Vuoden paras väitöstyö voi vähentää Suomen riippuvuutta Venäjästä

Vuoden paras tekniikan alan väitöstyö on Juho Uzkurt Kaljusen Aalto-yliopistoon tekemä tutkimus jätevesissä olevan typen ja fosforin talteenottomenetelmistä.

Vuoden paras diplomityö on Janne Pitkäsen Oulun yliopistoon tekemä tutkimus, jonka avulla ydinvoimalan painelaitteiden käyttöikää voi entistä tarkemmin arvioida.

Vuoden paras matematiikan, fysiikan tai tietojenkäsittelytieteen pro gradu -tutkielma on Henna-Riikka Putaalan Oulun yliopistoon tekemä tutkimus, joka auttaa tekemään tarkempia ennusteita ilmaston kehittymisestä.

Palkinnot jakaa tänään 13.11. Helsingissä Tekniikan akateemiset TEK, Tekniska Föreningen i Finland TFiF ja Matemaattis-luonnontieteellisten alojen Akateemiset ry MAL.

Lue töistä tarkemmin alta.

Jätevirtojen ravinteet talteen ja lannoitteiksi

Väitöskirjapalkinnon saa tekniikan tohtori Juho Uzkurt Kaljunen Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulusta, rakennetun ympäristön laitoksen vesitekniikan tutkimusryhmästä.

Hänen väitöstyönsä otsikko on ”Waste nutrients harvested: Design and evaluation of nitrogen and phosphorus recovery processes utilizing membrane contactor and adsorption techniques”.

Työssään Uzkurt Kaljunen tutki menetelmiä, joilla voi kustannustehokkaasti ottaa typpeä ja fosforia talteen jätevesistä, ja fosforia myös lietteestä.

– Tämä työ nostaa esiin menetelmän, jolla saadaan ravinteet markkinoille turvallisina kiertotaloustuotteina, mutta itsessään se ei vielä riitä. Asiaan liittyy paljon markkinakehitystä, logistiikkaa ja maatalouskäytäntöjen kehittymistä ennen kuin huomattava muutos on saatu aikaiseksi, hän listaa.

Uzkurt Kaljusen mukaan jätevesissämme on niin paljon ravinteita, että niillä voidaan korvata merkittävä osa mineraalilannoitteista. Tämä vähentäisi Suomen maatalouden riippuvuutta Venäjältä tulevista lannoitteista ja kasvattaisi ruokaturvaamme. Typpi ja fosfori ovat tärkeitä viljelykasvien ravinteita.

Uzkurt Kaljusen työn tavoite on edistää ravinteiden talteenottoa ja kierrätystä.

– Käytännössä perustimme yrityksen tulosten pohjalta, sillä tulosten kaupallistaminen oli paras tapa hyödyntää tuloksia, hän kertoo.

NPHarvest Oy on vuoden ikäinen startup. Yrityksen pohjana on Aalto-yliopiston vesitutkijoiden jo päättynyt projekti, jossa he kehittivät NPHarvest-prosessin. Prosessi saostaa fosforin ja erottaa kalvon avulla typen nestemäisistä jätevirroista. Uzkurt Kaljunen oli mukana projektissa jo diplomityöstään saakka.

Nyt NPHarvest-yrityksen tavoite on saada testauslaitteistot valmiiksi ja sitten vuokrata laitteistoja referenssiksi, myöhemmin myös myydä niitä asiakkaille. Asiakkaita voivat olla esimerkiksi biokaasulaitos, jäteveden käsittelylaitos tai maatila. Jatkossa yritys haluaa kehittää kiertolannoitteiden markkinoita, jotka ovat Uzkurt Kaljusen mukaan vielä hyvin alkutekijöissään.

Uzkurt Kaljusen työstä on hyötyä myös jätevesien puhdistusjärjestelmien kehittämiseen ja kustannusten optimointiin. Hänen mukaansa perinteisen jätevedenpuhdistuksen kustannukset ja ympäristöpäästöt pienenevät, kun ravinteet otetaan talteen jätevesistä. Esimerkiksi fosfori rehevöittää vesistöjä.

TEK ja TFiF palkitsevat Uzkurt Kaljusen kunniakirjalla ja 7 500 euron rahapalkinnolla kansainvälisesti korkeatasoisesta väitöskirjasta, joka on merkittävästi edistänyt tekniikan alan osaamista Suomessa.

Palkitun väitöstyön ohjaajina toimivat apulaisprofessori Anna Mikola ja tutkijatohtori Raed Al-Juboori Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulusta.

(Juttu jatkuu videon jälkeen.)

Turvallisempaa ja pitkäikäisempää ydinvoimaa

Vuoden parhaan diplomityön palkinnon saa diplomi-insinööri Janne Pitkänen Oulun yliopiston teknillisestä tiedekunnasta, konetekniikan tutkinto-ohjelmasta.

Pitkäsen diplomityön otsikko on ”Estimation of thermal fatigue rate with outer surface temperature measurements in a nuclear power plant pressure equipment”.

(Juttu jatkuu kuvan jälkeen.)

Työssään Pitkänen tutki lämpötilojen vaihtelusta aiheutuvaa komponenttien väsymistä, kohteena oli ydinvoimalaitoksen painelaitteet. Pitkäsen tutkimus pohjautui komponenttien ulkopinnoilta mitattuihin lämpötila-aikahistorioihin. Työn tavoite oli selvittää Säteilyturvakeskukselle, mitkä ovat tällaisen reaaliaikaisen lämpötilamonitoroinnin mahdollisuudet ja rajoitteet.

– Työni avulla voidaan varmistaa ydinvoimalaitoksen painelaitteiden turvallista käyttöä saamalla tietoa niihin kohdistuvista rasituksista ja laskennallisesta käyttöasteesta. Näin voidaan tarkemmin arvioida painelaitteiden jäljellä olevaa käyttöikää sekä tarkastus- ja vaihtotarpeita, Pitkänen kertoo.

Pitkäsen mukaan ydinvoimalaitoksen komponenttien laskennallisessa käyttöiässä esiintyy ylikonservatiivisuutta, jota voidaan hänen työnsä tuloksilla vähentää. Alkuperäisen suunnittelukäyttöikänsä ylittäneessä ydinvoimalassa voidaan arvioida uudelleen komponenttien lämpökuormituksia ja todeta niillä olevan vielä turvamarginaalia lämpöväsymisen suhteen. Työn tuloksia voidaan siis hyödyntää silloin, kun on tarvetta varmistua lämpöväsymiselle altistuvan komponentin turvallisesta käyttöiästä.

– Tätä menettelyä voidaan myös soveltaa uusille ydinvoimalaitoksille läpi niiden käyttöiän, jolloin saadaan ajantasaista tietoa komponenttien lämpöväsymisestä ja tieto on realistisempaa kuin perinteisillä menetelmillä saatu tieto, Pitkänen kertoo.

Pitkänen teki diplomityönsä Säteilyturvakeskukselle, jossa oli aiemmin ollut kesätöissä. Nyt hän työskentelee Säteilyturvakeskuksessa mekaanisten laitteiden tarkastajana ja lujuustekniikan asiantuntijana.

Diplomityön ohjaajina toimivat Oulun yliopiston professori Antti H. Niemi ja Säteilyturvakeskuksen tarkastaja Matti Hautala.

TEK ja TFiF palkitsevat Pitkäsen kunniakirjalla ja 5 000 euron rahapalkinnolla.

Tarkempia ilmastomalleja

Palkinnon vuoden parhaasta pro gradu -tutkielmasta saa filosofian maisteri Henna-Riikka Putaala Oulun yliopiston luonnontieteellisestä tiedekunnasta, fysikaalisten tieteiden tutkinto-ohjelmasta.

Putaalan pro gradun otsikko on ”Ilmakehän ionisaation rekonstruktio syväoppimisverkkojen avulla vuosille 1844–2021”.

Työssään Putaala rekonstruoi eli rakensi uudelleen vuosina 1844–2021 avaruudesta Maan ilmakehään sataneiden elektronien päivittäisen energiajakauman. Avaruudesta sataa Maan ilmakehään jatkuvasti elektroneja, joiden määrä vaihtelee muun muassa auringon aktiivisuuden mukaan.

Tähän asti tietoa elektronien määrästä on ollut 1970-luvulta alkaen, jolloin satelliittimittaukset alkoivat. Putaala hyödynsi syväoppimisverkkoja satelliittimittausta edeltäneen ajan tarkasteluun.

Syväoppimisverkkoja koulutettiin oppimaan yhteys elektronihavaintojen ja geomagneettisen aktiivisuuden välillä. Putaalan mukaan geomagneettinen aktiivisuus kertoo aurinkotuulen vaikutuksesta Maan magneettikenttään ja sitä on mitattu vuodesta 1844. Näiden havaintojen avulla syväoppimisverkot voivat arvioida elektronien energiajakaumaa kauan ennen varsinaisten satelliittimittausten alkua.

Rekonstruoidusta elektronien energiajakaumasta Putaala laski saapuneiden elektronien aiheuttaman ionisaation ilmakehässä. Ilmakehään saapuessaan elektronit ionisoivat ilmakehän hiukkasia ja molekyylejä, millä on puolestaan vaikutuksia esimerkiksi napa-alueiden talviajan ilmastoon.

– Työni avulla ainakin nykyisin käytössä olevia ilmastomalleja voidaan parantaa, sillä työni antaa tarkemman arvion ionisaation tasosta kuin nykyisissä malleissa käytetty versio, Putaala kertoo.

– Tarkemmat mallit parantavat luonnollisesti tutkijoiden ymmärrystä ilmastoon vaikuttavista mekanismeista, ja niiden avulla voidaan mahdollisesti tehdä tarkempia ennusteita ilmaston kehittymisestä, hän jatkaa.

Putaala teki gradunsa avaruusilmaston tutkimusryhmässä. Nyt hän työstää väitöskirjaa prosessimetallurgian tutkimusyksikössä Oulun yliopistossa. Väitöskirjan aiheena on vetyplasmaa hyödyntävä teräksenvalmistusmenetelmä.

Pro gradu -työn ohjaajana toimi apulaisprofessori Timo Asikainen Oulun yliopistosta.

TEK ja MAL palkitsevat Putaalan kunniakirjalla ja 5 000 euron rahapalkinnolla.