Kuinka avointa ja julkista on tiede ja teknologia?

 Kansainvälisyys ja siihen liittyvä matkustaminen ovat nykyään erottamaton osa tiedettä ja teknologiaa. Ja niin on ollut pitkään. Itse tutustuin suureen maailmaan ensin tekniikan kautta, ja siirryin sitten ”aidan yli” tieteen puolelle.

Tekniikka on aina ollut kansainvälistä. Arkipäivän uskomukset ovat tosin antaneet tekniikasta individualistisen kuvan. Se nähdään nerokkaiden yksilöiden, keksijäiden oivallusten tuotoksena. Aivan näin asiat ei kuitenkaan ole. Tekniikka oli yhteisöllistä jo muinaisina aikoina. Tutkiessaan ihmiskunnan historiaa arkeologit etsivät ennen kaikkea tekniikan jättämiä jälkiä, ja olettavat ne kulttuurituotteiksi. He listaavat esimerkiksi vasarakirveskulttuurin, kampakeramiikkakulttuurin, pronssikauden ja rautakauden. Tekniikka siirtyy sukupolvien välillä ja leviää ihmisten mukana. Arkeologit jäljittävät reittejä jota tekniikka on kulkenut, jäljet ovat runsaammat ja tunnistettavammat kuin biologiset fossiilijäljet.

Tilanne ei ole muuttunut omana aikanamme. Tekniikka leviää ennen muuta teknisten esineiden eli erilaisten koneiden, työkalujen ja tuotteiden kautta. Mutta aivan yhtä olennaista on, että se leviää opittuina tietoina ja taitoina ihmisten mukana. Ruhtinaat ja kuninkaat ovat hankkineet palvelukseensa erityisalojen mestareita kuten aseseppiä tai ruudin valmistajia. Suomen historiassa maahamme muuttaneet yritteliäät tehtailijat ovat tuoneet mukanaan mestareita ja asiantuntijoita. Esimerkiksi Julinien suvun kautta syntyivät kontaktit skotlantilaiseen koneteollisuuteen. Tuo paikka edusti 1700- ja 1800- luvuilla maailman konetekniikan huippuosaamista. Näin voidaan osksi selittää, että maamme teollisuus pystyi 1800- luvulla valmistamaan höyrykoneita ja jopa vetureita. Eräs tekniikan siirtymisen tapa on myös suomalaisten asiantuntijoiden opiskelu ulkomailla. Suomen ”sähkötekniikan isä” Gottfried Strömberg oli Saksassa mm. Werner von Siemensin opissa. Koneinsinööri Werner Ryselius työskenteli veturitehtailla Saksassa ja Sveitsissä. Sitten hän käytännössä loi suomalaisen höyryveturiteollisuuden.

Tiedettä ja tekniikkaa edistivät myös yhteisöt, joista tunnetuin oli Royal Society Lontoossa. On syytä huomata, että 1800- luvulla tieteen ja teknologian välillä ei tehty mitään jyrkkää eroa.

Nykyisin yleinen käsitys teknologian kehittymisestä vilisee myyttejä teollisista salaisuuksista, teollisuusvakoilusta, salaisista patenteista ja nerokkaista keksijöistä. Joten voiko edes olla olemassa julkisia teknologiakonferensseja, joissa tutkijat ja insinöörit vaihtavat ideoita ja esittelevät luomuksiaan. Vuosien ja kymmenien konferenssien kokemusten perusteella voin sanoa: kyllä niitä on, ja ne ovat tavattoman kiinnostavia ja hyödyllisiä. Tämä voi vaatia selittämistä. On totta, että on todella olemassa ideoita, patentteja ja uusia tuotehankkeita, joista ei voi julkisesti kertoa. Ei ainakaan niiden alkuvaiheessa. Toisaalta, teknologiakonferenssi on yrityksille myös mainio tilaisuus viestiä asiantuntijoille juuri sellaisia tietoja, joita ne haluavat viestiä, kuten tietoa uusista kehityssuunnista, standardoinnin tarpeesta, tuotelinjoista ja erilaisista teollisista avauksista. Konferenssien tärkein anti on kuitenkin levittää teknologista tietoa globaalille tutkija- ja insinööriyhteisölle. Moderni teknologia on aivan liian mutkikasta ja vaikeaa jotta sitä voisi kehittää edes monikansallisten jättiyritysten resursseilla. Teknologia on edelleen ja jopa paljon aiempaa suuressa määrin ihmiskunnan yhteistä henkistä pääomaa.

On selvää, että teknologiseen tietoon liittyy suuria teollisia ja taloudellisia arvoja ja menestymisen mahdollisuuksia. Voisi kuvitella, että se näkyisi kokousten ilmapiirissä salailuna tai kyräilynä. Sellaista näkyy kuitenkin yllättävän vähän. Aivan samoin kuin tiedekonferensseissa, monenlaiset kulttuurien rajat katoavat, pikemminkin seistään yhtenäisinä suurempien haasteiden äärellä. Jonkinlainen poikkeus syntyy, jos jollain suurella teollisella korporaatiolla tai yliopistolla on kovin suuri määrä väkeä kokouksessa, silloin ihmisillä on taipumus vetäytyä tuttujen organisaatiorajojen suojaan.

Euroopan avaruusjärjestön ESA:n avaruusluotainten kehityksessä noudatettiin aivan erityistä menettelyä, jonka tarkoitus oli saada insinöörit ja fyysikot ymmärtämään paremmin toisiaan. Niinpä ESA järjejesti hankkeeseen osallistuville monipäiväisiä ”konferensseja”. Yleensä ensin pidettiin ”science working team” eli tiedepuolen työkokous. Siinä olivat äänessä vuorollaan eri instrumenttien tutkijat, jotka olivat enimmäkseen fyysikkoja. He esittelivät laitteidensa tieteellisiä tavoitteita, niiden toimintaperiaatteita, ja erilaisia rajoituksia ja ongelmia, joita niihin liittyi. Tiedekokousta seurasi ”engineering review” eli tekninen katsaus. Siinä insinöörit esittelivät laitteidensa suunnittelun ja rakentamisen edistymistä. Ja luonnollisesti oltiin aivan erityisten ongelmien äärellä, sillä laitteiden tuli olla mahdollisimman suorituskykyisiä, ja samalla niiden paino ja tehonkulutus olivat tiukasti säännösteltyjä.

Nämä ESAn kokoukset erosivat tieteen ja tekniikan konferensseista siinä, että kaikilla osallistujilla oli voimassa yhteinen tavoite useamman vuoden ajan. Kehitettiin avaruusluotainta, ja siinä ohessa tiede- ja insinööriryhmät kehittivät sen hyötykuormaan omia tutkimuslaitteitaan. Oli tärkeää, että luotaimeen asennettujen erilaisten tiedeinstrumenttien suunnittelijat ovat selvillä, mitä eri instrumenttiryhmät tekivät. Yleensä fyysikot osallistuivat myös teknisiin katsauksiin ja vastaavasti insinöörit osallistuivat tiedekokouksiin. Näin oppimisesta tuli ainutlaatuisen syvää. Tieto kulki tutkimuslaiteryhmien sisällä, mutta myös niiden välillä.

Kertaan asioita. Tiedettä pidetään kansainvälisenä ja avoimena ilmiönä. Saattaa tuntua yllättävältä, että myös tekninen tutkimus ja kehittäminen ovat suurelta osin avoimia ja julkisia – vaikka niillä on myös salaiset nurkkansa. Erityisen kiinnostavia ja avoimia ovat suuret kansainväliset tieteellistekniset hankkeet: esimerkkejä ovat Euroopan hiukkaskiihdytinlaboratorio CERN ja fuusioenergian koereaktori ITER.

Juuri nyt ihmiskunta tarvitsisi koordinoituja ja yhteisiä suurhankkeita ilmastonmuutoksen pysäyttämiseen. Olennainen rooli on poliittisella tahdolla ja kansanvälisillä hiilidioksidipäästöjen rajoituksilla. Käytännön tasolla tavoite edellyttää myös teknologisia ponnisteluja, joista olennaisimmat näyttävät liittyvän energian tuotantoon ja sähkön varastointiin.

Tiede pitkä, elämä lyhyt

Tekninen edistys on näyttäytynyt meille koko 1900- luvun lähes keskeytymättömänä innovaatioiden ketjuna. Tiedemiesten ja keksijöiden ideat muuttuvat nopeasti hyödyllisiksi arkielämän apuvälineiksi. Vai muuttuvatko todella? Ehkä todellisuus onkin ollut toisenlainen, ja jostain syystä me emme vain ymmärrä, että edistys ei ole taattua, eikä se etene kuin juna.

Mutta aloitetaan positiivisesta. Voimakoneet alkoivat yleistyä 1700- luvulla. Ne mullistivat tehtaiden käyttövoiman, matkustamisen, ja lopulta ne määräsivät kaupunkiasumisemme raamit ja kavensivat luonnolle jäävää tilaa kaikkialle tunkevan autoistumisen myötä. Voittokulku on todella jääväämätön ja vaikuttava – mutta unohdammeko, että koko prosessiin kului 300 vuotta siitä kun se ensin alkoi pitkä esivaiheen jälkeen käynnistyä? Ja voisimme surra myös sitä, että henkilöauton moottori toimii edelleen säälittävällä alle 30 prosentin hyötysuhteella.

No sähkö nyt ainakin täyttää modernin innovaation tunnusmerkit. Teollinen sähkövoiman hyödyntäminen käynnistyi 1870- luvulla. Se on tekniikan ihmeistä uskollisimpia ja nöyrimpiä palvelijoitamme. Mutta ensimmäiset runsaat sata vuotta sähkövoiman hyödyntäminen oli hankalaa. Vasta 1970-luvulla kehittynyt tehoelektroniikka antoi ihmiskunnalle täyden kyvyn hallita sähköenergian eri hyödyntämismuotoja. Sitä paitsi – voi surkeus! Emme edelleenkään osaa varastoida sähköä tehokkaasti. Tästä ongelmasta olen kirjoittanutkin. Sähkön varastoinnin taidon historia on noin 250 vuoden mittainen – emmekä ole vieläkään oppineet sitä taitoa kunnolla.

Polymeerikemia teollisessa mittakaavassa syntyi noin vuonna 1950. Siis muovit ja niiden valmistus. Ja tässä edistys oli kerrankin nopeaa. Nyt olemme pulassa muovijätteen kanssa. Oikeastaan koko keksintö oli turha. Ihmiskunta olisi hyvin pärjännyt ilman muovia, erilaisten luonnonpolymeerien, vahojen ja rasvojen varassa.

Televisio ja sen edeltäjä kuvalennätin keksittiin 1880- luvulla. Vasta 1960-luvulla televisio ilmestyi suomalaisiin koteihin.

Avaruuslentojen fysiikka selvitettiin 1900-luvun alussa, ja teknologia perustuu 1940- luvun rakettitekniikkaan. Mitään mullistavia parannuksia ei ole syntynyt. Rakettien ja avaruusalusten valmistustekniikka on parantunut, mutta ratkaisevia edistysaskeleita ei ole otettu. Syitä on useita. Parempi ja halvempi tekniikka on haastavaa, mutta realistista, oikeastaan sen periaatteet tunnetaan jo. Ongelmana on, että alan taloudellinen potentiaali on pieni, eikä se ole ihmiskunnalle eloonjäämiskysymys. 

 

Tietokoneet valloittivat kotimme ja myöhemmin taskumme 1990- luvulta alkaen. Tietokone keksittiin kuitenkin elektronisessa muodossaan jo 1940-luvulla. Ja Charles Babbage ja Ada Lovelace luonnostelivat sen mekaanisen version, analyyttisen koneen yli 100 vuotta aiemmin. Suuren yleisön kannalta tietokone oli kuriositeetti tai enintään tiedemiesten ja insinöörien outo apuväline, kunnes sen sosiaaliset käyttömahdollisuudet tekivät siitä yleisen. Tarvittiin toki myös useita vuosikymmeniä insinöörien kehitystyötä, kunnes sen keskeinen osa kutistui gramman murto-osan painoiseksi mikroprosessoriksi.

Kun tutkimme tarkemmin tekniikan kehitystä, huomaamme, että asioilla on useimmiten pitkä esihistoria. Kiinnitämme huomiomme vain tekniikan lyhyeen taloudellisen hyödyntämisen kukoistuskauteen. Unohdamme, että ei ollut helppoa tai suoraviivaista päästä siihen vaiheeseen. Saatamme myös kuvitella, että keksintö syntyy jossain alkeellisessa muodossa, ja kehittyy vähitellen täydelliseksi. Todellisuus on toisen näköinen. Tekniikassa ei ole lineaarisia polkuja, vaan pikemminkin jatkuvasti haarautuva puu. Tai oikeammin verkosto, jossa ideat sekä haarautuvat, että yhdistyvät uudelleen tukevammiksi oksiksi. 

Charles Darwin teki tunnetuksi evoluution idean tutkimalla elävien olentojen erilaisia ilmenemismuotoja. Jos biologit eivät olisi keksineet evoluutiota, insinöörit olisivat joka tapauksessa keksineet sen tutkimalla, miten keksinnöt ja erilaiset koneet tulevat maailmaan. 

 

Lähitulevaisuudessa energiakriisi ja ympäristökriisi alkavat uhata koko ihmiskuntaa. Siihen on syynsä: olemme parantaneet lajimme elinvoimaa tieteen ja tekniikan kautta. Valitettavasti kykymme hallita tätä prosessia on puutteellinen. Asiaa on nyt myöhäistä surra, mutta on järkevää etsiä ratkaisua samasta ilmiöstä, joka on ongelman aiheuttanut, eli teknologiasta. On toki muitakin ratkaisuvaihtoehtoja, mutta ne ovat kauhistuttavia. 

Voisimme tarkastella erästä tulevan kriisin osaongelmaa, eli energian tuottamista. Siinä on hyvä pitää mielessä edellä luonnehtimiani tekniikan kehityksen piirteitä. Asiat eivät suju niin joutuisasti kuin kuvitellaan. 

Fuusiovoimaloita on tutkittu 1940-luvulta alkaen. Fuusioreaktio tapahtuu erittäin korkeassa lämpötilassa. Siitä aiheutuu kovia teoreettisia ja käytännöllisiä haasteita. Hanke kuitenkin etenee. Kansainvälisenä yhteistyönä kehitettävä ITER-reaktori valmistunee 2020-luvun lopulla, ja kaupallista energian tuotantoa demonstroidaan ehkä 2050- luvulla. Ei siis aivan pian. 

 

Fuusioenergian vaihtoehto saattaa kuitenkin olla aivan erilainen. Sähkön tuottaminen auringon säteilystä on eräässä mielessä läpimurtovaiheessa. Aurinkosähkö on jo nyt halvempaa kuin kilpailevat ”päästöttömät” energian tuotantotavat. Yhden watin kapasiteetti maksaa suuruusluokkaa 10 senttiä. Luku on epävarma, mutta joka tapauksessa aurinkosähkö halpenee nopeasti. 

 

Nykyiset aurinkokennot perustuvat valosähköiseen ilmiöön puolijohteissa. Vaihtoehtoisessa rectenna- teknologiassa valo, joka on sähkömagneettista säteilyä tasasuunnataan suoraan sähköksi. Silloin voidaan hyödyntää myös säteilyn infrapuna-alue. Tekniikka on kuitenkin vaikeaa, eikä se vielä toimi käytännön mittakaavassa. 

 

Oheinen kuva esittää aurinkokennojen laboratoriossa saavutetun hyötysuhteen kehitystä. Kuvasta käy hyvin ilmi kehityksen hitaus ja kehitettävien teknologioiden moninaisuus. 

Vihdoinkin fuusioenergiaa (?)

Olisikohan tässä nyt mahtavin tiedeuutinen vuosikymmeniin? Yhdysvalloissa Lockheed Martin - yhtiö ilmoittaa ratkaisseensa käytännön fuusioreaktorin ongelmat (yhtiön tiedote on myöhemmin poistettu verkosta)  Mikä ihmeellisintä, he aikovat demonstroida periaatetta vuoden sisällä - ja rakentaa toimivan prototyypin viidessä vuodessa. Mikä vielä ihmeellisempää, prototyyppireaktori on pienikokoinen, luokkaa metri kertaa kolme metriä - kun nykyisissä kokeissa on päädytty kasvattamaan reaktorin kokoa riittävän plasmatiheyden saavuttamiseksi. ITER- koereaktorissa reaktorin halkaisija on kymmeniä metrejä. 

Katsotaanpa asiaa hieman tarkemmin. Fuusiovoimalan idea on yhtä vanha kuin ydinvoiman, ja sitä on kehitetty 1950- luvulta alkaen. Alkuaan siihen suhtauduttiin optimistisesti. Mutta käytännön toteutus on osoittautunut suunnattoman vaikeaksi. Nyt rakennetaan Etelä-Ranskaan kansainvälistä ITER- koereaktoria. Laitos on varsin mittava, ja sen kustannukset ovat luokkaa 10 miljardia euroa. Laitoksen suunnitellaan tuottavan fuusiovoimaa 400 MW teholla ainakin 8 minuutin pituisina pulsseina.

Fuusiovoimalan lupaavimmaksi polttoaineeksi (helpoiten syttyväksi) on havaittu deuterium-tritium seos (vedyn isotooppeja, joita maapallolla on saatavissa täysin riittävästi). Reaktoria pyritään käytännössä toteuttamaan kahdella periaatteella. Plasma (kuuma ionisoitunut deuterium-tritiumseos) voidaan kuumentaa fuusiolämpötilaan nopealla laserpulssilla. Tai sitten plasma pidetään koossa  magneettikenttien avulla. Siihen tuodaan ulkoista kuumennusenergiaa, kunnes fuusio alkaa ja plasma palaa itsestään. Tällaisia laitteita ovat stellaraattori ja tokamak. Tokamakia (toroidi kammio, magneettinen koossapito) pidetään lupaavimpana. Andrei Saharov ja Igor Tamm keksivät tokamakin vuonna 1951 Neuvostoliitossa, ja sellainen on myös ITERin sydämenä. Stellaraattoria tunnetaan huonommin, ja se on teknisesti mutkikkaampi.

Lockheedin tavoite on kehittää pieni reaktori, aluksi sotalaivoihin ja sukellusveneisiin. Vaikka yhtiön sivuilla ei ole riittävää tietoa hankkeen arviointiin (uutisessa vain viitataan patenttihakemuksiin), he kertovat kuitenkin, että se perustuu deuterium-tritium reaktioon ja magneettiseen koossapitoon. Uutisoinnissa esitetyistä kuvista päätellen laite voisi olla stellaraattori, tai sitten kuvilla ei ole mitään tekemistä aiheen kanssa.

Joka tapauksessa Lockheed-Martinin tiedote on lähes uskomaton. Se edellyttäisi ainutlaatuisen radikaalia tieteellistä läpimurtoa. Ei asia toki ihan mahdottomalta tunnu, koska reaktorin vaatima teoria - plasman käyttäytyminen ja dynamiikkaa äärimmäisissä lämpötiloissa - tuskin on läheskään loppuun tutkittu. Mutta moni asia askarruttaa. Yhtiön julkaisema video ja koko juttu muistuttaa kovin epäilyttävästi aiheesta vuosia sitten tehtyä Hollywood elokuvaa, jonka olen nähnyt.

Joten on kolme mahdollisuutta. 1. Uutinen on totta, ja reaktori saadaan aikaan, mahdollisesti huomattavasti myöhässä ilmoitetusta aikataulusta. 2. Uutinen on tietoinen huijaus (mutta miksi?). 3. Uutinen on ankka, samaan tapaan kuin vuosien takainen uutinen kylmäfuusioreaktiosta. Annan jokaisen vaihtoehdon todennäköisyydeksi 1/3.

On myös eräs selitys. Hanketta vetää Lockheedin ”Skunk works”- osasto, joka on vienyt läpi useita haastavia teknologiaprojekteja. Tällainen eristetty ja kulttuuriltaan omaleimainen ryhmä on tunnetusti altis kollektiivisille harhoille. Tieteen historiassa on useitakin tällaisia esimerkkejä.