Toimittaneet Ilkka Savolainen Mikael Ohlström Anne Kärkkäinen Ilmaston muuttuminen kasvihuonekaasujen päästöjen vuoksi on suuri uhka luonnolle ja ihmisille. Ilmastonmuutoksen pysäyttäminen vaatii paljon Kioton pöytäkirjan velvoitteita voimakkaampia vähennyksiä päästöissä. Maapallon väkiluku ja talous kasvavat. Päästöjen rajoittamiseksi tarvitaan suuria muutoksia kulutuksessa ja tuotannossa sekä näihin liittyvissä teknologioissa. Kehittämällä ja ottamalla käyttöön uutta, puhdasta ja tehokasta teknologiaa sekä hyödyntämällä uusiutuvaa energiaa voidaan kasvihuonekaasujen päästöjen rajoittamisen kustannuksia alentaa. Ajan mittaan päästöjä voidaan vähentää paljon enemmän kuin Kioton velvoitteet edellyttävät. Uutta teknologiaa voidaan käyttää päästöjen rajoittamiseen koko maailmassa. Suomelle avautuu merkittäviä mahdollisuuksia kasvattaa teknologian vientiä ulkomaille. Ilmasto Haaste teknologialle Ilmasto Haaste teknologialle Näkemyksiä ja tuloksia Climtech-ohjelmasta ISBN 951-37-3883-3 50.12 www.tekes.fi, www.climtech.vtt.fi & www.tekes.fi/ ohjelmat/climtech
Ilmasto Haaste teknologialle
Toimittaneet Ilkka Savolainen Mikael Ohlström Anne Kärkkäinen Ilmasto Haaste teknologialle Näkemyksiä ja tuloksia Climtech-ohjelmasta
Kirjassa haastatellut asiantuntijat: Erkki Jatila, Ilmatieteen laitoksen entinen pääjohtaja Allan Johansson, tutkimusprofessori, VTT Martti Äijälä, teknologiajohtaja, Tekes Ilkka Savolainen, tutkimusprofessori, VTT Heikki Niininen, johtaja, Fortum Oy Helena Vuorelma, kehittämisjohtaja, ympäristöministeriö Jorma Mäntynen, professori, Tampereen teknillinen yliopisto Peter Lund, professori, Teknillinen korkeakoulu Kari Saviharju, tekninen johtaja, Andritz Oy, soodakattilat Juha Kaila, jätehuoltojohtaja, Pääkaupunkiseudun yhteistyövaltuuskunta (YTV) Matti Rasimus, markkinatietoyksikön johtaja, Finpro Mika Pantzar, tutkimuspäällikkö, Kuluttajatutkimuskeskus Luvun Ilmastonmuutos miten voimme vaikuttaa ovat kirjoittaneet tutkimusprofessori Ilkka Savolainen, tutkija Mikael Ohlström ja erikoistutkija Sanna Syri VTT Prosesseista. Kuvien graafinen suunnittelu: Pirjo Helke ISBN 951-37-3883-3 Edita Prima Oy Helsinki 2003
Esipuhe T ekes käynnisti Teknologia ja ilmastonmuutos eli Climtech-ohjelman vuonna 1999 tavoitteena edistää ilmastonmuutosta rajoittavan teknologian kehittämistä ja vientiä sekä tukea kansallisten ja kansainvälisten ilmastotavoitteiden saavuttamista. VTT Prosessit koordinoi ohjelmaa. Ohjelmapäällikkönä toimi tutkimusprofessori Ilkka Savolainen. Ohjelman aikana syntyi materiaalia, jonka hyödyntäminen yleisemminkin kuin normaaleina raportteina tuntui aiheelliselta. Koska ohjelman tavoitteisiin oli myös sisällytetty laaja tiedonvälitys, päätettiin koota materiaalin pohjalta kirja. Tässä kirjassa Climtech-ohjelmaan osallistuneet tutkijat esittävät tuloksia ja näkemyksiään laajalle lukijakunnalle tarkoitetussa muodossa. Kirjan ovat toimittaneet VTT:sta tutkimusprofessori Ilkka Savolainen ja tutkija Mikael Ohlström sekä Viestintä OK:sta toimittaja Anne Kärkkäinen, joka on muokannut tutkijoiden tekstejä helppolukuisemmiksi. Graafikko Pirjo Helke on vastannut kirjan kuvituksesta yhdessä kirjoittajien kanssa. Kirjan toimituskunnan puheenjohtajana toimi tutkimusprofessori Allan Johansson VTT:sta. Toimituskunnan jäseninä olivat edellä mainittujen lisäksi Tekesistä johtava teknologia-asiantuntija Raija Pikku-Pyhältö, teknologia-asiantuntija Sami Tuhkanen ja tiedottaja Soile Pohjanpalo. Editan edustajana on ollut kustannuspäällikkö Olli Vuorikivi. Kiitämme lämpimästi kaikkia kirjan tekoon osallistuneita heidän työstään ja ponnisteluistaan kirjan hyväksi. Tekes julkaisee rinnan tämän kirjan kanssa samaan aihepiiriin liittyvän toisen kirjan Ilmastonmuutos teknologiapolitiikan vaikutukset. Siinä tarkastellaan joidenkin aiempien Tekesin teknologiaohjelmien ja hankekokonaisuuksien vaikutuksia kasvihuonekaasujen päästöjen rajoittamiseen. Helsingissä helmikuussa 2003 Teknologian kehittämiskeskus Tekes 5
Sisällysluettelo Esipuhe 5 Yhteenveto 8 Teknologia ja ilmastonmuutos -ohjelma mitä se on 10 Ilmastonmuutos miten voimme vaikuttaa 13 Ihminen muuttaa ilmastoa 15 Kulutus ja energiankäyttö kasvavat 25 Ilmastonmuutosta voidaan hillitä 33 Tuloksiin monipuolisella teknologialla 43 Energiaa osataan säästää riittääkö tahtoa 53 Energiankäyttöä voidaan tehostaa teollisuudessa, Petri Vasara ja Jaakko Jokinen 55 Rakennusten energiankulutus voidaan puolittaa, Mikko Saari 75 Säästeliäämpiä liikennevälineitä ja tiiviimpiä yhdyskuntia, Hanna Kalenoja, Jorma Mäntynen ja Juhani Laurikko 87 Päästöjen rajoittaminen vaihtoehtoja löytyy 101 Uusiutuvat energialähteet - suuret mahdollisuudet, Satu Helynen, Esa Peltola ja Peter Lund 103 Tulevaisuuden energiajärjestelmät jo totta, Eero Vartiainen 123 6
Hiilidioksidia voidaan erottaa ja varastoida, Tiina Koljonen ja Hanne Siikavirta 139 Jätehuollon kasvihuonekaasujen päästöjen hallinta edullista, Kai Sipilä, Tuula Mäkinen, Sami Tuhkanen, Tarja Turkulainen, Elina Lohiniva ja Jouko Petäjä 147 Fluorattujen kasvihuonekaasujen päästöjen rajoittaminen tärkeää, Teemu Oinonen ja Sampo Soimakallio 159 Mitkä ovat mahdollisuudet Suomessa 165 Päästöt vähenevät aktiivisella teknologian kehitystyöllä, Antti Lehtilä ja Sanna Syri 167 Teknologiaa käyttöön kynnystä voidaan madaltaa 187 Uuden teknologian käyttöönottoa voidaan edistää, Raimo Lovio, Sirkku Kivisaari ja Erja Väyrynen 189 Liite 1. Karttakuva Climtech-ohjelman kattavuudesta 203 Liite 2. Teknologia ja ilmastonmuutos (Climtech) -ohjelman projektit 204 Hakemisto 205 7
ILMASTON MUUTOS MITEN VOIMME VAIKUTTAA Yhteenveto Ilmaston muuttuminen kasvihuonekaasujen päästöjen vuoksi on suuri uhka luonnolle ja ihmisille, vaikka arviot ilmastonmuutoksen seurauksista ovatkin vielä epävarmoja. Kioton pöytäkirjan päästöjen vähentämisen velvoitteet eivät riitä pysäyttämään ilmaston muuttumista, vaan päästöjä pitää rajoittaa Kioton velvoitteita paljon enemmän. Kasvihuonekaasujen päästöjen vähentäminen on tärkeä askel kohti kestävää kehitystä. Päästöjä voidaan vähentää parantamalla energiantuotannon tehokkuutta ja ottamalla käyttöön uusiutuvia, vähäpäästöisiä tai kasvihuonevaikutukseltaan neutraaleja energiamuotoja. Energiankäyttöä voidaan tehostaa teknisin keinoin sekä muuttamalla käyttö- ja kulutustottumuksia. Keskeistä on myös muuttaa talouden rakennetta vähemmän energiaa kuluttavaksi. Kasvihuonekaasuja vapautuu myös muun muassa teollisuuden prosesseista, jätehuollosta ja maataloudesta. Näiden päästöjen rajoittaminen on usein kustannustehokasta. Materiaalien tuotannon ja käytön tehokkuus on tärkeää aine- ja energiavirtojen pienentämiseksi. Jätehuollon ja maatalouden päästöjen rajoittaminen kytkeytyy näiden alojen muuhun kehittämiseen. Teollisuus käyttää huomattavan osan energiasta, Suomessa peräti puolet. Suomessa valmistetaan maailman markkinoille monia sellaisia tuotteita, kuten paperia ja metalleja, joiden tekeminen vaatii paljon energiaa. Energiankäytön tehostaminen kuuluu teolliseen toimintaan luontevasti. Siitä on monenlaisia konkreettisia hyötyjä nyt ja tulevaisuudessa. Paljon erilaisia energiansäästökeinoja on jo käytössä, mutta kehitettävää riittää. Rakennukset käyttävät 30 40 prosenttia EU:n alueella kulutetusta energiasta. Tekniset ratkaisut mahdollistavat sen, että tulevaisuudessa rakennukset kuluttavat paljon nykyistä vähemmän energiaa. Niissä on myös mukava asua, sillä ilma on puhdasta, talvella lämmintä ja kesällä viileää. Liikenne Euroopassa ja maailmassa lisääntyy nopeasti. Varsinkin tieliikenne tuottaa paljon hiilidioksidipäästöjä. Niitä voidaan vähentää kehittämällä niukkapäästöisempiä kulkuvälineitä ja suunnittelemalla yhdyskunnat siten, että liikkua voitaisiin helposti muutenkin kuin henkilöautoilla. Maailman energiataloutta hallitsevat fossiiliset polttoaineet 85-prosenttisesti. Uusia uusiutuvia energialähteitä, kuten aurinko- ja tuulienergiaa, käytetään vielä vähän. Niiden osuus on alle yksi prosentti. Perinteisten energialähteiden markkinat kasvavat muutaman prosentin vuodessa ja uusien uusiutuvien energialähteiden, kuten tuuli- ja aurinkoenergian, jopa useita kymmeniä prosentteja vuodessa. Bioenergiateknologian ja bioenergian käytön kehitys on myös nopeaa. Suomella on maailmassa keskeinen asema bioenergiatekno- 8
logian kehittäjänä ja laitteiden valmistajana. Tuulivoimaloiden osien valmistajana Suomella on maailmassa huomattava markkinaosuus, ja viennin arvioidaan jatkavan nopeaa kasvua. Fossiilisista polttoaineista peräisin olevan hiilidioksidin päästöjä voidaan vähentää myös erottamalla sitä savukaasuista energiantuotannossa ja teollisuudessa. Erotettu hiilidioksidi voidaan varastoida maan alle geologisiin muodostumiin, kuten käytettyihin kaasu- ja öljykenttiin. Ennen kuin varastoinnilla voidaan maailmanlaajuisesti vähentää kasvihuonekaasujen päästöjä, varastoinnin turvallisuutta ihmiselle ja ympäristölle tulee tutkia. Jätehuollon kasvihuonekaasupäästöt johtuvat pääasiassa kaatopaikkojen metaanipäästöistä. Metaani on voimakas kasvihuonekaasu, jota syntyy hapettomissa oloissa hajoavista orgaanisista aineista. Nämä eloperäiset aineet ovat peräisin biojätteestä, paperista ja puuperäisistä aineista. Jätehuoltoa kehittämällä päästöjä voidaan vähentää edullisesti. Fluorattujen kasvihuonekaasujen päästöjen ennakoidaan moninkertaistuvan lähitulevaisuudessa. Tämä johtuu siitä, että jäähdytyksen yleistymisen myötä kylmäaineiden käyttö lisääntyy ja kylmäaineina siirrytään käyttämään otsonikerrosta heikentävien aineiden sijasta juuri fluorattuja kaasuja. Teknisesti on kuitenkin mahdollista käyttää tiiviimpiä laitteita tai korvata fluorattuja kaasuja haitattomilla yhdisteillä. Jos Suomessa ja muualla kehitettäisiin ja kaupallistettaisiin uusia teknologioita vielä nykyistäkin enemmän, kasvihuonekaasupäästöjen rajoittaminen halpenisi. Suomea koskevissa skenaariotarkasteluissa uusiutuvan energian, etenkin biopolttoaineiden ja tuulen, käyttö lisääntyisi huomattavasti. Samalla kustannukset alenisivat ja ajan oloon päästöjä voitaisiin vähentää huomattavasti enemmän kuin Kioton ensimmäisen sopimuskauden velvoitteet edellyttävät. Ilmastonmuutoksen hillitseminen synnyttää maailmaan teknologiamarkkinat, joilla kysytään energiajärjestelmien ja muiden päästöjä tuottavien toimintojen parannuskeinoja. Satojen miljardien eurojen vuotuiset investoinnit siirtyvät vähitellen lähivuosikymmeninä fossiilisia polttoaineita käyttävistä teknologioista yhä enemmän uusiutuvia energialähteitä käyttäviin ja päästöttömiin teknologioihin sekä energiatehokkuuden lisäämiseen. Uudet teknologiat vähentävät myös muita ilmansaasteita, kuten rikki-, typenoksidi- ja hiukkaspäästöjä. Odotettavissa oleva markkinoiden muutos on tavattoman suuri liiketoimintamahdollisuus. Jo nyt Suomen energiateknologian vienti on maailman mitassa poikkeuksellisen laajaa. Suomalaisten uusien teknologioiden markkinoille pääsyä voidaan helpottaa monilla eri tavoilla. Yritysten tulisi nähdä pitkän ajan mahdollisuudet, jotta kehitystyö olisi kannattavaa. Selkeä pitkäaikainen poliittinen sitoumus päästöjen rajoittamisesta on tärkeä viesti yrityksille. Päästöjen rajoittamiseksi myös uuden teknologian kysyntää tulee edistää, ja markkinoita voidaan kehittää uusilla liiketoimintatavoilla. Yhteistyöverkostoilla ja eri osapuolten laatimilla toimintaohjelmilla on myös keskeinen tehtävä kaupallistamisessa. 9
TEKNOLOGIA JA ILMASTONMUUTOS -OHJELMA MITÄ SE ON Teknologia ja ilmastonmuutos -ohjelma mitä se on T ekesin Teknologia ja ilmastonmuutos eli Climtech-ohjelman yleisenä tavoitteena oli edistää ilmastonmuutosta rajoittavaa teknologiaa ja sen vientiä sekä tukea kansallisten ja kansainvälisten ilmastotavoitteiden saavuttamista. Näihin pyrittiin tekemällä arvioita ilmastonmuutoksen rajoittamiseen soveltuvan teknologian tasosta ja kehitysnäkymistä sekä niiden teknologisista ja taloudellisista mahdollisuuksista. Tällä laajalla kokonaistarkastelulla pyritään tukemaan teknologisia valintoja, teknologian tutkimusta ja kehitystä sekä kaupallistamista ja käyttöönottoa. Ohjelma edistää samalla suomalaisen teollisuuden mahdollisuuksia hyödyntää liiketoimintatilaisuutta, jonka ilmastonmuutoksen rajoittaminen tarjoaa. Climtech-ohjelmassa tarkasteltiin teknologioita melko pitkällä, vuoteen 2030 ulottuvalla tähtäimellä. Vaikka energiajärjestelmä ja -talous ovat pääomavaltaisia ja ne muuttuvat suhteellisen hitaasti, näin pitkä tarkasteluväli antaisi monista nopeasti kehittyvistä teknologioista vain hyvin karkeita tuloksia. Tämän vuoksi käytännössä tarkasteltiin usein myös lyhyempiä aikavälejä. Eri teknologioiden mahdollisuuksia pyrittiin arvioimaan kokonaiskuvien avulla. Kokonaiskuvaa arvioitiin kolme kertaa ohjelman aikana. Ohjelman alussa laadittiin lähtökohtaraportti (Savolainen et al. 2000), johon koottiin tietoja kansallisista ja kan- sainvälisistä tutkimus- ja teknologiaohjelmista sekä tehdyistä arvioista eri teknologioiden merkityksestä ilmastonmuutoksen hallinnassa. Tätä arviota käytettiin hyväksi, kun Climtech-ohjelmaan valittiin tutkimushankkeita. Toinen laajahkoa kokonaisuutta arvioiva raportti tehtiin kansallisen ilmastostrategian tueksi (Savolainen et al. 2001). Siinä teknologioiden tarkastelu rajattiin koskemaan Suomen päästöille keskeisiä alueita. Kolmas kokonaiskuva ilmastonmuutosta hillitsevistä teknologioista esitetään tässä kirjassa. Climtech-ohjelman toimintatapaan kuului vuorovaikutteinen tiedonvälitys teknologioita kehittävien ohjelmien, organisaatioiden ja tutkijoiden kanssa. Ohjelmassa järjestettiin yli kymmenen seminaaria, ja hankkeiden tutkijat osallistuivat kokonaiskuvaa esittävien raporttien kirjoittamiseen. Ohjelmasta ja sen hankkeista sekä hankkeiden tuloksista on kerrottu lukuisissa ammatillisissa ja tieteellisissä lehdissä sekä muiden tahojen järjestämissä kansainvälisissä ja suomalaisissa seminaareissa. Ohjelman ja sen yksittäisten hankkeiden tuloksista on laadittu myös suuri määrä esitteitä. Hankkeiden tulosesitteet löytyvät ohjelman internet-sivuilta sekä suomen- että englanninkielisinä. Kasvihuonekaasujen päästöjen rajoittamista voidaan tehdä varsin monin keinoin. Niihin kuuluvat esimerkiksi energiantuotannon ja -kulutuksen tehostaminen, uusiutu- 10
vien ja hiilidioksidipäästöttömien energialähteiden käytön lisääminen sekä päästöjen rajoittaminen muun muassa jätehuollossa. Climtech-ohjelman hankkeissa keskityttiin niihin aiheisiin, joista arvioitiin saatavan eniten hyötyä melko pienillä resursseilla (liite 1). Joissakin aihepiireissä, kuten esimerkiksi rakennusten energiatehokkuuden parantamisessa, teknologisia vaihtoehtoja arvioitiin olevan jo runsaasti. Climtech-ohjelman hankkeet jakautuivat kuuteen aihepiiriin: Uusiutuvat energialähteet ja hajautettu energiantuotanto, Energiatehokkuus ja teollisuus, Muut kasvihuonekaasut kuin hiilidioksidi, Hiilidioksidin erotus ja hyötykäyttö, Mallit ja järjestelmät sekä Kaupallistaminen. Ohjelmassa oli 27 hanketta (liite 2). Hankkeita toteutti seitsemän tutkimuslaitosta tai teknillistä korkeakoulua ja kahdeksan yritystä. Pääosin ohjelmaa rahoitti Tekes. Ohjelmaa, sen hankkeita ja niiden tuloksia kuvataan ohjelman internet-sivuilla (akseli.tekes.fi ja www.climtech.vtt.fi) ja myös Climtechohjelman loppuraportissa (Soimakallio & Savolainen 2002). Ohjelman yleisestä suuntaamisesta ja yhteyksistä avainyrityksiin ja -asiantuntijoihin vastasi ohjelman neuvottelukunta, jonka puheenjohtajana toimi johtaja Heikki Niininen Fortum Oyj:stä. Käytännön työtä ohjasi ohjausryhmä, joka piti kokouksia noin kerran kuukaudessa. Ohjausryhmän puheenjohtajina toimivat teknologiajohtaja Martti Äijälä Tekesistä 31.12.2000 saakka ja sen jälkeen johtava teknologia-asiantuntija Raija Pikku-Pyhältö Tekesistä. Ohjelma koordinoitiin VTT Prosesseissa. Tähän työhön osallistuivat tutkimusprofessori Ilkka Savolainen ohjelmapäällikkönä sekä tutkijat Mikael Ohlström, Sami Tuhkanen (1.2.2002 saakka) sekä Sampo Soimakallio ja erikoistutkijat Riitta Pipatti (30.6.2001 saakka) ja Sanna Syri (1.3.2002 alkaen). Climtech-ohjelman sihteeristön julkaisut Savolainen, I., Tuhkanen, S., Ohlström, M., Pipatti, R., Pingoud, K. & Johansson, A. 2000. Teknologia ja ilmastonmuutos - Lähtökohtia CLIMTECH-teknologiaohjelmalle. Tekes, Helsinki. Teknologiakatsaus 85/2000. 65 s. Savolainen, I., Tuhkanen, S. & Lehtilä, A. (toim.). 2001. Teknologia ja kasvihuonekaasujen rajoittaminen - Taustatyö kansallista ilmasto-ohjelmaa varten. Kauppa- ja teollisuusministeriön julkaisuja 1/2001. 198 s. Soimakallio, S. & Savolainen, I. (eds.). 2002. Technology and Climate Change CLIMTECH 1999 2002 Final Report. Finnish National Technology Agengy (Tekes), Helsinki, Finland. Technology programme report 14/2002. 259 s. 11
ILMASTONMUUTOS miten voimme vaikuttaa 13
ILMASTONMUUTOS MITEN VOIMME VAIKUTTAA Haastattelu: Erkki Jatila, Ilmatieteen laitoksen entinen pääjohtaja Maapallon ilmastonmuutos totta Ilmastotieteilijät eivät enää epäröi ennustaa: ilmasto lämpenee vääjäämättä. Ilmastotutkijoiden mukaan maapallon ilmakehän muuttuminen ihmisen toiminnan vuoksi on totta. - Minulle siinä ei ole mitään mystiikkaa. Jos ilmakehän kemiallinen koostumus on muuttunut, ilmakehän säteilyominaisuudet muuttuvat, sanoo Ilmatieteen laitoksen entinen pääjohtaja Erkki Jatila. Hän on osallistunut Suomen edustajana hallitusten välisen ilmastopaneelin, IPCC:n, toimintaan paneelin koko olemassaolon ajan. Ilmakehän kasvihuonekaasut, kuten hiilidioksidi, dityppioksidi ja metaani, ovat lisääntyneet viimeisen sadan vuoden aikana lähinnä ihmisen toimien takia. Tämän vuoksi lämpöä pääsee säteilemään aiempaa vähemmän avaruuteen, ja maapallon ilmasto lämpenee. Jatila kertoo, että IPCC:n varmimpien arvioiden mukaan maapallon ilmasto lämpenee keskimäärin 2-6 astetta seuraavien vuosikymmenien aikana. Pohjois- ja etelänapaa lähempänä olevat alueet lämpenevät enemmän kuin päiväntasaajan seutu. Varsinkin talvista tulee nykyistä lämpimämpiä. Alueellisesti meret lämpenevät hitaammin kuin mantereet. Siksi esimerkiksi meidän leveyksillämme Siperia lämpenee enemmän kuin Suomi. Pienempiä alueellisia muutoksia on kuitenkin vaikea ennakoida, kuten Suomenkin. Jatila huomauttaa, että Suomi sijaitsee merija mannerilmaston välialueella. Täällä Pohjois- Atlantti hillitsee lämpenemistä. - Joka tapauksessa Suomessa keskilämpötila nousee enemmän kuin esimerkiksi Norjassa. Kaiken kaikkiaan Suomen ilmasto alkaa vähitellen muistuttaa Tanskan ja Pohjois-Saksan nykyisiä oloja. Myös sateisuus muuttuu maapallolla. Kuivuuden ennakoidaan haittaavan kaikkein tärkeimpiä viljantuotantoalueita. Nälänhädät saattavat lisääntyä etelässä, mistä seuraa suurta inhimillistä hätää ja jopa kansanvaelluspaineita. - Tulevina vuosikymmeninä pitää pystyä ratkaisemaan ihmiskunnan siedettävä eläminen, Jatila toteaa. Viime vuosina esiintyneistä sään ääri-ilmiöistä, kuten hirmumyrskyistä, tulvista ja valtavista monsuunisateista, ei Jatilan mielestä vielä pysty arvioimaan, liittyvätkö ne ilmastonmuutokseen. - Yleisesti kuitenkin tiedetään, että kun ilmasto hakee uutta tasapainoa, voimakkaat sääilmiöt ovat silloin tyypillisiä. 14
Ihminen muuttaa ilmastoa Ihmisen aiheuttamaa ilmastonmuutosta voidaan pitää suurena uhkana luonnolle ja ihmiskunnalle, vaikka siihen liittyy toistaiseksi paljon epävarmuutta. Epävarmuudesta huolimatta ilmastonmuutosta pitää hillitä. Jos näin ei tehdä, seuraukset saattavat olla tavattoman suuria. I hmisen toiminta lisää ilmakehän niin sanottujen kasvihuonekaasujen pitoisuuksia. Tämä vaikuttaa maapallon säteilyenergiatasapainoon. Ilmasto ja mitä ilmeisimmin ympäristö muuttunevat huomattavasti suurissa osissa maapalloa. Ilmastonmuutos johtuu siitä, että maapallon säteilytase on muuttumassa nopeasti. Tasapainotilassa maapallolle tulee yhtä paljon säteilyenergiaa kuin lähtee. Ilmakehän lisääntyneet kasvihuonekaasut kuitenkin viivästävät energian siirtymistä lämpönä avaruuteen, mutta toisaalta nämä kaasut eivät estä auringosta maapallolle tulevaa säteilyä. Tästä säteilytaseen epätasapainosta käytetään nimitystä säteilypakote. Maapallon säteilyenergiatasetta muuttavat ihmistoiminnasta peräisin olevista kaasuista eniten hiilidioksidi (CO 2 ), metaani (CH 4 ), dityppioksidi (N 2 O) eli typpioksiduuli tai ilokaasu sekä halogenoidut hiilivedyt. Nämä kaasut poistuvat hitaasti ilmakehästä ja ehtivät sekoittua siihen varsin tasaisesti. Etenkin hiilidioksidin pitoisuus kasvaa voimakkaasti. Tätä mieltä on hallitusten välinen ilmastopaneeli eli Inter- governmental Panel on Climate Change, IPCC, joka arvioi uusimmassa raportissaan vuodelta 2001 näiden kaasujen päästöjä ja ilmaston muuttumista sekä muutoksen vaikutuksia luontoon ja ihmiseen. Hiukkaset, noki Kasvihuonekaasujen lisäksi maapallon säteilytasapainoon vaikuttavat monet muut seikat, joista useimmat tunnetaan toistaiseksi melko epätarkasti (kuva 1). Stratosfäärin otsonikato viilentää ilmastoa lievästi, mutta maapallon säteilytasapainoon vaikuttavat myös monet paikalliset tai alueelliset muutokset. Ilmastoa viilentävät erityisesti rikkipäästöistä muodostuvat sulfaattihiukkaset sekä poltosta peräisin olevat useat muut hiukkaset. Ne heijastavat maapallolle tulevaa auringonvaloa avaruuteen ja vähentävät maapallolle imeytyvää säteilyenergiaa. Alailmakehän otsonin lisääntyminen ja nokihiukkaset puolestaan lämmittävät ilmakehää. Hiukkaset vaikuttavat myös epäsuorasti lisäämällä pilvisyyttä. Sen taas arvioidaan viilentävän ilmastoa melko paljon, mutta vaikutus tunnetaan huonosti. Ilmakehää 15
ILMASTONMUUTOS MITEN VOIMME VAIKUTTAA KUVA 1. Hiilidioksidin (CO 2 ) lisääntyneet pitoisuudet lisäävät voimakkaasti maapallon säteilypakotetta. Muihin tekijöihin sisältyy suuriakin epävarmuuksia. Kuvassa on ihmisen toiminnasta aiheutuva maapallon keskimääräinen säteilypakote 1990-luvun lopulla esiteolliseen aikaan, eli noin 1750-lukuun, verrattuna IPCC:n mukaan. Kuvassa on myös luonnollinen säteilypakote, joka johtuu auringon säteilyn muutoksesta. Pystysuuntainen jana kuvaa säteilypakotteen epävarmuusarvioita. Kuvan alareunassa on vielä sanallinen käsitys kunkin arvion luotettavuudesta. viilentää myös metsien väheneminen, sillä auringon säteily heijastuu avomaalta takaisin avaruuteen paremmin kuin metsistä. Toisaalta metsien väheneminen vapauttaa hiilidioksidia ilmakehään. Syy: fossiiliset polttoaineet Eniten hiilidioksidia ilmakehään joutuu fossiilisten polttoaineiden käytöstä ja muutama prosentti kalkin valmistuksesta. Fossiilisten polttoaineiden päästöt ovat suurimmaksi osin peräisin energiantuotannosta (40 prosenttia), teollisuudesta (noin 20 prosenttia), liikenteestä (yli 20 prosenttia) ja muilta sektoreilta, kuten rakennuksissa käytettävistä polttoaineista (noin 20 prosenttia). Liikenteen ja energiantuotannon päästöt kasvavat nopeimmin. Energiasektorilla tuotettu energia kulutetaan lähes kokonaan teollisuudessa ja rakennuksissa. Energiasektorin päästöjen kasvu kuvaa paljolti sitä, että kaikkialla maailmassa kiinteistöissä käytetään yhä enemmän keskitetysti tuotettua energiaa, enimmäkseen sähköä. 16
KUVA 2. Kehittyneiden maiden päästöt kasvoivat voimakkaasti vuoden 1973 öljykriisiin saakka. Tämän jälkeen päästöjen kasvu on hidastunut. Siirtymätalousmaiden taantuma on pienentänyt kehittyneiden maiden päästöjä vuoden 1990 jälkeen. Kehitysmaiden päästöt ovat kasvaneet nopeasti viime vuosikymmeninä. Metsää häviää tropiikissa Noin viidennes hiilidioksidin kokonaispäästöistä johtuu metsien hävityksestä erityisesti tropiikissa. Metsien hävityksen vuoksi hiilidioksidia joutuu ilmaan 2000 5000 miljoonaa tonnia vuodessa. Vaikka tropiikin metsät vähenevät, biosfäärin kokonaishiilivarasto kasvaa, sillä lauhkean ja viileän vyöhykkeen metsät lisääntyvät. Lisäksi kasvit kasvavat hiukan paremmin ilman hiilidioksidipitoisuuden lisäännyttyä. Suomessa ja monessa muussa Euroopan maassa metsäekosysteemin hiilivarasto on karttumassa, sillä metsän kasvu ylittää hakkuut. Metsien käyttö teollisuuden raaka-aineena tai bioenergian lähteenä ei lisää ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta, jos hakkuut eivät ylitä kasvua. Puuaineksesta vapautuva hiilidioksidi sitoutuu takaisin kasvavaan metsään. Tämän vuoksi bioenergiaa voidaan pitää kasvihuonevaikutukseltaan hiilidioksidineutraalina. Maatalouden päästöt Huomattavat metaani- ja dityppioksidipäästöt ovat peräisin maataloudesta (taulukko 1). Eniten metaania tuottavat karjatalous 17
ILMASTONMUUTOS MITEN VOIMME VAIKUTTAA ja riisinviljely, dityppioksidia puolestaan maatalousmaa ja typpilannoitus. Metaania vapautuu paljon myös kaatopaikoilta ja polttoaineiden tuotannosta. TAULUKKO 1. Maailman kasvihuonekaasujen päästöt vuonna 1999 sektoreittain jaoteltuna. Taulukossa on otettu huomioon hiilidioksidin (CO 2 ) lisäksi metaani- (CH 4 ) ja dityppioksidipäästöt (N 2 O) sekä fluorattujen hiilivetyjen (HFC:t, PFC:t) ja rikkiheksafluoridin (SF 6 ) päästöt. Ilmasto lämpenee Koska kasvihuonekaasu- ja erityisesti hiilidioksidipitoisuudet lisääntyvät ilmakehässä, ilmaston arvioidaan lämpenevän. IPCC on arvioinut ilmaston lämpenemistä erilaisten päästöskenaarioiden pohjalta. Lähtöoletuksena on käytetty maapallon sosioekonomista kehitystä, johon vaikuttavat muun muassa väestö, talous ja teknologia. Eri skenaarioissa päästöt kehittyvät tulevaisuudessa hyvin eri tavalla, mutta kaikissa lämpötila nousee, joskin lämpenemisarviot vaihtelevat (kuva 3). Tulosten epävarmuutta lisää se, että ilmaston muuttumista ei osata arvioida tietyn päästöjen kehityskulun seurauksena kovin tarkasti. Arvioiden mukaan lämpötilat kohoaisivat lähes kaikilla maa-alueilla enemmän kuin keskimäärin koko maapallolla. Lämpöaallot yleistyisivät, ja kylmät jaksot vähenisivät. Veden kierto voimistuisi, sadanta kasvaisi ja rankkasateet yleistyisivät. Samalla kuitenkin kuivuus lisääntyisi useilla mantereiden keskialueilla (taulukko 2). Jäätiköiden pienenemisen oletetaan jatkuvan. Samoin pienenevät lumi- ja jääpeitteiset alueet, ikiroudan alueet sekä jään kattamat merialueet. Grönlannin jäätikön arvioidaan pienenevän, kun taas Etelämantereen jäätikön oletetaan kasvavan lisääntyvien sateiden vuoksi. Merenpinnan arvioidaan kohoavan, koska merivesi laajenee lämmetessään ja jäätiköt sulavat. Matalilla saarilla ja rannikkoalueilla elävät ihmiset ovat alttiita meren pinnan nousulle ja tulva-aalloille. Ilmaston muuttuminen vaikuttaisi myös ekosysteemeihin ja ihmisen toimintoihin. Muutokset voivat olla sekä haitallisia että hyödyllisiä. Lämpeneminen lisää esimerkiksi metsä- ja maatalouden tuottoa pohjoisilla leveysasteilla. Ilmaston muuttumisen voimistuessa haitalliset muutokset kuitenkin yleistyvät. Ilmastonmuutos lisää trooppisissa ja subtrooppisissa maissa erityisesti köyhien keskuudessa terveyteen kohdistuvia uhkia. Näitä ovat ovat muun muassa lämpöaallot, myrskyt ja rankkasateet sekä epäsuorat vaikutukset, kuten tautien leviäminen, veden ja ruoan laadun ja saatavuuden heikkeneminen. Todelliset terveysvaikutukset riippuvat paikallisista oloista ja 18
KUVA 3. Kaikkien IPCC:n päästöskenaarioiden mukaan maapallon keskilämpötila nousee. Tummalla varjostettu alue kuvaa lämpenemistä olettaen ilmastolle keskimääräinen herkkyys, jolloin vaihtelualue johtuu erilaisista päästöskenaarioista. Vaalealla varjostetussa alueessa otetaan huomioon myös ilmakehän prosesseihin liittyvän tuntemuksen epävarmuus. erilaisista toimista, joilla uhkia pyritään pienentämään. Luonto häiriintyy Ilmaston muuttuminen vaikuttaa ekosysteemien tuottavuuteen ja monimuotoisuuteen. Uhanalaisiin lajeihin kohdistuvat riskit mitä todennäköisimmin lisääntyvät. Samoin lisääntynevät häiriöt, kuten metsäpalot, kuivuus, taudit, uusien lajien tunkeutuminen ja myrskyt. Ilmastonmuutoksen vaikutukset yhdistyvät muihin luonnon ja ihmisen aiheuttamiin stresseihin. Kasvien tuotantokykyä kokonaisuudessaan on vaikea ennustaa, sillä hiilidioksidipitoisuuden lisääntyminen kasvattaa kasvien tuotantokykyä jonkin verran, kun taas erilaiset häiriöt heikentävät sitä. Tuotantokyky voi nousta tai laskea. Ilmastonmuutoksen taloudelliset vaikutukset näyttävät mallien tulosten perusteella olevan kielteisiä monissa kehitysmaissa. Kehittyneissä maissa vaikutukset ovat sekä myönteisiä että kielteisiä, jos lämpötilat muuttuvat vähän. Jos muutos on suuri, kehittyneissäkin maissa vaikutukset ovat kielteisiä. Trooppisilla ja subtrooppisil- 19
ILMASTONMUUTOS MITEN VOIMME VAIKUTTAA TAULUKKO 2. Ilmastonmuutoksen vaikutuksia tällä vuosisadalla IPCC:n mukaan. la alueilla satojen arvioidaan vähenevän. Vesipula kärjistää ilmastonmuutoksen seurauksia monilla jo kuivilla alueilla. Arvioissa epävarmuutta Ilmaston muuttumisen arviointiin liittyy monia seikkoja, jotka tunnetaan puutteellisesti. Näitä ovat esimerkiksi maapallon säteilytaseeseen vaikuttavat tekijät. Myös luonnollisten tekijöiden osuus ilmaston muuttumiseen tunnetaan heikosti (kuva 1). Lisäksi maailmanlaajuista muutosta kuvaavat ilmastomallit sisältävät epätarkkuuksia, ja eri mallien tulokset eroavat toisistaan huomattavasti yksityiskohdiltaan, vaikkakin keskimäärin eri mallien tulokset tukevat toisiaan (taulukko 2). Ilmastonmuutoksen ympäristövaikutuksia arvioitaessa tulisi tietää paikallisen ilmaston muutokset. Toistaiseksi tutkimukset antavat vielä enimmäkseen melko karkeita tuloksia. Niistä voidaan kuitenkin tehdä yleisiä johtopäätöksiä. 20
Ilmastonmuutoksen vaikutuksia Suomessa BENGT TAMMELIN, KIRSTI JYLHÄ, HEIKKI TUOMENVIRTA, ARI VENÄLÄINEN, ILMATIETEEN LAITOS PEKKA JÄRVINEN, JOHN FORSIUS, FORTUM OYJ BERTEL VEHVILÄINEN, JARKKO KOSKELA, MERJA TURUNEN, SUOMEN YMPÄRISTÖKESKUS Ilmaston muuttumisen arvioidaan kohottavan Suomen keskilämpötilaa yhdestä kolmeen astetta 2030-luvulle mennessä. Vuotuisen sademäärän arvioidaan kasvavan kymmenkunta prosenttia, joskin arvio on huomattavan epävarma. Talvet lämpiävät enemmän kuin kesät. Tulos pohjautuu Climtech-ohjelman hankkeeseen, jossa on arvioitu ilmastonmuutoksen vaikutuksia energiankäyttöön ja -tuotantoon Suomessa. Arviot perustuvat pääosin maapallonlaajuisen ilmastomallin (HadCM3, Iso-Britannia) tuloksiin. Malli on sovitettu käyttäen havaittua ilmakehän koostumusta. Tämän jälkeen ilmakehän kasvihuonekaasu- ja hiukkaspitoisuuksien on oletettu muuttuvan IPCC:n SRES A2 ja B2 -päästöskenaarioiden mukaan. Hankkeen arviot ilmastonmuutoksen vaikutuksesta energiantuotantoon ja -käyttöön pe- KUVA A. Ilmastonmuutos nostaisi lämpötilaa ja todennäköisesti sateet lisääntyisivät. Lämpötilan (vaaka-akseli) ja sademäärän (pystyakseli) keskimääräiset muutokset talvella ja kesällä Suomessa normaalikaudelta 1961-1990 vuosiin 2021-2050 mennessä (noin 2030-luvulle) useiden ilmastomalliajojen perusteella. Climtech-ohjelman hankkeessa käytetyn HadCM3-mallin tulokset SRES A2 (B2) -päästöskenaariolle on esitetty isoin punaisin (sinisin) palloin. Pienet punaiset (A2) ja siniset (B2) pallot kuvaavat kolmen muun maapallonlaajuisen ilmastomallin SRESskenaarioihin pohjautuvia tuloksia. Katkoviivan yhdistämät pisteet perustuvat aiempiin Suomalaisen ilmakehämuutosten tutkimusohjelman eli SILMUn skenaarioihin. Lisäksi kuvassa on myös kaksi alueellisen ilmastomallin tulosta (avoimet pallot). Ellipsit kuvaavat ilmaston luontaista 30-vuotisvaihtelua. 21