Tällä sivulla
Ratkaisu 1: Päästöjä poistetaan ilmakehästä
Tutkijat ympäri maailmaa yrittävät parhaillaan ratkaista, miten hiilidioksidipäästöjä voitaisiin poistaa ilmakehästä. Yksi ratkaisun etsijöistä on LUT-yliopiston kaasuerotustekniikan apulaisprofessori Nima Rezaei. Hänen mukaansa hiilidioksidipäästöjen kaappaaminen, hyödyntäminen ja varastointi ovat tällä hetkellä erotustekniikan tutkimuksen kuumimpia aiheita.
"Hiilidioksidia voidaan poistaa joko suoraan ilmasta tai vaihtoehtoisesti vähentää esimerkiksi energiantuotannon päästöjä. Jälkimmäinen vaihtoehto on helpompi ja edullisempi, mutta se ei vähennä jo ilmakehään päässeen hiilidioksidin määrää. Siksi tarvitsemme läpimurtotekniikkaa, jolla hiilidioksidia voidaan kaapata ilmasta tehokkaasti ja vähäisillä kustannuksilla."
Fysiikan tutkijatohtori Fatemeh Keshavarz kehittää LUTilla yhteistyökumppaniensa kanssa ratkaisuja, jotka ennaltaehkäisevät päästöjen syntymistä. Tutkimusryhmä hyödyntää työssään sekä tietokonesimulaatioita että kokeellisia tekniikoita.
"Mallinnan työkseni molekyylejä ja erityisesti metalli-orgaanisia runkorakenteita (MFO). Käytän tietokonesimulaatiota seuratakseni ja ymmärtääkseni niiden toimintaa sekä sitä, miten voimme parantaa niiden suorituskykyä."
Keshavarzin mukaan MFO-runkorakenteita voisi käyttää hiilidioksidin kaappaamiseen ilmasta. Lisäksi tutkimusryhmä selvittää, miten niillä voitaisiin erottaa päästöjä myös teollisuuden jätevesistä.
Ratkaisu 2: Päästöt muutetaan hyödylliseen muotoon
Varastoitua hiilidioksidia voisi Keshavarzin mukaan käyttää arvokkaiden kemikaalien, kuten metanolin, tuottamiseen. Metanolia voidaan puolestaan käyttää polttoaineena tai muiden kemikaalien ja teollisuuden tuotteiden raaka-aineena. Lisäksi vedestä kaapattuja päästöjä, kuten harvinaisia maametalleja, voisi käyttää esimerkiksi akkujen, aurinkopaneelien, tietokoneen muistin, kiintolevyjen ja laserien valmistuksessa.
LUTin Lappeenrannan kampuksella toimii aurinkovoimalaan kytketty Soletair-pilottilaitos, joka käyttää hiilidioksidia uusiutuvien polttoaineiden ja kemikaalien tuottamiseen. Joutsenoon suunnitellaan puolestaan pilottilaitosta, joka tuottaisi synteettistä metanolia teollisista päästölähteistä talteen otetusta hiilidioksidista ja vedystä. Metanolista voidaan puolestaan valmistaa edelleen esimerkiksi hiilineutraaleja liikennepolttoaineita.
Myös Rezaein mukaan hiilidioksidilla on suuri kiertotalouspotentiaali. Hiilidioksidia voidaan käyttää ruoan- ja energiantuotannossa sekä maataloudessa. Lisäksi sitä voidaan hyödyntää muun muassa lannoitteiden, sementin, proteiinien, polymeerien ja monien muiden arvokkaiden tuotteiden valmistuksessa. Haasteena on, että hiilidioksidin kaappaaminen suoraan ilmasta on kallista ja että se synnyttää myös uusia hiilidioksidipäästöjä. Lisäksi varastoitua hiilidioksidia ei ole välttämättä kaikkialla saatavilla, koska sen tuotantoon tai käyttöön ei ole vielä riittäviä kannusteita.
"Jotta pääsemme hyödyntämään hiilidioksidia kokonaisvaltaisesti, meidän tulee huomioida kansalliset resurssit, geopoliittiset tekijät ja ympäristölainsäädäntö sekä analysoida markkinoiden toimintaa – ja tietenkin kehittää uutta teknologiaa.
Ratkaisu 3: Vetytalous ja power-to-x-teknologia mullistavat koko energian- ja ruoantuotantojärjestelmän
Ilmastonmuutos on seurausta nykyisestä kestämättömästä energian- ja ruoantuotantojärjestelmästä. LUTilla tutkitaan power-to-x-teknologiaa, jonka perusideana on mullistaa koko kokonaisuus. Koska polttaminen tuottaa haitallisia päästöjä ilmakehään, tavoitteena on luoda maailma, jossa energiaa ja ruokaa tuotetaan uusiutuvalla sähköllä. Tuotannon raaka-aineet saadaan ilmasta sen sijaan, että ilmaan tuotettaisiin päästöjä. Uutta järjestelmää kutsutaan vetytaloudeksi.
"Tutkimme LUTilla vetytaloutta kolmesta eri näkökulmasta. Niitä ovat vedyn valmistaminen, metanolin valmistaminen hiilidioksidista ja vedystä sekä esimerkiksi grafiitin tuottaminen hiilidioksidista. Tutkimuksen tavoitteena on tehdä vedyn valmistuksesta mahdollisimman kustannustehokasta esimerkiksi energiatehokkuutta lisäämällä ja laitekustannuksissa säästämällä", sähköjärjestelmien energiatehokkuuden professori Jero Ahola kertoo.
Power-to-x-teknologiaa tutkitaan kaikissa LUT-yliopiston tiedekunnissa, ja käynnissä on useita poikkitieteellisiä tutkimusprojekteja. Viime vuosina menestyksellisen tutkimuksen pohjalta on syntynyt myös useita spin-off-yrityksiä. Yksi niistä on Neovolt, joka tarjoaa asiakkailleen vihreän vedyn elektrolyysituotantoon liittyviä asiantuntijapalveluita.
"Meille ei riitä, että onnistumme kehittämään uusia ratkaisuja, vaan meidän on myös osoitettava, että ne ovat kestävämpiä kuin nykyiset. Toimintaa laajentaessa voi tulla vastaan monia ongelmia: esimerkiksi tietyissä elektrolyyseissä (vedyn valmistaminen vedestä) käytetään vielä iridiumia, joka on harvinainen ja kallis raaka-aine."
Ratkaisu 4: Päästöjä seurataan entistä tarkemmin satelliiteista
Tieteen ansiosta ilmakehän tilaa voidaan myös seurata entistä tarkemmin, ja uusilla mittaustavoilla maailmanlaajuisista päästöistä saadaan aiempaa luotettavampaa tietoa. Sovelletun matematiikan apulaisprofessori Lassi Roininen kehittää tutkimusryhmänsä kanssa menetelmiä erilaisiin ilmasto- ja sääennustemalleihin ja ilmansaasteiden tarkkailuun satelliittimittausten avulla.
"Satelliittimittauksilla päästöjä voidaan arvioida objektiivisesti, vaikka joissakin maissa ne olisivatkin valtionsalaisuuksia. Näin saamme lisää tietoa globaalista ympäristön tilasta. Laskennallisesti päästöjen määrän arviointi on kuitenkin hyvin vaativaa ja aikaa vievää: kyse on suurista tietomääristä, joiden käsittely vaatii suurteholaskentaa", LUT-yliopistolla työskentelevä Roininen kertoo.
Lisäksi Roininen on mukana kansainvälisessä yhteistyössä, jossa suunnitellaan uutta matemaattista mallia pörssiyhtiöiden ilmastoriskien mittaamiseen. Tarkoituksena on arvioida ilmastonmuutoksen vaikutuksia markkinoihin. LUTin lisäksi projektissa ovat mukana Helsingin yliopisto, Frankfurtin yliopisto sekä useita startup-yrityksiä ja pankkeja Suomesta ja Saksasta.
"Yritämme ensimmäistä kertaa mallintaa, miten ilmaston tila pitäisi huomioida yritysportfolion hallinnassa. Käytännössä pyrimme tuottamaan havainnollistavaa dataa siitä, pysyykö yritys toiminnallaan 1,5 asteen tavoitteessa vai ei. Valvovilla viranomaisilla on pakko olla joitakin työkaluja ilmastonmuutoksen vaikutusten vähentämiseen."
Ratkaisu 5: Kansalaiset osallistuvat ilmanlaadun tarkkailuun
Ilmakehän tilan seuraaminen ei ole vain akateemisen tutkimuksen varassa, vaan myös tavallisilla kansalaisilla voi olla siinä tärkeä rooli. LUTin ohjelmistotekniikan apulaisprofessori Antti Knutas on tehnyt yhteistyötä Sensor Communityn kanssa, joka toimii joukkoistettuna ilmanlaatutietokantana ja yhteisönä. Sensor Community kouluttaa ja auttaa yksittäisiä ihmisiä rakentamaan seurantalaitteistoja sekä osallistuu eurooppalaisiin ilmanlaatupaneeleihin.
"Joukkoistetut mittaukset voivat täydentää säämalleja: esimerkiksi Sensor Communityn dataa on käytetty eurooppalaisten yliopistojen säämallien kehittämiseen", Knutas kertoo.
Yksi ilmakehän tilan ja saasteiden määrän mittaamisen haasteista on tiedon hajanaisuus ja epäluotettavuus, ja lisäksi monia teknisiä ratkaisuja hallitaan kaukaa. Knutas tutkii yhteisöllisiä teknologioita eli sitä, miten asukkaat, yhteisöt, vapaaehtoisjärjestöt tai aktivistit voivat tehdä ohjelmistoja itse omiin tarpeisiinsa sen sijaan, että he olisivat riippuvaisia kaupallisista toimijoista. Avoimet, paikalliset sovellukset ovat monella tapaa hyödyllisiä ja vastaavat usein paremmin yhteisöjen tarpeisiin.
"Kun ihmiset oppivat mittaamaan, tulkitsemaan ja ymmärtämään ympäristödataa ja sen vaikutuksia ruohonjuuritasolla, luottamus tutkittua tietoa kohtaan voi lisääntyä. Kansalaisvaikuttaminen tukee epäsuorasti myös vihreiden teknologioiden kehittymistä."
Lisätietoja:
Nima Rezaei
Lassi Roininen
