Hukkalämmöstä Kristiinankaupungin vahvuus
Samalla kun Kristiinankaupunki valmistautuu mittaviin investointeihin datakeskuksiin, energiainfrastruktuuriin ja muihin teollisiin toimintoihin, kaupunki kohtaa maailmanlaajuisesti suureksi nousseen kysymyksen: miten hukkalämpö voidaan muuttaa huomiotta jääneestä sivutuotteesta tuottamaan tuloja?
Tämä kysymys on Vaasan yliopiston maisteriopiskelijan Naganandhini Somalinga Mohanlalin tutkimuksen ytimessä. Yliopiston, Business Kristinestadin ja KristinaEcon yhteistyön puitteissa hän tutkii käytännöllisiä ja taloudellisesti kannattavia tapoja hyödyntää ylijäämälämpöä noin 6 000 asukkaan kaupungissa. Hanke muodostaa perustan hänen pro gradu -työlleen ja voi kantaa myös tohtorintutkintoon asti.
Etelä-Intian Tamil Nadusta kotoisin olevalla Naganandhinilla on laaja akateeminen tausta. Ennen kuin hän aloitti opintonsa Vaasan yliopiston Kestävien ja autonomisten järjestelmien koulutusohjelmassa, hän opiskeli myös elintarviketuotantoa ja on asunut ja opiskellut sekä Ruotsissa että Britanniassa. Tämä osaamisen yhdistelmä on osoittautunut erityisen arvokkaaksi tutkittaessa, miten hukkalämpö voisi tukea elintarviketuotantoa ja muita paikallisia teollisuudenaloja.
Hänen kiinnostuksensa alaa kohtaan syntyi energian talteenottoa koskevista opinnoista, joissa keskitytään sellaisen energian keräämiseen ja hyödyntämiseen, joka muuten menisi hukkaan.
”Katsele ympärillesi ja voi huomata, kuinka paljon energiaa on käyttämättä”, hän sanoo.
Matalalämpöinen lämpö rajoittaa vaihtoehtoja
Yksi suurimmista haasteista on se, että käytettävissä oleva hukkalämpö on usein suhteellisen matalalämpöistä. Teolliset prosessit voivat toimia useiden satojen celsiusasteiden lämpötiloissa, mutta hukkalämpönä vapautuva lämpö on tyypillisesti paljon viileämpää.
Naganandhini selittää, että noin 200 °C:n lämpötilassa toimiva prosessi saattaa tuottaa hukkalämpöä vain noin 45 °C:n lämpötilassa. Vaikka tällä lämmöllä on edelleen arvoa, se ei ole riittävän kuumaa moniin teollisiin sovelluksiin ilman lisälämmitystä. Lämpötilan nostaminen edelleen vaatii ylimääräistä energiaa, mikä voi heikentää sekä tehokkuutta että taloudellista kannattavuutta.
Tämän vuoksi hänen tutkimuksensa keskittyy sellaisten sovellusten löytämiseen, joissa hukkalämpöä voidaan hyödyntää suoraan ilman laajamittaista jalostusta.
Lupaavimpia mahdollisuuksia ovat vesiviljely – menetelmä, jossa kasveja kasvatetaan ilman multaa – sekä kasvihuoneviljely. Molemmat järjestelmät hyötyvät kohtuullisista lämpötiloista ja voisivat mahdollisesti hyödyntää hukkalämpöä suhteellisen vähäisellä lisäenergiankulutuksella. Tavoitteena ei ole pelkästään ylimääräisen lämmön käyttökohteiden löytäminen, vaan taloudellisesti ja ympäristön kannalta kestävien ratkaisujen tunnistaminen.
Vesiviljely on noussut esiin erityisen lupaavana vaihtoehtona. Koska kasveja viljellään ravinteikkaassa vedessä tarkasti kontrolloiduissa ympäristöissä, vesiviljelyjärjestelmät voivat hyödyntää tasaisia lämmönlähteitä tehokkaasti. Jos hukkalämmön lämpötilat vastaavat hyvin toimintavaatimuksia, lämpötilan säätelyä tarvitaan mahdollisesti vain vähän.
Kristiinankaupungin kaltaiselle yhteisölle, jossa teollisuuden hukkalämpöä saattaa tulla yhä runsaammin, vesiviljely voi tarjota houkuttelevan pitkän aikavälin ratkaisun.
Perinteinen maaperään perustuva kasvihuoneviljely tarjoaa toisen mahdollisuuden. Jätelämpö voisi pidentää viljelykausia ja tukea paikallista elintarviketuotantoa Suomen pitkien talvien aikana. Kasvihuonetoimintaan liittyy kuitenkin kausiluonteisia haasteita. Kesällä ylimääräinen lämpö voi muodostua haitaksi, mikä vaatii lisäjäähdytystä tai ilmanvaihtoa.
Jokaisen toteuttamiskelpoisen ratkaisun on siksi otettava huomioon merkittävät kausivaihtelut.
Etäisyys on merkitsevä tekijä
Pohjoismainen ilmasto asettaa toisen esteen: etäisyyden.
Suurissa kaupungeissa kaukolämpöjärjestelmissä voidaan usein hyödyntää hukkalämpöä. Kristiinankaupunki on kuitenkin suhteellisen pieni kunta, jossa mahdolliset käyttäjät voivat sijaita jonkin matkan päässä tulevista hukkalämmön lähteistä.
Kun lämpö kulkee putkien kautta, osa energiasta menetetään väistämättä. Kylminä talviolosuhteina laitoksesta 45 °C:n lämpötilassa lähtevä vesi voi saapua määränpäähänsä useita asteita viileämpänä. Nämä häviöt ovat tärkeä huomioitava seikka arvioitaessa minkä tahansa hankkeen taloudellista toteutettavuutta.
Ideoita Norjasta
Mahdollisten ratkaisujen löytämiseksi Naganandhini on tutkinut esimerkkejä Norjasta, jossa datakeskukset ja teollisuuslaitokset hyödyntävät hukkalämpöä joko rakennusten lämmitykseen tai läheisten teollisuusprosessien tukemiseen.
Hän on tarkastellut myös lähempää sijaitsevia esimerkkejä, kuten jätejalostuslaitoksia, joissa yhdessä tuotantovaiheessa syntyvä lämpö hyödynnetään toisessa vaiheessa. Nämä esimerkit viittaavat siihen, että toimivien järjestelmien onnistuminen riippuu usein siitä, että lämmöntuottajat ja -käyttäjät sijaitsevat lähellä toisiaan.
Vuodenajat monimutkaistavat ratkaisuja
Kausivaihtelu on edelleen keskeinen kysymys. Hukkalämpö voi olla erittäin arvokasta talvella, mutta kysyntä laskee usein jyrkästi kesällä. Sen sijaan, että luotettaisiin kalliisiin pitkäaikaisiin lämmönvarastointijärjestelmiin, Naganandhini ehdottaa, että eri käyttötarkoituksia voitaisiin priorisoida vuoden eri aikoina.
Kalankasvatus vaatii tarkasti säädeltyjä veden lämpötiloja, ja kohtuullinen hukkalämmön käyttö siellä voisi auttaa ylläpitämään sopivia olosuhteita lämpiminä kuukausina, jolloin lämmitystarve muualla on pienempi. Tällainen lähestymistapa voisi tarjota vaihtoehtoisen käyttökohteen kesäajan hukkalämmölle, joka muuten saattaisi jäädä käyttämättä.
Koneoppiminen voi avata uusia mahdollisuuksia
Yksi hankkeen innovatiivisimmista näkökohdista on koneoppimisen käyttö.
Naganandhini ehdottaa ennustemallien kehittämistä, joilla voidaan ennustaa sekä hukkalämmön tuotantoa että sen käyttökuvioita. Analysoimalla toimintatietoja tunneittain tutkijat voisivat arvioida tulevan lämmön saatavuutta ja määrittää, miten se voitaisiin jakaa tehokkaimmin eri käyttötarkoituksiin.
Tällaiset työkalut voisivat tukea parempia investointipäätöksiä ja auttaa samalla kuntia ja yrityksiä maksimoimaan resurssitehokkuuden.
Hanke toteutetaan yhteistyössä useiden kumppaneiden kanssa.
”Haluan kiittää Vaasan yliopistoa, Scale24:ää ja Business Kristinestadia tästä mahdollisuudesta”, sanoi Naganandhini.
