TKI-toimijat valokeilassa – ILMARI: Ilmakehän hiukkasten ja terveysvaikutusten tutkimuksen edelläkävijä
Itä-Suomen yliopiston ILMARI laboratorioinfrastruktuuri on aerosolifysiikan, -kemian ja -toksikologian yhdistävä tutkimusyksikkö. Tutkimusinfrastruktuuri tarjoaa monipuolisia mahdollisuuksia tutkia päästöjen ja aerosolihiukkasten ominaisuuksia, niiden vaikutuksia ilmakehässä ja toksikologisia ominaisuuksia. Laboratorio on varustettu erilaisilla biomassan polttolaitteilla ja reaktoreilla, moottorikokeita varten tarkoitetuilla dynamometreillä sekä nanohiukkasten tuottoreaktoreilla.
”ILMARI on ennen kaikkea laboratorioinfrastruktuuri, jota useat tutkimusryhmät hyödyntävät omissa tutkimuksissaan. Me koordinoimme sen käyttöä ja huolehdimme, että laitteisto on kaikkien käytettävissä”, kuvailee professori Olli Sippula, joka toimii ILMARIn johtajana.
Monipuolinen tutkimusinfrastruktuuri
Laboratorio mahdollistaa poikkeuksellisen laaja-alaisen tutkimuksen, aina päästöjen synnystä niiden terveysvaikutuksiin saakka. Yksikössä voidaan tuottaa, mitata ja simuloida erilaisten palamisprosessien päästöjä, kuten biomassan, liikenteen ja teollisuuden hiukkasia, simuloida päästöjen vuorovaikutusta ilmakehässä ja altistaa niille soluja ja eläinmalleja.
”Saamme samoilla aerosoleilla, joita tutkimme, suoraan altistettua soluviljelmiä ja tarkasteltua, miten hiukkaset vaikuttavat esimerkiksi hengityselimistöön tai aivoihin. Tämä on hyvin harvinaista – koko ketju päästöstä terveysvaikutuksiin on hallittavissa yhdessä infrastruktuurissa”, jatkaa professori Pasi Jalava Inhalaatiotoksikologian laboratoriosta, joka toimii myös ILMARIn apulaisjohtajana, on tutkimusryhmineen yksi ILMARIn aktiivisista käyttäjistä.
Pasi Jalava (vas.) ja Olli Sippula ILMARIn laboratoriotilassa, jossa on käytössä useita erilaisia polttolaitteita.
Toksikologian tutkimus on viime vuosina laajentunut muun muassa Alzheimerin taudin ja muiden hermoston sairauksien suuntaan. Lisäksi käynnissä on hankkeita, joissa tutkitaan mikro- ja nanomuovien muodostumista palamisprosessien yhteydessä sekä niiden vaikutuksia mm. ihmisten hormonitoimintaan ja hengityselinterveyteen.
Kansainvälisesti ainutlaatuinen kokonaisuus
ILMARI kuuluu eurooppalaiseen ACTRIS-tutkimusinfrastruktuuriin, joka keskittyy aerosolien, pilvien ja hivenkaasujen tutkimukseen. Yksikkö on ollut mukana useissa Horizon 2020 ja Horizon Europe -hankkeissa ja tekee tiivistä yhteistyötä lukuisten eurooppalaisten tutkimuslaitosten ja yliopistojen kanssa, kuten Rostockin yliopiston, Helmholtz Zentrumin, Freiburgin yliopiston ja Norjan kansanterveyslaitoksen.
”Juuri tällaista infrastruktuuria ei löydy muualta Euroopasta, jos maailmaltakaan. Osa laitteistoista on itse suunniteltuja ja rakennettuja, eikä vastaavia kaupallisia vaihtoehtoja ole olemassa”, Sippula kertoo.
Yhteistyötä yritysten ja tutkimuslaitosten kanssa
ILMARI palvelee Itä-Suomen yliopiston ja muiden yliopistojen tutkimusryhmien lisäksi myös yrityksiä ja organisaatioita. Sen laitteistoa on hyödynnetty esimerkiksi puhdistuslaitetekniikan, polttoaineiden ja sisäilman laadun tutkimuksessa. Tutkimuksia on tehty muun muassa Tulikiven ja Noeton Oy:n kanssa, ja Ilmatieteen laitos on merkittävä yhteistyökumppani.
”Noeton on itse asiassa täältä lähtöisin oleva startup -yritys, jonka kehittämä nokihiukkassieppari kerää ja polttaa tulisijoissa muodostuvia nokihiukkasia, parantaen siten hengitysilmaa. Yritykset voivat tulla mukaan projekteihin, testata laitteitaan tai tilata meiltä mittauksia. Käytännössä yhteistyö alkaa usein yksinkertaisesti yhteydenotosta ja tutkimustarpeet määritellään yhdessä”, jatkaa Sippula.
Lisäksi yhteistyötä tehdään Terveyden ja hyvinvoinnin laitos THL:n, Pelastusopiston ja useiden muiden tutkimuslaitosten kanssa. Viime vuosien hankkeissa on tarkasteltu muun muassa työntekijöiden altistumista syöpävaarallisille aineille ja kehitetty menetelmiä altistumisen monitorointiin työpaikoilla.
PEAR (Photochemical Emission Aging flow tube Reactor) valokemiallinen reaktori, jolla voidaan simuloida päästöjen muutuntaa ilmakehässä.
Uusia tutkimuslinjoja ja tulevaisuuden suuntia
Tutkimuksen painopiste on siirtymässä polttoprosesseista kohti muuttuvan ilmanlaadun, maastopalojen ja kiertotalouden prosessien tutkimusta. Ilmastonmuutos ja globaalit palotilanteet lisäävät tarvetta ymmärtää näiden päästöjen terveysvaikutuksia.
”Metsä- ja maastopalot ovat nousseet tärkeäksi tutkimusaiheeksi, sillä niiden vaikutukset ilmanlaatuun ja terveyteen voivat kumota osan siitä edistyksestä, mitä ihmisten tuottamien päästöjen vähentämisessä on saavutettu”, Jalava täsmentää.
Tulevaisuuden tutkimuksessa keskeisiä teemoja ovat myös hiilidioksidin talteenotto, nanohiukkasten terveysvaikutukset ja kiertotalouden päästöt. ILMARIn yhteyteen rakentuu parhaillaan myös pilot-ympäristö hiilidioksidin talteenoton ja hyödyntämisen tutkimiseksi biomassakattiloissa.
”Olemme tehneet yhteistyötä A.I.Virtanen -instituutin (AIVI) professori Katja Kannisen ja professori Tarja Malmin kanssa aivotutkimuksen saralla koskien ilmansaasteiden vaikutuksia aivoihin. Kannisen tutkimusryhmä on muun muassa mukana nelivuotisessa MARKOPOLO-nimisessä EU-hankkeessa, jossa yhtenä osa-alueena tutkitaan ilmansaasteiden, erityisesti pienten ja ultrapienten hiukkasten terveysvaikutuksia”, Jalava jatkaa.
ILMARIn toksikologian laboratorion solualtistuslaite, jossa näytettä altistetaan hiukkasille.
Pitkä historia ja jatkuva kehittäminen
ILMARI-laboratorio on toiminut nykyisissä tiloissaan jo noin 25 vuoden ajan, ja sen kehittäminen on ollut pitkäjänteistä työtä. Ympäristömuutokset ja uudet tutkimustarpeet asettavat jatkuvia vaatimuksia laitteiston päivittämiselle ja rahoituksen turvaamiselle.
”Suurin haaste on usein laitekannan ylläpitäminen ja kehittäminen vastaamaan nykytutkimuksen tarpeita. Tutkimusinfran kehittäminen on aina pitkä prosessi”, Sippula kertoo.
Rahoitus koostuu pääosin EU-hankkeista, Suomen Akatemian rahoituksesta, Business Finlandin ja säätiöiden tuesta sekä yliopiston omasta perusrahoituksesta. Käyttöaste on korkea, ja laboratorio on jatkuvasti varattu.
”Koen, että ILMARI-laboratoriolla on ollut merkittävä rooli yhteiskunnallisen tietoisuuden lisäämisessä ilmanlaadun ja terveyden välisistä yhteyksistä. Yksikön tutkimukset ovat tuottaneet arvokasta tietoa erityisesti puun pienpolton päästöistä ja niiden terveyshaitoista niin Suomessa kuin kansainvälisestikin. Samalla ILMARIssa on kehitetty puhtaampia poltto- ja puhdistustekniikoita, joita yritykset ovat vieneet käytäntöön. Tutkimustyön tuloksena syntyneet ratkaisut edistävät vähäpäästöisempää energiantuotantoa ja parempaa ilmanlaatua. Tämä on konkreettinen esimerkki siitä, miten tutkimusinfrastruktuurin työ voi vaikuttaa suoraan ympäristöön ja ihmisten terveyteen”, Jalava korostaa.
Avoin yhteistyömahdollisuuksille
ILMARI on avoin yhteistyölle, niin tutkijoille kuin yrityksille, jotka haluavat kehittää tai testata ratkaisujaan ilmansaasteisiin, sisäilman laatuun tai terveysvaikutuksiin liittyen.
”Yritykset voivat rohkeasti kertoa, millaisia tarpeita niillä on. Jos tarve sopii tähän infrastruktuuriin, voimme yhdessä suunnitella tutkimuksen tai mittauksen. Samalla voidaan pohtia, miten kehitetään laitteistoa ja menetelmiä tulevaisuuden tarpeisiin”, Sippula päättää.
Yhteystiedot:
Olli Sippula, Professori, Ympäristö- ja biotieteiden laitos, Luonnontieteiden, metsätieteiden ja tekniikan tiedekunta, olli.sippula(at)uef.fi
Pasi Jalava, Professori, Ympäristö- ja biotieteiden laitos, Luonnontieteiden, metsätieteiden ja tekniikan tiedekunta, pasi.jalava(at)uef.fi
Itä-Suomen yliopiston ILMARI-laboratorioinfrastruktuuri (Aerosol physics, chemistry and toxicology research unit) on kansallisesti ja kansainvälisesti ainutlaatuinen tutkimusympäristö, jossa yhdistyvät ilmakehän hiukkasten, palamisprosessien ja niiden terveysvaikutusten tutkimus. ILMARI tarjoaa huippuluokan laitteiston ja osaamisen niin yliopiston omille tutkimusryhmille kuin ulkopuolisille yhteistyökumppaneille ja yrityksille.