Superkondensaattori hakkaa nopeudessa akun, mutta sähköä siihen ei vielä mahdu likimainkaan yhtä paljon. Nyt superkonkkaa parannetaan nanotekniikan uusimmilla löydöillä.




Nanotekniikka lupaa uusia ratkaisuja yhteen ikuisuusongelmaan, sähkön varastointiin. Nanosuperkondensaattoria on hurjimmissa ennusteissa jo tarjottu perinteisen akun tilalle.

Nanolaitteet toimivat vasta laboratorioissa, mutta tavalliset superkondensaattorit tekevät ihmeitä jo lukemattomissa koneissa ja laitteissa. Niiden ansiosta energian kulutus alenee busseissa ja nostureissa parhaimmillaan kymmeniä prosentteja.

Mutta mitä kumman vempaimia superkondensaattorit oikein ovat? Akun tuntee jokainen, mutta superkondensaattori ja usein tavallinenkin "konkka" ovat maallikolle outoja laitteita.

Konkan valtti on nopeus

Akku on kemiallinen sähkövarasto. Ener¬giaa varastoidaan ja puretaan elektrodien hapettuessa ja pelkistyessä.
Kondensaattori puolestaan on sähköinen varasto, joka koostuu kahdesta toisistaan eristetystä johdelevystä. Kun levyihin kytketään jännite, toinen levy varautuu positiivisesti ja toinen negatiivisesti.

Ominaisuuksiltaan akut ja kondensaattorit ovat toistensa vastakohtia. Akku pystyy säilyttämään paljon energiaa, litiumakku noin 150 wattituntia kiloa kohti. Sen sijaan kondensaattorin energiatiheys on vain tuhannesosia tästä eli kiloa kohti se on alle 0,1 Wh.

Nopeudessa taas voittaa kondensaattori, joka purkautuu ja varautuu silmänräpäyksessä. Akku tarvitsee samaan tunteja, koska kemialliset reaktiot kulkevat hitaasti. Kondensaattoreita onkin käytetty radiotekniikassa ja muussa niin sanotussa heikkovirtatekniikassa, jossa sähkömäärät ovat pieniä mutta ilmiöt nopeita.

Sähköä pakataaan ionikerroksiin

Jo varhain insinöörit haaveilivat laitteista, jotka yhdistäisivät kondensaattorin ja akun edut. Esimerkiksi jarrutusenergian talteenotto ja kiihdytykset kulkuneuvoissa ja työkoneissa vaativat kondensaattorimaista nopeutta ja akkumaisia sähkömääriä.

Yhdysvaltalainen sähkökemisti Robert A. Rightmire, joka kollegoineen kehitti polttokennoja öljy-yhtiö Standard Oilissa, keksi 1960-luvun alussa sähkökemiallisen kondensaattorin. Siinä levyjen välissä on elektrolyytti, jonka ionit muodostavat johdelevyjen pintaan toisen varauskerroksen.

Ladattaessa ionit kertyvät elektrodien pintaan, ja purettaessa ne hajaantuvat elektrolyytin sisään. Akuista poiketen mitään kemiallisia reaktioita ei kuitenkaan tapahdu, vaan sähköä sitoutuu ja vapautuu ionien liikkuessa. Siksi Standard Oil kutsui laitetta aluksi "sähkökineettiseksi kondensaattoriksi". Mainostajat nimesivät sen sitten super- tai ultrakondensaattoriksi.

Pöyhkeästä nimestä huolimatta laite on kompromissi perinnäisten tekniikoiden välillä. Energiatiheys on kyllä monikymmenkertainen tavalliseen konkkaan verrattuna, mutta jää silti 5-10 wattituntiin kiloa kohti eli hyvin kauas akusta.

Käy kännykkään ja voimalaan

Muutaman wattitunnin energiatiheys kuulostaa köyhältä, mutta sillä tekee ihmeitä monessa paikassa.

- Superkondensaattorit ovat yleistyneet kuluttajaelektroniikassa ja teollisuuden sovelluksissa, kertoo Valtion teknillisen tutkimuskeskuksen VTT:n erikoistutkija Raili Alanen, joka on syventynyt energian varastointiin.

Nostolaitteissa ja työkoneissa superkondensaattoreita käytetään energian talteenottajina ja varavoimavarastoina. Niitä löytyy myös katkeamattoman virransyötön varmistuslaitteista.

Aurinkoenergian ja tuulivoiman käyttö lisää lyhytaikaisten sähkövarastojen tarvetta. Jo nykyään superkondensaattoreita käytetään tuulivoimaloissa, lähinnä potkurin lapakulman säätölaitteissa varavoimalähteinä.


Nano tuo lisää pintaa

Nanotekniikan edistys on saanut tutkijat haaveilemaan vielä enemmästä. Ehkä superkondensaattorin energiatiheys voidaan nostaa akun tasolle ja ohikin?

Energiatiheys riippuu elektrodin pinta-alasta. Sitä taas pystytään kasvattamaan nanorakenteilla.

Massachusettsin teknisen yliopiston MIT:n professori Joel E. Schindall työtovereineen kasvatti muutama vuosi sitten alumiinialustalle miljoonia nanohiilikarvoja. Harjasten yhteispinta-ala on paljon suurempi kuin perinnäisen elektrodimateriaalin, aktiivihiilen.

Monet tutkijaryhmät kehittävät nyt nanoharjoja edelleen. Texasilaisen Dallasin yliopiston nanotutkijat Jiyoung Oh ja Mihail Kozlov tavoittelevat kevyttä ja helposti valmistettavaa sähkövarastoa liittämällä yksiseinäisiä hiilinanoputkia polypyrroli-nimiseen johdepolymeeriin. Yliopisto ehti jo viime vuonna julistaa, että autojen akut voivat kohta olla museotavaraa.


Kalvot ja kuidut tulossa

Useimpien asiantuntijoiden mielestä nanosähkövarastot ovat vielä kaukana arjesta.

- Pelkillä nanoputkiratkaisuilla ei ole raportoitu juuri sen parempia tuloksia kuin aktiivihiilellä, sanoo Raili Alasen kollega Jari Keskinen, joka on tutkinut superkondensaattoreita. - Niiden tuoma parannus näkyy useimmiten parantuneena sähkönjohtavuutena, mikä taas kasvattaa ennemminkin teho- kuin energiatiheyttä.

Huomenna voi olla toisin, ajattelevat nanotutkijat. Heillä on jo ideoita energiatiheyden nostamiseksi.

Professori Rodney Ruoff kollegoineen, myös Texasista mutta toisesta, Austinin yliopistosta, hyödyntää äskettäin keksittyä hiilen uutta olomuotoa, tasomaista grafeenia. Nanohiilikarvojen sijasta he aikovat kasvattaa yhden atomin paksuisia kalvoja grafeenista, jolloin saadaan suuri pinta.

Suomalaiset tutkijat hakevat parannuksia nanoputkikondensaattoriin toisesta suunnasta, selluloosasta.

Puhtaat hiilinanoputket käyttäytyvät usein hankalasti, esimerkiksi takertuvat toisiinsa. Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskuksen tutkijat ovat professori Jorma Virtasen johdolla yhdistäneet hiiliputkiin nano¬selluloosakuituja. Selluloosa pitää putket erillään, jolloin elektrodin pinta-ala saadaan hyvin suureksi.


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

Peruskäsitteet

- Akku - sähkövarasto, jossa energia varastoidaan kemiallisten reaktioiden avulla.

-  Kondensaattori - sähköstaattinen energiavarasto.

- Superkondensaattori eli ultrakondensaattori - sähkökemiallinen energiavarasto, jossa energiaa varastoidaan ionien liikkeen avulla.

- Nanosuperkondensaattori - superkondensaattori, jonka ominaisuuksia on parannettu siirtymällä nanomitan rakenteisiin.


Käyttökohteita

- Hissit

- Nosturit

- Trukit

- Sähkötyökalut

- Tietokoneet

- Kännykät

- Kamerat

- Bussit ja kuorma-autot

- Hybridiautot

- Tuuli- ja aurinkovoimalat



 

Tulevaisuuden työelämässä menestyy ihminen, joka on opetellut oppimaan uutta nopeasti. Kuva: iStock

Kannattaa ryhtyä oman elämänsäi futurologiksi, sillä työ menee uusiksi muutaman vuoden välein.

Maailma muuttuu, vakuuttaa tulevaisuudentutkija, Fast Future Research -ajatushautomon johtaja Rohit Talwar. Elinikä pitenee, työvuodet lisääntyvät. Tiede ja teknologia muuttavat teollisuutta ja työtehtäviä. Ammatteja katoaa ja uusia syntyy.

– Kun nämä tekijät yhdistetään, on järjellistä väittää, että tulevaisuudessa työ tai ura voi kestää 7–10 vuotta, ennen kuin pitää vaihtaa uuteen. 50–70 vuoden aikana ihmisellä siis ehtii olla 6–7 ammattia, Talwar laskee.

Ole valpas

Millaisia taitoja parikymppisen sitten kannattaisi opetella, jotta hän olisi kuumaa kamaa tulevaisuuden työmarkkinoilla?

– Sellaisia, joiden avulla hän kykenee hankkimaan jatkuvasti uutta tietoa ja omaksumaan erilaisia rooleja ja uria, Talwar painottaa.

– Esimerkiksi jonkin tietyn ohjelmointikielen, kuten Javan tai C++:n, taitaminen voi olla nyt tärkeää, mutta ne korvautuvat moneen kertaan vuoteen 2030 mennessä. Samalla tavoin uusimpien biokemiallisten tutkimusmenetelmien osaaminen on nyt hottia, mutta nekin muuttuvat moneen kertaan 20 vuodessa, Talwar selittää.

Siksi onkin olennaista opetella oppimista, nopeita sisäistämistekniikoita ja luovaa ongelmanratkaisua. – Pitää myös opetella sietämään tai "hallitsemaan" mutkikkaita tilanteita ja tekemään epävarmojakin päätöksiä. Myös tiimityö ja oman terveyden hallinta ovat tärkeitä, Talwar listaa.

– Näiden taitojen opettelua pitäisi painottaa niin koululaisille kuin viisikymppisille, hän huomauttaa. Elinikäinen oppiminen on olennaista, jos aikoo elää pitkään.

Jokaisen olisikin syytä ryhtyä oman elämänsä futurologiksi.

– Ehkä tärkeintä on, että jokaista ihmistä opetetaan tarkkailemaan horisonttia, puntaroimaan orastavia ilmiöitä, ideoita ja merkkejä siitä, mikä on muuttumassa, ja käyttämään tätä näkemystä oman tulevaisuutensa suunnitteluun ja ohjaamiseen, Talwar pohtii.

Oppiminenkin muuttuu

Rohit Talwar muistuttaa, että ihmisen tapa ja kyky oppia kehittyy. Samoin tekee ymmärryksemme aivoista ja tekijöistä, jotka vauhdittavat tai jarruttavat oppimista.

– Joillekin sosiaalinen media voi olla väkevä väline uuden tiedon sisäistämiseen, toisille taas kokemukseen nojaava tapa voi olla tehokkaampi, Talwar sanoo. Ihmisellä on monenlaista älyä, mikä mahdollistaa yksilölliset oppimispolut. Uskon, että oikealla tavalla käytetyt simulaatiot ja oppimistekniikat voivat nopeuttaa olennaisten tietojen ja taitojen omaksumista.

– Toisaalta olen huolissani siitä, että ihmisten kyky keskittyä yhteen asiaan heikkenee ja jokaisella tuntuu olevan kiire. Nopeampi ei aina tarkoita parempaa.

Talwarin mukaan nyt täytyykin olla tarkkana, että uusilla menetelmillä päästään yhtä syvään ja laadukkaaseen oppimiseen kuin aiemmin.

– Kukaan ei halua, että lentokoneinsinöörit hoitaisivat koko koulutuksensa Twitterin välityksellä, Talwar sanoo. – Ja ainakin minä haluan olla varma, että sydänkirurgini on paitsi käyttänyt paljon aikaa opiskeluun myös harjoitellut leikkaamista oikeilla kudoksilla, ennen kuin hän avaa minun rintalastani!

Elinikä venymässä yli sataan

Väkevimpiä tulevaisuutta muovaavia seikkoja on se, että ihmiset elävät entistä pidempään.

– Kehittyneissä maissa keskimääräinen eliniän odote kasvaa 40–50 päivää vuodessa. Useimmissa teollisuusmaissa nopeimmin kasvaa yli kahdeksankymppisten joukko, Rohit Talwar toteaa.

– Joidenkin väestöennusteiden mukaan alle viisikymppiset elävät 90 prosentin todennäköisyydellä satavuotiaiksi tai yli. Ja lapsemme elävät 90 prosentin todennäköisyydellä 120-vuotiaiksi, hän jatkaa.

Tämä tarkoittaa Talwarin mukaan sitä, että ihmisten pitää työskennellä 70-, 80- tai jopa 90-vuotiaiksi, mikäli aikovat elättää itsensä. – Puhumme siis 50–70 vuoden pituisesta työurasta, hän kiteyttää.

– Tiedämme, että nykyeläkkeet eivät tule kestämään – nehän on yleensä suunniteltu niin, että ihmiset eläköityvät 65-vuotiaina ja elävät sen jälkeen ehkä 5–10 vuotta. Nykyisillä järjestelmillä ei yksinkertaisesti ole varaa maksaa eläkettä, joka jatkuu 20–40 vuotta työnteon lopettamisen jälkeen.

 

10 globaalia muutosvoimaa

  • väestömuutokset
  • talouden epävakaus
  • politiikan mutkistuminen
  • markkinoiden globaalistuminen
  • tieteen ja teknologian vaikutuksen lisääntyminen
  • osaamisen ja koulutuksen uudistuminen
  • sähköisen median voittokulku
  • yhteiskunnallinen muutos
  • luonnonvarojen ehtyminen

10 orastavaa ammattia

  • kehonosien valmistaja
  • lisämuistikirurgi
  • seniori-iän wellnessasiantuntija
  • uusien tieteiden eetikko
  • nanohoitaja
  • avaruuslentoemäntä
  • vertikaaliviljelijä
  • ilmastonkääntäjä
  • virtuaalilakimies
  • digisiivooja

Lähde: Rohit Talwar, The shape of jobs to come, Fast Future 2010.
Futurologi Talwarin Fast Future Research laati tutkimuksen tulevaisuuden ammateista Britannian hallituksen tilauksesta.

Ikihitti: sairaanhoitaja

2010-luvun nopeimmin kasvavista ammateista kolmasosa kytkeytyy terveydenhoitoon, mikä heijastaa väestön ikääntymistä, arvioi Yhdysvaltain työministeriö 2012.

Eurostatin väestöskenaarion mukaan vuonna 2030 EU:n väestöstä neljännes on yli 65-vuotiaita. Suomen väestöllinen huoltosuhde, työllisten määrä verrattuna työvoiman ulkopuolisiin, on samassa laskelmassa tuolloin EU-maiden epäedullisin.

Kirsi Heikkinen on Tiede-lehden toimittaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 3/2012

getalife.fi 

Maailman ensimmäisellä tulevaisuuden työelämän simulaatiolla voit kokeilla opiskelu- ja elämänvalintojen mahdollisia seurauksia parinkymmenen vuoden aikajänteellä. Toteuttaja: Tulevaisuuden tutkimuskeskus Turun yliopistossa yhteistyökumppaneineen. 

Avoimet työpaikat 2032

Tämänkaltaisia töitä visioi brittiläinen tulevaisuudentutkija Rohit Talwar.

 

Wanted:

Virtuaalimarkkinoja!

Myy itsesi meille, heti.
U know what 2 do. Shop&Sell Inc.

 

3D-velhot

Me Wizarsissa teemme tajunnanräjäyttävää viihdettä koko pallomme tallaajille. Kehitämme nyt uutta reality-virtuaalipeliä, ja joukostamme puuttuu kaltaisemme hullu ja hauska hologrammisti sekä hauska ja hullu avatar-stylisti Jos tunnistat itsesi ja haluat meille hommiin, osallistu hakuroolipeliin ww3.wizars.com
Jos kysyttävää, @kuikka

 

Sinä sähköinen seniori, tule

digisiivoojaksi

Muistatko vielä Windowsin, Androidin tai iOSin? Jos, niin tarvitsemme sinua!
Tarjoamme yrityksille ja yksityisille retrodatan seulomis- ja päivityspalvelua, ja kysyntä on ylittänyt huikemmatkin odotuksemme. Haemme siis tiedostosekamelskaa pelkäämättömiä datakaivajia ja retrokoodareita Asiakkaidemme muinaisten kuva- ja tekstitiedostojen läpikäymiseen.
ww3.datadiggers.com

 

Impi Space Tours
vie vuosittain tuhansia turisteja avaruuteen.
Retkiohjelmaamme kuuluvat painottomuuslennot, kuukamarakävelyt sekä avaruusasemavierailut.
Jos olet sosiaalinen, monikielinen, energinen, palveluhenkinen ja tahtoisit taivaallisen työn, tule meille

avaruusmatkaoppaaksi!

Matkaan pääset heti seuraavalla lennollamme, joka laukaistaan Lapista 13.4.2032.
Ota siis kiireesti meihin yhteyttä:
@impispacetours.ella tai ww3.impispacetoursrekry.com

 

Jatkuva pula pätevistä
robottimekaanikoista.
ww3.fixarobo.com

 

Global Climate Crisis Management GCCM Inc
ratkoo ilmastonmuutoksen aiheuttamia paikallisia kriisejä Maan joka kolkalla.
Toimeksiantojen lisääntyessä tarvitsemme palvelukseemme

mikroilmastonkääntäjiä

Edellytämme ilmastonmuokkauksen ja hiilidioksidivarastoinnin uusimpien menetelmien erinomaista hallintaa. Tarjoamme ison talon edut ja vakituisen työn.
Hae: ww3.GCCMrekry.com

 

Pohjois-Euroopan sairaanhoitopiiri
North European Hospital District NEHD pitää huolta 80-miljoonaisen väestönsä terveydestä. Etsimme nyt osaavia

Sairaanhoitajia
Avoimia virkoja 156. Gerontologiaan erikoistuneet etusijalla.

Kyborgiaan erikoistuneita kirurgeja
Avoimia virkoja 31, joista 20 muisti-implanttien istuttajille.

Etälääketieteen erikoislääkäreitä
Avoimia virkoja 42.

Elinkorjaajia
Avoimia paikkoja 51. Edellytyksenä kantasoluteknikon ja/tai biosiirrelaborantin tutkinto.

Virtuaaliterapeutteja
Avoimia virkoja 28.

Lisätietoja ja haastattelurobotti ww3.nehdrekry.com

 

Etsimme vapaaehtoisia

likaajia

Euroopan terveydenedistämisorganisaation ja BeWell Pharmaceutics -yhtiön hankkeeseen, joka testaa julkisille paikoille levitettyjen hyötymikrobien tehokkuutta sairauksien ehkäisyssä.
ww3.likaonterveydeksi.org

 

Meissä on itua!™
Urbaanifarmarit tuottavat lähiruokaa puistoissa ja kerrostaloissa.
Viljelemme kattoja, parvekkeita ja seiniä. Vapaasti seisovia pystyporraspalstojamme voi asentaa mihin tahansa ulkotilaan.

Etsimme uusia

vertikaaliviljelijöitä

vihreään joukkoomme. Toimimme sovelletulla franchising-periaatteella: saat meiltä lisenssiä vastaan hyvän maineen, brändinmukaiset vesiviljelyalustat ja seiniin/katoille kiinnitettävät pystypeltopalstarakenteet pystytys- ja viljelyohjeineen. Viljelykasvit voit valita makusi mukaan. Sadon – ja sen myynnistä koituvan rahan – korjaat sinä!
Lue lisää ja ilmoittaudu ww3.urbaanifarmarit.org, someyhteisö: @urbaanifarmarinet

Uutuus
Laajennamme valikoimaamme ravintokasveista hiilidioksidinieluihin, joista peritään asiakkailta hiilidioksidijalanjäljen pienennysvastiketta. Jos haluat erikoistua mikroilmastotekoihin, osallistu online-infotilaisuuteemme ww3.urbaanifarmarit.org

 

Finnaerotropolis BusinessWorld
Businessmaailmamme sisältää Helsingin Metropolin lentokentän lisäksi 15 hotellia, neljä elokuvateatteria, kolme lääkäriasemaa, viisi hyperostoskeskusta, 160 toimistoa, kolme toimistohotellia, kylpylän, uimahallin, hiihtoputken, hevostallin ja sisägolfkentän.
Palkkaamme kunnossapitoyksikköömme tehokkaita

pandemianehkäisyyn

perehtyneitä siivoojia (vuorotyö)

sekä liikennevirtahallintaan järjestelmällisiä

logistikkoja

Klikkaa: ww3.finnaerotropolis.fi

 

Bioverstas
Valmistamme eksoluurankoja, vaihtoelimiä ja kehonosia. Hittituotteitamme ovat kantasoluista kasvatetut maksat sekä orgaaniset polvinivelet ja -kierukat.
Haemme nyt raajapajallemme

uusiokäden kasvatukseen erikoistunutta molekyylibiologia

Osaat erilaistaa ja kasvattaa kantasoluista koko yläraajan olkavarresta sormenpäihin. Viljelemäsi luut ja lihakset ovat lujia ja vahvoja mutta valmistamasi ihokudos kimmoisaa ja joustavaa. Tule ja näytä taitosi laboratoriossamme.
Näyttökokeet 10.3.2032 klo 12, osoitetiedot ja tulo-ohjeet sovelluksella gps.bioverstas

Kevään ihme pilkottaa pienissä sanoissa.

Talven jäljiltä väritön maisema herää eloon, kun iloista vihreää pilkistelee esiin joka puolelta.

Tätä kasvun ihmettä on aina odotettu hartaasti, ja monille ensimmäisille kevään merkeille on annettu oma erityinen nimityksensä, joka ei viittaa mihinkään tiettyyn kasvilajiin vaan nimenomaan siihen, että kysymys on uuden kasvun alusta.

Kasvin, lehden tai kukan aihetta merkitsevä silmu on johdos ikivanhaan perintösanastoon kuuluvasta silmä-sanasta. Myös kantasanaa silmä tai tämän johdosta silmikko on aiemmin käytetty silmun merkityksessä.

Norkko on ilmeisesti samaa juurta kuin karjalan vuotamista tai tippumista merkitsevä verbi ńorkkuo. Myös suomen valumista tarkoittava norua kuulunee samaan yhteyteen. Rennosti roikkuvat norkot näyttävät valuvan oksilta alas.

Lehtipuun norkkoa tai silmua merkitsevällä urpa-sanalla on laajalti vastineita itämerensuomalaisissa sukukielissä, eikä sille tunneta mitään uskottavaa lainaselitystä. Näin ollen sen täytyy katsoa kuuluvan vanhaan perintösanastoon.

Nykysuomalaisille tutumpi urpu on urpa-sanan johdos, ja samaa juurta on myös urpuja syövän linnun nimitys urpiainen.

Urpa-sanan tapaan myös vesa on kantasuomalaista perua, koskapa sana tunnetaan kaikissa lähisukukielissä.

Taimi-sanaa on joskus arveltu balttilaiseksi lainaksi, mutta todennäköisempää on, että se on kielen omista aineksista muodostettu johdos. Samaa juurta ovat myös taipua- ja taittaa-verbit.

Itu on johdos itää-verbistä, joka on ikivanha indoeurooppalainen laina. Oras puolestaan on johdos piikkiä tai piikkimäistä työkalua merkitsevästä indoiranilaisesta lainasanasta ora. Verso on myös selitetty hyvin vanhaksi indoiranilaiseksi lainaksi.

On mahdollista, että maanviljelytaitojen oppiminen indoeurooppalaisilta naapureilta on innoittanut lainaamaan myös viljakasvien alkuihin viittaavia sanoja.

Kevään kukkiva airut on leskenlehti. Vertauskuvallinen nimi johtuu siitä, että kasvi kukkii suojattomana ilman lehdistöä, joka nousee esiin vasta kukkimisen jälkeen. Vaatimattomasta ulkonäöstä huolimatta leskenlehden ilmestyminen on pantu visusti merkille, ja sille on kansankielessä kymmeniä eri nimityksiä. Yksi tunnetuimmista on yskäruoho, joka kertoo, että vanha kansa on valmistanut kasvista rohtoja etenkin hengitysteiden tauteihin.

Kaisa Häkkinen on suomen kielen emeritaprofessori Turun yliopistossa.

Julkaistu Tiede-lehdessä 5/2018