Teknologiaosaajia tarvitaan

Ihmiskunta on jälleen kerran suuren haasteen edessä. Tällä kertaa syynä ovat ilmaston lämpeneminen ja tarve siirtyä nopealla aikataululla kohti hiilidioksidivapaata energiajärjestelmää. Fossiilisen energian tuotannosta ja käytöstä vapautuvat kasvihuonekaasut rajoittavat lämpösäteilyä maan ilmakehästä avaruuteen, jonka seurauksena ilmaston ja merien lämpötilat nousevat.

Lämpötilan nousu johtaa lukuisiin ongelmiin kuten jäätiköiden sulamiseen, merenpinnan nousuun ja poikkeuksellisiin sääilmiöihin. Pahimmillaan ilmaston lämpenemisen seuraukset ovat ihmiskunnan kannalta katastrofaalisia.

”Ensimmäistä kertaa meidän pitäisi myös luopua vallalla olevasta massiivisesta energiajärjestelmästä ja korvata se suurelta osin uudella.”

 

Ihmiskunta on aiemminkin kohdannut lukuisia merkittäviä haasteita. Tällä kertaa meillä on kuitenkin ehkä ensimmäistä kertaa käsissämme aidosti globaali ongelma, joka ei tunne maantieteellisiä rajoja ja joka ei ratkea siirtämällä ongelmia pois silmistä muiden huoleksi. Ensimmäistä kertaa meidän pitäisi myös luopua vallalla olevasta massiivisesta energiajärjestelmästä ja korvata se suurelta osin uudella. Tähän mennessä uudet innovaatiot ovat pääasiassa täydentäneet vanhaa järjestelmää.

Kasvihuonekaasujen määrä on kasvanut nopeasti teollisten vallankumousten seurauksena. Ennen 1700- ja 1800-lukujen nopeata teknologian kehitystä energia tuotettiin lähinnä tuuli- ja vesivoimalla sekä ihmisten ja eläinten fyysisen työn avulla. Höyrykoneen keksiminen helpotti ihmisten ja eläinten työtä ja antoi vapauden sijoittaa tehtaat, myllyt, sahat ja muut laitokset työvoiman ja logistiikan kannalta edullisiin paikkoihin – eikä vain sinne, missä vesivoimaa oli riittävästi saatavana. Samalla energiaa saatiin käyttöön silloin, kun sitä tarvittiin – eikä vain silloin kuin tuuli riittävästi tai vesivoimaa oli tarjolla.

Puuhiilen käytön korvaaminen kivihiilellä säästi metsiä, jotka uhkaavasti vähenivät raudan tuotannon lisääntyessä ja kiihtyvän rakentamisen, laivojen varustelun ja lämmittämisen seurauksena. Öljyn käyttö puolestaan korvasi valaanrasvan käytön valaistuksessa. Se myös tarjosi mahdollisuuden polttomoottoreiden kehittämiselle mikä oli edellytyksenä ajoneuvoteollisuuden kasvulle. Reilut sata vuotta sitten kilpailu autojen pääasiallisesta voimanlähteestä käytiin bensiinin, höyryn ja sähkön välillä. Näistä kolmesta sähkö alkoi päästä voitolle, mutta ongelmaksi muodostuivat auton akut. Sähköautojen lyhyt toimintasäde ja akkujen lataamisen haasteet avasivat tien polttomoottoreille.

Viimeisen iskun antoi Henry Fordin kehittämä bensiinikäyttöisten autojen massavalmistus ja hintojen lasku tasolle, joka mahdollisti auton hankinnan isoille kansanryhmille.

Teollisten vallankumousten seurauksena kasvihuonekaasujen määrä ilmakehässä lisääntyy hälyttävällä nopeudella. Tarve vähentää hiilidioksidipäästöjä merkittävästi lähimpien 30 vuoden aikana on ilmeinen. Ongelman kokoluokka on valtava. Ihmiskunta kuluttaa tällä hetkellä noin 5 800 000 000 000 litraa öljyä ja noin 3 700 000 000 öljyekvivalenttitonnia hiiltä vuodessa. Maateillä liikkuu noin miljardi polttomoottoria.

Ratkaisuina ilmasto-ongelmaan nähdään siirtyminen fossiilisesta energiasta kohti uusiutuvaa energiaa, ennen muita aurinko- ja tuulienergiaan, siirtyminen polttomoottorikäyttöisistä autoista ja työkoneista sähkökäyttöisiin, koko energiajärjestelmän tehokkuuden parantaminen ja ihmisten kulutuskäyttäytymisen muutokset.

”Aurinkokennot ovat kehittyneet hurjaa vauhtia ja niiden hinta on pudonnut jyrkästi. Suurimittaiseen energian varastointiin haetaan vielä tehokkaita ratkaisuja.”

 

Aurinkoenergiaa on tarjolla rajattomasti ja useimmissa ennusteissa siitä ennustetaan tulevaisuuden suurinta energialähdettä globaalilla tasolla. Haasteena on parhaan auringonpaisteen ajoittuminen keskipäivään kulutuksen huipun osuessa myöhäiseen iltapäivään ja iltaan. Aurinkokennot ovat kehittyneet hurjaa vauhtia ja niiden hinta on pudonnut jyrkästi. Suurimittaiseen energian varastointiin haetaan vielä tehokkaita ratkaisuja. Akkujen lisäksi tarjolla on erilaisia vaihtoehtoisia tapoja varastoida auringosta saatavaa lämpöenergiaa tarvehuippujen varalle.

Tuulivoimaloiden hyötysuhde ja koko ovat kasvaneet nopeasti ja samalla tuulella tuotettavan energian hinta on laskenut kilpailukykyiselle tasolle. Monin paikoin tuulivoimasta uskotaan saatavan merkittävä energialähde korvaamaan fossiilienergiaa. Tuulen kohdalla törmätään samantyyppisiin haasteisiin kuin aurinkoenergian kanssa: Tuulivoiman saatavuuden vaihteluiden vuoksi suuria määriä energiaa on pakko pystyä varastoimaan nykyistä tehokkaammin.

Akkujen käyttö lisääntyy nopeasti myös ajoneuvoissa korvattaessa polttomoottoreita sähkökäytöillä. Autojen määrä kasvaa nopeasti erityisesti Aasiassa. Prosentuaalisesti akkukäyttöisten autojen määrä kasvaa nopeasti, mutta määrällisesti tämä ei vielä ole riittänyt kääntämään polttomoottoriautojen määrän kasvua alaspäin. Sähköautojen haasteina ovat edelleen akkuteknologia, akkujen lataaminen sekä lataamiseen tarvittava infrastruktuuri. Toimintasäteen kasvattamiseksi auton painoa pyritään optimoimaan siirtymällä teräsrakenteista alumiiniin ja hiilikuituihin.

”On ilmeistä, että maailma tarvitsee nopeasti uusia teknologioita, joilla kriittiset raaka-aineet saadaan riittämään tulevaisuuden tarpeisiin.”

 

Energian varastointiin ja akkuteknologiaan liittyvät haasteet ovat keskeisiä siirryttäessä kohti hiilivapaata uusiutuvaa energiaa. Akkujen, sähkömoottorien ja muiden uusiutuvan energian avainkomponenttien valmistamiseen tarvittavien raaka-aineiden määrä kasvaa lähivuosikymmeninä räjähdysmäisesti. Nykytekniikalla tämä tarkoittaa erityisesti mm. koboltin, litiumin, grafiitin, nikkelin, kuparin sekä harvinaisten maametallien tuotantomäärien erittäin voimakasta kasvua. Koboltin suurin tuottaja tällä hetkellä on Kongon demokraattinen tasavalta, suurimmat litiumvarannot ovat Etelä-Amerikassa, suurin grafiitin tuottaja on Kiina ja Indonesia on merkittävä nikkelin tuottaja. Monille näistä alueista on tyypillistä merkittävät työolosuhteisiin ja ympäristöön liittyvät ongelmat sekä poliittiset riskit. Volyymien kasvattaminen edellyttäisi kaivostoiminnan nopeata kasvua ja tehokkuuden lisääntymistä.

On ilmeistä, että maailma tarvitsee nopeasti uusia teknologioita, joilla kriittiset raaka-aineet saadaan riittämään tulevaisuuden tarpeisiin. Akkutekniikka kehittyy ja rinnalle haetaan muita vaihtoehtoja, kuten vetyyn perustuvia polttokennoja ja biopolttoaineita. Tärkeää roolia näyttelee myös perinteisen polttomoottoritekniikan edelleen kehittäminen.

”Maailma tarvitsee tulevaisuuden teknologiaosaajia.”

 

Ihmiskunta on ajautunut tilanteeseen, jossa massiivinen energiajärjestelmä pitää merkittävässä laajuudessa uudistaa muutaman vuosikymmenen aikana. Samaan aikaan maailman väkiluku kasvaa ja entistä suurempi osa ihmisistä muuttaa suuriin kaupunkeihin, joiden huoltaminen ja joissa liikkuminen vaativat mittavia lisäpanostuksia. Elintason kohentuminen on kautta historian tarkoittanut myös energian kulutuksen kasvua. Kaikki nämä yhdessä luovat suuren tarpeen uusien innovaatioiden ja uusien teknologioiden käyttöönottoon sekä energiatehokkuuden merkittävään kehittämiseen. 1700- ja 1800-luvuilla maailma muuttui nopeasti maatalousvaltaisesta teolliseen. Silloinkin väkiluku kasvoi, elintaso kohentui, kaupungit kasvoivat ja liikkuminen ja kuljettaminen lisääntyivät. Muutos oli mahdollinen monien rinnakkaisten uudistusten ja innovaatioiden avulla. Samalla tavalla tämän hetkinen ihmiskunnan suuri haaste edellyttää vaihtoehtoisten ja toisiaan täydentävien teknologioiden ja toimintamallien käyttöönottoa. Maailma tarvitsee tulevaisuuden teknologiaosaajia. Heidän roolinsa ja työnsä tulosten merkitys tulee olemaan ratkaisevassa asemassa suurten käsillä olevien haasteiden ratkaisemisessa.