LUT School of Energy Systems

Uusiutuvaa, hajautettua energian tuotantoa rakennetaan kiihtyvällä tahdilla. Esimerkiksi liikenne sähköistyy kovaa vauhtia. Uusia ratkaisuja kehitettäessä on otettava huomioon muun muassa valintojen kestävyys, sähkön toimitusvarmuus, varastointi ja digitalisaation tarjoamat mahdollisuudet.

Uusia hiilineutraaleja ratkaisuja tarvitaan kaikilla yhteiskunnan osa-alueilla, kuten esimerkiksi teollisuudessa, maataloudessa ja liikenteessä. Yksi avainteknologia, joka voi auttaa ratkaisemaan vaikkapa teollisuuden ja liikenteen isot hiilidioksidiongelmat, on power-to-x-teknologia [P2X].

P2X on teknologia, jonka perusajatuksena on muuttaa sähköä toiseen energiamuotoon: kaasuksi, nesteeksi tai tarvittaessa takaisin sähköksi. Myös muut lopputuotokset, kuten kemikaalit, ovat mahdollisia. P2X-teknologioissa hyödynnetään uusiutuvilla energialähteillä tuotettua sähköä vedyn tuottamiseen. Hiilidioksidi kerätään ilmasta tai teollisuuden päästöistä. Näin saatua hiiltä voidaan yhdistää esimerkiksi vetyyn. Mahdollista on myös tuottaa ammoniakkia vedystä ja typestä. P2X ja vetytalous luovat ratkaisuja vähähiilisyyteen ja pitkäaikaiseen energian varastointiin.

"Suomessa on vahvoja teknologiayrityksiä, jotka toimivat laajasti kansainvälisillä markkinoilla. Alalla on huikea teknologia- ja järjestelmäratkaisujen vientipotentiaali", toteaa professori Jarmo Partanen

Hiilineutraaliustavoitteeseen pääseminen vaatii tekoja: muutoksia yritysten ja kuluttajien toiminnassa. Suomella on hyvät lähtökohdat rakentaa kestävää energiamarkkinoiden muutosta; meillä on ratkaisuja, tilaa ja resursseja.

Muutos näkyy laajasti yhteiskunnassa. Se vaikuttaa ihmisiin, elinympäristöömme, elinkeinoelämään ja teollisuuteen. Aktiiviset kuluttajat voivat tuottaa energiaa, ja tämä muutos synnyttää liiketoimintaa esimerkiksi palveluina ja vaatii liiketoimintamallien uudelleenarviointia. Samaan aikaan yritykset ja tutkimuslaitokset kehittävät älykkäitä teknologisia ratkaisuja, jotka vievät meidät kohti tavoitettamme.

Suomella on kunnianhimoiset hiilineutraalisuustavoitteet ja erinomainen valmius toteuttaa ne siten, että päästövähennysten ohella synnytetään merkittävästi uutta vientiliiketoimintaa. Meillä on edistykselliset sähkömarkkinat ja energiainfrastruktuuri sekä vahvaa energia- ja ICT-osaamista, joilla käännämme haasteet ratkaisuiksi.

Suomi on maailman johtavia maita esimerkiksi etäluettavien sähkömittareiden käytössä. Tämä luo erinomaiset lähtökohdat kysyntäjoustolle ja uusille datapohjaisille palveluille, jotka kasvattavat kuluttajien ja prosumereiden (tuottaja-kuluttajien) osallistumismahdollisuuksia sähkömarkkinoilla. Lisäksi sektori-integraatio luo aivan uudenlaisia mahdollisuuksia, kun sähköä käytetään raaka-aineena esimerkiksi polttoaineen tai ruuan valmistuksessa.

Taistelussa ilmastonmuutosta vastaan energiantuotannon pitää kehittyä entistäkin ympäristöystävällisemmäksi. Siirtyminen maailmanlaajuisesti kestäviin energiajärjestelmiin uusiutuvien energialähteiden avulla voi hillitä lukuisia ihmiskuntaan kohdistuvia uhkia: kasvihuonepäästöjä, ihmisen aiheuttamia ilmastopoikkeamia ja maapallon kriittisten kynnysarvojen ylittämistä.

LUT School of Energy Systems -tiedekunnan tutkimusryhmät lähestyvät tätä teemaa ratkaisukeskeisesti useasta eri näkökulmasta. Tutkimusteemoja ovat muun muassa:

• uudet energianmuuntoprosessit
• täysin uudet energiajärjestelmät, jotka perustuvat tuuli- ja aurinkoenergiaan
• bioenergian rooli ilmastonmuutoksen hillinnässä
• yhdyskuntajätteiden kierrätys ja hyödyntäminen
• power-to-x-teknologiaan (P2X) perustuva hiilineutraalien liikennepolttoaineiden tuottaminen

2000-luvun energiamurros avaa uusia sovellusalueita sähkömekaanisille energianmuunnosjärjestelmille. Suurnopeuskoneet yleistyvät ajovoimansiirrossa sekä kompressori- ja turbogeneraattorikäytöissä. EU:n puhtaan vetytalouden vision toteuttamiseen tarvitaan uutta tekniikkaa. Sen on tarjottava joustavuutta, jotta voidaan luoda kytkentöjä eri sektoreiden välille sähköistämistä ja hiilestä irtautumista varten. Sitä tarvitaan Power-to-X-teknologioissa, vedyn varastoinnissa sekä kuljetusjärjestelmien nopeasti kehittyvässä sähköistämisessä, ilmailu mukaan lukien.

Suurnopeustekniikka tarjoaa käyttökelpoisia ratkaisuja tuleviin energianmuuntotarpeisiin ja tekee järjestelmistä kompakteja, tehokkaita ja luotettavia. LUT kehittää uutta suurnopeustekniikkaa edellä mainittuihin käyttötarkoituksiin tavoitteenaan johtava asema energiamurroksen uusien tekniikoiden kehittäjänä.

Esineiden internet (IoT) tarkoittaa laitteiden kykyä lähettää ja vastaanottaa tietoa tietoverkon välityksellä. Esineiden internetissä fyysiset laitteet, niihin liittyvät ominaisuudet ja tietokonemallit sulautuvat kyberfyysiseksi järjestelmäksi. Tällaisia järjestelmiä voi hyödyntää tuotteiden asiakaskohtaisessa räätälöinnissä, ennustavassa kunnossapidossa ja prosessien valvonnassa.

IoT tuo joustavuutta ja kustannus- ja energiatehokkuutta tutkimukseen, tuotekehitykseen ja loppukäyttäjien prosesseihin. IoT:n avulla innovaatioita pystytään hyödyntämään entistä nopeammin ja tehokkaammin huomioiden myös kestävän kehityksen tarpeet.

Tuoteprosessien (suunnittelu, valmistus, käyttö ja kierrätys) voidaan tuoda uudelle tasolle hyödyntämällä simulointia, koska sen avulla useat asiakkaat ja yrityksen toimijat voivat osallistua tuotteiden suunnitteluun ja valmistukseen ja siten parantaa tuotteiden elinkaariprosesseja.

LES-tutkimustiimi keskittyy laajaan valikoimaan sovelluksia, jotka kattavat muun muassa

• dataan perustuvan palveluliiketoiminnan
• energiajärjestelmien hallinnan
• ohjelmistopohjaiset tuoteräätälöinnit
• drooniparvet
• vianmäärityksen laitteissa ja teollisissa prosesseissa
• ennakoivan kunnossapidon

Lisäksi tutkimme IoT:n ja teollisuuden informatiikan keskeisiä mahdollistavia tekniikoita, kuten

• nykyaikaisia langattomia viestintäjärjestelmiä
• reunapilviverkkoarkkitehtuureita (edge cloud)
• tapahtumapohjaista tiedonkeruuta
• huippuluokan tilastollisia oppimismenetelmiä

Kestävät toimintatavat, valmistusmenetelmät ja informaation prosessointi ovat konetekniikan keskiössä. Suomessa on perinteisesti totuttu tekemään korkean teknologian tuotteita, joita räätälöidään asiakkaiden tarpeisiin, sekä valmistamaan korkeatasoisia materiaaleja, joiden raaka-aineet ovat korkealuokkaisia ja hyvin jäljitettäviä sekä ominaisuuksiltaan erinomaisia. Näin pystytään tuottamaan laadukkaita ja kestäviä vientituotteita.

Pitkälle viety virtuaalinen suunnittelu mahdollistaa eri suunnitteluratkaisuiden arvioinnin ilman että niistä tarvitsee rakentaa fyysistä prototyyppiä. Lisäksi valmistuksessa on tärkeää huomioida koko valmistusketju ja käytettävät energiavirrat, jotta tuotteita voidaan valmistaa kestävästi. LUTin konetekniikan osastolla kehitettyjä ratkaisuja voidaan hyödyntää suunnittelu-, valmistus- ja prosessointivaiheissa.