Geologiset sijoituspaikkatutkimukset tarjoavat kustannustehokkuutta ja varmuutta rakentamiseen ja energiahankkeisiin

Kaupungeissa maankäyttöön kohdistuu erilaisia kaavoitus- ja logistiikkapaineita, jotka ohjaavat toimintojen ja laitosten sijoittamista maan alle. Liikenteeseen, turvallisuuteen ja varastointiin liittyvien tilojen lisäksi kasvava energiantarve ja pyrkimys puhtaaseen energiantuotantoon lisäävät kiinnostusta maanalaisia ratkaisuja kohtaan. Esimerkkejä ovat maanalaiset energiavarastot sekä suunnitelmat sijoittaa lämmöntuotantoon tarkoitettuja pieniä modulaarisia ydinreaktoreita (SMR) kalliotiloihin.

Maanalaiset olosuhteet voivat vaihdella pienelläkin alueella

Suomessa maanalaiset olosuhteet voivat vaihdella huomattavasti jo suhteellisen pienellä alueella. Kalliota peittävän irtaimen maa-aineksen eli maaperän paksuus voi vaihdella kymmenistä senteistä kymmeniin metreihin. Suomi sijaitsee vakaalla kilpialueella, jonka kallioperä on pääosin hyvin vanhaa, kiteistä kalliota. Kallioperässämme esiintyy kuitenkin runsaasti rakoilua. Kallion rikkonaisuus keskittyy sen ylempiin osiin noin 150 metrin syvyyteen, mutta sitä esiintyy myös syvemmällä.

”Kyllähän huonoonkin kallioon pystyy nykytekniikalla rakentamaan, mutta se on huomattavasti kalliimpaa ja vaatii enemmän lujituksia. Heikkolaatuiseen kallioon rakentaminen ei ole kuitenkaan yhtä turvallista, ja kallion laatu voi vaikuttaa myös kohteen käyttöikään ja huoltotarpeeseen. Geologinen sijoituspaikkatutkimus auttaa sopivan rakentamispaikan valinnassa”, ryhmäpäällikkö Taina Karvonen kertoo.

Rakennuspaikka on voitu valita esimerkiksi tarjolla olevien tonttien perusteella ilman geologista sijoituspaikkatutkimusta. Rakentamisvaiheessa voidaankin havaita, ettei paikka ole rakentamisen kannalta paras mahdollinen, vaan toteutus edellyttää kalliita ja aikaa vieviä ratkaisuja sekä viime hetken muutoksia suunnitteluun. Aina vaihtoehtoista rakennuspaikkaa ei edes ole. Silloin rakennuksen sijainnin pienelläkin siirrolla voi olla merkittävä vaikutus sekä kustannuksiin että toteutukseen. Mitä suuremmasta hankkeesta on kyse, sitä tärkeämpää on ottaa huomioon kallio-olosuhteet riittävän varhaisessa vaiheessa.

“Yleensä puhutaan vain siitä, miten rakennushanke vaikuttaa ympäristöön. Olisi yhtä tärkeää pohtia, miten ympäristö vaikuttaa rakentamiseen. Geologia pitäisi ottaa huomioon jo maankäytön suunnittelussa ja kaavoituksessa, myös syvyyssuunnassa”, Karvonen toteaa.

Paikanvalinnasta yksityiskohtaisiin paikkatutkimuksiin

Geologian tutkimuskeskuksessa (GTK) on vuosikymmenten kokemus paikanvalinnasta ja sijoituspaikkatutkimuksista. “GTK:ssa paikanvalintaa ja sijoituspaikkatutkimuksia alettiin kehittää alun perin ydinjätteen loppusijoituksen näkökulmasta. Sittemmin olemme havainneet, että samoja menetelmiä voidaan hieman muokaten hyödyntää myös muihin paikanvalintatutkimuksiin. Olemme kehittäneet prosessia jatkuvasti, ja nyt käytössämme on joustava menetelmä erilaisten laitosten ja toimintojen sijoituspaikan valintaan”, Karvonen kertoo.

Parhaimmillaan sijoituspaikan valinta käynnistyy jo hankkeen varhaisessa vaiheessa valintakriteerien määrittämisellä. Esimerkiksi kallioon louhittavan lämpövaraston tai SMR-laitoksen sijoituspaikkaa etsittäessä osa kriteereistä määrittää ominaisuuksia, jotka sijoituspaikan tulee täyttää. Poissulkevilla kriteereillä taas rajataan soveltumattomat kohteet tarkastelun ulkopuolelle.

Geologisten kriteerien lisäksi tarkasteluun voidaan sisällyttää käytännössä kaikki tarvittavat kartta-aineistoihin perustuvat tekijät, kuten suojelualueet, tiestö, sähkölinjat ja muu infrastruktuuri sekä etäisyydet niihin. Tarkasteltavat tekijät määritellään GTK:lla aina projektikohtaisesti yhdessä asiakkaan kanssa. Kriteerien perusteella valikoituneet alueet pisteytetään soveltuvuuden mukaan. Parhaiten soveltuville alueille tehdään maastotarkastus, jossa varmistetaan lähtötietojen paikkansapitävyys. Lisäksi varmistetaan, että kaikki olennaiset paikalliset piirteet on otettu huomioon.

Paikanvalinnan jälkeen voidaan edetä paikkatutkimuksiin. Ne voivat sisältää kohteen tarpeiden mukaan esimerkiksi kalliokairauksia sekä geofysikaalisia, pohjavesigeologisia ja geokemian tutkimuksia. Tutkimusten laajuus ja yksityiskohtaisuus määräytyvät rakennettavan kohteen ja käyttötarkoituksen sekä esimerkiksi hanketta koskevan lainsäädännön tai ympäristövaikutusten arvioinnin (YVA) edellytysten perusteella.

”GTK:n sijoituspaikkatutkimusten lähtökohtana on aina huomioida turvallisuus, taloudellinen kannattavuus, hyväksyttävyys sekä ympäristön asettamat toteutuksen edellytykset”, kertoo apulaistutkimusprofessori Heini Reijonen.

Sijoituspaikkatutkimuksen ensivaiheessa kootaan olemassa oleva tutkimusaineisto potentiaalisesta sijoituspaikasta. Tässä kohtaa tarkastelussa voi olla mukana vielä muutamia vaihtoehtoja, mutta hyvin toteutettu paikanvalinta on jo voinut rajata tarkastelun yhteen tutkimusalueeseen. Alueella tehdään geologinen kartoitus, tarvittavat geofysiikan mittaukset maan pinnalta sekä valitaan kairauspaikat. Kairauksilla varmistetaan kallion ominaisuudet. Kairarei’issä voidaan tehdä myös tarkentavia tutkimuksia, kuten reikägeofysiikan mittauksia sekä pohjavesi- ja geokemian tutkimuksia.

Tutkimuksiin voidaan sisällyttää mallinnuksia, joilla kuvataan esimerkiksi kallion rakennetta rakoineen ja ruhjeineen tai pohjavesikemian muutoksia, jos nämä ovat hankkeen kannalta olennaisia. Suomessa monilta alueilta tai niiden läheisyydestä on käytettävissä myös aiempia kairaustietoja ja näytteitä. Esimerkiksi GTK:n Lopen geologisessa näytearkistossa on 3,6 miljoonaa metriä kairasydämiä ja miljoonia muita näytteitä eri puolilta Suomea.

GTK:n laajat tietoaineistot tarjoavat merkittävän edun suunnittelulle. “Meillä on esimerkiksi useampi lineamenttitietokanta, joista saadaan tietoa kallioperän rikkonaisuudesta sekä rakosysteemien ja siirroslinjojen sijainnista ja laadusta. On myös erittäin tärkeää tuntea pohjaveden käyttäytyminen. Virtaus kallioperässä on rakokontrolloitua, joten tiedot kallioperän ominaisuuksista auttavat ymmärtämään pohjavesiolosuhteita. GTK:n tietoaineistot tarjoavat valtavasti tärkeää tietoa suunnittelun tueksi”, Reijonen lisää.

Energiaan liittyvät kohteet korostuvat paikanvalinnassa

Monet tällä hetkellä kiinnostusta herättävät rakentamiskohteet liittyvät energiaan. Tällaisia ovat esimerkiksi lämmön ja vedyn luolavarastointi, merituulivoima ja geoterminen energia.

Energialaitoksen yhteyteen rakennettavaan luolaan voidaan varastoida esimerkiksi lämpöä silloin, kun kulutus on vähäisempää, ja ottaa sitä käyttöön kulutushuippujen aikana. Toinen ajankohtainen aihe on vety. Toimivan vetytalouden keskeisiin kysymyksiin kuuluu vedyn varastointi: tuotannon vaihtelun tasaaminen ja tasaisen saatavuuden varmistaminen edellyttävät riittävää varastokapasiteettia. Yhdeksi ratkaisuksi on esitetty vedyn luolavarastointia.

Sekä lämmön että vedyn varastoinnissa kallioperän ominaisuuksilla on merkitystä sijoituspaikan valinnassa. Sopiva sijoituspaikka vaikuttaa rakennuskustannusten ja turvallisuuden lisäksi luolavaraston käyttöikään. Lämmön ja vedyn varastoinnin geologiset reunaehdot ovat osin samankaltaisia, sillä molemmissa tarvitaan mahdollisimman ehjää kalliota. Lämpövarasto voidaan kohteesta ja toteutustavasta riippuen rakentaa suoraan kalliotilaan, mutta erityisesti vetyvarasto edellyttää tiivistä vuorausta. Sen tehtävänä on ehkäistä paineen ja lämpötilan vaihtelujen vaikutuksia ympäröivään kallioon sekä estää vedyn karkaaminen kallion rakoverkostoon pohjaveden mukana.

Merituulivoimaloiden sijoittelussa merenpohjan ominaisuudet on tunnettava riittävän hyvin, jotta voimalat voidaan rakentaa kestävästi. Suomen nykyiset merituulivoimalat on rakennettu matalaan veteen, mutta suurempien ja syvemmälle sijoitettavien voimaloiden rakentamisessa merenpohjan ominaisuuksien merkitys korostuu. Myös merikaapeleiden sekä voimaloiden välisen sähkökaapeliverkoston sijoittaminen vaatii muun muassa pohjasedimenttien rakennettavuusominaisuuksien tuntemusta.

Vähäpäästöisen geotermisen energian etuna on tasainen tuotto vuodenajasta ja sääoloista riippumatta. Matalien lämpökaivojen käyttö pientalojen lämmityksessä on jo arkipäivää, mutta keskisyvät ja syvät lämpökaivot kaukolämmön ja kaukokylmän tuotannossa ovat kasvavan kiinnostuksen kohteena.

Lämpökaivokentän sijoittamisessa on tunnettava kallioperän termiset ominaisuudet ja niihin vaikuttavat tekijät optimaalisen lämmöntuoton varmistamiseksi. Konseptuaalisella mallinnuksella voidaan arvioida lämpövuota ja järjestelmän toimivuutta. Näissä kohteissa kallioperän rakoilusta voi olla jopa hyötyä, sillä lämpö pääsee siirtymään kalliossa pohjaveden virtausten mukana. Paikanvalinnan ja sijoituspaikkatutkimusten avulla voidaan selvittää ja varmistaa olosuhteiden soveltuvuus suunniteltuun ratkaisuun.

Uutta tutkimustietoa maanalaisten vetyvarastojen toteutukseen

Kallioon louhittavat vetyvarastot ovat Suomessa ja laajemminkin maailmalla vielä tutkimus- ja kehitysvaiheessa, eikä Suomessa ole toistaiseksi ohjeistusta niiden rakentamiseen. Jotta kallioon louhittava vetyvarasto olisi kannattava verrattuna maan pinnalle sijoitettavaan säiliöratkaisuun, sen on oltava riittävän suuri.

Kalliovaraston suunnittelussa on otettava huomioon useita geologisia tekijöitä. Varaston käyttö aiheuttaa paine- ja lämpötilavaihteluja, joiden vaikutukset välittyvät vuorausrakenteen kautta kallioon. Myös vedyn ominaisuudet asettavat varastoinnille erityisiä vaatimuksia. Siksi kohteen geologisten tekijöiden selvittäminen on keskeinen osa suunnittelua. Uutta tietoa vedyn maanalaisesta varastoinnista on viime vuosina saatu erilaisten tutkimusprojektien kautta.

HUG (Hydrogen UnderGround) -projektissa tutkittiin ratkaisuja maanalaisen vetyvaraston rakentamiseen ja käyttöön. Projektikumppanina GTK vastasi vetyvaraston paikanvalintaan liittyvien geologisten tekijöiden määrittämisestä Suomessa.

“HUG-projektissa kävimme läpi paikanvalintaprosessia ja pilotoimme siihen liittyviä geologisia tutkimuksia”, kertoo projektipäällikkö Teemu Lindqvist. “Ensimmäiseksi valitsimme taustaselvityksen perusteella kolme paikkavaihtoehtoa vetyvarastolle. Näistä kolmesta valittiin yksi kohde, jossa edettiin yksityiskohtaisempiin geologisiin tutkimuksiin. Työn pohjalta laadittiin suosituksia, millaisia geologisia tekijöitä kyseisen kaltaisilta alueilta tulisi tutkia ja mitä on huomioitava kallioalueen valinnassa”, Lindqvist tarkentaa.

Vedyn potentiaalisten kalliovarastopaikkojen esiselvitys -projekti päättyi elokuussa 2025. “GTK:n toteuttaman projektin tavoitteena oli etsiä Pohjois-Pohjanmaan maakunnan alueelta kalliolohkot, jotka parhaiten soveltuvat vedyn maanalaisten varastojen rakentamiseen”, kertoo projektipäällikkö Heidi Laxström.

Projektissa tarkasteltiin myös kiviaineksia kiertotalouden näkökulmasta. Valituilla alueilla tehtiin alustava kalliokiviaineskartoitus varastotilan louhinnassa muodostuvan kalliokiviaineksen mahdollisen hyötykäytön selvittämiseksi.

Lisätietoja

Taina Karvonen, ryhmäpäällikkö
Geologian tutkimuskeskus GTK
Puh. 029 503 0089
taina.karvonen@gtk.fi

Heini Reijonen, apulaistutkimusprofessori
Geologian tutkimuskeskus GTK
Puh. 029 503 2238
heini.reijonen@gtk.fi

Sinua voisi kiinnostaa nämä GTK:n palvelut

• Geologinen paikanvalinta
• Geologiset sijoituspaikkatutkimukset
• Vedyn ja muun energian varastointi kallioperään
• Geoenergian varastointi
• Vesistösedimenttien ominaisuuksiin liittyvät tutkimukset
• Veden peittämien alueiden pohjan rakenteen luotaustutkimukset

Työraportti GTK:n Hakku-aineistopalvelussa:
Potentiaaliset kohteet maanalaisille vetyvarastoinnille Pohjois-Pohjanmaalla

Uutinen projektin tuloksista:
Vedyn maanalaiseen varastointiin tunnistettiin kymmeniä soveltuvia kohteita

HUG-projektin esittely VTT:n verkkosivuilla:
HUG – Hydrogen UnderGround