Uusiutuva energia

Määritelmä

Uusiutuvat energiamuodot hyödyntävät lähteitä, jotka ovat inhimillisestä näkökulmasta katsoen loputtomia tai uusiutuvia. Tämä määritelmä on aiheuttanut toisinaan kädenvääntöä; Jos sinänsä uusiutuvaa energialähdettä hyödynnetään nopeammin kuin se uusiutuu, käyttö ei enää kuulu uusiutuvan energian piiriin. Tyypillinen esimerkki tällaisesta ongelmasta on turpeenpoltto: turve periaatteessa uusiutuu soissa, mutta turvekerros vaatii syntyäkseen jopa tuhansia vuosia. Turve luetaankin hitaasti uusiutuvaksi biomassapolttoaineeksi.
Uusiutuvista lähteistä saatavaksi energiaksi määritellään aurinko-, tuuli-, vesi-, aalto- ja vuorovesienergia sekä bioenergia johon kuuluvat biokaasu, puuperäiset polttoaineet, peltobiomassat ja biohajoava osa kierrätyspolttoaineista. Myös ydinvoima voitaisiin määritellä uusiutuvaksi energiaksi, jos uraani otettaisiin merivedestä, jossa sitä on käytännössä rajattomasti. Toistaiseksi uraanin erottaminen merivedestä on kuitenkin liian kallista.
Jätteenpoltto on uusiutuvaa energiaa ainoastaan silloin, kun poltettava jäte on peräisin uusiutuvasta lähteestä. Esimerkiksi jätelauta, joka on valmistettu puusta, on uusiutuva polttoaine, mutta jätemuovi on fossiilinen energialähde, sillä se on valmistettu öljystä. Kuitenkin jätteen poltto energiaksi katsotaan usein suotavammaksi, mikäli sillä voidaan korvata fossiilisten energianlähteiden käyttöä.

Auringon säteily

Käytännössä suurin osa uusiutuvista energialähteistä hyödyntää jollain tavoin prosessoitua auringon energiaa. Auringon sisäisten fuusioreaktioiden energia saapuu maapallolle pääosin sähkömagneettisena säteilynä. Suorin tapa tämän energian hyödyntämiseksi on aurinkoenergia, jossa auringon säteily kerätään joko aurinkopaneelein tai peilein. Ongelmana menetelmässä on se, että toistaiseksi aurinkopaneelien hyötysuhde on heikko.
Pieni osa auringon säteilemästä energiasta varastoituu fotosynteesin kautta kasvien tuottamaan biomassaan. Mikäli syntynyttä biomassaa poltetaan enintään samalla tahdilla kuin se uudistuu, nettohiilidioksidipäästöt jäävät olemattomiksi. Käytännössä biomassa on raskasta, kosteaa ja vie paljon tilaa, minkä vuoksi sitä joudutaan useissa käyttötarkoituksissa kuivaamaan tai jatkojalostamaan esimerkiksi briketeiksi tai polttonesteiksi. Tämä luonnollisesti syö osan biomassaan sitoutuneesta energiasta.
Auringon energia pyörittää myös suurinta osaa Maan fysikaalisista prosesseista; se höyrystää vettä meristä pilviksi ja aiheuttaa tuulia ylläpitävät ilmakehän paine-erot. Tämän vuoksi myös vesi-, tuuli- ja aaltovoima hyödyntävät välillisesti auringon energiaa. Sen sijaan vuorovesivoima, joka on toistaiseksi kokeellisella asteella, hyödyntää pääasiassa maapallon ja Kuun rataliikkeen pyörimisenergiaa.

Ydinreaktiot Maassa

Maan sisällä olevien radioaktiivisten aineiden hajoaminen on hidas, uusiutumaton prosessi, joka tulee kuitenkin kestämään ainakin satoja miljoonia vuosia. Radioaktiiviset yhdisteet ovat nykyisen tähtitieteellisen käsityksen mukaan muodostuneet aikoinaan supernovaräjähdyksessä, jossa maapallon raskaat alkuaineet saivat syntynsä. Koska prosessin jäljellä oleva kesto on kuitenkin pitkä jopa geologisessa aikaskaalassa, voidaan myös maapallon sisäistä lämpö käyttävä geoterminen energia käsittää helposti uusiutuvaksi energialähteeksi.
Nykymuotoinen fissioon pohjatuva ydinvoima voitaisiin määritellä uusiutuvaksi energiantuotannoksi, jos uraani otettaisiin merivedestä. Toistaiseksi ydinvoimaloissa käytetään kuitenkin maaperästä kaivettua uraania, koska merivedestä eristettävä uraani on kalliimpaa. Merivedessä uraania on käytännössä rajattomasti, ja maaperästä liukenevaa uraania kulkeutuu meriin jatkuvasti lisää. Nykyään kaupallisessa käytössä olevat ydinreaktorit käyttävät uraania tehottomasti, sillä reaktoreissa syntyvä fissiili plutonium, joka olisi erittäin tehokas ydinpolttoaine, jää usein erottelematta ja se loppusijoitetaan ydinjätteenä. Hyötöreaktorikonsepteissa on pyritty yhdistämään erilaisia säteilytys–reaktioketjuja, joilla lisättäisiin fissiilin materiaalin tuotto osaksi polttoainekiertoa. Usein näissä menetelmissä hyödynnetään maankuoressa yleistä torium-232-isotooppia, josta neutronisäteilytyksellä saadaan fissiiliä uraani-233-isotooppia, tai pyritään tuottamaan uraani-238:sta fissiiliä plutonium-239-isotooppia. Hyötöreaktori pystyy käydessään tuottamaan jopa enemmän polttoainetta kuin kuluttaa. Kehittyneillä polttoainekierroilla maapallon ydinpolttoainevarat riittäisivät ainakin vuosituhansiksi. Ongelmana hyötöreaktoreissa on kuitenkin niiden tekninen vaikeus sekä eräiden mallien soveltuvuus ydinaseiden kehittelyyn.
Fuusioenergia, jonka lähteenä käytettäisiin vedyn deuterium-isotooppia olisi uusiutumatonta energiaa, sillä kerran heliumiksi muunnettua deuteriumia ei voida palauttaa alkuperäiseen muotoonsa käyttämättä runsaasti energiaa. Käytännössä maapallon deuteriumvarat ovat kuitenkin inhmillisesti katsoen hyvin suuret, minkä vuoksi vielä kokeellisella tasolla olevaa fuusiovoimaa voisi pitää uusiutuvana energialähteenä.

Poliittinen edistäminen ja investointien kasvu

Paikalliset hallinnot pyrkivät monilla tavoin edistämään uusiutuvan energian käyttöä ja vähentämään kasvihuonepäästöjä. Erilaisia tavoitteita ja kannustimia on esitetty erityisesti vuosina 2005–2010. Yleisimmin uusiutuvan energian tuottamiseen kannustetaan syöttötariffilla, mutta myös investointituet ja verovähennykset ovat tavallisia kannustimia. Kaiken kaikkiaan uusiutuvien energioiden edistämisen trendi on ollut nouseva viimeiset 15 vuotta.
Vuonna 2007 Euroopan unioni sopi ns. 20–20–20-tavoitteet, joiden yhtenä osana pyritään kasvattamaan uusiutuvien energialähteiden osuus 20 %:iin EU:n energian loppukulutuksesta vuoteen 2020 mennessä. Keskimäärin tämä tarkoittaa 13 prosenttiyksikön lisäystä uusiutuvien energioiden osuuteen jokaisessa EU-maassa vuosien 2007–2020 aikana. Tämän lisäksi tavoitteissa pyritään lisäämään biopolttoaineiden osuus 10 %:iin liikenteen polttoaineista.
Vuonna 2009 uuteen uusiutuvan energian kapasiteettiin ja voimaloihin investoitiin 150 miljardia dollaria, siinä missä vastaavat investoinnit olivat vuonna 2004 30 miljardia dollaria. Kasvu on ollut voimakasta muun muassa sen vuoksi, että useat valtiot ovat tukeneet alaa taloudellisesti pyrkiessään nousemaan taloustaantumasta.

Investointi

Investoinnit uusiutuvaan energiaan ovat olleet voimakkaassa kasvussa viime vuosina. Vuonna 2009 uuteen uusiutuvan energian kapasiteettiin investoitiin 150 miljardia dollaria. Voimalamittakaavan tuulivoimaan tästä investoitiin 60 %; suurta prosenttiosuutta selittää tuulivoiman voimakas lisääntyminen Kiinassa. Aurinkovoiman (PV) suuremman mittakaavan investoinnit laskivat suhteessa vuoteen 2008, mikä selittyy osaltaan komponenttien halpenemisella. Investoinnit uusiin biopolttoainetehtaisiin vähenivät verrattuna edelliseen vuoteen, kun Yhdysvaltain ja Brasilian tuotannossa oli vaikeuksia.
Valtiot sijoittivat uusiutuvan energian tukiin vajaa 200 mrd. dollaria vuoden 2008 loppupuolen ja vuoden 2009 lopun välillä. Tosin näistä tuista alle 10 % käytettiin vuonna 2009.
Vuonna 2013 vuosittain asennetusta sähköntuotanto kapasiteetista ensi kertaa uusiutuvaa oli enemmän kuin fossiilista. Uusiutuvaa oli 143 GWh ja fossiilista 141 GWh.

Yritystoiminta

Vuonna 2007 uusiutuvan energian 140 suurimman yrityksen markkina-arvo oli yhteensä yli 100 miljardia Yhdysvaltain dollaria. Vuoden 2007 puolivälissä maailmassa oli markkina-arvoltaan yli 40 miljoonan dollarin uusiutuvan energian yrityksiä 140 kappaletta. Vuonna 2006 puolivälissä maailmassa oli 85 kappaletta yli 40 miljoonan dollarin yritystä. Silloin näiden yritysten yhteisarvo kaksinkertaistui vuodessa 50 miljardiin dollariin. UNEP:in mukaan uusiutuvan energian yrityskauppoja tehtiin vuonna 2006 17 miljardin dollarin arvosta. Myös kehitysmaat ja perinteiset energiayhtiöt ostivat uusiutuvan energian yrityksiä. Kestävän kehityksen rahastoja oli 180 kappaletta.

Maailma

Vuosina 2000–2007 uusiutuvan energian (UE) lisäys oli: Euroopan unioni 460 TWh, Yhdysvallat 140 TWh ja Kiina 91 TWh. UE kokonaiskulutus oli suurinta Aasiassa, Kiinassa ja Afrikassa ja vähäisintä Venäjällä. UE kokonaismäärän prosentuaalinen lisäys oli suurin EU:ssa ja Latinalaisessa Amerikassa, joissa se oli noin kaksinkertainen maailman keskiarvoon verrattuna.