Maatalouden digitalisaatio vaatii maailmanlaajuisesti yhä enemmän viljelmille vietävää mittauselektroniikkaa. Hankaluuksia kuitenkin aiheuttavat virransaanti ja elektroniikkajäte. VTT on nyt kehittänyt virranlähteeksi biohajoavan aurinkokennomoduulin kansainvälisessä vihreän elektroniikan tutkimushankkeessa.
Lue tiivistelmä
- VTT on kehittänyt uudenlaisen pienen ja maatuvan aurinkokennomoduulin, joka voidaan kiinnittää kasveihin.
- Biohajoava aurinkokenno on osa kansainvälistä tutkimushanketta, jonka tavoitteena on kehittää ympäristöystävällistä elektroniikkaa maatalouden sovelluksiin yhdessä useiden tutkimuslaitosten kanssa.
- Aurinkokennon ja siihen liittyvien anturitekniikoiden avulla voidaan seurata ympäristön tilaa ja kerätä energiaa, mikä tukee maatalouden kasvavaa datan keräämisen tarvetta ja sääntelyvaatimuksia.
Tiivistelmä on tekoälyn tekemä ja ihmisen tarkistama.
VTT:n kehittämä aurinkokennomoduuli on niin pieni ja kevyt, että se voidaan kiinnittää suoraan esimerkiksi viljelykasvin varteen tai suurelle lehdelle. Kenno on suunnilleen luottokortin kokoinen, hyvin joustava ja äärimmäisen ohut. Kasvukauden jälkeen kenno maatuu, samoin uudelleen ladattava virtalähde, jota kenno lataa.
”Kun aurinkokenno on maataloussovelluksessa, biohajoavuus on olennaista. Silloin ei olekaan niin vaarallista, jos kennoa ei pystytä keräämään pois, vaikka se on maaperän välittömässä läheisyydessä. Näin ei myöskään tule haitallisia aineita ympäristöön eikä lisätä mikromuoviongelmaa”, sanoo tutkimustiimin vetäjä Maria Smolander VTT:ltä.
”Vielä tällä hetkellä maataloudessa ei käytetä paljon antureita, mutta biohajoava ratkaisu mahdollistaa niiden tuomisen entistä paremmin maataloussovelluksiin”, hän kertoo.
Kompostoituva kokonaisuus kuuden tutkimuslaitoksen yhteistyönä
Kolmivuotisen kansainvälisen tutkimushankkeen tavoitteena on luoda maatuvia viljelyantureita. CHIST-ERA-ohjelman ja kansallisten rahoittajien (mm. Suomen Akatemia) yhdessä rahoittamassa hankkeessa on VTT:n lisäksi ollut mukana Tampereen yliopisto, Glasgown yliopisto, Lukasiewicz Institute of Microelectronics andPhotonics (Łukasiewicz-IMIF), Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique S.A. (CSEM) ja McGill-yliopisto.
”Vaikka maatalous on ollut tämän vihreän elektroniikan hankkeen käytännön testialusta, ajatuksena on ylipäätään tarkastella, miten elektroniikasta voidaan tehdä ympäristöystävällisempää”, VTT:n erikoistutkija Liisa Hakola tarkentaa.
VTT kehitti hankkeessa aurinkokennon ja Tampereen yliopisto energiaa varastoivan, akkua vastaavan superkondensaattorin. Projektissa on lisäksi kehitetty yhteistyönä kompostoituvia antureita ja moduuleita, jotka lähettävät kerätyn tiedon langattomasti.
”Suuresta energian keräysmäärästä ei ole kyse, vaan matalan energiakulutuksen antureista, joilla pystytään seuraamaan ympäristön tilaa. Maatuvan aurinkokennon ei ole tarkoitus pärjätä suorituskyvyssä tavallisten kennojen kanssa, eikä pitkää käyttöikää tarvita”, sanoo VTT:n erikoistutkija Marja Välimäki.
Biohajoavan kennon kehittäminen asetti uusia vaatimuksia
VTT:llä on pitkäaikaista ja kattavaa kokemusta huippuluokan aurinkokennojen valmistuksesta. Biohajoavan kennon kehittäminen kuitenkin asetti uudenlaisia vaatimuksia. Rakenneosat eivät saa hajota ennenaikaisesti tai kiihdyttää muiden osien hajoamista.
”Biohajoava materiaali kestää rajatummin ympäristön olosuhteita, kuten lämpö- ja kosteusrasitusta. Myös keveys on huomioitava, jos anturit kiinnitetään kasviin”, kertoo Liisa Hakola.
Biohajoava aurinkokenno hajoaa olosuhteista riippuen viikkojen tai kuukausien kuluessa. Aurinkokennon suojauksella voidaan säädellä elinikää.
VTT:n kehittämä kenno on valmistettu biopohjaiselle ohutkalvoalustalle ja osittain epäorgaanisesta rakenteesta. Valmistettu aurinkokenno on alle 35 mikrometrin paksuinen, ja suojattunakin kokonaispaksuus jää millimetrin kymmenesosiin.
Sääntely vaatii lisää mittaustekniikkaa viljelmille
Viljelmälle vietävä mittaustekniikka palvelee maatalouden kasvavia datan keräämisen tarpeita satoisuuden parantamiseen sekä kasvitautien ja maatalouden päästöjen torjuntaan. Myös sääntely edellyttää entistä enemmän ja tarkempaa mittausdataa.
”Esimerkiksi EU-säädökset vaativat, että ravinnekuormaa pitää tutkituttaa säännöllisesti maaperänäytteillä. Uusi biohajoava aurinkokenno tarjoaa laajalti sovellettavan keinon kerätä energiaa, ja anturointi mahdollistaa reaaliaikaisemman tiedon keruun ja ympäristön seurannan”, kertoo Marja Välimäki.
VTT kehittää ympäristöystävällistä elektroniikkaa ja aurinkokennoa eteenpäin myös osana toista, EU:n rahoittamaa IoT-tutkimushanketta, jonka tavoitteisiin kuuluvat anturiteknologian yhdistäminen kestävään kiertotalouteen ja puhtaisiin ratkaisuihin.
MEDIAMATERIAALI
Kuva: VTT:n kehittämä aurinkokennomoduuli (Kuvalähde: VTT)
