Miksi ei maalämpöä voida hyödyntää pumppaamalla vettä, vaikka 40 kilometrin syvyyteen ja takaisin?

Nimi: valtsu

17.1.2012

Vastaajat tutkimusprofessori Ilmo Kukkonen, Geologian tutkimuskeskus ja tutkimusjohtaja Antero Aittomäki, Tampereen teknillinen yliopisto:

Kukaan ei ole vielä tähän mennessä kairannut ensimmäistäkään reikää 40 kilometrin syvyyteen. Tieteen näkökulmasta se olisi toki erittäin jännittävä juttu, mutta kairaus olisi tekniseltä vaikeusasteeltaan verrattavissa Mars-lentoon. Syvin kairaus tähän mennessä on tehty Venäjällä Petsamossa 12,2 kilometriin 1970-80 -luvuilla. Tavoitteena oli päästä 15 kilometriin, mutta kallion jännitystila oli liian voimakas. Kivet alkoivat särkyä, eikä reikä pysynyt auki.

Toiseksi, veden pumppaus näin syvään reikään ja takaisin ylös olisi erittäin vaikeaa. Reikä vastaisi vesijohtoa Helsingistä Porvooseen ja vaatisi toimiakseen valtavan määrän energiaa, koska virtausvastus ja kitka olisivat niin suuria. Lisäksi reiän auki pitäminen edellyttäisi putkittamista ja olisi melkoinen ongelma. Energia, joka saataisiin tällaisesta reiästä, ei todennäköisesti vastaisi siitä aiheutuneita kairaus- ja muita kustannuksia.

Kolmanneksi, näin syvälle ei tarvitse edes mennä, silloinkaan, kun halutaan tehdä maan lämpöenergiasta sähköä. Jääkaappien kaltaiseen tekniikkaan perustuvat maalämpöpumput hyödyntävät maan pintakerroksiin sitoutunutta auringon lämpöä ja muutaman kymmenen asteen lämpötilaeroja. Sähkön tuotanto edellyttää paljon korkeampia lämpötiloja. Maan sisuksissa vallitsevia korkeita lämpötiloja voidaan hyödyntää, kun maan lämpötila on vähintään lähemmäs sata astetta. Geotermisesti aktiivisilla alueilla päästään näin korkeisiin lämpötiloihin käsiksi suhteellisen matalilla, usein alle kahden kilometrin syvyyksillä. Parhaissa tapauksissa ei tarvitse kuin puhkaista maan pinta.

Tämä on myös tunnettu pitkään. Italiassa voimaloita kytkettiin geotermisiin lämmönlähteisiin jo noin sata vuotta sitten ja geotermisiä voimaloita toimii useilla mannerlaattojen reuna-alueilla ja muuten geotermisesti aktiivisilla alueilla. Tavallisesti käytetään suoraan kairareiästä ylös purkautuvaa höyryä turbiinien pyörittämiseen. Toinen vaihtoehto on pumpata reikään kylmää vettä, joka sitten pumpataan takaisin maanpinnalle toisesta reiästä paljon kuumempana.

Suomen olosuhteissa olisi kaivauduttava arviolta noin 6-8 kilometrin syvyyteen, jotta maan lämpötila olisi tuo vaaditut sata astetta. Kairaus näin syvälle on hyvin kallista, koska tarvitaan raskaita kairaustekniikoita, joita käytetään myös muun muassa öljynporauksessa. Syvin kairaus tähän mennessä Suomessa ulottuu 2,5 kilometriin. Se kairattiin Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) toimesta muutama vuosi sitten Outokumpuun. Lämpötila oli reiän pohjalla vasta 40 astetta, koska Suomi on yksi maailman vanhimmista kallioperäalueista. Maankuori on täällä viileää, stabiilia ja paksua. Kuoren paksuus vaihtelee Suomessa 42 kilometristä 63 kilometriin. Vielä kuoren alapuolellakin on kiinteää kiveä aina noin 250 kilometrin syvyyteen.

Kairauskustannusten vuoksi maanlämpökaivojen porauksessa käytetään huokeampia iskuporaustekniikoita, eikä kaivoa kannata tehdä paria sataa metriä syvemmäksi. Vesi on periaatteessa paras lämmönsiirtoaine ja parempi kuin maalämpöpumppujen käyttämä vesialkoholiseos. Silkkaa vettä ei kuitenkaan voida Suomen olosuhteissa käyttää maalämpökaivoissa, koska porareiän lämpötila laskee meillä nollan alapuolelle ja reiässä kiertävä vesi voisi jäätyä. Niinpä alkoholia lisätään jäätymisen estämiseksi.