Mustetulostimia ja vetyunelmia: Millennium Graduate Student -voittaja Sanaz Zarabi Golkhatmi

Aallon väitöskirjatutkija Sanaz Zarabi kertoo faktat rauhallisesti. Uusiutuvan energian käyttöönotto on välttämätöntä, mutta tiellä on monenmoista ongelmaa. Esimerkiksi aurinkopaneelit ja tuulivoimalat vaativat paljon tilaa, raaka-aineita ja suotuisat sääolosuhteet. Juuri nyt vaikuttaa siltä, että parhaimmatkin uusiutuvan energian ratkaisut ovat kalliitta ja verrattaen tehottomia. Tutkijoilla on käynnissä kilpajuoksu uusiutuvan energian käyttöönoton tehostamiseksi.

Sanaz Zarabi suoritti tieteentekemistä ja insinöörityötä yhdistävät maisterinopintonsa Iranissa. Niiden aikana hän kiinnostui uusiutuvasta energiasta ja energianlähteistä. Tyytymättämyys kotimaan oloihin motivoi häntä hakemaan ulkomaille tohtoriopintoihin. Sanazin mukaan Aalto näyttäytyi paikkana, jossa hän pystyisi toteuttamaan uusiutuvaan energiaan liittyviä ideoitaan.

"Tiesin etukäteen, että Suomi oli Euroopan parhaita paikkoja asua. Sain myönteisiä hakupäätöksiä myös muista maista, mutta halusin nimenomaan Aaltoon. Tiesin että täällä voisin toteuttaa tieteellistä visiotani. Aalto on toinen kotini, enkä ole koskaan tuntenut oloani ulkopuoliseksi täällä."

Uraauurtava valmistustekniikka

Sanaz saapui Aaltoon vuonna 2020 ja ryhtyi heti töihin. Professori Peter Lundin New Energy Technologies (Renewables) -ryhmässä Sanaz kehitti keinon lisätä radikaalisti energiamuuntoratkaisujen tehokkuutta. Tekniikka saattaa kuulostaa maallikolle sekä tutulta että hämmentävältä: siinä käytetään mustesuihkutulostusta - sama toimintaperiaate kuin tavallisissa paperitulostimissa.

"Opiskeluaikana olin laajentanut työtäni hieman superkondensaattoreihin ja litium-ioniakkuihin. Nyt aiheenani on kiinteäoksidipolttokennojen additiivinen valmistus", Sanaz kertoo.

Perinteisessä valmistuksessa lopputuotteen aikaansaamiseksi tuotteesta keskitytään poistamaan ylimääräinen materiaali. Additiivisessa valmistusprosessissa sen sijaan lisätään asteittain uusia materiaalikerroksia halutun lopputuloksen saavuttamiseksi. Kiinteäoksidiopolttokennot sen sijaan ovat uusi lupaava polttokennojen eli kemiallisen sähköntuotantovälineiden ala.

"Käytämme 3D-tulostusta ja mustesuihkutulostusta additiivisessa valmistusprosessissamme. Se on samanlaista kuin toimistotulostimissa: molemmissa levitetään mustetta jollekin pinnalle. Käyttämämme musteet ovat keramiikkapohjaisia, ja sekoitamme ne välittäjäaineeseen ja levitämme ne tulostettavan materiaalin pinnalle. Olennaista on kehittää muste, jolla on  kaikki haluamamme ominaisuudet. Tällä tavalla voimme tulostaa lähes mitä tahansa. Vaikeinta on toteuttaa haluamamme ominaisuudet musteseoksessa ja saada tuloksena syntyvä muste ulos tulostimen suuttimista", hän sanoo.

Sanazin mukaan tätä tekniikkaa voidaan hyödyntää esimerkiksi sellaisten uusien akkujen valmistuksessa, jotka varastoivat uusiutuvaa energiaa paljon tehokkaammin ja käyttävät vain murto-osan samoista materiaaliresursseista tuottamatta yhtään jätettä. Hänen pitchauksensa vakuutti Millennium Graduate Student -palkinnon tuomarit, jotka nimesivät Sanazin kilpailun voittajaksi.

Vetyunelmia

Sanazin tulevaisuudensuunnitelmilla on kaksi pääsuuntaa.

"Tavoitteeni on nyt saada väitöskirja valmiiksi. Lisäksi haaveilen työskenteleväni vetyenergian parissa, sillä se on mielestäni lähivuosien tärkein uusiutuva energiateknologia. Minua kiehtoo ajatus, että voisimme ottaa uusiutuvaa sähköä aurinkopaneelien kaltaisista lähteistä, muuntaa sen kemialliseksi energiaksi ja varastoida sen vetynä. Sitten sen voisi tarpeen tullen muuttaa takaisin sähköksi, esimerkiksi akkujen tavoin. Kyse on siis sähkön varastoimisesta kemiallisena energiana. Tämä on tulostinkennoprosessimme peilikuva", hän kuvailee.

Sanazin mukaan Suomi investoi voimakkaasti uusiutuviin energianlähteisiin ja pärjää hyvin niiden kehitystyössä, joten hän on päättänyt jäädä toiseen kotiinsa.