Tekniikkariippuvainen elämä vaatii kummia aineita. Maametalleita on pakko saada – vaikka Kuusta.

Teksti: Kalevi Rantanen

Kauhu-uutinen Länsi-Euroopassa, Yhdysvalloissa ja Japanissa: kiinalaiset rajoittavat maametallien vientiä entisestään. Kiina tuottaa tätä nykyä 97 prosenttia maametalleista. Ne kuuluvat hightech-raaka-aineisiin, joita tarvitaan yhä enemmän pitkälle kehittyneen tekniikan tuotannossa.Maametalleista voidaan niiden elektronirakenteen ansiosta rakentaa esimerkiksi voimakkaita magneetteja. Jos näiden raaka-aineiden saanti loppuisi, tekniikkariippuvainen elämämme kävisi hankalaksi.Olisi vaikea valmistaa suosittuja taulutietokoneita, joihin käytetään dysprosiumia, neodyymiä, praseodyymia ja terbiumia. Jos päätelaitteet toimisivatkin, olisi vaikea viestiä mitään verkon kautta. Signaali kulkee ainakin jossain jonkin matkaa valokuidussa, johon tarvitaan erbiumia, europiumia, terbiumia ja yttriumia. Uuden energiatekniikan kehitys hidastuisi. Neodyymiä käytetään voimakkaissa magneeteissa, joita on sähköautojen moottoreissa ja tuulimyllyjen generaattoreissa. Monet valot sammuisivat, sillä loistelamput, joita nykyiset energiansäästölamput tavallisesti ovat, sisältävät europiumia, yttriumia ja terbiumia. Hankaluuksia tulisi myös perinteisen energian tuottamisessa ja käytössä. Raakaöljyn tislauksessa bensiiniksi ja muiksi öljytuotteiksi käytetään katalyytteinä lantaanin, praseodyymin, neodyymin ja ceriumin oksideja. Liikenteen päästöt lisääntyisivät, koska ceriumia käytetään myös autojen katalysaattoreissa. Jopa tupakoitsijat tuntisivat maametallin katoamisen. Tupakansytyttimen kivi on ceriumin klassinen käyttökohde.

Lisää kriittisiä materiaaleja

Monien muidenkin hightech-materiaalien saannin pelätään vaikeutuvan, ja teollisuus on jo alkanut toimia mineraalipulan lievittämiseksi. Kaivosyhtiö Molycorp aloittaa Kalifornian Mountain Passissa maametallien tuotannon uudelleen ehkä jo tänä vuonna. Vajaat kymmenen vuotta sitten kaivos suljettiin, kun tavaraa sai Kiinasta halvemmalla.Australiassa Lynas aloittaa maametallien louhinnan Mount Weldissä, Perthin lähellä. Yhtiön mukaan siellä on maailman suurin maametalliesiintymä.

Rikkauksia vaikka merenpohjasta

Yhdysvaltain geologisen tutkimuslaitoksen USGS:n mukaan Kiinassa on tunnetuista maametallivaroista puolet. Osuus on suuri, ja tämänhetkinen tuotannon keskittyminen Kiinaan voi ääritapauksessa aiheuttaa kovia sokkeja maailmantaloudessa. Vähän pitemmän ajan kuluessa raaka-ainemonopoli kuitenkin murtuu.Kysymys on enemmän hinnasta kuin saatavuudesta. Hightech-metalleja riittää vielä pitkään maankuoressa, ja hintojen noustessa huonojenkin malmien louhinta tulee kannattavaksi. Kaivaminen, rikastus ja jalostus tehostuvat, mikä kompensoi esiintymien köyhtymistä. Lisäksi suuri osa maapallon kivikehästä on vielä tutkimatta mantereillakin, merenpohjasta puhumattakaan. USGS:n geologi James Hein muistuttaa, että 70 prosenttia maapallon pinnasta on veden alla mutta mineraaleja on etsitty tähän mennessä lähes yksinomaan maalta. Mereen ihminen on kastanut vasta pikkuvarvastaan. Esimerkiksi Tyynen valtameren pohjaan on rikastunut telluuria, vismuttia, platinaa ja pariakymmentä muuta materiaalia. Etenkin telluuria on poikkeuksellisen paljon. Tärkeintä on, että tuntemattomien varojen uskotaan olevan hyvin suuret.

Toisen jäte, toisen malmi

Kaivaminen on joka tapauksessa kallista, vaikka tekniikka paranee. Energiaa kuluu paljon. Tuotannossa syntyy monenlaisia jätteitä, joiden asianmukainen käsittely lisää kustannuksia entisestään.Yksi ratkaisu kustannusongelmaan on urbaani kaivostoiminta eli kierrätys. Japanissa Hitachi kierrättää ilmastointilaitteiden kompressorien magneetteja. Joka kompurasta saadaan talteen kolmekymmentä grammaa harvinaisia maametalleja.Mitsubishi Materials tutkii mahdollisuuksia erottaa neodyymiä ja dysprosiumia romutetuista pesukoneista. Japanilainen kaivosyhtiö Dowa on rakentanut Kosakaan Keski-Japaniin uunin, jossa sulatetaan elektroniikkaromua ja erotetaan maametalleja. Tonnista romua saadaan 150 grammaa metallia.Perusongelma on sama kuin tavallisessa kaivostoiminnassa: pienen metallimäärän erottaminen suuresta romumassasta maksaa paljon. Kustannusten alentamiseksi keksitään jo uusia tekniikoita. Esimerkiksi japanilainen yritys Morishita Jintan ilmoitti viime vuonna kehittäneensä Osakan yliopiston kanssa menetelmän, jossa bakteerit erottavat palladiumia ja indiumia romusta. Tekniikan kaupallistaminen vie vielä vuosia.

Korvataan ja säästetään

Toisaalla kalliiden raaka-aineiden tarvetta yritetään tosissaan vähentää. Yhdysvaltain energiaministeriö tukee tavallista riskipitoisempia hankkeita, jotka toisaalta onnistuessaan antavat merkittäviä tuloksia.Näihin seikkailuihin kuuluu magneettien kehittäminen. Nebraskan yliopiston tutkijat selvittävät, saisiko rauta-kobolttiseoksesta ja volframista hyvän magneetin. Amesin laboratorio Iowassa tutkii harvinaisten maametallien ja halvempien materiaalien, kuten litiumin, sinkin, mangaanin ja seleenin, seoksia, jotta  vaikeasti saatavien materiaalien tarvetta saataisiin merkittävästi vähennetyksi.

Nano ratkaisee tämänkin

Materiaalitutkija George Hadjipanayis Delawaren yliopistosta oli kehittämässä neodyymimagneetteja 1980-luvulla. Hän uskoo, että ratkaisu löytyy nyt nanotekniikasta. Kun yhdistetään 20–30 nanometrin kokoisia neodyymi- ja rautahiukkasia, syntyy teorian mukaan vuorovaikutuksia, jotka parantavat magneettisia ominaisuuksia. Tutkijat uskovat, että nanorakenteiden avulla neodyymi-rauta-boorimagneetin voima voidaan kaksinkertaistaa, jolloin materiaalin tarve vastaavasti puolittuu. Nanoteknologiaan uskoo myös General Electricin tutkimusyksikkö, joka toivoo voivansa esitellä uusia magneetteja kahden vuoden päästä. Yksityiskohdat yritys pitää liikesalaisuutena. Sekä Delawaren yliopisto että GE ovat toistaiseksi saaneet aikaan pieniä määriä nanomagneettimateriaalia. Kokonaisiin magneetteihin on matkaa.

Kokonaan irti niukoista aineista

Radikaalein ratkaisu on pyrkiä kokonaan eroon niukoista ja kalliista materiaaleista. Esimerkiksi autoteollisuutta kiinnostavat nyt halvemmat magneettimateriaalit.Hokkaidon yliopisto ja uuden teknologian kehitysorganisaatio Nedo ovat kehittäneet ferriittimagneettia, jonka pääasiallinen raaka-aine on rauta. Nedon edustaja Kenji Kobayashi sanoi viime syyskuussa uutistoimisto AFP:lle, että materiaali on kaksikymmentä kertaa halvempaa kuin maametalleista valmistettu. Uuden rakenteen ansiosta auton sähkömoottorin suorituskyky kuulemma säilyy ennallaan.Uusia magneetteja markkinoille odoteltaes¬sa voimme käyttää perinteisiä sähkömoottoreita sähkömagneetteineen, jos hyväksymme suuremman painon. Tesla on tehnyt näin Roadsterissaan, samoin BMW Mini E -autossaan.  Muista teknoraaka-aineista esimerkiksi indiumin hinta on ollut jatkuvassa nousussa. Kosketusnäytöissä uudet hiilimateriaalit voivat korvata indium-tinaoksidin.Yksi mahdollisuus ovat suomalaisen Canatun kehittämät nanonuput, joissa nanohiiliputkeen on liitetty pallomainen rakenne, fullereeni. Japanilaiset taas ovat kehittäneet näyttöä, jossa indium-tinaoksidi osittain korvataan sinkkioksidilla.

Lopulta mennään avaruuteen

Jos kalliita raaka-aineita ei pystytä korvaamaan, kulutusta täytyy ehkä toistaiseksi vähentää. Esimerkiksi sähköautojen ja tuulivoimaloiden määrä voi kasvaa hitaammin kuin on ennakoitu.Lopulta ongelmat kuitenkin ratkaistaan. Kokemus osoittaa, että pitkän aikavälin kehitysmahdollisuuksia usein aliarvioidaan. Jos 1970-luvun arviot materiaalien riittävyydestä olisivat pitäneet paikkansa, esimerkiksi kulta olisi loppunut kymmenen vuotta sitten.Eräiden materiaalien hinnan moninkertaistuminen muistuttaa öljyn äkillistä hinnannousua vajaat neljäkymmentä vuotta sitten. Polttoaineiden kallistuminen pelästytti aluksi, mutta ajan mittaan opittiin sekä tehostamaan energian tuotantoa että saamaan kulutetusta energiasta enemmän irti. Edessä on nyt samanlainen urakka. Kun Maan materiaalien hyödyntäminen alkaa käydä aivan liian kalliiksi, opitaan hankkimaan kaikkea tarvittavaa Kuusta ja asteroideista.

Julkaistu Tiede -lehdessä 6/2011

Tunnetut maametallivaratKiina 50%Venäjä ja muut IVY-maat 17%Yhdysvallat 12%muut 21%

Tärkeitä maametalleja kehittyneessä tekniikassa

Neodyymi Magneetit autoissa, tuulivoimaloissa ja tietokoneissa, hitsauslaserit, keraamien värit Praseodyymi Autot, tuulivoimalat, tietokoneet, keraamien värit Dysprosium Autot, tuulivoimalat, tietokoneet Terbium Autot, tuulivoimalat, tietokoneet, loistelamputSamarium Polttokennot Europium  Näytöt, optiset kuidut, loistelamput Erbium Optiset kuidut, keraamien värit Yttrium  Näytöt, optiset kuidut, loistelamput, polttokennot Cerium Optiikan hiontapulverit, nestekidenäytöt, uv-suojalasit, dieselöljyn lisäaineet, katalysaattorit, polttokennot Gadolinium Näytöt Skandium Alumiiniseokset Lantaani Dieselöljyn lisäaineet, katalysaattorit

Muita vaikeasti saatavia raaka-aineita

Litium  Akut Germanium  Kameroiden infrapunavalot Indium  Näytöt, ohutkalvoaurinkokennot Gallium  Kupari-indium-gallium-selenidi-aurinkokennot Helium  Neutroni-ilmaisimet,  kylmäfysiikan koelaitteet, lääketieteelliset kuvauslaitteet Fosfori  Lannoitteet Renium  Katalysaattorit, suihkumoottorien osat Rutenium  Väriherkistetyt aurinkokennot Telluuri  Kadmiumtelluridiaurinkokennot

Kalevi Rantanen on diplomi-insinööri, tietokirjoittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Hyvä harrastus – ja helppo. Lukemista löytyy aina. Kuva: Shutterstock

Kieli rikastuu, ajattelu syvenee ja sosiaalinen taju kehittyy.

Tietokirjan järki on selvä: saa tietoa, jolla jäsentää maailmaa ja vaientaa mutuilijat. Riittävästi tietoa hankkimalla tulee asiantuntijaksi, ja sillä on selvä hyötyarvo.

Entä missä on fiktion lukijan tulosvastuu? Mitä itua on kuluttaa aikaansa tuntitolkulla hatusta vedettyjen ihmisten hatusta vedettyihin edesottamuksiin? Paljonkin: romaani tai novelli opettaa toimimaan muiden ihmisten kanssa.

Fiktio simuloi sosiaalista maailmaa, esittää asiaa tutkinut Toronton yliopiston psykologian professori Keith Oatley. Niin kuin lentosimulaattori opettaa lentotaitoja, sosiaalisten tilanteiden simulaattori – romaani – opettaa sosiaalisia taitoja.

Kokeet vahvistavat, että fiktiota lukeneet tajuavat paremmin so­siaalisia kuvioita kuin tietotekstiä lukeneet. 

Suvaitsevaisuus kasvaa

Kuvitteellisesta tarinasta on sekin ilo, että pääsee väliaikaisesti jonkun toisen nahkoihin. Samastuminen tarinan henkilöön voi muuttaa lukijan käyttäytymistä ja pistää asenteet uusiksi, ovat kokeillaan osoittaneet Ohion yliopiston tutkijat.

Samastumisella on vaaransa. Romaanin aiheuttama itsemurha-aalto koettiin 1700-luvun lopulla, kun nuoret onnettomat miehet matkivat Johan Wolfgang von Goethen päähenkilön tekoa Nuoren Wertherin kärsimyksissä.

Ohiolaistutkimuksessa vaikutus oli rakentavampi: kun nuoret aikuiset olivat lukeneet tarinan miehestä, joka meni äänestämään, he menivät hanakammin vaaliuurnille vielä viikon kuluttua lukemisesta. He olivat saaneet kansalaishyvetartunnan.

Valkoihoisten suvaitsevaisuutta taas kasvattivat tarinat, joissa päähenkilö osoittautui homoseksuaaliksi tai afroamerikkalaiseksi. Lukijoilta karisi myös stereotypioita. Tämä kuitenkin edellytti, että päähenkilön ”erilaisuus” paljastui vasta tarinan myöhemmässä vaiheessa ja lukijat olivat ehtineet asettua hänen nahkoihinsa.

Stressi väistyy

Kun uppoutuu lukemaan, maailman meteli jää kauas ja paineet hellittävät. Tuttu tunne, josta on myös tieteelliset näytöt: lukeminen poistaa stressiä.

Terveystieteen opiskelijat saivat Yhdysvalloissa tehdyssä tutkimuksessa lukeakseen netistä ja aikakauslehdestä poimittuja artikkeleita, jotka käsittelivät historiallisia tapauksia ja tulevaisuuden innovaatioita. Aihepiirit olivat siis kaukana tenttikirjojen pakkolukemistosta.

Puolentunnin lukutuokio riitti laskemaan verenpainetta, sykettä ja stressin tuntua. Huojennus on yhtä suuri kuin samanpituisella joogahetkellä tai televisiohuumorin katselulla. Mikä parasta, apu löytyy helposti, lukemista kun on aina saatavilla.

Sanasto karttuu

Kirjoitettu kieli on ylivoimaisesti suurempi uusien sanojen lähde kuin puhuttu. Erot lasten sanavaraston runsaudessa voi johtaa suoraan siihen, miten paljon he altistuvat erilaisille teksteille, vakuuttavat lukemisen tutkijat Anne Cunningham ja Keith Stanovich.

Tiuhimmin uutta sanastoa kohtaa tieteellisten julkaisujen tiivistelmissä: tuhatta sanaa kohti harvinaisia on peräti 128. Sanoma- ja aikakauslehdissä harvinaisten sanojen tiheys nousee yli 65:n ja aikuisten kirjoissa yli 50:n.

Lastenkirjakin voittaa sanaston monipuolisuudessa televisio-ohjelman mennen tullen. Lapsilukija kohtaa kirjassa yli 30 harvinaista sanaa tuhatta kohti, kun aikuisten telkkariviihdettä katsoessa niitä tulee vastaan 23 ja lastenohjelmissa 20.

Juttelukaan ei pahemmin kartuta sanavarastoa. Aikuispuhe sisältää vain 17 epätavallista sanaa tuhatta kohti.

Syntyy omia ajatuksia

Ihmisen aivoja ei ole ohjelmoitu lukemaan. Kun taito kehittyi 5 500 vuotta sitten, näkemiseen, kuulemiseen, puhumiseen ja ajatteluun rakentuneet alueet alkoivat tehdä uudenlaista yhteistyötä.

Nyt olemme jälleen uudenlaisen lukukulttuurin alussa. Verkkolukeminen on tullut jäädäkseen, ja jotkut pelkäävät, että tyhmistymme, kun totutamme aivomme ärsyketulvaan ja pikaselailuun netissä. Tiedonvälitys on lisääntynyt räjähdysmäisesti mutta niin myös häly.

Syventyvän lukemisen kohtalosta kantaa huolta professori Maryanne Wolf Tufts-yliopistosta. Tapaa näet kannattaisi vaalia. Aivokuvaukset paljastavat, että paneutuva lukija käyttää laajasti molempia aivopuoliskojaan. Hän ei vain vastaanota kirjoittajan sanomaa vaan vertaa sitä aiemmin hankkimaansa tietoon, erittelee sitä ja rakentaa omaa ajatteluaan. Pintalukijalla ei tähän ole aikaa.

Mikko Puttonen on Tiede-lehden toimittaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 12/2012 

Täysin raittiiden suomalaisnuorten osuus on moninkertaistunut vuosituhannen alusta.

Nuoruus raitistuu, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Nuorten alkoholin käyttö kasvoi vuoteen 1999, joka oli myös kaikkein kostein vuosi. Silloin vain joka kymmenes yhdeksäsluokkalainen ilmoitti, ettei ollut koskaan käyttänyt alkoholia.

Sittemmin täysin raittiiden osuus on moninkertaistunut, ilmenee vuoteen 2015 ulottuneesta eurooppalaisesta, nuorten päihteidenkäyttöä käsittelevästä Espad-tutkimuksesta.

Jopa muut eurooppalaiset jäävät jälkeen. Suomessa täysin raittiita 15–16-vuotiaista nuorista on joka neljäs, kun Euroopassa heitä on keskimäärin joka viides.

Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen THL:n erikoistutkija Kirsimarja Raitasalo kollegoineen on ­koettanut tunnistaa niitä nuoruuden muutoksia, jotka voisivat selittää humalan hiipumista.

Ratkaisevaa näyttää olleen ainakin se, että alaikäisten on yhä vaikeampi saada alkoholia. Nykynuoret kokevat sen selvästi hankalammaksi kuin aiemmat ikäpolvet.

Kauppojen omavalvonta on osaltaan tehonnut. Kassoilla kysytään kaikilta alle 30-vuotiaan näköisiltä papereita.

Vanhemmat ja muutkin aikuiset ovat tiukentaneet asenteitaan nuorten juomiseen.

”Tietoisuus alkoholin haitoista on ehkä lisääntynyt. On tullut paljon tutkimustietoa esimerkiksi siitä, miten alkoholi vaikuttaa nuorten aivojen kehitykseen”, Raitasalo pohtii.

Nuorten omakin maailma on muuttunut toisenlaiseksi. Älylaitteet, pelit ja sosiaalinen media kyllästävät arkea. Pussikaljoittelu joutuu kilpailemaan monen muun kiinnostavan ajanvietteen kanssa ja on ehkä osittain hävinnyt niille.

Juovuksissa olemisesta on ehkä tullut myös tyylirikko. Nuoret eivät enää näytä arvostavan kännissä örveltämistä.

Kysely

Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Neutroni
Seuraa 
Viestejä25754
Liittynyt16.3.2005

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Käyttäjä4809 kirjoitti: Eiköhän syy ole -90 luvulla alkaneen laman menetetyt työpaikat ja samalla supistettu koulutus, minkä seurauksena vuodestä -99 alkaen vanhemmilla ei enää ole ollut niin paljon rahaa annettavaksi nuorisolle. Sekä myös nuorisolle soveltuvien työpaikkojen vähentyminen ja samaan aikaan tapahtunut kohtuuton vuokrien nousu, vasinkin pääkaupunkiseudulla. En tiedä, mutta en usko rahaan. Esimerkiksi kilju, 10 % juoma joka maksaa joitain senttejä litralta, tuntuu olevan...
Lue kommentti
molaine
Seuraa 
Viestejä1187
Liittynyt3.8.2011

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

En kyllä usko, että rahalla on iso merkitys ja veikkaan, että käytettävissä olevat rahat on vain kasvaneet, jos verrataan vaikka omaan nuoruuteen. Ei viina suomessa ole niin kallista, etteikö köyhälläkin olisi varaa dokailla. Oma junnu ei läträä lainkaan viinan kanssa. Iso osa kavereistakaan ei, vaikka osa ilmeisesti jonkin verran lipittelee. Kyllä nuorten asenteet on mielestäni muuttuneet ihan selkeästi. Ehkä alkoholipolitiikka on toiminut? Kotoa ei meillä kyllä tällaista ole opittu...
Lue kommentti

Panterarosa: On selvää, että "Partitava kisaa kurupati-kuvaa" ei oikein aukene kehitysmaalaisille N1c- kalmukinperseille.