Yli 75 vuotta myöhemmin, pilvinsiementäminen on edelleen kiistanalainen – Voiko se auttaa maailman saastuneimpia kaupunkeja?

Pilvinsiementäminen on kiistanalainen aihe. Vaikka sen puolustajat viittaavat tutkimuksiin, jotka osoittavat 10-15% kasvun sademäärässä, ne, jotka sitä vastustavat, tuovat esiin siihen liittyviä vaaroja, kuten vaaran turvallisuudellemme ja ympäristöllemme. Keskustelun ytimeen pääseminen vaatii ilmiön tarkkaa tutkimista. Vasta silloin voimme tehdä perustellun arvion. 

Mitä pilvinsiementäminen on?

Desert Research Institute, maailmanlaajuisesti tunnettu perus- ja soveltavan ympäristötutkimuksen johtaja, määrittelee pilvinsiementämisen seuraavasti:

”Säänmuokkaustekniikka, jolla parannetaan pilven kykyä tuottaa vettä tai lunta lisäämällä pieniä jäänmuodostusta edistäviä hiukkasia tietynlaisiin alijäähtyneisiin pilviin.”

Pilvet koostuvat pienistä vesipisaroista tai jääkiteistä. Vesihöyry voi jäähtyessään tiivistyä pisaroiksi esimerkiksi suola- tai pölyhiukkasten muodostamille tiivistymisytimille. Jääkiteitä puolestaan muodostuu jäänmuodostusta edistäville ytimille. Tiivistymisytimet ja jäätymisytimet eivät siis ole sama asia.

Alijäähtyneiden pilvien kylvössä lisätyt hiukkaset edistävät jääkiteiden syntymistä ja kasvua. Kiteet voivat pudota lumena tai sulaa matkalla vedeksi lämpötilasta riippuen. Menetelmä tarvitsee sopivia pilviä eikä synnytä sadetta kirkkaalle taivaalle.

Pilvinsiementämistekniikat 

Pilvien kylvö voidaan jakaa kahteen päämenetelmään. Hygroskooppisessa kylvössä edistetään vesipisaroiden kasvua lämpimissä pilvissä, kun taas jäätä muodostavassa eli glasiogeenisessa kylvössä käsitellään alijäähtyneitä pilviä. Lämpimien pilvien menetelmiä ovat:

(i) Vesipisara‑tekniikka (ii) tavallinen suolatekniikka.

Alijäähtyneitä pilviä voidaan käsitellä esimerkiksi kuivajäällä tai hopeajodidilla jääkiteiden muodostumisen edistämiseksi.

Lämpimän pilven siementäminen: Vesipisara‑tekniikka

Menetelmä perustuu pisaroiden törmäyksiin ja yhdistymiseen eli koalesenssiin. Pilveen lisätään vesipisaroita tai hygroskooppisia hiukkasia. Historiallisissa australialaisissa kokeissa pisaroiden mediaanisäde oli noin 25 mikrometriä ja ruiskutusnopeus noin 30 Yhdysvaltain gallonaa minuutissa eli 1,9 litraa sekunnissa. Kyse oli tietystä koejärjestelystä, ei yleispätevästä annoksesta kylvökertaa kohti. Alkuperäisen tekstin 25 millimetriä on väärä yksikkö.

Lämpimän pilven siementäminen: Tavallinen suolatekniikka

Tavallista suolaa voidaan käyttää kylvöaineena liuoksena tai kiinteinä hiukkasina. Artikkelissa kuvattiin esimerkiksi 10-prosenttista liuosta sekä suolan ja saippuan seosta. Ainetta voidaan levittää ruiskuilla, paineilmalla tai maassa olevilla generaattoreilla. Nämä ovat esimerkkejä menetelmistä, eivät kaikkien hankkeiden yhteinen vakioresepti.

Toinen tapa toteuttaa tämä prosessi on ilmapallopurske‑tekniikka, jossa ruuti ja natriumkloridi asetetaan räjähtämään lähellä pilven pohjaa suolahiukkasten levittämiseksi. 

Kylmän pilven siementäminen: Kuivajää‑tekniikka

Kuivajää on kiinteää hiilidioksidia. Normaalissa ilmanpaineessa se sublimoituu noin −78,5 °C:ssa eli muuttuu suoraan kiinteästä aineesta kaasuksi sulamatta ensin nesteeksi. Alijäähtyneen pilven läpi pudotessaan se jäähdyttää ympäröivää ilmaa voimakkaasti.

Lentokoneesta voidaan vapauttaa pilven yläosaan esimerkiksi 0,5–1,0 cm:n kokoisia kuivajäärakeita. Voimakas jäähtyminen edistää jääkiteiden syntymistä. Kasvavat kiteet voivat pudota lumena tai sulaa vesipisaroiksi lämpötilasta riippuen.

Kylmän pilven siementäminen: Hopeaiodidi‑tekniikka

Menetelmässä levitetään hyvin pieniä hopeajodidihiukkasia savun tai aerosolin muodossa. Ne voivat toimia jäätymisytiminä riittävän kylmissä, alijäähtyneissä pilvissä. Noin −5 °C viittaa jäänmuodostuksen lämpötilaolosuhteeseen, ei siihen, että hiukkaset pitäisivät oman lämpötilansa vakiona.

Hiukkasia voidaan vapauttaa maassa olevista generaattoreista, jolloin ilmavirrat kuljettavat niitä ylöspäin, tai suoraan lentokoneesta. Sopivin tapa riippuu pilvistä, maastosta ja säästä. Hopeajodidia tarvitaan pieniä määriä, mutta se ei tee menetelmästä kaikissa oloissa kuivajäätä tehokkaampaa.

Nämä pilvinsiementämistekniikat ovat kehittyneet vuosien varrella. Kuitenkin ensimmäinen pilvinsiementäyskokeilu on yli 75 vuotta vanha. 

Lyhyt historia pilvinsiementämisestä

Yhdysvaltalainen kemisti ja meteorologi Vincent J. Schaefer teki merkittävän lentokoneesta suoritetun pilvien kylvökokeen 13. marraskuuta 1946. Hän pudotti noin kuusi paunaa eli 2,7 kg murskattua kuivajäätä pilveen Massachusettsin Berkshirevuorten yllä.

Vuonna 1947 GE ja Yhdysvaltain asevoimat toteuttivat Project Cirrus -hankkeen, joka oli varhainen yritys vaikuttaa hurrikaaniin. Kuivajäätä pudotettiin myrskyyn Atlantilla Floridan itäpuolella. Myrsky muutti myöhemmin suuntaansa ja saapui Georgian ja Etelä-Carolinan rannikolle, mutta ajallinen yhteys ei osoita kylvön aiheuttaneen suunnanmuutosta.

Seuraava tapahtui 1960‑luvun alussa, nimeltään Project Skywater, sarja pilvinsiementäyskokeita, joita rahoitti Bureau of Reclamation. Tavoitteena oli lisätä vesivaroja Yhdysvaltojen länsiosassa. 

Australiassa Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) toteutti merkittäviä pilvinsiementäyskokeita vuosina 1947–1960‑luvun alussa. Näissä kokeissa tutkijat pudottivat kuivajäätä kumuluspilvien huipuille, käyttivät sekä maassa että ilmassa toimivia hopeaiodidi‑generaattoreita ym. 

Yhdysvaltain asevoimat käyttivät pilvien kylvöä myös 1960-luvun lopulla ja 1970-luvun alussa. Operation Popeye -operaatiolla pyrittiin lisäämään sadetta ja häiritsemään huoltoreittejä Vietnamin sodassa. ENMOD-sopimus avattiin allekirjoitettavaksi vuonna 1977 ja tuli voimaan vuonna 1978. Se kieltää sopimusvaltioilta ympäristönmuokkaustekniikoiden sotilaallisen tai muun vihamielisen käytön, kun laaja-alaisilla, pitkäaikaisilla tai vakavilla vaikutuksilla vahingoitetaan toista sopimusvaltiota. Kyse ei ole kaiken säänmuokkauksen yleiskiellosta.

Tutkimus ei kuitenkaan pysähtynyt. Sitä on otettu käyttöön ja kokeiltu monissa muodoissa lähes kaikilla mantereilla ympäri maailmaa. 

Delhin hallitus harkitsi marraskuussa 2023 pilvien kylvökoetta ilman epäpuhtauksien vähentämiseksi. Artikkelissa kuvattiin suunnitelmia levittää lentokoneesta esimerkiksi kaliumjodidia ja hopeajodidia, ja siinä mainittiin myös kuivajää. Suunnitelma ei tarkoittanut, että käsittely olisi jo toteutettu tai osoitettu toimivaksi Delhin yllä.

IIT Kanpur oli aiemmin vuonna 2023 koelentänyt muokatun kuusipaikkaisen Cessna-koneen, johon oli asennettu kylvölaitteisto. Koneen ja laitteiden lentokelpoisuushyväksyntä on eri asia kuin lupa ja sopivat sääolot varsinaiseen toimintaan Delhin yllä.

Kriittisen näkemyksen esitti, artikkelin lähteen mukaan, puhtaan ilman puolestapuhuja Jai Dhar Gupta, joka on opiskellut Wharton Schoolissa ja suorittanut ympäristötieteen tutkinnon Pennsylvanian yliopistossa:

“Pilvinsiementäminen on savuverhoinen taktiikka eikä sillä ole järkeä. Sateen jälkeen, kun ilman kosteus kasvaa, saasteet lisääntyvät, koska kaikki [polttoaine, biomassa jne.] vapauttavat enemmän saasteita.” 

Tämä on Guptan arvio, ei osoitettu yleinen yhteys, jonka mukaan kaikki sade lisäisi päästöjä. Kritiikki korostaa tarvetta punnita menetelmän mahdollisia hyötyjä, rajoituksia ja riskejä.

Pilvinsiementämisen hyödyt

Tärkeä käyttötarkoitus on lisätä talvista lumisadetta ja vuoristojen lumivarantoa, jotta sulamisvesi täydentäisi lähialueiden luonnollista veden saatavuutta.

Tämän lähestymistavan tehokkuuden arvioimiseksi tutkijat ovat toteuttaneet useita tutkimuksia pilvinsiementämisen vaikutuksista. Vaikka eri projektit antavat erilaisia tuloksia, on lukuisia merkittäviä onnistumisia. Esimerkiksi pitkän aikavälin pilvinsiementäminen Nevadan vuoristossa ja muilla maailman alueilla on osoittanut kohdealueiden kokonaislumikerroksen kasvaneen 10 % tai enemmän vuodessa. 

Desert Research Institute suunnitteli viisivuotisen pilvien kylvöhankkeen Australian Uuden Etelä-Walesin Snowy Mountains -alueella. Hankkeen alueella raportoitiin 14 prosentin lisäys lumisateeseen.

Toinen Wyomingissa toteutettu pilvinsiementäminen kesti kymmenen vuotta. Se tapahtui Snowy Range- ja Sierra Madre -alueilla. 

Wyoming Water Development Officen tietojen perusteella eri analyysit viittasivat noin 5–15 prosentin mahdolliseen sademäärän lisäykseen sopivissa kylvöolosuhteissa. Kyse ei ollut varmasta yleisestä lisäyksestä koko lumipeitteeseen. Artikkelissa mainittiin myös enintään 15 prosentin lumisateen lisäys kontrolloidussa, maasta toimivia generaattoreita käyttäneessä kokeessa Montanan länsiosan Bridger Rangessa. Tulokset riippuvat säästä ja tutkimusasetelmasta.

Näistä menestyksistä huolimatta pilvinsiementäminen on kohdannut runsaasti kiistoja. 

Miksi pilvinsiementäminen on kiistanalainen?

Saastumisen riski

Kylvöaineiden väärä käsittely voi aiheuttaa riskejä, joten ympäristön saastumisen seuranta on tarpeen. Tavallisesti käytettyjen hopeajodidimäärien ei ole osoitettu käynnistävän laajaa saastumisen ketjureaktiota tai aiheuttavan merkittäviä terveyshaittoja. Tutkimuskoosteiden mukaan mitatut vaikutukset näillä käyttömäärillä ovat olleet vähäisiä, mutta laajamittaisemman tai pitkäaikaisemman käytön vaikutuksia on seurattava.

Riskin uudelleenjakaminen eikä poistaminen 

Pilvien kylvö voi vaikuttaa vain olemassa olevien, sopivien pilvien veteen. Vaikutukset tuulen alapuolisiin ja hallinnollisten rajojen ulkopuolisiin alueisiin edellyttävät tutkimusta ja yhteistyötä. Ei ole osoitettu, että kylvö yleisesti ”varastaisi” sateen ja aiheuttaisi naapurialueille kuivuutta. Epävarmuus voi silti synnyttää poliittisia kiistoja veden jakautumisesta.

Ekologiset ja ympäristöriskit

Vesistövaikutuksia, kylvöaineiden mahdollista kertymistä ja sademäärän muutoksia on seurattava. Tavallisilla käyttömäärillä hopeajodidin ei kuitenkaan ole osoitettu aiheuttavan haitallista biokertymistä tai kaupunkitulvia. Tulvariski riippuu kokonaissademäärästä, maaperästä ja veden virtauksesta, eikä hopeajodidiin ole osoitettu yksinkertaista suoraa syy-yhteyttä.

Politiikan puutteellisuus

Selkeät luvat, naapurialueiden välinen yhteistyö ja käyttöä koskevat rajoitukset ovat tärkeitä. Sää, luonnollinen sade ja tulvariski on arvioitava jatkuvasti. Pelkkä hyvin suunniteltu aikataulu ei voi taata tulvariskin poistumista.

Todistettavien tulosten puute 

Kylvön vaikutusta on ollut vaikea erottaa sademäärän luonnollisesta vaihtelusta. Näytön vahvuus vaihtelee menetelmän ja pilvityypin mukaan. Uudempi tutkimus on osoittanut syy-yhteyksiä tietyissä vuoristojen talvisissa kylvömenetelmissä, mutta se ei todista kaikkien hankkeiden toimivuutta tai menetelmän tehoa kaupunkien ilmansaasteisiin. Vertailu muihin ilmastonmuokkaustekniikoihin, kuten auringonsäteilyn hallintaan tai hiilidioksidin poistoon, vaatii erillisten menetelmien ja tutkimusten huomioimista.

Kaiken kaikkiaan on tarpeen tutkia sitä kokonaisvaltaisesti. Tutkimusten on mentävä pidemmälle kuin pelkän tehokkuuden arvioimiseen, tarkastelemalla paitsi välittömiä vaikutuksia myös sitä, mitä pilvinsiementäminen voi merkitä naapurialueille, niiden ekologiassa, biologisessa monimuotoisuudessa ja muussa. 

Pilvien kylvön vakiintunut päätarkoitus on yrittää lisätä sadetta ja veden saatavuutta. Sade voi poistaa tilapäisesti joitakin ilmassa olevia hiukkasia, minkä vuoksi kylvöä on ehdotettu savusumun torjuntaan. Se ei kuitenkaan korvaa päästöjen vähentämistä. Seuraavat yritykset tarjoavat laajempia ympäristö- ja ilmanlaatupalveluja; tästä ei seuraa, että ne harjoittaisivat pilvien kylvöä.

Klikkaa saadaksesi listan viidestä parhaasta hiilen talteenotto-osakkeesta sijoitettavaksi. 

Yritykset, joilla on testatut ratkaisut saastumisen torjumiseksi

#1. Tetra Tech

Tetra Tech (TTEK ) tarjoaa ratkaisuja monimutkaisiin ympäristöhaasteisiin, kuten ilman- ja vedenlaadun parantamiseen, melun torjuntaan ja jätehuoltoon. Ilmanlaatupalveluihin kuuluu tietokantoja ja raportointiohjelmistoja asiakkaiden viranomaisvelvoitteiden hoitamiseksi. Yhtiö tekee muun muassa päästökartoituksia, leviämismallinnusta, päästöjen hallintatekniikoiden arviointia sekä ilmanlaadun ja päästöjen seurantaa ja raportointia.

Tetra Techin liikevaihto oli 2. lokakuuta 2022 päättyneellä tilikaudella noin 3,50 miljardia Yhdysvaltain dollaria, kun se oli edellisellä tilikaudella yli 3,2 miljardia dollaria. Nettotulos oli vuonna 2022 yli 263 miljoonaa dollaria ja vuonna 2021 yli 232 miljoonaa. Laimennettu osakekohtainen tulos oli vastaavasti 4,86 ja 4,26 dollaria. Nämä ovat kyseisten tilikausien alun perin raportoidut luvut.

#2. Arcadis

Arcadis on toinen globaali toimija, joka auttaa organisaatioita hallitsemaan ilmapäästöjä ilmastonmuutoksen aikana, kun ilman saasteet ovat julkisessa keskustelussa keskeisiä. Se tukee asiakkaita toimimaan kestävien liiketoimintaperiaatteiden mukaisesti kaikissa toiminnoissaan ja tarjoaa kattavia teollisuuden hygienia- ja terveys‑ ja turvallisuuspalveluita OSHA‑vaatimusten täyttämiseksi teollisuuslaitoksissa.

Arcadisin vuoden 2022 integroidun vuosikertomuksen mukaan nettoliikevaihto oli 3,019 miljardia euroa, kun se oli vuonna 2021 yhteensä 2,565 miljardia euroa. Operatiivinen EBITA-marginaali oli 9,8 prosenttia verrattuna edellisen vuoden 9,6 prosenttiin. Kyse on EBITA:sta, ei EBITDA:sta. Nettokäyttöpääoman tuotto oli yhtiön määritelmän mukaan 54 prosenttia.

Pilvinsiementämisen tulevaisuuden tiekartta

Suurten ympäristöpalveluyritysten työ jatkuu, mutta pilvien kylvön merkitys kaupunkien ilmanlaadulle on yhä tutkimuskysymys. Artikkelin mukaan vuonna 2023 kylvöä harjoitettiin vähintään kahdeksassa Yhdysvaltain läntisessä osavaltiossa, etenkin veden saatavuuden lisäämiseksi. Coloradojoen yläosan valuma-alueen ohjelmien kustannukseksi mainittiin noin 1,5 miljoonaa dollaria vuodessa.

Yhdysvaltain Bureau of Reclamationille laadittu vuoden 2015 tutkimuskooste toteaa, että “erittäin vähän on dokumentoitu pienien siementämisen aiheuttamien sademäärän lisäysten ja kausittaisten virtaamisten vaikutusten määrittämisessä. Koska siementämisen vaikutuksia on ollut vaikea kvantifioida, näitä toissijaisia tutkimuksia voidaan pitää spekulatiivisina.”

Lisää tutkimusta tarvitaan sekä vaikutuksista sademäärään että mahdollisuudesta vähentää ilmansaasteita tilapäisesti. Lisääntynyttä lumisadetta koskeva tulos ei itsessään todista menetelmän toimivuutta suurkaupunkien savusumun torjunnassa.