Millennium-palkittu aurinkokenno jäljittelee kasvien yhteyttämistä

Kotimaa 12.6.2010 07:00

Väriaineherkistetty aurinkokenno

Sveitsiläinen professori Michael Grätzel, 66, voitti keskiviikkona jaetun Millennium-teknologiapalkinnon. Grätzelin kehittämän väriherkistetyn aurinkokennon katsottiin olevan tämänkertaisista ehdokkaista se, joka parhaiten parantaa ihmisten elämää.

Tulos oli pienoinen yllätys, sillä kilpailun loppusuoralle selvinneet professorit Stephen Furber ja Sir Richard Friend voittivat yleisöäänestyksessä.

Friend on kehittänyt muun muassa kännyköissä ja aurinkokennoissa käytettäviä OLED-muoveja ja Furber nykyelektroniikassa keskeisen ARM-mikroprosessorin. He saivat tunnustuspalkinnot, mutta 800 000 euron pääpotin presidentti Tarja Halonen, palkinnon suojelija, luovutti Grätzelille.

Palkintoraadin mukaan väriherkistettyjen aurinkokennojen hinnan ja suorituskyvyn suhde on erinomainen, ja tulevaisuudessa Grätzel-kennoilla on todennäköisesti suuri merkitys uusiutuvan energian sovelluksissa. Samaa periaatetta voidaan käyttää aurinkokennojen lisäksi myös akuissa ja vedyn tuotannossa.

Energiaa toimiston seinistä

Grätzel-aurinkokenno muuttaa auringon säteilyn sähkövirraksi jäljittelemällä luonnon fotosynteesiä eli kasvien yhteyttämistä. Sen suurena ansiona pidetään sitä, että sen valmistaminen on helppoa ja halpaa. Näin ollen se sopii käytettäväksi melkein missä tahansa, ja laajoja markkinoita odotetaan erityisesti köyhissä maissa.

Teknillisen fysiikan professori Peter Lund Aalto-yliopistosta on arvioinut, että kymmenen vuoden kuluttua markkinoilla alkaa olla yleisesti rakennussovelluksia, joissa käytetään Grätzel-kennoja keräämään aurinkoenergiaa esimerkiksi toimistorakennusten seinäelementeissä. Tällaisia sovelluksia on kehitteillä.

Markkinoilla on jo pienempiä energiankerääjiä, kuten joustavalla kennolla päällystetty, kännyköitä lataava reppu.

Kehittämistä riittää muun muassa aurinkokennojen kestävyydessä ja koossa, sillä omakotitalon sähköhuoltoon tarvitaan 40 neliömetrin kenno. Myös tehokkuuden parantamisessa ja tuotantokustannusten pienentämisessä on vielä työtä.

Näkymät ovat hyvät, sillä uuden sukupolven kennoja on helppo valmistaa esimerkiksi lasista, titaanioksidista ja väriaineista, joita voi saada vaikka tavallisesta mustikasta. Nykyisten aurinkokennojen perusraaka-aine on pii.

Tulevaisuuden energiantuotannolle aurinkokennojen kehittely on tärkeää siksi, että fossiilisille polttoaineille tarvitaan vaihtoehtoja, ja ilmeisin sellainen on aurinko. Se tuottaa maapallolle energiaa yli 5000-kertaisesti sen minkä ihmiskunta kuluttaa. Tuo energia pitäisi vain saada kunnolla käyttöön.

Kymmenien vuosien työ

Michael Grätzel syntyi Saksan Dorfchemnitzissä toisen maailmansodan vielä riehuessa, toukokuussa 1944. Varsinaisen elämäntyönsä hän on tehnyt nykyisessä kotimaassaan Sveitsissä.

Grätzel toimii kemiantekniikan professorina Lausannessa. Ahkera tiedemies on kirjoittanut yli 500 tieteellistä julkaisua sekä kaksi kirjaa ja omistaa yli 40 patenttia.

Hänet on palkittu jo ennen Millenniumia useita kertoja, muun muassa lähes samannimisellä eurooppalaisella innovaatiopalkinnolla, Millenium 2000:lla, brittiläisellä Faraday-mitalilla ja uusien materiaalien kehittelystä jaettavalla Balzan-palkinnolla.

Aurinkokennonsa, DSC:n, kehittelyn Grätzel aloitti 1970, mutta vasta 21 vuotta myöhemmin työ johti tieteelliseen läpimurtoon ja Nature-lehdessä julkaistuun artikkeliin väriaineherkistetyistä aurinkokennoista. Massatuotantoon kennojen ensimmäiset sovellukset ehtivät viime vuonna.

Kennot valmistetaan yleensä puolijohteista, kuten piistä, johon osa kennoon osuvasta valosta imeytyy. Valon energia siirtyy puolijohteeseen, irrottaa elektroneja ja synnyttää sähkövirtaa, joka kerätään puolijohteen molemmin puolin asetettuihin johdinkerroksiin ja johdetaan ulkoiseen virtapiiriin, vaikkapa tuottamaan virtaa taskulaskimelle.

Perinteisissä aurinkokennoissa pii toimii sekä elektronien lähteenä että johteena, mutta Grätzelin väriaineherkistetyssä kennossa nämä toiminnot on erotettu toisistaan samaan tapaan kuin kasvien fotosynteesissä – kasveissa vain valo imeytyy lehtivihreähiukkasiin ja muuttaa niissä hiilidioksidia ja vettä hapeksi ja glukoosiksi, kasvin energiaksi.

DSC-kennossa lehden rakenne on korvattu huokoisen titaanioksidin nanohiukkasrakenteella ja lehtivihreä väriainemolekyyleillä.

Millennium

  • Maailman suurin teknologiapalkinto, suomalainen Millennium, on jaettu vuodesta 2004 alkaen joka toinen vuosi parhaalle ihmisen elämän laatua parantavalle keksinnölle.
  • Palkintosumma on miljoona euroa tai jonkin verran yli. Summasta pääpalkinnon voittaja saa nykyisin 800 000 euroa ja muut 2-3 finalistia loput.
  • Vuonna 2004 palkinnon voitti World Wide Webin kehittäjä Tim Berners-Lee, 2006 valkoisen led-valon keksijä Shuji Nakamura ja 2008 biomateriaalien kehittäjä Robert Langer.