Olavi Uusivirta 9.11. Logomo Sunborn Live Opiskelijaliput 23,50 €
Tiede
31.01.2013

Tulevaisuuden energia piilee yhteyttämisessä

  • Viherhiukkasista voi tulla tulevaisuuden voimala. Polttoaineeksi tarvitaan vain auringon valoa, vettä ja hiilidioksidia. Viimeistä on ainakin tarjoilla, sillä maailman energiasta 85 prosenttia tuotetaan edelleen fossiilisilla polttoaineilla.

Yhteyttämisessä eli fotosynteesissä syntyy valtava energiapotentiaali. Auringon tuottama energia pitäisi vain saada talteen prosessin alkuvaiheessa.

"Vaikka itse fotosynteesi on tehokas, jokainen reaktio sen jälkeen, kun valo on kerätty, syö osansa. Biomassassa on jäljellä enää joitakin prosentin osia kerätystä auringon energiasta", sanoo tutkijatohtori Mikko Tikkanen.

Hän työskentelee vuoden professoriksi valitun Eva-Mari Aron ryhmässä, joka tutkii biologisen energiantuotannon kehittämistä.

Tikkanen tutkii muun muassa sitä miten kasvien fotosynteesikoneisto säätelee yhteyttämistä valaistusolosuhteiden muutosten mukaan. Tikkasen tutkimuskysymykset ovat biologisia, mutta menetelmät fysiikkaa, biofysiikkaa ja biokemiaa. Yksi fotosynteesitutkimuksen sovelluskohteista on energiantuotanto.

Välistävetäjäksi yhteyttämiseen

Tikkasen mielestä energiantuotannossa pitäisi keskittyä ottamaan talteen tämänhetkinen auringon energia. Mitä aikaisemmin energian pääsee prosessista nappaamaan, sen tehokkaammin sitä saadaan talteen.

"Fotosynteesireaktiot ovat tosi tehokkaita. Siinä vaiheessa kun vesi hajoaa elektroneiksi ja protoneiksi, energiasta on iso osa jäljellä. Idea on, että sidottu energia saataisiin reaktiosta pihalle ennen kuin se kuluu hiilen sidontaan."

Osa energiasta kuluu myös siihen, että kasvin elektroneiksi ja protoneiksi hajottama vesi muutetaan takaisin vedeksi. Tavoitteena on saada entsyymin avulla kasvi tuottamaan veden sijasta vetyä. Se olisi tehokkain tapa tuottaa energiaa fotosynteesin avulla.

Niin sanotut korkeammat kasvit eivät pysty tällä menetelmällä tuottamaan vetyä, mutta levät ja syanobakteerit eli sinilevät pystyvät. Ne tuottavat hapettomissa oloissa pieniä määriä vetyä luonnostaan.

Menetelmän ongelma on siinä, että entsyymi, joka pystyy tuottamaan vetyä, on äärimmäisen herkkä hapelle. Fotosynteesissä taas syntyy happea, joka estää entsyymiä toimimasta. Alan suuri kysymys onkin, voitaisiinko löytää tai muokata entsyymi, joka tuottaa tehokkaasti vetyä hapen läsnäolosta huolimatta.

Levä töihin vetytehtaaseen

Käytännössä vetyä tuottava "fotosynteesivoimala" olisi hyvinkin yksinkertainen:

"Ei tarvita muuta kuin joku levä, suljettu allas ja valoa. Aina, kun olisi valoa, sieltä pulputtaisi vetyä. Levä elää tietyn aikaa ja kuolee sitten, mutta kaikki ravinteet voitaisiin kierrättää."

Iso osa levistä elää merivedessä, joten vetytehtaat eivät kilpailisi edes tulevaisuudessa harvinaiseksi käyvästä makeasta vedestä.

Levän tuottamaan vetyyn perustuva energia ei ole kaukaisen tulevaisuuden utopia. Tikkanen kertoo, että jo nykyään laboratorioissa ympäri maailmaa – myös Turussa – on olemassa vetyä tuottavia leväsysteemeitä. Tosin ne toimivat toistaiseksi huonolla hyötysuhteella, eivätkä siksi vielä kilpaile fossiilisten polttoaineiden kanssa taloudellisessa mielessä.

Suomesta tuskin tuottajaksi

Suomesta tuskin on tulossa vedyn suurtuottajaa. Vaikka kesällä valo riittäisi hyvin prosessin pyörittämiseen, talvikuukausien aikana ei juuri vetyä syntyisi. Jos energian saisi talteen jossakin helpommin varastoitavassa muodossa, Suomi voisi menestyä tuottajana. Pohjoisissa oloissa tehokkaasti tuotettu biomassa saattaa olla silti tulevaisuudessa järkevin tapa hyödyntää auringon energiaa. Tikkanen näkee Suomen ennemmin tutkimus- ja kehitysosaajana kuin energiantuottajana.

Vaikka fotosynteesillä voidaan tuottaa vetyä vähillä resursseilla, maailman energiaongelma ei ratkea yhdellä uudella menetelmällä.

"Energiakeskustelussa ihmiset eivät aina ymmärrä mittasuhteita. Kyllähän fotosynteesiin perustuva systeemi saisi aika tehokas olla, että sillä pystyttäisiin energiaongelma hoitamaan. Toisaalta, jos ei yritetä löytää kaikkia mahdollisia ratkaisuja, niin sitten niitä ei ainakaan löydetä", Tikkanen pohtii.

Teksti: Sampo Rouhiainen

Kuva: Mikko Tikkanen

EDIT:Muokattu kohtaa, jossa virheellisesti väitettiin kasvin käyttävän vettä lämmönsäätelyyn.