RS

RS loader animation

RS loader animation

Siirtymä kohti kestävämpää tulevaisuutta on väistämätön, jos haluamme pelastaa planeettamme.

Uusiutuvan energian sektoria muovaavat lukuisat innovaatiot. Uudet energiateknologiat yleistyvät nopeasti ja lisäävät tietoisuutta siirtymisestä puhtaampiin ratkaisuihin, kuten vihreään energiaan. Monet toimialat tekevät muutoksia ja panostavat kestävämpiin ratkaisuihin – uusiutuvista energialähteistä, kuten aurinko- ja tuulivoimasta, energian varastointiin, sähköajoneuvoihin, innovatiivisiin lämpöpumppuihin, vetytalouteen, älykkäisiin sähköverkkoihin sekä muihin vaihtoehtoihin kivihiilelle, öljylle ja kaasulle.

Uusiutuvan energian kasvaessa avautuu mahdollisuus vähentää fossiilisten polttoaineiden käyttöä. Tässä artikkelissa keskitytään kestävän kehityksen innovaatioihin, jotka perustuvat puhtaan energian teknologioihin ja rakentavat uutta, parempaa ja vihreämpää tulevaisuutta.

Tekoälyn (AI), additiivisen valmistuksen, automaation ja muiden teknologioiden kehittyessä siirtymä kohti puhtaampaa tulevaisuutta helpottuu. Monet uudet energiaratkaisut auttavat valvomaan ja ohjaamaan infrastruktuureja sekä parantamaan ympäristöä korvaamalla vanhaa laitteistoa kestävän energiatekniikan ratkaisuilla. Esimerkiksi lämpökamerat voivat paljastaa ylikuumenemisen aiheuttamia vaurioita aurinkojärjestelmissä, ja paineanturit mahdollistavat nesteiden ja kaasujen laajenemisen analysoinnin vetysovelluksissa.

Teknologian kehittyessä yhä useampia asioita voidaan mitata ja seurata, mikä luo edellytykset kestävämmän maailman rakentamiselle. Seuraavaksi tarkastellaan keskeisiä trendejä, jotka muovaavat energia-alaa.

Yksi sähköntuotannon merkittävimmistä pioneereista, Thomas A. Edison, totesi: ”Laittaisin rahani aurinkoon ja aurinkoenergiaan. Mikä energianlähde! Toivottavasti meidän ei tarvitse odottaa öljyn ja hiilen loppumista ennen kuin tartumme siihen.” Tämä kuvastaa aurinkoenergian valtavaa potentiaalia.

Vaikka aurinkoenergia on yksi suosituimmista uusiutuvan energian muodoista, se ei vielä ole saavuttanut fossiilisten polttoaineiden asemaa. International Energy Agency:n mukaan noin kolme neljäsosaa vuonna 2023 lisätystä uusiutuvan energian kapasiteetista tuli aurinkosähköstä (PV). Verrattuna vuoteen 2022 aurinko- ja tuulivoiman lisäykset tulevat yli kaksinkertaistumaan vuoteen 2028 mennessä, ylittäen jatkuvasti aiemmat ennätykset ja saavuttaen lähes 710 GW:n tason.

Monet jakavat Edisonin näkemyksen ja etsivät uusia tapoja hyödyntää aurinkoenergiaa. Yksi esimerkki tästä ovat aurinkovoimalla toimivat junat. Tällainen liikennemuoto voi toimia koko päivän ilman latausta, ja BBC:n mukaan jopa 75 % tuotetusta energiasta voidaan syöttää takaisin sähköverkkoon.

Teknologian kehittyessä myös uusiutuvan energian ratkaisut monipuolistuvat – erityisesti tuulivoiman osalta. Useimmat tunnistavat perinteiset, suuret tuuliturbiinit, joita asennetaan niin maalle kuin merelle. Mutta entä turbiini, joka toimii ilman pyöriviä lapoja?

Espanjalainen startup Vortex Bladeless on kehittänyt uudenlaisen ratkaisun. Yrityksen noin 3 metriä korkea lavaton turbiini kiinnitetään maahan joustavan varren avulla. Se on suunniteltu värähtelemään tuulen vaikutuksesta, ja tästä liikkeestä syntyvä värähtely muunnetaan energiaksi. Tällaisia lavattomia turbiineja voidaan hyödyntää myös kaupunki- ja asuinympäristöissä, joissa perinteiset tuulivoimalat vaatisivat liikaa tilaa.

Akkujen rooli uusiutuvan energian siirtymässä on valtava. Litiumioniakut, John B. Goodenoughin kehittämä innovaatio, ovat nykyisin yksi energiatehokkaimmista ja luotettavimmista ratkaisuista, joita käytetään sähköajoneuvoissa ja monissa elektronisissa laitteissa. Goodenoughia kutsutaan litiumioniakkujen ”isäksi”, ja hän sai keksinnöstään Nobel Prize in Chemistry -palkinnon.

Kehitys ei kuitenkaan pysähtynyt tähän. Litium-lasiakut ovat uusi innovaatio, joiden kapasiteetti kasvaa ajan myötä ja joiden energiatiheys voi olla jopa kaksinkertainen litiumioniakkuihin verrattuna. Lisäksi ne tarjoavat pidemmän käyttöiän, toimivat matalammissa lämpötiloissa, latautuvat nopeammin, ovat kustannustehokkaampia, turvallisempia (palamattomia) ja pystyvät varastoimaan enemmän energiaa pitkällä aikavälillä.

Goodyear kehittää innovatiivista ratkaisua sähköajoneuvoihin pidentääkseen renkaiden käyttöikää ja vähentääkseen vaihtotarvetta. Yritys on esitellyt niin sanotun “itseuudistuvan” konseptirenkaan, joka mukautuu käyttäjän liikkumistarpeisiin.

Kuvittele rengas, joka mukautuu sääolosuhteisiin, tienpintaan tai ajotapaan. Goodyearin innovaatio perustuu biologiseen materiaaliin ja sitä on vahvistettu yhdellä luonnon vahvimmista rakenteista inspiroituneilla kuiduilla – hämähäkinseitillä. Lopputuloksena on täysin biohajoava ja erittäin kestävä rengas.

Sen sijaan, että kaataisimme puita energian vuoksi – miksi emme istuttaisi niitä? VTT Technical Research Centre of Finlandin tutkijat ovat kehittäneet prototyypin “puusta”, joka kerää ympäristöstään aurinko-, liike- ja lämpöenergiaa sekä sisä- että ulkotiloissa. Se pystyy varastoimaan energiaa ja muuntamaan sen sähköksi, jolla voidaan käyttää pieniä laitteita, kuten LED-lamppuja, ilmankostuttimia, lämpömittareita ja matkapuhelimia.

Näitä keinotekoisia energiapuita voidaan monistaa rajattomasti 3D-tulostuksen avulla. Ne on suunniteltu muistuttamaan oikeita puita, jotta ne sulautuvat luontevasti puutarhoihin ja muihin luonnonmukaisiin ympäristöihin.

Lentoliikenne on yksi hiili-intensiivisimmistä ihmisen toiminnoista. Kuten aiemmin mainitut ruokajätteestä valmistetut aurinkopaneelit, myös jätteitä voidaan hyödyntää lentoliikenteessä polttoaineena. Näissä ratkaisuissa lentokoneet käyttävät jätteestä valmistettuja polttoaineita, kuten nestemäistä biojätettä, pilaantuvaa ruokaa, jätevesiä, puuta ja kotitalousjätettä, jotka reagoivat katalyyttisten kemikaalien kanssa.

Voisivatko yhä useammat yritykset keskittyä tuottamaan lentopolttoainetta jätteistä, kuten ruokajätteestä ja yhdyskuntajätteestä? Tällaisen polttoaineen ilmastovaikutukset olisivat pienemmät kuin perinteisillä polttoaineilla, koska se perustuu kasveihin, jotka sitovat hiilidioksidia ilmakehästä. Popular Mechanicsin mukaan ruokajäte aiheuttaa noin 6 % maailman kasvihuonekaasupäästöistä, kun taas lentoliikenteen osuus on noin 2,5 %. Lisäksi käyttökelpoista biojätettä on riittävästi korvaamaan jopa 20 % lentopolttoaineesta – samalla kun sitä ohjataan pois kaatopaikoilta, joissa syntyy metaanipäästöjä.

Olet ehkä kuullut teollisista vallankumouksista, kuten Industry 5.0:sta, jossa korostuu ihmisten ja robottien yhteistyö – mutta entä Solar 3.0, aurinkoenergian seuraava kehitysvaihe?

Solar 3.0 tarkoittaa täysin ohjattavaa aurinkosähkövoimalaa, joka hyödyntää energiavarastoja, kuten akkuja, mahdollistaen energian ajoittamisen tarpeen mukaan – joko syöttäen enemmän tai vähemmän energiaa sähköverkkoon tilanteen mukaan. Keskeinen innovaatio liittyy perovskiitteihin, jotka käyttävät 10–1000 kertaa vähemmän materiaalia kuin perinteiset kiteiset piikennojen ratkaisut. Tämä tekee niistä merkittävän kehitysaskeleen aurinkoteknologian tehokkuudessa ja kestävyydessä.

Massachusetts Institute of Technologyin opiskelijat ovat kehittäneet innovatiivisen materiaalin, joka koostuu hiilinanoputkista ja pystyy tuottamaan sähköä absorboimalla energiaa ympäristöstään.

Nämä mikroskooppisen pienet hiilipartikkelit voivat tuottaa sähkövirtaa reagoimalla ympäröivän nesteen kanssa. Tutkijoiden mukaan neste – orgaaninen liuotin – vetää elektroneja partikkeleista ja synnyttää sähkövirran, jota voidaan hyödyntää esimerkiksi mikro- ja nanorobotiikassa tai kemiallisissa prosesseissa.

Olemme jo käsitelleet vihreitä rakennuksia, jotka ovat keskeinen osa kestävää kaupunkisuunnittelua ja auttavat vähentämään energiankulutusta ja ilmastonmuutoksen vaikutuksia. Mutta entä rakennukset, jotka eivät tarvitse ilmastointia viilentyäkseen?

Luonnossa termiitit rakentavat korkeita keoita, joissa ilmanvaihto toimii monimutkaisen tunneliverkoston avulla. Zimbabwelainen arkkitehti Mick Pearce hyödynsi biomimetiikkaa kehittääkseen luonnollisen jäähdytysjärjestelmän, joka jäljittelee termiittien toimintaa. Lopputuloksena syntyi arkkitehtoninen ratkaisu, joka hyödyntää yön viileää ilmaa ja päivän lämpökuormaa saavuttaen jopa 90 % passiivisen ilmastoinnin.

Osa esitellyistä kestävistä innovaatioista ja uusiutuvan energian ratkaisuista voi muuttaa energia-alan aidosti vihreäksi sektoriksi. Kun hyödynnämme maapallon resursseja järkevästi, voimme löytää tasapainon ihmisen ja luonnon välille. Kestävä kehitys ohjaa meitä tarkastelemaan uudelleen sitä, mitä jo käytämme – ja löytämään arvoa esimerkiksi ruokajätteestä tai luonnon tarjoamista mahdollisuuksista.

Monet näistä innovaatioista eivät kuitenkaan olisi mahdollisia ilman muita teknologisia edistysaskeleita. Esimerkiksi aurinkoenergiaa keräävät “puut” eivät todennäköisesti olisi syntyneet ilman 3D-tulostusta, eikä “ladattavia” renkaita ilman akkuteknologian kehitystä. Digitalisaatio mahdollistaa yhä uusien kestävien energiaratkaisujen löytämisen ja kehittämisen – esimerkiksi 3D-tulostuksen ja energiamittareiden avulla. Digitalisaatio kasvaa jatkuvasti ja on jo erottamaton osa arkeamme. Yhä useammat laitteet kytkeytyvät verkkoon, ja tulevaisuudessa voimme odottaa maailmaa, jossa kaikki toimii datan ja energian saumattomassa yhteydessä.