Month: January 2022

Posted on

“Hiilineutraali tulevaisuus ei ole realistinen nykyisin keinoin” – mitä annettavaa uudenlaisilla materiaaliratkaisuilla on?

Ilmastonmuutos muuttaa ja tulee muuttamaan maapallon olosuhteita dramaattisesti, ellemme pysty löytämään ratkaisuja sen hillitsemiseksi. Suuria muutoksia täytyy tehdä ennen kaikkea energian tuotannossa, kulutuksessa ja liikenteessä.

Suurimmaksi ongelmaksi on muodostumassa, ettei kukaan ole valmis luopumaan oikeastaan mistään. Elämäntapojen muuttaminen on erittäin vaikeaa.

Voisiko luonnontieteiden keinoin löytää sellaisia vaihtoehtoisia ratkaisuja, joiden avulla voisimme jatkaa elämäämme niin kuin tähänkin asti?

Luultavasti ei, mutta kemiaan ja fysiikkaan pohjautuvien uudenlaisten materiaalitekniikan ratkaisujen avulla hiilijalanjälkeä on mahdollista pienentää selvästi nykyistä radikaalimmin.

Ratkaisut perustuvat liikaa kriittisten raaka-aineiden käyttöön

Monet nykyisin käytössä olevista teknisistä ratkaisuista ilmastonmuutoksen torjumiseksi eivät ole riittäviä, koska ne vaativat massiivisia määriä ehtyviä luonnonvaroja. Esimerkiksi voimakkaasti kasvava sähköinen liikenne ja siihen liittyvät sähköautot ovat tästä esimerkki.

Sähköautojen osalta ongelmana on akkujen valmistaminen ilman nykyisen kaltaista ympäristökuormaa. Lisäksi sähköautojen käyttämä sähkö pitäisi pystyä tuottamaan puhtaasti ilman hiiltä eli tuuli-, aurinko- ja muiden uusiutuvien energianlähteiden avulla. Uusiutuva energia vaatii kuitenkin toimivia akkuratkaisuja.

Litiumioniakut sisältävät paljon arvokkaita luonnonvaroja kuten kobolttia, nikkeliä, litiumia ja grafiittia eli hiiltä. Koboltti, litium ja grafiitti ovat jo tällä hetkellä luokiteltu kriittisiksi raaka-aineiksi, koska niiden määrä ja saatavuus on rajoitettu. Lisäksi suuri osa luonnonvaroista sijaitsee maissa, jotka eivät huolehdi ympäristöstään tai työntekijöiden turvallisuudesta.

Uusien materiaaliratkaisuiden avulla voimme tulevaisuudessa vähentää riippuvuutta kriittisistä aineista kuten grafiitista ja samalla pienentää ympäristön kuormitusta. Mitä nämä uudet materiaaliratkaisut ovat?

Uusia materiaaleja sähköautojen akkuihin

Uudenlainen tutkimus ja tuotekehitys mahdollistaa hiilineutraalien lähtöaineiden ja energiatehokkaiden valmistusmenetelmien hyödyntämisen

Hankkeessamme olemme onnistuneet kehittämään ratkaisuja, mitkä mahdollistavat maatalouden sivutuotteiden kuten ohran oljen ja paperiteollisuudessa muodostuvan ylijäämäligniinin hyödyntämisen hiilen eri rakenteiden lähtöaineina.

Näin on mahdollista valmistaa grafiitin ja grafeenin kaltaisia rakenteita, jotka soveltuvat erityisen hyvin esimerkiksi sähköautoissa käytettävien litiumioniakkujen anodimateriaaliksi tai materiaaliksi niin sanottuihin seuraavan sukupolven akkuratkaisuihin. Seuraavan sukupolven akkuratkaisujen avulla energiaa voidaan varastoida entistä tehokkaammin.

Erityisesti grafeeni, joka on yhden atomikerroksen paksuinen hiilimatto, on saanut paljon huomiota ominaisuuksiensa ansiosta. Grafeeni on painoonsa nähden erittäin luja ja kestävä materiaali. Se johtaa myös hyvin sähköä sekä on taipuisa ja läpinäkyvä.

Taipuisuus on erityisen tärkeä ominaisuus nimenomaan monien sovellusten kuten akkujen näkökulmasta – kukapa ei haluaisi puhelintansa tai tablettiaan mahdollisimman pieneen tilaan.

Jotta ohran olkea, biomassaa tai jotain muuta hiilipitoista lähtöainetta voidaan hyödyntää sovelluksissa, kuten akuissa, siitä on kuitenkin ensin poistettava epäpuhtaudet. Tämän jälkeen voidaan siirtyä varsinaiseen hiilestykseen.

Itä-Suomen yliopistossa käytössä oleva induktiokuumennus mahdollistaa hiilestyksen jopa 2600 celsiusasteen lämpötilassa. Korkea lämpötila mahdollistaa erittäin puhtaiden ja järjestäytyneiden hiilirakenteiden kuten grafiitin ja grafeenin muodostumisen.

Toistaiseksi grafeenia ei ole kuitenkaan mahdollista käyttää akkujen materiaalina. Pitkään jatkuneesta, intensiivisestä tutkimuksesta huolimatta, grafeeni on edelleen liian kallista ja laatuvaihtelut suuria.

Kun valmistaminen on mahdollista pienemmin kustannuksin ja selkeimmin laatustandardein, grafeenista on kuitenkin mahdollista saada täysin uudenlainen hiilineutraali materiaali akkuja varten.

Hiilineutraalit materiaalit mahdollisuutena

Kun kestävän kehityksen mukaisten materiaalien tutkimuksessa on onnistuttu kehittämään hiilimateriaaleja, tulevaisuudessa on mahdollista vähentää huomattavasti riippuvuutta esimerkiksi Kiinasta tuotavasta grafiitista.

Suomessa on paljon osittain hyödyntämätöntä biomassaa, sen hyötykäyttö on siten myös taloudellisesti hyvin kannattavaa ja parantaa onnistuessaan Suomen kilpailukykyä. Hyödyntämällä uusiutuvia, biomassapohjaisia lähtöaineita ja muuta hiilipitoista jätettä, on samalla mahdollista vähentää ympäristön kuormitusta.

Hiilineutraaleita materiaaleja voidaan valmistaa tulevaisuudessa myös suoraan hiilidioksidista. Ratkaisuja pyritään löytämään muun muassa Suomen Akatemian rahoittamassa projektissa.

Poltossa vapautuvan hiilidioksidin kaappauksen keinot ovat jo tiedossa, mutta ne eivät kuitenkaan ole olleet vielä taloudellisista kannattavia. Uusien, entistä tehokkaampien materiaaliratkaisuiden avulla hiilidioksidin kaappaaminen suoraan jopa ilmasta ja sen muuntaminen edelleen erilaisten hiilipohjaisten materiaalien kuten hiilinanoputkien, grafeenin ja grafiitin raaka-aineeksi on todennäköisesti mahdollista lähitulevaisuudessa.

Hiilidioksidi on erittäin pysyvä yhdiste ja sen pelkistäminen ei ole helppoa. Tämän vuoksi tarvitaan uudenlaisia katalyyttejä, eli aineita, jotka nopeuttavat kemiallista reaktiota ja pystyvät reagoimaan juuri hiilidioksidin kanssa sekä poistamaan siltä hapen. Tekniikka on vielä kehitteillä, mutta tarjoaa yhden ratkaisun, jonka avulla voidaan hillitä ilmaston lämpenemistä.

Materiaaliratkaisujen lisäksi ajattelutapojen täytyy muuttua

Luonnontieteiden ja erityisesti materiaalitutkimuksen avulla voidaan siis löytää uusia ja toimivia ratkaisuja ilmastonmuutoksen hillintään.

Suuri kysymys kuitenkin edelleen on, kuinka nämä ratkaisut saadaan kaikkien ulottuville. Siksi tarvitaan politiikkaa. Se jakaa lainsäädännön ja taloudellisin keinoin resursseja ihmisille ja yhteisöille ottaa käyttöön uusia ratkaisuja. Lisäksi tutkimukseen suunnattujen resurssien pohjana ovat poliitikkojen taloudelliset päätökset.

Samalla kun kehitämme luonnontieteiden avulla uusia materiaaliratkaisuita, meidän on muutettava myös kulutustamme ja ajattelutapaamme. On aika puhaltaa niin sanotusti yhteiseen hiileen, jotta ilmastonmuutoksen aiheuttamat ongelmat saadaan ratkaistua.

Anna Lähde
Akatemiatutkija, aerosolitekniikan apulaisprofessori
Ympäristö- ja biotieteiden laitos, Pienhiukkas- ja aerosolitekniikan laboratorio, Fine Particle and Aerosol Technology Laboratory (FINE), Itä-Suomen yliopisto

Artikkeli on julkaistu alunperin MustRead Akatemia -palvelussa (24.1.2022).

Posted on

Esityslistalla lopullinen ratkaisu: mitä olemme oppineet 80 vuodessa?

Tänään, päivälleen kahdeksankymmentä vuotta sitten, 20. tammikuuta 1942, Wannsee-huvilalla, Berliinin lounaiskolkassa, kokoontui joukko korkea-arvoisia natsipuolueen ja Saksan hallituksen edustajia. Kokouksen esityslistalla oli yksi asia: lopullisen ratkaisun – Euroopan juutalaisten tuhoamisen – toimeenpaneminen. Päätösten tekeminen kesti puolitoista tuntia.

Tämä Wannseen konferenssin nimellä tunnettu tilaisuus oli historiallinen: kokouksen pöytäkirja (tai pikemminkin päätösasiakirja) on säilynyt meille sellaisenaan ja on ainutlaatuinen dokumentti päätöksestä panna toimeen miljoonien ihmisten systemaattinen murhaaminen. Tämä viisitoistasivuinen, nopealukuinen asiakirja on tälläkin hetkellä saatavissa Wannseen konferenssin museon internetsivuilta. Pöytäkirjoja laadittiin vain kolmekymmentä kappaletta. Historian ivaa on, että yksi näistä on säilynyt meille ainoastaan siksi, että eräs kokouksen osallistujista, ulkoministeriön alivaltiosihteeri Martin Luther, ei päässyt sodan lopussa tuhoamaan hallussaan olleita dokumentteja – kun oli näet itse päätynyt muutama vuosi kokouksen jälkeen keskitysleirivangiksi.

Kokousta ei kuitenkaan voida pitää ainutkertaisena tai jonkinlaisena joukkotuhotoimenpiteiden alkulähteenä. Laajamittaiset siviiliväestöön ja erityisesti juutalaisiin kohdistetut sortotoimenpiteet ja teloitukset oli aloitettu välittömästi sodan alettua, ja ne kiihtyivät Saksan Neuvostoliitolta valloittamilla alueilla. Myös Bełżecin tuhoamisleirin, ensimmäisen yksinomaan ihmisten tappamiseen tarkoitetun laitoksen rakentaminen oli aloitettu jo syksyllä 1941. Kokouksessa pyrittiinkin ennen kaikkea pääsemään yhteisymmärrykseen niistä käytännön toimenpiteistä, joilla jo aloitettua toimintaa voitaisiin koordinoida ja tehostaa. Wannseen konferenssin historiallisuus liittyy ennen kaikkea siihen byrokraattiseen ja systemaattiseen otteeseen, jolla kokouksen aihetta käsiteltiin: tässä tilaisuudessa juutalaisten joukkotuho muuttui hallinnolliseksi haasteeksi.

Ihmiskunnan historiasta löytyy paljon hirmutekoja, valitettavasti. Erityisen natsi-Saksan tapahtumista tekee se näennäistieteellinen byrokratia, jonka puitteissa rasistinen murhaaminen toteutettiin. Juuri tästä Wannseen konferenssi on konkreettinen esimerkki. Kokous ei ollut ainoastaan korkeatasoisesti organisoitu, vaan sen osallistujajoukko oli poikkeuksellisen sivistynyttä: yli puolella läsnäolijoista oli tohtorin tutkinto.

Myös kokouksen asiasisältö oli abstraktiotasoltaan korkea: keskeisenä kysymyksenä oli ”juutalaisuuden” määrittely, ja erityisesti ”sekarotuisten” (Mischlinge) – juutalaisia isovanhempia omaavien henkilöiden – kohtelu. Hallinnolliseksi kysymykseksi käännettynä: keitä kaikkia lopullinen ratkaisu koskee? Päädymme rasistisen ideologian perusproblematiikkaan: kuinka määritellä ”me” ja ”ne”, kun todellisuudessa olemme kaikki samaa jatkumoa? Historiallisen Wannseen konferenssista tekee se, että tämä kysymys on siinä konkreettisesti läsnä – ja tiettävästi siitä jopa väiteltiin.

Samalla kokous on historiallinen sen suhteen, minkälainen pannukakku sen johtopäätöksistä tulee. Lopulta päädytään toteamaan, että ”erityisen epäedullisen rodullisen ulkonäön” omaavat ”sekarotuiset” henkilöt lasketaan juutalaisiksi ”puhtaasti ulkonäön perusteella”, ja samoin toimitaan, jos ”erityisen negatiivinen lainvalvonnallinen tai poliittinen arvio” osoittaa, että henkilö ”tuntuu ja käyttäytyy kuten juutalainen”. Tästä on tieteellinen ”rodunmääritys” kaukana – lopulta päädytään siihen, että jokin ulkonäkö tai käyttäytymispiirre ei vain satu miellyttämään.

Tästä on kahdeksankymmentä vuotta. Mitä olemme oppineet? On helppo sanoa: emme mitään – populistinen rasismi, vihapuhe ja totalitarismin ihannointi voi kenties paremmin kuin koskaan sitten toisen maailmansodan päättymisen. Itse olen kuitenkin optimistisempi. Oli tällaisen poliittisen ajattelutavan yleisyydestä mitä mieltä tahansa, yksi asia poikkeaa nähdäkseni kahdeksankymmenen vuoden takaisesta: tiedeyhteisö on sanoutunut sellaisesta selkeästi irti. Natsi-ideologialle oli oleellista pyrkimys asettaa se sopusointuun tuon ajan muotitieteiden kanssa – erityisesti sosiaalidarvinismin, perinnöllisyystieteen ja biologisen antropologian kanssa. Nyt on toisin: populistiset poliitikot ovat tyypillisesti avoimen tiedevastaisia – tai ”kriittisiä”.

Natsi-Saksan suhde aikansa tieteeseen ei tietenkään ole mitenkään yksioikoinen – monta tieteen- ja kulttuurinalaa vastaan myös hyökättiin. Eikä toisaalta pidä ajatella, että tiede olisi nyt saavuttanut jonkun taianomaisen aseman, jossa se olisi täysin poliittisten ja kulttuuristen vaikutteiden ulottumattomissa. Mutta uskallan väittää, että jotakin on opittu: näen vaikeana valjastaa tiedettä samanlaisiin poliittisiin tarkoitusperiin kuin kahdeksankymmentä vuotta sitten – etenkään biologiaa ja lääketiedettä, joiden nykyinen eettinen säätely syntyi pitkälle reaktiona siihen, mitä tuolloin tapahtui. Tietysti uudet alat voivat tuoda uusia uhkia. Huolissaan en kuitenkaan juuri tällä hetkellä olisi – mutta valppaana on aina syytä olla.

Tuomas Pernu.Tuomas K. Pernu
Tieteenfilosofian ja tutkimusetiikan yliopistonlehtori
Itä-Suomen yliopisto