Millennium Youth Prize 2022

Beskrivning av utmanaren

Professor Jukka Rintala arbetar vid Tammerfors universitet som forskare och chef för enheten för materialvetenskap och miljöteknik. Forskargrupper inom bioekonomi och cirkulär ekonomi utvecklar energieffektiva och miljövänliga metoder och processer som kan användas för att återvinna minskande naturresurser och minska utsläppen. För att uppnå dessa mål bedrivs forskning från allt på molekylärnivå till storskaliga processer.

Utmaningens bakgrund och framtidsutsikter

Jordens växande befolkning och förändrade konsumtionsvanor har ökat efterfrågan på både mat och andra konsumtionsvaror, vilket samtidigt innebär ett ökande behov av näringsämnen från växtodling. Av näringsämnena är särskilt tillgången av fosfor begränsad. Produktionen av kvävegödsel förbrukar å andra sidan mycket energi, vilket i sin tur ökar priset på konstgödsel. Problemet är globalt, eftersom utmaningarna med näringstillgång och pris också återspeglas i priset på mat och påverkar alla. I Finland befinner vi oss också vid ett mycket känsligt hav, Östersjön, vilket förstärker behovet av att återvinna näringsämnen.

När man odlar växter binds den näring som tillförs jorden vid växtens celler och därför måste näringsämnen tillföras jorden regelbundet. Olika näringslösningar används vid växthusodling. Näringsämnen förflyttas via växter till djurföda och vår mat och hamnar så småningom i avloppsvatten, gödsel och bioavfall. En del av de näringsämnen som tillförs åkern spolas ut i vattendrag med regnet, vilket leder till övergödning. Kväve avdunstar också som växthusgas. Så vi producerar näringsämnen från till jordbruksproduktion med icke-förnybara energikällor, men vi slösar bort näringsämnena som utsläpp till vattendrag och atmosfären.

Forskare letar för tillfället efter olika sätt och processer för att utnyttja och återvinna näringsämnen som rör sig i avfallsströmmar och material. Samma strömmar kan förutom näringsämnen även innehålla till exempel läkemedelsämnen, tungmetaller, mikroplaster och sjukdomsalstrande mikrober som man måste ta hänsyn till innan de hamnar i marken eller växterna.

Hur kan näringsämnen för växtodling säkerställas i framtiden? Behövs nya processer, måste hela infrastrukturen för avlopps- och avfallshantering förändras, konsumtionsvanor ändras eller hur kan vi säkerställa tillgången på redan begränsade näringsämnen i framtiden?

Du kan närma dig utmaningen genom att välja ett sammanhang där hanteringen av näringsämnen är aktuell du vill fokusera på. Sammanhanget kan till exempel vara ett flerfamiljshus, en växthusodling, en gård, en stad eller en industrianläggning.

• Bekanta dig med mängden av, formen på och cirkulationen av näringsämnen hos de material och avfallsströmmar som finns i det sammanhang du valt
• Leta efter möjliga processer och fenomen som kan användas vid återvinning av näringsämnen.
• Hitta en användning för näringsämnena.
• Säkerställ att näringsämnenena är trygga att använda genom att ta hänsyn till processer och mänsklig aktivitet.

Som ett slutresultat kan du exempelvis presentera återvinningen av näringsämnen i det sammanhang du valt och även överväga möjligheterna att använda processen på andra platser.

Beskrivning av utmanaren

Akademiker, professor Markku Kulmala är atmosfärforskare, aerosol- och miljöfysiker. Tillsammans med sin grupp studerar han atmosfäriska fenomen, särskilt samspelet mellan atmosfären och jordens yta. Den senaste tiden har han forskat om föroreningar i storstäder och betydelsen av olika ekosystem i ett föränderligt klimat.

Bakgrunden till utmaningen

Människorna flyttar till städerna. Stadsområden, särskilt mycket stora städer, är betydande källor till utsläpp (t.ex. koldioxid och svart kol) och påverkar därmed klimatet. Dessutom är luftkvaliteten i storstäderna ofta dålig. Stadsluften innehåller för många små partiklar, ozon, kväveoxider och/eller kolmonoxid. Ett förändrat klimat och luftkvalitet hänger ihop på många olika sätt. Koncentrationen av koldioxid i atmosfären har under det senaste decenniet ökat med cirka 3 ppm (ppm = miljondelar av luftvolymen) per år. Ett viktigt globalt mål är att vi skulle bli koldioxidneutrala, det vill säga att koldioxidutsläppen skulle bli mindre än mängden koldioxid som binds på olika sätt. Detta kräver att koldioxid avlägsnas från atmosfären. Här har städerna en betydande roll.

Utmaningen med att förbättra luftkvaliteten och skapa klimatneutrala städer kan angripas med hjälp av till exempel följande frågor:

• På vilka olika sätt kan utsläppen minskas?
• Hur kan utsläppen av koldioxid och andra växthusgaser minskas i atmosfären?
• Hur kan luftkvaliteten förbättras?
• Hur påverkar förändringar i luftkvaliteten klimatet?
• På vilka olika sätt kan detta ämnesområde studeras och hur skulle forskningsresultaten påverka beslut som fattas?