Ryhdyn tässä kirjoitussarjassa pikkuhiljaa vetämään yhteen tutkimusprojektimme Plan B aikana tehtyjä havaintoja ja laskelmia liittyen siihen, miten voisimme halutessamme luopua fossiilisista polttoaineista nopeutetulla aikataululla ja halutessamme saavuttaa energiaitsenäisyyden. (Suosittelen allekirjoittamaan energiaitsenäisyyttä vaativan kansalaisaloitteen niin kauan kun voit.)

Sen jälkeen kun aloitimme hankkeen alkuvuonna 2020, kansainväliset tapahtumat ovat nyt monelta osin marssineet tutkimusprojektimme ohi, ja muutos etenkin energiasektorilla on nopeaa. Uskon siksi tulosten lanseeraamisen näin blogimuodossa olevan yleisesti ottaen hyödyllisempää kuin tutkimusraporttien arviointisyklin odottelu ja havaintojen julkistaminen vasta sitten. Näin toimimalla uskon myös kykeneväni kirjoittamaan parempia julkaisuja :).

Tämä ensimmäinen teksti tarkastelee Suomen tilannetta kokonaisuutena, perustuen tuoreeseen GTK:n ja BIOS-tutkimusryhmän laatimaan katsaukseen, jonka tekemisessä olin pintapuolisesti mukana. Raportissa tarkastellaan kuuden skenaarion avulla, varovaisia oletuksia tehden, mitä fossiilisista polttoaineista luopuminen viimeisen “normaalin” vuoden (2019) kulutuksen perusteella vaatisi. Tuolloin kulutimme niinsanotussa primäärienergiassa eli vastaavassa lämpöarvossa mitattuna 305,6 terawattituntia (TWh) energiaa, jakautuen seuraavasti:

• Öljyä ja öljytuotteita 35,5 % (108,3 TWh)
• Ydinenergiaa 18,2 % (55,6 TWh, huomaa että tässä laskelmassa on muutettu ydinsähkö vastaavaksi lämpöarvoksi. Sähkönä mitaten kulutus oli 22,9 TWh.)
• Uusiutuvia poislukien vesivoima 16,4 % (50 TWh, tuuli- ja aurinkovoima lämpöarvoksi muutettuna)
• Hiiltä 13,6 % (41,7 TWh)
• Vesivoimaa (sähköä) 10 % (30,6 TWh, jälleen muutettuna lämpöarvoksi)
• Maakaasua 6,4 % (19,4 TWh).

Näistä polttoaineista tuotimme ennen kaikkea kolmea asiaa: sähköä, lämpöä (suoraan polttamalla, ja sähkölämmityksellä sekä sähköllä toimivilla lämpöpumpuilla), ja liikevoimaa. Kun haluamme korvata fossiiliset polttoaineet, meidän on siis kyettävä tuottamaan riittävä määrä näitä välihyödykkeitä ilman fossiilisten polttamista. Tarkastelen seuraavaksi, mitä vaadittaisiin, mikäli haluaisimme säilyttää vuoden 2019 energiankulutustason. Huomautan, että saman tai paremmankin elintason säilyttäminen ei mitä todennäköisimmin vaadi läheskään näin suurta energiankulutusta (kts. esim. Millward-Hopkins ym. 2020).

Sähkö

Sähköntuotannon osalta olemme jo suhteellisen pitkällä. Vuonna 2019 kulutettiin sähköenergiaa noin 86 TWh, josta

• Teollisuudessa yhteensä 40,28 TWh, josta
  • Metsäteollisuudessa 19,23, josta omaa jätevirtoihin perustuvaa tuotantoa n. 9 TWh
  • Metalliteollisuudessa 8,96
  • Kemianteollisuudessa 6,89
  • Muussa teollisuudessa 5,2 TWh
• Kodeissa ja maatiloilla 24,02 TWh
• Palveluissa ja julkisella sektorilla 18,7 TWh
• Siirto- ja muihin häviöihin 3,06 TWh.

Mikäli haluamme korvata myös tuonnin, tarvitsemme yllämainittujen lisäksi 20,04 TWh uutta tuotantoa. 

Raportissa (Michaux ym. 2022) arvioitiin, että mikäli nykyinen kulutus halutaan ylläpitää samalla kun koko talous dekarbonisoidaan sähköistämällä, sähkön varastointikapasiteettia tarvittaisiin enintään n. 13,11 TWh – riittävästi kattamaan raportin skenaariossa 1 arvioidun tuulisähkökannan puskuroinnin neljän viikon ajaksi. Lukuun on syytä suhtautua suuntaa-antavana, sillä varsinaista sähköjärjestelmän mallinnusta ei raportissa tehty. Todellisuudessa tarvittavan energiavaraston koko tullee olemaan tätä pienempi.

Lämpö

Myös lämpö tuotetaan suurelta osin fossiilivapaasti. Sitä käytettiin vuonna 2019 seuraavasti: 

• Teollisuus tuotti lämpöä 55,4 TWh, josta 10.29 TWh tuotettiin fossiilisilla ja turpeella
• Kaukolämpöä tuotettiin 38,1 TWh, josta 18.9 TWh fossiilisilla ja turpeella
• Kotitaloudet tuottivat 17,7 TWh lämpöä (poislukien lämpöpumput ja passiivinen lämmitys), josta n. 3,4 TWh fossiilisilla, pääasiassa kevyellä polttoöljyllä ja pienellä määrällä maakaasua; vertailun vuoksi, puun pienkäytöllä (takat, uunit, kiukaat, yksityisasuntojen pellettikattilat) tuotettiin n. 14,3 TWh. 

Yhteensä lämpöä tarvittiin (lämpöpumput poislukien) siis noin 111,7 TWh, josta noin 32,5 TWh fossiilisilla ja turpeella. Vuonna 2019 Suomessa oli noin 975 000 pientä (alle 26 kW) lämpöpumppua ja noin 8700 suurta lämpöpumppua; pienet lämpöpumput tuottivat noin 10,42 TWh ja suuret noin 1,62 TWh lämpöä. Lisäksi kaukolämpöä tuotettiin lämpöpumpuilla n. 3,4 TWh. (Ohrling ym. 2020) 

Karkeasti voidaan sanoa, että mikäli kaikki asuin- ja liikehuoneistojen fossiilisiin perustuva lämmitys haluttaisiin hoitaa lämpöpumpuilla, uusia lämpöpumppuja tarvittaisiin noin 1…1,2 miljoonaa kappaletta (1 145 000). Tämä on kunnianhimoinen, mutta ei missään nimessä mahdoton tavoite. Lämpöpumput ovat myös taloudellisesti järkevä ratkaisu (kts. esim. Baldino ym. 2021, s. 12) Teollisuuden lämmöntarpeista osa voidaan tyydyttää suurilla lämpöpumpuilla, mutta korkeampia lämpötiloja varten tarvitaan esimerkiksi sähkölämmitystä tai elektrolyysillä tuotetun vedyn, vedystä tehdyn synteettisen metaanin, tai biomassapohjaisten polttoaineiden polttamista.

Liikenne

Jäljelle jääkin kenties vaikein osuus: liikenne. Tätä kirjoittaessa näyttää vahvasti siltä, että akkukäyttöinen sähköauto tulee 2030-luvulle tultaessa olemaan hallitseva käyttövoima kaikissa henkilöautoluokissa ja todennäköisesti myös pakettiautoissa. Tämä johtuu paitsi polttoaineiden hinnan noususta, myös siitä, että sähköinen voimalinja on mekaanisesti merkittävästi yksinkertaisempi kuin mikään polttoaineiden liikutteluun perustuva voimalinja. Niinpä sähkövoimalinjan valmistaminen sarjatuotantona tulee mitä todennäköisimmin olemaan halvempaa, aivan samaan tapaan kuin kvartsikellon rakentaminen on paljon halvempaa kuin mekaanisen rannekellon. Varsinkin kun samaan aikaan kiristyvät päästönormit huomioidaan, polttomoottoriautoista on tulossa kalliimpia samaan aikaan kun sähköautoista tulee halvempia. Useissa arvioissa ennustetaankin täyssähköisten henkilöautojen olevan ostohinnaltaan halvimpia uusia henkilöautoja kaikissa hintaluokissa jo selvästi ennen vuotta 2030. Tästä syystä mm. Volkswagen, Renault, Ford, Opel, Fiat, Peugeot, Volvo, Alfa Romeo, DS, Lancia, Porsche, ja Jaguar ovat jo ilmoittaneet lopettavansa polttomoottoriautojen valmistuksen viimeistään vuoteen 2035 mennessä. Ilman erillisiä politiikkatoimiakin arviolta 55 prosenttia kaikista maailmassa myydyistä uusista henkilöautoista tulee olemaan täyssähköisiä jo vuonna 2030 (ICCT 2022).

Raskaammassa kalustossa tilanne on epäselvempi, ja niin kaasukäyttöiset polttomoottoriautot kuin vetypolttokennot voivat pitää pintansa pitkään. Joissain erikoistarkoituksissa tällaiset voimalinjat tulevat todennäköisesti säilymään vuosikymmeniä. On kuitenkin täysin mahdollista, että akkujen ja latausmenetelmien (esim. ajon aikana lataus) kehitys johtaa täyssähköisen voimalinjan yllättävänkin hyvään ja ennakoitua nopeampaan menestykseen myös raskaammissa ajoneuvoissa. 

Raporttiin sisältyy alustava laskelma siitä, mitä tarvittaisiin Suomen liikenteen fossiiliriippuvuuden lopettamiseen. Olettaen, yksinkertaisuuden vuoksi, että kaikki henkilö- ja pakettiautot sekä linja-autot olisivat sähköisiä ja kaikki kuorma-autot toimisivat vetypolttokennoilla, fossiilisten liikennepolttoaineiden korvaaminen vaatisi yllä mainittujen lisäksi uutta sähköntuotantoa noin 30 TWh/a, josta hieman alle puolet täyssähköisten autojen lataamiseen ja hieman yli puolet polttokennoautojen tarvitseman vedyn tuottamiseen elektrolyysillä vedestä. Elektrolyysireitin ongelmana on se, että sekä elektrolyysivety että polttokennoajoneuvot ovat vielä toistaiseksi kalliita. Etenkin elektrolyysillä tuotetun vedyn hinta on kuitenkin nopeassa laskussa tekniikan kehittyessä ja sarjavalmistuksen päästessä vauhtiin.

Liikenteen sähköistäminen olisi pitkällä tähtäimellä huomattavasti järkevämpää kuin yritykset tuottaa polttonesteitä biomassasta. Suomessa 2019 käytetyn bensiinin ja dieselin korvaaminen täysimääräisesti biopolttoaineilla vaatisi hakkuiden lisäämistä yli 40 miljoonalla kuutiometrillä vuosittain, kun arvio hakkuiden kestävästä enimmäismäärästä yhteensä on noin 83 miljoonaa kuutiometriä. Biopolttoaineiden tuottaminen vaatii biomassan lisäksi myös merkittävän määrän sähköä: lähtöaineesta ja prosessista riippuen jokainen terawattitunti tuotettua biopolttoainetta vaatii jopa 2 TWh sähköä. 

Olisikin yksinkertaisempaa ja mitä todennäköisimmin halvempaa ohittaa tällaiset energiaa, rahaa ja raaka-aineita haaskaavat välivaiheet ja siirtyä täyssähköiseen liikenteeseen kaikkialla missä se on vain suinkin mahdollista. Biopolttoaineita tullaan todennäköisesti kuitenkin tarvitsemaan mm. lentokoneiden ja mahdollisesti laivojen polttoaineeksi; jälkimmäiseen käyttöön on EU:ssa suunniteltu myös elektrolyysillä tuotetusta vedystä tehtyä ammoniakkia, joka olisi nestemäisiä biopolttoaineita selvästi edullisempaa. 

Biokaasusta voidaan puolestaan odottaa jonkin verran apua liikenteen ja erityisesti raskaamman ja maatalouskaluston fossiiliriippuvuuden vähentämiseen. Optimististen arvioiden mukaan biokaasua voitaisiin tuottaa Suomessa ehkäpä noin 15 TWh, jolla voitaisiin kattaa ehkä noin 30 prosenttia nykyisestä bensiinin (n. 17,2 TWh)  ja dieselin (n. 31,15 TWh) yhteiskulutuksesta. Maaliikenteessä käytettyä kaasua ei kuitenkaan voitaisi käyttää esim. laivojen polttoaineeksi tai sähkön tuotantoon aikoina jolloin esim. tuulivoimasta on pulaa.

Koko fossiilisen energiajärjestelmän korvaaminen liikenteessä on mitä todennäköisimmin niin vaikeaa ja kallista, että täydellistä korvaamista järkevämpi ratkaisu olisi pyrkiä vähentämään liikkumisen ja erityisesti autoilun ja lentämisen tarvetta aina kun se vain on mahdollista. Pyöräilyn, sähköpyöräilyn ja muun kevyen liikenteen edistäminen, julkisen liikenteen kehittäminen, etätyöskentelyn helpottaminen ja yhdyskuntarakenteen tiivistäminen ovat vähintään yhtä tärkeitä toimenpiteitä kuin korvikkeiden valmistaminen.

Näiden lisäksi fossiilisia polttoaineita käytetään kemianteollisuuden raaka-aineena ja, erityisesti, typpilannoitteiden raaka-aineina. Näiden raaka-aineiden korvaaminen on oma, erillinen haasteensa. Kemianteollisuuden raaka-aineista suurin osa voidaan pidemmällä tähtäimellä todennäköisesti korvata eri yhdistelmillä elektrolyysillä tuotettua vetyä ja biomassasta peräisin olevia jalosteita. Typpilannoitetta voidaan tuottaa esimerkiksi elektrolyysillä tuotettua vetyä käyttäen tai apilanurmesta, kuten hyvinkääläisellä Palopuron tilalla (Vairimaa 2020). Vallitseva maatalousjärjestelmä ei kuitenkaan kokonaisuutena ole kestävällä pohjalla esimerkiksi fosforiesiintymien hupenemisen ja viljelysmaan tuhoutumisen myötä. Täydellistä korvaamista todennäköisesti parempi, halvempi ja luotettavampi ratkaisu on siirtyminen vähemmän fossiilisperäisiä syötteitä vaativaan, nykyistä kasvispainotteisempaan maatalousjärjestelmään. 

Yhteenveto

Suomen energiaitsenäisyyden saavuttaminen vaatii kokonaisuutena vähäpäästöisen sähköntuotannon lisäämistä Olkiluoto 3:n käynnistymisen jälkeen karkeasti sanoen vähintään noin 50 TWh, todennäköisesti enemmänkin kun teollisuuden tarpeet huomioidaan. Myös siirtoyhteyksiä muihin EU-maihin ja erityisesti samaan sähköverkkoon kuuluviin Nordpool-maihin on kehitettävä. Samaan aikaan fossiilivapaata lämmöntuotantoa on lisättävä yhteensä noin 33 TWh, tai lämmön tarvetta on mm. eristyksiä parantamalla vähennettävä vastaavasti. Kaukolämmön tuotanto on suurin yksittäinen ongelma, sillä fossiiliset polttoaineet vastasivat noin 18,9 TWh tuotannosta vuonna 2019. Teollisuuden lämmöntuotannosta fossiilisilla tehtiin noin 10,3 TWh. Kaukolämmön korvaaminen ja täydentäminen mm. lämpöpumpuilla ja ylijäävää tuulisähköä hyödyntävillä sähkökattiloilla ja lämpövarastoilla on teknisesti suhteellisen suoraviivaista, mutta teollisuuden tarvitsemien korkeiden lämpötilojen tuottaminen tulee vaatimaan myös polttoaineiden käyttöä. Näiden polttoaineiden ja liikenteessä tarvittavan vedyn ja metaanin tuottamiseksi on ryhdyttävä rakentamaan vedyn, biokaasun ja synteettisen metaanin tuotantoon, varastointiin ja jakeluun sopivaa infrastruktuuria. Olemassaoleva maakaasuverkosto kelpaa sellaisenaan metaanin ja biokaasun jakeluun. Näihin kaasuihin voidaan syöttää lisäksi pieniä määriä (n. 5 %) vetyä. Elektrolyysillä tuotetun vedyn ja biokaasun tuotantoa on ryhdyttävä tukemaan voimaperäisesti vastaavanlaisilla tukiaisilla joilla tuulivoimateollisuus saatiin rakennettua.

Tarvittava rakennusprojekti on suuri, mutta täysin tehtävissä. Mikäli sähköntuotannon lisäys tehtäisiin yksinomaan halvimmalla tavalla eli tuulivoimalla, tarvittaisiin vähintään noin 2 600 (todennäköisemmin yli 3000) uutta 6 megawatin tuuliturbiinia olemassa olevan noin 1000 tuuliturbiinin lisäksi. Kokonaismäärä on pieni verrattuna esimerkiksi maantieteellisesti samankokoisen Saksan jo yli 28 230 maalle ja 1501 merelle rakennettuun tuuliturbiiniin (BWE 2021). 

Todennäköisesti merkittävin pullonkaula tuulivoiman rakentamisessa on hankekehityksen hallitsevien toimijoiden vähäisyys. Siirtymä uusiutuvaan energiaan asettaa myös tuuli- ja aurinkovoimaloiden toimitusketjut koetukselle, mutta toistaiseksi tuotantoa on onnistuttu laajentamaan. Sen sijaan projektien rahoittaminen on todennäköisesti pienempi ongelma: maailmalla on enemmän pulaa hyvistä sijoituskohteista kuin rahasta. 

Lämmön tuottamiseksi lämpöpumppujen määrä on vähintään kaksinkertaistettava nykyisestä. Lämpöpumppujen tuotannon suurimmat pullonkaulat globaalisti ovat tällä hetkellä piirilevyjen ja täyttöaineiden tuotannossa, ja lämpöpumppujen asentajien vähyydessä. Yhteistyössä muiden EU-jäsenmaiden kanssa Suomi voi ryhtyä toimenpiteisiin tuotannon kasvattamiseksi, ja kotimaisin toimin voidaan tukea esim. asentajien koulutusta.

Liikenteen suhteen on tuettava kevyen ja julkisen liikenteen kehittämistä ja siirtymää sähköautoiluun. Sekä sähköpyörien että sähköautojen hankintaa tulee tukea esimerkiksi valtion takaaman energiaomavaraisuuslainan avulla. Samaa lainaa tulee saada myös mm. energiatehokkuusinvestointeihin ja lämpöpumppujen hankintaan. Tavoitteena tulee olla Suomen autokannan mahdollisimman nopea ja täydellinen sähköistäminen. Niiltä osin kuin sähköistäminen ei ole mahdollista eikä esim. ajon aikana lataamiseen tarvittava tekniikka kehity riittävän nopeasti, on tuettava esimerkiksi biokaasun ja polttokennojen käyttöä voimanlähteenä. Siirtymää on tuettava.

Maatalous on irroitettava riippuvuudestaan fossiilipohjaisista ja muuten rajallisista lannoitteista samaan aikaan kun maatalouskoneiden riippuvuus fossiilisista polttoaineista katkaistaan. Siirtymää pois fossiilisesta ja kestämättömästä maataloudesta kohti fossiilitonta ja kestävää tulee tukea, huomioiden tukien rakenteissa esimerkiksi huoltovarmuusnäkökohdat nykyistä paljon pontevammin. Fossiilisista polttoaineista luopuminen on joka tapauksessa väistämätöntä. Siirtymän kiireellisyyttä vain alleviivaavat Ukrainan sota ja uutiset Intiaa ravisuttavista helleaalloista.

Viitatut lähteet

Baldino, C., O’Malley, J., & Searle, S. (2021). Hydrogen for heating? Decarbonization options for households in the European Union in 2050 (p. 12). The International Council on Clean Transportation.

BWE (2021). German Wind Energy in Numbers. Development of wind power supply. https://www.wind-energie.de/english/statistics/statistics-germany/

ICCT (2022). Internal combustion engine phase-outs, through March 2022. The International Council on Clean Transportation. https://theicct.org/ice-phase-outs/ 

Michaux, Simon ym. (2022). Assessment of the scope of tasks to completely phase out fossil fuels in Finland. GTK Report No. 18/2022. https://www.gtk.fi/ajankohtaista/tutkijat-loivat-kuusi-skenaariota-siita-miten-fossiilisista-polttoaineista-voitaisiin-taysin-luopua-suomessa/ 

Millward-Hopkins, J., Steinberger, J. K., Rao, N. D., & Oswald, Y. (2020). Providing decent living with minimum energy: A global scenario. Global Environmental Change, 65, 102168. https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2020.102168

Ohrling, Tiina ym. (2020). Sähköistyvä lämmitys: Lämmityksen sähkönkulutus ja lämpöpumput. Smart Energy Transition, Aalto-yliopisto. http://smartenergytransition.fi/wp-content/uploads/2020/11/S%C3%A4hk%C3%B6istyv%C3%A4-l%C3%A4mmitys.pdf 

Vairimaa, Reetta (2020). Maatalous remonttiin: kun tuotantoa uudistetaan, maaseutu alkaa elpyä. Yliopisto-lehti 1/2020. https://www.helsinki.fi/fi/uutiset/ilmastonmuutos-ja-luonnon-monimuotoisuus/maatalous-remonttiin-kun-tuotantoa-uudistetaan-maaseutu-alkaa-elpya