Kaikkien vähemmistöjen puolesta?

 

Vaikka lähtökohtaisesti olen brutaali numeromies, hetkittäin pohdin arvojakin.  Tällä kertaa pohdinnan laukaisi — mikäpä muukaan kuin alkoholi.

Eduskunta äänesti viime viikolla erittäin täpärästi siitä, että ruokakaupoissa sallitaan jatkossa myös väkevämpien oluiden myynti.  Vaikka prosenttiluvut näyttävät hämäävän pieniltä (rajat nousee 4.7%:sta 5.5%:iin),  absoluuttisen alkoholin maksimimäärä oluessa kasvaa peräti 17%. Kyseessä ei siis ole aivan mitätön lisäys.

Hallituspuolueidenkin edustajat saivat äänestää omantuntonsa mukaan — tosin ainakin kokoomuksen tapauksessa sillä edellytyksellä, että omantunnon ääni oli ryhmäkurin mukainen. Omassa puolueessani Vihreissä omantunnon ääni sai olla omantunnon mukainen, ja äänet jakautuivatkin 10-4. Enemmistö siis ei olisi nostanut prosenttirajoja.  Vihreiden puheenjohtajakin äänesti korotusta vastaan, ja perusteli päätöstään ennen muuta kansanterveydellä.

Erityisesti THL:n arvio onkin karua luettavaa: kun  katsotaan koko väestön tasolla, kaikki tutkimustieto viittaa siihen että saatavuuden parantaminen lisää absoluuttisen alkoholin kulutusta, joka taas lisää terveysriskejä merkittävästi. Alla oleva kuvaaja ei kerro kaikkea, mutta antaa kyllä suuntaviivoja.

Käytännössä erityisesti riskikäyttäjien määrä kasvaa, ja heille syntyvät vauriot pahenevat. Pähkinänkuoressa tuo on se olennaisin terveysvaikutus. Alkoholipolitiikkaan liittyy paljon muutakin, ja pystyn varsin hyvin ymmärtämään niitäkin, jotka äänestivät korotuksen puolesta. Asiat ovat monimutkaisia.

Sen sijaan minun on vaikea ymmärtää ihmisiä, joiden mielestä ongelmalla ei ole merkitystä, koska se koskee vain pientä vähemmistöä kuluttajista. Riskikäyttäjiähän on vain noin kymmenesosa väestöstä. Hiukan rapsuttamalla tämä on se argumentti, johon kaikki tiivistyy.  Alkoholi on ongelma vain vähemmistölle, joten enemmistön ei tarvitse välittää koko asiasta.

Tämä on sinällään täysin johdonmukainen asenne, jos elämänasenne muutenkin on kylmä ja ääri-individualistinen.  Pidän sitä kuitenkin jotenkin epäjohdonmukaisena, jos kuulen ajatuksen sellaiselta ihmiseltä, joka muutoin ajaa vähemmistöjen oikeuksia.  Omissa vihreissä piireissäni puolustetaan voimallisesti niitä, jotka ovat heikossa asemassa valtaväestöön nähden: vammaisia, maahanmuuttajia, homoja, saamelaisia, transseksuaaleja, mielenterveyskuntoutujia…

Miksi alkoholistit eivät olisi voimallisesti puolustettava vähemmistö, siinä missä nämä muutkin?

Perusteluja on sinällään helppo löytää, jos etsii. Liikuntavammainen pysyy liikuntavammaisena, vaikka miten soveltaisi positiivista ajattelua. Alkoholisti taas saattaa positiivisella ajattelulla jopa raitistua. Sairaus ei parane koskaan, mutta sen saa oireettomaksi jos lopettaa juomisen. Alkoholismi on siis hyvin erilainen vamma kuin muut vammat.

Lisäksi on hyvin vaikea tietää, mikä olisi ylipäätään toimiva tapa puolustaa alkoholisteja. Lähes jokaisella suomalaisella on lähipiirissä alkoholisti, ja jokainen joka on tilanteeseen yrittänyt puuttua tietää miten mahdotonta se on. Jokainen siinä tilanteessa ollut myös tietää, miten sietämättömäksi alkoholismi muuttaa ihmisen luonteen. Ryyppäävää alkoholistia kohtaan on vaikea tuntea pienintäkään empatiaa.

Ehkä ainoa mitä voidaan edes periaatteessa yrittää puolustaa on alkoholistin oikeus raitistumiseen. Tähän taas on vähänlaisesti keinoja varsinkaan lakipuolella. Sosiaalinen ympäristömme on niin alkoholilla marinoitu,  että on uskomatonta että raitistuneita alkolisteja ylipäätään löytyy. Aivan nuorin sukupolvi saattaa olla erilainen, mutta vasta aika näyttää muuttuuko mikään oikeasti.

Käytännössä lainsäädännöllä voidaan oikeastaan puuttua vain kahteen asiaa: saatavuuteen ja hintaan. Näissäkin pelivara on pieni, mutta se on kuitenkin olemassa.  Tutkimustieto saattaa olla puutteellista, eikä tutkimustieto varsinkaan kerro, miten alkoholiongelmia voisi oikeasti vähentää. Tutkimustieto ei ylipäätään juuri koskaan anna vastauksia laajoihin avoimiin kysymyksiin.

Sen sijaan rajattuihin kysymykseen saadaan kohtuullisen tarkkojakin vastauksia. Tässä tapauksessa tutkimustieto kertoo varsin vakuuttavasti, että nyt tehty päätös tulee nykytilanteessa pahentamaan vähemmistön ongelmia. Enemmistön elämään sillä on vähänlaisesti suoraa vaikutusta.

Jokainen joutuu painimaan yksin omantuntonsa kanssa, kun yrittää päättää mitä mieltä tästä asiasta on.  Itse olen päätymässä siihen, että jos Vihreänä haluan puolustaa heikkojen vähemmistöjen oikeuksia, sen täytyy tarkoittaa kaikkia heikkoja vähemmistöjä. Myös alkoholisteja.

Vielä kerran Teraloop: voisiko se toimia kiinteänä renkaana?

 

Voisiko Teraloopin energiaa varaava liikkuva massa kannatella itse itseään? Teimme laskelmat ja esittelemme ne tässä.

Haluaisimme uskoa, että Teraloopin konsepti voisi toimia. Tämä jo siksi, että valtio on antanut yhtiölle 260 000 euroa Tekes-lainaa, ja olisi hienoa saada sille rahalle vastinetta. Olemme aiemmin analysoineet konseptia läpi fysiikan kannalta ja tehneet myös yksinkertaisen laskurin, jolla realismin rajoja voisi arvioida. Teki laskut miten tahansa, ne tuntuvat päätyvän aina samaan lopputulokseen: konsepti ei toimi, ellei fysiikan lakeja muuteta.

Päätimme antaa Teraloopin idealle vielä yhden mahdollisuuden. Moni on keskusteluissa esittänyt, että jos Teraloop olisi junavaunujen sijasta kiinteä rengas, se ei tarvitsisi ehkä magneetteja muuhun kuin levitointiin. Materiaali voisi ehkä kannatella itse itseään. Tämä ehdotus ei ole Teraloopin julkaistun toimintaidean mukainen, mutta toisaalta yhtiö on itsekin todennut että sen konsepti on todellisuudessa täysin erilainen kuin julkisuudessa olleet tiedot. Ehkä tämä on se suuri oivallus, joka mahdollistaa ajatuksen?

Lisää matematiikkaa…

Tasapainossa pyörivän renkaaseen muodostuu keskeiskiihtyvyyden johdosta kehän suuntainen jännitys, joka voidaan laskea kaavasta

s = ω^2* ρ * ( R1^2 + R1*R2 + R2^2) / 3   

missä s:n yksikkö on Pa (= N/m^2), ω on kulmanopeus (rad/s) ja ρ on aineen tiheys (kg/m^3), joka teräksellä on 7800 kg/m^3. R1 ja R2 ovat renkaan ulko- ja sisäsäde.  Koska renkaan kehän poikkipinta-ala suhteessa renkaan säteeseen on hyvin pieni ja käytännössä R1≈R2≡R, voidaan kaava muuttaa yksinkertaisempaan muotoon.

s = ρ * ω^2* R^2   

Olemme tehneet tällekin tehtävälle laskurin, jossa arvoja voi pyöritellä. Voimme myös piirtää kuvan, josta nähdään jännitys suhteessa renkaan kehänopeuteen.  Renkaan säde tai kehän poikkipinta-ala eivät vaikuta tulokseen, yllä oleva kaavio pätee kaiken kokoisille teräsrenkaille, joiden kehän halkaisija suhteessa renkaan säteeseen on vähäinen, kuten Teraloopin tapauksessa. Kuten alempana lasketaan, rengas murtuu jos kehäjännitys ylittää 640 MPa arvon, mikä rajoittaa kehänopeutta erittäin rajusti.
taraloop_pyorivan_terasrenkaan_jannitys

 

Terästen lujuusrajoitteet

Jännityksen SI-järjestelmän mukainen yksikkö on Pascal (Pa), eli N/m^2. Terästen lujuus ilmoitetaan Pascalin pienuudesta johtuen yleensä Megapascaleina, MPa. 1MPa vastaa noin 100 tonnin painoa yhden neliömetrin alueella. Teräkselle määritellään erikseen myötölujuus ja murtolujuus. Jos valmistamme tavallisesta pulttimateriaalista teräslangan, jonka poikkipinta-ala on 1 mm^2, sen varaan voisi ripustaa 64 kg:n massan, ilman, että langassa tapahtuu pysyvää muodonmuutosta, eli ilman, että ns. myötölujuus (640 MPa) ylittyy. Yli 80 kg:n massalla lanka katkeaa, koska aineen murtolujuus (800MPa) ylittyy. Myötö- ja murtolujuuden välissä teräkseen jää pysyvä muodonmuutos, joten rakenteet tulee mitoittaa myötölujuuden mukaan.

Koneenrakennuksessa käytetään yleisesti lujempia pultteja ,joiden murtolujuus on 1200 MPa ja myötölujuus 1080 MPa. Tämä on jo varsin lujaa terästä, kolme kertaa lujempaa kuin yleisesti käytetyt rakenneteräkset, joista rakennetaan vaikkapa siltoja.

Laskurin avulla on mahdollista hahmottaa joitakin ratkaisuja, jotka saattaisivat olla kokonaisuutena teoriassa lähes saavutettavissa. Esimerkiksi teräsrengas (tiheys 7800 kg/m^3) jonka sisäsäde on 1,8 metriä ja renkaan säde 250 metriä, tuottaa 290 m/s nopeudella seuraavanlaisia arvoja: energia 1,5 GWh, g-voimat 34 g, kokonaispaino 125 tuhatta tonnia, ja jännitys 660 MPa. Energia on siis kymmenesosan siitä arvosta, jota Teraloop mainoksissaan lupaa, ja siitä huolimatta jo tämäkään rengas ei tule kestämään murtumatta kovin kauan.

Tunnelin sädettä kasvattamalla päästään hiukan suurempiin energioihin, mutta energia kasvaa kuitenkin vain suhteessa säteeseen. Esimerkiksi 2500-metrinen tunneli tuottaa noilla arvoilla vain 20 GWh patenttihakemuksen lupaaman TWh:n sijaan.

 

Venymäongelma

Kokonaan toinen kysymys on, miten tuollainen rengas voitaisiin valmistaa. Se ei voi olla pelkkää terästä, koska siinä pitää olla maglev-tekniikka yms. massaa, joka ei kanna kuormaa. Mitoituksessa ei muutenkaan voi mennä noin lähelle myötörajaa. Mitoitus pitää tehdä väsyttävälle kuormalle, sillä laitteen pitää kestää lukuisia lataus- ja purkukertoja. Sallittu jännitys jäisi käytännössä huomattavasti tässä laskettua teoreettista maksimia pienemmäksi, kun kaikki mitoitukseen vaikuttavat tekijät otetaan huomioon.

Läheskään aina lujuusmitoituksissa ei tarvitse laskea rakenteen venymiä. Teräs nimittäin venyy kun sitä kuormitetaan. Koska Teraloop on valtavan suuri rakennelma, lasketaan varmuuden vuoksi myös renkaan venymä. Tähän käytetään Hooken lakia:

s = E * є

missä s on jännitys, E on kimmokerroin (teräksellä 210 GPa) ja є on suhteellinen venymä. Koska haluamme laskea venymän, muutetaan kaava muotoon:

є = s / E

є = 0,64 GPa / 210 GPa = 0,003

Renkaan kehän pituus ja sen myötä renkaan halkaisija venyvät 0,3 % sen saavuttaessa myötörajan. Patenttihakemuksessa renkaan halkaisija oli 5000 metriä. Sen kokoinen teräsrengas venyisi täydellä pyörimisvauhdilla peräti 5000m * 0,003 = 15 metriä. “Donitsi” siis leviäisi täydessä vauhdissa kohti tunnelin ulkoseiniä 7,5 metriä joka suuntaan, ja hidastuessaan kutistuisi taas normaaliin kokoonsa. Kuten normaalilla mielikuvituksella varustettu lukija voi kuvitella, tästä aiheutuu jälleen korillinen lisäongelmia.

Pienempi 500-metrinen prototyyppi venyisi 1,5 metriä. Tämän kokoinen vaihtelu saattaisi teoriassa, ehkä, juuri ja juuri, olla siedettävissä esimerkiksi sähkömagneeteilla, mutta kiinteät magneetit eivät tähän kykene.

Venyminen antaa käytännössä kovan ylärajan sille, kuinka suureksi Teraloop-tyyppinen systeemi voitaisiin rakentaa. Vaikka 250-metrinen pilotti onnistuisi jollakin keinolla juuri ja juuri, sitä suuremmaksi laitetta ei juurikaan voi enää kasvattaa. Nopeus ei myöskään voi näistä arvoista nousta juuri ollenkaan.

Voimme toki ajatella korvaavamme teräksen jollain toisella materiaalilla, mutta jätämme lukijoiden haasteeksi keksiä materiaali, joka olisi tähän tarkoitukseen terästä parempi ja jonka kustannus on riittävän alhainen.

Teräskään ei tässä ole aivan ilmaista. Jotta energiaa saisi vähänkään järkeviä määriä, massan pitää olla yli 100 000 tonnia. Teräksen hinta vaihtelee suuresti, mutta on tyypillisesti satoja euroja. Pienenkin Teraloopin vaatiman raakateräksen hinta olisi siis vähintään 10 miljoonan euron paikkeilla. Koska terästä joudutaan käytännössä prosessoimaan, loppuhinta olisi useita kertoja suurempi — olettaen, että tällaista rengasta edes pystyisi todellisuudessa valmistamaan.

Tässä kirjoituksessa esitettyjä arvioita voi toki tarkentaa mallintamalla Teraloopin tukirakenteita yms. tarkemmin, mutta tämä ei tule muuttamaan mitään olennaista. Valitettavasti fysiikan lait iskevät rajusti vastaan tässäkin tarkastelussa.

 

Yhteenveto

Kiinteä rengas ei näytä pelastavan konseptia, vaikka löytyykin konfiguraatioita jotka ovat ainakin hiukan sinnepäin. Jos renkaaseen halutaan varastoida merkittäviä määriä energiaa, sen pitää pyöriä todella lujaa. Tällöin renkaaseen kohdistuu suuria jännityksiä, ja se venyy ja supistuu pyörimisvauhdin mukana. Tällöin metalliin myös muodostuu hyvin nopeasti rasitusvaurioita.

Maailmalla on esitetty konsepteja, joissa suuri määrä energiaa varastoidaan valtavan suuriin massoihin (ks esim täältä). Nämäkään ratkaisut eivät ole suuresti edenneet, ja ne ovat silti kertaluokkaa helpompia toteuttaa kuin Teraloop.

Teraloop on sinällään yrittämässä ratkaista aivan olennaista ja tärkeää ongelmaa; valitettavasti sen ehdottama ratkaisu ei näytä toimivan millään tasolla. Energiaa on tällä hetkellä erittäin vaikea varastoida erittäin suuria määriä. Tällä alueella tehdään maailmalla koko ajan monipuolista tutkimus- ja kehitystyötä, ja tutkimusta kannattaisi ehdottomasti tukea myös Suomessa. Tuki täytyisi kuitenkin osata kohdentaa sellaisiin hankkeisiin, joissa on edes jotakin realismia takana.

Tämän kirjoituksen on tehnyt ryhmä fysiikan ja tekniikan alan ammattilaisia kollektiivisesti. Kirjoitus julkaistaan yhtä aikaa omissa blogeissamme. Kirjoittajat aakkosjärjestyksessä: Kaj Luukko (Gaia-blogi), Jani-Petri Martikainen (PassiiviIdentiteetti-blogi), Jakke Mäkelä (Zygomatica-blogi), Rauli Partanen (Kaikenhuippu-blogi), Aki Suokko (Palautekytkentöjä-blogi), Ville Tulkki.

christkindl_karussell

Kuvalähde: Yle

 

Teraloop-laskuri

Toissapäiväinen kirjoituksemme Teraloopista herätti ainakin muutaman median; kirjoituksen ovat huomioineet Tekniikka ja Talous, Vihreä Lanka, ja Tiedetuubi. Vihreä Lanka sai lopulta yhtiöltä myös vastauksen, jossa yhtiö kieltäytyy kertomasta ideastaan mitään tarkempaa vedoten liikesalaisuuksiin.  Teraloopin mukaan on syytä tehdä ero julkisuudessa olleiden järjestelmän konseptihahmotelmien ja sen välillä, millaiseen energianvarastointikykyyn yritys todellisuudessa pyrkii. Teraloopin mukaan näitä tavoitelukuja ei ole julkistettu, eivätkä ne ole vielä julkisia.”

Käytännössä Teraloop siis tuntuu sanovan, että aiemmin julkisuudessa olleet luvut on syytä unohtaa. Ne ovat kuitenkin ne luvut, joilla yritys on tullut esille, joita keskustelussa on pyöritelty ja joiden mukaan mielikuvia on luotu. On syytä kysyä, miksi niitä lukuja sitten on kerrottu julkisuuteen, jos ne ovat virheellisiä? Tai miksi virheellisiä lukuja ei ole korjattu?

Kuten aiemmassa kirjoituksessa totesimme, käytimme laskelmissa eri lähteistä (tiedotteet, julkinen patenttihakemus) saatuja, keskenään osin ristiriitaisia lukuja nimenomaan Teraloopin kannalta suotuisassa valossa. Kirjoituksen kirvoitti nimenomaan se, että näillä parhailla mahdollisillakaan luvuilla ja spesifikaatioilla idea ei fysiikan lakien perusteella vaikuttanut olevan toteutettavissa.

Tällä hetkellä lähinnä tiedetään, että Teraloop on saanut Tekesiltä maksimissaan 260 000 euron lainan; mitään todellista teknistä tietoa konseptista ei siis yhtiön itsensäkään mukaan ole julkisuudessa liikkunut.

Continue reading Teraloop-laskuri

Teraloop: onko idea fysikaalisesti realistinen?

Startupien on oltava radikaaleja, innovatiivisia, ja optimistisia. Kukaan ei pahastu, jos startup on hiukan liiankin optimistinen. Mutta missä menee raja? Innovaation ja innostumisen vastavoimana on oltava itsekuri ja itsekritiikki. Mitä tapahtuu, jos nämä puuttuvat?

Startup nimeltä Teraloop on esittänyt varsin ällistyttäviä ajatuksia. Uusiutuvien energialähteiden suurin ongelma on niiden ajoittaisuus: energiaa on pystyttävä varastoimaan niiksi ajoiksi, kun ei tuule tai aurinko ei paista. Tähän mennessä ei kerta kaikkiaan ole ollut tekniikoita, joilla pystyttäisiin varastoimaan gigawattitunneittain energiaa moneksi päiväksi kustannustehokkaaseen hintaan. Teraloop väittää löytäneensä ratkaisun, liikuttamalla suuria massoja renkaan muotoisella radalla maan alla.

[Edit klo 12: Journalismin puolella aiheesta ovat jo kirjoittaneet ainakin Vihreä Lanka sekä Tiedetuubi] [Edit klo 18: Vihreä Lanka sai selville, että Tekes on tosiaankin myöntänyt yhtiölle 260,000 euron lainan].

Fysiikkaa vähänkään tuntevissa idea on herättänyt ensin ällistystä, sitten mielenkiintoa ja lopulta syvää epäuskoa. Idea ei välttämättä varsinaisesti riko fysiikan lakeja, mutta se ei vaikuta millään tavalla realistiselta. Skeptisiä arvioita on jo esitetty Kaj Luukon aiemmassa blogissa.

Erikoisia väitteitä ja erikoisia startupeja on maailma pullollaan, ja asian voisi sinällään jättää sikseen. Tarkempi penkominen kuitenkin osoitti vielä kummallisempia väitteitä. Yhtiö itse sanoo saaneensa Tekesilta tutkimusrahoitusta ja sen lisäksi tekevänsä yhteistyötä VTT:n kanssa.  Käytännössä VTT-yhteistyö viitannee Tekniikka & talouden artikkelissa mainittuun toteutettavuustutkimukseen, joka on tilaustyönä teetetty ulkopuolisella rahoituksella.  Yhtiö on listattu myös yhdeksi Vaasa Entrepreneurship Societyn Top 30 energia-alan startupiksi; VES:n tiedoissa yhtiö ilmoittaa saavansa rahoitusta myös Fortumilta.

Continue reading Teraloop: onko idea fysikaalisesti realistinen?

Translate »