IdealAQ – uusi laite havaitsee ilmassa leijuvia hyvin pieniä hiukkasia

Tutkijaryhmän kehittämä laite täyttää ultrapienten hiukkasten mittaamiselle asetetut tekniset standardit, ja laitteen valmistaminen ja ylläpitäminen on aiempaa edullisempaa ja helpompaa, koska se on rakenteeltaan yksinkertainen. Koska uusi laite kuluttaa 2–10 kertaa vähemmän nestettä kuin nykyiset laitteet, nestettä on lisättävä vain puolivuosittain, ei kahden viikon välein.

Ultrapienet hiukkaset voivat aiheuttaa ihmiselle erilaisia terveysongelmia, jos ne pääsevät verenkiertoon keuhkojen kautta. Maailman terveysjärjestö WHO on ilmaissut huolensa hiukkasten aiheuttamista terveysongelmista, mutta toistaiseksi ei ole tehty tarpeeksi mittauksia – eikä laajamittaista seurantaa – turvallisten hiukkaspitoisuuksien määrittämiseksi.

Uutta sääntelyä on kuitenkin tulossa. Euroopan komissio on näet päättänyt varmistaa, että tietoa on riittävästi saatavilla paikoissa, joissa ultrapienten hiukkasten suuret pitoisuudet ovat oletettavasti korkeita, kuten lentoasemien, satamien ja teiden varsilla tai teollisuusalueilla ja lämmityksestä johtuen kotitalouksien lähistöllä.

– EU:n ehdotus ultrapienten hiukkasten seurannasta osana ilmansaasteiden seurantaa on erittäin tervetullut. Päätöksentekijät tarvitsevat hiukkaspitoisuuksia koskevia mittaustietoja raja-arvojen määrittämiseen ja myöhemmin vähennystoimenpiteistä päättämiseen. Tällaista tietoa meiltä tällä hetkellä puuttuu, toteaa hankkeen johtaja Juha Kangasluoma, joka työskentelee yliopistotutkijana Ilmakehätieteiden keskuksessa (INAR).

Ultrapienten hiukkasten seurantaa vaikeuttaa mittausten kalleus, mikä rajoittaa sääntelyn vauhdittamiseksi ja seurannan laajentamiseksi tarvittavien tietojen saatavuutta. Hankkeen tavoitteena on ratkaista ongelma kaupallistamalla ensimmäinen kustannustehokas laite, joka tuottaa tekniset vaatimukset täyttäviä, vertailukelpoisia mittaustuloksia.

Tekninen perusta kehitetty Helsingin yliopiston matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa

Kangasluoman ryhmä valmistelee parhaillaan toisen sukupolven prototyyppisarjaa. Kehitteillä on kustannustehokas yleiseen käyttöön sopiva laitteisto, joka on yhteensopiva esineiden internetin kanssa.

Teknisen ratkaisun perusta ei ole uusi. INARilla, Helsingin yliopiston kemian laitoksella ja Ilmatieteen laitoksella on ollut tarvetta tällaisille mittalaitteille, mikä on mahdollistanut mittauslaitteiston testaamisen.

– Laitteemme rakenne on yksinkertainen, joten sitä voidaan muokata tilanteeseen sopivaksi ja uusien teknisten standardien mukaiseksi, Kangasluoma sanoo.

Testilentoja drooneilla

– Ensimmäiset mittaukset prototyypillä tehtiin asentamalla laite drooniin ja mittaamalla nanohiukkasia ilmakehän alimmissa kerroksissa. Teimme koelentoja drooneilla puolustusvoimien kanssa muutama vuosi sitten ja hiljattain kemian laitoksen professori Marja-Liisa Riekkolan ryhmän kanssa, Kangasluoma kertoo.

– Droonit sopivat erinomaisesti saasteiden kerrostumisen mittaamiseen ilmakehän alimmissa osissa. Uuden prototyypin painopiste on kuitenkin ultrahienojen hiukkasten kiinteässä seurannassa maanpinnan tasolla, koska oletamme, että siellä mittaustarve on suurin, hän jatkaa. Toisen sukupolven prototyypeillä voidaan nyt tehdä kuukausia kestäviä mittauksia ilman että laitetta tarvitsee aktiivisesti ylläpitää.

– Hanke on jälleen yksi esimerkki siitä, miten tutkijoiden uteliaisuus ja vapaa tutkimus ovat johtaneet tekniseen ratkaisuun, jolla on kaupallista potentiaalia uuteen sovellukseen. Alussa kiinnostuksemme kohdistui vain alemman ilmakehän prosesseihin, mutta niiden tutkimiseksi meidän oli kehitettävä riittävän yksinkertainen tekninen ratkaisu droonilentoja varten, Kangasluoma sanoo.

Drooniprototyyppiä kehitetään parhaillaan kiinteäksi seurantalaitteeksi Business Finlandin Research to Business -rahoituksella.

– Viimeisimmät kokeilut on tehty kaupunkiympäristöissä, ensin Helsingissä ja parhaillaan yhtä yksikköä käyttäen Tampereella, Kangasluoma sanoo.

Prototyyppi ja tekninen ratkaisu ovat pian valmiita skaalattaviksi. Seuraavaksi ryhmä aloittaa kokeet ultrapienten hiukkasten mittaamiseksi erilaisissa sisäilmaympäristöissä.

– Sisäilman laatu on yhtä tärkeää kuin ulkoilman, koska ihmiset viettävät suurimman osan ajastaan sisätiloissa, Kangasluoma huomauttaa.

Haussa yhteistyökumppaneita ja sijoittajia

Tutkimusryhmä on työstänyt prototyyppejä laboratoriossa jo muutaman vuoden ajan, ja nyt käynnissä olevalla IdealAQ-hankkeella on rahoitusta vuoden 2024 loppuun saakka.

Kangasluoman luotsaamalla viiden hengen ryhmällä on yli 20 vuoden yhdistetty instrumentointikokemus, jolla on tehty ilmakehätieteen huippututkimusta Helsingin yliopistossa. Ryhmällä on kokemusta myös tekniikan alan kasvuyrityksistä. Tällä hetkellä ryhmä etsii kumppaneita ja sijoittajia sekä kartoittaa spin out -mahdollisuuksia. Tutkimustyö on pääosin tehty ja prototyyppi kehitetty – nyt on tulosten kaupallistamisen vuoro.

Tarvittavien mittausten tekeminen on tällä hetkellä mahdotonta tai se voi olla liian kallista esimerkiksi kaupungeille, viranomaisille, sisäilma-alan toimijoille ja muille puhtaasta ilmasta kiinnostuneille. Mahdollisia kaupallisia asiakkaita ja kumppaneita voivat olla esimerkiksi yritykset, jotka osallistuvat ajoneuvojen päästöjen ja ilmanlaadun seurantaan, kaupunkien viranomaiset ja tulevaisuudessa mahdollisesti jopa kuluttajat.

Koska mittauksille on selvästi niin kiinnostusta kuin kysyntääkin, tavoitteena on saavuttaa paitsi suomalaiset myös eurooppalaiset ja kansainväliset markkinat.