Miltä näyttää tulevaisuus ilman öljyä, kivihiiltä ja maakaasua? Vastaus voi löytyä pari miljardia vuotta vanhasta luonnonilmiöstä, jota molekyylibiologi, akateemikko Eva-Mari Aro tutkii. Suomalainen Tiedeakatemia palkitsi Aron viime vuonna tämän elämäntyöstä.

Yhteyttäessään kasvit ja syanobakteerit muuttavat auringonvaloenergiaa kemialliseksi energiaksi. Tämän seurauksena syntyy biomassaa. Vuosimiljoonien aikana tämä biomassa on puristunut fossiilisiksi polttoaineiksi: öljyksi, kivihiileksi ja maakaasuksi, joita ihminen hyödyntää energialähteinään. Nyt etsitään kuumeisesti keinoja, joilla kyettäisiin matkimaan fotosynteesiä ja saamaan sen tuottama energia puhtaana talteen.

Suomalainen Tiedeakatemia palkitsi 2018 kunniapalkinnollaan molekyylibiologi, akateemikko Eva-Mari Aron Turun yliopistosta. Aro on koko tieteellisen uransa ajan tutkinut fotosynteesiä.

Nykyisenkaltaisen elämän evoluutioprosessiin on merkittävästi vaikuttanut syanobakteereihin eli sinileviin pari miljardia vuotta sitten kehittynyt vettä hajottava fotosynteesi, joka on samalla vapauttanut ilmakehään hapen, jota nyt hengitämme. Yhteyttäessään kasvit ja syanobakteerit sieppaavat auringonvaloenergiaa, hajottavat sen avulla vesimolekyylejä ja varastoivat energian kemiallisiin yhdisteisiin. Aron johtama tutkimus yrittää löytää keinoja, joilla valoenergia voidaan muuttaa kemialliseksi energiaksi entistä tehokkaammin.

”Tutkimus antaa mahdollisuuden rakentaa
levistä ja syanobakteereista eläviä solutehtaita,
jotka tuottavat haluamiamme kemiallisia
yhdisteitä ja puhdasta energiaa.”

Itse fotosynteesi on toiminut pari miljardia vuotta lähes samalla tavalla, mutta syanobakteerit ja kasvit ovat evoluution aikana kehittäneet hyvin erilaisia suojamekanismeja vahvasti hapettaville fotosynteesireaktioille, jotka suojaamattomina tuhoavat yhteyttävää solukkoa. Ympäristöolojen vaihtelu luonnon oloissa asettaa fotosynteesin suojamekanismien tehokkuudelle lisää vaatimuksia.

”Tutkimus keskittyykin nyt paljolti fotosynteesin säätelymekanismien selvittämiseen. Se antaa mahdollisuuden rakentaa levistä ja syanobakteereista eläviä solutehtaita, jotka tuottavat haluamiamme kemiallisia yhdisteitä ja puhdasta energiaa. Vety on yksi puhtaimmista energiankantajista, jota levät ja syanobakteerit tuottavat luonnostaankin, mutta viime vuosina olemme pystyneet huomattavasti tehostamaan tätä bioprosessia”, Eva-Mari Aro kertoo.

Ilmastonmuutoksen tuomat uhkakuvat herättivät tutkijat

Vaikka fotosynteesiä on tutkittu jo pitkään, sen sovellusten kehittämiseen herättiin tosissaan vasta ilmastonmuutoksen aiheuttamien uhkakuvien selvitessä. Vuonna 2006 joukko eurooppalaisia fotosynteesitutkijoita kokoontui pohtimaan mahdollisuutta fossiilisten polttoaineiden korvaamiseksi fotosynteesin toimintamekanismeja matkivilla laitteistoilla ja elävillä solutehtailla. Eva-Mari Aro oli mukana tässä joukossa. Hänen johdollaan Suomi on kuulunut maailman johtaviin fotosynteesitutkimusmaihin. Parhaillaan Aro johtaa Suomen Akatemian huippututkimusyksikköä, jolla on rahoitus vuoden 2019 loppuun saakka sekä pohjoismaista Nord Aqua -huippuyksikkö vuosina 2017–2022.

”Minun tehtäväni alkaa olla se, että varmistan tämän tutkimuksen jatkuvuuden. Fotosynteesin mahdollisuudet puhtaan energian tuotannossa on nyt huomattu myös EU:n komissiossa, jossa on laadittu roadmap eli tiekartta tämän energiatuotantotavan käyttöön ottamisesta.”

Eurooppalainen SUNRISE-projekti (Solar energy for a circular economy) sai yhteensä miljoonan euron rahoituksen vuodeksi keväästä 2019 alkaen. Sen tavoitteena on luoda perusta mittavalle eurooppalaiselle tutkimushankkeelle.

”Projektin tavoitteena on tarjota kestävä vaihtoehto polttoaineiden ja kemikaalien fossiilipohjaiselle ja energiaintensiiviselle tuotannolle. Se pohjautuu aurinkoenergian muuntamiseen ja laajalti saatavilla olevien raaka-aineiden, kuten hiilidioksidin, veden ja typen hyödyntämiseen. Projekti on linjassa hiljattain julkaistun Euroopan komission pitkäaikaisstrategian kanssa, jolla pyritään tekemään Euroopasta ilmastoneutraali vuoteen 2050 mennessä”, Eva-Mari Aro kuvaa.

Projekti tuo yhteen tutkijoita, teollisuuden edustajia, poliittisia ja yhteiskunnallisia päättäjiä, kansalaisjärjestöjä sekä globaaleja energia-, kemikaali- ja autoteollisuuden toimijoita, jotka yhdessä laativat tieteellis–teknologisen tiekartan laajalle tutkimushankkeelle energian, ympäristön ja ilmastonmuutokset tutkimusalalla.

Helppoja ratkaisuja fossiilisten polttoaineiden korvaamisen puhtailla teknologioilla ei ole

Houkutellakseen tutkijoita alalle EU-komissio on käynnistänyt myös kilpailun keinotekoista fotosynteesiä matkivan prototyypin aikaan saamisesta. Palkintosumma on peräti viisi miljoona euroa. EU haluaa nyt edetä asiassa mahdollisimman nopeasti.

”Meni yli 10 vuotta vuodesta 2006, että EU-komissio innostui visioista, joita eurooppalaiset fotosynteesitutkijat olivat esittäneet. Ilmastonmuutoksen edetessä on kuitenkin ymmärretty, että helppoja ratkaisuja fossiilisten polttoaineiden korvaamiseen puhtailla teknologioilla ei ole saatavissa. Siksi tulevaisuuden teknologioiden kuten keinotekoisen fotosynteesin ja tehokkaiden solutehtaiden kehittämiseen on panostettava nyt”, Aro sanoo.

Aro kiittelee sitä, että
EU-komissiossaon herätty arvostamaan 
tutkittuun tietoonperustuvaa päätöksentekoa.

Aro, joka on eurooppalaisten tiedeakatemioiden yhteiselimen, EASAC:n varapresidentti, kiittelee myös sitä, että komissiossa on herätty arvostamaan tutkittuun tietoon perustuvaa päätöksentekoa. EASAC:n tuottamat raportit luetaan nyt entistä huolellisemmin päätöksenteon pohjaksi.

Käsillä on ratkaisu yhteen ihmiskunnan kiperimpään kysymykseen – energiantuotantoon.

Suomalaisen Tiedeakatemian arvostetuin tunnus on kunniapalkinto, joka jaetaan vuosittain ansioituneelle Suomalaisen Tiedeakatemian jäsenelle hänen elämäntyöstään. Kunniapalkinnolla on haluttu huomioida ansioituneiden jäsenten tieteellistä uraa. Palkintoa on jaettu vuodesta 1945.

^{Kuva: Shutterstock}