Hiilineutraaleita polttoaineita voidaan valmistaa keinotekoisella fotosynteesillä, jossa auringon valon energialla pilkotaan esimerkiksi vettä vedyksi ja hapeksi. Näin tuotettua vetyä voidaan käyttää polttoaineena sähkön tuotannossa tai ajoneuvoissa. Tutkimuksessaan Lauri Palmolahti kehittää keinotekoisessa fotosynteesissä käytettäviä puolijohdemateriaaleja.
Keinotekoisessa fotosynteesissä käytettävät materiaalit altistuvat yleensä erittäin emäksisille tai happamille olosuhteille, mistä seuraa tiettyjä rajoituksia käytettäville materiaaleille. Materiaalin kiderakenne vaikuttaa merkittävästi siihen, miten hyvin se kestää vaadittuja olosuhteita.
Palmolahden tutkimus keskittyi erityisesti titaanidioksidiohutkalvojen kiderakenteen muokkaamiseen ja kemiallisen kestävyyden tutkimiseen. Tutkimuksessa selvitettiin, miten kalvojen kemiallinen koostumus ja rakenteelliset ominaisuudet vaikuttavat niiden kiteytymiskäyttäytymiseen tyhjiölämmityksen aikana. Tämän tuloksena kehitettiin nanokiteinen titaanidioksidikalvo, joka osoitti merkittävästi parantunutta kestävyyttä emäksisissä olosuhteissa.
Keinotekoisella fotosynteesillä tuotettavien polttoaineiden kaupallinen tuotanto tulevaisuudessa edellyttää sekä hyötysuhteen että materiaalien kestävyyden kehittämistä. Tällöin fossiilisia polttoaineita voitaisiin korvata hiilineutraaleilla polttoaineilla, mikä auttaisi ilmastonmuutoksen vastaisessa taistelussa. Polttoaineiden lisäksi voidaan valmistaa myös muita kemikaaleja teollisuuden käyttöön, korvaamaan öljypohjaisia raaka-aineita.
Aineen rakennetta tutkitaan suurissa synkrotronilaitoksissa
Pienien asioiden tutkiminen vaatii joskus isoja laitteita. Niin myös Palmolahden tutkimuksessa, jossa käytettiin Ruotsissa sijaitsevaa MAX IV -synkrotronia. Synkrotronit ovat suuria, ympärysmitaltaan jopa useita satoja metrejä pitkiä laitoksia, joilla tuotetaan röntgensäteilyä fysiikan, kemian ja materiaaliopin tutkimuksiin. Korkealaatuinen röntgensäteily mahdollistaa materiaalin rakenteen ja ominaisuuksien mittaamisen atomitasolla.
– Synkronimittaukset ovat oleeellinen osa materiaalien tutkimusta. Koska Suomessa ei ole synkrotronia, sitä vaativat mittaukset täytyy suorittaa ulkomailla, Palmolahti kertoo.
Palmolahdella onkin kattava kokemus synkrotronimittauksista, sillä niitä on hänen tutkimuksensa aikana käyty mittaamassa yli kymmenen kertaa MAX IV -synkrotronilla.
Lauri Palmolahti on kotoisin Tampereelta ja aloitti yliopisto-opintonsa vuonna 2011 silloisessa Tampereen teknillisessä yliopistossa. Hän on työskennellyt vuodesta 2017 lähtien yliopiston pintatieteen tutkimusryhmässä tutkien metallioksidiohutkalvojen ominaisuuksia usein eri menetelmin.
Väitöstilaisuus perjantaina 10. lokakuuta
Diplomi-insinööri Lauri Palmolahden fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Modification of Metal Oxide Thin Films for Artificial Photosynthesis tarkistetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 10.10.2025. Vastaväittäjänä toimii professori Friedrich Reinert Würzburgin yliopistosta. Kustoksena toimii professori Mika Valden Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.