Tieteen teemapaketti kertoo, millaista energiatekniikka voi 40 vuoden päästä olla ja miten sitä kohti liikutaan.  

Millä maailma pyörii

Teksti: Helena Telkänranta

Mistä sähkö tulee töpseliin, miten talo lämpiää, ja millä auto kulkee neljänkymmenen vuoden kuluttua? Eri konsteilla kuin nykyisin, jos ilmaston lämpeneminen aiotaan pysäyttää kahteen asteeseen.

Julkaistu Tiede -lehdessä 2/2011.Kahden asteen nousua maailman keskilämpötilassa pidetään rajana, johon ilmastonmuutos täytyy pysäyttää, jotta pahimmilta seurauksilta vältytään. Onnistuminen edellyttää, että kasvihuonekaasujen päästöt saadaan puolitetuksi vuoteen 2050 mennessä. Ratkaisevin alue on energia: miten sitä tuotetaan ja kuinka paljon kulutetaan. Nyt yli 80 prosenttia maailman energiasta tuotetaan fossiilisilla polttoaineilla, joista vapautuu lämmittäviä hiilidioksidipäästöjä, ja energiankulutus sen kuin lisääntyy.– Maailmassa on vielä puolitoista miljardia ihmistä sähköverkon ulkopuolella, joten senkin vuoksi lähitulevaisuuden energiankulutus kasvaa, sanoo ilmastonmuutoksen professori Mike Hulme brittiläisestä East Anglian yliopistosta sähköpostihaastattelussa Tiede-lehdelle. – Lisäksi maailman väkilukuun on odotettavissa kahden miljardin ihmisen lisäys vuoteen 2050 mennessä.Jotta paisuva energiantarve saadaan tyydytetyksi tarpeeksi pienin päästöin, tarvitaan teknologinen vallankumous. Haaste on niin suuri, että siihen vastaaminen onnistuu vain, jos koko kysymys muotoillaan uudestaan, sanoo Hulme. – On rakennettava energiantuotannon muutoksesta sellainen kokonaisuus, jossa päätavoitteet ovat houkuttelevia. Päästöttömämpään tekniikkaan siirrytään kehityksen sivutuotteena. Yksi porkkana on uuden teollisuuden ja uusien elinkeinojen kasvu. Tulevaisuuden todennäköisimmät nokiat löytyvät niistä yrityksistä, jotka investoivat uusien energiateknologioiden kehittämiseen nyt – ja niistä valtioista, jotka luovat parhaat edellytykset näiden teknologioiden kehittämiselle.Tieteen teemapaketti kertoo, millaista energiatekniikka voi 40 vuoden päästä olla ja miten sitä kohti liikutaan.

Jo riittää veden keittäminen

Teksti: Helena Telkänranta

Energiantuotannossa täytyy viimeinkin keksiä jotain aivan uutta.

Energia on konservatiivinen ala, jossa on hyödynnetty tieteen saavutuksia varsin vähän, pohtii professori Peter Lund Aalto-yliopiston Teknillisestä korkeakoulusta. – Sähkön tuotanto perustuu yhä pääosin veden keittämiseen. Myös ydinvoimassa on kyse pikemminkin uudesta vedenkeittotavasta kuin uusien teknologiapolkujen avaamisesta.Nykyaikainen huipputiede on vasta tulossa energiantuotantoon. Lund näkee suuria mahdollisuuksia uusissa materiaaleissa, nanoteknologiassa, biotieteissä ja informaatioteknologiassa. Kelluvat tuulivoimalat tai nanosähkömoottori, jossa on tilavuusyksikköä kohden yhtä paljon tehoa kuin sadassa miljoonassa autonmoottorissa, ovat periaatteessa täysin mahdollisia. Samoin fotosähkökemialliset pinnoitteet, jotka tuottavat vetyä valon avulla, ja plusenergiatalot, jotka tuottavat enemmän energiaa kuin tarvitsevat.Lund arvioi, että tällaisilla uusilla energianlähteillä olisi mahdollista tuottaa yli puolet kaikesta sähköstä vuonna 2050, jos tutkimukseen panostetaan nyt.

Maailma paranee materiaaleilla

Jos lahjakas nuori haluaa lähteä opiskelemaan alaa, jolla hän pystyisi osallistumaan ilmastonmuutoksen pysäyttämiseen, yksi hyvä ehdokas olisi materiaalifysiikka. Korkeissa lämpötiloissa tai suuressa paineessa tapahtuvat prosessit toimisivat tehokkaammin, jos käytettävissä olisi lämpöä ja painetta paremmin kestäviä materiaaleja. Myös sähkön siirto maanosasta toiseen, kuten Saharan aurinkovoimaloista Suomeen, edellyttää uusia materiaaleja, etenkin tavallisissa ulkolämpötiloissa toimivia suprajohteita.Yksi askel kohti puhdasta ja halpaa sähköntuotantoa sai vuoden 2010 Millennium-teknologiapalkinnon. Kemiantekniikan professori Michael Grätzel Lausannen teknisestä yliopistosta Sveitsistä palkittiin väriaineherkistetyn aurinkokennon keksimisestä. Se jäljittelee kasvien fotosynteesiä, ja sitä voitaisiin periaatteessa valmistaa halvalla taipuisille levyille perinteisellä painotekniikalla.– Jos viidennes maailman terästeollisuudesta siirtyisi tuottamaan tällaisia kennoja, koko maapallon energiantuotanto voitaisiin muuttaa päästöttömäksi alle kymmenessä vuodessa, Lund laskee. – Silloin energia- ja ilmastokysymys olisi ratkaistu.

Energiaa lämpöerosta ja levistä

Orastavan idean kehitys maailmanlaajuiseen kaupalliseen käyttöön vie usein vuosikymmeniä. Nyt näköpiirissä olevien uusien teknologioiden joukossa on kolme, joista voi parhaassa tapauksessa sukeutua mittavia energiateollisuuden aloja vuoteen 2050 mennessä: valtamerten lämpötila- ja suolaisuuserojen hyödyntäminen sekä levien ja sinilevien käyttö biomassan ja vedyn tuotantoon.Valtamerten lämpötilaeroja voi hyödyntää kierrättämällä putkistossa nestettä, joka höyrystyy tullessaan meren pintaveden lämpöön. Höyry pyörittää turbiinia, minkä jälkeen se kiertää takaisin syvemmän veden viileyteen ja tiivistyy nesteeksi.Pintaveden ja syvän veden lämpötilaero on riittävä vain päiväntasaajan lähellä, mutta siellä energiaa pystyttäisiin teoriassa tuottamaan todella paljon. Kyseessä on tavallaan Saharaan kaavailtujen jättiläisaurinkovoimaloiden vetinen veli.

Osmoosivoimala toimii Norjassa

Osmoosivoimalan voi rakentaa mihin vain, missä on sekä makeaa että suolaista vettä. Ensimmäinen koevoimala käynnistyi vuonna 2009 Norjassa. Voimalassa on vesialtaan keskellä puoliläpäisevä kalvo, jonka huokosista vesimolekyylit mahtuvat läpi. Kalvon toisella puolella on suolaista ja toisella makeaa vettä. Seurauksena on osmoottinen paine, joka pyrkii tasoittumaan, eli makeaa vettä virtaa kalvon läpi suolaiselle puolelle. Kasvava veden paine toimii generaattorin voimanlähteenä.Levien ja sinilevien käyttö puolestaan vastaa siihen nykyisten biomassojen ongelmaan, että biomassan tuotanto kilpailee peltoalasta ruoan tuotannon kanssa. Kasveihin verrattuna levät ja sinilevät tuottavat keskimäärin kymmenkertaisen määrän biomassaa samalla pinta-alalla. Lisäksi niitä voi kasvattaa muuallakin kuin viljelykelpoisella maalla.Leviä ja sinileviä arvioidaan olevan maailmassa noin satatuhatta lajia, ja niiden välillä on suuria eroja siinä, kuinka tehokkaasti ne muuntavat auringon energiaa biomassaksi. Ani harvoja lajeja on tutkittu tästä näkökulmasta. Tutkittujen lajien kuivapainossa on osoittautunut olevan 20–70 prosenttia öljyjä. Varovaistenkin arvioiden mukaan yhden levähehtaarin öljyntuotanto olisi ainakin kuutisenkymmentätuhatta litraa vuodessa, mikä tekee levistä huikean ehdokkaan uudeksi biopolttoaineeksi.

Sinilevät vetytehtaaksi

Mahdollista olisi myös hyödyntää eräiden sinilevälajien kyky tuottaa vetyä. Sitä tutkitaan parhaillaan Suomessakin (ks. Kasvi osaa yhteyttää, insinööri yrittää, Tiede 5/2007). Jos öljytalouden korvaajaksi valikoituu vetytalous, vihreä mönjä saattaa silloinkin nousta yhdeksi sankariksi maailman pelastamisessa.

Helena Telkänranta on eläin- ja ympäristöaiheisiin erikoistunut tiedetoimittaja ja tietokirjailija sekä Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Suomi huristelee vedyllä

Teksti: Kalevi Rantanen

Kohta moni ajaa vetyautolla. Joku asuu vetytalossa tai jopa vetykylässä.

Kymmenessä vuodessa vety tulee liikenteen polttoaineeksi Etelä- ja Länsi-Suomessa. Sitä aletaan tuottaa maakaasusta ja biokaasusta aurinkopaneeleilla ja tuulella, myöhemmin ydinvoimallakin. Vuosina 2030–2050 vetyasemaverkosto levittäytyy myös maaseudun pääteiden varsille. Näin vety-Suomea ja sen liikennettä hahmotellaan tutkijoiden ja teollisuuden Finnish HyWays -tiekartassa.Tekniikkaa on jo hiottu hiljaisuudessa. Ensimmäiset autot putkahtavat tielle pian. – Aiomme rakentaa viisi polttokennoautoa, jotka kulkevat vedyllä, sanoo projektipäällikkö Jouko Koivula Prizztechistä. – Lisäksi tehdään yksi polttokennotrukki. Koivulan työntanantaja Prizztech on Satakunnan maakunnallinen kehittäjäyhtiö. Vetytekniikka on kuulunut sen painopisteisiin jo toistakymmentä vuotta. Autot tehdään muuntamalla polttomoottoriautoja vetysähköautoiksi. Ensimmäisen on tilannut Porin kaupunki. Autopaja toimii Kokemäellä. Mukana on parikymmentä yritystä, muun muassa sähkötekniikkajätti ABB ja uusi akkutehdas European Batteries.Polttoainetta saadaan aluksi teollisuuden sivutuotteena syntyvästä vedystä. Sitä riittää muutamalle tuhannelle autolle. Tankkausverkostoakin on mietitty. Aluksi jokaisella autolla on oma nimikkoasemansa. Verkosto saadaan kaasuntuottaja Woikosken jakelupisteistä, joita on yli 150 ympäri Suomea. Woikoskella on myös nesteytetyn vedyn kuljetussäiliö ja jakelukalustoa.Autohankkeella mennään mukaan liikenteen murrokseen, joka alkaa muutaman vuoden päästä. Suuret autonvalmistajat ovat testanneet polttokennoautoja pitkään. Noin vuonna 2015 eli varsin pian maailman teillä pitäisi olla satojatuhansia polttokennoautoja nykyisten muutaman sadan sijasta.

Äetsässä kasvaa vetykylä

Vetytalous tulee kansantalouden mitassa olemaan pääasiassa vetyliikennettä, mutta paikallisesti syntyy myös muita sovelluksia. Satakuntalainen vetyautohanke on osa Äetsän vetykylää, joka levittää vetytietoutta ja -tekniikkaa. Äetsässä kokeiltiin jo kymmenen vuotta sitten lämmön ja sähkön yhteistuotantoa omakotitalossa. Silloin laitteet olivat vielä epäluotettavia. Nyt polttokennot ovat parantuneet paljon, samoin muukin tekniikka. Tanskalainen Dantherm testaa parhaillaan pääasiassa Tanskassa satoja omakotikoon polttokennovoimaloita, jotka tuottavat sekä sähköä että lämpöä. Polttoaineeksi käyvät vety ja maakaasu. Sarjatuotanto aiotaan aloittaa noin viiden vuoden kuluttua. Äetsään tulee laitteita parin vuoden kuluessa, Jouko Koivula arvioi.Hintoja on vielä mahdotonta ennustaa. Investointien kannattavuus riippuu vedyn hintakehityksestä muihin energianlähteisiin verrattuna. Se taas riippuu osittain poliittisista päätöksistä.

Innostus leviää

Vetykylän paikka on valikoitunut luontevasti. Kemira Chemicalsin tehdas tuottaa Äetsässä elektrolyysillä natriumkloraattia, josta jalostetaan edelleen selluteollisuuden valkaisukemikaaleja. Samalla syntyy vetyä, jota on käytetty lämpökeskuksessa polttoaineena. Nyt vedystä aiotaan tehdä polttokennossa sähköä, jota syötetään takaisin elektrolyysiprosessiin. Vetypolttokennolla saadaan takaisin osa prosessin kuluttamasta sähköstä. Vetyinnostus leviää muuallekin. – Vetytankkausaseman saaminen Rovaniemelle vauhdittaisi polttokennolla toimivien sovellusten markkinoille tuloa, sanoi Arctic Driving Centerin toimitusjohtaja Tarmo Kuusela viime vuonna. Yritys myy autotehtaille testauspalvelua arktisissa oloissa. Helsinkiläiset eivät aio jäädä huonommiksi. Vuosaareen rakennetaan vety- ja polttokennosovellusten näyteikkuna vuoteen 2013 mennessä. Satamaan tulee vetytrukkeja. Vetykäyttöisiä busseja voi myös tulla. Eurooppalaisessa Fuel Cell Buss -hankkeessa testataan kolmeakymmentä vetybussia, kymmentä Hampurin alueella ja loppuja muualla. Helsinkiin on tarjottu viittä bussia. Vetykyläliike on kansainvälinen. Äetsä kuuluu 2008 perustettuun vetykylien järjestöön HyRaMPiin, jossa on mukana jo kymmeniä kaupunkeja ja kuntia viidestätoista maasta.

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

 

Kumman kaa?

Teksti: Kalevi Rantanen

Vertailussa vety-Honda ja sähkö-Mitsubishi.

Julkisuudessa vedystä on viime aikoina puhuttu vähän. Politiikassa se on ollut epäsuosiossa. Keväällä 2009 Yhdysvaltain energiaministeriö päätti lopettaa suuren osan vetytutkimuksistaan. Energiaministeri Steven Chu kysyi, onko vetyautoihin siirtyminen todennäköistä kahdenkymmenen vuoden kuluessa. Hän vastasi itse kysymykseensä, että ei ole. Ministeriö päätti panostaa sähköautoihin.Arvostelijat sanoivat, että vety- ja sähköautoilla on samat kustannusongelmat. Molempien tekniikassa on epävarmuuksia. Monien tutkijoiden mielestä on liian aikaista sulkea kumpaakaan pois.

Ajaako vety- vai sähköautolla?

Hollantilainen energiatutkimuslaitos ECN teki vertailun, jossa sähköautoja edusti Mitsubishi i MiEV ja vetyautoja Honda FCX Clarity.Mitsubishi i MiEV:ssä on 47 kilowatin moottori. Huippunopeus on 130 kilometriä tunnissa. Latausväli on 160 kilometriä. Hondan Clarityssa on 100 kilowatin moottori. Autolla pääsee 160 kilometriä tunnissa. Tankkausväli on 430 kilometriä. Kumman valitset? Huippunopeus riittää molemmilla autoilla Suomen teille kohtuullisen hyvin. Tankkausväli sen sijaan on kriittinen tekijä. Auto, johon on ladattava sähköä 160 kilometrin jälkeen, sopinee kaupunkilaisperheen kakkosautoksi, mutta tuskin ainoaksi kulkuneuvoksi.Akku painaa energiamäärään  nähden paljon enemmän kuin vetyvarasto. Kun polttoainesäiliön paino lasketaan mukaan, kaasumainen vety sisältää 350 baarin eli ilmakehän paineessa 5–6 kilowattituntia energiaa kiloa kohti. Yksi kilo nykyaikaista litium-rautafosfaattiakkua sisältää noin 0,1 kilowattituntia sähköä. Oikeastaan vetyautokin on sähköauto, jossa vain on oma voimalaitos eli polttokenno. Kenno on käänteinen elektrolyysilaite, joka tekee vedystä ja ilman hapesta sähköä. Päästönä syntyy vain vettä.Sähköauton akkupaketin tilalla on vetysäiliö. Laitteita on enemmän kuin sähköautossa. Lisäksi polttokennossa katoaa häviöinä noin puolet vedyn energiasta. Silti vetyautolla päästään pitempään ajomatkaan kuin akkusähköautolla.

Polttomoottorikin halpeni

Vetyliikenteen pullonkaulaksi mainitaan usein vedyn jakeluverkoston rakentaminen. Kokemuksen mukaan ongelma ratkeaa kyllä, jos vedyn ja polttokennojen hinnat saadaan tarpeeksi alas. Kun autot tulivat, ei ollut bensa-asemia eikä teitä. Molemmat syntyivät nopeasti, kun tuli halpoja autoja ja halpaa öljyä. Auton käyttäjän kannalta selvin este on polttokennojen kalleus. Useiden tuhansien eurojen lisähinta muuten samanlaisesta autosta karkottaa ostajat. Polttokennoissa maksavat esimerkiksi kalliit platinakatalysaattorit. Kustannusten alentamiseksi tehdään paljon työtä, ja polttomoottori tarjoaa rohkaisevan analogian. Sen hintaa on pystytty alentamaan uskomattoman paljon. Polttokennot halpenevat myös, kun kehittämiseen alkaa virrata rahaa.

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

Vetysähköllä vai pelkällä sähköllä?

  Vetypolttokennoauto Sähköauto
EDUT Pitkä tankkausväli, nopea tankkaus Sähköverkko valmiina
PUUTTEET Vedyn jakeluverkosto rakennettava Lyhyt latausväli, hidas lataus

Vedyn valmistus on kallista

Vetytalouden suurin este ovat vedyn tuotantokustannukset. Kaikki valmistusmenetelmät ovat kalliita.Nykyään suurin osa vedystä tuotetaan maakaasusta veden avulla. Kun kuuma vesihöyry reagoi metaanin kanssa, syntyy vetyä ja hiilidioksidia. Jos halutaan päästötöntä polttoainetta, hiilidioksidi on erotettava ja varastoitava.Muutama prosentti vedystä tuotetaan vedestä elektrolyysillä. Hiilipäästöjä ei synny, mutta sähköä kuluu paljon. Keinoja valmistuksen tehostamiseksi etsitään koko ajan. Eräs paljon tutkittu idea on termolyysi eli veden hajottaminen lämmöllä. Eräät tutkimuksen alla olevat neljännen sukupolven ydinvoimalat pystyvät tuottamaan sähkön lisäksi lämpöä ja vetyä. Termolyysissä vety ja happi tavallisesti erotetaan kahdessa vaiheessa. Molemmat sidotaan sopivaan kemikaaliin ja sitten vapautetaan. Esimerkiksi rikkihappo sitoo ja vapauttaa happea, jodi vetyä. Vetyä on mahdollista valmistaa myös aurinkovoimalla. Yhdysvalloissa uusiutuvan energian tutkimuslaitos NREL on testannut vedyn valmistusta auringonvalon ja sinkkioksidikierron avulla. Auringossa sinkkioksidi hajoaa sinkiksi ja hapeksi. Toisessa vaiheessa, joka voi tapahtua myös pimeä­nä aikana, sinkki reagoi veden kanssa ja vapauttaa vetyä. Samalla syntyy sinkkioksidia, joka viedään taas auringonpaisteeseen, ja kierros alkaa alusta.

Sähkölasku nolla

Teksti: Helena Telkänranta

Energiatehokkaan kodin tekniikat ovat jo olemassa. Tulevaisuudessa siellä voi viettää kivan lomankin.

Energiankulutuksen vähentäminen on kaikkein tehokkaimpia lääkkeitä maailman energiaongelmiin. Energian käyttöä tehostamalla pystyttäisiin hoitamaan jopa puolet maailmassa tarvittavista päästövähennyksistä.Suurin säästövara piilee asumisessa. Vuoden 2050 perhe asuu nollaenergiatalossa, joka ottaa talteen asumisessa syntyvän lämmön ja jolla on omaa pienimuotoista energiantuotantoa. Se riittää kattamaan talon koko vuotuisen energiankulutuksen, jopa enemmänkin.Yksi energiatehokkaan asumisen peruspilari tulee olemaan myös maanosan laajuinen älykäs sähköverkko, joka sovittaa sähkön tuotannon ja kulutuksen edullisimmalla tavalla yhteen (ks. Neuvottelevat jääkaapit säästävät sähköä, Tiede 4/2010).

Talokanta uusiutuu hitaasti

Energiatehokkaan kodin konsteista monet ovat olemassa jo nyt, mutta harva rakentaja tietää niistä. VTT:n raportissa Energy Visions 2050 todetaan, että kaupallisilla markkinoilla jo olevilla ratkaisuilla voisi leikata lämmitysenergian kulutuksesta jopa kymmeniä prosentteja niin, että rakentamisen kustannukset kasvaisivat vain muutaman prosentin. EU:n energiatehokkuusdirektiivi vaatiikin, että uusien rakennusten tulee olla lähes nollaenergiataloja vuoden 2020 loppuun mennessä.– Koko rakennuskannan tai sen energiankäyttöön vaikuttavien järjestelmien uusiutuminen kestää kuitenkin vuosikymmeniä, toteaa tutkimusprofessori Ilkka Savolainen VTT:stä. – Joissakin kulutustuotteissa, kuten kännyköissä ja muussa elektroniikassa, tuotteiden käyttöaika on melko lyhyt, joten energiatehokkaampiin tuotteisiin voidaan siirtyä nopeastikin.Teknologiajohtaja Satu Helynen VTT:stä toteaa, että energiankulutukseen on suuri vaikutus sillä, mitä lähitulevaisuuden ihminen toivoo: mitä hän haluaa syödä, tahtooko hän matkustella ja miten. Savolainen on samoilla linjoilla. – Nerokkaita ideoita tarvitaan paitsi teknologian kehittämiseksi myös kulutuskäyttäytymisen muuttamiseksi.

Lähde virtuaalilomalle

Energiaa säästyy paljon, jos ihmiset pysyvät kotikulmilla. – Pitkällä aikavälillä on välttämätöntä vähentää ihmisten ja tavaroiden fyysistä liikkumista sekä lisätä kaiken liikkumisen energiatehokkuutta, sanoo VTT:n erikoistutkija Juhani Laurikko. Päästöt vähenevät, jos ihmiset siirtyvät joukkoliikenteeseen, erityisesti raideliikenteeseen. Yhdyskuntarakenteen voi myös suunnitella niin, että työmatkaliikenne vähenee. Lisäksi virtuaalisella läsnäololla voi vähentää kokousmatkoja ja lisätä mahdollisuuksia etätyöhön. – Virtuaalitodellisuus voisi vähentää myös turismia, jos sillä kyetään luomaan korkeatasoista elämysviihdettä, jota turismi pohjimmiltaan on, Laurikko pohtii. Saksassa toimii jo esiaste: suuri lasikattoinen pienoisparatiisi, jonka hiekkarannoilla vierailee kymmeniätuhansia asiakkaita vuosittain.

Lentokoneita vaikea parantaa

Tällainen lohtu saattaa olla tarpeen, sillä lentoliikenteellä ei ehkä ole tulevaisuutta lainkaan. Professori David MacKay Cambridgen yliopiston fysiikan laitoksesta toteaa kirjassaan Sustainable Energy – Without the Hot Air lentokoneiden ongelman olevan se, että autoihin verrattuna niiden tekninen kehitys on jo pitkällä. Autojen energiatehokkuudesta löytyy parantamisen varaa, mutta lentokoneissa polttoaineen kulutusta vähentävät ratkaisut ovat koko lailla käytössä. MacKay laskee, että lentokoneiden energiatehokkuutta voisi parantaa ehkä kymmenellä prosentilla, mutta siinä se sitten olisi.

Uusi jako 2050Tietä auringolle

Teksti: Helena Telkänranta

Tuuli ja ydinvoima auttavat alkuun. Vuosisadan lopulla aurinko valtaa markkinoita.

Kahden asteen ilmastotavoitteessa onnistuminen merkitsee käytännössä, että energiantuotanto on lähivuosikymmeninä monen tekniikan mosaiikki. Näin ennustaa VTT:n Energy Visions 2050 -hanke, jossa laskettiin erilaisia skenaarioita Suomen, Euroopan ja maailman kehitykselle.

Tuuli yllättää pian

Vuoteen 2050 mennessä tärkeimmät energianlähteet fossiilisten polttoaineiden korvaamisessa ovat VTT:n laskelmien mukaan tuuli ja ydinvoima. Tuulen suuri rooli voi kuulostaa yllättävältä: hollantilaisille ja tanskalaisille maisemassa pyörivät siivet ovat arkipäivää, mutta suomalainen ei ole tottunut ajattelemaan, että maailmaa pelastettaisiin ensisijaisesti propelleilla. Muutos on kuitenkin jo käynnissä.– Tuulienergian tuotanto kasvaa nyt yli 30 prosentilla vuodessa, ja se on lähestymässä markkinaläpimurtoa. Euroopan sähköntuotantoinvestoinneissa tuulivoima on nimellisteholla mitattuna suosituin vaihtoehto, kertoo professori Peter Lund Aalto-yliopiston Teknillisestä korkeakoulusta.

Aurinko hallitsee myöhemmin

Myös aurinko voi olla yksi tärkeimmistä energianlähteistä vuosisadan puolivälissä, jos suurten aavikkoaurinkovoimaloiden kehittämiseen investoidaan. Aurinkoenergian varsinainen huippuaika alkanee vuosisatamme lopulla. Silloin mosaiikki saattaa taas vaihtua yhden vallitsevan energianlähteen aikakaudeksi, ja nykyisten fossiilisten polttoaineiden tilalla on aurinko.Aurinkoenergian yleistymistä on tähän asti rajoittanut aurinkokennojen hinta. Parina viime vuonna se on laskenut nopeasti. Lundin mukaan aurinkopaneelin hinta saattaa pian pudota suunnilleen dollariin watilta, jota on pidetty rajana sen laajalle käyttöönotolle ilman yhteiskunnan tukea.Tekniikan kehitystä tarvitaan kipeästi. – Etenkin aurinko- ja tuulisähkön kannalta ratkaisevaa on energian varastointi, sanoo toimialajohtaja Kari Larjava VTT:stä. Hän näkee mahdollisuutena myös uuden sukupolven ydinvoimalat, joissa polttoaine käytetään tehokkaasti ja ydinjätettä syntyy hyvin vähän.Biomassan käyttö kasvaa, samoin vesivoiman. Esimerkiksi Afrikassa on paljon mahdollisuuksia vesivoiman lisäämiseen, sanoo tutkimusprofessori Ilkka Savolainen VTT:stä.

Hiilenpoistoa tarvitaan kauan

Parhaissakaan skenaarioissa fossiilisten polttoaineiden käyttö ei lopu heti. Erityisesti kehittyvissä maissa kivihiilen polttaminen tulee jatkumaan vuosikymmeniä. Maakaasu säilyy tärkeänä energianlähteenä vielä jonkin aikaa. – Syntyvä hiilidioksidi on otettava talteen ja sen varastointi on ratkaistava, Larjava toteaa.Hiili voitaisiin ottaa talteen myös biomassan poltossa. Silloin biomassan energiakäyttö olisi keino imuroida hiilidioksidia ilmakehästä.

Teksti: Helena Telkänranta on eläin- ja ympäristöaiheisiin erikoistunut tiedetoimittaja ja tietokirjailija sekä Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 2/2011

Koko tapasi monia kuuluisuuksia. 2016 se sai näppäillä Red Hot Chili Peppersin Flean bassoa. Kuva: FolsomNatural/Wikimedia Commons
Koko tapasi monia kuuluisuuksia. 2016 se sai näppäillä Red Hot Chili Peppersin Flean bassoa. Kuva: FolsomNatural/Wikimedia Commons

Mikä motivoi gorillaa oppimaan ja käyttämään viittomia? kysyi Tiede 22 vuotta sitten. Uteliaisuus, halu pyytää jotain, halu jutella, halu ilmaista tunteita, vastasi Francine Patterson, maailmankuulu Kokon kouluttaja.

Yksi ihmisten ikiaikaisista haaveista on kyky puhua eläinten kanssa samalla kielellä. Mitä eläimen päässä liikkuu? Voisiko sen aivoituksia ymmärtää? Vai olisiko eläimen sisäinen maailma yhtä vieras kuin ulkoavaruudesta tupsahtaneen muukalaisen?

Psykologi Francine Patterson on nähnyt Koko-gorillan kasvavan yksivuotiaasta aikuiseksi ja on opettanut sille amerikkalaista ameslan-viittomakieltä. Kokon vertaaminen avaruusolioon huvittaa Pattersonia:

– En voisi ajatella Kokoa ”vieraan älyn” edustajaksi, sillä sen kasvattaminen on ollut kuin lapsen kasvattamista. Sillä on jopa ollut uhmaikänsä kuten ihmislapsella.

Ainoat hetket, jolloin Patterson myöntää hänen ja Kokon välillä olevan ymmärtämisvaikeuksia, ovat silloin, kun Koko käyttää viittomakieltä luovasti ja keksii omia viittomia.

Vuosi sitten Kokoa laihdutettiin keventämällä sen ruokavaliota. Tällöin viherrehusta tuli Kokolle merkittävä puheenaihe, ja koska sen sanavarastossa ei ollut sopivaa viittomaa, se kehitti uuden koskettamalla kämmenensä sisäreunalla ohimoaan muhkeiden kulmakaariensa vierestä.

– Koko turhautui yrittäessään saada meitä ymmärtämään uuden viittomansa merkitystä, ja ,e turhauduimme yrittäessämme tulkita itsepäisesti päätään osoittelevaa gorillaa, muistelee Patterson.

– Lopulta pääsimme samalle aaltopituudelle, mutta vasta paljon myöhemmin tajusimme, miksi Koko viittoi ohimoonsa. Viherrehu, englanniksi browse, kuulostaa melkein samalta kun kulmakarva, (eye)brow. Koko oli kuullut ihmisten käyttävän molempia sanoja ja tiesi niiden merkitykset – testien mukaan se pystyy kääntämään puhuttua englantia viittomakielelle – ja ilmeisesti teki omat johtopäätöksensä sanojen samankaltaisuudesta.

Koko Koko-projekti on pitkäaikaisin laatuaan. Kun Patterson aloitti 1972, psykologit Allan ja Beatrice Gardner olivat juuri osoittaneet, että simpanssille voidaan opettaa viittomakieltä. Gorilloja kuitenkin pidettiin juroina ja yhteistyöhaluttomina, eikä niiden älystä tai oppimiskyvystä tiedetty juuri mitään.

Afrikassa vuorigorilloja tutkineen Dian Fosseyn ohella Francine Patterson on muuttanut yleisen mielikuvan gorilloista: vaarallisina hirviöinä pidetyt eläimet on alettu mieltää lempeiksi jättiläisiksi.

Kolmella merkillä alkuun

 Koko on naaras ja kuuluu läntiseen alankogorillarotuun, joka on kotoisin Länsi-Afrikan sademetsistä. Se syntyi San Franciscon eläintarhassa 1971 heinäkuun neljäntenä eli Yhdysvaltain kansallispäivänä ja sai siksi japaninkielisen nimen Hanabi-Ko, ilotulituslapsi. Kun Patterson alkoi opettaa Kokoa, se oli vuoden ikäinen.

Patterson sai Kokon kiinnostumaan käsistään puhkumalla höyryä gorillasuojan ikkunoihin ja piirtämällä niihin sormellaan. Koko matki innokkaasti. Viittomakielen opetus aloitettiin näyttämällä gorillalle esineitä ja asettamalla sen kädet oikeaan viittoma-asentoon.

Alussa Pattersonin tavoitteena oli vain selvittää, pystyikö Koko oppimaan kolme merkkiä: juoma, ruoka ja lisää.

Gorilla osoittautui kuitenkin halukkaaksi viittojaksi, ja vähän yli kolmen vuoden ikäisenä se oli käyttänyt jo yli kahtasataa merkkiä. Näistä 78 täytti Pattersonin asettaman kriteerin, jonka mukaan Kokon katsottiin osaavan viittoman, jos se käytti sitä oikein ja oma-aloitteisesti vähintään puolena kuukauden päivistä.

Patterson tutki Kokon oppimista alusta asti kahdesta eri näkökulmasta. Toisaalta hän kartoitti gorillan kielitaitoa edellä olevan kaltaisten tiukkojen kriteerien mukaan. Toisaalta hän seurasi avoimin mielin Kokon ilmaisuja selvittääkseen, miten se käytti viittomakieltä eri tilanteissa.

Patterson väitteli alankogorillan kielellisistä kyvyistä Stanfordin yliopistossa 1979. Havaintonsa Kokon ensimmäisiltä kymmeneltä vuodelta hän julkaisi Amerikan Psychologist-, American Journal of Psychology-, Journal of Pragmatism- ja Word-lehdissä. Lisäksi hän kirjoitti 1978 yleistajuisen artikkelin National Geographiciin sekä 1981 suurelle yleisölle tarkoitetun kirjan The education of Koko, jonka Otava julkaisi suomeksi nimellä Koko – puhuva gorilla vuonna 1987.

Kirja ei ollut Koko-projektin tilinpäätös, vaan kielikoulutus on jatkunut keskeytyksettä. Koko asustaa nykyisin Gorilla-säätiön tiloissa Kalifornian Woodsidessa. Seuranaan sillä on kaksi urosgorillaa: 23-vuotias ystävä Michael ja 15-vuotias sulhanen Ndume.

Viittomakieli joustaa

Patterson on yhdessä John Bonvillianin kanssa verrannut viittomakielen alkeisoppimista lapsia ja gorilloja opetettaessa. He julkaisivat tuloksensa First Language-lehdessä 1993.

Ameslanin viittomista 10–15 % on ikonisia eli kohdettaan matkivia, ja voidaan teoretisoida, että tällaisia viittomia olisi helpointa oppia. Pattersonin ja Bonvillianin havaintojen perusteella ikonisuus ei kuitenkaan ollut ratkaisevaa sen enempää gorillojen kuin lastenkaan oppimiselle. Lasten kymmenestä eri viittomasta kolmannes oli ikonisia, gorillojen (Kokon ja Michaelin) noin puolet. Viidenkymmenen viittoman sanavarastossa ikonisten osuus säilyi likipitäen samana.

Puhuvat lapset käyttävät selvästi enemmän kysymystä tai tarkoitusta ilmaisevia sanoja (esim. ”what” tai ”for”) kuin viittovat lapset tai Pattersonin gorillat. Kymmenen sanan tai viittoman sanavarastosta oli puhuvilla lapsilla tällaisia sanoja 6 %, viittovilla lapsilla ja gorilloilla ei yhtään. 50 sanaa tai viittomaa osaavilla vastaavat osuudet olivat 4 %, 1 % ja 0 %.

Pattersonin mukaan sanallinen kysymys ei viittomakielessä olekaan yhtä luonteva kuin kysyvä katse. Jälkimmäistä käyttävät niin ihmiset kuin gorillat. Koko ja Michael ovat sittemmin viittoneet kysymyssanojakin silloin tällöin, Koko useammin kuin Michael.

Jotkut tutkijat ovat sitä mieltä, ettei viittovien apinoiden voi väittää oppineen kieltä, koska ne eivät näytä ymmärtävän sanajärjestyksen merkitystä. Tähän päätyi Nim-simpanssia kouluttanut Herb Terrace. Toisaalta Roger Foutsin opettama Lucy-simpanssi ymmärsi eron esimerkiksi lauseiden Roger kutittaa minä ja minä kutittaa Roger välillä.

– Kokon ja Michaelin viittomasarjoissa ilmenee kyllä sanajärjestystä, Patterson kertoo. – Mutta järjestys ei ole puhutun englannin kielen mukainen – kuten ei ameslanissa yleensäkään.

Patterson huomauttaa lisäksi, ettei sanajärjestys ole viittomakielessä yhtä keskeinen asia kuin puhutussa kielessä, joka on lineaarinen sanajono. Viittomia voidaan nimittäin yhdistellä niin, että yksi ele vastaa useaa sanaa.

Keksii omia nimiä

Ollessaan nykyään ihmisten seurassa Koko aloittaa useimmat keskustelut, ja sen viittomasarjat ovat yleensä 3–6 merkin mittaisia. Se käyttää aktiivisesti noin 500:aa viittomaa ja on vuosien mittaan käyttänyt yli 400:aa muuta. Koko ymmärtää noin 2 000 puhuttua englanninkielistä sanaa. Michael käyttää aktiivisesti yli 350:tä viittomaa; Ndumelle ei ole opetettu viittomakieltä.

Koko ja Michael viittovat jonkin verran keskenään, mutta antoisimmin gorillakolmikko viestii omilla ilme-, ele ja äänisignaaleillaan.

– Tuntuu, että niiden kieli on paljon ihmisten kieltä tehokkaampaa, nauraa Patterson.

Mikä sitten motivoi gorilloja oppimaan ja käyttämään viittomia?

– Uteliaisuus, halu pyytää jotakin, halu jutella asioista, halu ilmaista tunteitaan, Patterson luettelee. – Gorillat saattavat myös kommentoida tapauksia, jotka ovat sattuneet äskettäin.

Koko on keksinyt omia nimityksiä monille asioille. Esimerkiksi nainen on sille huuli ja mies jalka.

Se osaa myös olla näsäviisas. Kerran se piteli valkoista pyyhettä ja viittoi yhä uudestaan punainen, vaikka kouluttaja vakuutti sen olevan väärässä. Lopulta Koko osoitti virnuillen pientä punaista nukkahöytyvää, joka oli tarttunut pyyhkeeseen.

Koko myös leikkii mielikuvilla ja vitsailee. Imettyään kerran letkulla vettä se nimitti pitkään jälkeenpäin itseänsä elefanttigorillaksi. Kerran se pyysi kaatamaan juomaa ensin nenäänsä, sitten silmäänsä ja lopuksi korvaansa – ja nauroi päälle.

Michael taas kerran hämmensi kouluttajansa viittomalla seuraavat sarjat: tyttö, tietää lyö-suuhun, lyö-suuhun punainen puree, tietää, tukka tyttö punainen, huuli (tarkoittaen naista), huuli huuli huuli paha vaiva. Kävi ilmi, että Michael oli nähnyt ennen kouluttajan tuloa pihalla tappelun, jonka oli aloittanut punatukkainen nainen,

– Viittomien oppimista saattaa helpottaa se, että hyvä käsien koordinaatio on luontainen kyky niin ihmiselle kuin ihmisapinoille, sanoo Patterson ja viittaa Sue Savage-Rumbaughin kokeisiin, joissa Kanzi-simpanssille opetettiin iskoksien lyömistä kivestä esi-ihmisten tyyliin.

Kurkistuksia mieleen

Pattersonin gorillojen seurana on ollut sekä koiria että kissoja. Kokolla on nykyäänkin lemmikkinään 11-vuotias kissa, jonka kanssa se leikkii mielellään. Michael puolestaan tulee hyvin toimeen koirien kanssa. Koko ei vaikuta oikein ymmärtävän koirien leikkiä, ja muutkin gorillat hermostuvat, jos ne näkevät koirien kisailevan keskenään; riehakas nahistelu ilmeisesti näyttää niistä tappelulta.

Leikkiessään yksin gorillat ”puhuvat” itsekseen kuten lapset. Ne kuitenkin häiriintyvät ja lopettavat viittomisen heti, jos huomaavat jonkun katselevan.

Gorilloilla on eräs asenne, jota Pattersoninkin on vaikea ymmärtää. Ne eivät nimittäin halua nähdä ihmisen ottavan mitään toiselta ihmiseltä.

– En ole varma, miksi ne eivät pidä siitä, Patterson sanoo. – Epäilen kuitenkin syyksi niiden hierarkiakäsityksiä: alempiarvoinen voi antaa tavaroita pois muttei koskaan ottaa niitä ylempiarvoiselta yksilöltä.

Koko pystyy säätelemään tunteitaan. Kun gorillat ovat tyytyväisiä, ne päästävät kehrääviä hyrinöitä. Harmistunut gorilla saattaa puolestaan haukahtaa, mikä Pattersonin mukaan tarkoittaa: ”Älä tee noin!”

Haukahdus saattaa päästä esimerkiksi jos ruoka-aikana tarjoilu on hidasta. Tällöin hoitajilla on tapana pitää muutaman minuutin tauko, koska ärtynyt gorilla voisi teoriassa käydä heihin käsiksi.

– Kerran olin keskustelemassa avustajan kanssa, kun Koko haukahti, Patterson kertoo. – Nyt meidän täytyy odottaa hetki, sanoin. Mutta Koko kehräsikin heti perään eli antoi hyvän olon signaalin. Ilmeisesti se tahtoi kertoa, ettei tarkoittanut mitään pahaa.

Hermostuessaan gorillat saattavat nimitellä ihmistä esimerkiksi viittomalla sinä likainen vessa. Kokon suosima haukkumasana on lintu, sillä nuorena se hermostui pihalla räksyttäviin närhiin.

Se ei kuitenkaan periaatteessa halua loukata toisten tunteita. – Pyysin kerran Kokoa nimittelemään erästä henkilöä, Patterson muistelee. – Odotin kirousten ryöppyä mutta yllätyksekseni se viittoikin: Koko kohtelias.

Jos saisit tilaisuuden, mitä sinä kysyisit gorillalta?

Petri Riikonen on Tiede 2000 -lehden toimittaja.

Julkaistu Tiede 2000 -lehdessä

2/1996 ja tiede.fi:ssä helmikuussa 2002

Päivitetty 22.6.2018

Koko projektin tapahtumia

1972 Francine Patterson alkaa opettaa viittomakieltä yksivuotiaalle Koko-gorilla-naaraalle tavoitteenaan tutkia gorillan kielellisiä kykyjä.

1974 Koko muuttaa San Franciscon eläintarhasta Stanfordin yliopiston alueelle.

1976 Gorillasäätiö perustetaan. Kolmi-vuotias Michael-uros otetaan projektiin toiseksi gorillaksi.

1977 Patterson saa tutkimusapurahan National Geographic Societylta.

1979 Gorillasäätiö muuttaa Kalifornian Woodsiden metsäiselle ylängölle.

1985 Ronald Cohnin valokuva Kokosta ja sen lemmikkikissasta valitaan Time-lehden vuoden kuvaksi.1990 Havaijin Mauin saarelta valitaan paikka tulevalle gorillojen suojelualueelle.

1992 11-vuotias Ndume-gorillauros liitetään joukkoon siinä toivossa, että se pariutuisi Kokon kanssa.

1996 Koko täyttää 25 vuotta heinäkuun neljäntenä päivänä.

1997 Koko-projekti on jatkunut 25 vuotta.

2017 Koko-projekti täyttää 45 vuotta.

19.6.2018 Koko kuolee nukkuessaan 46 vuoden iässä.

 

Mitä on ameslan?

Amerikkalaisten kuurojen viittomakieli, American sign language eli ameslan, on Yhdysvaltojen neljänneksi käytetyin kieli.

Yksittäinen viittoma voi merkitä kirjainta, sanaa tai sanayhdistelmää. Viittomat voivat olla täysin keinotekoisia. Ne voivat myös olla ikonisia eli matkia kohdettaan tai metonyymisiä eli liittyä jotenkin kohteeseensa.

Keinotekoinen on esimerkiksi viittoma isä, jossa asetetaan avoimen käden peukalonpää otsaa vasten.

Ikoninen on esimerkiksi syödä, jossa kättä liikutetaan suuta kohti ja pois kuin vietäisiin suupaloja huulille.

Pikkuleipä on metonyyminen viittoma: kädellä ”leikataan” toista kämmentä kuin paloiteltaisiin taikinaa.

Venäjän MM-kisojen virallinen ottelupallo on Telstar18. Adidas on valmistanut kisapallot vuodesta 1970. Kuva: Wikimedia Commons

Tulevaisuuden huippufutarin peliasuun kuuluu älysiruja ja antureita, jotka rekisteröivät joka liikkeen, ja älypallo raportoi maalit ilman tuomaria.

Mistä tulevaisuudessa keskustellaan, jos jalkapallo-ottelun tuomitsemisestakin poistetaan inhimilliset erehdykset? miettii moni penkkiurheilijaveteraani. Viime vuonna kansainvälinen jalkapalloliitto Fifa nimittäin hämmästytti maailmaa ryhtymällä kokeilemaan älysirutekniikkaa tuomitsemisen apuna.

Teknisen avun mahdollisuus ei ole uusi asia mutta valmius sen hyväksymiseen on.

Aiemmin tuomarin näköaistin avittamiseen on suhtauduttu nihkeästi. Kun televisiokamerat ilmestyivät kentän laidalle 1950-luvulla, tulivat pian myös nauhoitetut ja hidastetut otokset. Äkkiä kävi mahdolliseksi tutkia rauhassa, menikö pallo todella maaliin ja tuomitsiko tuomari oikein. Fifa reagoi päättämällä, että nauhoitukset jätetään huomiotta. Tuomarin sana on laki, näkyi filmillä mitä tahansa.

Yksi seuraus päätöksestä on ollut ikuinen kiista siitä, oliko Englannin joukkueen hyökkääjän Geoff Hurstin kolmas maali MM-finaalin jatkoajalla vuonna 1966 oikea maali vai ei. Hurstin laukaus osui poikkipuuhun ja kimposi alas, mutta minne? Tuomari, joka näki tilanteen heikosti, päätti, että pallo oli maalissa, mutta moni on tuomiosta edelleen eri mieltä.

Nyt linja on muuttumassa jalkapallomaailmassa. Testattavassa seurantajärjestelmässä pallo ilmoittaa sijaintinsa tietojärjestelmään. Tuomari kantaa ranteessaan älyrengasta, joka piippaa, kun tulee maali.

Paikannusanturit palloon ja sääriin

Jalkapallon seurantalaitteisto on kehitetty saksalaisessa tutkimuslaitoksessa Fraunhofer-instituutissa, ja sen on valmistanut saksalainen yritys Cairos Technologies AG. Saksalaiset toivoivat, että älypalloa olisi potkittu jo tämän kesän ottelussa. Näin MM-kisojen isäntämaa olisi päässyt esittelemään tekniikkaansa oikein leveällä rintamalla.

Kehitystyö osoittautui kuitenkin odotettua työläämmäksi ja hitaammaksi. Fifa testasi älypalloa nuoriso-otteluissa viime syksynä. Seurantajärjestelmä havaitsikin kaikki maalit 32 ottelun sarjassa. Valitettavasti tietokone kirjasi maaleiksi myös joitakin ohi menneitä laukauksia. Siksi Fifa heitti älypallon takaisin insinööreille luotettavuuden parantamista varten.

Ensimmäinen yritys oli ehkä hiukan ahne. Heti alussa yritettiin luoda laitteisto, joka kerää valtavasti tietoa.

Cairoksen seurantajärjestelmässä pallon mikrosiru lähettää 2 000 kertaa sekunnissa paikannustietoja antenneihin, jotka sijaitsevat kentän laidalla. Yhtiön mukaan pallon sijainti pystytään määrittämään puolentoista sentin tarkkuudella. Mahdollista on mitata myös pallon nopeus, kiihtyvyys, lämpötila ja paine.

Myös pelaajalla on älysiru kumpaankin säärisuojukseen piilotettuna. Älysiru kertoo hänen sijaintinsa, nopeutensa ja kiihtyvyytensä. Hänen potkaistessaan palloa pystytään mittaamaan laukaisun nopeus. Mittaustuloksista saadaan selville myös askeltiheys ja askelten pituus.

Kilpailijat ovat huomanneet Cairoksen hankkeen vaikeudet. Tanskassa Goalref-niminen yritys on kehittänyt seurantalaitteistoa, joka toteaa vain maalit. Tanskalaiset toivovat näin pääsevänsä suurempaan luotettavuuteen.

Älysirutekniikka ottaa ensi askeliaan, mutta suunta on selvä ja heijastaa tekniikan yleistä kehitystä. Sirut ja sensorit tulevat kaikkialle, ja esineet ja ihmiset muuttuvat tietoverkkojen silmuiksi. 

Värinätyynyillä vinkkejä lihaksille

Vielä villimpää on odotettavissa hieman kaukaisemmassa tulevaisuudessa. Ensin tekniikka seuraa pelaajaa etäältä mutta sitten alkaa myös kulkea hänen mukanaan. Taustalla on nouseva tieteenhaara haptiikka, joka tutkii viestin lähettämistä ja vastaanottamista kosketuksen avulla.

Haptiikan tutkija Hendrik-Jan van Veen hollantilaisesta tutkimuslaitoksesta TNO:sta, joka vastaa Suomen VTT:tä, on työtovereineen ideoinut opastavaa peliasua. Urheilijoiden vaatteisiin upotetaan sensoreita, joka mittaavat lihasten toimintaa. Tietokone käsittelee mittaustulokset ja antaa palautetta kosketuksen avulla. Pienet värähtelevät tyynyt kertovat urheilijalle, mitä lihaksia hänen pitäisi käyttää enemmän. Värinä nilkassa voi viestittää, että nyt vauhtia kinttuihin.

Toistaiseksi tekniikkaa ovat testanneet melojat laboratoriossa, mutta tutkijat suunnittelevat asuja myös jalkapallovalmennusta varten.

On helppo kuvitella, miten monipuolisia mahdollisuuksia haptiikka avaa jalkapallossa. Miksei värisijän voi upottaa vaikka pelihousuihin, jolloin haluttaessa saataisiin myös katsojien ja pelaajien välille uudenlaista viestintää. Kannustushuutojen lisäksi suosikkipelaajille voi tulevaisuudessa antaa hellän etäpotkun takapuoleen: Älkää nukkuko! Tsemppiä!

Kun haptiikkaan yhdistetään älykkäät sensoriverkot, syntyy jotain vielä mielikuvituksellisempaa. Joskus verkko pystyy laskemaan optimaalisia syöttöketjuja, ja haptinen värisijä viestittää, mihin suuntaan pitää potkaista. Silloin pelaajilla on jaloissaan todelliset taikakengät.

Video mullisti pelianalyysin

Älysirut ovat vasta tulossa, mutta jalkapallo on teknistynyt ja tieteellistynyt paljon aikaisemmin.

Valmennuksessa video otettiin käyttöön heti, kun kamerat kehittyivät tarpeeksi pieniksi, eli 1970- ja 1980-luvun vaihteessa. Sitä ennen valmentajat ja heidän apulaisensa olivat tarkkailleet peliä kentän laidalta ja tehneet muistiinpanoja kynällä ja paperilla.

Kun kameraan yhdistettiin tietokone, kuvamateriaalista pystyttiin jalostamaan kaikkea mahdollista tietoa kentän tapahtumista. Pelaajat ja valmentaja saattoivat nyt katsoa kuvaruudulta, mitä pelissä todella oli tapahtunut. Pallon ja pelaajien liikkeet, syötöt, laukaisut, haltuunotot ja muut tapahtumat voitiin kirjata tarkasti ja objektiivisesti. Syntyi uusi tieteenhaara, pelianalyysi.

Pelaajan vointia voi valvoa yötä päivää

Mikä sitten on ollut pelianalyysin ja muun jalkapallotutkimuksen arvokkainta antia? Vastaus voi ensi alkuun tuntua yllättävältä.

– Yksilöllisyyden vahvistuminen on ollut tärkein kehitystrendi valmennuksessa ainakin jo 1990-luvulta asti, sanoo biomekaniikan dosentti, ”jalkapalloprofessori” Pekka Luhtanen, joka työskentelee Kilpa- ja huippu-urheilun tutkimuskeskuksessa Kihussa. Luhtanen on tutkinut Suomessa jalkapalloa ehkä syvällisemmin kuin kukaan muu ja on kansainvälisesti tunnettu pelianalyysin kehittäjä.

Miten niin yksilöllisyys? Jalkapalloahan esitellään malliesimerkkinä tiimityöstä. Tarkemmin katsottuna ristiriitaa ei kuitenkaan ole. Mitä taitavammin jokainen pelaaja hoitaa oman tehtävänsä, sitä hienompaan kokonaistulokseen päästään. Joukkue on sitä parempi, mitä onnistuneemmin osataan sijoittaa oikeat pelaajat oikeille paikoille.

Tekniikka on mahdollistanut entistä paljon yksilöllisemmän valmennuksen. Videolta valmentaja voi tutkia esimerkiksi askelten pituuksia ja tiheyksiä, hetkellisiä asentoja ja nivelten liikelaajuuksia.

Sykemittarilla, joka tuli samoihin aikoihin kuin video eli 1980-luvun alussa, pystytään seuraamaan kuormitusta ja voimavarojen palautumista vaikka vuorokauden läpi.

Mittausten ansiosta pelaaja saa valtavan määrän tietoa itsestään. Vähitellen hän oppii kuuntelemaan kehonsa signaaleja, jolloin laitteita tarvitaan vähemmän. Tekniikka osaltaan auttaa häntä kehittymään ”24 tunnin pelaajaksi”, jota myös lepo, palautuminen ja vapaa-aika auttavat pääsemään parhaaseen mahdolliseen suoritukseen.

Vahvoissa seuroissa, kuten Ajaxissa, valmennus on yksilöllistetty pitkälle. Eri ikäluokkia ja pelin osa-alueita varten on erikoistuneita valmentajiaan. Pelaajat harjoittelevat hyvinkin pienissä ryhmissä.

Pelaajat ovat sekä fyysisesti että psyykkisesti erilaisia. Jotkut ovat perusluonteeltaan hyökkääviä, toiset puolustavia, kolmannet rakentavia. Tarkka tieto pelaajien yksilöllisistä ominaisuuksista auttaa sijoittamaan heidät sopivimmille pelipaikoille. 

Joskus kielteinen tunne onkin hyväksi

Pelaajien fyysisen kunnon ja pelitekniikan lisäksi valmentajien pitää virittää heidän mieltään. Fyysisesti tasavahvojen ja älyllisesti yhtä taitavien joukkueiden ottelussa tuloksen ratkaisevat tunteet. 

Liikuntatieteiden tohtori Pasi Syrjä Jyväskylän yliopistosta on tutkinut, miten huippujalkapalloilijan tunteet vaikuttavat hänen pelituloksiinsa. Tulokset rikkovat tavanomaisia myyttejä.

Olemme tottuneet pitämään itsestään selvänä, että urheilussa ja muuallakin myönteiset tunteet parantavat suoritusta ja kielteiset vahingoittavat. ”Ajattele positiivisesti”, neuvovat konsultitkin.

Tutkijat ajattelivat samalla tavoin aina 1990-luvulle saakka. Tunteiden tutkimus lähti liikkeelle sotilaspsykologiasta. Psykologit tutkivat toisen maailmansodan aikana sotilaan ahdistusta taistelukentällä. Ahdistusta totuttiin pitämään häiriönä ja yksinomaan kielteisenä tunteena.

Uudempi tutkimus on osoittanut, että myös kielteiset tunteet voivat olla hyödyllisiä ja myönteiset haitallisia. Kielteinen ja epämiellyttävä tunne on joskus tehokas ja stimuloiva. Myönteinen tunne voi olla myös lamaannuttava.

Joitakin auttaa jopa pelokkuus

Syrjän väitöskirjatutkimuksessa pelaajat kuvasivat tunteitaan useilla kymmenillä adjektiiveilla.

Tuskin on yllättävää, että ”latautunut”, ”motivoitunut” tai ”sähäkkä” tunne yhdistyi onnistumisen kokemukseen. Yhtä odotettavissa on, että jos on "väsynyt", "haluton" tai "veltto" olo, tuloksia syntyy huonosti.

Mielenkiintoista sen sijaan on, että löytyi positiivisia mutta haitallisia tunteita. Vahingollisia positiivisia tunteita pelaajat luonnehtivat useimmiten sanoilla "huoleton", "tyytyväinen" ja "tyyni".

Kielteisiä mutta hyödyllisiä tunteita kuvasivat esimerkiksi adjektiivit "jännittynyt", "tyytymätön" ja "hyökkäävä".

Mutta tässä ei ollut vielä kaikki. Hyödyllisten ja haitallisten tunteiden valikoima vaihteli pelaajasta pelaajaan. Esimerkiksi "huoleton" tunne vaikuttaa moniin pelaajiin haitallisesti mutta joihinkin myönteisesti. "Pelokas" tunne on useimmille haitaksi mutta joillekin hyödyksi.

Tieto omasta tunneprofiilista auttaa pelaajaa vahvistamaan juuri niitä tunteita, jotka auttavat häntä saavuttamaan parhaat tulokset. Näin valmentaja pystyy yksilöllistämään valmennusta myös tunnepuolella.

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

Julkaistu Tiede-lehdessä 4/2006

Jalkapallon pieni historia

1863 yksitoista englantilaista seuraa sopivat jalkapallon säännöistä.

1800-luvun loppupuoliskolla tasaisen pyöreä kumikalvo alkaa korvata epäsäännöllisen muotoisen sianrakon jalkapalloissa. Pallon lujittamiseksi uloin kerros ommellaan nahasta. Jalkapallokengät ovat nilkkapituisia ja nappulat metallisia.

1904 perustetaan Kansainvälinen jalkapalloliitto Fifa.

1909 kenkien metallinappulat kielletään vaarallisina ja siirrytään nahkaisiin.

1920-luvulla kehitetään ruuvattavat, vaihdettavat nappulat.

1930 ensimmäiset MM-kisat järjestetään Uruguayssa.

1954 MM-kisat televisioidaan ensimmäisen kerran. Fifa päättää, ettei nauhoituksia käytetä tuomareiden apuna.

1962 tanskalainen Select Sport esittelee 32:sta kuusikulmiosta ommellun pallon. Vuosikymmenen edetessä siirrytään mataliin, ketteriin kenkiin ja kehitetään ensimmäiset täysin synteettiset pallot.

1970 saksalainen Adidas valmistaa ensimmäisen Telstar-kisapallon. Se saa nimensä 1960-luvun Telstar-satelliitista.

1980-luvulla synteettiset pallot syrjäyttävät nahkaiset pallot. Kenkiä parannellaan biomekaanisten mittausten turvin. Valmennuksessa otetaan käyttöön videointiin perustuva pelianalyysi ja sykemittariseuranta.

1990-luvulla palloihin aletaan lisätä polymeerivaahdoista valmistettu sisäkerros, joka nopeuttaa pomppua ja parantaa vesitiiviyttä.

1991 pelataan ensimmäinen MM-ottelu naisten jalkapallossa.

2000-luvulla uudet polymeerimateriaalit vahvistavat ja keventävät kenkiä.

2005 Fifa testaa sijaintinsa ilmoittavaa älypalloa nuorten turnauksessa Perussa. Tekniikka lähetetään jatkokehittelyyn.

2012 Maaliviivakamerat seuraavat maalin syntyä MM-kisoissa Brasiliassa.

2017 Fifa testaa videotuomarointia, Video Assistant Referee -järjestelmää, MM-kisojen esiturnauksessa Confederations Cupissa Venäjällä.

2018 Videotuomarointi, lyhyesti Var, otetaan käyttöön MM-kisoissa Venäjällä. Seurantakamerat paikantavat pelaajat kentällä. Katsomosta saa erityissovelluksella yhteyden vaihtopenkille, ja virallinen kisapallo tarjoaa omistajalleen nfc-sirun välityksellä oheispalveluja.

Aikajana päivitetty 13.6.2018