Vuoden paras väitöskirja torjuu ilmastonmuutosta

Kasvavaan energiankulutukseen ei voida vastata nykyisin keinoin. Tekniikan tohtori Tiina Keipi kehitti väitöstutkimuksessaan vähäpäästöistä vedyn tuotantoteknologiaa, joka leikkaa vedyntuotannon hiilidioksidipäästöjä rajusti. Keipi teki tutkimuksensaTampereen teknillisessä yliopistossa (nyk. Tampereen yliopisto). Tekniikan akateemiset TEK ja Tekniska Föreningen i Finland TFiF palkitsevat Keipin vuoden väitöskirjasta 7 500 eurolla.

Diplomi-insinööri Joel Reijosen tutkimusaiheena oli hajautettu koneoppiminen autonomisille laivoille hajautetussa pilviympäristössä. Reijonen teki diplomityönsä Vaasan yliopiston tekniikan ja innovaatiojohtamisen yksikössä. TEK ja TFiF palkitsevat Reijosen vuoden diplomityöstä 5 000 eurolla.

Filosofian maisteri Emmi Kirjanen kehitti ja mittasi pro gradu -työssään suprajohtavat tunneliliitokset kolmiulotteisen fononikiteen päälle. Hän teki tutkimuksen Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskuksessa. Matemaattis-luonnontieteellisten alojen akateemiset (MAL) palkitsee Kirjasen vuoden parhaasta pro gradu -tutkielmasta 5 000 eurolla.

Palkitut opinnäytetyöt on esitelty alla tarkemmin. Palkinnot jaetaan 28.11.2019.

Vähäpäästöistä energiaa vedystä

Tiina Keipin TTY:n teknis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa tehty väitöstutkimus selvitti metaanin termisen hajottamisen soveltuvuutta siirtymäajan teknologiaksi vedyn tuotantoon.

– Tutkimusaihe oli yliopistolla valmiina ja siihen tarvittiin tekijää, joten tartuin tilaisuuteen, Keipi kertoo.

Keipi osoitti kokeellisen tutkimuksen ja mallinnuksen avulla, että tutkitulla teknologialla voidaan tuottaa metaanikaasusta vetyä ja samalla ottaa hiili talteen kiinteässä muodossa. Tällöin se ei päädy hiilidioksidina ilmakehään.

Keipi rakensi TTY:n tutkijoiden kanssa koelaitteiston, ”vetytehtaan”, ja kehitti konseptin, jonka avulla koelaitteisto voidaan rakentaa teollisessa mittakaavassa.

Pitkäjänteisen työn ja laaja-alaisen tutkimuksen tuloksilla on huomattavaa uutuusarvoa ja hyvät bisnesmahdollisuudet. Myös Tampereen kaupungin tiederahasto palkitsi Keipin väitöskirjan tänä syksynä.

– Taloudellisen tarkasteluni perusteella teknologia on kannattavaa, mikäli kiinteälle hiilelle löydetään käyttöä esimerkiksi autonrenkaiden valmistuksessa tai mahdollisesti arvokkaampana kemianteollisuuden materiaalina, Keipi sanoo.

Keipi työskentelee Valmetin tuoteinsinöörinä.

Itseohjautuvista laivoista optimaalisempia energiankäyttäjiä

Koneoppimista voi hyödyntää muun muassa itseohjautuvissa laivoissa. Joel Reijonen kehitti diplomityössään koneoppimista suorittavan itsenäisen ohjelmiston, joka vastaa hajautetun koneoppimisen toimeenpanosta ja integraatiosta hajautetussa pilviympäristössä. Ratkaisun sovelluskohteena olivat autonomiset laivat.

Hajautetun koneoppimisen hyöty on siinä, että se mahdollistaa useiden ohjelmistojen rinnakkaisen koneoppimisen useissa pilviympäristöissä. Rinnakkaistamalla koneoppimisen Reijonen saavutti nopeamman laskennallisen läpimenoajan mallin opetukselle.

– Opetetun koneoppimismallin avulla pystyimme optimoimaan autonomisen laivan prototyypin energiankulutusta ja tehostamaan prototyypin kontrollointialgoritmien toimivuutta, Reijonen kertoo.

Osa diplomityön tuloksista julkaistiin myös tutkimuspaperissa konferenssissa Japanin Fukuokassa. Diplomityön pohjalta Reijonen innovoi uusia teknologiaratkaisuja, jotka on patentoitu.

– Valitsin työlleni aiheen, jossa pystyin hyödyntämään koneoppimista tämän päivän ja tulevaisuuden teknologiaratkaisuissa. Aiheen valintaan vaikutti myös, että sain tehdä työni Ericssonille, Reijonen sanoo.

Reijonen työskentelee Ericssonilla koneälytutkijana. Hän tekee myös tekoälyaiheista väitöskirjaa Vaasan yliopistossa.

Huippuluokan tutkimus fononikiteiden käytöstä lämpöfysiikassa

Fononikiteet pystyvät muokkaamaan lämmön ja äänen kulkua samaan tapaan kuin fotonikiteet valoa. Emmi Kirjasen pro gradu -työn taustalla oli tavoite kolmiulotteisten fononikiteiden termisten ominaisuuksien tutkimisesta. Niiden mittaamiseen tarvittiin lämpömittariksi soveltuvia tunneliliitoksia.

Kirjanen lähti tutkimaan tunneliliitosten valmistamista kolmiulotteisen periodisen nanorakenteen, fononikiteen, pinnalle – ja sukelsi fononikiteiden käyttöön lämpöfysiikassa.

– Matalissa lämpötiloissa lämmönjohtumisen kontrolloinnin tärkeys korostuu, minkä vuoksi fononikiteiden kyky vahvistaa, heikentää tai ohjata lämmön kulkua on mielenkiintoinen ja hyödyllinen ominaisuus, Kirjanen kertoo.

Kirjasen onnistui höyrystää metallijohtimet fononikiteen pinnalle sen epätasaisesta rakenteesta huolimatta. Alle kelvinin lämpötiloissa tehdyissä elektronisissa mittauksissa kyseiset liitokset varmistettiin tunneliliitoksiksi.

Kirjasen työn tuloksilla on merkittävää uutuusarvoa ja ne saattavat johtaa useisiin tieteellisiin julkaisuihin.

Kirjanen työskentelee Keski-Suomen sairaanhoitopiirissä erikoistuvana fyysikkona.

Lisätietoja palkinnoista:

• Martti Kivioja, Tekniikan akateemiset TEK, martti.kivioja@tek.fi, (09) 2291 2206

Lisätietoja palkituista töistä:

• TkT Tiina Keipi, tiina.keipi@gmail.com, 0400 899 364
  Technology Development and Techno-Economic Analysis of Hydrogen Production by Thermal Decomposition of Methane http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-15-4069-1
• DI Joel Reijonen, jolle.reijonen@gmail.com
  Decentralized Machine Learning for Autonomous Ships in Distributed Cloud Environment https://osuva.uwasa.fi/handle/10024/9493
• FM Emmi Kirjanen, emkirjanen@gmail.com
  Tunnel junction thermometry on three-dimensional phononic crystals http://urn.fi/URN:NBN:fi:jyu-201812205271