Energiaa sateesta ja tuulesta
SUORIEN hyödyntämismenetelmien lisäksi auringon energiaa voidaan vangita myös monin epäsuorin tavoin. Juoksevaa vettä on käytetty yli tuhat vuotta viljamyllyihin ja kankaan tiivistämiseen ja vedennostoon tarkoitettujen koneiden pyörittämiseen ja moniin muihin tarkoituksiin. Vesi siirtyy mereltä takaisin virran latvavesistöön luonnon omiin prosesseihin kuuluvan haihtumisen ja sateen avulla, joille auringonsäteily antaa käyttövoiman. Siksi se on jatkuvasti uusiutuva, luotettava lähde vuodesta toiseen.
Suurten ja pienten jokien patoaminen on tarjonnut keinon energian jatkuvalle saannille kaikkina vuodenaikoina, kun on kysymys vesivoiman kehittämisestä. Joissakin maissa on niin paljon virtaavaa vettä, että se on tärkein energianlähde. Norja saa lähes kaiken sähkövoimansa koskista. Mutta verrattaessa sitä maailmanlaajuisesti muihin energianlähteisiin se on vähemmän tärkeä. Vesivoiman osuus on vain noin viisi prosenttia ihmiskunnan kokonaisenergiankulutuksesta. Monissa osissa maailmaa suuri osa vesivoiman tarjoamista mahdollisuuksista on jo valjastettu, eikä sitä voida erikoisemmin lisätä kasvavan energiantarpeen tyydyttämiseksi.
Tuulimylly on ikivanha keino energian saamiseksi ympäristöstä. Sekin on riippuvainen auringosta, koska aurinko luo sää- ja ilmastoeroja, jotka ratkaisevat sen, mihin suuntaan ja miten voimakkaasti tuuli puhaltaa.
Tuulimyllyt olivat aiemmin tuttu maamerkki monissa osissa maailmaa. Alankomaissa maalaukselliset tuulimyllyt pumppusivat vettä valleilla ympäröidyistä alanteista. Suomessa tiedetään tuulimyllyjä olleen ainakin 1400-luvun lopulta lähtien. Saatua energiaa käytettiin viljan jauhamiseen, veden pumppuamiseen ja sahojen ja pärehöylän voimanlähteeksi. 1900-luvulla tuulimyllyt korvattiin suureksi osaksi bensiinimoottoreilla.
Mutta nyt tuulivoima on voittamassa takaisin suosiotaan, kun öljy menettää valta-asemaansa. Elpynyttä mielenkiintoa on vauhdittanut sen tajuaminen, että tuulen teho on paljon suurempi kuin oli uskottu. Muuan Kalifornia-yliopiston tiedemies väittää eräässä tuoreessa raportissa, että eräällä koko maailman kattavalla laskutavalla ihmisen koko energiantarve voitaisiin tyydyttää kaksikymmenkertaisesti pelkästään tuulesta saatavalla energialla. Jos edes Yhdysvalloissa käytettäisiin tuulivarat täysin hyväksi, se riittäisi tyydyttämään 75 prosenttia nykyisestä energiantarpeesta. Monin paikoin tuulessa on keskimäärin lähes yhtä paljon energiaa kuin auringonvalossa.
Parhaillaan suunnitellaan ja tutkitaan hyvin monenlaisia koneita energian hankkimiseksi tuulesta. On kaksi- tai kolmilapaisia potkureita, jotka on kiinnitetty korkean tornin huipussa olevaan, pientä siivetöntä lentokonetta muistuttavaan laitteeseen. Sellainen kone, jossa on yhdeksäntoistametriset lavat, kehittää tällä hetkellä jopa 200 kilowattia, joka riittää kuudesosalle New Mexicossa sijaitsevan Claytonin 1300 kodista, kun tuuli puhaltaa – ja se puhaltaa 90 prosenttia ajasta. Vuonna 1978 tämä energia oli kolme kertaa öljystä saatua energiaa kalliimpaa, mutta suurempien koneiden ja sarjatuotannon odotetaan alentavan kustannuksia, samalla kun öljy on kallistumassa nopeasti.
Samanlaisia koneita tutkitaan useilla paikkakunnilla, ja 2000 kilowatin generaattori, joka on toistaiseksi suurin, on rakennettu erään vuoren huipulle Boonen läheisyyteen Pohjois-Carolinaan. Eräs yksityisyritys aikoo pystyttää ryhmän tuulimyllyjä keskisessä Kaliforniassa sijaitsevaan tuuliseen vuorensolaan. Jos se osoittautuu taloudellisesti kannattavaksi, satoja muita pystytetään tuulienergian kannalta edullisiin paikkoihin.
Toisenlaisessa tuulimyllyssä on kaarevat lavat, jotka on ylä- ja alapäästään kiinnitetty pystysuoraan akseliin. Ulkonaisesti se muistuttaa jossakin määrin jättimäistä käsivatkainta. Sitä ei tarvitse kääntää tuulta vasten. Muiden tuulimyllytyyppien tavoin sekin toimii tietyn tuulen vähimmäisnopeuden yläpuolella, joka yleensä on noin neljä metriä sekunnissa, ja se voidaan pysäyttää vaurioitumisen estämiseksi, kun tuuli puhaltaa liian lujaa.
Eräässä toisessa epätavallisessa koneessa on paikallaan seisova lieriömäinen torni, jossa on pystyasennossa olevia siipiä joka puolella. Tuulen puolella olevat avataan tiettyyn kulmaan ja suojan puolella olevat suljetaan. Torniin osuva tuuli ohjataan sen sisällä spiraalin muotoiseen kiertoliikkeeseen, ja se liikkuu ylöspäin synnyttäen pienoispyörremyrskyn. Keskellä oleva matalapaine vetää ilmaa alhaalta vinhaa vauhtia pyörivän melko pienisiipisen turbiinin läpi.
On keksitty vielä toisenlaisiakin malleja, joita parhaillaan kehitetään. Kenttä on avoinna uuden uutukaisille ideoille, jotka auttavat saamaan tuulesta sähköä, eikä kukaan voi tällä hetkellä ennustaa, millä laitteella halvinta energiaa lopulta tuotetaan. Tutkimustyö jatkuukin kiivaana monien kilpailevien laitteiden avulla.
Verrattaessa tuulivoimaa muihin lähteisiin on myös harkittava esteettistä puolta. Siellä täällä näkyvää tuulimyllyä voitaisiin pitää maalauksellisena, mutta tuulimyllyjen pitkät rivistöt voisivat pilata maiseman. Ollaan myös jossakin määrin huolestuneita siitä, että ne saattavat häiritä paikallisesti televisiolähetysten vastaanottoa.
Tällä hetkellä näyttää siltä, että tuulienergia tulee takaisin ainakin entisessä merkityksessään, ja luultavasti sen osuus energiakuvassa kasvaa vielä siitäkin. Erilaisten arvioiden mukaan 1–10 prosenttia Yhdysvaltain tarvitsemasta energiasta voitaisiin saada tuulesta vuoteen 2000 mennessä.
Kulutuksen huippujen ja aallonpohjien tasaus
Kun aurinko ei paista tai tuuli tyyntyy, energian saanti niistä riippuvaisista laitteista lakkaa. Jos ne täydentävät jotakin muuta energiajärjestelmää, sanokaamme vesi- tai kivihiilivoimalaa, tällaisesta vaihtelevuudesta ei ole haittaa. Voimalanhoitajat vain säätävät päägeneraattorien tehon aurinko- tai tuulienergian vaihtelujen tasaamiseksi samalla tavalla kuin he toimivat vaihtelevan energiantarpeen tyydyttämiseksi päivän mittaan.
Joissakin tarkoitusperissä aurinkoenergiaa voitaisiin käyttää hyväksi sellaisenaan sillä periaatteella, että ”taotaan silloin kun rauta on kuumaa”. Jos sitä käytetään veden pumppuamiseksi altaaseen tai alumiinin sähkökemiallisessa valmistuksessa tai vedyn tuotannossa, toiminnat voisivat jatkua, kun aurinko paistaa, ja ne voitaisiin pysäyttää, kun se ei paista.
Mutta monia käyttötarkoituksia varten energiaa täytyy jotenkin varastoida. Sähköä voidaan varastoida akkuihin, kuten me olemme kauan tehneet autoissamme. Mutta tavalliset lyijy-happokennot, jotka tarvittaisiin normaalin kodin energiantarpeen tyydyttämiseksi, olisivat epämukavia ja kalliita jo lukumääränsä ja kokonsa vuoksi. Onneksi viimeaikainen tutkimus antaa toiveita uudenlaisista jähmeää elektrolyyttiä sisältävistä akuista, jotka ehkä pystyvät varastoimaan runsaasti sähköenergiaa pieneen tilaan.
Jos tällaisista akuista tulee totta, sähköautoista tulee paljon nykyistä käytännöllisempiä. Autoilija pitäisi autoaan kytkettynä sähköpistorasiaan kotona tai paikoitusalueella siellä, missä hän on työssä tai käy ostoksilla. Kun sekä aurinkokennoista että akuista saadaan parempia, voi tulla käytännölliseksi kiinnittää aurinkopaneeleja auton katolle ja ladata akkuja auton liikkuessa tai sen ollessa pysäköitynä. Tällaista autoa kokeillaan parhaillaan Floridassa. Kaliforniassa eräs yritteliäs keksijä on jopa yhdistänyt akun pienlentokoneen siipiin sijoitettuihin aurinkokennoihin ja näyttänyt, että kone lentää aurinkoenergialla.
Voi olla, että suurvoimaloissa on käytännöllisempää muuttaa varastoitava energia toisiin muotoihin. Esimerkiksi aurinkoisina tai tuulisina päivinä syntyvä ylimääräinen energia voitaisiin käyttää veden pumppuamiseksi ylempänä sijaitsevaan altaaseen. Sen jälkeen energiaa voitaisiin käyttää antamalla veden virrata alas yöllä tai tyvenenä aikana. On myös ehdotettu paineilman pumppuamista maanalaisiin luonnononkaloihin. Tai mekaanista energiaa voitaisiin varastoida jättimäisten vauhtipyörien pyörimisliikkeeseen. Tämä ideoiden moninaisuus osoittaa, että energian käyttötapamme tulevat muuttumaan, jos aurinko- ja tuulivoima yleistyvät.
Pullotettua auringonpaistetta
Polttoaineiden valokemiallinen tuotanto auringonvalon avulla on myös tapa käyttää aurinkoenergiaa. Fotosynteesi on yksi tällainen luonnon oma prosessi. Vihreät kasvit käyttävät auringonvaloa hiilihydraattien kaltaisten energiapitoisten yhdisteiden valmistamiseksi. Ensimmäiseksi ihminen käytti aurinkoenergiaa polttamalla puuta ravintonsa kypsyttämiseksi ja kotinsa lämmittämiseksi.
Käymisen, toisen luonnonprosessin, avulla monista kasviaineista voidaan valmistaa alkoholia ja uuttaa sitä käytettäväksi polttoaineena. Autojen bensiiniin voidaan sekoittaa 10–20 prosenttia alkoholia tarvitsematta tehdä muutoksia moottoriin. Moottoreita voidaan myös muuttaa puhdasta alkoholia polttaviksi. Tähän asti alkoholi on ollut kalliimpaa kuin bensiini, mutta tilanne on muuttumassa, ja joissakin maissa autoilijat ovat ruvenneet käyttämään bensiinin ja alkoholin seosta ”bensaholia”. Brasilia on käynnistänyt voimaperäisen hankkeen alkoholin tuottamiseksi ja sitä silmällä pitäen, ettei se olisi enää riippuvainen öljyn tuonnista. Nyt tutkitaan erilaisia nopeakasvuisia kasveja etsittäessä taloudellisempia menetelmiä kaupallista tuotantoa varten. Sana ”biomassa” kattaa kaikki tällaiset aurinkoenergian käyttömenetelmät.
Eräät pitkälle tähtäävät tiedemiehet näkisivät mielellään, että auringonvaloa käytettäisiin veden hajottamiseksi suoraan vedyksi ja hapeksi. Vesi voidaan tietenkin hajottaa elektrolyyttisesti, mutta he tähyilevät valokemiallista menetelmää. Kuitenkin reaktiota varten tarvitaan sopiva katalyytti, jokin sellainen, joka toimii samalla tavalla kuin lehtivihreä, kun se valmistaa sokeria vedestä ja hiilidioksidista. Jos sellainen voidaan löytää, niin puristettua vetyä voidaan ruveta käyttämään polttoaineena tulevaisuuden autoissa.
Sellaisilla auringonvalolla tuotetuilla polttoaineilla kuin alkoholilla tai vedyllä on eräs suuri etu hiilivetyihin nähden. Ne eivät saastuta ympäristöä. Lisäksi ne eivät fossiilisten polttoaineiden tavoin häiritse luonnon hiilidioksiditasapainoa, sillä kunkin vuoden kulutus käy kiertokulkua ilmakehästä ja sinne takaisin.
[Huomioteksti s. 10]
Eräs tiedemies väittää, että ihmisen koko energiantarve voitaisiin tyydyttää kaksikymmenkertaisesti tuulen avulla
[Huomioteksti s. 10]
Jotkin seudut saavat keskimäärin lähes yhtä paljon tuulienergiaa kuin aurinkoenergiaa
[Huomioteksti s. 11]
Voi tulla käytännölliseksi kiinnittää aurinkopaneeleja sähköautojen katolle ja ladata akkuja auton liikkuessa tai sen ollessa pysäköitynä
[Huomioteksti s. 11]
Alkoholia voidaan valmistaa kasviaineista ja käyttää polttoaineena; se palaa synnyttämättä saasteita
[Tekstiruutu s. 12]
Energiaa maan sisuksista
Ydinenergian lisäksi on vielä yksi energianlähde, joka ei ole peräisin auringosta, ei nykyään eikä menneisyydessä. Kysymyksessä on maan oma sisäinen lämpö. Ne, jotka poraavat syviä reikiä maahan, ovat tienneet kauan, että mitä syvemmälle mennään, sitä lämpimämpää tulee. Kuumia kohtia on myös siellä täällä lähellä maan pintaa. Mahtava tulivuorenpurkaus, joka syöksee sulaa kiveä alas pitkin rinteitä, on dramaattisin osoitus siitä. Vähemmän mahtavia ilmestyksiä ovat geysirit, jotka suihkuttavat höyryä ja kiehuvaa vettä korkealle ilmaan. Vielä lempeämpiä ovat kuumat lähteet, jotka houkuttelevat ihmisiä kylpylöihin.
Tiedemiehet uskovat maapallon lämmön johtuvan siitä, että painovoima puristaa niitä metalli- ja kiviaineita, joista maa on tehty. Luultavasti kaikki maapallon osat ovat olleet jolloinkin sulia; kuori jäähtyi, mutta sisus on yhä lämmin. Jäljellä oleva lämpö virtaa jatkuvasti kohti pintaa, joissakin paikoin nopeammin kuin toisissa. Tätä alkuperäistä lämpöä nostaa esimerkiksi kaliumin, uraanin ja toriumin radioaktiivinen hajoaminen maapallon kuoressa.
Siellä missä maan lämpöön päästään käsiksi, on käytettävissä käyttökelpoinen energianlähde. Larderellossa Italiassa on höyryreikiä, jotka ovat olleet yhdistettyinä sähkögeneraattoreihin vuodesta 1904 lähtien. Geyservillen lähistöllä Kaliforniassa sijaitseva suurempi voimala kehittää yli 500000 kilowattia tulistetusta höyrystä.
Lämpimästä kallioperästä saatava ylikuumennut vesi on myös höyrynlähde, kun se johdetaan putkilla pintaan, ja paine vapautetaan. Uusi-Seelanti ja Meksiko ovat käyttäneet kuumaa vettä energian tuottamiseen. Ensimmäinen tällainen amerikkalainen voimala on valmistumassa El Centron läheisyyteen Kaliforniaan. Se on tuottava 50000 kilowattia, ja sikäläisen geotermisen kentän arvioidaan riittävän tuon tehon kymmenkertaistamiseen.
Geotermistä energiaa on niin valtavasti, että se on käytännöllisesti katsoen rajatonta verrattuna ihmisen tarpeisiin. Mutta sitä voidaan käyttää hyväksi suhteellisen harvoilla paikkakunnilla. Mahdollisuudet sen hyödyntämiseen ovat nykyään hyvin vähäiset verrattuna niihin tuhansia kertoja suurempiin mahdollisuuksiin, jotka auringonvalo ja tuuli tarjoavat ja jotka ovat käytettävissä kaikkialla maapallon pinnalla.