TKK:n Automaatiotekniikan laboratorio kehittää polttokennoa Mars-lennolle

Kun aikanaan ihminen lähtee pitkäkestoisille avaruuslennoille pois Maan läheisyydestä, esimerkiksi Kuuhun tai kohti Marsia, on eräs suurimmista ongelmista mukaan lastattavan tavaran, ilman, ruoan ja polttoaineen suuri määrä. Rahdin määrää voitaisiin vähentää olennaisesti, jos aluksessa pystyttäisiin kierrättämään mahdollisimman paljon vettä ja ilmaa. Lisäsäästöjä saadaan tuottamalla aluksessa ruokaa ja käyttämällä hyödyksi myös jätebiomassaa - mukaan luettuna avaruuslentäjien omat jätteet.

Samat tarpeet avaruudessa ja Maan päällä

TKK:n Automaatiotekniikan laboratoriossa on tutkittu jo monia vuosia biologista polttokennoa. Tällä polttokennotyypillä tuotetaan orgaanisesta materiaalista sähköä suoraan, siinä missä muilla menetelmillä orgaanisesta jätteestä pitää ensin tuottaa kaasutus- tai muuntoprosessilla perinteisen polttokennon hyväksymää polttoainetta - esimerkiksi metaania tai vetyä.

Uusi polttokennotekniikka on hyödynnettävissä miehitettyjen avaruuslentojen lisäksi myös monissa maanpäälisissä sovelluksissa, joissa on avaruusaluksen kaltaisia suljettuja ekosysteemejä löytyy myös maan päältä. Napa-alueiden tutkimuskeskukset sijaitsevat sellaisilla paikoilla, minne materiaalihuoltoa on vaikea järjestää ja omavarainen energiantuotanto on äärimmäisen tärkeää. Suuret laivat ja sukellusveneet viettävät pitkiä aikoja ulkopuolisen materiaalihuollon tavoittamattomissa. Näissä kohteissa omavarainen kierrätystalous vähentää materiaalivarastojen tilavaatimuksia.

Uusien energialähteiden tutkimus tuo myös suoremmin jokapäiväiseen elämään sovellettavia hyötyjä. Kunhan tekniikan hinta saadaan alemmaksi, olisivat biopolttokennot hyviä energianlähteitä myös maatiloilla ja aikanaan myös muualla energiantuotannossa. Kasvihuoneilmiön kiihtyessä ja fossiilisten polttoainevarantojen ehtyessä vaihtoehtoisten energialähteiden tutkimus tulee yhä tärkeämmäksi. ESA-rahoituksen turvin Automaatiotekniikan laboratorio pääsee syventämään teknistä osaamistaan ja laajentamaan teknologian sovellusaluetta.

Akateeminen yhteisö ja ESA lähentyvät toisiaan

TKK:n ja ESAn välinen tutkimusohjelma kuuluu ESAn Ariadna-ohjelmaan, jonka tarkoituksena on luoda ja vahvistaa yhteistyötä yliopistojen ja tutkimuslaitosten sekä ESAn välillä. Ohjelmaan kuuluvat aiheet käsittävät mm. teoreettista fysiikkaa, energiajärjestelmiä, lentoratojen optimointia, matematiikaa ja biomimetiikkaa. Ariadna-ohjelmaa johdetaan ESAn uusien, edistyksellisten tekniikoiden kehittämiseen keskittyneestä Edistykdellisten konseptien ryhmästä (Advanced Concept Team, ACT), joka vastaa laajemminkin ESAn tulevaisuuden tekniikan kehityksestä.

TKK:n Automaatiotekniikan laboratorio on menestynyt hyvin myös muissa Ariadna-ohjelman tarjouskilpailuissa. Ohjelman puitteissa on järjestetty kaksi tarjouskilpailukierrosta, joihin molempiin laboratorio on jättänyt tarjouksen. Molemmat tarjoukset johtivat tilaukseen ESAsta. Ensimmäisen tutkimustyön aiheena oli tavanomaisesta robottimönkijästä poikkeavan liikkuvan laitteen ideointi Mars-tutkimusta varten. Lähtökohtana oli luonnon omien ratkaisujen tutkiminen ja niiden pohjalta tuli esittää tekninen ratkaisu uudeksi liikkuvaksi robotiksi Marsiin. Automaatiotekniikan laboratorion ehdotus perustui aro-ohdakkeen liikkumistapaan tuulen puhaltamana, johon lisättiin pallomaisen robotin motorisoitu ohjattavuus ja liikkumiskyky, mitä laboratoriossa onkin tutkittu jo pitkään.

Jo aiemmin Automaatiotekniikan laboratorio on ollut mukana projektissa kehittämässä ESAlle automaattisen porauslaitteen prototyyppiä Marsiin. MRosa-2 -nimellä tunnettu laite on nyt ESAn teknologiakeskuksessa ESTECissä Hollannissa.

Lisätietoa:
Tomi Ylikorpi, TKK Automaatiotekniikan laboratorio
puh. 09-451 5622, tomi.ylikorpi@tkk.fi