Poraustornin mittari näyttää 5121,2 metriä. Yli viiden kilometrin syvyydestä nouseva ruskea savivelli höyryää lokakuun koleudessa. Se osoittaa, että muutaman kilometrin syvyydestä tulee lämpöä, jota voidaan hyödyntää asuntojen lämmittämiseen. Juuri siksi Espoon Otaniemessä porataan Suomen syvintä kallioreikää. On porattu jo kaksi ja puoli vuotta.
Mittarit tuovat tietoa maan päältä ja alta. Poraussyvyys oli kuvanottohetkellä 5121,2 metriä, nyt jo kymmeniä metrejä enemmän.
Energiayhtiö St1 aloitti 2015 Suomen ensimmäisen geotermisen lämpövoimalan rakennustyöt. Alkuvuoden 2017 ajaksi poraus keskeytettiin teknisten ongelmien vuoksi, mutta nyt työ jatkuu. Loppusuora häämöttää. Joulun alla lämpövoimalan ensimmäinen reikä on nykyisellä poraustahdilla tavoitesyvyydessä, noin seitsemässä kilometrissä.
Geoterminen lämpö eroaa monelle pientaloasujalle tutusta maalämmöstä siinä, että se on maapallon sisälle sen syntymän aikaan 4,5 miljardia vuotta sitten jäänyttä lämpöä. Maalämpö on aurinkoenergiaa, joka on varastoitunut maaperän pintakerroksiin. Kallioon poratut lämpökaivot ovat jo geoenergiaa, mutta ne tarvitsevat tuekseen lämpöpumpun. Sekä maa- ja geolämpöä riittää lähes ikuisesti, mikä tekee niiden hyödyntämisestä tavoittelemisen arvioista.
”Monessa muussa paikassa kallioperä on geologisessa kierrossa matkannut ylös ja alas, mutta täällä kivi on niillä sijoillaan, johon se aikanaan 1 850 miljoonaa vuotta sitten jähmettyi.
Maapallon ytimen lämpötila on lähes sama kuin auringon pinnan, 5 000 astetta. Vaipan ulommissa osissa syntyy myös hieman lisää lämpöä, kun radioaktiiviset yhdisteet hajoavat.
Niistä ei tässä ole haittaa. Tulee mielihalu työntää sormi maan alta nousevaan liejuun ja kokeilla, miltä ammoisina aikoina syntynyt geoenergia tuntuu kouriin. Ja virtaahan siinä veden seassa yhtä maapallon vanhimmista kallioperistä.
Monessa muussa paikassa kallioperä on geologisessa kierrossa matkannut ylös ja alas, mutta täällä kivi on niillä sijoillaan, johon se aikanaan 1 850 miljoonaa vuotta sitten jähmettyi.
Saako tökätä?
Yli viiden kilometrin syvyydestä virtaava kuravelli on höryävän kuumaa. Siinä ei pitkään pidä sormeaan.
– Totta kai saa. Mutta varo, se voi olla aika kuumaa, St1 Deep Heat Oy:n tuotantojohtaja Tero Saarno toppuuttelee syväkairaustornin päätasanteella.
Savivelli on tosiaan kuumaa. Kuumempaa kuin patteriverkostoon syötettävä vesi paukkupakkasilla. Sellaista siankalttausveden lämpöistä, noin äkkipäätä sormella mitattuna.
– Se on nyt hieman yli 60-asteista, mutta ehtinyt jäähtyä noustessaan maan pinnalle, Saarno huutaa tasaisen hyrinän yli.
Osa lämmöstä on varmasti kalliota vasten hiertävän poran tuottamaa, mutta valtaosa tulee ympäröivän kallion kuumuudesta.
Saarno on taustaltaan energiainsinööri ja hän on jatko-opiskellut geotermistä alaa. Hän oli yksi kolmesta kaveruksesta, jotka muutama vuosi sitten saivat ajatuksen geotermisen voimalan rakentamisesta. Puuttui vain rahaa. Kolmikko esitteli idean uusia ei-fossiilisia energianlähteitä tutkivalle ja toteuttavalle energiayhtiö St1:n perustajalle ja nykyiselle hallituksen puheenjohtajalle Mika Anttoselle. Hän lähti mukaan.
Nyt ollaan jo pitkällä. Suomen ensimmäisen geotermisen lämpövoimalaitoksen rakentamisessa on vielä monta avointa kysymystä, mutta kuumaa vettä nousee jo nyt maan povesta ja se on lupaavaa.
Poraustorni kannattelee yli viiden kilometrin mittaista, 9,5- metrisistä putkista koottua poranvartta. Sen paino kasvaa sitä mukaa kuin poraus edistyy.
Espoon-voimalan pitäisi tuottaa valmistuttuaan 40 megawattia (MW) ympärivuotista lämmitystehoa Fortumin ylläpitämään kaukolämpöverkkoon. Vertailun vuoksi: Helsingin lakkautettavaksi aiottu Hanasaaren hiilivoimalaitos tuottaa 420 MW.
Geotermisen voimalan vaatiman reiän poraaminen maksaa, mutta itse lämmöntuotanto on halpaa. Sähköenergiaa kuluu lähinnä pumppuihin, joilla vettä kierrätetään alas reikään, sieltä halkeamien kautta nousureikään ja takaisin ylös. Lämpö tulee vesikierron mukana.
Kivi on kovaa ja pistää vastaan. Sähköä porauslaitos kuluttaa 20 000 kilowattituntia (kWh) vuorokaudessa eli saman verran kuin yksi sähkölämmitteinen omakotitalo kuluttaa vuodessa. Väkevä, 20 000 newtonmetrin eli noin 80 henkilöauton moottorin voimalla vääntävä hydraulimoottori pyörittää poranvartta tasaiseen yksi kierros sekunnissa -tahtiin.
– Terän pyörittäminen vie 300–400 kilowattia tehoa, Saarno sanoo.
Maanpinnalla parikymmentä metriä alempana kolme hydraulista mäntäpumppua jyskyttää kuin valtamerihöyryn koneet. Ne siirtävät joka iskulla tuhansia kilowatteja voimaa veteen, joka pumpataan onttoa poranvartta pitkin maan syvyyteen noin kolme kuutiometriä minuutissa.
Siellä 200 baarin paineella virtaava vesi pakottaa kovametallihampailla terästetyn rouhintaporan jauhamaan reikää. Tehtyään työnsä poran pyörittämisessä vesi nostaa kivilastut ja saven poranvarren ja kallion välistä rakoa pitkin maan pinnalle. Sitten vesi suodatetaan ja pumpataan takaisin maan syvyyteen. Siinä porauksen lyhyt oppimäärä.
Reiän poraamistapa vaihtui tänä syksynä, kun käyttöön otettiin öljynporauksessa käytettävät pyörittävät porapäät.
Iskevät porat olivat käytössä viime talveen saakka. Ne ovat nopeita, mutta myös kuluminen oli suurta.
Nyt pora uppoaa kiveen hitaasti, sillä viidessä kilometrissä poraussuuntaa käännetään vinoon. Pitää vähän jarruttaa.
Toisin kuin maalämpökaivot, jotka saattavat lähteä porattaessa vetämään sivuun, St1:n kallioreikä on pysynyt hyvin suunnassa.
– Neljässä kilometrissä ennen kuin aloimme kääntää vinoutta on alle aste, Saarno kehaisee.
Se tarkoittaa alle 70 metrin poikkeamaa neljän kilometrin päässä, mikä on kallioporauksista puhuttaessa vähän.
Jyhkeä porajärkäle on oikeastaan hienomekaniikan ihme. Paitsi että sitä voi ohjata kallioperän uumenissa haluttuun suuntaan, se osaa kertoa, millaista syvällä kallioperässä on. Pora lähettää savivelliä kantoaineena käyttäen datapulsseja ylös maan pinnalle. Näin saadaan esimerkiksi ajantasaista tietoa ympäröivän kallioperän lämpötilasta.
Pora jauhaa kiveä hiekaksi yli viisi kilometriä tästä alaspäin. Muutaman päivän välein porakruunu pitää nostaa ylös ja vaihtaa.
Poran ohjaus on mahdollistanut myös sen, että syöttö- ja paluureikä voivat sijaita lähes vierekkäin maan pinnalla. Reikien vaatima etäisyys maan alla voidaan tehdä loppumatkasta kääntämällä porausta haluttuun suuntaan.
Poraamisessa on käytetty kolmea eri tekniikkaa. Ensin mentiin paineilmaporalla noin neljään kilometriin. Tuo reikä on halkaisijaltaan suurimmillaan 1,2 metriä. Sen jälkeen poraamisessa otettiin käyttöön vesivasaratekniikka. Se on nopea, jopa kymmenen kertaa pyörittävää porausta vauhdikkaampi tapa edetä kovassa kalliossa, jota Suomessa riittää. Alaspäin mentiin jopa 20 metriä tunnissa. Vasaroiden kesto oli kuitenkin odotettua heikompi ja se uhkasi nostaa kustannuksia liikaa. Nyt reiän käännön ajan kallioon poraudutaan öljynporauksesta tutulla kiertoporatekniikalla.
– Tyypillistä tuotekehittelyvaiheelle. Matkan varrella opitaan, Saarno sanoo.
Poraustornin valvomossa saksalaisen Anger’s Söhnen porari Marcel Hilbert ajaa aamuvuorossa reikää svekofennisen mannerlaatan kulmaan Espoon Otaniemen alla. Reiän poraaminen tapahtuu saksalaisella osaamisella.
Saksalaisen Anger’s Söhnen porari Marcel Hilbert valvoo työn edistymistä poraustornin valvomossa. Työtä tehdään läpi vuorokauden, viikon jokaisena päivänä.
Lämpötila nousee, kuta syvemmäksi terä tunkeutuu. Geologikielellä lämpötilagradientti on 18 astetta kilometri. Alussa lämmönnousu on ollut hieman hitaampaa. 10 000 vuotta sitten päättyneen jääkauden jäähdyttävä vaikutus näkyy Suomen kallioperässä noin ensimmäisen kilometrin verran.
Yksi mittari kertoo lämpötilan reilut viisi kilometriä syvemmällä, missä pora rouskuttaa reikää graniittiin kahden metrin tuntinopeudella.
– 77,6 astetta, Saarno lukee mittarista.
Kallion todellinen lämpö on korkeampi, mutta poralle virtaava vesi jäähdyttää lukemia.
– Täällä kallio on kovaa, Hilbert sanoo ja katsoo edessään pyöriviä mittareita, jotka kertovat työn etenemisestä.
”Varmaa on se, että seuraavan reiän poraaminen on jo helpompaa.
Hän on kotoisin itäisestä Saksasta Mageburgista Elbejoen varrelta, missä suomalaisen kaltainen heti maanpinnassa kova kallioperä saavutetaan vasta kahden–kolmen kilometrin syvyydessä.
Tärkein mittari on lautasen kokoinen ja siinä on kaksi vastakkain liikkuvaa viisaria. Toinen kertoo poran painon ja toinen, millä voimalla sen annetaan laskeutua kalliota vasten.
– Tämä poraustorni on itse asiassa iso nosturi, joka kannattelee poran vartta, Saarno sanoo.
Painoa poralle kertyy valtavasti, kun 9,5 metrin mittaisia poraputkia kierretään yksi toisensa jatkoksi viisi kilometriä. Nyt niitä on letkassa 540 kappaletta. Valvontapöytä kertoo hook loadin eli poraputkien painon. Se on 198 500 kiloa. Jos tuon painon annettaisiin laskeutua vapaasti, pora nyrjähtäisi. Niinpä sitä kevennetään ylhäältä niin, että porakruunu painautuu peruskalliota vasten enää 20 000 kilon voimalla. Silti pora lysähtää kasaan noin metrin, kun se lasketaan reikään. Löysät lähtevät pois.
Tässä sitä on, 1850 miljoonaa vuotta vanhaa kallioperää jauhettuna. Nyt mennään läpi kvartsikivestä, mikä tekee poraushiekasta valkoista. Porauksen aikana siihen sekoitetaan purukumista ja leivoksista tuttua ksantaanikumia, joka nyt on pesty pois.
Viisikilometrinen pora on muutenkin melkoinen vieteri. Se on niin pitkä, että porauksen aikana se vääntyy moneen kertaan kierteelle eli ”vihtaukselleen”. Kun poraus sitten pysäytetään, jatkaa terä viiden kilometrin syvyydessä pyörimistään vajaan minuutin, ennen kuin siihen kertynyt jännitys on purkautunut pois.
Maailmalla geovoimaloita toimii useita, mutta yhtäkään niistä ei ole porattu yhtä syvälle kuin Espoossa. Esimerkiksi Pariisissa on kymmenkunta geotermistä voimalaa, joiden reikä ulottuu parin kilometrin syvyyteen.
Tero Saarno muistuttaa tuon tuosta, että kyse on pilottilaitoksesta. Laitoksen lopullinen hinta selviää vasta kun työ on tehty. Liiketaloudelliseen kannattavuuteen vaikuttaa moni muukin seikka kuin rakentamisen hinta. Varmaa on se, että seuraavan reiän poraaminen on jo helpompaa. Espoon työmaalla koetuista poraustekniikan vastoinkäymisistä huolimatta hän uskoo geotermisen energian mahdollisuuksiin Suomessa ja maailmalla.
– Uskon, että se voi tulevaisuudessa edustaa merkittävää osaa maapallon energiantuotannossa. Taloja pitää meillä lämmittää, hän sanoo.
Lokakuisessa vesisateessa hytistessä se asia tuntuu kristallinkirkkaalta.