Kantri

Aurinkoenergiaa varastoiva materiaali voisi lämmittää haja-asutusalueet talvella – "Tämä on nimenomaan maaseudun tulevaisuutta!"

Kantri 21.11.2017

Mikäli kehitystyö onnistuu, ksylitolin sukulainen varastoi kotien ja teollisuuden tarpeisiin lämpöä kuin akku sähköä.


Kalle Keskinen
Ari Seppälä (vas.), Olli Vartia, Salla Puupponen ja Konsta Turunen ovat osa Heatstock-tiimiä, joka pyrkii tallettamaan auringon lämpöenergian. Kuvankäsittely: Stiina Hovi

HeatStock-tiimin jäsenet, Aalto-yliopiston energiatekniikan tutkija Ari Seppälä ja väitöskirjaansa viimeistelevä Salla Puupponen, esittelevät keksintöä, joka voi mullistaa talvilämmityksen.

Lämmön säilömisen vaikeus on monelle arjesta tuttu ilmiö. Jos kahden vierekkäisen aineen välillä vallitsee lämpötilaero, se pyrkii tasaantumaan välittömästi.

"Jos kuuma kahvikuppi jätetään pöydälle, se jäähtyy sisäilman lämpötilaan", Puupponen kuvailee.

Riittävällä työllä ja kekseliäisyydellä tätäkin ilmiötä yritetään kiertää. Kollegoineen Seppälä ja Puupponen kehittelevät materiaalia, joka pystyy varastoimaan lämpöenergiaa pitkiä aikoja ilman mainittavaa hävikkiä.

"Tätä on tosi hankala selittää", tiimiä vetävä Seppälä toteaa keksinnön toimintatavasta.

Keksintö perustuu latenttilämpöön: siis siihen, että jokainen aine varastoi tai vapauttaa lämpöä muuttaessaan olomuotoa.

Esimerkiksi jää sulaa lämmittäessä, jolloin sulaan veteen varastoituu lämpöä. Lämpötilan laskiessa vesi kiteytyy, eli jäätyy, ja samalla vapauttaa varastoimaansa lämpöenergian.

Samat lainalaisuudet pätevät mihin tahansa materiaaliin: lämpöenergiaa voidaan varastoida sulattamalla ja vapauttaa kiteyttämällä.

Puupponen on kehittänyt aiheeseen kymmenen vuotta perehtyneen Seppälän tutkimushankkeessa materiaalin, joka käyttäytyy päinvastoin totutusta.

Aine kiteytyy lämmittäessä ja säilyttää lämpöenergiaa alhaisessa lämpötilassa periaatteessa äärettömästi.

Materiaalin perusraaka-aine on yksinkertainen: ksylitolin kaltainen sokerialkoholi. Siihen lisättävä polymeeri muuttaa materiaalin olomuodonmuutosominaisuuksia.

"Se mekanismi ei ole minulle tai kenellekään ihan päivänselvää", Puupponen myöntää. "Kyllä sen pystyy pääpiirteissään selittämään, mutta se vaatisi aika pitkällisen luennon."

Toimintalogiikkaa selkeämpiä ovat keksinnön käyttömahdollisuudet.

Materiaalia voisi käyttää asuntojen talvilämmittämiseen, teollisuuden hukkalämmön varastointiin ja jopa siirrettävänä apuna katastrofialueille.

Pääasiallinen käyttökohde olisi asuinrakennuksissa, jotka voisivat hyödyntää auringon energiaa. Sen lämmön voi kohdistaa satelliittilautasta muistuttavan aurinkokeräimen polttopisteeseen.

Polttopisteessä lämpenevä öljy kiertäisi kuin patterissa varastotilaan, joka olisi valmistettu Puupposen kehittämästä materiaalista.

"Laskimme, että passiivienergiatalo, jossa on matala energiankulutus, saa puolen vuoden lämmöntarpeen kahdentoista kuution kokoiseen varastoon", Seppälä kertoo.

Toisin sanoen asuintaloon olisi kesällä mahdollista kerätä talven ajan lämpövarasto.

"Kolmen kuution vesivaraaja kestää pari päivää", Seppälä vertailee.

Keksintö on nimenomaan suunnattu yksittäisten asuintalojen tarpeisiin. Kaupungeissa lähellä toisiaan sijaitsevat rakennukset on helppo kytkeä kaukolämmön piiriin.

"Tämä on kilpailukykyisempi ratkaisu alueilla, joissa on hankala rakentaa kattavaa verkkoa, esimerkiksi yksittäisten talojen välillä maaseudulla", Puupponen kuvailee.

"Tämä on nimenomaan maaseudun tulevaisuutta", Seppälä hihkaisee.

Keksintö edistäisi siis asuinkiinteistöjen omavaraisuutta sekä tukisi uusiutuvien energiamuotojen käyttöönottoa. Teollisuudessa se voisi parantaa energiatehokkuutta vähentämällä hukkaenergiaa.

"Tehtaissa laitetaan kesällä suoraan mereen lämmintä vettä, koska lämmitystarpeet ovat alhaiset. Lämmön voisi varastoida ja käyttää talvella", Puupponen sanoo.

Lupaus tuotteelle on suuri. Salla Puupponen kuitenkin toppuuttelee muistuttamalla, että materiaali toimii täydellisesti vasta kymmenien milligrammojen kokoluokassa. Seuraavaksi ilmiö pyritään toistamaan satojen grammojen tai kilojen kokoluokassa.

"Ehkä vielä ei uskalla luvata kaikkea, sillä skaalaus on vasta alkuvaiheessa."

Koska materiaalin toimintamekanismi on uudentyyppinen, on kehitystyön edistymistä vaikea ennustaa. Hanke tarvitsee Ari Seppälän mukaan rahaa ja aikaa joko "ei kovin paljon tai sitten loputtomiin".

Vaikka tuotekehitys onnistuisi, liiketoiminta ei kuulu yliopistotyöhön, vaan tuotteen voi lisensoida alan yrityksille.

"Emmehän me pysty yliopistolla tuottamaan tonneittain jotain tavaraa", Puupponen huomauttaa.

Tiimin etuna on se, että heillä ei ole kilpailijoita. Pitkäaikaista lämpöenergian varastointia pidetään haastavana, eikä sitä juuri tutkita.

Kysymys on nimenomaan suomalaisesta innovaatiosta, joka vastaisi suomalaisille olennaisiin tarpeisiin.

"Tietenkin tämä on hyödyllisintä pohjoisessa, missä on isot lämpötilavaihtelut vuoden aikana. Jossain päiväntasaajan lähellä tätä ei tarvita samalla tavalla asuntojen lämmitykseen", Puupponen arvioi.

HeatStock on yksi Helsinki Challenge -tiedekilpailun seitsemästä finalistista. Marraskuun Kantri esitteli, miten finalisteista kolme mullistaisi maailmaa. Kilpailun voittaja selviää 24.11.

Lue lisää:

Henkinen äitiyspakkaus tukee vanhempien jaksamista – "Vanhemmat ovat aiempaa enemmän yksin"

Oululaisbiologit haluavat tulostaa munuaisen, mikä mullistaisi lääkehoidon

Aiheeseen liittyvät artikkelit