Seuraa sähköpostitse

torstai 31. maaliskuuta 2016

60-100 % energiasta uusiutuvilla 2030?

Uusiutuvan energian osuus energiankulutuksesta vuonna 2030 on arviolta 60 %, mikäli nykyinen investointien kasvutahti jatkuu. Futuristi Ray Kurzweil ennakoi, että aurinkoenergia kattaa 100 % energiasta vuonna 2030. Miten nämä visiot vertautuvat aiempiin energiamurroksiin ja mikä on toisin tällä kertaa? 




Nykyisiin kasvulukuihin katsoen näyttää siltä, että vuonna 2030 jopa 60 % energiasta tuotetaan uusiutuvalla energialla (lähde). Futuristi Ray Kurzweil arvioi, että noin vuonna 2030 kaikki energia tuotetaan aurinkoenergialla. Vuosien 1990-2014 välillä fossiilisen energian osuus energiankulutuksesta oli hämmästyttävän vakaa ollen koko ajan välillä 87 - 90 % (BP Statistical Review of World Energy 2015). Tulevaisuudesta emme tiedä, mutta aiempiin energiamurroksiin tutustuminen ei ole ainakaan haitaksi kun arvioidaan tulevaa. Sen lisäksi yritän lyhyesti hahmottaa, että mitä on nyt toisin aiempiin energiamurroksiin nähden. Otan vuoroin pessimistisen ja optimisten näkökulman uusiutuvaan energiaan.


Energiamurros 1: puusta kivihiileen

Kivihiili on puuta paljon energiatiheämpi, helpommin säilytettävissä ja runsaammin saatavissa oleva energiankantaja, mutta kivihiileltä meni yllättävän pitkään ohittaa puu energianlähteenä globaalilla tasolla. Vuonna 1840 kivihiilen osuus energiankulutuksesta oli 5 % ja vasta 1900-luvun ensimmäisinä vuosina kivihiili oli puuta selvästi merkittävämpi energiankantaja energiankulutuksella mitaten. 1800-luku ei ollut kivihiilen vuosisata, kuten usein luullaan, sillä suurin energiamäärä 1800-luvulla tuli puusta.

Kuva 1. Kivihiilen osuus energiankulutuksesta. Lähde: Smil, 2010.

Energiamurros 2: kivihiilestä öljyyn

Miten sitten öljy? Öljy on kivihiiltä energiatiheämpi, helpommin kuljetettava ja koostumuksensa ja olomuotonsa ansiosta paremmin erilaisiin kemiallisiin prosesseihin soveltuva. Ensimmäiset öljylähteet olivat energiapanoksen tuottokertoimeltaan (EROEI) suuria ja niistä öljy suihkusi korkealle ilmaan omalla paineellaan. Öljyn luulisi ohittaneen kivihiilen energiankulutuksessa muutamassa vuosikymmenessä. Totuus on kuitenkin toinen. Öljy ohitti energiankulutuksessa kivihiilen vasta 1960-luvulla. Siitä kun öljyn osuus oli 5 % kokonaisenergiankulutuksesta eli vuonna 1915 kului 60 vuotta, että öljyn osuus energiankulutuksesta kasvoi 40 prosenttiin. Öljy mahdollisti polttomoottorin kehityksen, laajan kemianteollisuuden, maatalouden koneellistamisen, massaturismin ja paljon muuta, mutta tämä murros kesti yllättävän pitkään.

Kuva 2. Öljyn osuus energiankulutuksesta. Lähde: Smil, 2010.


Energiamurros 3: öljystä maakaasuun ja ydinvoimaan

Mitä öljyn jälkeen? Ensimmäisenä voisimme tarkastella maakaasua. Ehkä mielekkäämpää on kuitenkin ottaa sekä maakaasu että ydinvoima yhdessä tarkasteltavaksi, sillä molempia käytetään paljon sähköntuotantoon ja molemmilla korvattiin sähköntuotannossa käytettyä öljyä öljykriisien jälkeen. Markkinaosuuden voittaminen energiankulutuksesta hidastuu edelleen, sillä 60 vuodessa (1930-1990) näiden kahden energiamuodon osuus energiankulutuksesta kasvoi 3 prosentista 26 prosenttiin. Luonnollisesti tulos näyttäisi vielä vaatimattomammalta, mikäli tarkasteltaisiin vain toista näistä energiamuodoista.

Kuva 3. Maakaasun ja ydinvoiman osuus energiankulutuksesta. Lähde: Smil, 2010.

Energiamurrosten opetukset

Jokainen energiamurros uuden energiankantajan suhteen on siis ajan kuluessa säännönmukaisesti hidastunut (ks. kuva alla). Miksi näin on ollut? Ensimmäinen mieleen tuleva selitys on sattuma. On kuitenkin aihetta epäillä, että kyse ei ehkä ole sattumasta. Yhtenä syynä voi olla se, että teknologinen monimutkaisuus on samalla kasvanut (polttomoottorit ja kaasuturbiinit ovat paljon höyrykonetta monimutkaisempia).Toisena syynä voi olla se, että maailmantalouden koko ja samalla energiankulutus on kasvanut taustalla eli tuotantopääomaa on vaadittu murros murrokselta huomattavasti enemmän kuin aiemmin. Yksittäisen energiankantajan tai energiamuodon olisi näin koko ajan vaikeampi voittaa markkinaosuutta. Varsinkin paljon energiaa asukasta kohti kuluttavissa maissa on paljon infrastuktuuria, kuten liikenne- ja energiajärjestelmät, joiden elinkaari on pitkä, mikä hidastaa muutosta ja näyttäytyy eräänlaisena polkuriippuvuutena.

Yksittäisissä maissa ja teknologioissa on toisaalta kokemuksia nopeista energiasiirtymistä. Hollannissa maakaasu saavutti 25 prosentin osuuden energiankulutuksesta vain 10 vuodessa (1960-luvulla). Ruotsissa tehokkaampi valaistus saavutti 25 prosentin markkinaosuuden seitsemässä vuodessa 1990-luvulla. Näyttää kuitenkin yleisesti siltä, että mitä suurempi on mittakaava (energiankulutus ja väestö, johon energiasiirtymä vaikuttaa), niin sitä kauemmin aikaa energiasiirtymät vievät. Kuwaitissa on paljon pienempi väestö kuin Ranskassa, joten ei ole yllättävää, että ydinvoimalta vei 11 vuotta saavuttaa 25 prosentin markkinaosuus sähkön tuotannosta Ranskassa, kun Kuwaitissa öljy ja sähkö saavuttivat 25 prosentin markkinaosuuden vain kahdessa vuodessa. Tähän kuvaan sopii se, että flexi-fuel autot saavuttivat Brasiliassa 25 prosentin osuuden myydyistä uusista autoista vuodessa, mutta uusia autoja myytiin hyvin vähän suhteutettuna Brasilian väestöön.

Ilmastointi on mielenkiintoinen esimerkki energian loppukäytöstä ja auttaa hahmottamaan mittakaavoja. Ilman suuria muutoksia olemassa olevaan lämmitysjärjestelmään asennettava ilmastointi tuli massatuotteeksi Yhdysvalloissa vuonna 1947. Jo vuonna 1970 yli 24 miljoonaa asuntoa oli ilmastoitu ja niissä asui yli 50 miljoonaa asukasta. Ilmastoinnin käytön kasvuun oli intressejä ilmastointilaitteiden valmistajien lisäksi sähköyhtiöillä, jotka saivat lisättyä sähkönmyyntiään ilmastoinnin avulla. Nykyään noin 90 % amerikkalaisista kodeista on ilmastoitu ja näissä laitteissa kuluu enemmän sähköä kuin Afrikka kokonaisuudessaan käyttää. Yhdysvalloissa käytetään autojen ilmastointiin bensiiniä määrä (7-10 miljardia gallonaa vuodessa), joka vastaa suuruusluokaltaan Suomen, Tanskan ja Norjan yhteistä öljyn kulutusta.

Eri energiasiirtymien vertailu on hankalaa siinä(kin) mielessä, että flexifuel-autot eivät vaadi suurta muutosta ympäröivään infrastruktuuriin, mutta siirtyminen kivihiilestä öljyyn oli yhteydessä öljynjalostamojen rakentamiseen, polttomoottorin yleistymiseen, teiden rakentamisiin jne.

Uusi uusiutuva energia (kuten tuuli ja aurinko) on nyt markkinaosuudeltaan jotakuinkin tilanteessa, jossa kivihiili oli noin 1840, öljy vuonna 1915 ja maakaasu vuonna 1930. Jos uusiutuva energia tulee saavuttamaan 60 prosentin osuuden vuonna 2030, niin se kehitys on jotakuinkin alla olevan kuvan mukaista suhteessa aiempiin energiamurroksiin. Tämä on huikea visio sitäkin taustaa vasten, että vuonna 1990 eli 25 vuotta sitten 90 % kaikesta energiasta tuotettiin fossiilisella energialla, kun osuus tänään on 87 %. Mikäli Kurzweil tulee olemaan oikeassa, niin keltainen käyrä kuvassa on vielä paljon jyrkempi.

Kuva 4. Energiamurrokset ja nykyinen uusiutuvien investointitahti 2030 asti.


Teknopessimistinen näkökulma uusiutuvaan energiaan

Miksi on perusteita epäillä näin nopeaa uusiutuvan energian kehitystä? Ensimmäinen peruste on se, että mittakaavan kasvaessa uuden energiamuodon näyttäisi olevan vaikeampi syrjäyttää edellisiä (vuonna 2014 maailmassa käytettiin 3,5-kertaisesti se määrä energiaa kuin käytettiin vuonna 1965). Toinen tekijä on se, että teknologioista tulee monimutkaisempia. Tuulivoima on nykyisin vaativa toimiala, mitä kuvastaa se, että alan neljä suurinta yritystä toimitti noin 40 % kaikesta uudesta tuulivoimalakapasiteetista vuonna 2014. Suuria kaasuturbiineja valmistaa myös vain kourallinen suuryrityksiä. Kolmas asia on se, että aurinko- ja tuulivoiman tehotiheys on pieni, jolloin ne tarvitsevat paljon pinta-alaa. Aurinkopaneeleja voidaan tosin asentaa katoille ja sellaiseen infraan, jolle ei ole muuta käyttöä. Neljäs peruste epäillä nopeaa kehitystä on se, että teollisten maiden infrastruktuuri on rakentunut halvan ja aina saatavilla olevan energian varaan eikä peritty infrastruktuuri korvaudu hetkessä, vaikka auringonpaiste ja tuuli sinänsä on ilmaista.

Nykyinen fossiilista energiaa käyttävä kalusto on kuoletettava ennen kuin siitä voidaan luopua. Kiinan voi varovaisesti arvioiden laskea investoineen pelkästään hiilivoimaloihin noin 500 miljardilla dollarilla 2000-luvulla. Vaikka uusiutuva energia olisi ilmaista, niin on mahdollista, että kivihiiltä poltetaan noissa voimaloissa niin kauan kuin niiden investoinnit on kuoletettu. Kivihiilivoimalaitosten kaupallinen elinikä on kymmeniä vuosia. Viides peruste on se, että uusiutuvan energian energiaylijäämä (varsinkin jos varastointitarvetta on ja se huomioidaan), on merkittävästi pienempi kuin fossiilisen energian (keskimäärin).

Voiko teollinen sivilisaatio, jossa materiaalinen tuotanto kasvaa eksponentiaalisesti ja koko maailma tavoittelee globaalin pohjoisen elintasoa, ylipäätään toimia matalan energiatiheyden aurinko- ja tuulienergialla? Ted Trainer on yksi tunnetuimmista niistä jotka sanovat ei ja Mark Jacobson yksi tunnetuimmista, jotka sanovat kyllä. Kuudes peruste on se, että nyt vaadittavan siirtymän mittakaava on niin laaja, että joistakin metalleista voi tulla pulaa. Yleisemmällä, filosofisemmalla tasolla voidaan pohtia sitä, että ensi kertaa energiasiirtymä kulkee varannoista (kivihiili, öljy, maakaasu, ydinvoima) virtoihin (aurinko, tuuli jne.) päin. Onko tämä etu vai haaste? Palaan jäljempänä siihen, että mikä puoltaa nopeaa energiasiirtymää pois fossiilisesta energiasta.

Vaihtelevan uusiutuvan energian (tuuli ja aurinko) osuus on globaalisti vielä niin pieni, että niiden mahdolliset haitat eivät ole vielä suuret. Mikäli niiden osuus kasvaa eikä energian varastointi ja/tai kysyntäjoustot kehity tarpeeksi nopeasti, niin uusiutuvan energian rajakustannukset saattavat kasvaa nopeasti. Tuuli- ja aurinkoenergian arvo on pienillä osuuksilla sähköntuotannossa jopa korkeampi kuin muun sähkön ainakin Saksassa (paikalliset erot voivat olla suuret). Kun aurinkoenergian osuus kasvaa sähköntuotannossa 15 prosenttiin, niin sähkön arvo on enää 50-80 % sähkön markkina-arvosta. Tässä ei ole huomioitu säätävien laitosten ja verkkointegroinnin kustannuksia vaan ainoastaan tuotetun sähkön arvo suhteessa muun sähkön arvoon. Tuulivoima ei ole yhtä herkkä sähkön suhteellisen markkina-arvon laskulle, mutta sama ilmiö on havaittavissa silläkin. Uusiutuvaa, tuotannoltaan vaihtelevaa sähköntuotantoa on tasattava joko varastoimalla energiaa tai kysyntäjoustoilla, jotta sen osuus voi lähestyä 100 %. Nykyisin ongelmia tulee jo paljon aiemmin. Älykäs sähköverkkokaan ei rakennu ilmaiseksi, vaikka toisaalta sähköverkkoihin on investoitava joka tapauksessa paljon lähivuosikymmeninä useissa maissa. Uusiutuvan energian tuotantokustannukset ovat toisaalta laskeneet voimakkaasti, varsinkin aurinkosähkön kohdalla.

Energia ei ole pelkästään sähköä

Usein ajatellaan, että energia on sähköä. Sähkön osuus on kuitenkin vain noin 15 % globaalista kokonaisenergian kulutuksesta (IEA, vuosi 2012), vaikkakin se on ollut hitaassa nousussa jo pitkään ja sen arvioidaan nousevan edelleen. Ero ei ole kuin muutama prosenttiyksikkö OECD:n ja muun maailman välillä eli suurta merkitystä ei ole tässä mielessä sillä, että painottuuko talouden kasvu jatkossakin OECD-järjestöön kuulumattomiin maihin. Vaikka kaikki sähkö tuotettaisiin uusiutuvilla, niin vasta alle viidennes energiankulutuksesta katettaisiin uusiutuvalla energialla. Toki edullinen ja vähäpäästöinen sähkö olisi iso askel, sillä sähköllä voidaan esimerkiksi lämmittää usein edullisesti ja tehokkaasti (lämpöpumput) ja sillä voitaisiin ainakin teoriassa valmistaa kaasumaisia ja nestemäisiä polttoaineita liikenteeseen. Esimerkiksi professori Raimo Lovio arvioi, että 30-40 prosenttia sähköstä tuotetaan globaalisti auringolla ja tuulella 20-30 vuoden kuluttua. Tämä on siis aivan eri asia kuin sanoa, että 30-40 % kokonaisenergiasta tuotetaan uusilla uusiutuvilla, vaikka sähkön osuuden kokonaisenergiasta voi arvioida nousevan. Lovio on siis merkittävästi maltillisempi arviossaan kuin nykyinen investointien kasvuvauhti, saati Kurzweil.

Energiajärjestelmä kilpailee fyysisistä resursseista muun talouden kanssa

Seuraava energiamurros on siitäkin aiempia haastavampi, että nyt ei riitä, että vähäpäästöinen energia kasvattaa osuuttaan vaan sen täytyy myös aiemmista energiamurroksista poiketen syrjäyttää aiempia energiamuotoja ja energiankantajia tieltään. Fossiilisen energian esiintymät ehtyvät, eli niihin joudutaan investoimaan koko ajan enemmän saatua energiayksikköä kohti ja ilmastonmuutos etenee. Tällä kertaa energiamurros ei siis saa olla additiivinen, kuten kaikki aiemmat energiamurrokset (ks. kuva alla), vaan sen täytyy olla syrjäyttävä. Kuten kuvasta näkyy, niin bioenergiaa lukuunottamatta minkään energiankantajan absoluuttinen kulutus ei ole vähentynyt globaalisti viimeisen 200 vuoden aikana. On myös mahdollista, että liian nopea siirtymä fossiilisesta energiasta uusiutuvaan energiaan ajaa maailmantalouden taantumaan, mikä puolestaan vähentää energian kysyntää ja kannusteita investoida energiantuotantoon. Tilannetta hankaloittaa se, että uusiutuva energia tyypillisesti vaatii suuren osan energiapanoksestaan ennen kuin energiaa saadaan käyttöön. Uuteen energiantuotantoon investoitu energia on poissa muusta taloudesta ja voi olla ongelma varsinkin jos energiantuotanto ei kasva tarpeeksi, fossiilisen energian esiintymät ehtyvät (eli niiden hyödyntäminen vaatii suhteellisesti enemmän energiapanoksia) ja/tai uusiutuvan energian teknologia ei kehity riittävän nopeasti. Tästä nettoenergia-ansana tunnetusta ilmiöstä on tehty lukuisia mallinnuksia, joista yksi löytyy täältä.

Se, että maapallolle lankeaa 10 000-kertaisesti aurinkoenergiaa tarpeeseemme nähden, ei riitä argumentiksi, että energiasta ei tule pulaa. Ei kullastakaan tule absoluuttista pulaa, sillä maailman meriin sitä on liuennut mittaamattomat määrät, mutta jos rakennamme liikaa koneita kullan erottamiseen merestä, niin muu talous jää vaille kaipaamiaan fyysisiä resursseja, jolloin talous ajautuu taantumaan ja kullan kysyntä vähenee vaikka se olisi kuinka tarpeellista ja haluttua. Emme voi tarkasti tietää, että kuinka nopeasti uusiutuvan energian nettoenergia kehittyy ja toisaalta ajankohtaa ja vauhtia, jolla fossiilisten esiintymien nettoenergia kääntyy laskuun. Dalen ja kumppaneiden ja muihin vastaaviin mallinnuksiin on kuitenkin syytä suhtautua vakavasti yleisellä tasolla vaikka kyseisten mallinnusten parametrejä ei voi valita vain yhdellä tavalla eikä niissä esitettyjen käyrien huippujen vuosilukuihin kannata tuijottaa.

Kuva 5. Energiankantajien osuus energiankäytöstä 1820-2008. Lähde: Smil, 2010.


Tekno-optimistinen näkökulma uusiutuvaan energiaan

Entä sitten uusiutuvan energian läpimurtoa puoltavat seikat? Niitäkin on paljon. Käyttämistäni lähteistä Smilin voi sanoa olevan pessimistinen tarvittavan energiamurroksen nopeuden suhteen, mutta Fouquet puolestaan on optimistisempi. Nyt on poikkeuksellisen kova paine saada globaaleja haittoja, kuten CO2-päästöt, pienennettyä, jollaista ei aiemmissa energiamurroksissa ole ollut. Pariisissa vallinnut tahtotila oli vahva, joskin on syytä epäillä, että siellä ei täysin ymmärretty mitä sovittiin. Toiseksi, uusiutuva energia voi kehittyä vielä huomattavan paljon - varsinkin jos ympäröivää infrastruktuuria saadaan vastaanottavaisemmaksi vaihtelevalle uusiutuvalle energialle. Kolmanneksi, muutospainetta tulee myös kuluttajilta, jotka haluavat kestävämpiä tuotteita ja tätä vastaamaan on syntynyt yrityksiä, jotka pyrkivät tekemään kestäviä ja korjattavia tuotteita (Fairphone, By Me Once...).

Voi olla, että jatkossa bisneslogiikka toimii yhä useammin eri tavalla kuin nykyisin eli ei esimerkiksi pyritä myymään koneisiin ja laitteisiin voiteluöljyä mahdollisimman usein vaan vuokrataan öljy, jolloin on kannusteet kierrättää ja valmistaa kestävää voiteluöljyä. Omistussuhteiden myötä määrittyvillä kannustimilla voi olla suuri merkitys. Hiiliverolla, päästökaupalla yms. voidaan tasoittaa fossiilisen energian kilpailuetua. On mahdollista, että tulevaisuudessa mahdollisesti niukaksi käyviä resursseja huutokaupataan päästöoikeuksien tapaan, jolloin ne ohjautuvat tehokkaimpaan mahdolliseen käyttöön. Viidenneksi, nykyisin tietoa on valtavasti enemmän kuin aiemmin. Esimerkiksi innovaatioiden leviämisen dynamiikasta tiedetään nykyään paljon enemmän (minäkin olen mallintanut uusien energiateknologioiden leviämistä kurssitöinä erilaisilla diffuusiomalleilla teknillisessä korkeakoulussa vuonna 2008).

Energiankäytön tehostaminen voi monissa tapauksissa olla edullisempaa kuin energian tuottaminen toisella tekniikalla. Joskin osa energiansäästöstä kompensoituu aina kasvaneella kulutuksella joko itse kohteessa tai muualla, ainakin jos säästöä ei veroteta pois. Taloutta voidaan ajatella sopeutuvana monimutkaisena järjestelmänä, jossa resurssien käytön tehostuminen otetaan tyypillisesti ulos kasvaneena tuotantona jos taloutta ei estetä sopeutumasta. Tätä kutsutaan Jevonsin paradoksiksi, vaikka kyseessä ei varsinaisesti ole paradoksi vaan hyvin looginen asia. Päästökiintiöt on esimerkki aktiivisesta tehostamisen ulosmittaamisesta niin että se ei ohjaudu ainakaan yhtä haitallisen tuotannon laajentamiseen. Kehittyneissä maissa on periaatteessa mahdollista leikata energiankulutusta aika paljon ilman, että mitään olennaisia tarpeita jää tyydyttämättä. Mikään ei periaatteessa estä meitä valitsemasta, että vesiskootterien käyttö ohjataan verotuksella kalliiksi (vesiskootteri on tässä vain esimerkki eikä kannanotto sinänsä). Kehittyvissä maissa tilanne on toinen, niissä on lisättävä energiankulutusta rajusti jo perustarpeiden tyydyttämiseksi.

Lopuksi

On syytä toivoa, että Kurzweil tulee olemaan laajasti ottaen oikeassa, vaikka hiukan olisikin etuajassa. Aurinkoenergian lisäksi muu vähähiilinen energiantuotanto, kuten tuulivoima ja ydinenergia kävisi ainakin minulle. Minusta on kuitenkin suuri riski, että Kurzweilin optimismi osoittautuu toiveajatteluksi, varsinkin mikäli hiilidioksidille ei saada ohjaavaa hintaa ja muutenkin energiasiirtymää tehtyä politiikan avulla helpommaksi. Uusiutuvan energian investoinnit ovat kasvaneet eksponentiaalisesti, mutta tahdin jatkumisesta ei ole takeita. On jo nähtävissä merkkejä "hengähdystauoista" uusiutuvien investoinneissa yksittäisillä talousalueilla. Jos nämä hengähdystauot ovat todellisia ja ne yleistyvät ja pitkittyvät, niin investoinnit vähähiiliseen energiaan hidastuvat auttamatta liian aikaisin.

Fossiilisista polttoaineista on joka tapauksessa siirryttävä pois ennemmin tai myöhemmin. Jos ei aktiivisesti tehdä valintaa, että "ennemmin", niin lopulta investoinnit ehtyviin fossiilisen energian esiintymiin saattavat kasvaa sietämättömän suuriksi tehden taloudesta epävakaamman ja/tai ekosysteemit romahtavat ilmaston muuttuessa ja hiilidioksidin happamoittaessa meriä. Siirtymästä ei tule helppo, mutta ei se oman käsitykseni mukaan vielä mahdoton ole. Haasteita ei vähennä se, että tällä kertaa energiavallankumous ei saa olla lisäävä vaan sen pitää olla syrjäyttävä. Tällä kertaa ajurina ei ole halpa, riittoisa ja laadukkaampi polttoaine, kuten monesti aiemmin. Polkuriippuvuuden hidastavaa vaikutusta voidaan kenties kumota voimakkaalla poliittisella tahdolla.

Nettoenergia-ansana tunnettu ilmiö voi estää liian nopean siirtymisen uusiutuvaan energiaan, mutta tähän vaikuttavat ainakin uusiutuvan energian nettoenergian kasvu teknologisen kehittymisen myötä, vero- ja tukipolitiikkojen mahdollinen ohjaus niin, että nettoenergia käytetään mahdollisimman optimaalisesti ja fossiilisten esiintymien ehtyminen. Uusiuvan energian teknologiselle kehitykselle nettoenergian kannalta vastakkainen trendi voi olla, että tuuli- ja aurinkovoimaa joudutaan asentamaan huonommille paikoille, mikä alentaa nettoenergiaa. Esimerkiksi tuulen keskinopeuden putoaminen nopeudesta 9 m/s nopeuteen 7 m/s alentaa tuulivoimalasta saatua nettoenergiaa noin 50 prosenttia* jos muut seikat pysyvät samoina.

Voi myös ilmaantua jokin yllättävä innovaatio, joka tekee tästä kirjoituksestani kerralla vanhentuneen. Toisaalta mikään yksittäinen innovaatio ei voi hetkessä skaalautua ja syrjäyttää olemassa olevaa tuotantoa ja kulutusta. Kuten Smilin kirjasta Creating the Twentieth Century käy ilmi, niin 1900-luvulla levinneistä maailmaa muuttaneista teknologioista monet aina sähköstä ja massatuotannosta alkaen keksittiin vuosien 1876-1914 aikana vallinneessa eräänlaisessa historiallisessa epäjatkuvuuuskohdassa, joten teknologisten innovaatioiden laahus voi olla pitkä. Mitään kaiken mullistavaa energiateknologiaa, jota ei vielä ole markkinoilla muodossa tai toisessa, ei välttämättä ole kovin realistista odottaa.

Voi olla, että vallitseva globaali investointilama saa keskuspankit ja valtiot rahoittamaan investointeja kestävämpään energiajärjestelmään, jolloin saadaan sekä päästöjen kasvu taitettua ja niiden taso vakautettua että loputtomalta näyttävä taloustaantuma taltutettua. Tämän tapaista vaati hiljan myös Sixten Korkman. Yksittäisten pienten valtioiden ja keskuspankkien toimet eivät välttämättä riitä vaan kansainvälinen yhteistyö voi olla tarpeen. Toisaalta suurimittainen investointibuumi saattaa nostattaa inflaatiota, mutta inflaatiossa on melkein missä maailman kolkassa tahansa varaa nousta.


Lähteet


1. Vaclav Smil (2010). Energy Transitions (kirja). Kuvaajat on tämän kirjan liitteisiin kootuista tilastoista.
2. Roger Fouquet (2010). The slow search for solutions: Lessons from historical energy transitions by sector and service. Energy Policy. 8:6586-6596.
3. Benjamin Sovacool (2016). How long will it take? Conceptualizing the temporal dynamics of 
energy transition. Energy Research Social Science 13:202–215.
Muut lähteet tekstissä linkkeinä.



* Käytin oletuksena tuulen nopeudessa eräänlaista tasajakaumaa. Jos lukija on kiinnostunut simuloimaan realistisemmalla tuulijakaumalla ja oletuksilla, niin korjaan mielelläni tuota lukuarvoa.

maanantai 21. maaliskuuta 2016

Sähkön varastoinnista täysin uusiutuviin perustuvassa energiajärjestelmässä

Neo-Carbon Energy -hankkeessa on mallinnettu täysin uusiutuvaan energiaan perustuvaa energiajärjestelmää Suomessa vuonna 2050. Perustelemme tässä kirjoituksessa, että joissakin hankkeen ulostuloissa ei ole suhtauduttu riittävällä vakavuudella sähkön laajamittaisen varastoinnin todennäköisiin kustannuksiin ja mahdollisiin materiaalirajoitteisiin vaikka litiumakkujen teknologiseen kehittymiseen suhtauduttaisiin erittäin optimistisesti.


Neo-Carbon Energy, Yleisradion toimittaja, kirjoittajat ja kansalainen.


Sähkön laajamittainen varastointi on tyypillisesti kallista ja hankalaa. Varastoinnin korkeat kustannukset ovat keskeinen syy sille miksi sähköntuotannossa käytetään (lähes) aina käynnissä olevien voimaloiden lisäksi voimaloita, joiden on tarkoitus vastata kulutuspiikkeihin. Tämä muistui meille taas mieleen lukiessamme tuoreita “Neo-Carbon Energy”-projektin ulostuloja energian varastointiin liittyen. Ensimmäisessä esimerkissä Yleisradion toimittaja Kalle Schönberg kertoo innostuneena Pasi Vainikkaan nojaten kuinka “Polttoaine revitään kohta ilmasta”. Jutussa kerrotaan:


Tuuli- ja aurinkovoima ovat keskeisessä asemassa tulevaisuuden energiajärjestelmässä, jossa fossiilisista polttoaineista tulevaa hiilidioksidia ei saa lopulta enää päästää ilmakehään.  
Ongelmana on kuitenkin se, että tuuli- ja aurinkovoimaa voidaan tuottaa vain kun on tuulta tai aurinko paistaa. Sähköä tarvitaan kuitenkin koko ajan.

Ongelma voidaan ratkaista, jos sähköä voidaan varastoida kätevästi. Aurinko- ja tuulivoimaloiden tuottama energia voidaan tällöin ottaa talteen ja käyttää silloin, kun tarvetta on. Yhden vaihtoehdon tähän tarjoaa hiilidioksidin kaappaaminen ilmakehästä ja muuttaminen polttoaineeksi.

– Tällä tavoin tuotettua maakaasua voitaisiin esimerkiksi varastoida ja käyttää tarvittaessa sähkön tuotantoon, Pasi Vainikka kertoo…

...Pohjoismaisella sähköllä ilmakehän hiilidioksidista valmistettu maakaasu maksaa noin 60–70 euroa megawattitunti. Venäläinen maakaasu maksaa meille nykyään runsaat 30 euroa megawattitunti. Hinta on siis noin kaksinkertainen, Pasi Vainikka kertoo.
Toisessa esimerkissä Lappeenrannan teknillisen yliopiston professori Christian Breyer, joka on myös osa “Neo-Carbon Energy” hanketta käsittelee konferenssipaperissaan varastointia osana täysin uusiutuviin pohjaavassa energiaskenaariossaan vuodelle 2050. Haluamme nyt nostaa esille eräitä mielestämme relevantteja asioita, jotka Vainikka ja Breyer sivuuttavat.


Ensinnäkin on huomionarvoista kuinka alhaiseksi Vainikka arvioi ilmakehän hiilidioksidista valmistetun maakaasun hinnan. Synteettistä maakaasua voidaan valmistaa (riittävästi puhdistetusta) hiilidioksidista ja esimerkiksi sähkön avulla vedestä hajotetusta vedystä. Hiilidioksidin kaappaamisen suoraan ilmakehästä on arveltu maksavan kenties noin 500 euroa/tonni. Tuolla hinnalla pelkästään synteettisen maakaasun tuotannon vaatima hiilidioksidi voi maksaa enemmän kuin Vainikan arvioima lopputuotteen hinta.  Lisäksi Socolow varoittaa prosessin vaativan herkästi niin paljon energiaa, että saavutettu päästövähennys voi olla vaatimaton verrattuna päästöihin, jotka hiilidioksidin väkevöinti ilmakehästä aiheutti. Kun teemme vastaavan arvion vaadittavan vedyn hinnalle, voimme todeta senkin maksavan helposti yli 70 euroa/MWh. Toiset alan tutkijat arvioivat synteettisen maakaasun hinnaksi noin 180 euroa/MWh, kun sähkön hinnaksi oletetaan 30 euroa/MWh ja hiilidioksidin lähteeksi joku muu kuin ilmakehä.  Tämä on merkittävästi Vainikan arvioimaa hintaa korkeampi ja melkein kymmenkertainen verrattuna venäläiseen maakaasuun jota suuret teollisuuslaitokset käyttävät. Kysyimme asiasta Vainikalta ja hän antoikin ystävällisesti linkin Breyer et al. artikkeliin, josta voi oppia lisää. Valitettavasti artikkelissa esitetyt kustannusarviot eivät näytä juurikaan liittyvän Yleisradion jutussa esitettyyn skenaarioon. Ensinnäkin artikkelissa oletetaan hiilidioksidin hinnaksi 10 euroa/tonni, joka ei perustu hiilidioksidin tiivistämiseen ilmakehästä vaan sellutehtaan savupiipusta (jolloin siinä on luultavasti liikaa rikkiä prosessissa käytettäville katalyyteille, kuten Vainikka toteaa Yleisradion jutussa). Toiseksi esimerkkilaitoksen (Case A) käyttöaste on yli 90%. Laitosta ei siis ollut ajatus ajaa tuulivoimalla, jonka kapasiteettikerroin on kenties noin 30% eikä aurinkosähköllä, jonka kapasiteettikerroin olisi Suomessa noin 10%. Laitosta ajettaisiin de-facto aina käynnissä olevalla perusvoimalla. Mikäli käyttöastetta lasketaan sille tasolle mitä vaihtelevat uusiutuvat edellyttävät, lopputuotteen kustannus nousee selvästi. Tämä on asia, joka myös Neo-Carbon Energy -hankkeessa myös ymmärretään (kalvo 29).


Lappeenrannan teknillisen yliopiston professori Breyer (yhdessä Michael Childin kanssa) mallintaa konferenssi-julkaisussaan Suomen energiajärjestelmää täysin uusiutuvaan energiaan perustuen vuonna 2050. Heidän paperissaan Suomessa on yhteensä asennettuna 70 GW aurinko- ja tuulienergiaa vuonna 2050. Tämä määrä vaihtelevaa uusiutuvaa energiaa kattaa 70 % Suomen sähköstä ja 60 % koko energiatarpeesta ja tarvitsee arvion mukaan 170 GWh litium-ioni akkukapasiteettia. Kuinka paljon tämä on? Julkaisussa ei tätä pohdita, joten tarkastellaan tässä asiaankuuluvia mittaluokkia. Alla olevasta kuvasta näemme, että vuonna 2012 käynnistetty JCESR-ohjelma (joka sai Yhdysvaltain energiaministeriöltä 120 miljoonaa dollaria litium-akkujen kehitykseen) tavoittelee energiatiheyttä 400 Wh/kg vuonna 2017. Teslan litium-akkujen energiatiheys on tällä hetkellä hiukan suurempi kuin 100 Wh/kg. Ennustettu maksimi litium-akun energiatiheydelle on 1000 Wh/kg (huomaa, että kuvassa lukee "May prove impossible to achieve", mutta olkaamme positiivia ja olettakaamme, että tämä virstanpylväs saavutetaan.) Kuinka suuren osan maailman litiumin tuotannosta tällöin vaaditaan Suomen energiajärjestelmän tukemiseksi?


Lähde: http://www.nature.com/news/the-rechargeable-revolution-a-better-battery-1.14815.

170 GWh tarkoittaa optimistisilla oletuksilla 70 000 tonnia litiumia (oletettu, että akun litium-pitoisuus on 40 %). Vuonna 2014 litiumia tuotettiin 35 000 tonnia. Tämä tarkoittaa, että pelkästään Suomessa vaaditaan Breyerin skenaariossa litiumia vuonna 2050 noin kaksi kertaa koko maailman tuotanto vuodelta 2014. Suomi tuotti koko maailman sähköstä noin 0,3 % vuonna 2014. Jos arvioimme, että maailman sähköntuotanto on vuonna 2050 sama kuin nykyään (lähes kaikki arviot ovat, että sähkön kulutus on suurempi vuonna 2050) ja että koko maailma haluaisi samanlaisen uusiutuvaan energiaan ja litium-akkujen varaan perustuvan sähköjärjestelmän, niin tarvittavan litiumin louhimiseen kuluisi vuoden 2014 tuotantomäärällä noin 700 vuotta. Jos haluamme louhia vaadittavan litium määrän vuoteen 2050 mennessä, on (keskimääräisen) vuosituotannon noustava noin 20 kertaa nykyistä korkeammaksi. Vaadittu litiumin määrä on myös korkeampi kuin tämän hetkinen arvio globaalista litium resurssin suuruudesta. Jos oletamme ihmiskunnan energiankulutuksen nousevan suomalaisten tasolle, resurssirajoitteet ovat entistä hankalampia. (Huomionarvoista on myös se, että autoilun sähköistämisen pahin materiaaleista johtuva pullonkaula ei edes välttämättä ole litiumin riittävyys, vaan esimerkiksi dysprosiumin.)


Keskustelimme tässä kirjoituksessa kahdesta tuoreesta Neo-Carbon Energy -projektin ulostulosta energian varastointiin liittyen. Näissä esimerkeissä kustannuksia tai materiaalirajoituksia ei joko arvioitu lainkaan tai niitä arvioitiin (optimistisin oletuksin) erilaiselle systeemille kuin mistä tässä tapauksessa Yleisradion toimittaja juttunsa kirjoitti. Olemme huolestuneita tavasta, jolla suomalaista energiakeskustelua käydään. Energiajärjestelmän dekarbonisointi on aikaa vievä ja hyvin vaikea prosessi. Näemme riskin, että yltiöoptimistinen energiajärjestelmän realiteetit sivuuttava vaihtoehtojen hehkutus ruokkii lyhyellä tähtäimellä vaarallista itsetyytyväisyyttä ja pidemmällä tähtäimellä epäluottamusta ja pettymystä alan tutkijoita kohtaan.


Kirjoittajat: Jani-Petri Martikainen & Aki Suokko. Tämä kirjoitus on julkaistu molempien kirjoittajien blogeissa.

keskiviikko 9. maaliskuuta 2016

Kirja-arvio: Rajattomasti rahaa niukkuudessa

Vallitseva talousoppi lähtee siitä, että julkinen raha on niukkaa ja luonnonvarat ovat loputtomia (ehtyvää luonnonvaraa voidaan rajattomasti korvata muilla luonnonvaroilla ja ihmisen rakentamalla fyysisellä pääomalla). Paavo Järvensivu kääntää asetelman innostavalla tavalla päälaelleen tuoreessa kirjassaan Rajattomasti rahaa niukkuudessa. Hänen mukaansa valtiolla ei tarvitse olla pulaa omasta valuutastaan, vaan pulaa on luonnonvaroista sekä ehtyvien esiintymien että ympäristöhaittojen muodossa.




"Resurssien taju". Hyvästä tietokirjasta jää usein yhden tai kahden sanan käsite elämään omaa elämäänsä. Talouskulttuurin tutkija Paavo Järvensivun kirjassa Rajattomasti rahaa niukkuudessa toistuu "resurssien taju", millä kirjoittaja tarkoittaa ymmärrystä rajallisista luonnonvaroista ja mahdollisuuksista tuottaa päästöjä. Talouskeskustelussa usein todetaan, että taloudessamme on käyttämättömiä resursseja. Käyttämättömiä resursseja? Käytämme Suomessa useamman maapallon edestä luonnonvaroja ja globaalistikin ollaan arviolta puolentoista maapallon kulutuksessa. Taloudesta keskustelun yksi ongelma onkin se, että sitä vaivaa resurssien tajun puute.

Ilmastonmuutos, luonnon monimuotoisuuden hupeneminen, viljelysmaan köyhtyminen, luonnonvarojen ehtyminen eivät näy talousviisaiden puheissa resursseista, koska heille niukkoja resursseja ovat työ ja pääoma. On myytti, että taloudellisen tuotannon arvo on hitaasti, mutta varmasti irtautumassa luonnonvarojen käytöstä (tarkempaa perustelua kaipaava voi tutustua kirjoitukseeni täällä). Autorahoitusmyyjä todennäköisesti palkataan oletuksella, että autojen myynti kasvaa. Mikäli autojen myynti vähenee, niin vipuvarsi vääntää myös rahoitusmyyjän tarpeettomaksi. Aineellisen kulutuksen päälle on rakennettu paljon aineettomana pidettyä taloutta, joka ei ole riippumatonta aineellisesta kulutuksesta. Savupiiput on usein siirretty kehittyviin maihin, mutta globaalien toimintaketjujen muodossa riippuvuus on edelleen olemassa.

Nykyinen niukan julkisen rahan malli kannustaa keräämään verotuloja myös hyvin epäekologisesta tuotannosta ja kulutuksesta. Niukan rahan malli toimi hyvin silloin kun olimme kaukana taloudellisen kasvun rajoista. Nyt rajat alkavat näkyä ympäristöongelmien ja luonnonvarojen ehtymisen muodossa. Rajattoman julkisen rahan mallissa ei ole mielekästä ylläpitää saastuttavaa tuotantoa vain sen takia, että sen tuotannon tuottaminen ja kuluttaminen tuottaa verotuloja ja työpaikkoja. Valtio voi velkaantua omassa valuutassaan, jos niin halutaan, se ei ole ehdoton rajoite vaan sopimusvarainen asia. Luonnonvarojen niukkuus puolestaan on aitoa ja absoluuttista. Rajattoman julkisen rahan ei välttämättä tarvitse johtaa suureen inflaatioon. Talous on deflaatiokierteen partaalla niin euroalueella kuin monella muullakin valuutta-aluella, joten inflaatio on riskeistä pienimpiä ja käy huonoksi perusteeksi tyrmätä rajattoman rahan malli.

Pääministerimme piti televisiossa taannoin puheen, jossa hän sanoi, että "näin emme voi jatkaa. Rahat loppuvat." Raha on kuitenkin poliittisella päätöksellä muutettava sosiaalinen sopimus eikä oikeasti niukkaa. EKP:n määrällisen kevennysohjelman toimeenpano ja tuoreet vihjailut sen laajentamisesta vahvistavat tämän. "Rahat loppuvat" on kuitenkin huolena aito ja väitteen takana täytyy siis olla jotain paljon perusteellisempaa. Järvensivu tulkitsee, että taustalla on pula luonnonvaroista. Olen kirjoittajan kanssa samaa mieltä (toki väestön vanheneminen ja tuloerojen kasvu tuovat pikantin mausteensa tähän soppaan). Pääministerin puheessa on totuutta kuitenkin toinen puoli: "näin emme voi jatkaa".

Meillä on kaikilla hyvä käsitys mikrotaloudesta. Lahtisten perhe ei voi velkaantua loputtomasti, vaan jollain aikavälillä menot on sopeutettava tuloihin. Näin on, mutta valtion tasolla tämä ei pidä paikkaansa. Lahtisia ja korhosia summaamalla emme pääse valtioon. Valtion talous on makrotaloutta, jota ei kannata ajatella summana mikrotoimijoista. On vaikea kuvitella harhaanjohtavampaa kielikuvaa kuin se, että pääministeri on Oy Suomi Ab:n toimitusjohtaja. Raha on rajattoman rahan mallissa kaikille mikrotoimijoille niukkaa kuten nykyisin, mutta ei valtiolle. Järvensivu rakentaa rajattoman rahan mallinsa jälkikeynesiläiseen rahateoriaan. Jälkikeynesiläistä rahateoriaa kirjassa ei juuri käydä läpi, mutta kirjan viesti on, että rajattoman rahan malli sopii hyvin yhteen ekologisen remontin kanssa. Tästä olisin kaivannut kirjassa vielä enemmän pohdiskelua, vaikka perusteluissa ei ristiriitoja ole havaittavissa.

Kirjan alkupuoliskolla ajattelin muutaman kerran, että kirjoittaja ei ota huomioon sitä, että Suomi ja Eurooppa ovat hyvin tuontiriippuvaisia energian ja luonnonvarojen suhteen. Epäilyni paljastui ennenaikaiseksi, sillä kirjan sivulla 96 todetaan selvästi, että rajaton raha ei koske eri valuutta-alueiden välillä käytävää kauppaa. Tämä ei kuitenkaan ole kirjan mukaan lopulta takaisku. sillä Suomi ja Eurooppa tulisivat itseasiassa vähemmän riippuvaiseksi energian tuonnin suhteen, mikäli rahaan suhtauduttaisiin rajattomana ja optimointi kohdistuisi rahan sijaan luonnonvarojen kulutukseen.

Tunnustan suhtautuneeni ennakolta erittäin positiivisesti tähän kirjaan, koska pidän nykyistä tapaamme hoitaa julkista taloutta lähes varmasti epäonnistuvana hiukankin pidemmällä aikavälillä. Uteliaan positiivinen asenteeni kesti kirjan lukemisen loppuun, mikä kertoo siitä, että en havainnut loogisia heikkouksia kirjassa esitellyssä mallissa. Pidän Järvensivun näkemyksiä luonnonvarojen ehtymisestä perusteltuina. Resurssikysymysten lisäksi hän on hyvin perillä taloudesta. Jo tältä pohjalta Järvensivun esittämään rajattoman rahan malliin on minusta kaikki syyt suhtautua vakavasti otettavana vaihtoehtona.

Kuinka realistinen kirjan esittämä rajattoman rahan malli on? Tähän en osaa muuta kuin arveluja esittää. Jos Järvensivun esittämä malli tuntuu epärealistiselta, niin kuinka realistista on, että nykyinen malli ei ajaudu jonkinlaiseen umpikujaan? Kirjan mukaan kapitalismista ei tarvitse luopua, eikä välttämättä eurosta ja rahajärjestelmästä muutenkaan. Tämä lienee hyvä asia, sillä tunnetusti pidetään helpompana kuvitella maailmanloppu kuin kapitalismin loppu. Rajattoman rahan malli asettaa markkinasignaalin optimoimaan oikeasti niukkojen resurssien käyttöä nykyisen rahan määrän optimoinnin sijaan. Hiljan kerrottiin englantilaisesta teini-ikäisestä, joka matkusti Sheffieldistä Essexiin. Matka oli edullisempaa tehdä lentäen Berliinin kautta kuin käyttää junaa - matkanteon vaihtoehtojen hinnoittelussa ei ollut resurssien tajua. Lentopolttoainetta ei juurikaan veroteta. Rajattoman rahan mallissa se matkanteko, joka on luonnonvarojen kulutukseltaan kestävin, olisi useammin myös edullisin vaihtoehto. Onko rajattoman rahan mallin käyttöönoton suurin este kuitenkin se, että olemme fiksoituneet ajattelemaan valtiontaloutta lahtisten ja korhosten yksityistalouden, makrotasolla hyvin virheellisten mallien kautta? Tai se, että ajallemme on tyypillistä vaihtoehdottomuus?

Mitäpä jos nykyiselle kurjistavalle leikkauskierteelle onkin olemassa vaihtoehto? Mitä jos nykyiselle ekologisesti ja yhä enemmän myös sosiaalisesti kestämättömälle tavalle hoitaa julkista taloutta on vaihtoehto? Mitä jos talousviisaille ja päättäjille ilmaantuu resurssien tajua? Mitäpä jos rahaan osattaisiin suhtautua luonnonlain sijaan sosiaalisena sopimuksena, joka voidaan solmia uudelleen? Luonnonvarat (niin nielujen kuin lähteiden osalta) eivät ole sovittavissa ja neuvoteltavissa. Ne ovat oikeasti niukkoja eivätkä rajattomasti käytettäviä resursseja. Aikanaan orjuudesta luopumista ei pidetty taloudellisesti realistisena. Fossiiliset polttoaineet mahdollistivat viime kädessä orjuudesta luopumisen. Mahdollistaisiko rajaton raha ja toivottavasti kasvava resurssien taju edes hiukan helpomman siirtymisen fossiilisten polttoaineiden jälkeiseen yhteiskuntaan?

Rajattomasti rahaa niukkuudessa tuo merkittävän panoksen keskusteluun elämäntapamme uudistamisen tarpeesta ja esittelee minusta uskottavan vaihtoehdon, joka toivottavasti pääsee laajempaan pohdintaan. Business as usual ei ole kestävä vaihtoehto, kattilan vesi lämpenee. Sammakko tunnetusti hyppää kattilasta ennen kuin vesi käy liian kuumaksi. Yhteiskunnat ovat jäykempiä loikkaamaan kuin sammakko. Historia kertoo yhteiskunnista, jotka eivät loikanneet ajoissa ja niistä muutamasta, jotka ehtivät loikata. Tällä kertaa luonnonvaroja (lähteiden ja nielujen merkityksessä) käytetään liikaa globaalilla tasolla. Järvensivun ehdottama loikka on siinä mielessä helpolta tuntuva, että siinä käytetään niitä vahvuuksia (kuten markkinahinnan kantama signaali niukkuudesta), joita nykyisissä rakenteissa on, ja vieläpä suhteellisen pienin muutoksin. Loppuviimein Järvensivun ehdottama rajattoman rahan malli ei minusta tunnu rakenteellisesti kovin suurelta muutokselta, mutta henkisesti loikka (julkisen) rahan niukkuudesta luonnonvarojen niukkuuden tajuun lienee monelle suuri. Kirjaan kannattaa joka tapauksessa tarttua ja sen sanomaa pohtia, sekä itsekseen että mahdollisuuksien mukaan myös ääneen.

keskiviikko 2. maaliskuuta 2016

Talouskasvun ja ilmastonmuutoksen hillinnän välillä on valittava?

Usein ajatellaan, että CO2-päästövähennykset eivät juurikaan hidasta talouskasvua vaan saattavat jopa nopeuttaa sitä. Biofysikaalinen talouskasvun tarkastelu viittaa kuitenkin siihen, että ns. kahden asteen tavoitteeseen vaaditut CO2-päästövähennykset ajavat talouden taantumaan. Talouskasvun ja ilmastonmuutoksen hillinnän välillä voidaan joutua tekemään valintaa. Vai voidaanko valintatilanne kiertää palauttamalla CO2-päästömaksut takaisin talouteen?


Vallitsevan käsityksen mukaan (työn) tuottavuuskasvu ja siten talouskasvu ei juurikaan riipu energian hinnasta tai saatavuudesta. Jos näin on, niin CO2-tonnin hinta voi nousta tulevaisuudessa jatkuvasti aiheuttamatta talouskasvua hidastavaa palautekytkentää. Tämä tarkoittaisi, että CO2-tonnin hinta voisi nousta lähes rajatta ilman että kysyntää tuhoutuu ja talous "ehtii" sopeutua riittävän nopeasti vähähiilisyyteen. Vaihtoehtoisen, biofysikaalisen taloustieteen koulukunnan tutkimukset viittaavat siihen, että työn tuottavuuskasvussa energiankulutuksen kasvulla on ollut suuri merkitys ja että CO2-päästöjen haittoja voidaan sisäistää energian hintaan rajallisesti ilman että talous ajautuu taantumaan (ks. esim. King, 2015). Kahden asteen tavoitteessa pysymiseksi vaadittavat päästövähennykset ovat tämän tulkinnan mukaan niin suuria, että maailmantalous ajautuisi todennäköisesti taantumaan, mikäli ne toteutettaisiin liian etupainotteisesti. 

Jos työn tuottavuuskasvun ja energiankulutuksen kasvun välillä on voimakas riippuvuus, niin vallitsevan talousopin mukaiselta oletukselta, että tulevat polvet ovat meitä varakkaampia ja kykenevämpiä elämään ilmastonmuutoksen haittojen kanssa, voi mennä pohja (Nicholas Sterninkin kritisoi varallisuuden kasvuolettamaa muutama päivä sitten täällä). Ja jos CO2-päästöjen sisäistäminen energianhintoihin hidastaa maailmantalouden kasvua, niin joudumme kysymään, että kuinka paljon haluamme talouskasvua ja kuinka paljon haluamme hillitä CO2-päästöjä. Tämä tarkoittaisi, että kakkua ei voida syödä ja säästää samaan aikaan. Oikeata vastausta kysymykseen, että kuinka ilmastonmuutoksen hillinnän ja talouskasvun välillä olisi valittava, ei ole, mutta keskustelu siitä olisi syytä aloittaa varmuuden vuoksi?

En ole käytännöllisen etiikan tai ilmastonmuutoksen hillintään liittyvien taakanjakokysymysten asiantuntija. Saatan siis olla väärässä kun ajattelen, että tulevien sukupolvien mahdollisuuksia tulisi painottaa (eli kakkua tulisi säästää enemmän ja syödä vähemmän), koska he eivät ole tekemässä tätä valintaa talouskasvun ja ilmastonmuutoksen voimakkuuden välillä. Jos globaali talouskasvu on hiilibudjetin rajoittama, niin kehittyville talouksille tulisi oikeudenmukaisuuden nimissä varata enemmän tilaa kasvaa? Palaan jäljempänä tähän, että miksi minusta voisi kuitenkin olla mahdollista saada sekä talouskasvua, että ilmastonmuutosta hillittyä.

Vallitsevan talousopin mukaan talouskasvu itsessään on aineetonta, minkä takia ristiriitaa talouskasvun ja ilmastonmuutoksen hillinnän välillä ei nähdä. Biofysikaalisen taloustieteen koulukunnan mukaan tuottavuuskehitys ei ole riippumatonta energiankulutuksesta, ja kasvun aineettomuus näyttäytyy kyseenalaisena. Markkinatalouteen perustuvaa talousjärjestelmää voinee pitää itserakentuvana, monimutkaisena ja sopeutuvana järjestelmänä, joka lähes automaattisesti "ulosmittaa" kasvaneen tuottavuuskehityksen kasvaneena fyysisenä tuotantona. Ei ehkä ole sattuma, että Suomessa työn tuottavuus asukasta kohti kasvoi 1100 prosenttia 1900-luvun aikana (keskimäärin 2,5 prosentin vuotuinen kasvu), mutta tehdyn työn määrä asukasta kohti väheni vain noin 10 prosenttia sadassa vuodessa eli mittaustarkkuuden rajoissa pysyi käytännössä vakiona. Miksi emme "jäädyttäneet" 1950- tai vaikka 1970-luvun elintasoa ja ottaneet loppuosaa tuottavuuskasvusta ulos lisääntyneenä vapaa-aikana? Ehkä emme vain halunneet. Jos varakkaissa maissa ei olla vielä kyllin varakkaita jäädyttämään materiaalisen elintason kasvua, niin milloin sitten? Kuinka vapaita olemme lopulta valitsemaan kuluttamisen tason ja vapaa-ajan välillä? Sisältyykö nykyisiin rakenteisiin pakkoja, jotka rajoittavat valinnanvapautta?

Käsittääkseni vallitseva talousoppi lähtee siitä, että talous on mikrotoimijoiden valintojen summa ("makrotaloustieteellä on mikroperusta"). Minä uskon, että mittakaavan ja kasvavan monimutkaisuuden mukana tulee erilaisia "emergenttejä" rakenteita ja piirteitä, jotka pienentävät yksilöllistä vapautta valita. Hiukan samaan tapaan kuin yksittäisiä muurahaisia tarkkailemalla ja niiden toimintaa summaamalla ei näe muurahaisyhdyskunnan hierarkkisia piirteitä. Pelkästään Humppilassa sujuvasti eteneviä yksittäisiä autoja tarkkailemalla ei voi aavistaa liikenteen puuroutuvan iltapäiväruuhkassa Los Angelesissa. Sama mikrotoimijoiden aggregointi makroksi ei siis toimi Humppilassa ja Los Angelesissa samalla logiikalla. En ole ihan varma, että muistuttaako se maailma Humppilaa, jossa mikroteoria kehitettiin ja nykyinen, globaali maailmantalous Los Angelesia, mutta minusta kysymys on aiheellinen valinnanvapauden mielessä. Keynes, yksi 1900-luvun tunnetuimmista talousoppineista, ennusti 1930-luvulla että näihin aikoihin talouskasvun tavoittelusta on hallitusti luovuttu ja työtä tehdään vain murto-osa entisestä. Voi olla, että Keynes oli väärässä jo siitä syystä, että olemme taloudellisina toimijoina osana monimutkaista systeemiä, jota kukaan ei ohjaa, mutta johon kaikki vaikuttavat niin että talous kasvaa jos vain suinkin voi.

Talousjärjestelmä näyttää siis ohjaavan moninaisin tavoin ottamaan tuottavuuskehityksen ulos kasvaneena tuotantona vapaa-ajan sijaan (on kuitenkin mahdoton sanoa, että mikä osa tästä on haluttua materiaalisen elintason nousua ja mikä on seurausta mahdollisista "pakoista"). Hyvä kansainvälinen esimerkki on lentomatkustaminen. Lentomatkustamisen polttoainetehokkuus kilometrikohtaista matkustajapaikkaa kohti laskettuna on laskenut yli 60 % vuodesta 1960. Samalla aikavälillä lentomatkailun CO2-päästöt ovat noin kymmenkertaistuneet (lähde). Sähkönkulutuksessa, muissa liikennepolttoaineissa ja jopa asuntojen lämmittämisessä on nähty samat trendit: tuotantokustannusten lasku johtaa kasvavaan kulutukseen (syy-seuraussuhteet ovat huomattavan monimutkaisia, enkä tee tässä oikeutta niiden kuvaamisessa, ks. esim. tämä julkaisu jos tarkempi kuvaus kiinnostaa). OECD-maissa jopa asuntojen lämmitykseen menee suurin piirtein sama osuus kuluttajan menoista kuin 50 vuotta sitten (lämmitys on suhteellisesti edullisempaa nykyisin, mutta karkeasti yksinkertaistaen hellahuoneen sijaan nykyisin lämmitetään myös makuuhuoneet, vierashuone ja työhuone). Tarkoitukseni ei ole moralisoida asumis- ja elämismukavuuden nousua, vaan osoittaa, että ainakin aiemmin tuottavuuskasvu on tyypillisesti johtanut lisääntyneeseen kulutukseen eikä esimerkiksi fossiilisten polttoaineiden käytön vähenemiseen.

Nykyisellään ei nähdäkseni ole keinoja valita tiettyä yhdistelmää talouskasvun ja ilmastonmuutoksen torjunnan välillä. Olisi kuitenkin mahdollista hillitä ilmastonmuutosta sisäistämällä CO2-päästöjen haitat energianhintoihin. Voisimme siis - ainakin teoriassa - valita kansainvälisen hiilibudjetin ja sallia talouden kasvaa sen puitteissa. Hienovarainen, dynaaminen CO2-päästöjen hinnoittelu olisi lienee paikallaan taantuman välttämiseksi ainakin siirtymäaikana vähähiiliseen energiajärjestelmään. Tällöin hiilimaksut nousisivat kun energian hinta laskee ja päinvastoin. Jos puolestaan on niin, että biofysikaaliseen tarkasteluun perustuva näkemys talouskasvun väistämättömästä aineellisuudesta on auttamatta väärä, niin silloin voimme sekä syödä kakun että säästää sen tuleville polville eli talous voi kasvaa voimakkaasti samaan aikaan kun CO2-päästöt kääntyvät reippaaseen laskuun. Korostan, että kasvussa itsessään ei ole mitään vastustettavaa. Siemenien kasvu puiksi, lapsen kasvu aikuiseksi, neuronien välisten yhteyksien kasvu ja vaikkapa vain "inhimillisen kukoistuksen" (mitä se ikinä onkaan) kasvu ei ole mikään ongelma. vaan kasvun haitat. Jos talouden kasvu perustuu jatkossa johonkin oikeasti aineettomaan, niin en minä sitä vastusta (useat tuoreet ja perusteelliset tutkimukset kertovat, että yhdenkään OECD-maan talouskasvu ei ainakaan vielä ole irtautunut energiankulutuksen ja CO2-päästöjen kasvusta, kun tuonti ja vienti huomioidaan, ks. täältä tarkemmin). 

Minusta toimiva strategia voisikin olla se, että CO2-päästöille asetetaan kansainvälinen budjetti sovitun ilmaston lämpenemistason mukaan (valitulla epävarmuudella) ja samalla yhteiskunnallisten instituutioiden talouskasvupakkoa aletaan purkaa kehittyneissä maissa (mikäli mahdollista). Näin saataisiin ilmastonmuutosta hillittyä ja talous kasvaa jos CO2-päästöjen ulkoiskustannusten sisäistäminen tai muut asiat eivät sitä rajoita. Ulkoiskustannuksia voitaisiin kenties sisäistää dynaamisesti, jolloin CO2-maksut pienenisivät energian hinnan ollessa kallista ja päinvastoin. Näin ylläpidettäisiin tehokkaammin koko ajan kannusteita investoida vähähiiliseen ja energiankäyttöä tehostavaan tuotantopääomaan ja infraan. Jos fossiilisia polttoaineita verotettaisiin dynaamisesti, niin nyt olisi samat kannusteet korvata öljylämmityskattiloita kuin kaksi vuotta sitten öljyn ollessa kallista. Dynaaminen hiilen hinnoittelu parantaisi ennustettavuutta ja alentaisi sosiaalista diskonttokorkoa, jolloin yhteiskunnallisesti kannattavia hankkeita tulisi enemmän myös taloudellisesti kannattavaksi. Eläkerahastot voisivat sijoittaa energiatehokkuuteen ohjaaviin keskuspankin lanseeraamiin "vihreisiin bondeihin", joiden tuotto on sidottu energiatehokkuuden kasvun toteutumiseen, vähähiiliseen yhteiskunnalliseen infraan (älykäs sähköverkko?) jne. 

Mikäli hiilen haittojen sisäistäminen energian hintoihin todella aiheuttaa voimakkaan talouskasvua hidastavan palautekytkennän, niin uskon, että James Hansenin ehdottama fee and dividend hiilimaksumalli pehmentäisi tätä vaikutusta. Energiamenojen suuri osuus kuluttajan budjetissa on tyypillisesti edeltänyt taantumaa sekä globaalisti että joissakin OECD-maissa yksittäin (niin usein, että sattuman todennäköisyys on todella pieni). Osittain (ei täysin) tämä uskoakseni perustuu siihen, että energia ei ole kysyntäneutraali hyödyke (esim. öljynviejät säästävät suuren osan tuloistaan, jolloin öljyntuojien pienentynyt kulutus ei kompensoidu täysimääräisesti öljynviejien toimesta). Hansenin mallissa hiilimaksu palautetaan takaisin kansalaisille, jolloin (ymmärrykseni mukaan) hiilimaksulla saatava vähähiilisiä investointeja käynnistävä ja vähähiiliseen kuluttamiseen ohjaava vaikutus on kysyntäneutraalimpi kuin mitä esimerkiksi kallis öljy olisi. Hansenin malli ottaa globaaleja oikeudenmukaisuuskysymyksiä huomioon, mikä helpottaisi sen toimeenpanoa. Hansenin mallissa ei ole energian osuutta kuluttajan budjetissa korjaavaa "termostaattia", mutta sellaista ei käsittääkseni olisi mahdotonta siihen lisätä. Maailmantaloudessa on ainakin tällä hetkellä viitteitä investointilamasta, joten hiilen hinnoittelu voisi selkeyttää investointinäkymiä. Pidän mahdollisena, että on olemassa kapea "ikkuna", jossa maailmantalouden kasvu voimistuisi, mutta CO2-päästöt saataisiin samalla jollakin tasolla haltuun (olettaen että ilmastonmuutos ei etene itseään voimistavaksi). Aikaa on sitä vähemmän hukattavaksi, mitä kunnianhimoisempi hiilibudjetti halutaan.

Lähteet

1. Robert Ayres ja Benjamin Warr. (2009) Economic Growth Engine: How Energy and Work Drive Material Prosperity. 
2. Kent Klitgaard ja Charles Hall. (2012) Energy and the Wealth of Nations: Understanding the Biophysical Economics.
3. Carey King. (2015)  Comparing World Economic and Net Energy Metrics, Part 3: Macroeconomic Historical and Future Perspectives. Energies 8:12997-13020.




P.S. Lukijalle, joka on tottunut lukemaan tieteellisiä tutkimuksia ja haluaa perehtyä biofysikaaliseen tarkasteluun CO2-päästöjen hillinnän vaikutuksista talouskasvuun, suosittelen tämän linkin takana olevaa (maksutonta) artikkelia, josta voi lähteä liikkeelle. Ayresin ja Warrin kirja on varsin tekninen, kun taas Klitgaardin ja Hallin kirjaa voi pitää varsin helposti lähestyttävänä, mutta hyvänä johdantona biofysikaaliseen taloustieteeseen.

P.P.S. Jos haluaa intuitiivisesti helpon esimerkin hahmottaa vallitsevan talousopin puutteellista ymmärrystä energian merkityksestä taloudessa niin tarvitsee vain kuvitella, mitä täydellinen maanlaajuinen sähkökatko ja liikennepolttoaineiden kuljetukset pysäyttävä AKT:n lakko tekisivät Suomen taloudelle. Tiukasti mikrotalousteorian malleissa pysyttelevä tarkkailija arvioisi, että Suomen BKT pienenisi 5 % (energian osuus BKT:sta on 5 prosenttia) kun moni muu arvelisi, että Suomen talous todennäköisesti romahtaisi. Larry Summers käytti kuuluisassa IMF:n tilaisuudessa pitämässään puheessaan vuodelta 2013 hiukan samanlaista vertausta. Hän vertasi finanssijärjestelmää sähköjärjestelmään siinä havainnollistavassa merkityksessä, että finanssijärjestelmän merkitys taloudelle on BKT-osuuttaan huomattavasti suurempi.