Tampereen yliopisto

Väitös: Puhtaampaa ja tehokkaampaa bioenergiaa kehittyneillä laskentamalleilla

Jaa

Bioenergia on merkittävin uusiutuvan energian muoto Suomessa ja sen rooli ilmastonmuutoksen torjunnassa ja vihreässä siirtymässä on tärkeä globaalistikin. Bioenergiaa tarvitaan esimerkiksi tuuli- ja aurinkosähkön säätövoimana, kaukolämmön tuotannossa sekä teollisuuden korkean lämpötilan prosesseissa, joissa sähköistäminen on haastavaa. DI Niko Niemelä kehitti väitöstutkimuksessaan mallinnusmenetelmiä puhtaampien ja tehokkaampien bioenergialaitosten suunnitteluun.

Niko Niemelä. Kuva: Tampereen yliopisto
Niko Niemelä. Kuva: Tampereen yliopisto

Tuuli- ja aurinkosähköstä puhutaan syystäkin paljon, sillä niiden merkitys energiantuotannossa kasvaa erittäin nopeasti. Energiantuotanto on kuitenkin monimutkainen kokonaisuus eikä mikään yksittäinen tuotantomuoto kykene ratkaisemaan kaikkia vihreän siirtymän haasteita.

– Bioenergia on yksi osa kokonaisuutta ja se on avainasemassa tasapainottavana tekijänä, kun teollisuus, liikenne, kotitaloudet ja energiantuotanto muodostavat voimakkaasti toisiinsa kytkeytyneen energiajärjestelmän, Niko Niemelä muistuttaa.

Niemelän mukaan tarvitsemme tuulivoiman lisäksi myös lämpöä ja säätövoimaa. Biomassaa kestävästi hyödyntävillä polttolaitoksilla on tässä tärkeä rooli.

– Väitöskirjassani tutkittu biomassan pölypolttoteknologia soveltuu hyvin nopeavasteiseen energiajärjestelmään, sillä laitokset ovat nopeasti käynnistettävissä silloin kun sähköä tai lämpöä tarvitaan, hän jatkaa.

Simulointi auttaa vähentämään päästöjä ja tuhkaongelmia

Biopohjaisia raaka-aineita, kuten puuta, tarvitaan ensisijaisesti muihin käyttötarkoituksiin kuin energiantuotantoon: niitä käytetään esimerkiksi korkeamman jalostusasteen tuotteiksi, rakentamiseen tai vaikkapa muovien korvaajaksi. Energiantuotantoon päätyvät biojakeet tulevat olemaan enenevissä määrin sivuvirtoja mm. teollisuudesta ja maa- ja metsätaloudesta. Tällaisia sivujakeita ovat esimerkiksi puun kuori ja olki.

– Sivujakeet ovat suuren tuhkapitoisuutensa vuoksi haastavia polttolaitosten kannalta. Tuhka aiheuttaa kattiloissa ongelmia, sillä se takertuu niiden seinämiin ja syövyttää metallirakenteita. Sivujakeiden poltosta muodostuu yleensä myös enemmän typpioksidipäästöjä, sekä erilaisia pienhiukkasia kuten sulfaatteja ja nokea. Kaasumaisten ja hiukkasmaisten päästöjen minimointi on polttolaitosten suunnittelun olennainen tavoite, Niemelä kertoo.

Niemelä pitää väitöstutkimuksessaan tärkeimpänä kehittämiään mallinnusmenetelmiä, sillä niiden avulla voidaan hyödyntää myös huonolaatuisempia biojakeita energiantuotannossa ja vähentää kattiloissa syntyviä päästöjä. Mallien avulla voidaan simuloida biopolttoaineen palamisprosessia, tuhkan ja pienhiukkasten käyttäytymistä, kaasumaisten ja nokipäästöjen muodostumista, sekä voimalaitoskattiloiden lämmönsiirtoa.

– Simuloinnit ovat äärimmäisen monimutkaisia kokonaisuuksia, sillä niissä mallinnetaan yhtäaikaisesti turbulenttia virtausta ja kemiallisia reaktioita. Siksi olikin hämmästyttävää, miten hyvin simulaatiot vastasivat mittauksia, joita teimme työn aikana Münchenin teknillisen yliopiston koereaktorille ja Helen Oy:n kaukolämpökattilalle, Niko Niemelä tiivistää.

Virtauslaskennasta hyötyä monilla tieteenaloilla

Niko Niemelä seuraa tiiviisti avaruus- ja ilmastotieteitä, sillä hänen käyttämäänsä virtauslaskentaa hyödynnetään aktiivisesti näillä aloilla.

– Olin iloisesti yllättynyt, kun viimeisin fysiikan Nobel-palkinto jaettiin Syukuro Manabelle hänen ilmastosimulointeihin liittyvästä tutkimuksestaan. Samat virtausopin lainalaisuudet pätevät kaikkialla, myös voimalaitoskattilan liekissä, maapallon ilmakehässä ja jopa galaksien mittaskaalassa. Tämä on minusta äärimmäisen kiehtovaa! Yritän käyttää monialaisia esimerkkejä omassa opetuksessani mallinnukseen liittyvien kurssien parissa, Niemelä päättää.

Diplomi-insinööri Niko Niemelän energiatekniikan alaan kuuluva väitöskirja Experimental and Modeling Studies of Pulverized Biomass Combustion tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 22.4.2022 klo 12.00 alkaen. Paikkana on Festia-rakennuksen auditorio Pieni Sali 1, Korkeakoulunkatu 8, Tampere. Vastaväittäjinä toimivat professori Markus Broström Uumajan yliopistosta Ruotsista, sekä apulaisprofessori Ville Vuorinen Aalto-yliopistosta. Kustoksena toimii professori Jukka Konttinen tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

Niko Niemelä
niko.niemela@tuni.fi

Kuvat

Niko Niemelä. Kuva: Tampereen yliopisto
Niko Niemelä. Kuva: Tampereen yliopisto
Lataa

Linkit

Tietoja julkaisijasta

Tampereen yliopisto
Tampereen yliopisto
Kalevantie 4
33014 TAMPEREEN YLIOPISTO

p. 0294 5211https://www.tuni.fi

Tampereen yliopisto kytkee yhteen tekniikan, terveyden ja yhteiskunnan tutkimuksen ja koulutuksen. Teemme kumppaniemme kanssa yhteistyötä, joka perustuu vahvuusalueillemme sekä uudenlaisille tieteenalojen yhdistelmille ja niiden soveltamisosaamiselle. Luomme ratkaisuja ilmastonmuutokseen, luontoympäristön turvaamiseen sekä yhteiskuntien hyvinvoinnin ja kestävyyden rakentamiseen. Yliopistossa on 21 000 opiskelijaa ja henkilöstöä lähes 4 000.
Rakennamme yhdessä kestävää maailmaa. 

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Tampereen yliopisto

Tutkijat löysivät yhteyden lapsuuden riskitekijöistä aikuisiän sydän- ja verisuonitauteihin25.5.2022 12:12:50 EEST | Tiedote

Kansainvälinen tutkijaryhmä on löytänyt yhteyden lapsuuden riskitekijöiden ja aikuisiän sydän- ja verisuonitautien ilmenemisen välillä. Keskimäärin 35-vuotisen seurannan perusteella voitiin osoittaa, että lapsuuden riskitekijöistä painoindeksi, seerumin kolesteroli ja triglyseridi, systolinen verenpaine sekä nuoruuden tupakointi vaikuttavat aikuisuuden riskiin saada sepelvaltimotauti, sydäninfarkti tai aivohalvaus tai kuolla sydän- ja verisuonitauteihin.

Väitös: Yksinkertaiset linjaorganisaatiot ja tiukat toimenkuvat estivät 1980-luvulla suomalaisten yleisten kirjastojen kehittämisen24.5.2022 14:00:00 EEST | Tiedote

Usko keskitetyn, systemaattisen suunnittelun voimaan käynnisti sodanjälkeisenä aikana suurten yleisten kirjastojen hallinnon kehittämisen. FL Mikko Laakso osoittaa väitöstutkimuksessaan, että kirjastojen tiukka sitoutuminen Kouluhallituksen malliohjesääntöihin esti paikallisten olosuhteiden huomioon ottamisen. Laakson mukaan Suomen suurissa yleisissä kirjastoissa onnistuttiin kuitenkin kohtalaisen hyvin seuraamaan kirjastojen hallinnon ja johtamisen kansainvälistä kehitystä. Uudet vaikutteet levisivät Suomeen 1940─1980 -luvuilla erityisesti ruotsalaisten ja tanskalaisten kirjastoalan asiantuntijoiden suodattamina.

Väitös: Immunologisten sairauksien ja niihin käytettyjen lääkeaineiden tutkimus voi auttaa löytämään kohdennetumpia hoitoja24.5.2022 10:00:00 EEST | Tiedote

Filosofian maisteri Maaria Palmrothin väitöskirjatutkimuksissa selvitettiin harvinaisen IRF2BP2-mutaation aiheuttaman immunologisen sairauden tautimekanismeja sekä tutkittiin autoimmuunisairauksien ja verisyöpien hoidossa käytettyjen lääkkeiden, JAK-estäjien, ominaisuuksia. Immunologisten sairauksien ja niiden hoitoon käytettyjen lääkkeiden molekyylitason tuntemus voi tulevaisuudessa mahdollistaa kohdennetumpien hoitojen löytymisen potilaille.

Taloustieteen väitös: Ruotsin politiikka lisännyt eriarvoisuutta23.5.2022 11:18:30 EEST | Tiedote

Voi vaikuttaa paradoksaaliselta, miten Pohjoismaat ovat yhdistäneet tasa-arvon ja korkean verotuksen kilpailukykyisiin talouksiin. Perinteisesti taloustieteessä on ajateltu, että tasa-arvolla ja taloudellisella tehokkuudella on vaihtosuhde, mutta Pohjoismaiden menestys ei ole ollut sattumaa. Tasa-arvo, taloudellinen turva ja dynaamiset taloudet voivat täydentää toisiaan. KTM ja TM Heikki Palviainen tutki taloustieteen väitöskirjassaan köyhyyden kehitystä ja sosiaaliturvajärjestelmien vaikutusta tulojen uudelleenjakoon ja työllisyyteen Suomessa ja muissa Pohjoismaissa.

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme