Valo on kaik­kial­la – eikä pel­käs­tään näky­väs­sä muo­dos­sa. Se on läm­mön, tie­don­siir­ron ja ener­gian­läh­teen perus­ta. Foto­niik­ka, eli valoon perus­tu­va tek­no­lo­gia, muut­taa par­hail­laan maa­il­maa samaan tapaan kuin säh­kö teki aika­naan. Sii­nä mis­sä säh­kö mah­dol­lis­ti moder­nin yhteis­kun­nan, foto­niik­ka tekee sii­tä älyk­kään, tehok­kaan ja ener­gia­pi­hin.

Itä-Suo­men yli­opis­ton pro­fes­so­ri ja PREI­Nin (Pho­to­nics Research and Inno­va­tion Flags­hip) vara­joh­ta­ja Jyr­ki Saa­ri­nen on seu­ran­nut lähel­tä, miten valon hal­lin­ta on siir­ty­nyt labo­ra­to­riois­ta osak­si arkea – ja miten se tulee muut­ta­maan myös ener­gia-alaa.

– Foto­niik­ka liit­tyy kaik­keen, mikä liit­tyy valoon – sen syn­nyt­tä­mi­seen, siir­tä­mi­seen, muok­kaa­mi­seen ja havait­se­mi­seen, Saa­ri­nen mää­rit­te­lee,
ja muis­tut­taa, että valon avul­la voi­daan pait­si näh­dä, myös mita­ta, ohja­ta ja tuot­taa ener­gi­aa.

Foto­niik­ka tekee näky­mät­tö­män näky­väk­si

Foto­niik­ka on yksi nopeim­min kas­va­vis­ta tek­no­lo­gian alois­ta. Se yhdis­tää fysii­kan, elekt­ro­nii­kan ja tie­to­tek­nii­kan – ja sen sovel­luk­sia löy­tyy kaik­kial­ta. Foto­niik­ka on läs­nä kän­ny­kän kame­ras­sa, äly­kel­lon sen­so­ris­sa, sai­raa­lan kuvan­ta­mis­lait­teis­sa ja satel­lii­teis­sa. Käy­tän­nös­sä jokai­nen meis­tä hyö­dyn­tää foto­niik­kaa päi­vit­täin, vaik­ka ei sitä tie­dos­tai­si­kaan.

– Kän­ny­käs­sä on tänä päi­vä­nä enem­män foto­niik­kaa kuin elekt­ro­niik­kaa tai meka­niik­kaa. Siel­lä on usei­ta kame­roi­ta, näyt­tö­jä, sen­so­rei­ta ja LED-valo­ja, Saa­ri­nen havain­nol­lis­taa.

Valol­la voi­daan myös havai­ta sel­lai­sia asioi­ta, joi­ta ihmis­sil­mä ei näe – kuten läm­pö­sä­tei­lyä, kos­teut­ta tai ilman pien­hiuk­ka­sia. Tämä tekee foto­nii­kas­ta tär­keän työ­ka­lun ympä­ris­tö­val­von­nas­sa ja ener­gia­te­hok­kuu­den paran­ta­mi­ses­sa.

– Van­ha totuus on, että sitä mitä ei voi mita­ta, ei voi myös­kään muut­taa. Foto­nii­kan avul­la voi­daan mita­ta lähes kaik­kea: läm­pö­ti­laa, hii­li­diok­si­di­pi­toi­suut­ta, valais­tus­ta, veden laa­tua tai ener­gian­ku­lu­tus­ta, Saa­ri­nen sanoo.

Valol­la sääs­te­tään ja tuo­te­taan ener­gi­aa

Ener­gia-alan näkö­kul­mas­ta foto­niik­ka on jo nyt kes­kei­nen teki­jä ener­gia­te­hok­kuu­des­sa. LED-valais­tus on yksi sen näky­vim­mis­tä sovel­luk­sis­ta. Uusim­mat LED-valot kulut­ta­vat vain mur­to-osan van­hoi­hin heh­ku­lamp­pui­hin ver­rat­tu­na ja nii­den käyt­töi­kä on monin­ker­tai­nen.

– Nykyi­set LEDit ovat huip­pu­te­hok­kai­ta. Sii­nä mis­sä ennen 100 watin heh­ku­lamp­pu valai­si yhden huo­neen, tänä päi­vä­nä sama valo syn­tyy muu­ta­mal­la vatil­la, Saa­ri­nen tote­aa.

Mut­ta valon voi­ma ei pysäh­dy valais­tuk­seen. Foto­niik­ka on myös ener­gian­tuo­tan­non yti­mes­sä: aurin­ko­pa­nee­lit perus­tu­vat valon muun­ta­mi­seen säh­kök­si. Täl­lä het­kel­lä kau­pal­lis­ten aurin­ko­ken­no­jen hyö­ty­suh­de on noin 20 pro­sent­tia, mut­ta tut­ki­muk­ses­sa pyri­tään kolmin–nelinkertaistamaan se. Labo­ra­to­rio­tu­lok­set ovat jo ylit­tä­neet 40 % hyö­ty­suh­teen, ja tule­vai­suu­des­sa 60–80 % on mah­dol­li­nen.

– PREIN-lip­pu­lai­vas­sa kehi­täm­me uusia mate­ri­aa­le­ja ja opti­sia rat­kai­su­ja, joil­la aurin­ko­ken­nois­ta saa­daan entis­tä tehok­kaam­pia. Aurin­ko lähet­tää maa­pal­lol­le val­ta­vas­ti ener­gi­aa – noin 20 000 ker­taa enem­män kuin ihmis­kun­ta käyt­tää. Se on resurs­si, jota ei kan­na­ta jät­tää hyö­dyn­tä­mät­tä, Saa­ri­nen pai­not­taa.

Älyk­käät sen­so­rit ja valais­tus sääs­tä­vät ener­gi­aa koto­na ja teol­li­suu­des­sa

Foto­niik­ka näkyy yhä enem­män myös kotien ja raken­nus­ten ener­gian­käy­tön hal­lin­nas­sa. Infra­pu­na­sen­so­rit tun­nis­ta­vat liik­keen ja sam­mut­ta­vat valot huo­neis­ta, jois­sa ei ole ketään. Opti­set mit­ta­lait­teet seu­raa­vat läm­pö­ti­laa, ilman­laa­tua ja kos­teut­ta, ja voi­vat ohja­ta läm­mi­tys­tä tai ilman­vaih­toa auto­maat­ti­ses­ti.

– Kun valais­tus ja läm­mi­tys toi­mi­vat yhteis­työs­sä, saa­vu­te­taan mer­kit­tä­viä ener­gian­sääs­tö­jä. Ei ole mitään jär­keä läm­mit­tää tai valais­ta tyh­jää huo­net­ta, Saa­ri­nen tote­aa pil­ke sil­mä­kul­mas­sa.

Myös teol­li­suu­des­sa foto­nii­kan sovel­luk­set tuo­vat kus­tan­nus­sääs­tö­jä ja tehok­kuut­ta. Laser­leik­ku­rit ja ‑hit­saus­lait­teet ovat kor­van­neet perin­tei­siä työs­tö­me­ne­tel­miä, mikä vähen­tää mate­ri­aa­li­huk­kaa ja ener­gian­ku­lu­tus­ta. Lisäk­si foto­niik­kaa hyö­dyn­ne­tään yhä enem­män ympä­ris­tön moni­to­roin­nis­sa ja pääs­tö­mit­tauk­sis­sa.

“Foto­niik­ka tekee läm­mi­tyk­ses­tä, valais­tuk­ses­ta ja ener­gian­tuo­tan­nos­ta äly­käs­tä. Kun kaik­ki perus­tuu valoon, ener­gi­aa ei enää tuh­la­ta tur­haan,”
Saa­ri­nen sum­maa.

Tule­vai­suu­den ener­gia­rat­kai­sut ovat kir­jai­mel­li­ses­ti valos­sa

Foto­nii­kan tule­vai­suus näyt­tää valoi­sal­ta – ja mones­sa mie­les­sä kir­jai­mel­li­ses­ti. Yksi mer­kit­tä­vä tut­ki­mus­suun­ta on läpi­nä­ky­vät aurin­ko­ken­not, jot­ka voi­daan integroi­da ikku­noi­hin. Täl­lai­nen älyik­ku­na voi tuot­taa säh­köä, sää­del­lä aurin­gon­va­lon mää­rää ja samal­la estää lii­al­li­sen läm­pe­ne­mi­sen kesäl­lä.

– Kesäl­lä ikku­na voi estää lii­kaa läm­pöä tule­mas­ta sisään, ja tal­vel­la se taas estää läm­mön kar­kaa­mi­sen. Samal­la se voi toi­mia aurin­ko­pa­nee­li­na ja tuot­taa säh­köä. Se on erin­omai­nen esi­merk­ki sii­tä, miten foto­niik­ka yhdis­tää muka­vuu­den ja ener­gia­te­hok­kuu­den, Saa­ri­nen selit­tää.

Toi­nen kieh­to­va tut­ki­musa­lue on foto­nii­kan hyö­dyn­tä­mi­nen fuusio­ener­gias­sa. Saa­ri­sen mukaan eri­tyi­ses­ti laser­fuusio tar­jo­aa val­ta­via mah­dol­li­suuk­sia tule­vai­suu­des­sa.

– Jos fuusio saa­daan hal­li­tus­ti tuo­tan­toon, se voi mul­lis­taa ener­gia­ta­lou­den täy­sin. Laser­fuusio on yksi niis­tä mene­tel­mis­tä, joil­la sii­hen täl­lä het­kel­lä pyri­tään, ja tulok­set ovat olleet lupaa­via, hän ker­too.

Valos­ta kas­vaa uusi teol­li­suu­den ala

Foto­niik­ka ei ole enää vain tut­ki­mus­ta – sii­tä on tulos­sa uusi teol­li­suu­den perus­pi­la­ri. Ala kas­vaa maa­il­man­laa­jui­ses­ti yli seit­se­män pro­sen­tin vuo­si­vauh­dil­la, ja sen vai­ku­tus ulot­tuu kai­kil­le sek­to­reil­le: lii­ken­tees­tä lää­ke­tie­tee­seen, tie­to­lii­ken­tees­tä raken­nuk­siin.

Suo­mi on täs­sä kehi­tyk­ses­sä vah­vas­ti muka­na. PREIN-lip­pu­lai­va yhdis­tää Aal­to-yli­opis­ton, Tam­pe­reen yli­opis­ton, Itä-Suo­men yli­opis­ton ja VTT:n osaa­mi­sen, ja on Euroo­pan mit­ta­kaa­vas­sa yksi alan kär­ki­hank­keis­ta.

– Foto­niik­ka on monia­lai­nen, nopeas­ti kas­va­va ala, joka tar­vit­see uusia osaa­jia. Sik­si toi­von, että nuo­ret kiin­nos­tu­vat luon­non­tie­teis­tä ja tek­no­lo­gias­ta – valo on tule­vai­suu­den ener­gi­aa, Saa­ri­nen kan­nus­taa.

“Jos säh­kö mah­dol­lis­ti teol­li­sen val­lan­ku­mouk­sen, foto­niik­ka mah­dol­lis­taa sen vih­reän,”
Saa­ri­nen kiteyt­tää hymyil­len.