Musta hiili -hiukkaset eli ilmassa leijuva noki on erittäin haitallinen ilmansaaste. Odotettavissa onkin, että sen päästöille teollisuudessa asetetaan rajoituksia ja sen määrää ryhdytään tarkkailemaan kaupungeissa laajamittaisesti.
Helsingin yliopiston tutkijat kehittävät SootSense-projektissa laitetta, jolla mustan hiilen pitoisuuksia pystytään mittaamaan nykyistä tarkemmin. Keksinnöstä on apua sääntelyn lisääntyessä.
– Ilmansaasteille asetettavat raja-arvot ovat hyödyttömiä, jos emme pysty mittaamaan, minkälaisia pitoisuudet ovat, toteaa tutkimusryhmän johtaja, professori Markku Vainio.
Musta hiili lämmittää ilmastoa ja tuottaa terveyshaittoja. Maailman terveysjärjestö WHO:n mukaan ilmansaasteet kaikkinensa aiheuttavat vuodessa noin 7 miljoonaa kuolemaa, ja mustan hiilen osuus tästä on merkittävä, arvioi SootSense-tiimin kaupallistamisasiantuntija, tekniikan tohtori Tommi Mikkonen.
– Jos ajatellaan terveys- ja ilmastovaikutuksia kokonaisuutena, mustan hiilen voi perustellusti sanoa olevan vaarallisin ilmansaaste maailmassa.
Tällä hetkellä mustaa hiiltä mitataan vanhalla tekniikalla, jossa ilmavirta kuljetetaan hiukkassuodattimen läpi. Menetelmä ei Mikkosen mukaan ole luotettava. Laitteet ovat myös suuria ja vaativat huoltoa. SootSense-tiimin kehittämä, valoon perustuva teknologia ratkaisee nämä ongelmat.
– Laserin avulla nokihiukkaset ja niitä ympäröivä ilma saadaan muodostamaan ääntä, jota mitataan mikrofonilla, Mikkonen kuvailee keksinnön toimintaa.
Innovaatio on syntynyt Helsingin yliopiston kemian osastolla. Siellä laserspektroskopian tutkimusryhmä on kehittänyt jo pitkään ilman kaasumaisille epäpuhtauksille ultraherkkiä analyysimenetelmiä.
– Muutama vuosi sitten kiinnostuimme kokeilemaan, toimisivatko nämä samat menetelmät mustan hiilen mittaamiseen, Vainio kertoo.
Hänen mukaansa jo ensimmäisen pilotin lopputulos oli lupaava: menetelmällä saatiin parempia tuloksia kuin millään muulla tekniikalla siihen asti. Vuoden 2023 alussa fyysikoista ja kemisteistä koostuva tiimi sai kaksivuotisen Business Finlandin Research to Business -rahoituksen keksintönsä kaupallistamisen valmistelua varten.
SootSense-tiimi uskoo, että innovaatiolle on kysyntää. Kaliforniassa on jo voimassa laki ilmanlaadun tarkkailemiseksi öljynjalostamoiden lähellä, ja Mikkosen mukaan osassa osavaltiota vaatimuksena on myös mustan hiilen pitoisuuksien mittaaminen.
– On hyvin odotettavaa, että nämä rajoitukset leviävät sekä maantieteellisesti että eri teollisuudenaloille.
SootSensen asiakkaita voisivatkin olla isot yritykset Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa. Ensiksi asiakkaita etsitään kuitenkin julkiselta sektorilta – esimerkiksi mittausverkkoja rakentavista tutkimusorganisaatioista. Mikkosen mukaan markkina kehittyy hiljalleen ja sääntelyn levitessä eri teollisuudenaloille kaupallinen potentiaali kasvaisi merkittävästi.
– Itse ongelman kustannukset ovat vuosittain satoja miljardeja, ja tähän on nyt havahduttu.
SootSensen teknologialla mustaan hiileen liittyviä ilmiöitä pystytään ymmärtämään paremmin, mikä auttaa kohdistamaan rajoitukset oikein. Teknologiaa voitaisiin hyödyntää myös ilmanlaadun tarkkailuun esimerkiksi maastopalojen yhteydessä.
SootSense-tiimillä on patenttihakemus vireillä, ja teknologia toimii erinomaisesti laboratorio-olosuhteissa. Nyt tavoite on viedä sama suorituskyky kaupalliseen laitteeseen. Research to Business -rahoituksella tiimi jatkaa vuoden 2024 loppuun asti mittausmenetelmän kehittämistä ja tekee markkinatutkimusta.
Tärkeä kumppani innovaation hiomisessa on Suomen Ilmatieteen laitos. Teknologian validoimiseksi tiimi tekee yhteistyötä myös muiden, uusia mittausteknologioita kehittävien tahojen kanssa. Vainion mukaan SootSensen etuna on paitsi tarkkuus myös pieni koko. Lisäksi laite on mahdollisesti kilpailijoita edullisempi.
– Jos mittausasemia pitäisi olla yhdessä kaupungissa useita, niin hinta on tärkeä, Vainio kiteyttää.
Noki eli musta hiili lämmittää ilmastoa ja aiheuttaa ihmisille ennenaikaisia kuolemia. Siksi sen päästöjä on ryhdytty rajoittamaan. Nykyiset markkinoilla olevat mustan hiilen mittauslaitteet eivät kuitenkaan ole kovin tarkkoja. Ne ovat myös kalliita, kookkaita ja vaativat huoltoa.
SootSense on kehittänyt teknologian, jolla mustan hiilen pieniäkin pitoisuuksia pystytään mittaamaan tarkasti. Laite on kooltaan pieni, potentiaalisesti edullinen ja toimii automaattisesti. Uusi teknologia auttaa ymmärtämään mustaan hiileen liittyviä ilmiöitä tarkemmin ja kohdentamaan rajoitukset oikein.
SootSensen laitetta voisivat hyödyntää ensin ilmanlaatua mittaavat tutkimuslaitokset eri puolilla maailmaa. Sen jälkeen asiakkaita voisivat olla Pohjois-Amerikassa ja Euroopassa toimivat teollisuudenalat, joilla mustan hiilen päästöjä rajoitetaan. Liiketoimintamalli hahmottuu kaupallistamishankkeen aikana.
SootSense etsii kumppaneiksi innovaation testaamiseen kaupunkeja ja tutkimuslaitoksia, jotka mittaavat ilmanlaatua. Tiimi aloittaa mielellään keskustelut myös sijoittajien kanssa.
SootSense-hankkeen vastuullinen johtaja
professori Markku Vainio
markku.vainio@helsinki.fi
Kaupallistamisen asiantuntija
tutkijatohtori Tommi Mikkonen
tommi.g.mikkonen@helsinki.fi