Maatalouden digitalisaatio vaatii yhä enemmän viljelmille vietävää mittauselektroniikkaa, mutta hankaluutena on usein virransaanti. Nyt VTT on kehittänyt yhteistyökumppaneineen biohajoavan aurinkokennomoduulin, joka voidaan liittää suoraan kasvin varteen tai suurelle lehdelle.

VTT:n kehittämä aurinkokenno on luottokortin kokoinen. ohut ja painaa vain muutamia grammoja. Sen paras puoli on kuitenkin, että kenno ja anturin virtalähde maantuu kasvukauden jälkeen, joten sitä ei tarvitse erikseen kerätä talteen kuten nykyratkaisut.

”Biohajoavuus on olennaista. Silloin ei olekaan niin vaarallista, jos kennoa ei pystytä keräämään pois, vaikka se on maaperän välittömässä läheisyydessä.”, sanoo VTT:llä tutkimustiimin vetäjä Maria Smolander.

Kompostoituva kokonaisuus kuuden tutkimuslaitoksen yhteistyönä. VTT:n lisäksi kolmivuotisen CHIST-ERA-ohjelmassa on 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.

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.

”Vaikka maatalous on ollut tämän vihreän elektroniikan hankkeen käytännön testialusta, ajatuksena on ylipäätään tarkastella, miten elektroniikasta voidaan tehdä ympäristöystävällisempää”, VTT:n erikoistutkija Liisa Hakola kertoo.

Biohajoavan kennon kehittäminen asetti myös kokonaan uusia 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 VTT:n Hakola. Rahoittajana on Suomen osalta Suomen akatemia.

Maataloudessa ei  ielä tällä hetkellä käytetä paljon antureita, mutta biohajoava ratkaisu voi tarjota ainakin lisää mahdollisuuksia. ”Suuresta energian keräysmäärästä ei ole kyse, vaan matalan energiakulutuksen antureista, joilla pystytään seuraamaan ympäristön tilaa’’, sanoo VTT:n erikoistutkija Marja Välimäki.

Hänen mukaansa maatuvan aurinkokennon ei ole tarkoitus pärjätä suorituskyvyssä tavallisten kennojen kanssa, eikä pitkää käyttöikää tarvita. 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.

Mittauksia tarvitaan tulevaisuudessa

Viljelmälle vietävä mittaustekniikka tulee palvelemaan 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 VTT:n 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.

Lisää: Tesla research Project  (linkki)

Kuva: VTT