Asecos V-LINE uusi suunta Asecos SL-sarja Asecos UB-sarja Asecos K-sarja • Paloturvakaapit • Happo-emäskaapit • Myrkkykaapit • Kaasupullokaapit • Kipinäsuojatut jääkaapit ja pakastimet TERVETULOA OSASTOLLEMME 1 E 21 Räjähtävä show Presentation Cafén lavalla ke 27.3. klo 11 www.laboline.fi • info@laboline.fi • (09) 877 0080 KEMIA Kemi 2/ 20 19 Mukana messuopas! 150 VUOTTA taulukon tahdissa PUU satsaa tulevaan KEMIA ilmastotalkoiden etulinjassa OIVAA ekobetonia Oulusta. klo 11 ja to 28.3
PUNNITSEMISEN UUSI ÄLYAIKA on alkanut! Vallitsevien olosuhteiden huomiointi Staattisen sähkön poisto Intuitiivinen kosketuskäyttöliittymä myös suomenkielellä Ota yhteyttä ja siirry tulevaisuuteen. Elektroninen vesivaaka olosuhteiden kosketuskäyttöliittymä myös suomenkielellä Ota yhteyttä ja siirry tulevaisuuteen. Monipuoliset liitännät Automaattinen viritys ja linearisointi. www.teopal.fi Monipuoliset liitännät Asiakaspalvelu: (09) 8190 560 asiakaspalvelu@teopal.fi Katso esittelyvideo skannaamalla tämä koodi
Hän vastaanotti Venemessuilla ensimmäisen Pelasta Itämeri -palkinnon. 42 44 75 CHEMBIO FINLAND 2019 -MESSUOPAS Tervetuloa vuoden ykköstapahtumaan! Bongaa parhaat palat maksuttomasta ohjelmasta ja ilmoittaudu ennalta osoitteessa www.chembiofinland.fi.. ”Olisi ihmisoikeuksien loukkaus pakottaa muut noudattamaan omaa suosikkijärjestelmää”, sanoo oman ehdotuksensa tehnyt Pekka Pyykkö. Li nd a Ta m m is to ”Tiesin jo 11-vuotiaana, että kemia on minun juttuni.” Paula Vannisen johtama Verifin on yksi maailman parhaista taisteluaineanalytiikan laboratorioista. 3 2/2019 KEMIA SISÄLLYS 5 PÄÄKIRJOITUS Kaiken resepti Leena Joutsen 6 Mendelejev määräsi Alkuaineiden marssijärjestyksen Kalevi Rantanen 14 TÄTÄ MIELTÄ Maailman muoviongelma on ratkaistavissa Tomi Nyman 16 Suomalaistutkijat keksivät, Miksi puu paksuuntuu Raili Leino 20 AJANKOHTAISTA Sinkkitehtaan sakasta Arvometalleja akkuteollisuudelle Elina Saarinen 22 UUTISIA 29 TYTTÖJEN TIEDEKULMA Elektrolyysillä helpotusta päästöihin Hanna Juvonen 30 TUTKIMUKSESSA TAPAHTUU 34 VIHREÄT SIVUT 40 KIERTOTALOUS JA KEMIA Sähköauton akkua havittelee moni Elina Saarinen 41 KEMIA 25 VUOTTA SITTEN 41 NÄKÖKULMA Kaikki kuollaan kuitenkin Anja Nystén 42 SUOMALAISET NAISET JA KEMIA Paula Vanninen Taisteluaineiden tuntija Sisko Loikkanen 44 INNOVAATIOITA ISÄNMAASTA Puhdasta vettä kehitysmaihin Päivi Ikonen Poronluu hoitaa murtuman Päivi Ikonen Marjat maasta Päivi Ikonen Raskasmetallien taltuttajat Päivi Ikonen 48 Suomen kemianteollisuus urakoi Ilmastotalkoiden etulinjassa Lauri Lehtinen ja Päivi Ikonen 54 Ketterät komposiitit Kalevi Rantanen 58 Ekobetoni on vihreämpi vaihtoehto Katja Pulkkinen 62 Sivuvirrat korvaamaan öljypohjaisia materiaaleja Aino Pokela 64 KEEMIKKO Suosiolla suostuneet 65 GADOLINISTA KAJAHTAA Hyytävän kylmää kemiaa Eemelin tiedesynttäreillä Iisa Rautiainen ja Laura Saarinen 66 ULKOMAILTA 68 HENKILÖUUTISIA 71 TULEVIA TAPAHTUMIA 72 SEURASIVUT 74 TIETEEN KAUPUNGIT Princeton Einsteinin viimeinen koti Sisko Loikkanen Ve ik ko So m er pu ro Alkuainetaulukko on ollut jo 150 vuoden ajan tieteellisen väittelyn ehtymätön lähde. 6 H ei di Ko iv un en ”Muutamme meriveden juomakelpoiseksi aurinkoenergialla”, sanoo Solar Water Solutions Oy:n toimitusjohtaja Antti Pohjola
Esittelyssä Hosmedin osastolla: FT-NIR Antaris II FTIR Thermo iS5 & iS50 Pikauutto EDGE Dynaaminen valonsironta Zetasizer Ultra Laserdiffraktio Mastersizer 3000 ICP-OES iCAP ICP-MS iCAP TQ Märkäpoltto Mars 6 & Discover SP-D 80 Reologia Haake Viscotester IQ Tekstuuri Stable Micro Systems TA.XTPlus Nähdään ChemBiossa! Osasto 1c11. ChemBio 27.-28.3.2019 Messukeskus, Helsinki . Tämän vuoden ChemBio on muutakin kuin laitenäyttely – ohjelmassa on mm. Asiantuntemusta asiakkaan hyväksi www.hosmed.. , 020 7756 330, info@hosmed.. Tervetuloa ChemBion osastolle 1c11 tapaamaan hosmedilaisia ja tutustumaan monipuoliseen laitetarjontaamme! . kemian nobelistien puheenvuoroja
direktör • Managing Director Leena Joutsen 040 577 8850 leena.joutsen@kemia-lehti.fi Toimistopäällikkö • Kontorschef • Office Manager Sanna Alajoki 050 336 5613 sanna.alajoki@kemia-lehti.fi Toimitusneuvosto • Redaktionsråd • Editorial Board Johtaja Susanna Aaltonen, Kemianteollisuus ry Laboratoriopäällikkö Susanna Eerola, Roal Oy Toimitusjohtaja Saara Hassinen, Terveysteknologian Liitto ry Emer.prof. 010 425 6302 toimisto@kemianseura.fi Tilaushinnat Kotimaassa 105 euroa (kestotilaus 95 euroa), muut maat 145 euroa Kouluille 49 euroa | www.aikakaus.fi Prenumerationspris i Finland 105 euro, övriga länder 145 euro Subscription price (out of Finland) EUR 145 Irtonumero/Lösnummer/Single copy EUR 16 Kustantaja • Utgivare • Publisher Kempulssi Oy Toimitusjohtaja • Verkst. Esittelyssä Hosmedin osastolla: FT-NIR Antaris II FTIR Thermo iS5 & iS50 Pikauutto EDGE Dynaaminen valonsironta Zetasizer Ultra Laserdiffraktio Mastersizer 3000 ICP-OES iCAP ICP-MS iCAP TQ Märkäpoltto Mars 6 & Discover SP-D 80 Reologia Haake Viscotester IQ Tekstuuri Stable Micro Systems TA.XTPlus Nähdään ChemBiossa! Osasto 1c11. Mobiililaitteiden valmistukseen tarvitaan monia harvinaisia metalleja, joiden varannot hupenevat nopeasti. Entä älypuhelimen. Markku Räsänen, Helsingin yliopisto Aikakauslehtien Liiton jäsenlehti Keskipainos 5 000, erikoisnumeroilla 300–3 000 kpl:n lisäjakelu. 0400 578 901 toimitus@kemia-lehti.fi | www.kemia-lehti.fi www.facebook.com/kemialehti Päätoimittaja • Chefredaktör • Editor-in-Chief DI Leena Joutsen 040 577 8850 leena.joutsen@kemia-lehti.fi Toimituspäällikkö • Redaktionschef • Managing Editor Päivi Ikonen 0400 139 948 paivi.ikonen@kemia-lehti.fi Taitto • Layout K-Systems Contacts Oy Päivi Kaikkonen 040 733 3485 taitto@kemia-lehti.fi Sihteeri • Sekreterare • Secretary Sanna Alajoki 050 336 5613 sanna.alajoki@kemia-lehti.fi Mainokset • Annonser • Advertisements ilmoitukset@kemia-lehti.fi Myynti • Försäljning • Sales Jaana Koivisto 040 770 3043 jaana.koivisto@kemia-lehti.fi Tilaukset ja osoitteenmuutokset puh. 46 Coden: KMKMAA ISSN 0355-1628 Toimitus • Redaktion • Office Asolantie 29 b, FI-01400 Vantaa puh. Raavaasta satakiloisesta 45 kiloa on happea ja 54 kiloa viittä muuta alkuainetta: hiiltä, vetyä, typpeä, fosforia ja kalsiumia. LISÄÄ POHDITTAVAA saamme tiedosta, että kännykästämme löytyvät tina, tantaali, volframi ja kulta ovat usein peräisin alueilta, joissa niiden myynnillä rahoitetaan väkivaltaisia konflikteja. Hänen rohkea vetonsa 150 vuotta sitten oli pedata taulukkoon paikat vielä löytymättömille alkuaineille ja ennustaa niiden ominaisuudet. MIKÄ ON IHMISEN resepti. Jos valmistajat eivät ryhdy oma-aloitteisesti toimiin, valppaat kuluttajat voivat vaatia kauppoihin eettisesti valmistettuja ja käytössä kestäviä tuotteita, joissa arvoaineiden kierrätys tehdään mahdolliseksi jo suunnittelijan pöydällä. Leena Joutsen Asiantuntemusta asiakkaan hyväksi www.hosmed.. Tervetuloa ChemBion osastolle 1c11 tapaamaan hosmedilaisia ja tutustumaan monipuoliseen laitetarjontaamme! . maaliskuuta 2019 KEMIA Kemi Vol. ChemBio 27.-28.3.2019 Messukeskus, Helsinki . Forssa Print, Forssa 2019 | ISO 9002 Kaiken resepti KEMIA 2/2019 5 Alkuainetaulukko on pieneen pakattu tietojärkäle. Me omistamme syntymäpäiväsankarille lehden avausjutun, jonka on kirjoittanut vuoden tiedetoimittaja Kalevi Rantanen. Älypuhelimestamme suunnilleen puolet on muoviyhdisteitä, toinen puoli metalleja. Kongolaisen koboltin louhimiseen käytetään alakouluikäisiä lapsia karmaisevissa työoloissa. Tämän vuoden ChemBio on muutakin kuin laitenäyttely – ohjelmassa on mm. Tietämyksemme aineiden ominaisuuksista ja sopivuudesta eri tarkoituksiin nojaa vahvasti jaksolliseen järjestelmään. Kun ennustus osoittautui pian oikeaksi, Mendelejevin asema jaksollisen järjestelmän isänä sai sinettinsä. Sc an st oc kp ho to PÄÄKIRJOITUS 13. KEMIAN TUNNEILTA tuttu alkuainetaulukko on pieneen pakattu tietojärkäle, joka on sysännyt tieteen, teknologian ja elintasomme kehityksen jättiharppauksiin. Matti Hotokka, Åbo Akademi Toimituspäällikkö Päivi Ikonen, Kemia-Kemi Toiminnanjohtaja Heleena Karrus, Kemian Seurat Päätoimittaja Leena Joutsen, Kemia-Kemi Tiedetoimittaja Sisko Loikkanen Professori Jan Lundell, Jyväskylän yliopisto Emer.prof. kemian nobelistien puheenvuoroja. Arvoaineiden talteenotto esimerkiksi elektroniikkaromusta ja teollisuuden sivuvirroista on jo usein teknisesti mahdollista ja yhä useammin myös taloudellisesti järkevää. Dmitri Mendelejev ei ollut ensimmäinen alkuaineita ryhmitellyt tutkija. , 020 7756 330, info@hosmed.. Kemistit urakoivat etujoukoissa matkalla resurssiviisaaseen kiertotalousyhteiskuntaan. 03 4246 5370 tilaukset@kemia-lehti.fi Osoitteenmuutokset / Kemian Seurojen jäsenet Kemian Seurojen toimisto puh. Kaikkiaan kännykkämme uumenista löytyy kolmisenkymmentä alkuainetta. Valoa tilanteeseen tuo se, että alkuaineet eivät häviä, kun käytämme niitä. 12), joka kertoo useiden alkuaineiden uhanalaisuudesta. Viimeinen kilogramma jakautuu kymmenille muille alkuaineille, joista monet ovat vähäisestä määrästään huolimatta huipputärkeitä hyvinvoinnillemme. Euroopan kemianseurojen kattojärjestö EuChemS on julkaissut jaksollisesta järjestelmästä version (s. ÄLYPUHELIMEEN TIIVISTYY alkuaineiden käytön problematiikka
6 KEMIA 2/2019 Mendelejev määräsi Alkuaineiden marssijärjestyksen Kalevi Rantanen Venäläinen kemisti Dmitri Mendelejev julkaisi 150 vuotta sitten taulukon, josta tuli alkuaineiden luokittelun perustuslaki ja tieteellisen väittelyn ehtymätön lähde. Juhlavuonna lakia ollaan päivittämässä ja taulukkoa taivuttamassa uusiin käyttöihin.
Pixabay Mendelejev määräsi Alkuaineiden marssijärjestyksen. 7 2/2019 KEMIA Alkuaineet ovat ihmiskunnan kaikki kaikessa. Ilman niitä meillä ei olisi esimerkiksi älypuhelimia, joiden valmistuksessa tarvitaan kymmeniä alkuaineita
Vastaan tulee kalium. Mendelejevin valttina tyhjät paikat Dmitri Mendelejev sai etumatkaa omalle näkemykselleen jo julkaisuajankohdassa, mutta hänen taulukkonsa suurin valttikortti oli sen kolme tyhjää paikkaa. Tieteenfilosofi Eric Scerri Los Angelesin yliopistosta on laskenut, että maailmassa on tehty yli tuhat ehdotusta alkuaineiden ryhmittelemiseksi. Mennään kahdeksan askelta eteenpäin. Kemistit havaitsivat listassa jaksollisuutta. Mitkä alkuaineet kuuluvat kolmanteen ryhmään. Scerrin ehdotuksessa helium on yhdessä muiden inerttien kaasujen kanssa vasemmalla, toisessa ryhmässä neonin yläpuolella. Mendelejevin järjestelmää on kehitetty eri suuntiin, ja siitä on rakennettu useita versioita. Toiset ovat järjestäneet alkuaineita aivan eri tavalla. Riippumatta siitä, millaisiin suosituksiin ryhmä päätyy, keskustelu jatkuu varmasti niiden jälkeenkin. Protonit ja elektronit olivat tuntemattomia, ja tutkijat kiistelivät jopa atomien olemassaolosta. Pittsburghin yliopiston fysikaalisen kemian professorina työskennellyt Bent esitti näkemykselleen useita perusteluja: Ionisaatioenergia ja elektronegatiivisuus yhdistävät heliumin enemmän berylliumiin kuin neoniin, samoin triadisääntö, atomin rakenne, spektroskooppinen luokittelu sekä ryhmän ensimmäisen alkuaineen erityisyys. Ne venäläiskemisti jätti alkuaineille, joita ei vielä tunnettu, mutta joiden ominaisuudet taulukko ennusti. Ensimmäisen taulukon jälkeen kemistit ja monet muutkin ovat käsitelleet Mendelejevin perintöä eri tavoin. Aineiden kemiallisista ominaisuuksista oli sen sijaan kertynyt jo paljon tietoa. Bentin mukaan oikea paikka on berylliumin yläpuolella. Eric Scerri on itsekin laatinut oman alkuainetaulukkonsa, joka on jälleen yksi uusi Mendelejevin taulukon muunnos. Yhdysvaltalainen kemianopettaja Gary Katz patentoi vuonna 1971 kolmiulotteisen taulukon, joka koosAlkuaineiden jaksollisen järjestelmän isänä kunnioitetaan Pietarin yliopiston kemian professoria Dmitri Mendelejeviä, jonka taulukko näki päivänvalon tasan 150 vuotta sitten. Taulukossa ne ovat vasemmalla pystysarakkeessa päällekkäin. Ne ovat ensimmäisessä ryhmässä. ”Ainoa tärkeä kysymys on helium” Muunlaisiakin esityksiä riittää. Mendelejev eteni kemia edellä Alkuaineiden sijoittaminen taulukkoon riippuu osin siitä, tehdäänkö valinta fysikaalisin vai kemiallisin perustein. Dmitri Mendelejevin aikana fysikaalinen peruste oli atomipaino. Ainoa tärkeä kysymys on hänen mielestään heliumin sijoittaminen. Mihin helium pitäisi laittaa. Kaikki kolme ovat pehmeitä aineita, jotka reagoivat ärhäkästi veden kanssa. Döbereinerin triadikolmikko strontium, kalsium ja barium sijoittui sittemmin Mendelejevin taulukon toiseen sarakkeeseen. Litiumin jälkeen kahdeksas alkuaine on natrium. Kansainvälisen kemianjärjestön Iupacin työryhmä pohtii parhaillaan, miten päivittää alkuainetaulukkoa. Sarakkeet ja pystyrivit ovat laajasti tunnetuissa taulukoissa suunnilleen samat, mutta yksityiskohdista on monenlaisia käsityksiä. Vuonna 2015 kuollut amerikkalaiskemisti Henry Bent totesi jo viime vuosisadalla, että erilaisista taulukoista kiisteleminen on tavallisesti ajanhukkaa. Jotkut ovat rakentaneet hänen taulukkonsa muunnoksia. tui sisäkkäisistä sylintereistä. Montako saraketta taulukossa pitäisi olla. Painon mukainen järjestys auttoi jo paljon. Tyhjät paikat täyttyivät pian, kun löydettiin gallium vuonna 1875, skandium vuonna 1879 ja germanium vuonna 1886. 9 2/2019 KEMIA nen. Näin venäläiskemisti päätyi kul. Nykyiset pystyrivit olivat Mendelejevillä vaakarivejä ja vaakarivit pystyrivejä. Jaksojen toisessa päässä ja taulukon oikealla laidalla on jalokaasuja, jotka reagoivat nihkeästi muiden aineiden kanssa
Eli pitääkö sinne sijoittaa lantaani ja aktinium vai lutetium ja lawrencium”, kertoo Pyykkö, jolla on oma ehdotuksensa. ”Mahdollinen kauneusvirhe on ryhmään 3 jätettävä reikä. ”Taulukon valinta on ihmisoikeus” Suomalainen kemisti, Helsingin yliopiston emeritusprofessori Pekka Pyykkö on samoilla linjoilla yhdysvaltalaisen kollegansa Henry Bentin kanssa. Sen sijaan jää epäselväksi, minkä pitäisi olla kolmannen ryhmän ja seitsemännen rivin alkuaine, aktinium vai lawrencium. Tilaisuudessa puhuivat professorit Anu Hopia , Pekka Pyykkö , Anu Kankainen ja Timo Repo . Alkuaineet A ja B he luokittelivat samankaltaisiksi, jos ne muodostivat binääriyhdisteitä AC ja BC kolmannen alkuaineen C:n kanssa. Kaikkia ongelmakohtia uusi fysiikkakaan ei ole kyennyt selvittämään. Toistaiseksi raskain alkuaine, joka on ”Kemistit ovat käyneet todellisia uskonsotia alkuaineiden kolmannen ryhmän järjestyksestä.”. Esimerkiksi kloori ja muut halogeenit kuuluvat samaan ryhmään, koska ne muodostavat yhdisteitä samankaltaisten alkuaineiden kanssa. ”Kemistit ovat käyneet todellisia uskonsotia esimerkiksi siitä, mitkä alkuaineet kuuluvat kolmannen ryhmän kuudennelle ja seitsemännelle riville. Tutkimus antoi valaistusta kolmannen ryhmän ja kuudennen rivin alkuaineen valintaan. Aktiniumin kanssa niillä on ”datapisteitä” vain 70 ja lawrenciumin kanssa alle 40. 10 KEMIA 2/2019 JAKSOLLISEN JÄRJESTELMÄN JUHLAVUOSI YK on julistanut vuoden 2019 alkuaineiden jaksollisen järjestelmän kansainväliseksi vuodeksi (International Year of Periodic Table). fi-portaalista. Mutta olisi ihmisoikeuksien loukkaus pakottaa muut noudattamaan omaa suosikkijärjestelmää”, hän ilmaisee. Elektronin todennäköistä rataa kuvattiin atomiorbitaalilla. Täyttymisjärjestyksen mukaan alkuaineet ryhmiteltiin s-, d-, pja f-lohkoihin. Jokaisen aineen järjestysnumero on nykyään sama kuin protonien lukumäärä atomin ytimessä. Ranskalainen insinööri, keksijä ja monien tieteiden harrastaja Charles Janet rakensi vuonna 1928 uuden taulukon, jossa on 32 pystyriviä. Hankala kolmas ryhmä Elektronikuoren rakenne selvitettiin 1920-luvulla kvanttimekaniikan keinoin. Lohkot ovat vasemmalta oikealle f, p, d ja s. Pekka Pyykkö on rakentanut jaksollista järjestelmää eteenpäin relativistisella kvanttimekaniikalla. Restrepon ryhmä analysoi noin 7 400 binääriyhdistettä eli molekyylia, joissa on vain kaksi alkuainetta. Valintaa aktiniumin ja lawrenciumin välillä on mahdotonta tehdä näin pienellä datalla. Pyykön mukaan kiista ratkeaa, jos nämä paikat jätetään tyhjiksi ja käytetään 15 paikan lantanidija aktinidirivejä. Sijoitetaan siis lantaani kuudennelle riville. helmikuuta Jaksollinen järjestelmä -illan, jonka tallenne löytyy seuran 100-vuotista toimintaa juhlistavasta kemia100. Iupac ja ACS ovat pyrkineet rakentamaan tieteellistä konsensusta, toisinaan tulisten väittelyiden kautta. Mallia on käsitelty viimeksi helmikuussa Nature Chemistry -lehdessä Hiromitsu Haban artikkelissa A new period in superheavy-element hunting. Matemaattinen kemisti Guillemo Restrepo Max Planck -instituutista on yhdessä työtoveriensa kanssa käynyt taulukon kimppuun laskennallisen kemian keinoin. Elektronit täyttivät orbitaalit tiettyjen sääntöjen mukaan. Suomalaisten Kemistien Seura järjesti 7. Samalla tarkennettiin tapaa numeroida alkuaineet. Skandiumilla ja yttriumilla on lantaanin kanssa kymmeniätuhansia samankaltaisia yhdisteitä. Iupac on ainakin aikaisemmin kunnioittanut kemiallisia tosiseikkoja ja laskee 0–14”, Pyykkö sanoo. Lantanidit ja aktinidit voidaan tulkita sen täyttäväksi ’korkiksi’.” Heliumin Pyykkö haluaa pitää edelleen taulukon oikeassa laidassa. Janetin taulukko jäi kuriositeetiksi, mutta kvanttimekaniikalla selitettiin aineiden ominaisuuksia Mendelejevin taulukossa. ”Helium on epäilemättä varsin jalo kaasu.” Kun mennään raskaisiin alkuaineisiin, on otettava käyttöön toinen modernin fysiikan järeistä työkaluista, suhteellisuusteoria. Alkuaineen kyky muodostaa yhdisteitä muiden alkuaineiden kanssa ratkaisi. Pyykön mielestä alkuaineiden taulukoinnin oikeasta tavasta kiisteleminen on turhaa. Vety on oikealla ylhäällä heliumin vieressä. LUE LISÄÄ JUHLAVUODESTA: • www.iypt2019.org • www.euchems.eu/iypt2019 • iupac.org/welcome-to-theinternational-year-of-theperiodic-table • www.acs.org > Students & Education > Explore Chemistry > Periodic Table of Elements kemaan kemia edellä. Mendelejev sijoitti telluurin ennen jodia, vaikka järjestys olisi atomipainon mukaan ollut päinvastainen. ”Iupacilla ja Yhdysvaltain kemian seuralla ACS:llä on täysi oikeus tehdä suosituksensa asiasta. Vuoden mittaan Mendelejevin taulukkoa juhlitaan maailmalla monin tavoin. ”ACS ja kuninkaallinen kemianseura RSC haluavat lantanidien ja aktinidien lukumääräksi 14. Pyykön vuonna 2011 julkaisema ehdotus elektronikonfiguraation ja jaksollisen järjestelmän väliselle yhteydelle alkuaineille 119–172 herätti suurta mielenkiintoa. Etenkin kolmannen ryhmän alkuaineiden valinnasta kiistellään yhä. Myöhemmin, kun protonit, elektronit, neutronit ja isotoopit löydettiin, saatiin selitys atomipainojen poikkeuksille. Raskaissa atomeissa elektronien vauhti kiihtyy niin, että myös suhteellisuusteoreettiset ilmiöt tulevat merkittäviksi. Lantaani on lähempänä skandiumia ja yttriumia kuin lutetium. Hänen taulukkonsa ennakoi elektronien orbitaaleja ja alkuaineiden ominaisuuksia aina numeroon 172 asti
Molemmat aineet ovat samassa ryhmässä mutta eri jaksoissa. Ve ik ko So m er pu ro kyetty valmistamaan, on oganessium, jonka järjestysnumero on 118. Pekka Pyykkö ja ranskalainen fyysikko Jean-Paul Desclaux osoittivat jo vuonna 1975, että relativistiset vaikutukset selittävät useimmat erot kullan ja hopean vety-yhdisteiden välillä. Nykyään tunnetaan jo 94 luonnollista ja 24 keinotekoista alkuainetta. Kulta on yksi emeritusprofessori Pekka Pyykön suosikkialkuaineista. Hopea on oikeastaan ”epärelativistista kultaa”. Suhteellisuusteoria selittää myös värejä. Kulta on huomattavasti hopeaa raskaampaa. Tutkijoiden keskuudessa esiintyy. Lisäksi sillä tuodaan uutta sisältöä tuttuun taulukkoon. ”Sillä on mielenkiintoinen elektronirakenne.” H ab a, H . Relativistisilla kvanttimekaanisilla laskelmilla pyritään ymmärtämään myös kultaklusterin toimintaa katalyytteinä. Hopean atomimassa on 107 yksikköä, kullan 197. Katalyysitutkimuksilla on paljon merkitystä esimerkiksi etsittäessä keinoja hävittää vahingollisia yhdisteitä. Dmitri Mendelejevin ensimmäisessä taulukossa oli yhteensä 60 alkuainetta. Väri puolestaan riippuu fotonien kvanttihypyistä energiatasojen välillä. Silmän aistima väri syntyy, kun aine imee ja heijastaa valoa. Ilman suhteellisuusteoreettista vaikutusta kulta olisi hopean väristä. N at ur e Ch em is tr y 11 , is su e 2/ 20 19 . Energiatasojen etäisyydet atomissa muuttuvat. 11 2/2019 KEMIA Pekka Pyykön ehdotus elektronikonfiguraation ja jaksollisen järjestelmän väliselle yhteydelle alkuaineille 119–172 julkaistiin alun perin vuonna 2011. Uutta sisältöä tuttuun taulukkoon Relativistisella kvanttimekaniikalla voidaan ennakoida uusien alkuaineiden ominaisuuksia. Bulkkikulta, jota näemme kultasormuksissa, on inerttiä, mutta nanokulta reagoi ärhäkästi. Kuinka pitkälle voidaan jatkaa. Kulta-atomissa uloin elektroni kiitää nopeudella, joka on 58 prosenttia valon nopeudesta. Vauhti saa elektronin käyttäytymään ikään kuin sen massa olisi kasvanut. Siksi kulta-atomi imee useimmat värit ja heijastaa vain kullankeltaisen ulospäin. Näkyvin osa alkuainetaulukkoon liittyvästä tutkimuksesta on uusien alkuaineiden valmistaminen. Pyykön mallissa lantanidit ja aktanidit ovat 15 paikan riveissä. Miten selittää esimerkiksi kullan väri
Ehtymässä 100 vuoden kuluessa Lisääntyvä käyttö uhkaa saatavuutta Saatavuus rajallinen Saatavuus hyvä Synteettiset Saadaan konfliktimineraaleista Älypuhelimissa käytettävät alkuaineet Lue lisää ja pelaa videopeliä: http://bit.ly/euchems-pt. Alkuainetaulukko taipuu moneen. Älypuhelimeen tarvitaan kaikkiaan 31 alkuainetta. 12 KEMIA 2/2019 erilaisia näkemyksiä yhä uusien alkuaineiden rakentamisen tarpeellisuudesta. kalevi.rantanen@kolumbus.fi This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NoDerivs CC-BY-ND H O C Na Mg AI B N F Ca P S CI Si K As Fe Sb Br Pb Rb Be Sr Ba Cs Ra Y Pd Ni Cu Zn Ag Sn Bi Au I Pt W Po At Te Se Hg He Ne Ar Kr Xe Rn Ga Ge Cd In TI Co Rh Ru Mo Ir Os Re Mn V Ti Zr Nb Hf Fr Th Ac U Pa Sc Ta La Eu Tb Dy Ho Li Cr Gd Er Tm Yb Lu Pr Nd Pm Sm Tc Ce Kaikki koostuu 90:stä luonnon alkuaineesta. Tänä keväänä Dubnassa on tarkoitus aloittaa alkuaineiden 119 ja 120 valmistusyritykset. Kuinka todennäköistä olisi tuottaa pysyviä superraskaita alkuaineita. Ennusteita uusien alkuaineiden puoliintumisajoista ja muista ominaisuuksista voidaan testata valmistamalla niitä. Samassa tilaisuudessa puhunut Jyväskylän yliopiston ydinfyysikko Anu Kankainen täydentää vastausta kertomalla, että alkuaineen vakaus riippuu protonien ja neutronien yhteisvaikutuksesta. Paljonko niitä on saatavissa. Euroopan kemianseurojen liiton Euchemsin tuore grafiikka havainnollistaa 90 alkuaineen yleisyyttä logaritmisella asteikolla. Pekka Pyykön taulukko ennakoi uusien alkuaineiden ominaisuuksia. Työstä ollaan kiinnostuneita etenkin Venäjällä. ”Mitä se kertoo?”, Gates kysyy. Perinteistä huolimatta laboratorion raskaiden alkuaineiden ryhmän johtaja Jacklyn Gates suhtautuu uusiin suunnitelmiin epäileväisesti. Toinen tärkeä paikka raskaiden alkuaineiden tutkimuksessa on Lawrence Berkeleyn kansallinen laboratorio Kaliforniassa. Taulukko on kuin kertotaulu: ei vielä yksinään riittävä, mutta ehdottoman välttämätön. Tietenkin tutkijoita houkuttelee myös vähäinen mutta vastustamattoman kiehtova mahdollisuus saada aikaan superraskas alkuaine, joka pysyy pitkään vakaana. ”Epätodennäköistä, mutta ei mahdotonta”, vastaa Pyykkö, joka puhui Suomalaisten Kemistien Seuran helmikuisessa Jaksollinen järjestelmä -illassa Helsingin yliopiston Tiedekulmassa. Kuuluisaan Dubnan tutkimuskeskukseen on hiljattain pystytetty uusi laitteisto, ”superraskaiden alkuaineiden tehdas”. Tutkijat ovat laskeneet niin sanottuja maagisia lukuja, joilla ydin mahdollisesti pysyy kasassa. He haluavat ehdottomasti varmistaa, puuttuuko kartalta vielä saaria. Gates pohtii Science-lehdessä, onko järkeä käyttää vuosia kiihdytinaikaa yhden atomin rakentamiseen. Selvää sen sijaan on, että jaksollinen järjestelmä säilyy tieteentekijöiden työkalupakissa. Viimeisimpänä syntynyt alkuaine 118, oganessium, nimettiin Dubnan tutkijan Juri Oganessianin kunniaksi. Horisonttiin voi siten ilmestyä jälleen vakaita alkuaineita. Punaisella merkityt ovat jo ehtymässä, oranssit uhanalaisia. Kirjoittaja on vapaa tiedetoimittaja. Haaveet uusista alkuaineista ja vakauden saaresta voivat toteutua tai olla toteutumatta. Dubnan fyysikon Aleksandr Karpovin mukaan kertoo paljonkin. Vieläkö kartalta löytyy uusia saaria. Kemistit ja fyysikot ovat kuin tutkimusmatkailijoita valtamerellä. Onko määrä riittävä
• Nauti kemistien tarinoista. • Tutustu suomalaisen kemian saavutuksiin. On aika juhlia • Satavuotiasta Suomalaisten Kemistien Seuraa. • Bongaa tuoreita tutkimusuutisia. Ole ylpeästi kemisti. • Suomalaisia kemistejä. • Suomalaista kemian osaamista. • Kuuntele huippujen haastatteluja. sks_sivu.indd 1 28.11.2018 9.38. 13 2/2019 KEMIA Suuntaa osoitteeseen kemia100.fi • Poimi kalenteriisi juhlavuoden tapahtumat
Nykyinen tapa kuluttaa raaka-aineita ja materiaaleja on kestämätön. Luonnossa muovia on metsissä, pelloilla ja järvien ja merien pohjassa, ilmakehässä taas poltettuna hiilidioksidiksi. Tomi Nyman tomi.nyman@poyry.com. On arvioitu, että vuonna 2050 muovia tuotetaan vuosittain jopa 1 100 miljoonaa tonnia. Monet nykyisistä biomuoveista ovat ominaisuuksiltaan erilaisia, osin parempia, osin heikompia kuin perinteiset fossiiliset muovit. Konsepti tähtää ison mittakaavan ratkaisuihin. Tulevaisuus voi olla vapaa fossiilisista muoveista, kustannustehokkaasti. Tämän lisäksi muoveja käytetään autoissa, rakennusteollisuudessa, elektroniikassa, erilaisissa talousja teollisuustuotteissa – käytännössä kaikkialla. TÄTÄ MIELTÄ MAAILMA HUKKUU MUOVIIN. Raaka-aineet on siis syytä käyttää mahdollisimman tehokkaasti. Muovin tuotanto kasvaa huimaa vauhtia: sitä valmistetaan jo lähes 400 miljoonaa tonnia vuodessa. Uusia biopohjaisia muovija biokomposiittija kuituratkaisuja tulee koko ajan markkinoille vastaamaan markkinoiden kysyntään. Muovien, sekä fossiilisten että biopohjaisten, ominaisuuksien kehitys parempaan suuntaan jatkuu raaka-aineen alkuperästä riippumatta. Muovia osittain tai kokonaan korvaavia uusia ratkaisuja, biomuoveja ja kuitutuotteita sekä kierrätystä kehitetään koko ajan. Valmistamalla pitkäikäisiä uusiutuvia ja biopohjaisia tuotteita ilmakehän hiiltä voidaan sitoa lopputuotteisiin. Tulevaisuudessa käytetyn tuotteen ja materiaalin arvo on säilytettävä mahdollisimman pitkään. Hankkeessa osoitetaan, kuinka ratkaisu on teoriassa ja käytännössä mahdollista toteuttaa teollisuudessa ja arvoketjussa aina kuluttajille asti. Nyt, ensimmäistä kertaa, on luotu kokonaisuus, joka kertoo, miten muovit saadaan uusiutuviksi isossa mittakaavassa siten, että se on sekä kaupallisesti että ympäristön kannalta kannattavaa. Osa määrästä on vielä käytössä eri kohteissa, mutta hälyttävän paljon muovista on päätynyt luontoon ja ilmakehään. Muoveista suuri osa, noin 40 prosenttia, käytetään pakkausten valmistamiseen. 14 KEMIA 2/2019 Monet nykyiset biomuovija kuitutuoteratkaisut eivät vielä saavuta riittäviä ominaisuuksia, mutta kehitystyö jatkuu. PUUTTUMALLA ASIAAN NYT muoviongelman kasvua voidaan rajoittaa ja hidastaa. Tähän mennessä muovia on tuotettu kaikkiaan yli 8 miljardia tonnia. Vaikka biopohjaiset muovin korvaajat perustuvat uusiutuviin raaka-aineisiin, on muistettava, että niidenkin saatavuus on kriittinen haaste tulevaisuudessa. Samanaikaisesti kuluttajien ja teollisuuden koulutusja kasvatustyöhön täytyy panostaa entistä enemmän. KAIKKI TUOTTEET, jotka tänä päivänä tehdään raakaöljystä, ovat tulevaisuudessa tehtävissä biopohjaisina niin, että niiden ominaisuudet ovat identtiset tai jopa paremmat. Näin ei kuitenkaan tarvitse olla. Uusissa tuotteissa suunnittelu ja muotoilu ovatkin tärkeässä asemassa, jotta kierrätettävyys maksimoidaan. Pöyry on kehittänyt konseptin, jolla muovit voidaan korvata fossiilittomilla ratkaisuilla. Maailman muoviongelma on ratkaistavissa Tomi Nyman on kemiantekniikan diplomiinsinööri, joka työskentelee liikkeenjohdon konsulttina Pöyry Oy:ssä. Samalla korvataan fossiilisia, raakaöljyyn perustuvia muovituotteita. Hankkeeseen kootaan parhaillaan eri alojen johtavia yhtiöitä yhteen ratkaisemaan maailman muoviongelmaa. Voimme saavuttaa ajoissa tasapainon, jossa muovia valmistetaan riittävästi kasvavan väestön tarpeisiin, mutta jossa se myös kerätään talteen ja kierrätetään hyvin
Vahvistetaan sitä yhdessä. Koulutus AEL:ssä varmistaa, että osaaminen pysyy ajassa, eivätkä tulevaisuuden haasteet pääse yllättämään. Turvallisuus on osaamista. AEL pitää muutoksessa mukana! Kaarnatie 4, 00410 Helsinki 09 530 71 Sisäiset auditoinnit 9.4.2019 Vaarallisten aineiden ja kemikaalien varastointi, lähettäminen ja kuljettaminen 24.–25.4.2019 Tuotekehitys Medical Device & In Vitro Diagnostics -yrityksissä 21.–22.5.2019 Medical Device ja In Vitro Diagnostics -yritysten laatu, standardit, vaatimukset ja käytäntö 17.–18.9.2019 GMP (Good Manufacturing Practice) 25.–26.9.2019 Turussa Plasmaemissiospektrometria (ICP-OES) 8.–9.10.2019 Ilman osaamista ei tulevaisuudessa pärjää. Lue lisää: kemianteollisuus.. Tervetuloa ChemBio Finland -messuilla osastolle 2e61
Mitkä äitisoluista tekevät nilaa ja mitkä puuta. Lituruoho on pieni, yksinkertainen ja nopeakasvuinen rikkaruoho, joka normaalisti kukkii, tekee siemenet ja kuolee kahdessa kuukaudessa. Suuret kasvit venyvät pituutta, mutta niitä ei olisi ilman paksuuskasvua. Tuuhea ja korkea latvus kerää valoa, syvälle ulottuvat juuret löytävät vettä ja ravinteita. kuljettava ja varastoiva nila. Paksuuskasvun mekanismi on ollut vaikeampi ongelma jo siksi, että se piileskelee rungon sisällä. Paksuus kasvaa piilossa Kasvien pituuskasvun mekanismi tunnetaan jo varsin hyvin, koska kasvua aikaansaava solukko eli meristeemi on kasvin pinnalla ja helposti kuvannettavissa. Työkaluna lituruoho Sekä Mähösen että Helariutan tutkimusryhmät käyttivät koekasveinaan lituruohoa, kasvitutkijoiden perustyökalua. Kasvu tapahtuu nilan alla pehmeässä jälsikerroksessa. Löytö panee oppikirjat uusiksi ja helpottaa kasvinjalostusta. Jopa lituruoho saa puumaisia piirteitä, jos se kasvaa riittävän pitkään. Puun pintaa peittää kaarna, jonka alla on ravinteita Puiden paksuuskasvu on lähes 150 vuotta vanha mysteeri, jonka Helsingin yliopiston tutkijat ovat nyt ratkaisseet. Jos sen perimään tehdään kukkimisen estävä mutaatio, se voi jatkaa kasvuaan puoli vuotta. 16 KEMIA 2/2019 Raili Leino Suuri koko on kasveille suuri etu. Onko jällessä useanlaisia kantasoluja vai voiko sama kantasolu erilaistua useaan eri suuntaan – ja jos niin on, kuinka se tietää, miten erilaistua. Molemmat tutkimukset tehtiin Suomen Akatemian kuusivuotisen huippuyksikkörahoituksen turvin, ja ne tuottivat komeat kaksi suomalaisartikkelia arvostetun Nature-lehden samaan numeroon. Jälsi kasvaa kahteen suuntaan ja erilaistuu sisäreunassaan puusoluiksi, ulkopinnassa nilaksi. ”Paksuuskasvu on niin tärkeä innovaatio, että se on mahdollisesti keksitty kasvien historiassa monta kertaa”, sanoo professori Yrjö Helariutta. Puu on tukirakennetta, mutta nila on hyvin aktiivinen kerros. Näiden kantasolujen toiminta selvitettiin jo parikymmentä vuotta sitten. Se ero puilla ja pikkuisella lituruoholla on, että siinä missä kantasolujen kerSuomalaistutkijat keksivät, Miksi puu paksuuntuu Miksi puu paksuuntuu. Lituruohon juuressa on kuitenkin kaikki samat osat kuin parimetrisessä tammenrungossa: kuori, nila, jälsi ja puumainen sisus. Yrjö Helariutta ja tutkija Ari Pekka Mähönen johtivat kahta Helsingin yliopiston organismija evoluutiobiologian tutkimusryhmää, jotka ovat ratkaisseet maailman tiedeyhteisöä toistasataa vuotta askarruttaneen arvoituksen: miksi puut eivät kasva pelkästään pituutta vaan myös paksuutta. Puut ovat juuri kokonsa ansiosta laajoilla alueilla valtakasveja. Siellä missä varsinaisia puita ei kasva, osa muista kasveista kehittyy puumaisiksi. Kun ohuet jälsisolut ensimmäisen kerran lähes 150 vuotta sitten nähtiin mikroskoopilla, tutkijat alkoivat pohtia jällen kasvusta vastaavien ”äitisolujen” eli kantasolujen luonnetta
17 2/2019 KEMIA Puut voivat paisua monta metriä paksuiksi. Suomalaistutkijoiden ansiosta tiedämme nyt, kuinka se tapahtuu. ”Paksuuskasvu on niin tärkeä innovaatio, että se on voinut syntyä evoluutiossa monta kertaa.” Suomalaistutkijat keksivät, Miksi puu paksuuntuu Miksi puu paksuuntuu
Rikkaruohojen strategia on nopeus: kasvi saattaa kasvaa siemenestä kukkivaksi ja tuottaa uudet siemenet parissa kuukaudessa, minkä jälkeen se voi kuolla. Kantasolun paikka on dynaaminen ja muuttuu puun kasvaessa. Niiden alkukasvu on hidas. Näin selvisi, että on vain yksi kantasolu, josta tulee sekä nilaa että puuta. Kantasolun huoltaja Kantasolun vieressä on aina järjestäjäsolu, joka ylläpitää kantasolua ja pitää huolen prosessin jatkumisesta. Kun Mähösen ja Helariutan löydökset yhdistetään, ne selittävät, miten kasvit pystyvät jatkuvasti ja erittäin järjestelmällisesti kasvamaan paksuutta niin, että juurien ja runkojen poikkileikkauksissa nähdään samankeskeisiä vuosirenkaita. Kasvua säätämällä kasvi säätää rakenteensa arkkitehtuuria. Se päättää, milloin tarvitaan lisää johtosolukkoa ja lisää haaroja”, Helariutta kertoo. ”Tässä vaiheessa juurenkärjessä tapahtuu todella paljon päivän tai jopa tuntien aikana. Kantasolut ovat herkkiä vaurioitumaan, ja ne kärsivät helposti mutaatioita aiheuttavista kemikaaleista. Näin toimivat puut. Ratkaisevia tekijöitä ovat solujen sijainti ja niiden välillä oleva monimutkainen molekulaarinen signalointiverkosto. Järjestäjäsolut valitsevat, mitkä kantasolut saavat tehdä paljon tytärsoluja ja mitkä joutuvat ohjattuun solukuolemaan. Rikkakasvi on rokkitähti, puu satsaa tulevaisuuteen ”Puut satsaavat tulevaisuuteen ja kukkivat vasta 20–30-vuotiaina.” Suuren massan turvin kukkimista ja siementen valmistamista voi lykätä, jos olosuhteet eivät ole suotuisat. Sopivissa olosuhteissa puidenkin kasvu voi olla ällistyttävän nopeaa. Järjestäjäsolujen monimutkainen säätelymekanismi määrää, missä järjestäjäsolut ja kantasolut sijaitsevat. Tärkein kasvuhormoni on auksiini, joka on adeniinipohjainen nukleotidijohdannainen. Sitten on useamman päivän tauko ennen kuin jälsi aktivoituu. Juurenkärjen nuoret nilasolut käynnistävät puuaineksen ja nilan välissä jällen muodostumisen ensimmäisen vaiheen ja ohjaavat prosessia. Juurenkärki huhkii ja huilaa Yrjö Helariutan tutkimusryhmä selvitti samaan aikaan juurenkärjen kasvua siinä vaiheessa, kun jälttä ei vielä ole. Koivu saattaa venähtää kasvihuoneessa kasvukauden aikana siemenestä kattoon asti ja tehdä jo vuoden iässä kukat ja siemenet, jos lämpötila, kosteus ja hiilidioksidin määrä säädellään optimaalisesti. Havupuut eivät kuitenkaan pysty samaan. Monta kaistaa kulkijoille Solut kommunikoivat toisten solujen kanssa erilaisilla kemiallisilla ja fysi. Järjestäjäsolut pitävät myös yllä jatkuvaa kantasolujen ”laaduntarkkailua”. Järjestäjäsolut ylläpitävät kantasoluja myös eläimillä, mutta kaikilla lajeilla ne eivät osallistu kasvuun. Toinen strategia on kasvattaa mahdollisimman paljon biomassaa. Vanha mysteeri ratkesi, kun tutkijat näkivät mikroskoopilla, kuinka väriaine oli levinnyt kantasolusta kahteen suuntaan, sekä nilaan että puuhun. Aluksi järjestäjäsolu varmistaa kasvuhormoni auksiinin avulla, että sen vieressä oleva kantasolu jakaantuu kahtia. ”Rikkakasvit ovat kuin rokkitähtiä, jotka elävät lyhyen ja vauhdikkaan elämän”, kuvailee tutkija Ari Pekka Mähönen. 18 KEMIA 2/2019 Kasvit noudattavat kasvussaan erilaisia strategioita, jotta ne menestyisivät ja voisivat lisääntyä. Kemikaalien määrät ja sijaintipaikat solussa ratkaisevat, missä ja miten kasvu tapahtuu. Oman tutkimustyönsä aluksi Mähösen ryhmä rakensi tarvittavat geneettiset, histologiset ja mikroskooppiset työkalut. Ratkaisevaan osaan nousi menetelmä, jolla saatiin aikaan periytyvä muutos vain yhteen soluun kerrallaan. Järjestäjäsolu ohjaa toisen jakautuneista soluista muuttumaan niin, että siitä tulee uusi järjestäjäsolu, minkä jälkeen vanha järjestäjäsolu erilaistuu puutai nilasoluksi. Tapahtumia ohjaavat useat muutkin kasvutekijät. Näin on syntynyt uusi kantasolu ja uusi järjestäjäsolu. Geenisaksilla voitaisiin tehdä ihmeitä myös kasvinjalostuksessa. ros on koivulla noin 20 solun paksuinen, lituruoholla paksuutta on vain muutaman solun verran. Sen kumppanina ja vastavaikuttajana toimii sytokiniini, joka on indoli-3-etikkahappo. Muutos sai kantasolun ja kaikki sen jälkeläiset tuottamaan sinistä väriainetta
Ligniinistä voidaan tehdä helpommin hyödynnettävää. Pieni geenimuutos voi saada aikaan suuren muutoksen kasvin ilmiasussa. Ari Pekka Mähönen muistuttaa jalostuksen mahdollisuuksista. Esimerkiksi hyvinkin erinäköiset keräkaali, kukkakaali, parsakaali, lehtikaali, ruusukaali ja kyssäkaali ovat kaikki syntyneet villikaalista vain muutaman geenimutaation seurauksena. raili.leino@gmail.com. Sadat tutkimuslaitosten kehittämät terveelliset, hyödylliset tai helposti viljeltävät lajikkeet ovat jääneet laboratorioihin. Puut voidaan saada tuottamaan uusia materiaaleja, kuten muovien raakaaineita fossiilisen öljyn tilalle. Puilla tämä potentiaali on lähes käyttämättä”, hän huomauttaa. Jos kasviin kuitenkin tehdään laboratoriossa yksi pistemutaatio tiettyyn kohtaan, kasvia koskevat ankarat gm-säännökset, ja se on testattava raskain menetelmin. Kirjoittaja on tiedetoimittaja. Säätelyproteiini siirtyy nuoresta nilasolusta ympäröiviin soluihin, aktivoi geenejä ja kiihdyttää kasvua. Tällä tavoin kehitettyjä kasvilajikkeita on käytössä paljon, eikä niitä pidetä gm-organismeina. Oksien ja juurien kärjissä tilanne on toinen. kaalisilla viesteillä. Tarvitaan monta kaistaa, jotta kaikki kulkijat mahtuvat”, Helariutta kuvailee. Proteiinin liikettä pitää kuitenkin säädellä niin, ettei kasvu kiihdy liikaa. Aivan erinäköiset kaalit ovat kaikki syntyneet villikaalista vain muutaman geenimutaation seurauksena. Tähän liittyy oma monimutkainen säätelyverkostonsa. Perustutkimus tuottaa tietoa siitä, mitkä geenit kasvissa tai eläimessä vaikuttavat mihinkin prosessiin. 19 2/2019 KEMIA Geenimuuntelun rajoitukset harmittavat jalostajia Genomieditoinnin ja uuden crisprcas9-tekniikan, niin kutsuttujen geenisaksien, avulla kasvista voidaan tehdä täsmälleen alkuperäisen kaltainen versio, jossa on yksi pistemutaatio täsmälleen halutussa paikassa. Erot ovat tosin vähäisiä. Huikeat mahdollisuudet Suomalaistutkijoiden tulokset voivat helpottaa ja nopeuttaa tulevaisuuden kasvinjalostusta merkittävästi, joskin käytännön tasolle on vielä matkaa. Koivusta voidaan tehdä ruoantuottaja. ”Se on kuin moottoritie, johon kaikki pienemmät tiet yhtyvät. Muutosten hyödyt ja haitat punnitaan, ja tuloksista valitaan sopivimmat risteyttämällä tapahtuvaan jatkojalostukseen. Sellaisia ovat esimerkiksi D-vitamiinipitoinen kultainen riisi tai viljelyn aikana merkittävästi pienempiä metaanipäästöjä aiheuttava riisi. Tällaista muuntelua on havaittu jopa yli tuhatvuotisen tammen eri puolilla olevissa oksissa. Uusia viljelykasveja tarvitaan välttämättä ihmiskunnan ravinnontuotantoon, kun ilmasto lämpenee ja kasvuolosuhteet käyvät nykyisille kasvilajikkeille epäsuotuisiksi. Kasvuhormonit ja pienet mikro-rna-molekyylit liikkuvat solusta toiseen. Oksankärjessä voi tapahtua mutaatioita, joista toisissa oksissa ei tiedetä mitään. ”Meidän on tulevaisuudessa tuotettava yhä pienemmällä pinta-alalla ja yhä tehokkaammin sekä puuta että elintarvikkeita, jotta voimme säilyttää koskemattoman luonnon sellaisenaan”, Helariutta painottaa. Tämä tieto auttaa myöhemmin jalostajaa, joka pyrkii tiettyihin ominaisuuksiin. Jalostajia kuitenkin turhauttaa Euroopan nykyinen suhtautuminen geenimuuntelutekniikkaan. Tämä on tehnyt gm-lajikkeet suurten yhtiöiden ja suuren rahan tuotteiksi. ”Kasvinjalostuksen potentiaali on valtava. Ravinteita kuljettava nila on paksuimmillaan tyvessä ylimpien juurihaarojen yläja alimpien oksien alapuolella. Uudet puulajikkeet voivat kasvaa nykyistä paremmin tai erilaisessa ilmastossa tai sitoa nykyistä enemmän ja paremmin hiiltä. Tällä alueella nilassa on eniten liikennettä. Pienestä ja kitkerästä villitomaatista saatiin jalostettua uusi taudinkestävä lajike alle kahdessa vuodessa editoimalla peräkkäin kuutta eri geeniä. Vanhastaan sallittua on niin sanottu mutaatiojalostus, jossa kemikaaleilla tai säteilyllä aiheutetaan kasviin paljon sattumanvaraisia mutaatioita. Puiden sisältämän ligniinin ja selluloosan keskinäistä suhdetta ja rakennetta voidaan muuttaa, jolloin selluloosan jatkojalostus esimerkiksi sokereiksi voi helpottua
”Olemme jatkaneet liuoksen puhdistamista mangaanisulfaatiksi akkukemikaalisovelluksia varten. Nämä haitta-aineet stabiloidaan, jotta jarosiittisakasta saadaan turvallista läjitettäväksi. Lähes seitsemän miljoonan euron hanke on saanut tukea Business Finlandilta. Boliden selvittää parhaillaan vaihtoehtoja jarosiitin prosessoimiseksi. Bolidenin lisäksi mukana ovat Aalto-yliopisto, Oulun yliopisto, Kokkolan yliopistokeskus Chydenius, LUT-yliopisto, Luxmet, Outokumpu Stainless, Outotec, Owatec, SSAB, Tapojärvi ja VTT sekä Ferrovan ja Timegate Instruments. Euroopan toiseksi suurimmassa sinkkitehtaassa Boliden Kokkolassa syntyy sinkintuotannon sivuvirtana vuosittain noin 3 000–4 000 tonnia mangaanipitoista anodisakkaa. Yksi vaihtoehto on tehdä mangaanioksidista lisäaine teräksen valmistukseen. Kaksivuotiseen hankkeeseen osallistuu laaja joukko metallinvalmistuksen ekosysteemin toimijoita. Elina Saarinen Saisiko sinkkitehtaalla syntyvistä sakoista vielä irti materiaaleja, joita voisi hyödyntää vaikkapa akkutai terästeollisuudessa tai jopa lannoiteaineina. Hydrometallurgisesti puhdistamalla anodiliejusta on saatu valmistettua mangaania ja sinkkiä sisältävää lannoitekelpoista liuosta. ”Kokeissa olemme onnistuneet irrottamaan mangaanin anodisakasta ja saamaan talteen sinkkiä, hopeaa ja lyijyä, jotka muuten menisivät läjitysalueelle”, Salminen kertoo. Tämä niin kutsuttu yhteissakka on stabiloitu ja läjitetty läjitysalueelle. Kun jarosiitti saostuu, se toimii kuin munuainen ihmiskehossa, eli sen mukana saostuu paljon epäpuhtauksia, esimerkiksi alumiinia, arseenia ja fluoria. ”Olemme tehneet testejä ja kaikki näyttää lupaavalta. Bolidenin tavoitteena on saada kuonasta tuote ja kartoittaa sille potentiaaliset jatkokäyttäjät. Tätä tutkitaan Kokkolassa. Prosessi on hyvä esimerkki kiertotaloudesta, jossa jätteestä tulee tuote.” Kuonasta on moneksi Mangaanisakkoja suurempi läjitykseen menevä massa Kokkolan sinkkitehtaalla on jarosiittisakka, jota syntyy raudan poistossa, kun rikasteita tai pasutteita liuotetaan. Mangaanisakat on perinteisesti sijoitettu läjitysalueelle, mutta nyt Boliden selvittää yhteistyössä Kokkolan yliopistokeskuksen väitöskirjatutkijoiden kanssa, voisiko mangaania sisältäviä sivuvirtoja ottaa hyötykäyttöön. Siellä sakkaa on yhteensä yli kuusi miljoonaa tonnia. Kuonan hyötykäyttöä Boliden tutkii loppuvuodesta 2018 käynnistyneessä Symmet-projektissa, joka tähtää jätemetallien ja metallurgisten prosessijäännösten minimointiin. Kansainvälisesti kiinnostava vaihtoehto olisi jalostaa liuos mangaaniSinkkitehtaan sakasta Arvometalleja akkuteollisuudelle sulfaattisuolaksi, jolloin se voisi soveltua katodimateriaalin raaka-aineeksi litiumioniakuissa. Toisena tuotteistukseen kelpaavana virtana prosessissa saadaan puhdasta kuonaa, joka kelpaisi sellaisenaan maanparannusaineeksi tai vaikkapa sementin ja geopolymeerin raaka-aineeksi rakennusteollisuuteen. 20 KEMIA 2/2019 AJANKOHTAISTA Bolidenin Kokkolan sinkkitehdas kehittää sivuvirroistaan, sakoistaan, kuonistaan ja jätteistään teollisuuden ja rakentamisen uusioraaka-aineita. Vuodessa tehtaalla muodostuu noin 230 000 tonnia jarosiittisakkaa, jossa on mukana elementtirikkiä. Lisäksi sakassa on tätä pienempiä pitoisuuksia arvoaineita, kuten hopeaa, germaniumia ja indiumia. Boliden Kokkolan strategisten projektien johtajan Justin Salmisen mukaan sekä mangaanisakan liuotus että pyrometallurgiset prosessointimenetelmät ovat jo antaneet lupaavia tuloksia. Loppusakkaan jää myös sinkkiä noin 2–3 prosenttia. Ju st in Sa lm in en. ”Tämä on pieni materiaalimäärä meille, mutta jollekin toiselle se voi olla iso ja tärkeä virta. Olemme saaneet kokeissa prosessoitua hyvänlaatuista Kokkolan sinkkitehtaassa syntyy jarosiitin ja elementtirikin yhteissakkaa vuosittain reilut 200 000 tonnia. Myös tähän on ollut mielenkiintoa”, Salminen kertoo potentiaalisista hyödyntämiskohteista. Muutama tuhat tonnia mangaania vastaa merkittävää osaa akkutehtaan mangaanin tarpeesta. Arvoaineet on mahdollista saada talteen sakasta metallipölynä. Uudelleenladattavien litiumioniakkujen ja -paristojen kysyntä on globaalissa kasvussa