Takaisin

Suomalais-saksalainen yhteistyö vauhdittaa savukaasujen päästötutkimusta

Puun pienpoltosta, dieselmoottorin käytöstä ja ruskohiilen poltosta syntyy päästöjä, jotka voivat vaikuttaa terveyteemme. Piipusta nouseva savu on erilaista kuin ilmassa jo jonkin aikaa leijunut savu, sillä sen ominaisuudet muuttuvat ajan kuluessa ja auringonvalossa.

Päästöjen muuntumista ja terveyshaittoja selvitettiin tänä keväänä Kuopiossa laajassa kansainvälisessä mittauskampanjassa, johon osallistui kolmisenkymmentä tutkijaa Suomesta ja Saksasta. Kampanjassa tutkittiin muun muassa puun pienpolton, työkoneen dieselmoottorin sekä Keski-Euroopassa tyypillisen ruskohiilen polton päästöjä. Tavoitteena oli selvittää erityisesti, kuinka savukaasupäästöjen sisältämien pienhiukkasten kemiallinen koostumus ja muuntuminen ulkoilmassa kytkeytyy niiden terveydellisiin haittoihin.

Itä-Suomen yliopisto on tehnyt yhteistyötä saksalaisen tutkimuskeskus Helmholtz Zentrum Münchenin kanssa jo vuosia. Yhteiset tutkimusprojektit sekä kansainväliset tutkija- ja opiskelijavaihdot ovat vahvalla pohjalla, mutta niin on tutkimusrahoituskin: saksalainen instituutti rahoittaa suoraan mittausyhteistyötä Itä-Suomen yliopistossa.

– Meillä on täällä Kuopiossa ainutlaatuinen, johtavaa tasoa Euroopassa oleva terveys- ja ympäristövaikutuksiin keskittynyt yksikkö, sekä erinomaiset laitteet, kertoi professori Jorma Jokiniemi Itä-Suomen yliopiston FINE Pienhiukkas- ja aerosolitekniikan laboratoriosta.

Kuvassa: Jorma Jokiniemi.

– Siinä on syy, miksi saksalaiset tutkijat haluavat tehdä yhteistyötä kanssamme. Meillä alkoi juuri uusi viisivuotinen rahoituskausi, jossa yhteisten mittauskampanjoiden järjestämiseen liittyviin kustannuksiin saadaan rahoitusta myös suoraan Saksasta. Ei ole ollenkaan tavanomaista, että rahoitusta saadaan tässä määrin ulkomaisesta tutkimuskeskuksesta.

Tämän kevään mittauskampanjaan saatiin rahoitusta myös muun muassa Suomen Akatemiasta ja EU:lta. Neljä viikkoa kestänyt päästöjen mittauskampanja on osa laajan eurooppalaisen tutkimuskonsortion yhteishanketta. Itä-Suomen yliopisto on ollut vuodesta 2012 lähtien mukana HICE- tutkimuskeskuksessa (Helmholtz Virtual Institute of Complex Molecular Systems in Environmental Health), joka tutkii ihmisen aiheuttamien päästöjen ominaisuuksia ja niiden aiheuttamia vaikutuksia ilmastoon ja ihmisten terveyteen.

– Mittauskampanjan erityisenä fokuksena oli tutkia, kuinka savupiipuista nousevat savukaasut muuttuvat ikääntymisen myötä, kuvaili professori, Dr. Ralf Zimmermann Helmholtz Zentrum Münchenista.

Kuvassa: Ralf Zimmermann.

– Viimeisimmät viisi vuotta tutkimuksemme on keskittynyt pääasiassa suoraan polttoprosesseista mitattuihin päästöihin, kun taas seuraavat viisi vuotta tutkimme lisäksi päästöjen ilmakehämuutunnan ja vuorovaikutuksen merkitystä ilmanlaatuun ja terveysvaikutuksiin. Mittauskampanjassa on ollut meille iso työ, sillä mukana on ollut paljon tutkijoita. Yhteistyö on kuitenkin hyvää, ja olemme saaneet täältä Itä-Suomen yliopistosta paljon tukea.  Nuoret tutkijamme ovat erittäin motivoituneita, hän sanoo.

–  Tulevaisuudessa lisäämme mahdollisesti yhteistyötä täällä muidenkin laboratorioiden kanssa. Savukaasuihin liittyvät ongelmat ovat globaaleja, joten yhteistyötä pitäisi kehittää entisestään.

 

Tuore savu on erilaista kuin ikääntynyt savu

Mittauskampanjassa tutkittiin ruskohiilen poltosta syntyviä savukaasuja sekä niiden ikääntymistä auringonvalossa. Tuore savu on erilaista kuin ikääntynyt savu; savukaasun koostumus ja ominaisuudet muuttuvat ajan myötä ilmakehässä. Laboratoriossa valokemiallista muutuntaa simuloidaan laimentamalla päästö ja altistamalla se muun muassa otsonille ja UV- valolle, jolloin käynnistyy ulkoilmassa tapahtuvia hapetusreaktioita.

Päästöjen ikääntymistä simuloitiin 29 kuution muutuntakammiossa, joka kuuluu eurooppalaiseen ilmakehämuutunnan tutkimusinfrastruktuurien yhteenliittymään (Eurochamp 2020). Lisäksi päästöjen ikääntymistä tutkittiin apulaisprofessori Olli Sippulan vetämässä Suomen Akatemian rahoittamassa hankkeessa kehitetyllä uudella laitteella, joka simuloi nopeutetusti ulkoilmassa tapahtuvaa valokemiallista muutuntaa.

– Pyrimme tekemään ikääntymislaitteemme mobiilin version, jonka voisi viedä vaikkapa laivan tai lentokoneen moottorin viereen päästöjä mittaamaan, kuvaili Jokiniemi.

– Haemme parhaillaan rahoitusta, että pääsemme hyödyntämään laitetta jatkossa muissakin kansainvälisissä yhteistutkimuksissa sekä todenmukaisissa oloissa eli ulkoilmassa, jossa olosuhteita ei voi optimoida.

Sippulan mukaan liikenteen päästöjen osalta muun muassa moottoreissa käytetty tekniikka ja jälkikäsittelytekniikat vaikuttavat savukaasujen ominaisuuksiin.  Jatkossa täytyisi selvittää vielä tarkemmin miten kemialliset ja fysikaaliset tekijät vaikuttavat toksisuuteen.

– Tietyt yhdisteet voivat vaikuttaa sekä ihmisen terveyteen että ilmastonmuutokseen, kuten poltossa syntyvä musta hiili. Tällä on vaikutusta esimerkiksi arktisilla alueilla, koska puun pienpolttolaitteista vapautuu paljon mustia hiilihiukkasia, mikä lämmittää ilmastoa ja huonontaa ilman laatua, kertoo Jokiniemi.

 

Uusi solualtistuslaite soveltuu hyvin terveysvaikutusten tutkimiseen

Päästöjen vaikutuksia terveyteen tutkitaan solu- ja eläinkokein professori Maija-Riitta Hirvosen vetämässä Inhalaatiotoksikologian tutkimusryhmässä.

Tutkijoilla on käytössään uusi solualtistusjärjestelmä, jossa ihmisen keuhkosolut kasvavat muovikupeissa puoliksi ilmassa, ja niiden päälle ohjataan aerosoleja.

–  Solualtistuslaitteen sisällä ilma virtaa tasaisesti, ja altistuksen jälkeen solujen annetaan palautua vuorokauden ajan, kertoo nuorempi tutkija Tuukka Ihantola.

–  Sitten solut värjätään ja tutkitaan, onko niissä esimerkiksi happiradikaaleja. Solujen altistuksessa hyödynnetään termoforeesia eli lämpötilaeroon perustuvaan voimaa, joka ajaa hiukkaset soluun.

–  Tutkimme muun muassa solukuolemaa ja genotoksisuutta. Käynnissä oleva akatemiatutkijaprojektini on nyt puolessa välissä, ja voidaan jo todeta, että rakentamamme solualtistuslaite soveltuu hyvin suunniteltuun päästötutkimukseen, sanoo akatemiatutkija Pasi Jalava.

–  Erilaisilla päästöillä on erilaisia vaikutuksia, joita pystytään osittain selittämään solumalleilla. Toksikologisilla kokeilla tutkitaan päästöjen vaikutuksia sairauksien syntyyn, esimerkiksi sydän- ja hengityssairauksiin. Näyttöä on myös keskushermostoon kohdistuvista vaikutuksista. Olemme jo hakeneet rahoitusta yhdessä AIVIn tutkijoiden kanssa ilmasaasteiden neurotoksisten vaikutusten tutkimukseen.

Kuvassa: Pasi Jalava.

Teksti: Marianne Mustonen
Kuvat: Raija Törrönen

ILMARI-laboratorio (www.uef.fi/ilmari)

Pienhiukkas- ja aerosolitekniikan laboratorio http://www.uef.fi/fin

Intola - Inhalaatiotoksikologian laboratorio https://www.uef.fi/fi/web/intola

HICE, Helmholtz virtual Institute of Complex Molecular Systems in Environmental Health, www.hice-vi.eu

Eurochamp -hanke https://www.eurochamp.org