2020-luvun radikaalisti muuttuva teknologia

Siemensin Energia- ja liikennepäivä

Crowne Plaza, Helsinki, 28.11.2013

2020-luvun radikaalisti muuttuva teknologia

Risto Linturi, tulevaisuudentutkija, muutosjohtaja, Sovelto Oyj

Arvoisa yleisö,

Amerikassa 1881 Little Big Hornin voittaja, Istuva Härkä antautuu. Billy the Kid ammutaan. Euroopassa samaan aikaan Picasso syntyy, Siemens kehittää ja urakoi maailman ensimmäiset katuvalot ja esittelee sähköauton sähkörautatiensä seuraksi. Tekee nöyräksi puhua energian ja liikenteen tulevaisuudesta Siemensin tilaisuudessa.

Suomen ensimmäinen kaupunkisähkölaitos käynnistyi Tampereella seitsemän vuotta näiden tapahtumien jälkeen. Jules Verne oli silloin hieman minua vanhempi, parhaat työnsä tehnyt poliitikko. Tesla oli juuri jättänyt Edisonin ja kehitti ensimmäisen käyttökelpoisen vaihtovirtamoottorin. Topelius pohti kolumnissaan tiedemaailman juuri hämmentänyttä Michelson-Morley -koetta, muttei keksinyt suhteellisuusteoriaa.
Pian vaihtosähkö pakotti kokeilijat sähköautoista polttomoottoreihin. Itsenäisessä Suomessakin bensiini myytiin vielä apteekeissa. 1920-luvun alussa autoja oli tuhat. Pula-aikaan mennessä autoja oli 40 tuhatta. Sähköverkossa kotitalouksista oli 40%. Tyypillisin sähkölaite oli hehkulamppu. Sodan jälkeen maaseutukoulujen opettajille kuului vielä tallipaikka, jossa kynnyksen tuli olla niin korkea, ettei sinne päässyt autolla. 50-luvulla 2% kotitalouksista omisti jääkaapin. Minä synnyin silloin.

Siemens perustettiin telegrafikeksinnön varaan Edisonin syntymävuonna 1847. Alkuajan suurin urakka oli lennätinlinjan rakentaminen Intiasta Lontooseen. Projektin valmisvuonna 145 vuotta sitten, kuoli Suomessa vielä 7% väestöstä nälkään. Maailma on muuttunut. Matka pettua syövästä kehitysmaasta on ollut huima. Kyse on ollut energian ja liikenteen vauhdittamasta historiasta. Meillä muutos alkoi J.V. Snellmanin ymmärrettyä, että teknologian avulla katastrofit voidaan jatkossa estää.
Mutta historia sikseen, lupasin puhua tulevaisuudesta. Historia on vain ponnahduslauta. Muutokset tulevaisuudessa ovat nopeampia kuin menneisyydessä. Aloitan Suomen nykyisillä haasteilla. Jatkan niistä energian ja liikenteen näkymiin.

Meidän huoltosuhteemme on nyt historiallisen hyvä. Yksi työllinen elättää 1.1 muuta. Vuoteen 2030 mennessä työllisen reppuun laitetaan 50% lisää kuormaa. Yksi työllinen elättää tuolloin jo 1.6 muuta. Suomi on Euroopan ikääntymislaboratorio.

BRIC –maiden, Brasilian, Venäjän, Intian ja Kiinan pelkkä kasvu tulee vuoteen 30 mennessä olemaan suurempi kuin G7-maiden nykyinen koko. Maapallon rajallisiin resursseihin kohdistuu kaksinkertainen kysyntä. Meidän suhteellinen ostovoimamme putoaa puoleen. Päädymme maksamaan vähemmästä paljon enemmän.

Sovelton Suomi 2.0 –ohjelmassa suoritimme laskelmia. Selviämme kurjistumatta, jos henkilötyön tuottavuus kasvaa 4% vuodessa tästä 2020-luvun loppuun. Teknologinen kehitys on ainoa, joka voi tarjota näin pitkän ja suuren kasvun.

Vuosi 2030 on nyt paljon lähempänä kuin 90-luvun lama. Jos henkilötyön tuottavuus kasvaa 4% vuodessa, kaksinkertaistuu henkilötyön tuottavuus siihen mennessä. Nykyiset työtehtävät hoidamme miljoona työntekijää vähemmällä. Uusia tehtäviä tulee keksiä sadoin tuhansin. Selkänahasta repimällä tämä ei onnistu. Jokaisen alan tulisi tehdä pankkialan kaltainen uudistus. Vaihtoehtona on Kreikan tie.

Katsotaan resurssitehokkuutta ja henkilötyön tuottavuutta esimerkkien kautta. Sähköautot yleistyvät 20-luvulla. Jos sähköautoja on miljoona kappaletta, kussakin 50 kilowattitunnin akku, puhutaan 50 Gigawattitunnista. Tarvitaan kolmen tai neljän Olkiluoto 3:n kokoisen ydinvoimalan täysi teho yön yli lataamaan nämä kaikki. Hinta olisi silti murto-osa nykyisiin tuontipolttoaineisiin verrattuna. Autojen verollisilla polttoainekustannuksilla rakentaisi yhden Olkiluoto 3:n joka toinen vuosi. Tämä skenaario on tietysti mahdoton ilman hyvin älykästä sähköverkkoa.

Miljoona on mukava luku. Se määrä autoja riittäisi meille kaikille Suomessa, jos autoja ohjaisivat robotit. Ratinpidosta vapautuisi miljardi tuntia vuodessa muiden sähkölaitteiden katseluun tai autossa nukkumiseen. Turhiksi jäisivät kaikki parkkiluolat, autotallit ja pysäköintialueet sekä kaksi miljoonaa autoa. Sata miljardia, valtionvelan verran, vapautuisi parempaan käyttöön, jos autot tarjottaisiin palveluna. Vuosisäästöt autonpitokustannuksista olisivat Suomessa 10 miljardia.

Jos palvelevia robottiautoja olisi miljoona, auton saisi ovelle 5 minuutissa milloin tahansa. Sähköauto olisi ongelmaton. Akun tyhjentyessä saisi heti tilalle toisen auton. Huoli autonpidosta jäisi ammattilaisille. Kauniilla säällä kyyti kotiin hoituisi Segwayn tai salkkuna kannettavan Solowheelin matkassa. Kunhan nämä vain saisi Suomessa lailliseksi. Auto jatkaisi itsekseen matkaa seuraavan tarvitsijan luokse.

Tämä ei ole pelkkää visiointia. Mahdollisuuksia selvitettiin yhdessä useiden viranomaistahojen kanssa Automaattisen liikenteen metropolivisio-raportissa.

Googlen robotit ovat ajaneet kaupunkivilinässä ja moottoriteillä miljoona kilometriä ilman robotin aiheuttamia vahinkoja. Audin, Mersun ja Nissanin johtajat lupaavat itse itseään ajavat autot sarjatuotantoon vuoteen 2020 mennessä. Varautukaa siihen, että robottiliikenne toteutuu pian. Lainsäätäjät USAssa ja Japanissa tekevät niin.

Logistiikan robottiliikenne muuttaa perinpohjin - kaivosalueilla kuormat kulkevat jo nyt itsekseen, mutta pian itsekseen kulkevat myös kauppakassit ja pizzauunit. Logistiikan kustannuksissa muutkin asiat voisivat muuttua.

Kanadassa rekkoja varten suunnitellaan moottoriteille johtimia. Rekkakilometrin kustannus puolittuisi. Sähköbusseihin suunnitellaan latausjärjestelmää, jossa bussit pikaladataan pysäkeillä. Induktiivista lataamista tien alta renkaisiin on jo testattu.

Pysytään vielä hetki sähköisessä liikenteessä. Kasvatetaan haastetta. Maglev-sukkula voisi tyhjiöputkessa saavuttaa 6.000 kilometrin tuntinopeuden. Etäisyys Hämeenlinnasta Pariisiin taittuisi kahdessakymmenessä minuutissa. Pekingiin ehtisi tunnissa. Tyhjiöputkessa ja suprajohteissa on vielä kuitenkin ongelmia.

Käytännöllisempi on sähköisen maksamisen, sähköautojen ja avaruusrakettien rikastaman Elon Muskin Hyperloop. Periaatteet on julkaistu, loppu on normaalia insinöörityötä, suunnittelua ja urakointia. Hyperloopin nopeus on 1200 kilometriä tunnissa. Investointikustannus jää puoleen moottoritien kustannuksista. Käyttökustannukset ovat olemattomat. Hyperloop kiihtyy magneeteilla ja jarrutusenergia otetaan talteen Kitkavoimat ovat hyvin vähäiset.

Matka Tampereelta Helsinkiin taittuisi kymmenessä minuutissa. Samassa ajassa pääsee pääkaupunkiseudun parkkiluolasta maanpinnalle. Jos Tampere, Turku ja Helsinki yhdistettäisiin hyperloopilla, niistä syntyisi yksi metropoli, ja Suomen kansantuote kasvaisi kymmenen prosenttia. Muskin kaskelmia soveltaen, Olkiluoto 3:n hinnalla mahtuisivat mukaan vielä Lahti, Jyväskylä, Kuopio ja Oulu.

Väliasemia ei hyperloopia varten kannattaisi rakentaa, joten investointi tulisi kattaa käyttökustannuksilla. Tampereen, Turun ja Helsingin yhdistävien teiden nykyinen ajokilometrikustannus verottajan luvuilla laskettuna on noin kaksi miljardia euroa vuodessa. Aikaa käytetään noin viisikymmentä miljoonaa tuntia. Miljardi euroa lisää, jos tunnin arvo on 20 euroa. Muskin estimaatilla takaisinmaksuaika olisi kaksi vuotta. Laskelma on löysä, mutta moottoritiet perustellaan kertaluokkaa pienemmin hyödyin.

Noustaan hetkeksi ilmaan. Tulevaisuudessa se on helpompaa. Nelikopterit nostelevat nykyään vaivatta rakennusharkkoja ja kantavat läikyttämättä täysiä viinilaseja. Tehtaissa ne voisivat kuljettaa työkalut ja osat käteen tarvittaessa. Kiinassa selvitetään pikkupakettien jakelua haja-asutusalueille nelikoptereilla, Australiassa pohditaan kirjojen jakelua ja Amerikassa tacojen jakelua samalla tavalla. USA on vapauttamassa ilmatilansa miehittämättömille kaupallisille lennokeille.

Aurinkopaneelit ovat yhä kevyempiä, akut tehokkaampia ja parhaillaan kokeillaan koneita, joiden ei siksi tarvitse koskaan laskeutua. Afgaaniviljelijä voisi lähettää pihaltaan lennokin huumelastissa tänne. Se tuskin jäisi kiinni. Bitcoin sallii maksutkin nykyään valtioiden huomaamatta.
Amerikkalaiset kehittävät laser-aseita, jotta voisivat tehokkaasti tuhota tuhansien nelikoptereiden parvia. Yksi laukaus maksaa noin dollarin. Sotapelien harrastajat tietävät, kuinka tärkeitä kustannuslaskelmat kilpavarustelussa ovat. Tähtitieteilijät näkevät satojen valovuosien päästä, mitä sokereita siellä on. Tulevaisuuden halvat nelikopterit näkevät, mitä huumeita ohikulkijat käyttävät ja mitä sieniä metsässä on.

Pohditteko koskaan, miksi suomalaiset kauko-ohjaavat satamanostureita Suomessa. Kiinalainen ohjaisi niitä halvemmalla. Robotin käyttäjän ei tarvitse mennä työkalujen luo. Lumilinkoa ohjataan kotisohvalta myräkän sijaan. Osaanen ei jatkossa ole siellä, missä tapahtuu. Liikenteen muodot muuttuvat, osa liikkumisesta käy tarpeettomaksi.

Tulostin muutamia kännykänkuoria ja lataustelineitä tuhannen euron 3D-tulostimella. Stockmanilla latausteline ja kuori maksoivat 57 euroa. Netistä löytyi kymmenittäin valmiita malleja. Bussilipun hinnalla sain molemmat tulostettua kauppareissua nopeammin. Omaa aikaa meni viisi minuuttia. Kone raksutti pari tuntia. Vuodessa saisin kymppitonnin laitteilla tulostettua miljoonan euron arvosta yksilöllisiä kännykänkuoria. Samaisella kymppitonnilla saan vaihdettua muovituotelinjan yhden muotin. Muovipuristuslinja ei jousta. Suuruuden ekonomia hajoaa pala palalta.

Valmistus siirtyy ostokeskuksiin, kerhotiloihin, huoltoliikkeisiin ja jakelukeskuksiin. Nyt olemme alussa. 3D-tulostus kasvaa 20 vuoden sisällä autoteollisuuden kokoon. Monet 80-luvun mikronörtit ovat nyt miljonäärejä. Tämä on tulevaisuuden rajaseutu.
Nyt tulostetaan jo kenkiä, muotivaatteita, kuulokojeita, silmälasinkehyksiä, varjostimia, robottien, kilpa-autojen, lentokoneiden ja rakettien osia, rakennusten sisäverhoilua ja betoniseiniä, kipsikoristeita, keramiikkaa ja kultakoruja. Toimiva pieni maksa ja perna on jo nekin tulostettu sekä paljon titaanisia proteeseja. Käsittelen tämän nyt siksi, koska tämä vaikuttaa logistiikkaan ja liikkumiseen, mutta lähivalmistus purkautuvine tehtaineen vaikuttaa myös energian tarpeeseen.

Katsotaan välillä, mistä sähkö tulevaisuudessa saadaan. Asennetun aurinkosähkön hinta on 30 vuoden ajan laskenut 7% vuodessa. USAn energiaviranomaisen mukaan aurinkosähkön hinta 2018 valmistuvissa laitoksissa on lähes ydinsähkön tasolla. 2030 mennessä hinta putoaa kolmanteen osaan nykyisestä. Olkiluoto 3 maksetaan takaisin talvikauden tarpeilla, jos niilläkään. Laskutaitoiset teknologit jättävät Fennovoiman.

Ruukki kehittää jo seinä- ja kattomateriaaleja, joissa aurinkopaneelit ovat osa valmista rakennuksen pintaa. Kaavoittaja on yksi aurinkoenergian este. Seinät eivät kuulemma saisi olla aurinkopaneelin harmaita. Kun energiaa on tulevaisuudessa riittävästi, kaupungit voivat tuottaa kaiken ruokansa sähkövalon ja vesiviljelyn avulla. Jokaiselle neliökilometrille lankeaa auringon tehoa yhden ydinvoimalan verran, ja laboratoriossa uusimmat aurinkopaneelit saavat siitä jo 50% talteen. Aurinkolämmön talteenotossa hyötysuhde on jo yli 80%. Kesän lämpö on jo onnistuttu siirtämään talveen eristettyjen porakaivojen avulla. Hyötysuhde on parhaissa kokeissa korkea.

Tuulivoimaan kehitellään puolen kilometrin korkeudella, tasaisissa tuulissa lentäviä siipiä. Meidän koiramme painoinen kahdeksanmetrinen siipi on tuottanut kokeilussa 20 kilowattia. Keskimäärin siis kymmenen sähkölämmitteisen omakotitalon tarpeen. Testaajien mukaan tuotantokustannukset kilpailevan hiilivoimaloiden kanssa. Leijaenergiaa kehitellään eri puolilla maailmaa, myös Suomessa.

Tuulivoima ja aurinkosähkö tuovat jokaiselle mieleen energian varastoinnin. Autojen lisäksi akkuja kehitetään sähköverkon tarpeisiin. Kuuden magawattitunnin, yhden megawatin akku maksaa nyt miljoona dollaria, hinta lähestyy kaasuturbiinivoimalan investointikustannuksia. Suurtehoakkuja kehitellään monella eri periaatteella. Sähköä varastoidaan kineettiseksi energiaksi, paineilmaksi, syviin kaivoksiin vesivoimaksi ja kemiallisesti. Keinotekoinen lehti muuttaa auringonvaloa 6% teholla polttoaineeksi. Energiakasveja tehokkaammin siis. Puuhataan lisäksi sähkön tuontia Saharasta.

On aivan ilmeistä, että sähkön tuotannossa ja jakelussa on edessä suuria mullistuksia ensi vuosikymmenellä. Sähkön korkea siirtokustannus, halpa varastointi tai polttokennot voisivat jopa johtaa laajaan irtautumiseen yleisestä sähköverkosta. Off grid -ajatuksen kannatus kasvaa maailmalla. Kun pieni polttokenno on tehoyksikköä kohden yhtä edullinen kuin suuri, ja aurinkovoima omalta katolta siirtohintaa edullisempaa, ei suuruuden ekonomia ole selvä asia. Sarjavalmisteiset pienet ydinvoimalat voisivat kääntää tilanteen. Energiaviranomainen USAssa edistää niitä.

Selvitimme Eduskunnan tulevaisuusvaliokunnalle teknologian yhteiskunnallisia vaikutuksia 2020-luvulla. Raportti, Suomen sata uutta mahdollisuutta, asettaa teknologiat tärkeysjärjestykseen niiden potentiaalisten vaikutusten avulla.

Listalle pääsy edellytti tieteellistä perustaa ja uskoa siihen, että markkinaleviäminen voi johtaa radikaaleihin seuraamuksiin jo 2020-luvun aikana. Ratkaisut koottiin sataan ryhmään ja arvioitiin 25 kriteerillä. Ratkaisujen ennakoituja hyötyjä tarkasteltiin 20 eri arvonluontiverkostossa, jotka raportissa on analysoitu.
Lähes kaikki löytämämme maailmaa mullistavat teknologiat tuottavat tai toimivat sähköllä, tai kyse on materiaaleista, joiden valmistuksessa sähköllä on suuri rooli. Joukossa oli tietysti monia keksintöjä, jotka vähentävät energian tarvetta.

Katsotaan vielä joitakin energiaan ja liikkumiseen epäsuorasti liittyviä teknologioita.

Huonoista taajuuksista ei kannattaisi enää maksaa kovin paljon. Radioaallot laitetaan nyt tutkimuslaitoksissa kierteelle. Vortex-beam tunkee teoriassa rajattoman määrän bittejä parhaille taajuuskaistoille. Tihenevä tietotekniikka kasvattaa sähkön tarvetta. Googlen laskentakeskus Haminassa käyttää pian enemmän sähköä kuin muu Hamina.

Välittömiä merkityksiä energian kulutukseen on metalleja korvaavilla materiaaleilla, ja huoneenlämmössä ajettavilla biologisilla tuotantoprosesseilla. Bakteerit ovat esimerkiksi rakentaneet jo toimivan akun ja aurinkopaneelin ravintoliuoksessa.

Grafeeni ja nanosellu ovat materiaalitekniikan kuumia aiheita. Akateemisen tutkimuksen lisäksi esimerkiksi IBM, Samsung ja Nokia tutkivat nanohiilien eri sovelluksia. Grafeeni on kahdellakymmenellä eri ominaisuudella supermateriaali.

Tutkijat kaatoivat grafeenipulloon olutta. Vesi valui ulos. Suolan ja bakteerien suodattaminen vedestä on yksi tutkimuskohteista. Sopivasti reijitetty grafeeni erottelee jopa heliumin eri isotoopit toisistaan. Vähäinen määrä grafeenia tekee kuparista ja nikkelistä teräksenlujaa. Hiilinanoputkista punottu sähköä johtava köysi kantaa oman painonsa maan kiertoradalle. Grafeeni on voimakkaasti piezosähköinen. Kosketusnäyttöjen, haptisten pintojen ja energiakeräinten sovellukset ovat ilmeisiä.

Styroksia lujuudeltaan vastaava aerografiitti painaa neljäsosan ilman painosta. Akut ja suurtehokondensaattorit, femtolasersovellukset, uudet lujitemuovit, erotustekniikan suotimet, piiperustaista tiheämpi digitaalitekniikka, optinen manipulaatio, kvanttilaskenta! Ei tunnu olevan aluetta, johon nanohiilillä ei olisi vaikutusta.

Nanosellu on ihmeaine sekin. Selluloosamolekyyylien pilkkominen saa aikaan materiaalin, joka lujuudeltaan ja sitkeydeltään vastaa kevlaria. Nanosellu on läpinäkyvää, haluttaessa hyvin huokoista, optisesti ja sähköisesti aktiivista. Sitä voidaan jo tuottaa tonneittain ja käyttää sellaisenaan tai seoksina muissa materiaaleissa. Suomi on melko hyvin asemoitunut sekä tutkimusosaamisensa että StoraEnson ja UPM:n osallisuuden vuoksi, mutta laajassa tietoisuudessa asia ei ole.

Viimeaikoina tehostamiseen ja automaatioon on suhtauduttu kielteisesti. Robottien puhutaan vähentävän työtä. Kreikassa tai kehitysmaissa voimme tutustua siihen, minkälaista elämä on, kun automaatio kehittyy hitaasti. Kreikassa on suurtyöttömyys ja kehitysmaiden töitä ja palkkatasoa emmme tänne halua. Kyse ei ole työstä vaan työn hedelmistä. Meidän hyvinvointimme perustuu korkeaan teknologiaan.

Työ ei lopu niin kauan, kun tiet ovat kuoppaisia, koulut homeessa ja vanhukset sidotaan sänkyihinsä. Monet ammatit ovat kyllä tiensä päässä, ja kilpailukyky saattaa loppua. Meidän tulee ryhdistäytyä riittävän suuriin teknologialoikkiin.
Meidän pitää hullaantua teknologiasta samalla viisaalla tavalla, jolla presidentti Ahtisaari ja monet johtavat ministerit hullaantuivat 90-luvun puolivälissä internetistä ja kännyköistä. Ansaitsemme elintasomme vain etenemällä muita nopeammin uuteen.

Aikansa pioneerin Werner von Siemensin tavoin meidän tulee tutustua uuteen teknologiaan ja kaivaa esiin sen mahdolliset hyödyt. Monet päättäjät muistuttavat hänen aikalaistaan Istuvaa Härkää. Historiallisen taisteluvoiton jälkeen suuri intiaanisoturi taantui ja päätyi Buffalo Billin sirkukseen 50 dollarin päiväpalkalla. Uudistumista ja suuria infrastruktuuri-investointeja ei pidä kaihtaa. Ne säästävät miljardeja vuosittain. Menneeseen loistoon ei voi jäädä makaamaan. Meidän tulee tutustua ja tarttua uusiin ajatuksiin. Vuosi 2030 on tosiaan lähempänä kuin 90-luvun lama. Suomen lama silloin on paljon pahempi, jos unohdamme J V Snellmanin nälkävuosien jälkeisen viisauden. Meidän tulee olla nopeita teknologian soveltajia.

Kiitoksia!

Näytän vielä pari esimerkkiä, jotta uskoisitte puheistani edes osan.