Ilmastonmuutos kuriin aurinkopolttoaineiden tuotannolla

Uudessa keinotekoisen fotosynteesin tutkimushankkeessa imitoidaan luonnon fotosynteesiprosessia ja kehitetään teknologia, joka tuottaa auringonvalosta, ilmakehän hiilidioksidista ja vedestä uusiutuvaa hiilineutraalia energiaa yhteiskunnan tarpeisiin.

yhteyttaminen_ja_hengitys

Tampereen yliopiston professori Mika Valdenin johtamassa Ilmastonmuutos hallintaan aurinkopolttoaineiden tuotannolla -hankkeessa tutkitaan uusiutuvien aurinkopolttoaineiden tuottamista keinotekoisella fotosynteesillä hyödyntäen samoja periaatteita kuin luonnon fotosynteesissä, mutta huomattavasti tehokkaammin. Jane ja Aatos Erkon Säätiö on myöntänyt hankekonsortiolle 1 316 000 euron rahoituksen.

Hankkeessa ovat mukana Tampereen yliopiston fotoniikan tutkimusyhteisöön kuuluvat professori Mika Valdenin ja professori Mircea Guinan tutkimusryhmät. Molemmat tutkimusryhmät kuuluvat myös Suomen Akatemian rahoittaman lippulaivaohjelman Photonics Research and Innovation Flagship -konsortioon, joka aloitti toimintansa vuoden 2019 alusta.

Tutkimuksen tavoitteena on kehittää aurinkopolttoaineita tuottava teknologia aurinkoenergiavoimaloihin. Ilmakehästä talteen otetun hiilidioksidin annetaan reagoida veden kanssa erityisellä katalyyttisesti aktiivisella pinnalla auringonvaloa sitoen. Näin muodostuu hiilivety-yhdisteitä, kuten esimerkiksi metanolia.

– Aivan kuin luonnon fotosynteesissä, auringon energia varastoituu yhdisteiden kemialliseksi sidosenergiaksi – aurinkopolttoaineeksi, professori Mika Valden kertoo.

Nestemäistä aurinkopolttoainetta on helppo käyttää

Aurinkopolttoaineteknologialla torjutaan tehokkaasti ihmisperäistä ilmastonmuutosta keräämällä ilmakehästä hiilidioksidia ja käyttämällä se uusiutuvan energian tuottamiseen. Toisin kuin fossiilisten polttoaineiden tapauksessa, aurinkopolttoaineiden käyttö ei kasvata ympäristön hiilikuormaa. Nestemäistä aurinkopolttoainetta on myös helppo varastoida, kuljettaa sekä käyttää nykyisissä fossiilisia polttoaineita hyödyntävissä prosesseissa.

– Keinotekoiseen fotosynteesiin perustuva idea lähti liikkeelle ajatuksesta, kuinka valjastaa professori Guinan tutkimusryhmässä valmistettavat, huipputehokkaat sähköä tuottavat aurinkokennomateriaalit aurinkopolttoaineiden tuottamiseen, Mika Valden selittää.

– Ideassamme aurinkokennomateriaalien rooli on kerätä auringon energia ja muuttaa se muotoon, jota varsinainen veden ja hiilidioksidin välinen reaktio voi hyödyntää, Valden sanoo.

Käytössä Millennium-palkittu ALD-menetelmä

Tutkimushankkeen vaativin tieteellinen haaste liittyy aurinkokennomateriaalin päälle valmistettavaan erittäin ohueen titaanioksidikatalyyttikerrokseen, jolla on monta tärkeää roolia. Sen on suojattava aurinkokennomateriaalia toimintaympäristön haitallisilta vaikutuksilta, kuten korroosiolta. Auringonvalon on myös läpäistävä se suurella tehokkuudella. Sen on myös johdettava aurinkokennomateriaalissa valon vaikutuksesta syntyvät varauksenkuljettajat lävitseen, jotta ne voivat osallistua hiilidioksidin ja veden väliseen reaktioon katalyytin pinnalla. Lopuksi, pinnan katalyyttiset ominaisuudet on räätälöitävä niin, että sen katalysoima veden ja hiilidioksidin välinen reaktio on mahdollisimman tehokas ja tuottaa haluttuja reaktiotuotteita esim. metanolia.

Katalyyttikerros valmistetaan Mika Valdenin pintatieteen tutkimusryhmässä atomikerroskasvatusmenetelmällä eli ALD:llä.

– Millennium-palkitun ALD-menetelmän etuna on sen hallittavuus. Menetelmässä kerroksen kasvu on pintaohjattu prosessi eli kerrosrakenne kasvaa toisen päälle vasta, kun alla oleva kerros on valmis. Näin voidaan valmistaa erittäin tarkkarajaisia katalyyttikerrosrakenteita, professori Valden kuvailee.

Uusi aurinkopolttoaineteknologia soveltuu suoraan keskitettyä auringonvaloa hyödyntäviin aurinkoenergiavoimaloihin, joiden markkinat ovat vasta kehittymässä. Vuonna 2016 niiden arvo vastasi jo 2,67 miljardia dollaria. Hankkeessa saavutettavalla tieteellisellä läpimurrolla aurinkopolttoaineen tuotantoteknologia mahdollistaa huomattavat maailmanlaajuiset taloudelliset ja yhteiskunnalliset vaikutukset.

 – Hankkeeseemme sisältyy erittäin inspiroivia tieteellisiä haasteita sekä merkittävää tieteellistä läpimurtopotentiaalia. Sen tarjoama mahdollisuus vaikuttaa yhteiskunnalliseen, teknologiseen ja taloudelliseen murrokseen energiantuotannossa ja ilmastonmuutoksessa on huimaava.

– Olemme kaikki erittäin iloisia ja kiitollisia siitä, että Jane ja Aatos Erkon Säätiö päätti tukea tutkimustamme näinkin merkittävällä tavalla, Valden toteaa.

Uusimmat artikkelit

19.4.2019 | Alan Uutiset

Fortum sai ympäristöluvan Porin tuhkajalostamolle

Etelä-Suomen aluehallintovirasto myönsi Fortumin Porin tuhkajalostamolle ympäristöluvan 18.4.2019. Porin tuhkajalostamossa käsitellään jätteenpolttolaitoksissa syntyvät tuhkat lain vaatimalla tavalla.

VR Kunnossapito selätti kilpailijat HKL:n metrojunien urakassa

VR-Yhtymä Oy on tehnyt merkittävän aluevaltauksen voittamalla Helsingin kaupungin liikennelaitoksen kilpailutuksen metrojunien peruskorjauksesta. Hankkeen kokonaisarvo VR:lle on noin 30 miljoonaa euroa ja sen toteuttaa VR Kunnossapito Oy.

Maailman ensimmäinen markkinapaikka hiilidioksidin poistolle

Puro on maailman ensimmäinen markkinapaikka, joka käy kauppaa hiilidioksidin poistolla ilmakehästä. Puro on 23 yrityksen pilottihanke, jonka tavoitteena on tehdä hiilidioksidin poistosta verifioitavaa, vertailukelpoista ja kaupallista toimintaa.

Lahti Precision tuo markkinoille mobiilipohjaisen punnituspalvelun

Lahti Precision on tuonut markkinoille maailman ensimmäinen järjestelmistä riippumattoman mobiilipohjaisen punnituspalvelun mScalesin.

PostNord ja GKN Powder Metallurgy vauhdittavat 3D-tulostuksen toimitusketjun kehitystä

Globalisaatio ja digitalisaatio vaikuttavat merkittävällä tavalla nykypäivän tuotantoteollisuuteen. Toimitusajoista on tullut keskeinen kilpailutekijä laadukkaan ja tehokkaan tuotannon rinnalle, mikä nostaa automaation merkityksen uudelle tasolle. PostNord ja GKN Powder Metallurgyn ovat ryhtyneet yhteistyöhön tavoitteenaan lisätä 3D-tulostusmarkkinoiden avoimuutta ja saatavuutta.

3.4.2019 | Kumppaniartikkeli

GlobalReader vie tuotantolaitokset lähemmäs Industry 4.0 maailmaa

Ammattitaitoisen ja motivoituneen työvoiman löytäminen on tänä päivänä monelle valmistavan teollisuuden yritykselle haastavaa. Vaikka tehdastyön luonne on lisääntyneen automaation ansiosta muuttunut vuosien varrella täysin, työn arjen todellisuus ei useinkaan vastaa millenniaalisukupolven edustajien odotuksia. Pelkkä rahallinen korvaus työstä ei useinkaan heille riitä, vaan työn tekemisen on oltava myös mielekästä ja motivoivaa. 

29.3.2019 | Tutkimus ja koulutus

Yli 2 000 hakijaa läpäissyt Hive-koodauskoulun alkutestin – ensimmäiset opiskelijat aloittavat lokakuussa

Koodaripula näkyy myös Suomessa. Alan töitä löytyy välittömästi, jos osaa koodata ja kommunikoida. Slushissa joulukuussa 2018 lanseerattu koodauskoulu Hive Helsinki valmistautuu nyt ensimmäiseen opiskelijoiden valintajaksoon.  Ohjelman konsepti perustuu ranskalaisen koodauskoulun Ecole 42:n opetussuunnitelmaan. Sen opetusohjelma perustuu vertaisoppimiseen, eli koulussa ei ole opettajia eikä oppitunteja.