimisen lämmönsiirtonesteen lämpötila nostetaan 335 asteeseen Odeillon voimalan polttopisteeseen sijoitetussa höyrykattilassa. Varastointiyksikön ja kolmen lämmönvaihtimen avulla tästä nesteestä saadaan 270-asteista höyryä. Sen jälkeen höyry pyörittää turbovaihtovirtageneraattoria, joka kehittää sähköä.

Lähellä Marseillea Etelä-Ranskassa tehdään paraikaa kokeita erityyppisillä peileillä. Sen jälkeen kun Ranska on aukonut uusia uria tällä alalla, se harkitsee yhden megawatin tehoisen prototyypin rakentamista tarkoituksenaan rakentaa kymmenen megawatin voimaloita 1980-luvulla.

Aurinkoenergian tulevaisuuden sovellutuksia

Ranskalainen sanomalehti Le Monde korosti aurinkoenergian teolliseen käyttöön tarkoitettujen sovellutusten laajaa aluetta seuraavasti: ”Levinneenä ja halpana aurinkoenergia näyttää soveltuvan melko hyvin vähemmän kehittyneiden maiden tarpeisiin. . . . Se näyttää olevan erityisen sopivaa veden pumppuamiseen eristetyillä seuduilla. Latinalaisessa Amerikassa ja Afrikassa useiden kylien vedentarve tyydytetään nykyään yksinkertaisten ja luotettavien [aurinko]laitteiden avulla toimivilla pumppuasemilla, jotka voidaan suurimmaksi osaksi rakentaa itse paikalla ja jotka vähitellen tulevat kilpailukykyisiksi verrattuina dieselmoottoreihin, joista useimmat ovat riippuvaisia.”

Ranska on allekirjoittanut aurinkoyhteistyösopimuksia Brasilian, Iranin, Egyptin ja Algerian kanssa. Esimerkiksi L’Express-lehdessä todettiin: ”Kerrankin etelämaat ovat edullisessa asemassa, sillä siellä aurinkoenergiaa voidaan ensimmäiseksi käyttää ja parantaa sen kilpailukykyä, ennen kuin se valloittaa sumuisen teollistuneen pohjoisen.”

Arabimaat, kuten esimerkiksi Saudi-Arabia, olisivat mielellään yhteistyössä aurinkoenergian tutkimuksessa. Ranskalainen teknologia on sellaisessa asemassa, että se voi vastata myönteisesti Saudi-Arabian ehdotuksiin, sillä uusia energianlähteitä tutkivan viraston ranskalaisen edustajan Jean-Claude Collin mukaan ”[Ranska on] nykyään käytännöllisesti katsoen ainoa maa, joka tarjoaa heti käynnistettävissä olevia aurinkosähkövoimaloita”.

Uusien energianlähteiden osuus nousi jyrkästi Ranskan budjetissa vuodelle 1978. Aurinkoenergiamenot kaksinkertaistuivat. Nämä pyrkimykset osoittavat, että energiaongelmia voidaan ratkaista yhä enemmän hyödyntämällä viisaasti puhtaita energianlähteitä, kuten esimerkiksi aurinkoa, tuulta, virtaavaa vettä ja vuorovesiä. Ihmisen ei todellakaan tarvitse ’turmella maata’ tyydyttääkseen kasvavaa energiantarvettaan. – Ilm. 11:18.

[Kaavio s. 17]

(Ks. painettu julkaisu)

Auringonsäteet

Parabolinen peili

Polttopiste

Tasopeilit