Aliot

Epäorgaaninenkin on luomua – uusilla materiaaleilla kestävään kehitykseen

ALIO

Monet ostavat mielellään orgaanisia tuotteita, luomua. Kemistin kannalta ajateltuna luomu on kuitenkin yhtä epäorgaanista kuin muukin ruoka. Itse asiassa kaikki elollinen ja eloperäinen on hyvin epäorgaanista. Esimerkiksi ihmisestä kaksi kolmasosaa on vettä, joka on yksi tärkeimmistä epäorgaanisista yhdisteistä. Kasveissa vettä voi olla jopa yli 90 prosenttia. Samoin happi on elämän ylläpidon kannalta välttämätön epäorgaaninen aine. Yhdessä kolmannen epäorgaanisen yhdisteen, hiilidioksidin, ja orgaanisen sokerin kanssa nämä muodostavat eliöiden hengittämisestä ja kasvien yhteyttämisestä huolta pitävän järjestelmän.

Vaikka luomutuotteita ja kierrätystä nykyään suositaan, luonnon järjestelmä joutuu toimimaan ylikierroksilla ihmisten ylikuluttamisen vuoksi. WWF:n mukaan maapallon vuosittainen biokapasiteetti ylittyy yleensä jo elokuussa, jolloin planeettamme vuotuinen kyky tuottaa uusiutuvia luonnonvaroja sekä käsitellä fossiilisten polttoaineiden päästöjä on saavutettu.

Jatkuu mainoksen jälkeen
Mainos päättyy

Energian ja materiaalien tarve kuitenkin lisääntyy jatkuvasti. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että ihmiskunnan pitää jatkossa pystyä tuottamaan sekä energiaa että materiaaleja kuluttaen luontoa selvästi vähemmän kuin tähän asti. Näihin ongelmiin tarvitaan siis kipeästi kestävän kehityksen mukaisia ratkaisuja.

Turun yliopistossa epäorgaanisen materiaalikemian tutkimus etsii näitä ratkaisuja. Kehityksen kohteena ovat fotoniset materiaalit aurinkokennojen säteilymuuntimina sekä osana terveysteknologioiden kannettavia laitteita ja suurempia järjestelmiä. Toisaalta ratkaisuja etsitään metalliorgaanisista systeemeistä aurinkokennojen herkistiminä, uusina katalyytteina sekä magneettisina materiaaleina. Täten pyritään mahdollistamaan tehokkaampi energiantuotanto ja vähentämään energian kulutusta yhteiskunnan tarpeissa.

Energiantuotantoa voidaan tehostaa merkittävästi parantamalla aurinkoenergian talteenoton tehokkuutta. Maan pinnalle asti pääsevästä auringon säteilystä vain suunnilleen 45 prosenttia osuu aallonpituudeltaan sellaiselle alueelle, jonka nykyiset aurinkokennot pystyvät ottamaan talteen. Tämän ulkopuolelle jäävät ultraviolettisäteily, jota on noin viisi prosenttia, sekä infrapunasäteily, jota on peräti 50 prosenttia auringosta tulevasta säteilystä.

Aurinkokennojen yhtenä tärkeimmistä kehityskohteista onkin tällä hetkellä lisätä nykyisiin materiaaleihin toiminnallisia kerroksia, jotka pystyvät muuntamaan erityisesti infrapunasäteilyn käytettävään muotoon eli näkyväksi valoksi. Nämä kerrokset mahdollistuvat käyttämällä kestäviä fotonisia materiaaleja, epäorgaanisia loisteaineita.

Loisteaineita käytetään tavallisesti tuottamaan valoa esimerkiksi televisioiden kuvaruuduissa, näytöissä, energiansäästölampuissa ja LED-valoissa. Ne pystyvät muuntamaan korkeampaa energiaa matalammaksi, joten ne soveltuvat ultraviolettisäteilyn muuntamiseen aurinkokennoissa. Sen sijaan muunto infrapunasta näkyväksi valoksi on paljon hankalampaa. Se voidaan toteuttaa ns. käänteisvirityksen avulla, joka mahdollistaa vähempienergisen infrapunasäteilyn pinoamisen korkeampienergiseksi näkyväksi valoksi.

Jatkuu mainoksen jälkeen
Mainos päättyy

Loisteaineilla herkistetyillä aurinkokennoilla on saatu jo lupaavia tuloksia, sillä käänteisviritteisten materiaalien avulla on parhaimmillaan saatu jo lähes 40 prosentin parannus tiettyjen aurinkokennotyppien tehokkuuteen laboratorio-oloissa. Haasteena on parantaa tavallisten piiaurinkokennojen toimintaa yhtä merkittävästi. Asiaa tutkitaan intensiivisesti eri puolilla maailmaa, joten hyviä tuloksia todennäköisesti on odotettavissa.

Aurinkoenergialla tuotetun sähkön varastoimiseksi on kehitteillä monia erilaisia järjestelmiä, joista yksi lupaavimpia on veden sähkökatalyyttinen hajottaminen hapeksi ja vedyksi. Energialähteeksi sopiva vety voidaan varastoida ja ottaa käyttöön silloin, kun aurinkovoimaa ei ole saatavilla.

Veden hajottamista voidaan tehostaa esimerkiksi sopivilla metalliorgaanisilla katalyyteillä, jolloin sähköenergia voidaan muuttaa tehokkaammin kemialliseksi energiaksi. Tällä hetkellä parhaat metalliorgaaniset katalyytit sisältävät harvinaisia ja kalliita metalleja, kuten ruteenia, mutta tutkijat pyrkivät kehittämään uusia katalyyttejä, joissa metallikeskuksena olisi esimerkiksi rauta tai kupari.

Maailma on hyvin epäorgaaninen ja siksi epäorgaaniset materiaalit voivat tuoda ratkaisun kestävään kehitykseen. Mutta yksinään ne eivät siihen pysty, vaan osana suurempia kokonaisuuksia, hybridimateriaaleissa. Siksi tarvitaan laajamittaista kansallista ja kansainvälistä yhteistyötä sekä kemian eri suuntausten erikoisosaajien että monien muiden tieteenalojen asiantuntijoiden välillä.

Dosentti Mika Lastusaari toimii Turun yliopiston Epäorgaanisen materiaalikemian tutkimusryhmän fotonisten materiaalien tutkimuksen johtajana. Dosentti Ari Lehtonen toimii Turun yliopiston Epäorgaanisen materiaalikemian tutkimusryhmän metalliorgaanisten systeemien tutkimuksen johtajana.

Haluatko käyttää

Osallistuaksesi keskusteluihin ole hyvä ja kirjaudu TS-tunnuksillasi

Olet kirjautuneena yritystunnuksella. Yritystunnuksella ei voi osallistua keskusteluihin.
Kirjoita uusi viesti
Viesti

Viesti lähetetty!

Keskusteluja julkaistaan arkisin kello 9–23 ja viikonloppuisin kello 8–22.
Virhe viestin lähetyksessä.
TS:n verkkokeskustelun säännöt

Uudet näkökulmat keskustelussa vievät asioita eteenpäin. Siksi Turun Sanomat kannustaa verkkosivuillaan aktiiviseen ja rakentavaan keskusteluun.

Verkkokeskusteluun osallistuminen edellyttää rekisteröitymistä (jonka pääset tekemään tästä). Rekisteröityminen ei edellytä lehden tilaamista.

Keskusteluun voit kirjoittaa omalla nimelläsi tai nimimerkillä. Suosittelemme oman nimen käyttöä, sillä on arvokasta seistä mielipiteidensä takana. Ole kriittisenäkin kohtelias ja kunnioita muita. Epäasiallinen käytös estää osallistumisen keskusteluun.

Turun Sanomien verkkokeskusteluun tulevat viestit tarkastetaan ennakolta. Siksi viestit julkaistaan viiveellä, ja julkaisusta päättää toimitus. Keskusteluja julkaistaan arkisin kello 9–23 ja viikonloppuisin kello 8–22. Toimitus voi lyhentää ja muokata kirjoituksia.

Kirjoittaja on juridisessa vastuussa viestinsä sisällöstä. Rasistisia, herjaavia tai ihmisten yksityisyyttä loukkaavia viestejä ei julkaista. Muista hyvät tavat, älä huuda äläkä kiroile.

Kirjoita napakasti. Emme julkaise yli 1 800 merkin viestejä. Pysy keskusteluketjun aihepiirissä. Älä yritä muuttaa aihetta. Tekstin yhteyteen voi liittää teemaan liittyviä asiallisia linkkejä, jotka toimitus tarkistaa ennalta. Mainoksia emme julkaise.

Verkon keskustelut ovat osa Turun Sanomien sisältöä, josta olemme vastuussa. Toimitus voi harkintansa mukaan sulkea keskusteluketjun.

Aiemmat viestit (2)

Vanhimmat ensin
Vastaa
Teppo Vanamo
Ajatuksia aurinkoenergiasta
Auringon infrapunasäteilyä voidaaan jo muuntaa sähköksi nanoantennimatriisien avulla, mutta niiden valmistaminen teollisessa mittakaavassa on vielä liian kallista. Monessa muussakin nanomateriaaleihin liittyvässä tekniikassa kompastuskiveksi on muodostunut teknologian skaalaaminen teolliseen tuotantoon. Olen kuitenkin pohtinat asiaa niin, että onko sillä huippukorkealla hyötysuhteella niin merkitystä. Piisaahan tällä pallolla joutomaata ja rannikkovesiä. Suurten aurinkokennokompleksien haittapuolena on tosin alueellinen keskilämpötilan nousu, joka voi olla varsin merkittävä.

Vedyn käyttö energian varastona on hyvin riskialtista toimintaa. Sen varastointi ja kuljetus hankalaa. Olisin sitä mieltä, että laajassa mittakaavassa metanoli on perempi ratkaisu. Metanolia tai ammoniakkia voidaan käyttää liikennepolttoaineenakin, jolloin kalliin latausinfran rakentaminen kaikkialle vältetään. Toinen vaihtoehto on aurinkoenergian käyttö veden pumppaamiseen patoaltaisiin, mutta tämähän ei tietenkään kaikkialla toimi.
Haluatko käyttää
Olet kirjautuneena yritystunnuksella. Yritystunnuksella ei voi osallistua keskusteluihin.
Kirjoita vastaus viestiin
Viesti

Viesti lähetetty!

Keskusteluja julkaistaan arkisin kello 9–23 ja viikonloppuisin kello 8–22.
Virhe viestin lähetyksessä.
TS:n verkkokeskustelun säännöt

Uudet näkökulmat keskustelussa vievät asioita eteenpäin. Siksi Turun Sanomat kannustaa verkkosivuillaan aktiiviseen ja rakentavaan keskusteluun.

Verkkokeskusteluun osallistuminen edellyttää rekisteröitymistä (jonka pääset tekemään tästä). Rekisteröityminen ei edellytä lehden tilaamista.

Keskusteluun voit kirjoittaa omalla nimelläsi tai nimimerkillä. Suosittelemme oman nimen käyttöä, sillä on arvokasta seistä mielipiteidensä takana. Ole kriittisenäkin kohtelias ja kunnioita muita. Epäasiallinen käytös estää osallistumisen keskusteluun.

Turun Sanomien verkkokeskusteluun tulevat viestit tarkastetaan ennakolta. Siksi viestit julkaistaan viiveellä, ja julkaisusta päättää toimitus. Keskusteluja julkaistaan arkisin kello 9–23 ja viikonloppuisin kello 8–22. Toimitus voi lyhentää ja muokata kirjoituksia.

Kirjoittaja on juridisessa vastuussa viestinsä sisällöstä. Rasistisia, herjaavia tai ihmisten yksityisyyttä loukkaavia viestejä ei julkaista. Muista hyvät tavat, älä huuda äläkä kiroile.

Kirjoita napakasti. Emme julkaise yli 1 800 merkin viestejä. Pysy keskusteluketjun aihepiirissä. Älä yritä muuttaa aihetta. Tekstin yhteyteen voi liittää teemaan liittyviä asiallisia linkkejä, jotka toimitus tarkistaa ennalta. Mainoksia emme julkaise.

Verkon keskustelut ovat osa Turun Sanomien sisältöä, josta olemme vastuussa. Toimitus voi harkintansa mukaan sulkea keskusteluketjun.

Tee ilmoitus sopimattomasta viestistä

Ilmoituksesi on siirtynyt käsittelyyn.
Virhe ilmoituksen lähetyksessä.
Pyöräilijä
Vast: Ajatuksia aurinkoenergiasta
Infrapuna on paremmassa käytössä suoraan vedenlämmityksessä sen sijaan että muutetaan tuo sähköksi ja sitten lämmitetään sähköllä vettä.

Mikä on asiassa uusi ongelma sitten, no tietenkin se, että jos kerran auringon säteily lämmittää maapalloa ja hiilidioksidi sitoo tätä tehokkaasti ilmakehään niin silloin aurikoenergian käyttö lämmittää myös maapalloa koska siinä sidotaan säteilyä energiaksi joka sitten vapautetaan lämpönä käyttökohteessa. Juuri niin, ihan sama mihin se auringosta saatu energia käytetään, lopulta se vapautuu aina lämpönä ilmakehään.

No, on toki yksi poikkeus. Eli jos se käytetään hiilidioksidin muuttamiseksi esimerkiksi hiileksi ja hapeksi. Silloin energia sitoutuu muuna kuin lämpöenergiana.
Tee ilmoitus sopimattomasta viestistä

Ilmoituksesi on siirtynyt käsittelyyn.
Virhe ilmoituksen lähetyksessä.