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.
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 
Viestejä25799
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 
Viestejä1194
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.