Jarrua ilmastonmuutokselle – hiilidioksidista korkean jalostusasteen kemikaaleja

Viime syksynä julkaistun ilmastoraportin (IPCC) jälkeen ilmastonmuutos on ollut jokapäiväinen puheenaihe. Maapallon lämpötilaa nostavat muun muassa energian tuotannosta aiheutuvat päästöt. Ne aiheuttavat myös sairauksia ja ennenaikaisia kuolemia. Fossiilisten polttoaineiden sijaan olisi lisättävä uusiutuvan energian käyttöä.

Uusiutuva energiantuotanto on nykyisin taloudellisesti kannattavaa, ja energiasta tuotetaankin tuuli- ja aurinkovoimalla jo noin 10 prosenttia. Aurinko- ja tuulienergia on kuitenkin kausiluontoista, ja tuotannon sekä kulutuksen huippu- ja suvantovaiheet eivät yleensä kohtaa. Tällä hetkellä energian varastointiin ei ole tarjolla riittävästi hyviä vaihtoehtoja, ja se rajoittaa uusiutuvan energian käytön kasvua.

Kemiallista energiaa eli sähkökemiallisella reaktiolla tuotettuja kemikaaleja voidaan kuljettaa ja varastoida suuriakin määriä, ja niitä voidaan hyödyntää myös esimerkiksi raaka-aineina kemianteollisuudessa tai liikenteen polttoaineina.

Hiilivetyä tuottavaa katalyyttiä kehitetään kokeellista ja laskennallista kemiaa yhdistäen

Hyödyllisimpiä sähkökemiallisissa reaktioissa tuotettuja energiankantajia eli energiaa varastoivia kemiallisia yhdisteitä ovat hiilidioksidista tuotetut erilaiset hiilivedyt sekä vedestä tuotettu vety. Kemian tekniikan korkeakoulun professori Tanja Kallion johtamassa nelivuotisessa USVA-hankkeessa keskitytään kehittämään uusia, tehokkaita sähkökatalyyttejä ilmaston lämpötilaa nostavan hiilidioksidin muuntamiselle hiilivedyksi. Tavoitteeseen pyritään yhdistämällä sekä kokeellista että laskennallista kemiaa.

Kallio alkoi tutkia aihetta noin puolitoista vuotta sitten. Jane ja Aatos Erkon säätiön myöntämä 870 000 euron rahoitus osoittaa, että tutkimusaihetta pidetään erittäin tärkeänä.

”Ne sähkökemialliset reaktiot, joissa hiilidioksidi muuntuu muiksi tuotteiksi, vaativat vielä tutkimista ja kehittämistä”, Kallio sanoo. ”Etenkin reaktion selektiivisyyttä eli valikoituvuutta pitää vielä kehittää, jotta lopputuotteena saadaan haluttua yhdistettä erilaisten hiilivetyjen seosten sijaan.”

”Hiilidioksidi on itsessään hyvin stabiili molekyyli. Katalyysillä on iso rooli siinä, miten hiilidioksidin saa aktivoitumaan niin, että se reagoi muiksi yhdisteiksi."

"Aallossa on paljon potentiaalia materiaalitutkimuksessa. Meillä on osaamista muun muassa uudentyyppisten nanomateriaalien valmistamisesta ja käytössämme on hienoja tekniikoita, kuten ALD- eli atomikerroskasvatustekniikka, minkä avulla voidaan tehdä räätälöityjä rakenteita. Näistä voisi olla hyötyä katalyyttien kehittämisessä.”

Professori Kari Laasosen tutkimusryhmä keskittyy USVA-hankkeessa laskennallisen kemian keinoin ymmärtämään, miksi katalyysi joko toimii tai ei toimi.

”Meidän tavoitteenamme on ymmärtää sähkökemiallinen reaktiomekanismi yksityiskohtaisesti, jotta sen tehokkuutta ja selektiivisyyttä voidaan lisätä. Lopullinen päämäärämme on oppia ohjaamaan reaktion kulkua, mutta siinä riittää haastetta”, Laasonen sanoo.

Tieteen, tutkimuksen ja taiteen edistäjät

Aalto-yliopistolla ja Jane ja Aatos Erkon säätiöllä on yhteisiä tavoitteita: molemmat pyrkivät edistämään korkeatasoista tiedettä, tutkimusta ja taidetta. Vuonna 2017 Aalto-yliopisto sai säätiöltä varainhankintakampanjaansa 3 miljoonaa euroa ja teknologiakasvatuksen professuuriin 300 000 euroa. Viime vuosina Aalto-yliopiston tutkijat ovat saaneet lähes 4 miljoonaa euroa Tulevaisuuden tekijät -ohjelmasta, jota rahoittaa Jane ja Aatos Erkon säätiö yhdessä Teknologiateollisuuden 100-vuotissäätiön kanssa. Ohjelma tukee yhteiskunnan uudistumista vauhdittavia tutkimusavauksia.

Lisätietoja:

Tanja Kallio
professori, Aalto-yliopisto
tanja.kallio@aalto.fi

Kari Laasonen
professori, Aalto-yliopisto
kari.laasonen@aalto.fi