Kallion kätköissä

Geologian tutkimuskeskus GTK:ssa työskentelevän geologi Teemu Lindqvistin tutkimus on keskittynyt kallioperän 3D-mallinnukseen, jolla hahmotetaan esimerkiksi siirroksia ja muita kallioperän rakenteita. Fokuksessa ovat hauraat rakenteet, joiden tunteminen on usein tärkeää käytännön rakennushankkeissa.

Yleinen käsitys Suomen vakaasta peruskalliosta pitää Lindqvistin mukaan isossa kuvassa paikkansa. Tästä huolimatta myös Suomessa kallion sisällä on ominaisuuksiltaan erilaisia kivilajeja sekä rakenteita, kuten siirroksia, ruhjeita, halkeamia ja paikoitellen vettä. Pienet maanjäristyksetkään eivät ole poikkeuksellisia.

Kallion paikallisen laadun kartoittamiselle on yhä enemmän kysyntää nyt, kun kallioperästä pyritään keräämään entistä enemmän energiaa ja siihen haluttaisiin varastoida lämpöä ja monenlaisia aineita. Paikallisen rakenteen selvittäminen voi olla tarpeen myös rakennushankkeiden yhteydessä. 

Selvitys vetyvarastoista

Kallioperän hyödyntäminen varastona näyttää olevan laajenemassa. Yksi uusi idea on vedyn varastointi kallioon louhittavaan tilaan.  

Teemu Lindqvist on ollut mukana pari vuotta kestäneessä hankkeessa, jossa GTK tutki VTT:n ja yrityskumppanien kanssa vedyn suurisuuntaista ja pitkäaikaista kalliovarastointia. Ideaa ei ole toteutettu isossa mittakaavassa vielä missään kovan kiteisen kallioperän alueella. 

Yksi GTK:n tehtävistä oli selvittää hyvän varastopaikan kriteereitä. Lindqvistin mukaan asiasta käydäänkin nyt alalla paljon keskustelua.

– Varastoalueen kalliossa ei saisi olla ainakaan isoja siirroksia tai hauraita heikkousvyöhykkeitä.

Vaatimuksia lisää se, että kaasu on varastoitava korkeassa, jopa 200 barin paineessa. 

Suomen kallioperä itsessään ei pidätä vetyä hauraiden rakenteiden vuoksi, vaan varastointi edellyttää tiivistäviä rakennekerroksia. Teknistä haastetta lisää se, että paine säiliössä vaihtelee, eikä ympäröivä kalliokaan pysy välttämättä täysin vakaana. 

– Alustava ajatus on, että ensimmäinen kerros olisi jonkinlainen terässäiliö, jonka ympärillä olisi elastinen liukukerros ja sen suojana raudoitettu betoni. 

Konsepti kuulostaa monimutkaiselta ja kalliilta. Ja Lindqvistin mukaan se myös on sitä.

– Asiassa on kuitenkin pelattava varman päälle, koska vaurioiden korjaaminen jälkikäteen olisi erittäin hankalaa. 

Hiilidioksidi pois kierrosta

Maailmalla ollaan aloittelemassa myös talteen otetun hiilidioksidin varastointia kallioperään. Suomessakin ainakin Vantaan Energia valmistelee tämäntapaista hiilidioksidin ”loppuvarastointia”, joka hankittaisiin kaupallisena palveluna. Hiilidioksidia ollaan pumppaamassa merenpohjan tyhjentyneisiin öljy- ja kaasuesiintymiin, joiden ympäristö on jo todistanut tiiviytensä. 

Myös maalle rakennettavien varastojen mahdollisuutta on selvitetty. 

– Suomessa ei kuitenkaan ole tietääkseni hankkeita hiilidioksidin varastoimiseksi kallioperään.

Resurssiviisaus kiven käytössä on lisääntynyt viime vuosina.

Vaikka hiilidioksidia on helpompi pitää paikoillaan kuin vetyä, kaasu pyrkii tässäkin tapauksessa karkaamaan omille teilleen. Pitkäkestoinen varastointi olisi helpompaa, jos aine olisi mineralisoitunut kiinteäksi. 

– Geologisessa aikaskaalassa mineralisoitumista tapahtuu luonnostaankin sopivissa geologisissa olosuhteissa. Prosessia voidaan nopeuttaa, mutta sen laajamittainen toteutus edellyttää merkittävää infrastruktuuria ja logistisia järjestelyjä. 

Ydinjätteen uudet kuulumiset

Uusia käänteitä on valmisteilla myös ydinjätteen loppusijoituksessa.   

Suomessa asia on ratkaistu Posivan onkalolla, jonka rakentamisen yhteydessä kerätty tietotaito voisi Lindqvistin mukaan helpottaa uusienkin loppusijoituspaikkojen toteuttamista. Jos pienreaktorit alkavat yleistyä, mahdolliset uudet voimalaoperaattorit joutuvat ratkaisemaan ydinjätteen loppusijoituksen vaatimuksen. 

Asiaa pohditaan myös Virossa, jossa Fermi Energia -niminen yritys valmistelee kahden pienreaktorin rakentamista. Viron geologia kuitenkin poikkeaa Suomesta, minkä takia asiaa lähestytään etelänaapurissa erilaisesta kulmasta. Suomalaisetkin tutkijat ovat saaneet tuntumaa Viron geologiaan esimerkiksi Tallinnan tunneliprojektien yhteydessä.

– Peruskallio on periaatteessa samankaltainen, mutta Virossa sen päällä on noin 150 metriä sedimenttikiveä. Sen jälkeen tulee vielä rapautumakerros, jonka alta löytyy kovaa, kiteistä kalliota.

Virossa loppusijoitusratkaisuksi kaavaillaan Deep Isolation -yrityksen kehittämää, porareikiin perustuvaa konseptia. Ensimmäisessä vaiheessa maahan porataan loppusijoituskerrokseen ylettyvä syvä reikä, jonka jälkeen poraamista jatketaan vaakasuuntaan riittävän varastotilavuuden saavuttamiseksi. Kallioon ei näin louhittaisi lainkaan varsinaista luolaa. 

Energiaa kalliosta

Lindqvist on selvittänyt omissa työtehtävissään myös energian keräämistä kalliosta. Tuntumaa asiaan saatiin esimerkiksi Helenin Ruskeasuon geolämpökaivoprojektissa, jossa lämpöä tavoiteltiin keskisyvästä, noin kahden kilometrin syvyyteen porattavasta reiästä. Suomessa on toteutettu muutama vastaavaan syvyyteen ylettyvä lämpökaivo. Trendi on kuitenkin tällä hetkellä matalammissa, muutaman sadan metrin syvyisissä lämpökaivoissa.

– Syvemmät kaivot ovat teknisesti ja geologisesti haastavampia. Mitä syvemmälle poraus etenee, sitä suuremmaksi kasvavat myös epäonnistumisen riskit. 

Yritystä on silti edelleen. Graalin malja tarjoaisi valtavan määrän energiaa ilman mainittavia hiilidioksidipäästöjä. 

– Suomesta onkin laadittu geoenergiapotentiaalia hahmottava kartta, joka kuvaa alustavasti, paljonko energiaa missäkin on tarjolla.

Resurssiviisaus lisääntynyt 

Lindqvist toivoo, että geologian näkökulma huomioitaisiin hankkeissa mahdollisimman aikaisessa vaiheessa. Monissa hankkeissa esimerkiksi logistiikka sanelee ratkaisuja enemmän kuin geologia. 

– Kuten kaikessa rakentamisessa, suunnitelmien muuttaminen projektin myöhemmässä vaiheessa on yleensä kallista ja hankalaa. 

Resurssiviisaus kiven käytössä on kuitenkin lisääntynyt viime vuosien kuluessa. Lähtötilanne olikin huono.

– Esimerkiksi tunneleita rakennettaessa kertyvä kivi on perinteisesti läjitetty tai käytetty toisarvoisiin käyttökohteisiin. Käyttökohteet laajenevat vaativampaankin ympäristöön, jos kiven ominaisuuksista on jo tutkittua tietoa.