Sen avulla lataamme akkuja sukellusveneessä tuhansien metrien syvyydessä, pääsemme eroon karjatalouden haitallisista kaasupäästöistä ja hyödynnämme kaikenlaista hukkalämpöä.



Julkaistu Tiede-lehdessä 4/2009



Suuret turbiinit ovat jo iät ajat jauhaneet sähköä suurissa voimalaitoksissa, mutta mikroturbiinit ovat tulossa vasta nyt.

Mikroturbiini pyörii kymmeniätuhansia kierroksia minuutissa. Turbiini mahtuu matkalaukkuun, ja koko voimalaitos menee kuljetuskonttiin. Teho on satoja kilowatteja. Konttivoimala sopii hyvin hajautettuun energiantuotantoon.

Tähän on tarvittu paljon kehittämistä ja keksimistä. Pienentäminen ei nimittäin yksin riitä. Samalla on lisättävä kierroksia.


Pieni tarvitsee vauhtia

Kuvitellaan, että meidän pitää pyörittää kädellä polkupyörän pyörää. Tartumme kehään ja annamme vauhtia. Kuinka nopeasti pyörä pyörii?

Vastauksia on kaksi. Kehänopeus tarkoittaa kehän pisteen nopeutta. Kierrosnopeus taas kertoo, kuinka monta kierrosta pyörä pyörähtää aikayksikössä, vaikka sekunnissa. Esimerkiksi auton moottori ja suuret voimalaitosturbiinit pyörivät tavallisesti kolmetuhatta kierrosta minuutissa.

Kehänopeus on suoraan verrannollinen kierrosnopeuteen ja pyörän halkaisijaan. Jos pienennämme pyörän kokoa, kehänopeuskin pienenee. Jos se halutaan pitää ennallaan, pyörälle on annettava enemmän vauhtia eli pitää nostaa kierroslukua.


Kaasukin osaa tahmautua

Jotta turbiini toimisi hyvin, sen kehänopeuden pitää olla riittävän suuri. Kaasut tuntuvat arkikokemuksen perusteella "ohuilta" aineilta, mutta jos ne pannaan liikkumaan hitaasti kapeassa raossa, ne käyttäytyvät kuin siirappi. Turbiini pyörii nihkeästi.

Siksi virtauksen pitää olla tarpeeksi nopea. Turbiinin koon pienentäminen on korvattava roottorin kierrosnopeutta kasvattamalla. Silloin kaasukin virtaa nopeasti.

- Karkea nyrkkisääntö on, että 1 000 kilowatin höyryturbiinin nopeuden pitää olla 15 000 kierrosta minuutissa tai yli, ja 100 kilowatin turbiinin 50 000 kierrosta tai yli, sanoo professori Jaakko Larjola.

Larjola on yli kahdenkymmenen vuoden ajan vetänyt suurnopeustekniikan kehitystyötä Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa. Se on yksi alan tutkimuksen keskuksista maailmassa - ja tutkittavaa on riittänyt.


Taajuusmuuttaja avuksi

Turbiinin kierrosluvun nostaminen toi ongelman. Turbiini pyörittää generaattoria, jonka on tuotettava sähköä verkon vaatimalla 50 hertsin taajuudella.

Jos siis turbiinin nopeutta haluttiin ennen nostaa, generaattorin nopeus oli pidettävä ennallaan. Väliin piti asentaa alennusvaihde, joka olisi tehnyt pienvoimalasta liian monimutkaisen.

Apuun tuli eräs viime vuosisadan suurista keksinnöistä tehoelektroniikan alalla, taajuusmuuttaja. Se muuttaa generaattorin tuottaman vaihtovirran ensin tasavirraksi ja sitten uudelleen halutun taajuiseksi vaihtovirraksi. Kun taajuutta pystyttiin muuttamaan vapaasti, turbiini ja generaattori voitiin panna pyörimään samalla nopeudella ja asentaa yhdelle akselille.

Tarvittiin paljon muutakin. Niinpä tavalliset laakerit korvattiin ilma- tai magneettilaakereilla, jotka eivät vaadi erillisiä voiteluaineita. Lappeenrantalaiset puhuvatkin uudesta tekniikan alasta, suurnopeustekniikasta, jolla on paljon käyttökohteita. Lappeenrantalaisten ensimmäisiä kaupallisia sovelluksia olivat ilmastuskompressorit, joita käytetään vedenpuhdistamoissa.


Pakokaasutkin polttoaineeksi

Mikrovoimaloitakin on suomalaistekniikalla jo rakennettu, nimittäin Hollannissa.

- Hollantilainen Tri-O-Gen kääntyi suomalaisten puoleen halutessaan kehittää suurnopeustekniikkaan perustuvan voimalan, Larjola kertoo.

Kyseinen yhtiö, Lappeenrannan teknillinen yliopisto ja Delftin yliopisto kehittivät yhdessä konttikokoisen ORC-voimalan. Hyvällä hyötysuhteella kannattaa tuottaa sähköä huonoistakin energialähteistä, kuten suurten moottorien pakokaasuista.

Yksi Tri-O-Genin rakentamista laitoksista toimii lisävoimalana Esbeekin biokaasuvoimalassa. Ensin tehdään lannasta biokaasua, ja se poltetaan kaasumoottorivoimalassa, joka jauhaa sähköä 1,4 megawatin teholla. Perään on asennettu mikroturbiinivoimala, joka puristaa isomman voimalan pakokaasuista vielä 125 kilowattia lisää.


Kaasuturbiinilla lehmäsähköä

Mikrovoimalat mahdollistavat pienten lämpö- ja polttoainelähteiden hyödyntämisen. Yksi suuri hyötyjä on karjatalous, jonka riesana ovat metaanipäästöt. Uusi tekniikka muuttaa saasteen sähköksi.

Suomessakin toimii jo ainakin yksi "lehmävoimala", mutta ei suomalaisella vaan amerikkalaisella tekniikalla. Hannu Koivusella ja Kaija Morrilla on Virroilla maitotila, jossa mikroturbiini tekee metaanista sähköä.

Tekniikka eroaa lappeenrantalaisten ORC-voimalasta siinä, että turbiini on kaasuturbiini, kalifornialaisen Capstonen valmistama. Ensin tehdään lannasta mädättämössä metaania ja sitten metaanista sähköä kaasuturbiinissa ja generaattorissa.


Kapteeni Nemokin hykertelisi

Käyttäjiä, kuten karjatiloja ja lämpöyrityksiä, mikroturbiineille löytyy tutkijoiden mukaan pelkästään Suomessa satoja. Kun katsotaan koko maailmaa, sovellusten kirjo laajenee hyvinkin jännittävästi.
Lappeenrantalaisten ratkaisuista eksoottisin on ollut ORC-voimala, joka pystyy toimimaan 6 000 metrin syvyydessä. Sillä ladattiin tutkimussukellusvene Mirin akustoja. Voimalan polttoaine, hydratsiini, ei tarvitse palamisilmaa. Pakokaasut ovat pääasiassa ammoniakkia ja pitoisuudet niin pienet, ettei meren ekosysteemi häiriinny.
Jos Jules Vernen romaanisankari, kapteeni Nemo olisi aavistanut suurnopeustekniikan kehityksen, hän olisi varmaan valinnut suomalaisen mikroturbiinin Nautiluksen voimakoneeksi.


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

Tähän kaikkeen käy mikroturbiini




















- maatilan mikrovoimala
- lämpökeskuksen mikrovoimala
- puualan pienyrityksen mikrovoimala
- "pakokaasuvoimala" eli voimala, joka tekee mäntämoottorin pakokaasusta sähköä
- aurinkolämpövoimala
- sukellusveneen voimakone
- vedenpuhdistamon ilmastuskompressori
- kaupan kylmälaitteen kompressori
- kotijääkaapin kompressori

Pieni voimalakurssi


















- Turbiini muuttaa polttoaineen lämmön mekaaniseksi energiaksi, akselin pyörimisliikkeeksi. Turbiinista saa käsityksen kuvittelemalla tuulivoimalan roottorin, jossa on hyvin monta siipeä ja joka pyörii putken sisällä. Kaasu tai höyry virtaa turbiiniin johtosiivistön eli kapeiden rakojen tai suuttimien kautta.
- Generaattori toimii turbiinin perässä ja muuttaa akselin pyörimisliikkeen sähköksi.
- Höyryturbiini on turbiini, jonka läpi kiertää vesi- tai muu höyry. Höyry tuotetaan erillisessä kattilassa.
- Höyryvoimala on voimala, jossa on höyryturbiini. Höyryvoimala syö mitä vain, koska savukaasut eivät mene turbiiniin. Polttaa voidaan myös haketta, pellettejä ja turvetta.
- Kaasuturbiini on turbiini, jonka läpi polttoaineen palokaasut kulkevat suoraan.
- Kaasuturbiinivoimalan polttoainevalikoimaa rajoittaa vaatimus, että palokaasujen on oltava riittävän puhtaita.
- Mikroturbiini on pieni turbiini, jonka teho voi vaihdella sadoista kilowateista muutamiin kymmeniin watteihin ja mitat matkalaukkukoosta alle tulitikkuaskin kokoon.
- ORC-voimala tarkoittaa höyryvoimalaa, jossa kiertää veden asemesta orgaaninen neste. Hyötysuhde saadaan hyväksi alhaisillakin lämpötiloilla. Nimitys tulee sanoista organic rankine cycle.

Kätevä sana on valunut moneen käyttöön.

Makea vesi kuuluu elämän perusedellytyksiin. Siksi tuntuu itsestään selvältä, että vesi-sana kuuluu suomen kielen vanhimpiin sanastokerroksiin.

Se ei kuitenkaan ole alun perin oma sana, vaan hyvin vanha laina indoeurooppalaisista kielistä, samaa juurta kuin saksan Wasser ja englannin water.

Suomensukuisissa kielissä on toinenkin vettä merkitsevä sana, jota edustaa esimerkiksi saamen čáhci, mutta sen vastine ei syystä tai toisesta ole säilynyt suomessa. Ehkäpä indoeurooppalainen tuontivesi on tuntunut muodikkaammalta ja käyttökelpoisemmalta.

Tarkemmin ajatellen vesi-sana on monimerkityksinen. Luonnon tavallisimman nesteen lisäksi se voi tarkoittaa muunkinlaisia nesteitä, kuten yhdyssanoissa hajuvesi, hiusvesi tai menovesi.

Vesiä voi erotella käsittelyn tai käyttötarkoituksen mukaan, vaikka Suomen oloissa juomavesi, kasteluvesi ja sammutusvesi ovatkin usein samaa tavaraa. Sade- ja sulamisvesistä tulee varsinkin asutuskeskuksissa viemäröitävää hulevettä. Murteissa hulevesi tarkoittaa tulvaa tai muuta väljää vettä, esimerkiksi sellaista, jota nousee sopivilla säillä jään päälle.

Luonnon osana vesi voi viitata erilaisiin vedenkokoumiin, etenkin järviin. Suomen peruskartasta löytyy satoja vesi-loppuisia paikannimiä, joista useimmat ovat vesistönnimiä, kuten Haukivesi, Hiidenvesi tai Puulavesi.

Useat vesien rannalla olevat asutuskeskukset ovat saaneet nimensä vesistön mukaan. Vesi-sana ei enää suoranaisesti viittaa veteen, kun puhutaan vaikkapa Petäjäveden kirkosta tai Ruoveden pappilasta.

Vesi-sanasta on aikojen kuluessa muodostettu valtava määrä johdoksia ja yhdyssanoja. Näistä suuri osa on vanhoja kansanomaisia murresanoja, kuten vetelä, vetinen, vetistää ja vettyä.

Vesikosta on muistona enää nimi, sillä tämä vesien äärellä ja vedessä viihtyvä näätäeläin on hävinnyt Suomesta 1900-luvun kuluessa. Myyttisiä veden asukkaita ovat olleet vetehinen ja vesu eli vesikyy, jotka mainitaan myös Kalevalassa.

Antiikista 1700-luvun loppupuolelle asti uskottiin veden olevan yksi maailman alkuaineista. Sitten selvisi, että se onkin vedyn ja hapen yhdiste. Oppitekoinen uudissana vety tuli suomen kielessä tarpeelliseksi kuitenkin vasta 1800-luvun puolimaissa, kun luonnontieteistä alettiin puhua ja kirjoittaa suomeksi.

Kaisa Häkkinen on suomen kielen emeritaprofessori Turun yliopistossa.

Julkaistu Tiede-lehden numerossa 11/2018

Alzheimerin tautiin tarkoitettu lääke auttoi unien hallintaa.

Jos haluat hallita uniasi, se voi onnistua muistisairauden hoitoon tarkoitetulla lääkkeellä. Lääke virittää ihmisen näkemään niin sanottuja selkounia, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Selkounessa ihminen tiedostaa näkevänsä unta ja pystyy jopa vaikuttamaan siihen.

Joka toinen ihminen on mielestään nähnyt selkounen ainakin kerran elämässään. Joka neljäs näkee niitä kuukausittain, arvioi parin vuoden takainen tutkimuskatsaus.

Alzheimerlääke auttoi tuoreessa yhdysvaltalaisessa tutkimuksessa koehenkilöitä selkouniin. Koehenkilöistä nuori nainen onnistui unessa rullaluistelemaan tavaratalossa, kun oli ensin suunnitellut sitä valveilla.

”Luistelimme ystäväni kanssa pitkin käytäviä. Oli niin hauskaa, että upposin täysillä uneen mukaan”, 25-vuotias nainen kuvailee.

Unet olivat koehenkilöiden mukaan lääkkeen vaikutuksesta todentuntuisempia kuin ilman lääkettä. Yhdysvaltalainen tutkimus julkaistiin Plos One -lehdessä.

Kokeessa tutkijat harjoittivat yli 120 eri ikäistä koehenkilöä näkemään selkounia. Ryhmään oli valkoitunut ihmisiä, jotka muistavat unensa hyvin ja ovat kiinnostuneita selkounista.

He opettelivat tekniikoita, joiden pitäisi helpottaa selkouneen pääsyä. Pitkin päivää ja ennen nukkumaan menoa voi esimerkiksi toistella itselleen, että kun näen unta, muistan näkeväni unta.

Unia voi visualisoida eli harjoitella mielessään etukäteen. Selkouneen päästyään voi tehdä todellisuustestejä, kuten onnistuuko seinän läpi käveleminen tai leijuminen.

Lääkekokeessa, jota johti selkounien uranuurtaja Stephen LaBerge, koehenkilöt saivat galantamiinia. Sitä käytetään lievän tai kohtalaisen vaikean Alzheimerin taudin hoitoon.

Lääke terästää asetyylikoliinin määrää aivoissa. Asetyylikoliini huolehtii viestien välityksestä aivosolujen välillä, virkistää muistia ja kiihdyttää rem-unta. Juuri remvaiheessa ihminen näkee yleisimmin unia.

Suurimman annoksen galantamiinia saaneista 42 prosenttia pystyi kuvauksensa mukaan selkouniin. Osuus oli huomattavasti suurempi osa kuin muissa koeryhmissä.

Koehenkilöiden unta ei mitattu unilaboratorioiden laitteilla, joilla tallennetaan silmien liikkeitä ja elintoimintoja. Tulokset perustuivat koehenkilöiden kertomaan.

LaBerge seurasi kuitenkin toisessa tuoreessa tutkimuksessaan silmien liikkeitä unennäön aikana. Silmien liikkeet kiihtyvät rem-unen aikana.

Kun koehenkilöt siirtyivät selkouneen, he liikuttivat silmiään ennalta sovitusti vasemmalta oikealle. Sitten heidän piti seurata unensa kohteita, joita he olivat ennalta visualisoineet.

Silmät liikkuivat sulavasti, samoin kuin ihmisen seuratessa katseella todellista kohdetta. Kuviteltua kohdetta seuratessa silmät liikkuvat nykäyksittäin.

Tutkimus julkaistiin Nature Communications -lehdessä.

Kysely

Oletko nähnyt selkounta?

mdmx
Seuraa 
Viestejä5205
Liittynyt23.11.2009

Viikon gallup: Oletko nähnyt selkounta?

Käyttäjä4499 kirjoitti: Mikä on mt häiriö? Kuten sanoin, minusta lääkkeen käyttö tuohon tarkoitukseen on arveluttavaa. Siinä mennään ehkä peruuttamattomasti alueelle, jonne ei pitäisi mielestäni olla mitään asiaa suoranaisesti. Ehkä en nyt vain ymmärrä tarvetta nähdä hallittua "unta" - miksi ei vain kuvitella? Jos "hourailet" saman, tunnet sen varmaan voimakkaammin. Mutta toisaalta et ole siitä niin tietoinen kuin hereillä ollessa, vai mitä? Niin siis, siinä nimenomaan on täysin tietoinen että...
Lue kommentti