Kestävä kehitys syntyy monialaisesta osaamisesta ja mielikuvituksellisesta teknologiasta
Kestävän kehityksen ideologia on jo pitkään vaikuttanut merkittävästi teknis-luonnontieteellisen tutkimuksen suuntaan ja kehitystyön tavoitteisiin yliopistoissa ja muissa tutkimuslaitoksissa. Viime vuosina kestävän kehityksen arvot ovat nousseet tapetille myös talouden ja liiketoiminnan näkökulmasta. Niin valtiot ja suuryhtiöt kuin yksittäiset kuluttajatkin tekevät strategisia linjauksia ja käytännön ostopäätöksiä aiempaa useammin ja selkeämmin arvopohjalta. Globaalit megauhat ovat muuttaneet tavoitteiden sävyä: siinä missä ennen tieteen ja teknologian keinoin tavoiteltiin abstraktisti auvoisampaa tulevaisuutta, nyt tutkimus- ja kehitystyössä keskitytään konkreettisten ja yhä synkempien uhkakuvien torjuntaan.
Vaikka monien ympäristöä uhkaavien ongelmien voidaankin katsoa johtuvan ihmisten lisääntymisen ja elintason nousun ohella teknologian väärinkäytöstä, on vaikea ajatella niiden selättämistä ilman tieteellistä tutkimusta ja teknologista kehitystä. Kuluttamisen vähentäminen ei yksinkertaisesti riitä ratkaisuksi monestakaan syystä: kehittyvillä mailla on oikeus tasavertaiseen tulevaisuuteen kehittyneiden maiden kanssa, ja rikkaiden länsimaiden kansalaiset eivät mukisematta niele aineellisen elintason laskua. Sen sijaan ympäristöystävällinen, ihmisen terveyttä ja hyvinvointia lisäävä teknologia on kaikkien hyväksyttävissä – ainakin jos se ei ole merkittävästi vanhempaa teknologiaa kalliimpaa. Parhaimmillaan puhtaasta teknologiasta voi luoda uutta bisnestä.
Luonnontieteiden ja tekniikan tiedekunnan tutkimuksessa kestävä kehitys muodostaa läpileikkaavan tematiikan, joka sävyttää tutkimustyötä kaikilla laitoksilla. Suorimmin teema on läsnä biologisessa ja bioteknisessä tutkimuksessa, mutta se on selkeästi havaittavissa myös kovien luonnontieteiden sekä tietotekniikan tutkimuksessa. Nostan esiin kattavasta tutkimuskirjostamme joitakin esimerkkejä.
Ihminen on osa luontoa ja riippuvainen biologisen ympäristön tarjoamista resursseista. Ihmispopulaation kasvu on tapahtunut muun luonnon kustannuksella: ihmisen resurssi-intensiivisyys ja biogeokemiallisiin ainekiertoihin puuttuminen näkyy luonnonympäristöjen häviämisenä, biodiversiteetin dramaattisena vähenemisenä, niin sanottuna kuudentena sukupuuttoaaltona, eliömaantieteellisten vyöhykkeiden siirtymisinä sekä eliöyhteisöjen rakenteen ja toiminnan muutoksina. Muutokset ovat merkittäviä ja – ikävä kyllä – alati pahenevia.
Kestävällä kehityksellä tarkoitetaan biologisessa kontekstissa sellaista ihmisyhteisöjen toimintamallia, joka ei heikennä tulevien sukupolvien olemassaolon mahdollisuuksia. Tällöin lähtökohtana on biologisen monimuotoisuuden ja toimivien ekosysteemien säilyttäminen. Ekologiassa tutkitaankin laajalti populaatioiden, yhteisöjen ja ekosysteemien vasteita ympäristön muuttumiseen. Esimerkkinä toimikoot ympäristömyrkkyjen rikastuminen Itämeren ravintoketjuissa sekä maailman käytetyimmän rikkakasvien torjunta-aineen glyfosaatin vaikutus agroekosysteemiin. Fysiologiassa ja genetiikassa puolestaan tutkitaan yksilöiden elintoimintojen vasteita ympäristömuutoksiin ja perimän roolia näissä. Esimerkkinä vaikkapa raskasmetallialtistuksen ja valosaasteen vaikutus lintujen kilpirauhashormoniin ja sitä kautta jälkeläisten menestymiseen. Myös me ihmiset olemme osa sosio-biologista kokonaisuutta: luonnonvalintaa nykyihmisyhteisöissä selvittävässä hankkeessa tutkitaan yhteiskunnan modernisoitumisen sekä modernille yhteiskunnalle ominaisen matalan syntyvyyden ja kuolevuuden vaikutusta ihmisen evoluutioon.
Myös maantieteessä tutkitaan biologisesti kestävää kehitystä, kuten luonnonvarojen käyttöä niin Suomessa kuin Itä-Afrikassa ja Amazonin alueella. Hankkeet liittyvät esimerkiksi maankäytön ja merialueiden suunnitteluun, luonnon ekosysteemien toimintaan, ympäristönmuutokseen ja mineraalivarojen kestävään käyttöön. Lisäksi laitoksella tutkitaan yhteiskunnallisesti kestävää kehitystä, jonka kohteena on kaupunkikehitys ja kansainvälinen muuttoliike sekä YK:n kestävän kehityksen periaatteet globaalissa muutoksessa. Laitos on myös mukana kansainvälisen IPCC-ilmastopaneelin työssä yhdessä tulevaisuuden tutkimuskeskuksen kanssa.
Biokemian laitoksella, erityisesti molekulaarisen kasvibiologian ja elintarvikekehityksen tutkimuksella on keskeinen rooli yliopiston strategian mukaisella biotulevaisuuden temaattisella alueella. Akateemikko Eva-Mari Aron johtama levien ja kasvien fotosynteesin tutkimus liittyy suoraan ilmastonmuutoksen torjuntaan. Aurinkoenergialla ja biopolttoaineilla voidaan korvata tehokkaasti fossiilisia polttoaineita. Lisäksi mikroleviä voidaan käyttää jätevesien puhdistuksessa, ja fotosynteesiä tehostamalla voidaan parantaa viljelykasvien tuottoa. Uusissa tehokkaissa, taloudellisissa ja puhtaissa bioteknologioissa on myös valtava bisnespotentiaali. Laitos on mukana Euroopan komission vastikään rahoittamassa merkittävässä eurooppalaisessa aloitteessa, jonka tavoitteena on uuteen Horizon Europe –puiteohjelmaan sisällytettävä laaja aurinkoenergiaan perustuvan kiertotalouden tutkimusohjelma. Aloite tukee Euroopan komission tavoitetta ilmastoneutraalista Euroopasta 2050.
Läheisessä yhteistyössä Lounais-Suomen elintarviketeollisuuden kanssa työskentelevä elintarvikekehityksen laboratorio pyrkii sekin vastaamaan suoraan keskeisiin kestävän kehityksen haasteisiin: Miten lihaa voitaisiin korvata pienemmän hiilijalanjäljen omaavilla kasviperäisillä tuotteilla? Miten tällaisista tuotteista saadaan niin hyvän makuisia, että kuluttajat omaksuvat ne markkinaehtoisesti jokapäiväiseen käyttöön? Miten ruoan tuotannon kuormitusta ympäristölle voidaan pienentää? Miten kotimaisen ruoan, kuten jo pitkään tutkittujen pohjoisten marjojen ja viljojen, tunnetut hyvät terveysvaikutukset voidaan parhaiten saattaa kansanterveyden hyväksi ja muuttaa kannattavaksi liiketoiminnaksi? Uusimpia tutkimuskohteita ovat oluenpanossa syntyvä mäski sekä Itämeren merilevä, joista kyetään jalostamaan arvokkaita elintarviketuotannon raaka-aineita teollisessa mittakaavassa.
Kestävä kehitys on tullut jäädäkseen myös koviin luonnontieteisiin. Kemian laitoksella tutkitaan, miten puuteollisuuden jätteistä saataisiin bioaktiivisia materiaaleja kemiallisella muokkauksella ja miten hiilidioksidia voitaisiin kierrättää polttoaineisiin sähkökatalyyttien avulla. Laitoksella kehitetään myös uuden puhtaan elektroniikan tarvitsemia komponentteja, kuten sähkön varastointiin käytettäviin superkondensaattoreihin soveltuvia hiilipolymeerikomposiitteja sekä aurinkokennoissa tarvittavia metallo-orgaanisia hybridikalvoja. Älyikkunoihin soveltuvien uusien materiaalien avulla voidaan puolestaan vähentää rakennusten ilmastoinnin ja lämmityksen tarvetta.
Elektroniikan materiaalien tutkimus on tärkeässä asemassa myös fysiikan ja tähtitieteen laitoksen tutkimuksessa. Tämänhetkisten ennusteiden mukaan vuonna 2025 datakeskukset käyttävät jo viidenneksen kaikesta maapallolla kulutetusta sähköenergiasta ja esineiden internetin (IoT) sovellukset tuottavat peräti seitsemäsosan maailman päästöistä vuonna 2040. Energiapihien elektroniikan materiaalien kehittäminen on siten merkittävä sijoitus parempaan tulevaisuuteen. Laitoksen projekteissa kehitetään laitevalmistukseen soveltuvia passivointimenetelmiä, joilla elektroniikan komponenttien hyötysuhdetta voidaan nostaa monikymmenkertaiseksi sekä memristorimateriaaleja energiatehokkaiden neuromorfisten tietokoneiden kehitystyöhön. Myös tulevaisuuden teknologioiden laitoksella kehitetään ultramatalan tehonkulutuksen prosessoriteknologiaa, jollaista tarvitaan mm. monissa IoT-sovelluksissa.
Kestävän kehityksen teknologia ei keskity pelkästään bioenergiaan, energiansäästöön ja uusiin materiaaleihin. ”Vanhanaikaisetkin” ongelmat vaativat edelleen huomiota: mitä moninaisimmissa rakennelmissa käytettävien metalliseosten korroosio on haaste, joka aiheuttaa vuosittain 2,5 biljoonan USD kustannukset. Uusilla simulointimenetelmillä kyetään korroosiota vastaan taistelemaan aiempaa tehokkaammin.
Toisaalta teknologian kehitys tuo tullessaan myös aivan uusia haasteita: piensatelliittien määrä on räjähdysmäisessä kasvussa, ja lähes kaikki niistä päätyvät maata kiertäväksi avaruusromuksi jopa kymmenien vuosien ajaksi. Fysiikan ja tähtitieteen laitoksen sekä tulevaisuuden teknologioiden laitoksen yhteisessä huippuyksikössä kehitetään uudenlaista tekniikkaa piensatelliitin poistamiseksi radalta käytön jälkeen sekä nykyistä paremmin avaruuden säteilystä selviävää edullista teknologiaa.
Akateemikko Arto Salomaan alulle panema diskreetin matematiikan, erityisesti teoreettisen tietojenkäsittelytieteen ja kryptografian tutkimus sekä siitä ponnistava tietotekniikan, tekoälyn ja kyberturvallisuuden tutkimus ovat digitalisaation ja datavallankumouksen myötä noussut keskeiseen asemaan taloudellisesti, sosiaalisesti ja eettisesti kestävän kehityksen rakentamisessa.
Matemaattinen optimointi on työkalu, jota käytetään laajasti teollisten prosessien tehokkuuden parantamiseen ja toiminnan suunnitteluun. Esimerkkeinä mainittakoon ydinjätteen loppusijoituksen suunnittelu ja pelastustoimen asemapaikkojen sijoittelu. Matematiikan ja tilastotieteen laitoksen sekä tulevaisuuden teknologioiden laitoksen yhteistyöprojektissa kehitetään autonomisten laivojen teknologiaa, missä matemaattista mallinnusta tarvitaan mm. reitin optimointiin ja energiankulutuksen minimointiin.
Digitalisaatio ja tekoäly luovat aivan uusia mahdollisuuksia kestävään kehitykseen niin biologisesta, taloudellisesta kuin sosiaalisestakin näkökulmasta. Digitaalisen tehtaan konseptissa data-analyysiä käytetään perinteisessä valmistavassa teollisuudessa tuotannon valvontaan, tehokkuuden ja laadun parantamiseen sekä hukan pienentämiseen. Virtuaalinen ja lisätty todellisuus nostavat paikasta riippumattoman vuorovaikutuksen aivan uudelle tasolle vähentäen matkustamisen tarvetta. Opetusteknologiassa kasvavan sukupolven asenteita pyritään muokkaamaan kiinnostavan vuorovaikutteisen sisällön ja pelillistämisen avulla. Digitaalisen tarinankerronnan keinoin selvitetään Afrikassa maataloutta koskevan ympäristölainsäädännön uudistusten toteutumista yksilötasolla, tosielämän insentiivien puristuksessa.
Tekoälyvallankumous tuo tullessaan paitsi ratkaisuja, myös aivan uusia kestävän kehityksen haasteita, ei vähiten eettisessä kontekstissa. Vastuullisen tekoälyn tutkimus on nopeasti nousut alalla keskeiseksi teemaksi. Kun huimasti kehittyneet koneoppimisen menetelmät ottavat yhä suuremman roolin yhteiskunnallisessa päätöksenteossa monilla elämänaloilla, kuka kantaa vastuun vaikkapa terveysteknologiaan tai autonomiseen liikenteeseen liittyvissä päätöksenteon ristiriitakysymyksissä? Miten turvataan yksilön tietosuoja ja oikeus puolueettomaan tietoon sekä yhteiskunnan kyberturvallisuus näinä kaupallisen sosiaalisen median, informaatiovaikuttamisen ja hybridiuhkien aikoina?
Edellä kuvatun kaltaiset kysymykset ovat läsnä jo nyt. Hieman pidemmällä aikavälillä, robottien yhä inhimillistyessä ja biohakkeroinnin edetessä syntyy väistämättä tilanteita, jossa yhteiskunnan pitää arvioida ihmisen ja koneen välisten emotionaalisten suhteiden sekä ihmisen ja koneen yhdistelemisen eettistä hyväksyttävyyttä ja ottaa asioihin kantaa lainsäädännön keinoin.
Kestävän kehityksen tematiikka on siis tiedekunnan tutkimuksessa ja opetuksessa läsnä hyvin konkreettisesti jo nyt, eikä sen painoarvo näyttäisi ainakaan vähenevän. Turun yliopiston itselleen asettama tavoite hiilineutraaliudesta vuoteen 2025 mennessä on hieno aloite. Monialaisen sivistysyliopiston tutkimusagendassa kestävän kehityksen voi ennustaa – ja toivoa – ottavan yhä suurempaa roolia ja laajenevan ihmisen toiminnan ympäristövaikutusten ja niiden korjaamisen tutkimuksesta myös taloudellisiin, sosiaalisiin, kulttuurisiin ja eettisiin kysymyksiin. Tehkäämme yhdessä Turun yliopistosta kestävän kehityksen yliopisto!
Tapio Salakoski
Kirjoittaja on luonnontieteiden ja tekniikan tiedekunnan dekaani, tekoälytutkija ja opettaja sekä monialaisen sivistysyliopiston vankkumaton kannattaja. Kirjoittaja haluaa kiittää professoreita Eva-Mari Aro, Jyrki Heino, Iiro Honkala, Veijo Jormalainen, Risto Kalliola, Kalevi Kokko, Carita Kvarnström ja Baoru Yang sekä tiedekunnan muita lähes 700 tutkijaa, joiden ponnistelu paremman huomisen puolesta tekee tämänkin blogin kirjoittamisen mahdolliseksi.