Lappeenrannan LUT-yliopiston käytäviltä löytyy energiaa, paitsi tutkimuksen kohteena, niin myös Jero Aholan muodossa. Hän vipeltää eteenpäin ikiliikkujan tapaan eteenpäin koko ajan puhuen innostuneesti.

Energiatehokkuuden professorin tutkimusryhmällä on kaksi päälinjaa, jotka luonnollisesti liittyvät toisiinsa: Energiajärjestelmän puhdistaminen sähköistämällä ja hiilidioksidin kierrätys.

Sähköistämisen tutkimuksessa päähuomio on aurinkoenergiassa ja vetysähköisissä tekniikoissa – ja siksi laboratoriossa pulputtaa kaapeissaan erilaisia elektrolyysikennoja, jotka erottavat vedestä vetyä tehokkaasti. Lähes kaikki vety tehdään vielä nykyisin eri menetelmin fossiilisista polttoaineista kuten maakaasusta, vaikka niin sanottua vihreää vetyä voisi tehdä kätevästi missä vain, kunhan on sähköä ja vettä.

Hiilidioksidin kierrätys puolestaan tarkoittaa Aholan tapauksessa sitä, että otetaan ilmasta tai mistä tahansa muualta hiilidioksidia, jotka sitten käytetään vihreän vedyn kanssa erilaisten asioiden tuotantoon. Kuten polttoaineen tai ruoan.

Kenties tunnetuin hiilidioksidin hyötykäytön sovelluksista on Solar Foods Oy:n kehittämä menetelmä, jossa proteiinia tuotetaan ilmassa olevan hiilidioksidin, sähkön ja bakteerien avulla. Menetelmän taustalla ovat VTT:n ja Aholan tutkimusryhmien tulokset.  

Yhtiö onkin erinomainen esimerkki siitä, miten perustutkimus on tuottanut konkreettisesti mahdollisen maailmanlaajuisen mullistuksen ja todennäköisen taloudellisen menestyksen.

Jero Ahola katsoo elektrolyysikennoa (kuvan oikeassa alakulmassa) ja toteaa, että olennaista on löytää oikea lämpötila ja paine, missä vetyä ja happea erotetaan sähkön avulla kennon sisällä. Kennoja voidaan pinota päällekkäin tehokkuuden lisäämiseksi.

Sähköverkkotiedonsiirrosta se alkoi

“Hoksasin jossain vaiheessa nuorena, että maailma pyörii energialla”, muistelee Ahola ja toteaa, että teknologia on väline, jolla hyödynnetään energiaa.

“Ja sitten kiinnostuin ennen kaikkea sähköstä, koska se on puhdasta ja sitä voi käyttää melkein mihin tahansa hyvin pienellä häviöllä.”

Ahola valmistui sähkötekniikan diplomi-insinööriksi tutkinnon Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa vuonna 1999. Nykyisin paikka tunnetaan englanninkielisen nimen mukaisesti LUT-yliopistona. Tohtoriksi hän väitteli vuonna 2003 aiheenaan sähköverkkotiedonsiirto.

Jero Ahola opiskeli ja on tehnyt koko uransa LUT-yliopistossa Lappeenrannassa, missä hän on ollut kuin kotonaan. Nyt hän toimii siellä energiatehokkuuden professorina.

Osana tätä tutkimusta hän keksi miten sähköverkon kautta voi myös välittää tietoa. Videokuvan lähettämisen lisäksi pian esimerkiksi moottoria ohjaava taajuusmuuttaja ja sähkömoottori saattoivat keskustella keskenään niiden välissä olevan virtakaapelin kautta. Keksintöjä ja patentteja tuli parikymmentä, joista monet tutkimuksen teollisuusyhteistyöpartneri ABB otti saman tien käyttöön.

Sitten kuvaan tuli Aurinko. Ahola ihmetteli, miksi aurinkosähkön käyttö Suomessa tökki, vaikka aurinkopaneeleilla voisi tehdä yllättävän paljon sähköä täällä Pohjolan perukoillakin. Hän asensi talonsa katolle Lappeenrantaan aurinkopaneelit jo vuonna 2011 ja lobbasi asetusmuutosta, joka vaatisi sähköyhtiöitä ostamaan yksityisten tuottamaa ’ylimääräistä’ aurinkosähköä.

LUT-yliopiston parkkipaikka on jo jossain määrin sähköistynyt. Aholan mukaan synteettisten polttoaineiden käyttäminen henkilöautoissa on vain välivaihe, sillä sähköautot ovat paljon energiatehokkaampia ja sitä kautta edullisempia käyttää kuin polttomoottoriautot.

Power-to-X

Seuraavaksi Aholaa alkoi kiinnostaa koko energiajärjestelmän muuttaminen sähköiseksi. Ei sen vähempää.

“Siis kuinka aurinkosähköä käytetään muun muassa ruoan ja polttoaineiden tuotantoon. Asiaan liittyy myös keskeisesti vihreä vety ja se, kuinka sitä voidaan tuottaa tehokkaasti elektrolyysin avulla puhtaan sähkön avulla.”

Siksi LUT:n laboratoriossa pulputtaa erilaisia elektrolyysilaitteita, joilla pyritään tuottamaan vetyä sähkön avulla mahdollisimman kätevästi ja tehokkaasti. Kennoja on yksittäin ja pinoksi pakattuna, isoja ja pieniä, kaikki mittalaitteisiin kytkettyinä.

Tekniikkaa kutsutaan nimellä Power-to-X (P2X), eli sähköenergiaa käytetään vedyn ja ilman hiilidioksidin muuntamiseen esimerkiksi polttoaineisiin ja kemikaaleihin, jopa ruokaan.

Vuonna 2014 Ahola oli mukana käynnistämässä LUT:in, VTT:n ja Turun yliopiston Tulevaisuuden tutkimuskeskuksen yhteistä tulevaisuuden energiatuotantoon keskittynyttä tutkimusohjelmaa. Neo-Carbon Energy -hankkeen tavoitteena oli hahmotella päästötöntä, edullista ja riippumatonta energiajärjestelmää, ja siinä käsiteltiin niin energian tuotantoa, jakelua, varastointia kuin käyttöäkin. Tavoitteena oli puhdas ja taloudellisesti kilpailukykyinen energiajärjestelmä.

Tällä ’neokarbonisaatiolla’ on näköpiirissä paljon liiketoimintamahdollisuuksia, joten oli selvää, että perustutkimuksesta ponnistava hanke tulee tuottamaan myös yhtiöitä.

Nyt esimerkiksi lappeenrantalainen startup-yhtiö Soletair Power tekee teknologiaa hiilidioksidin keräämiseksi ilmasta suodattimien ja kemiallisten imeytysaiheiden avulla. Hän ei ole mukana yhtiössä, mutta sen juuret ovat Aholan ryhmän Soletair-tutkimushankkeessa.

Sitten Ahola näyttää pientä kynttilää, joka on tehty vahasta, joka puolestaan on tehty ilmasta napatusta hiilidioksidista ja aurinkosähköllä vedestä elektrolyysillä erotetusta vedystä.

Tämä kynttilä on tehty ilmasta otetusta hiilidioksidista ja aurinkosähköllä tuotetusta vedystä.

“Esimerkiksi jo toisen maailmansodan aikaan tunnetun Fischer–Tropsch -prosessin avulla voidaan valmistaa myös petrokemian tuotteita.  Siis bensaa ilmasta ja sähköstä.”

Nyt toinen spin-off, tamperelainen Liquid Sun, aloittelee lentokoneissa käytettävän kerosiinin tekemistä kehittämällään sähkökemiallisella kennolla. Tässäkään Ahola ei ole itse mukana.

Tapaus Solar Foods

Kenties tunnetuin Aholan ja VTT:n tutkimusryhmien yhteistyöstä ulos pullahtanut tulos on kuitenkin Solar Foods. Yhtiön perustajista Pasi Vainikka ja Juha-Pekka Pitkänen olivat mukana Neo-Carbon Energy -tutkimusryhmässä.

Itse asiassa sähköruoka on Neo-Carbon Energy -hankkeen sivurönsy. Aihe näytti niin kiinnostavalta, että sitä tutkimaan perustettiin oma tutkimushankkeensa, Neo-Carbon Food.

Hanketta rahoitti Suomen Akatemia, koska sovellukset olivat tuolloin vielä kovin kaukana.

“Taustalla on perustutkimus. Jotta voit soveltaa tutkimusta johonkin konkreettiseen teknologiaan, pitää olla mitä soveltaa. Lopputuloksia katsoessa tämä alku usein unohdetaan.”

Mainoslauseissa yhtiö tekee ruokaa ilmasta, mutta taustalla on hieman pitempi prosessi: proteiinipitoista jauhetta tuotetaan ilmasta otetusta hiilidioksidista sekä vedestä erotetusta vedystä ja hapesta bioreaktoreissa Turun saaristosta vuonna 2018 yhtiön löytämän Xanthobacter -bakteerin avulla. Lisäksi tarvitaan vähän typpeä, fosforia ja kaliumia, jotka syötetään mikrobeille kasvun tueksi.

Mikrobit monistavat itseään, jolloin tuloksena on proteiinipitoista massaa.

Massa kuivataan, jolloin saadaan Soleiiniksi ristittyä kellertävää jauhetta. Siitä noin 65 % on proteiinia, 25 % hiilihydraatteja ja 5 % rasvoja. Sellaisenaan sitä ei syödä, vaan yhdistetään muihin tuotteisiin, kuten energiapatukkaan tai jäätelöön.

“Saimme tämän perustutkimukseen rahoitusta Akatemialta, mutta hankkeen päästyä vauhtiin ei lisärahoituksen saaminen ollut vaikeaa”, Ahola sanoo mielissään.

“Normaalisti start-up -yrittäjien pitää soitella sijoittajille ja kinuta rahoitusta, niin nyt kävi juuri päin vastoin – he soittivat meille.”

Yhtiö on rakentanut jo yhden tehtaan Vantaalle ja ilmoittanut Lappeenrantaan tulevasta suurtehtaasta Soleiinin valmistamiseen.

Vantaan tehtaassa on 20 kuutiometriä tilavuudeltaan oleva bioreaktori. Se ei ole kooltaan vielä suuri, mutta vastaa jo proteiinituotantokapasiteetiltaan 300 lehmän navettaa.

“Kun mietitään kuinka paljon peltoa, ruokaa ja resursseja noin suuri määrä lehmiä tarvitsee, ja verrataan sitä pienen teollisuushallin kokoiseen tuotantolaitokseen, niin on aika selvää miten tehokas Solar Foodin prosessi on.”

Soleiini on Solar Foodsin proteiinipulverilleen keksimä markkinointinimi. Aine on jauhemaista ja sitä käytetään lisukkeena erilaisissa ruokatarvikkeissa.

Kaikki sähköistyy

Kun tarkoitus oli päättää haastattelu sähköisen tulevaisuuden visiointiin, alkaa Ahola yllättäen puhua höyrystä.

“On paljon asioita, jotka eivät ole mediaseksikkäitä, mutta jotka ovat todella tärkeitä. Kuten teollisuuden höyryntuotanto. Höyryä tarvitaan joka puolella maidon pastöroinnista sahatavaran kuivaamiseen, ja nyt höyryä tuotetaan pääasiassa öljyllä tai kaasulla. Tämäkin kun saataisiin sähköistettyä!”

Aurinkosähkö on Aholan mukaan tärkein energiamuoto tulevaisuudessa, niin höyrylle kuin muullekin. Sitä mukaa kun aurinkopaneelien hinta on pudonnut, niitä on asennettu supermarkettien katoille, koteihin ja suuriksi farmeiksi. Tämä on vasta alkua.

“Iso kysymys on se, että miten sähköjärjestelmään saadaan rakennettua tarpeeksi joustoa, sillä aurinko- ja tuulivoiman tuotannossa on paljon vaihtelua. Joka tapauksessa kaikki, mikä voidaan sähköistää, kannattaa sähköistää – sähkön energiatehokkuus ja sitä kautta kustannustehokkuus on aivan ylivoimainen.”

Ihan lopuksi Ahola katsoo LUT:in pihalla ylös Aurinkoon ja toteaa, että yhden vuorokauden aikana Aurinko säteilee maapallolle energiaa enemmän kuin koko ihmiskunta käyttää sitä 18 vuodessa.

Kuvat: Jari Mäkinen, Solar Foods

Teksti: Jari Mäkinen