Teksti Kemia-lehti, kuva Raquel Puras
Jyväskylän yliopisto osallistuu lähes neljän miljoonan euron EU-rahoitteiseen tutkimushankkeeseen, jossa kehitetään tekoälypohjaisia digitaalisia kaksosia jätteiden hyödyntämisen tueksi. Tavoitteena on vauhdittaa kiertotalouden ratkaisuja sekä uusiutuvien polttoaineiden, kemikaalien ja materiaalien kehitystä.
Lokakuussa 2026 käynnistynyt AI-Multiscale Integration for Waste-to-Value Digital Twins (AIM) on yksi kahdeksasta Euroopan unionin rahoittamasta hankkeesta, joissa etsitään uusia ratkaisuja vaikeasti kierrätettävien jätteiden hyödyntämiseen. Nelivuotisen hankkeen budjetti on lähes neljä miljoonaa euroa. Hanketta koordinoi espanjalainen Katalonian kemiallisen tutkimuksen instituutti (ICIQ).
”Virtuaalisten mallien avulla tutkijat voivat testata uusia ratkaisuja.”
AIM erottuu muista hankkeista keskittymällä laskennalliseen mallintamiseen ja digitaalisiin kaksosiin. Tekoälyn ja simulaatioiden avulla kehitetään virtuaalisia malleja, jotka yhdistävät atomitason kemialliset ilmiöt kokonaisen prosessilaitteiston toimintaan. Niiden avulla voidaan ennustaa teknologioiden suorituskykyä, testata erilaisia materiaaleja ja käyttöolosuhteita sekä tunnistaa ongelmia jo ennen fyysisiä kokeita.
Tekoäly yhdistää atomitason ilmiöt teollisiin prosesseihin
Jätteiden hyödyntämiseen perustuvat teknologiat ovat monimutkaisia kokonaisuuksia. Niissä tapahtuu samanaikaisesti ilmiöitä useilla eri aika- ja pituustasoilla: kemiallisia reaktioita atomitasolla, materiaalien muutoksia ja kokonaisia teollisia prosesseja.
Perinteisesti näitä ilmiöitä on tutkittu ja mallinnettu erillään. AIM-hankkeessa kehitettävien digitaalisten kaksosten avulla eri mittakaavat voidaan yhdistää samaan malliin tekoälyn ja edistyneiden laskennallisten menetelmien avulla.
Virtuaalisten mallien avulla tutkijat voivat testata uusia ratkaisuja ja vertailla eri vaihtoehtoja jo ennen kokeellista tutkimusta tai prosessien skaalaamista teolliseen käyttöön. Näin voidaan nopeuttaa teknologiakehitystä, vähentää kustannuksia ja löytää entistä tehokkaampia kiertotalousratkaisuja.
Jyväskylän yliopisto kehittää mallinnusmenetelmiä
AIM-hankkeessa yhdistyy useiden tutkimusorganisaatioiden toisiaan täydentävä osaaminen. Jyväskylän yliopiston keskeisenä tehtävänä on kehittää digitaalisten kaksosten perustana toimivia laskennallisia simulointimenetelmiä yhdessä saksalaisen Ruhrin yliopiston kanssa.
Jyväskylän yliopiston tutkimusta johtaa professori Karoliina Honkala, jonka tutkimusryhmä tunnetaan kansainvälisesti laskennallisesta nanokatalyysitutkimuksesta.
”Digitaaliset kaksoset tarjoavat uudenlaisia mahdollisuuksia ymmärtää ja kehittää monimutkaisia kiertotalousprosesseja.”
”Digitaaliset kaksoset tarjoavat uudenlaisia mahdollisuuksia ymmärtää ja kehittää monimutkaisia kiertotalousprosesseja. Tavoitteena on yhdistää atomitason ilmiöt ja koko laitteen toiminta samaan malliin. Näin voimme ennustaa teknologioiden toimintaa entistä tarkemmin jo ennen kokeellisia testejä”, Honkala kertoo.
Jyväskylän yliopistosta hankkeeseen osallistuvat myös yliopistonlehtori Marko Melander ja tutkijatohtori Xinwei Zhu. Tutkimus vahvistaa yliopiston osaamista laskennallisen kemian, tekoälyn ja kestävien teknologioiden aloilla.
”Hanke tarjoaa erinomaisen mahdollisuuden yhdistää Jyväskylän yliopiston vahva laskennallisen kemian osaaminen eurooppalaiseen huippututkimukseen. Samalla koulutamme uusia asiantuntijoita alalle, jossa tekoäly ja kestävät teknologiat kohtaavat”, Melander toteaa.
Jätteistä uusia raaka-aineita Euroopalle
AIM-hanke tukee Euroopan vihreää siirtymää ja pyrkimystä vähentää riippuvuutta fossiilisista raaka-aineista. Jätteiden merkitys arvokkaina raaka-aineina kasvaa, mutta niiden hyödyntämistä vaikeuttavat materiaalien monimutkainen koostumus ja kierrätysprosessien haastavuus.
Kehitettävien digitaalisten kaksosten avulla voidaan parantaa jätteiden hyödyntämiseen perustuvien teknologioiden suunnittelua ja kehitystä. Pitkällä aikavälillä tavoitteena on edistää uusien, tehokkaampien menetelmien käyttöönottoa ja tukea kestävien polttoaineiden, kemikaalien ja materiaalien tuotantoa.
