Årets bästa doktorsavhandling kan minska Finlands beroende av Ryssland

Årets bästa doktorsavhandling inom teknik är Juho Uzkurt Kaljunens undersökning som han gjorde för Aalto-universitetet om tillvaratagande av kväve och fosfor ur avloppsvatten.

Årets bästa diplomarbete är Janne Pitkänens undersökning för Uleåborgs universitet. Med hjälp av den kan man uppskatta användningstiden för kärnkraftverkens tryckbärande anordningar exaktare än förut.

Årets bästa pro gradu-studie inom matematik, fysik eller datavetenskap är Henna-Riikka Putaalas studie för Uleåborgs universitet, som möjliggör noggrannare prognoser om klimatutvecklingen.

Priserna delas ut i dag 13.11 i Helsingfors av Teknikens akademiker TEK, Tekniska Föreningen i Finland TFiF och Matematisk-naturvetenskapliga Akademiker rf MAL.

Läs mer om arbetena här nedan.

Näring i avfallsflöden tas tillvara och blir gödsel

Doktorsavhandlingspriset går till teknologie doktor Juho Uzkurt Kaljunen vid Aalto-universitetets högskola för ingenjörsvetenskaper, i forskningsgruppen för vattenteknik vid institutionen för byggd miljö.

Rubriken på hans avhandling är ”Waste nutrients harvested: Design and evaluation of nitrogen and phosphorus recovery processes utilizing membrane contactor and adsorption techniques”.

I avhandlingen undersöker Uzkurt Kaljunen metoder med vilka man på ett kostnadseffektivt sätt kan tillvarata kväve och fosfor från avloppsvatten samt fosfor även från slam.

– Arbetet tar fram en metod som återför näringsämnena till marknaden i form av trygga produkter, men den räcker ännu inte i sig. Det krävs mycket marknadsutveckling, logistik och utveckling av lantbrukspraxis innan man får till stånd en märkbar förändring, säger han.

Uzkurt Kaljunen säger att det finns så mycket näringsämnen i våra avloppsvatten att de kan ersätta en betydande del av mineralgödseln. Det skulle minska Finlands beroende av gödsel från Ryssland och öka vår matsäkerhet. Kväve och fosfor är viktiga näringsämnen för odlingsväxter.

Syftet med Uzkurt Kaljunens avhandling är att främja tillvaratagandet och återvinningen av näringsämnen.

– Vi grundade ett företag utgående från resultaten, eftersom en kommersialisering var det bästa sättet att använda dem, berättar han.

NPHarvest Oy är ett ett år gammalt startup-företag. Grunden till företaget är ett avslutat projekt där Aalto-universitetets vattenforskare utvecklade NPHarvest-processen. Processen sedimenterar fosfor och skiljer med hjälp av en membran kvävet från flytande avfallsflöden. Uzkurt Kaljunen var med i projektet ända sedan sitt diplomarbete.

Nu är NPHarvest-företagets mål att få testapparaturen klar och sedan hyra ut apparatur som referens och senare sälja sådan till kunder. Kunderna kan vara till exempel biogasanläggningar, anläggningar som behandlar avloppsvatten samt lantgårdar. I fortsättningen vill företaget utveckla marknaden för återvunnet gödsel, som enligt Uzkurt Kaljunen ännu är i sin linda.

Uzkurt Kaljunens arbete kan också utnyttjas för utveckling av reningssystem för avloppsvatten samt kostnadsoptimering. Han säger att både utsläppen och kostnaderna för avloppsvattenreningen minskar när näringsämnena tas tillvara från avloppsvattnen. Till exempel fosfor eutrofierar vattendrag.

TEK och TFiF belönar Uzkurt Kaljunen med ett diplom och 7 500 euro för hans doktorsavhandling, som håller internationellt hög nivå och som märkbart främjat kunnandet inom teknikbranschen i Finland.

Handledare för den prisbelönta avhandlingen var biträdande professor Anna Mikola och forskardoktor Raed Al-Juboori vid Aalto-universitetets högskola för ingenjörsvetenskaper.

Tryggare och mer långlivad kärnkraft

Priset för årets bästa diplomarbete går till diplomingenjör Janne Pitkänen vid Uleåborgs universitets tekniska fakultet, examensprogrammet för maskinteknik.

Rubriken på Pitkänens diplomarbete är ”Estimation of thermal fatigue rate with outer surface temperature measurements in a nuclear power plant pressure equipment”.

I sitt arbete undersökte Pitkänen termisk utmattning i komponenter, i det här fallet tryckbärande anordningar i kärnkraftverk. Pitkänens studie byggde på temperaturhistorier som mättes på komponenternas yttre yta. Syftet med arbetet var att för Strålsäkerhetscentralen utreda vilka möjligheter och begränsningar sådan temperaturmonitorering i realtid har.

– Med hjälp av mitt arbete kan man försäkra sig om att tryckbärande anordningar i kärnkraftverk används säkert genom att få information om belastningen på dem samt om den kalkylmässiga nyttjandegraden. På så sätt kan man bättre beräkna den återstående användningstiden för anordningarna samt kontroll- och bytesbehov, berättar Pitkänen.

Enligt Pitkänen förekommer det överkonservativitet i beräknandet av kärnkraftverkens komponenters livstid, och det här kan minskas med hjälp av resultaten från hans arbete. I kärnkraftverk som överskridit sin ursprungliga planerade användningstid kan man beräkna komponenternas värmebelastningar på nytt och konstatera att de ännu har en säkerhetsmarginal i fråga om den termiska utmattningen. Arbetsresultaten kan alltså utnyttjas när man behöver ta reda på den säkra användningstiden för komponenter som utsätts för temperaturväxlingar.

– Metoden kan också tillämpas på nya kärnkraftverk genom hela deras användningstid, för att få tidsenlig information om komponenternas termiska utmattning. Informationen är mer realistisk än den man får med traditionella metoder, säger Pitkänen.

Pitkänen gjorde sitt diplomarbete för Strålsäkerhetscentralen där han tidigare sommarjobbat. Nu jobbar han på Strålsäkerhetscentralen som kontrollör av mekaniska anordningar och expert i hållfasthetsteknik.

Handledare i diplomarbetet var professor Antti H. Niemi vid Uleåborgs universitet och Strålsäkerhetscentralens inspektör Matti Hautala.

TEK och TFiF belönar Pitkänen med ett diplom och ett penningpris på 5 000 euro.

Exaktare klimatmodeller

Priset för årets bästa pro gradu-avhandling går till filosofie magister Henna-Riikka Putaala vid Uleåborgs universitets naturvetenskapliga fakultet, examensprogrammet för fysikaliska vetenskaper.

Rubriken på Putaalas pro gradu är ”Ilmakehän ionisaation rekonstruktio syväoppimisverkkojen avulla vuosille 1844–2021”.

I sitt arbete rekonstruerade Putaala den dagliga energifördelningen av elektroner som kom från rymden till jordens atmosfär under åren 1844–2021. Det regnar ständigt elektroner från rymden till jordens atmosfär och mängden varierar bland annat beroende på solens aktivitet.

Hittills har man haft information om elektronmängden sedan 1970-talet, då satellitmätningarna inleddes. Putaala använde djupinlärningsnätverk för att granska tiden före satellitmätningen.

Djupinlärningsnätverken skolades att lära sig sambandet mellan elektronobservationer och den geomagnetiska aktiviteten. Enligt Putaala berättar den geomagnetiska aktiviteten om solvindens effekter på jordens magnetfält och den har mätts sedan år 1844. Med hjälp av dessa observationer kan djupinlärningsnätverk beräkna elektronernas energifördelning långt innan satellitmätningarna började.

Med hjälp av den rekonstruerade energifördelningen av elektroner räknade Putaala ut joniseringen som elektronerna orsakade i atmosfären. När elektronerna når atmosfären joniserar de partiklar och molekyler i den, vilket i sin tur påverkar bland annat polarområdenas vinterklimat.

– Med hjälp av mitt arbete kan åtminstone de klimatmodeller som nu används förbättras, eftersom mitt arbete ger en exaktare uppskattning av joniseringsnivån än de nuvarande modellerna gör, berättar Putaala.

– Exaktare modeller ökar forskarnas insikter i mekanismer som påverkar klimatet, och med hjälp av dem kan man eventuellt göra exaktare förutsägelser om klimatets utveckling, fortsätter hon.

Putaala gjorde sin gradu i en grupp som forskar i rymdklimat. Nu jobbar hon på sin doktorsavhandling på forskningsenheten för processmetallurgi vid Uleåborgs universitet. Doktorsavhandlingen behandlar en ståltillverkningsmetod som utnyttjar väteplasma.

Handledare i pro gradu-arbetet var biträdande professor Timo Asikainen vid Uleåborgs universitet.

TEK och MAL belönar Putaala med ett diplom och ett penningpris på 5 000 euro.

Lösningar på problem

TEK och TFiF delar årligen ut ett doktorsavhandlingspris och i år delades det ut för 26 gången. Organisationerna instiftade priset för att uppmuntra diplomingenjörer och arkitekter till fortsatta studier och för att öka uppskattningen för påbyggnadsexamina.

– Forskarutbildning inom teknik ger en människa förmågan att identifiera viktiga problem och hitta praktiska lösningar på dem. Fortsatta studier lär också en person att leda teknologiska utvecklingsprojekt, säger TEK:s expert inom innovations- och näringspolitik Mikko Särelä om vikten av fortsatta studier.

TEK och TFiF belönar också årligen ett brett diplomarbete med nyhetsvärde och praktisk tillämpning.

– Tekniskt kunnande är avgörande i lösandet av de problem som vårt samhälle står inför idag. För att kunna lösa problem på ett hållbart sätt med tanke på framtiden är det viktigt med en bred kunskapsbas. Vid problemlösningen är förutom sakkunskap även metakunskaper viktiga, t.ex. sociala färdigheter och kontinuerligt lärande, säger TFiF:s verksamhetsledare Annika Nylander.

TEK delar också tillsammans med MAL ut ett pro gradu-pris, med syftet att uppmärksamma studier i matematik, fysik och datavetenskap och framhålla deras betydelse i det finska samhället.