Aurinkokoulut: Stanfordin tutkimus tutkii aurinkopaneelien unohdettuja hyötyjä Yhdysvaltain kampuksilla

Auringonpaiste, joka roiskuu koulujen katoille ja kampuksille eri puolilla maata, on alihyödynnetty resurssi, joka voisi auttaa pienentämään sähkölaskuja, uusi tutkimus osoittaa.

Environmental Research Letters -vertaisarvioidun lehden huhtikuun numerossa julkaistu tutkimus osoittaa, että kaiken käyttökelpoisen tilan hyödyntäminen aurinkopaneeleille voisi antaa kouluille mahdollisuuden tyydyttää jopa 75 prosenttia sähköntarpeestaan ja pienentää koulutussektorin hiilijalanjälkeä jopa 28 prosenttia.

Yhteydessä aurinkopaneelit voisivat auttaa kouluja irrottautumaan maakaasu- ja hiilivoimaloiden syöttämistä verkoista, jotka tuottavat hiukkasia, rikkidioksidia ja typen oksideja – ilman epäpuhtauksia, jotka voivat edistää savusumua ja happosadetta sekä aiheuttaa vakavia terveyshaittoja, kuten sydänkohtauksia ja heikentynyttä keuhkojen toimintaa. ”Voimme ryhtyä toimiin, jotka hyödyttävät ympäristöä ja ihmisten terveyttä todellisella, merkityksellisellä tavalla”, sanoi Stanfordin käyttäytymistieteilijä Gabrielle Wong-Parodi, joka on yksi tutkimuksen kirjoittajista.

Uudet aurinkoenergiahankkeet saattavat helposti lipsahtaa prioriteettiluettelon kärkeen aikana, jolloin opettajat protestoivat laajalti koulujen rahoituksen lisäämisestä, pienemmistä luokkakokoluokista ja korkeammista palkoista puhuttaessa. Yhdysvaltain energiaministeriö kuitenkin arvioi, että K-12-koulujen energiakulut ovat yli 6 miljardia dollaria vuodessa, ja monissa koulupiireissä energiakustannukset jäävät palkkojen jälkeen toiseksi. Korkeakoulusektorilla vuotuiset energiakustannukset nousevat yli 14 miljardiin dollariin.

Tässä asiakirjassa ehdotetaan, että investoinnit oikeisiin aurinkoenergiahankkeisiin – osavaltioiden tarjoamilla oikeilla kannustimilla – voisivat vapauttaa kipeästi kaivattua rahaa koulujen budjeteista. ”Koulut maksavat sähköstä joka tapauksessa”, sanoi Wong-Parodi, apulaisprofessori Wong-Parodi Stanfordin School of Earth, Energy & Environmental Sciences (Stanford Earth) -yliopistossa. ”Tämä on joissakin tapauksissa keino, jolla ne voivat vähentää kustannuksiaan”. Jos on alennus tai tuki, se voi tapahtua nopeammin.”

Hyötyjen unohtaminen

Koulutuslaitosten osuus Yhdysvaltain rakennusten energiankulutuksesta on noin 11 prosenttia ja 4 prosenttia maan hiilidioksidipäästöistä. Mutta vaikka aurinkopaneelien potentiaalia kodeissa ja yrityksissä on tutkittu laajasti, aiemmat tutkimukset ovat suurelta osin ohittaneet koulurakennukset.

Uudet arviot perustuvat 132 592 koulun tietoihin, mukaan lukien yli 99 700 julkista ja 25 700 yksityistä K-12-koulua sekä lähes 7 100 korkeakoulua ja yliopistoa. Tutkijat arvioivat aluksi kunkin oppilaitoksen kattopinta-alan, joka on käytettävissä aurinkopaneeleille, tuntikohtaisen sähköntuoton, kun otetaan huomioon auringonpaisteen määrä paikan päällä, ja kunkin oppilaitoksen tuntikohtaisen sähköntarpeen.

Ei ole yllättävää, että tutkimuksen mukaan kolmessa suuressa, aurinkoisessa osavaltiossa – Teksasissa, Kaliforniassa ja Floridassa – on eniten potentiaalia sähköntuotannolle, joka voidaan tuottaa sähköllä aurinkopaneelien avulla koulujen katoilla: lähes 90 prosentilla oppilaitoksilla on ainakin jonkin verran kattopinta-alaa, joka soveltuisi asennuksiin. Keskilännen osavaltioiden, kuten Wisconsinin ja Ohiossa, asukkaat voivat puolestaan vähentää eniten keskeisiä ilmansaasteita – ja niihin liittyvien terveysvaikutusten käsittelyyn liittyviä kustannuksia – jos koulut siirtyvät käyttämään aurinkoenergiaa.

Mitattavissa olevien ilmansaasteisiin ja sähkölaskuihin kohdistuvien vaikutusten lisäksi aurinkoenergia-asennukset voivat myös tarjota oppilaille uusia oppimismahdollisuuksia. Joissakin kouluissa käytetään jo paikan päällä olevista aurinkoenergiajärjestelmistä saatuja tietoja, jotta oppilaat voivat esimerkiksi käsitellä murtolukuja tai nähdä omakohtaisesti, miten paneelien kulmien muuttaminen voi vaikuttaa sähköntuotantoon. ”Se vie tämän abstraktin ajatuksen uusiutuvista energialähteistä, jotka voivat vähentää kasvihuonekaasupäästöjä, kotiin”, Wong-Parodi sanoi.

Suuret säästöt

Tutkimuksen mukaan oppilaitosten ei ole missään osavaltiossa taloudellisesti kannattavaa hankkia aurinkokattojärjestelmiä sellaisenaan. Pikemminkin hankkeet voivat olla taloudellisesti järkeviä kouluille, jos ne tekevät sopimuksen yrityksen kanssa järjestelmän asentamisesta, omistamisesta ja käyttämisestä ja myyvät sähköä koululle sovittuun hintaan.

Tutkijat arvioivat, että koulurakennusten aurinkoenergia-asennusten laajamittaisesta käyttöönotosta saatavat hyödyt voisivat olla jopa 4 miljardin dollarin arvosta vuodessa, jos oletetaan, että kukin ilmaan vapautuva hiilidioksiditonni maksaisi yhteiskunnalle 40 dollaria ja että tilastollisen ihmishengen arvoksi – kuten sääntelyviranomaiset ja taloustieteilijät laskevat – laskettaisiin 10 miljoonaa dollaria. Arvioidut hyödyt kattavat voimalaitosten ilmansaasteisiin liittyvien ennenaikaisten kuolemantapausten ja muiden terveysvaikutusten kustannukset.

Ryhmän arvioissa ei oteta huomioon raaka-aineiden kansainväliseen kaivostoimintaan ja kuljetukseen tai aurinkopaneelien valmistukseen ja hävittämiseen liittyviä ympäristö- ja terveysvaikutuksia. Tällainen kokonaisvaltainen tarkastelu, he kirjoittavat, ”voi johtaa aivan erilaisiin tuloksiin.”

Tutkijat päättelevät, että lähes kaikki osavaltiot voisivat saada koulujen aurinkoenergiahankkeista arvoa, joka on paljon suurempi kuin mitä ne käyttävät tukiin ja alennuksiin. Tutkimus osoittaa, että tämä pätee jopa silloin, kun otetaan huomioon tyypilliset kustannukset asennuksesta, huollosta, käytöstä ja laitteiston rutiinivaihdoista.

”On perusteltua lisätä kannustimien tasoa, jotta aurinkopaneelien käyttöönottoa koulutussektorilla voitaisiin lisätä”, sanoi tutkimuksen tekijä Inês Azevedo, joka johtaa Carnegie Mellonin yliopiston ilmasto- ja energiapäätöksentekokeskusta ja liittyy Stanfordin maapallon tiedekunnan opettajakuntaan heinäkuussa 2019.

Kalifornia ja New York ovat kuitenkin poikkeuksia. Näissä kahdessa osavaltiossa tutkijat päättelivät, että tällä hetkellä saatavilla olevat alennukset ylittävät taloudelliset, terveys-, ympäristö- ja ilmastonmuutoshyödyt, joita koulujen kattojen aurinkojärjestelmät tarjoavat yhteiskunnalle – ainakin nykyisillä hinnoilla, joilla hiilidioksidipäästöjä voidaan kompensoida muilla keinoin.

”Kalifornia ja New York tekevät loistavaa työtä aurinkoenergian kannustamisessa, mutta emme vieläkään näe sataprosenttista läpilyöntiä”, Wong-Parodi sanoi. ”Heidän aikansa ja resurssiensa hyvä käyttö voisi olla arvioida kaikki ne koulut, joissa sitä ei vielä ole, ja yrittää ymmärtää, miksi.”

Wong-Parodi on myös Center Fellow Stanford Woods Institute for the Environmentissä. Yhteiskirjoittajat Nichole Hanus ja Parth Vaishnav kuuluvat Carnegie Mellonin yliopistoon. Yhteiskirjoittaja Naïm Darghouth kuuluu Lawrence Berkeley National Laboratoryyn.

Tutkimusta ovat tukeneet National Science Foundation, Carnegie Mellon University ja National Renewable Energy Laboratory.

Lukeaaksesi kaikki Stanfordin tiedejuttuja, tilaa Stanford Science Digest -lehti, joka ilmestyy joka toinen viikko.

Lue kaikki Stanfordin tiedejutut.