Miten voitaisiin vähentää fossiiliperäisen vedyn tarvetta? Miten hiilidioksidi saataisiin muutettua energiareserviksi? Ratkaisun avaimet ovat sähkökemiassa, jonka oivalluksia professori Tanja Kallio siirtää teoriasta käytäntöön.
Sisko Loikkanen
Tutkija Tanja Kallion tavoitteena on saada sähkökemialliset energianmuuntoteknologiat niin kannattaviksi, että niistä tulee osa arkeamme ja että niitä hyödynnetään myös kemianteollisuudessa.
”Teollisuuden prosesseissa voitaisiin esimerkiksi käyttää elektrolyysissa syntyvää vetyä maakaasusta tuotetun fossiilisen vedyn sijasta”, Aalto-yliopiston fysikaalisen kemian professorina työskentelevä Kallio kuvailee.
Sähkökemiaa on tutkittu pian parisataa vuotta Michael Faradayn ajoista alkaen, mutta alan mahdollisuuksia ei hänen mielestään ymmärretä kunnolla vieläkään.
Sovellusten kehittäminen vie aikaa, koska tieteellinen perusosaaminen pitää saada ujutettua samaan pakettiin toimivien, taloudellisten teknisten ratkaisujen kanssa.
Kallion mieltä kiehtoo toinenkin ajankohtainen ja haastava aihe, hiilidioksidin muuntaminen hiilivedyiksi.
”Muun muassa biokaasu ja teolliset sivuvirrat sisältävät hiilidioksidia, joka voidaan ottaa hyötykäyttöön.”
Hyöty olisi vieläpä kahtalainen. Uusioenergiavarastojen rakentamisen ohessa estettäisiin haitallisten yhdisteiden pääsy ilmaan.
Tanja Kallion omassa ryhmässä on tutkittu sekä sähkökemiallista katalyysia että litiumioniakkujen materiaaleja.
Ryhmä on selvittänyt, kuinka sähkökemiallisessa elektrolyysissa käytettävän kalliin platinakatalyytin määrää voidaan vähentää. Nyt elektrolyysikennossa on päästy jo kymmenesosaan aiemmasta.
”Tämä onnistuu niin, että hiilen nanoputkien päälle synnytetään hyvin ohuita platinalankoja, jotka parhaimmillaan ovat putkien pinnalla yksiatomisina kerroksina.”
Vesi hajoaa elektrolyysissa vedyksi ja hapeksi, jolloin vedyn sidokseen jää sähköenergiaa kemiallisessa muodossa. Näin syntyvän vedyn voi käyttää polttoaineena esimerkiksi sähköautojen polttokennoissa.
”Kaikki autot eivät voi olla litiumioniakkuautoja”, Kallio muistuttaa.
Vety on hänen mukaansa hyvä vaihtoehto akuille ja perinteisille polttoaineille, vaikka polttokennoautot edellyttävätkin hieman hankalaa infrastruktuuria.
Yhteistyössä suomalaisten yritysten kanssa Kallion ryhmässä on myös etsitty korvaavaa ainetta litiumioniakkujen koboltille.
”Olemme tutkineet nikkeliä, mangaania ja muutamia muitakin metalleja, joita maaperässä on kobolttia runsaammin.”
Kemia tarjosi vastauksia
Helsingin Kannelmäessä lapsuutensa elänyt Tanja Kallio kertoo kiinnostuneensa luonnontieteistä jo yläkoulussa. Lukiossa hän valitsi silti aineista lyhyet kurssit.
”Ajattelin, etten pärjäisi”, hän tunnustaa.
Onneksi Etelä-Kaarelan lukion fiksu matikanopettaja huomasi tytön lahjat myös kemiassa ja fysiikassa ja usutti tätä vaihtamaan lukujärjestykseensä laajemmat kurssit.
Pian Kallio tajusi haluavansa opiskella alaa myös koulun jälkeen.
”Halusin tietää, mistä ihmiset, aine ja metallit koostuvat ja miten materiaalit toimivat. Kemia tuntui tarjoavan kysymyksiini hyviä vastauksia.”
Eniten Kalliota kiinnosti kemian ja insinööritieteiden yhdistelmä, joten ylioppilaaksi päästyään hän jatkoi Teknillisen korkeakoulun kemian osastoon.
Alkuaika Otaniemessä täyttyi kemian laboratoriotöistä ja matematiikan laskuharjoituksista. Laskuja oli mukava ratkoa iltaisin pienessä porukassa.
Myös laboratoriotunneilta löytyi samanhenkisiä ystäviä.
”Sakkoja tehdessämme panimme homman ensin käyntiin ja lähdimme sitten kahville. Aina löytyi opiskelukaveri vahtimaan keitoksia kahvin ajan.”
Tuohon aikaan kemian kokeet tehtiin avoimilla laboratoriopöydillä.
”Nykyisinhän sellainen ei tule kuuloonkaan, vaan työt tehdään vetokaapissa”, Kallio naurahtaa.
Epäorgaanisen kemian diplomityönsä Kallio laati Vaisala Oy:ssä, jossa hän tutki hiilidioksidiantureita.
Sen jälkeen TKK:ssa ilmestyi tarjolle kiinnostava polttokennojen ja materiaalien tutkimusprojekti, joten diplomi-insinööri palasi Otaniemeen fysikaalisen kemian laboratorioon.
Näin myös hänen väitöskirjansa alaksi tuli fysikaalinen kemia, josta hän oli jo valmiiksi suorittanut pitkät kurssit.
Tohtorintutkintonsa jälkeen Kallio ajatteli hankkiutuvansa töihin johonkin alan yritykseen, mutta toisin kävi.
Hänen väitöstutkimustaan valvonut professori Göran Sundholm oli jäänyt eläkkeelle, mutta tämän seuraaja Kyösti Kontturi käynnisteli EU-hanketta aihepiiristä, johon Kallio oli perehtynyt väitöstyössään.
”Kontturi tiedusteli, olisinko kiinnostunut koordinoimaan projektia ja jatkamaan tutkimustani siinä. Tartuin tarjoukseen ja jäin Otaniemeen.”
EU-hanke tarkoitti kokouksia toisensa perään ja verkostoitumista ulkomaisten yliopistojen ja yritysten tutkijoiden kanssa. Näin Kallio oppi kaupan päälle myös projektinhallinnan taidot.
”Samalla tutustuin tutkijoihin, jotka olivat paneutuneet sähkökemialliseen katalyysiin. Näin siitä tuli oma uusi tutkimusaiheeni.”
Tieteenteko on yhteistyötä
Tutkijana toimiminen on Tanja Kallion mielestä ennen muuta yhteistyötä, jota tehdään tiimissä yhdessä, ei yksin.
Kilpailu tieteessä on kuitenkin nykyään kovaa ja rahoitus tiukassa. Lisäksi rahoitusperiodit saattavat olla aivan liian lyhyitä pitkäjänteiseen tutkimustyöhön.
”Nykyisin vaaditaan monitieteisiä yhteistyöverkostoja. Jos olet sellaisen onnistunut rakentamaan etkä saakaan jatkorahoitusta, tuntuu, että jo käytetty raha menee osin hukkaan. Se turhauttaa varsinkin silloin, jos yhteistyö on vasta saatu kunnolla toimimaan.”
Kilpailutettavassa tutkimusrahoituksessa on hyväkin puolensa. Jokainen tutkija joutuu harkitsemaan perin pohjin, mitä aiheita kannattaa tutkia ja miten.
Uran ja perheen yhdistäminen on onnistunut Kalliolta varsin hyvin.
”Suomessa on onneksi joustavat järjestelmät, jotka mahdollistavat naistenkin työssä käymisen. Toki miehet ovat aina saaneet toteuttaa itseään vapaammin.”
Kolmen lapsen äidille tukiverkot ovat tärkeitä.
”Olen hyvin kiitollinen perheemme molemmille isoäideille.”
Vapaa-aikanaan Kallio viihtyy kotona lastensa kanssa puuhaillen. Iltaisin hän lukee mielellään satuja nuorimmaiselleen.
”Pidän kirjoista, ja omaankin lukemiseen liikenee jo vähän enemmän aikaa kuin ruuhkavuosina.”
Suosikkikirjailijoikseen Kallio mainitsee Sofi Oksasen ja Kjell Westön. Tyttärensä innoittamana hän on tarttunut myös fantasiakirjallisuuteen.
Juuri nyt yöpöydällä odottaa englanninkielinen versio Leo Tolstoin Anna Kareninasta.
”Satuin olemaan syntymäpäivänäni Moskovassa ja sain kirjan lahjaksi yhteistyökumppaneiltani.”
Kerran viikossa Tanja Kallio suuntaa flamencotunnille, kuten jo opiskeluvuosistaan lähtien.
”Haastava, keskittymistä vaativa laji tempaa tehokkaasti ajatukset pois muusta”, tutkija hymyilee.
Juttu on julkaistu ensimmäisen kerran Kemia-lehdessä 2/2020 osana Suomalaiset naiset ja kemia -sarjaa.
Tanja Kallio
- Syntynyt Helsingissä vuonna 1974.
- Ylioppilas 1993, Etelä-Kaarelan lukio.
- Diplomi-insinööri 1998, tekniikan tohtori 2003, Teknillinen korkeakoulu.
- Diplomityöntekijä, Vaisala Oy 1997–1998.
- Tutkija 1998–2003, tohtoritutkija 2003–2009, Teknillinen korkeakoulu.
- Tohtoritutkija 2010–2015, Aalto-yliopisto.
- Vieraileva tutkija 2013 ja 2014, Alicanten yliopisto ja Tarton yliopisto.
- Vieraileva professori 2013, National University of Science and Technology.
- Vieraileva professori 2015–2019, Skolkova Institute of Science and Technology.
- Professori 2015–, Aalto-yliopisto.
- Perheeseen kuuluu puoliso ja kolme lasta.
- Harrastaa lukemista ja flamencoa.
(Kuva Anni Hanen) Professori Tanja Kalliolla riittää ideoita. Hankkeet on perusteltava hyvin, sillä kilpailu tieteessä on kovaa ja rahoitus tiukassa.
