Takaisin

Kolmen laboratorion kokonaisuus vahvistaa aerosoli- ja pienhiukkastutkimusta

Pienhiukkas- ja aerosolitekniikan tutkimusyksikön FunktioMat-, SIMO- ja ILMARI-laboratorioissa vietettiin avoimien ovien päivää Eurooppa -päivänä Kuopiossa. Kolmessa laboratoriossa voidaan nyt tuottaa toiminnallisia materiaaleja teollisuuden käyttöön ja tutkia eri tavoin pienhiukkaspäästöjä.

Uuteen FunktioMat-laboratorioon on juuri saatu valmiiksi liekkisumupyrolyysilaitteisto, jolla voidaan tuottaa teollisuuden tarpeisiin isoja määriä esimerkiksi nanokokoluokan metallioksideja. Aikaisemmin yhden kilon tuottamiseen olisi mennyt yhdeltä tutkijalta vuodenkin verran aikaa, mutta nyt tämä onnistuu erittäin nopeasti.

- Metallioksideja saadaan tuotettua liekkisumupyrolyysillä yksi kilo tunnissa, ja toisella spray-pyrolyysilaitteistolla noin 700 grammaa tunnissa, sanoi juuri akatemiatutkijan rahoituksen saanut Anna Lähde.

Kuvassa: Anna Lähde esittelee liekkisumupyrolyysilaitteistoa.

Tuotetut hiukkaset ovat nanokokoluokkaa, yhdessä grammassa niitä voi olla sen verran, että ne kattavat laajuudeltaan jalkapallokentän verran pinta-alaa. Tämä tarkoittaa esimerkiksi vedenpuhdistuksessa tai energian varastoinnissa paljon aktiivista pinta-alaa.

Liekkisumupyrolyysissä lähtöaine kuumennetaan millisekunneissa hyvin kuumaksi. Liuotin ja orgaaniset yhdisteet palavat liekissä hiilidioksidiksi ja vedeksi. Lähtöaineessa olleet metallit puolestaan hapettuvat ja muodostavat nanohiukkasia, jotka nousevat kantokaasun mukana ylöspäin kerääntyen isoon suodattimeen. Sieltä ne kerätään talteen asiakkaalle.

- Lähtöaine voi olla mitä tahansa, esimerkiksi organometallia, kunhan se syttyy ja palaa liekissä. Vesi ei siis tähän menetelmään sovi lähtöaineeksi, mutta vesiliuoksista voidaan hiukkasia tuottaa sitten pelkällä sumupyrolyysillä. Vielä nyt suodattimet tyhjennetään käsin, mutta tämäkin osa prosessia tullaan jatkossa automatisoimaan, kuvaili Lähde.

FunktioMat -laboratoriossa on käytössä lisäksi induktiouuni, jolla voidaan myös tuottaa teollisuuden käyttöön hiilen nanorakenteita, kuten grafeenia. Yksi ajo kestää noin tunnin, jonka aikana saadaan tuotettua pari grammaa grafeenia.

Induktiouuni toimii samalla tavalla kuin tavallinenkin induktiouuni, mutta sen sisällä lämpötila on prosessin aikana yhdessä kohdassa jopa 2600 celsiusastetta. Kun pii poistuu lähtöaineesta, saadaan syntymään grafeenia, jota voidaan käyttää esimerkiksi energian keräämisessä, johtavissa musteissa, ohutkalvoissa ja jätevesien puhdistuksessa.

- Meidän etunamme on se, että seinän takana olevassa Savonia-ammattikorkeakoulun Vesilaboratoriossa näytteemme voidaan testata samalla kertaa, totesi Lähde.

 

Siirrettävässä SIMO-kontissa tutkitaan tulisijojen ja kiukaiden päästöjä

Uutta pienhiukkasten tutkimustapaa edusti yliopiston pihalla seisova SIMO-kontti, pienpolttosimulaattori, jossa voidaan simuloida tulisijallista omakotitaloa. Toiseen vastaavaan konttiin taas on rakennettu sauna, ja siellä voidaan tutkia erilaisia puulämmitteisiä kiukaita. Molemmat tutkimuskontit ovat siirreltäviä, niitä voidaan hyödyntää esimerkiksi messuilla tai vuokrata asiakkaalle mittauskäyttöön.

- Konteissa voidaan tutkia uusia nollaenergiataloja ja vanhempiakin asuintaloja, muun muassa ilmanvaihtoa säätämällä, kertoi tutkijatohtori Heikki Lamberg.

- Käytännössä asiakas voi tuoda konttiin haluamansa tulisijan, vaikka pienen vuolukivitakan – lattia kestää kyllä. Yhdistämme takan piippuun ja mittauslaitteistoihin. Voimme tutkia täällä tulisijan päästöjä ja ilmanlaatua, esimerkiksi sitä, kuinka tulisijan palamista voisi tehostaa ohjausjärjestelmän avulla.

Kuvassa: SIMO-kontti on kohta valmis koekäyttöön. Kuvassa Heikki Lamberg.

Putkistossa sijaitsevat näytteenottimet, ja mittaustilanteessa näytteen pitoisuutta laimennetaan ja sen lämpötilaa lasketaan.

Kontin mittausjärjestelmän rakentaminen on Savonia-ammattikorkeakoulun vastuulla, ja laitteiston avulla lopullisia tuloksia mittauksista tullaan saamaan reaaliaikaisesti.

- Kontissa on oma aggregaatti ja paineilmajärjestelmä, eli sitä voidaan siirrellä minne vain, sanoi Lamberg.

- Tulevaisuudessa tavoitteena on ilmastointitekniikan ja talotekniikan parantaminen niin, että tulisijan tuloilmaa saataisiin optimoitua paremmin. Näin saisimme päästöjä vähennettyä. Lämmityskattiloiden lisäksi pientulisijojakin saataisiin paremmin automatisoitua.

 

Savukaasuja voidaan puhdistaa pienhiukkasista

Aivan vieressä sijaitsee myös ILMARI-laboratorio, jossa on tehty tutkimusta jo lähes 20 vuoden ajan. ILMARIssa tutkitaan hyvin monipuolisesti savukaasujen terveys- ja ilmastovaikutuksia.

Parhaillaan on menossa Pyreus-hanke, jossa selvitetään erilaisia savukaasujen puhdistusratkaisuja.

- Tutkimme pyrolyysiöljyn käyttöä ja savukaasupäästöjä, meillä on parhaillaan menossa puhdistusjärjestelmän pilotti, kertoi tutkimuspäällikkö Olli Sippula.

Kuvassa: Savukaasupesuri on kehitetty ILMARIssa. Kuvassa Olli Sippula.

- Tätä ratkaisua on kehitetty nimenomaan pienikokoisille kattilajärjestelmille, joissa ei vielä ole käytössä tehokasta savukaasupuhdistusta. Nykyään poltetaan paljon märkää biomassaa, jolloin veden höyrystymiseen kuluu paljon energiaa.  Savukaasupesurissa vesi kondensoituu, minkä avulla voidaan tehokkaasti poistaa pienhiukkasia samalla kun nostetaan lämmöntuotannon hyötysuhdetta.

Sippulan mukaan EU:sta on tulossa huomattavia tiukennuksia savukaasupäästöihin, ja siksi juuri nyt tarvitaan edullisia, kustannustehokkaita ratkaisuja tähän.

Kotona savukaasujen ja päästöjen hallinta onkin jo sitten vaikeampaa.

- Pienpoltossa käytetään laajaa polttoainevalikoimaa. Poltettava aine voi olla kosteaa, käyttötapa erilaista ja polttotekniikat hankalasti hallittavia, sanoi yliopistotutkija Jarkko Tissari.

Kuvassa: ILMARIssa tutkitaan myös pientulisijojen päästöjä. Kuvassa Jarkko Tissari.

Teksti: Marianne Mustonen
Kuvat: Tuija Hyttinen