Ennen lenkille mentiin kuluttamaan energiaa – nyt sitä voidaan liikunnalla tuottaa. Pieniä energioita haetaan kävelystä ja marssista, tanssilattiasta, jopa sateen ropinasta.

Teksti: Kalevi Rantanen

Julkaistu Tiede -lehdessä 7/2010.

Ennen lenkille mentiin kuluttamaan energiaa – nyt sitä voidaan liikunnalla tuottaa. Pieniä energioita haetaan kävelystä ja marssista, tanssilattiasta, jopa sateen ropinasta.

Jostakin on saatava sähköä kännyköihin, musiikkisoittimiin, sykemittareihin ja muihin vekottimiin, joita ehdottomasti pitää kantaa mukana ja joita kertyy yhä lisää. Teollisuus taas tarvitsee energiaa sensoreihin, jotka tarkkailevat koneiden ja ympäristön tilaa. Energian keruusta tai ”louhinnasta” on tullut kuuma aihe. Hypeä on paljon, mutta myös vakavaa tutkimusta tehdään. Ainakin armeijoilla on jalat maassa, kirjaimellisesti. Ihmisen kävelyliikkeestä on mahdollista saada tehoa noin 11 wattia, kertoo Puolustusvoimien Teknillisen tutkimuslaitoksen laatima sotatekninen ennuste vuodelle 2025. Näyttää hyvältä, sillä esimerkiksi kännykän teho vaihtelee vajaasta watista pariin kolmeen wattiin.

Pietsot jalkaan ja mars– Yhdysvalloissa on saatu kävelystä ulos 0,8 wattia, kuvaa tekniikan nykyistä tasoa tekniikan tohtori Jari Juuti Oulun yliopiston mikroelektroniikan ja materiaalifysiikan laboratoriosta. Hyvä teho jo sekin, riittää lataamaan energiapihin kännykän. Juuti on syventynyt pietsosähköisiin materiaaleihin, joita kenkävoimaloiden ja monien muidenkin energiankeruulaitteiden rakentajat suosivat. Jo 1800-luvulla havaitussa pietsosähköisessä ilmiössä mekaaninen kuormitus varaa tiettyjä kiteitä sähköisesti. Varauserosta saadaan virtaa. Nyt materiaalien ja elektroniikan kehitys on mahdollistanut käyttökelpoisten laitteiden valmistuksen.Oulu on yksi alan tutkimuksen keskuksista. – Suomi on vahva pietsosähköisissä materiaaleissa, Juuti kertoo. – Pystymme tekemään materiaaleja ja kehittämään sovelluksia laajalla alueella.Tärkeä soveltaja on armeija. Suomessa on äskettäin päättynyt Maanpuolustuksen tieteellisen neuvottelukunnan Matinen rahoittama energiankorjuun tutkimushanke, jossa testattiin pietsoelementtejä kengissä.

Akku painaa paljonArmeijat ovat erityisen kiinnostuneita energian keruusta. Pentagonin tutkimus- ja kehitysyksikkö Darpa, joka on keskittynyt tukemaan villejä ideoita, on rahoittanut energiankeruututkimusta pitkään. Britanniassa muun muassa Leedsin yliopisto tekee tutkimusta, jonka tavoitteena on ”akuton sotilas”. Tarvetta on. Nykyajan jalkaväkisotilas voi joutua kantamaan kymmenen kiloa akkuja aseen, ammusten, veden ja muun varustuksen lisäksi. Retkeilijät voivat suoraan hyödyntää sotilaallisen tutkimuksen tuloksia, mutta siviilipuolella omia tarpeita on vähintään yhtä paljon – kuka nyt erilaisia latureita rakastaisi. Kävelyn lisäksi energian lähteeksi kelpaavat lukemattomat muut liikkeet ja värähtelyt. Parhaillaan on esimerkiksi käynnissä Tekesin hanke, jossa kehitetään energiankeruuta teollisuudessa. Työkoneiden, laitteiden ja ajoneuvojen värinästä saadaan energiaa, jota tarvitaan esimerkiksi koko ajan lisääntyvissä mittauslaitteissa. 

Sadepisaroistakin voimaaEnergian keruussa kohtaa kaksi kehityssuuntaa. Ensimmäinen on elektroniikkalaitteiden sähkönkulutuksen pieneneminen. Toinen on tekniikat, joilla pieniä energiavirtoja pystytään muuntamaan sähköksi. Hyötykäyttöön tulee yhä enemmän energialähteitä, joita on aikaisemmin pidetty enintään eksoottisina mutta epäkäytännöllisinä fysikaalisina ilmiöinä. Mikroenergiaa on saatavana kaikkialta, vaikka sadepisaroista. Ranskalainen mikroelektroniikan tutkimuslaitos Cea/Leti-Minatec Grenoblessa ehdottaa sadepisaroiden voiman hyödyntämistä. Tutkijat tekivät pietsosähköisestä pvdf-muovista eli polyvinyylideenifluoridista 25 mikrometrin paksuisen kalvon, joka tuotti sähköä pisaroiden läiskähdyksistä.Yksi suuri sadepisara voi tuottaa 12 milliwatin tehon. Kokeiden perusteella tutkijat laskivat, että sade-energiaa tulee Ranskassa maahan yhden wattitunnin verran neliömetrille vuodessa. Suomen lukua ei luultavasti ole kukaan laskenut, mutta todennäköisesti se on suunnilleen sama, koska sademääräkin on sama eli noin 600 millimetriä vuodessa.Pisaroiden energiavirta on vaatimaton verrattuna esimerkiksi aurinkoenergiaan, jota tulee taivaalta noin miljoona kertaa enemmän. Pisarasähkön käyttäjiksi tutkijat ovatkin ajatelleet erilaisia sensoreita. Esimerkiksi langaton älysensori voisi ottaa energiansa poudalla auringosta ja sateella pisaroista.

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

Näin paljon tuotat energiaa

Uloshengitys  0,40 WHengitysliike 0,42 WKäsien liike 0,33 WSormien liike 0,00076–0,0021 WVerenpaine 0,37 WLämpö 2,4–4,8 WKävely 5,0–8,3 W

Kaikki peliin

AurinkoItalialaisen Tonino Lamborghinin laukku, jossa on väriherkistetty aurinkokenno, lataa kännykän. Brittiläinen G24 Innovations on tuonut markkinoille samalla tekniikalla toimivan repun.

Ilman värinäHavaijissa ja Hongkongissa toimiva Humdinger Wind Energy on kehittänyt ”tuulivyön”, microBeltin, joka taipuilee vähäisessä tuulessa ja tuottaa sähköä esimerkiksi rakennusten ilmastointilaitteiden sensoreihin.

LämpöEsimerkiksi BMW:n konseptiautossa Vision Efficient Dynamicsissa on lämpösähköinen kenno, joka tuottaa sähköä pakokaasuista.

LiikePrincetonin yliopiston professori Michael McAlpine työtovereineen ehdottaa kehon sisään implantoituja ”pietsokumisiruja” tuottamaan energiaa keuhkojen liikkeestä esimerkiksi sydämentahdistimelle. Georgian teknisen yliopiston tutkijaryhmä on professori Zhong Ling Wangin johdolla kehittänyt joustavia sinkkioksidinanolankoja, jotka voidaan ommella vaatteisiin tuottamaan sähköä musiikkisoittimia ja muita kannettavia laitteita varten. Saksalainen suunnittelija Rochus Jacob on kehittänyt Murakami-keinutuolin, joka keinuessaan tuottaa riittävästi sähköä ledivalaisinta varten.

MikrobitYhdysvaltalainen Trophos Energy on kehittänyt biosähkökemiallisia generaattoreita, jotka tuottavat maaperästä tai jätevedestä virtaa erilaisia langattomia ympäristösensoreita varten. Sensorit voivat valvoa esimerkiksi putkistoja.

KierrätysMichiganin yliopiston professorin Art Kuon vetämä tutkijaryhmä on kehittänyt jalkaproteesin, joka kierrättää takaisin osan kävelijän kuluttamasta energiasta, periaatteessa samaan tapaan kuin sähköauto tai hybridi ottaa talteen jarrutusenergiaa. Toistaiseksi kävelijältä menee enemmän energiaa proteesin kuin luonnollisen jalan liikuttamiseen.

Bilehileet sähköä tuottamaan Lontoolainen Club Surya kehuu olevansa maailman ensimmäinen ekoklubi. Pietsosähköinen tanssilattia tuottaa omistajan mukaan yli puolet paikan tarvitsemasta sähköstä. Tanssivoimala toimii myös rotterdamilaisessa Watt Clubissa, joka on laskenut, että yksi bailaaja tuottaa sähköä keskimäärin 20 watin teholla. PaveGen Britanniassa on testannut jalkakäytävävoimaloita, jotka tuottavat sähköä jalankulkijoiden liikkeistä.

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

Tutustu sisältöön ja lue uusi lehti digilehdet.fi:ssä.

Tieteessä 5/2018

 

PÄÄKIRJOITUS

Päätön paremmuus järjestys 

Suosituissa lukiovertailuissa ei ole kovin paljon järkeä.

 

PÄÄUUTISET

Etevä laskee sormin

Menetelmä toimii paremmin kuin päässälasku.

Kuitu vaalii verensokeria

Runsaskuituinen dieetti korjasi diabeetikoiden glukoosiarvot.

Vapaus vie vakiouralle

Tasa-arvon maissa tytöt karttavat teknisiä ja tieteellisiä aloja.

Ihminen pihistelee unta

Muut kädelliset vetävät sikeitä jopa 15 tuntia vuorokaudessa.

 

ARTIKKELIT

Liiku viisaasti

Monen into lopahtaa vaativiin harjoitusohjelmiin.
Treeni maistuu, kun tuntee muutaman faktan.

Koira syntyi pohjoisessa

Ihminen ja susi tutustuivat jääkauden haaskalla.
Vanhin näyttö elämäntoveruudesta tulee Belgiasta.

Taivaallamme kulkevat sään jättiläiset

Keskileveyksien matalat ovat ilmojen titaaneja.
Ne selittävät, miksi Suomessa on niin epävakaista.

Aivot näkevät harhoja

Kalliotaiteen oudot kuvajaiset tuotti muuntunut
tietoisuus. Se syntyy meidänkin aivoissamme.

Metso kukkoilee koko kevään

Tiluksilla rehvastelu alkaa jo helmikuussa.
Sodaksi taistelu naaraista yltyy vapun tienoilla.

Rooma kaatui rahapulaan

Supervallan tuhoon on tarjottu satoja syitä.
Tapahtumat etenivät luultua raadollisemmin.

 

TIEDE VASTAA

Miksi ensimmäinen lettu epäonnistuu?

Miten gorilla saa lihakset kasvisruoalla?

Miksi pikaliima ei tartu tuubinsa sisäseiniin?

Kuinka kaukana on etäisin galaksi?

Onko hyönteisillä reviirejä?

Mistä juontuvat sanat minä ja itse?

 

KIRJAT

Rikos ei houkuta niin kuin ennen

Länsimaat löysivät uudelleen itsehillinnän.

 

KUVA-ARVOITUS

Siinähän on ihan selvästi...

Klassikkopalsta kutsuu lukijoita tulkitsemaan kuvia
lehden Facebook-sivustolle.

 

OMAT SANAT

Tässä on itua

Kevään ihme pilkottaa pienissä sanoissa.

 

Jos olet Sanoman jonkin aikakauslehden tilaaja, voit lukea uusimman numeron jutut Sanoman Digilehdet-palvelussa.

Ellet vielä ole ottanut tilaukseesi kuuluvaa digiominaisuutta käyttöön, tee se osoitteessa https://oma.sanoma.fi/aktivoi/digilehdet. Aktivoinnin jälkeen pääset kirjautumaan suoraan digilehdet.fi-palveluun.