Opiskelu, ohjaus ja vuorovaikutus verkossa

Verkossa opettamista tai ohjaamista opitaan vain harjoittelemalla, kokeilemalla ja kuvittelemalla, millä tavalla itse haluaisi kohdata vieraan ihmisen verkon kautta. Tässä artikkelissa tarjotaan opettajille työkaluja verkkokurssien suunnitteluun erityisesti toimivan vuorovaikutuksen ja ryhmäytymisen näkökulmasta.

Kirjoittaja: Anita Hartikainen

Vuorovaikutus

Liian usein verkko-opetus käsitetään niin, että opiskelijat opiskelevat itsenäisesti verkon välityksellä ja tekevät yksin kirjoitustehtäviä. Tekstejä korjaava ja palautteita kirjoittava opettaja hukkuu työtaakkaan, eivätkä opiskelijat koe oppivansa tällä menetelmällä hyvin. Verkostoituminen toisten opiskelijoiden kanssa jää puolitiehen, jos pienryhmät eivät tee ryhmätöitä aidoissa vuorovaikutustilanteissa.

Aidolla vuorovaikutuksella tarkoitetaan tässä yhteydessä läsnäoloa, jolloin verkko-opiskelusta tulee osittain aikaan, mutta ei koskaan paikkaan sidottua. Juuri tämä on verkko-opiskelun hiomaton timantti! Opiskelijat voivat opiskella mistä tahansa, jos on aikataulu, ohjeet, verkkoyhteys ja laite, joka mahdollistaa opetukseen ja tapaamisiin osallistumisen.

Ryhmäytyminen verkkoon

Lahden ammattikorkeakoulu ja Saimaan ammattikorkeakoulu yhdistyvät LAB-ammattikorkeakouluksi tammikuussa 2020. Korkeakoulujen yhdistymisen jälkeen LABin kampus sijaitsee Lahdessa, Lappeenrannassa ja verkossa. Ammattikorkeakoulut ovat osa LUT-konsernia, johon kuuluu LABin lisäksi Lappeenrannan-Lahden teknillinen yliopisto.

Yhteistyötä tullaan tekemään yhä enemmän etänä. Kursseja voi olla järkevää yhdistellä yli alueellisten rajojen. Opetus ei kuitenkaan siirry verkkoon sormia napsauttamalla, kaikki vanhat oppikirjat skannaamalla pdf:ksi ja lähettämällä Moodleen word-pohja, johon vastaukset voi kirjoittaa. Tarvitaan opettajia, jotka voivat tukea ja ohjata opiskelijan oppimista verkossa. Näin opiskelijan toimijuus (Koivuluhta & Puhakka 2015) vahvistuu ja opinnot sujuvat motivaation kasvaessa. Verkko-opiskelu on vielä toistaiseksi monelle uusi opiskelutaito, jota täytyy harjoitella, kuten tenttiin lukemista ja esseen kirjoittamista.

Välineitä ei tule hankkia välineiden ja digihuuman vuoksi. Verkkotyökalut ovat työkaluja, eivät ikinä itseisarvo. Ilman kunnollista perehdyttämistä, täydennyskoulutuksia ja muutoksen huolellista johtamista ollaan samassa tilanteessa kuin peruskoulut olivat digiloikkatranssissa vuonna 2015: hankitaan kaikille oppilaille iPad ilman, että kukaan tietää, mitä sillä pitäisi tehdä. Vuoden päätteeksi oppilaat olivat oppineet katsomaan YouTubea ja NetFlixiä oppitunneilla.

Tulevaisuudessa muodostuu yhä enemmän opiskelijaryhmiä, jotka kokoontuvat vain verkossa. Opettajan tai ohjaajan rooli on fasilitoida opiskelua verkkoympäristössä eli tehdä verkkoympäristössä navigointi opiskelijoille mahdollisimman helpoksi, panostaa alussa ryhmäytymiseen (Repo-Kaarento 2007) sekä muotoilla tehtävät ja tehtävänannot niin, että ryhmätyöskentely tai itsenäinen työskentely käynnistyvät. Luokkahuone onkin chat tai web-luokka, videoneuvottelutila. Aikataulut tehtävineen rakennetaan klikkailtavina polkuina verkkoalustoille, joita voivat olla esimerkiksi blogi, Moodle, Skype, LinkedIn tai WhatsApp. Opettajan kannattaa valita ryhmäytymistä ja viestimistä varten väline, joka tukee parhaiten koulutuksen tarkoitusta ja opiskelijaryhmän tarpeita. Ilman pikaviestintämahdollisuutta verkkokurssista tulee kankea ja hidas.

Opettaja vuorovaikutuksen ohjaajana verkossa

Kommunikaatio ja strukturoitu keskustelu vauhdittavat oppimista. Kun verkko-opetuksessa vähennetään palautettavien kirjoitustehtävien määrää ja lisätään ohjattuja kokoontumisia tai esimerkiksi opettajan alustamia vertaiskokoontumisia verkossa, kokemukset oppimisesta ja verkostoitumisesta vahvistuvat.

Seuraavaa mallia voi hyödyntää oman verkko-opetuksen ja vuorovaikutuksen suunnittelussa:

Kuva 1: Näin sovellan Computational thinking –teoriaa (Wing 2012) koulutuksen suunnittelussa.

Vuorovaikutuksessa täytyy panostaa turvallisen ja välittömän ilmapiirin luomiseen (Guttorm ym. 2017, 43-55). Toimiva tapa voi olla esimerkiksi juoda leppoisasti kahvia, puhua säästä tai vitsailla siitä, miten opettaa tänään villasukat jalassa (”ilman housuja” -vitsi toimii myös, jos opettaja tuntee ryhmän jo hyvin). Sen lisäksi, että opettajan pitäisi oppia tuomaan välittömyyttä ja lempeää huumoria verkko-opetukseen, hänen pitää myös jakaa puheenvuoroja tasa-arvoisesti. Kysyä nimeltä ja sanoa kiitos silloin, kun yksittäinen opiskelija on vienyt jo riittävästi yhteistä aikaa. Keskustelevuuden ydin on se, että opettaja oppii kysymään oikeat kysymykset. Muuten käy niin, että yhteisessä webinaarissa opettaja puhuu yksin ja opiskelijat tylsistyvät ja alkavat lähetellä toisilleen meemejä WhatsAppissa.

Opettaja oppii kysymään oikeita kysymyksiä kehittämällä omaa ohjausta pedagogisena prosessina (ks. esim. Vehviäinen 2014, 25-28). Opettaja on aina myös ohjaaja, vaikka sitä ei kerrota usein opettajan pedagogisissa opinnoissa.

Opettajan uudet taidot ja vanhasta pois oppiminen

Verkko-opettaminen kulkee käsi kädessä “21st Century Skills” -teorian kanssa (Kereluik ym. 2014). Digitaalinen lukutaito, vuorovaikutus ja yhteistyö ovat myös verkko-opiskelun avainkäsitteitä. Monelle opettajalle ajatus seminaarimuotoisen keskustelevan webinaarin ohjaamisesta tuntuu epämukavalta. Miten puhutaan opiskelijamassalle, kun fyysinen keho ei ole auttamassa kommunikaatiossa? Miten ohjataan verkon kautta, kun ei nähdä opiskelija kokonaan?

Verkkokurssien opettaminen vaatii opettajalta uudenlaisia taitoja. Opetuskokonaisuuksien suunnittelussa tarvitaan hajota ja hallitse -tyyppistä ajattelua (Wing 2012). Sisällöt ja  tavoitteet hajotetaan ja rakennetaan uudelleen osaamistavoitteiksi, joista kasataan verkossa toimiva kokonaisuus (Heyner 2007) niin, että opiskelija ymmärtää silmäilemällä ruutua, missä opettaja on, kenen kanssa työskennellään ja mitä täytyy tehdä. Se mikä toimii luokkahuoneessa ei usein toimi verkossa. Sen sijaan yleensä se mikä toimii verkossa, toimii missä vain.  

Uusien haasteiden äärellä

Korkeakoulujen välistä yhteistyötä voi kehittää verkko-opetuksen suunnittelussa työstämällä seuraavia prosesseja:

  • Opettajien välinen tiimityöskentely etänä.
  • Kurssien tavoitteet läpinäkyväksi ja tehtävien rakentaminen verkkoon.
  • Ohjausprosessin tarkka suunnittelu. Ohjaus alkaa ennen kurssia, sillä opiskelijoiden täytyy löytää oikeaan paikkaan verkossa.
  • Esiintymistaitojen uudelleen oppiminen. Minkälaista opetusta sinä jaksaisit kuunnella ja katsella verkossa?
  • Koulutusta opettajille. Kukaan ei osaa ohjata mielenkiintoista ja sujuvaa webinaaria, ennen kuin tietää, miten web-luokka toimii ja minkälaisia menetelmiä kannattaa käyttää.

Tärkein asia verkko-opettamisessa on rauhallisena pysyminen. Tekniikan käyttäminen opetuksessa on stressaavaa alussa. Vaikka tietokone kaatuisi, ääni ei kuuluisi, kuva ei näkyisi, netti ei toimisi ja materiaalit katoaisivat, kaikki on silti ihan hyvin. Uudelleenkäynnistys yleensä auttaa. Kotonaan istuva aikuinen opiskelija ei saa traumoja, jos kurssi keskeytyy pariksi minuutiksi teknisen ongelman takia.

Lähteet

Guttorm, T., Hakkarainen, T., Kolehmainen, A., Mäenpää, K.,Peltola, S. & Ylönen, H. (toim.). 2017. Verkko-ohjaaja. Opas ohjaukseen sekä tieto- ja neuvontatyöhön verkossa. ePooki 38/2017. Oulun ammattikorkeakoulun tutkimus- ja kehitystyön julkaisut. [Viitattu 8.8.2019]. Saatavissa:  http://www.oamk.fi/epooki/2017/verkko-ohjaaja/

Hevner, A. R. 2007. A Three Cycle View of Design Science Research. Scandinavian Journal of Information Systems. Vol. 19(2), 87-92. [Viitattu 8.8.2019]. Saatavissa: https://aisel.aisnet.org/cgi/viewcontent.cgi?article=1017&context=sjis

Kereluik, K., Mishra, P., Fahnoe, C. & Terry, L. 2014. What Knowledge Is of Most Worth. Journal of digital learning and teacher education. Vol. 29(4), 127-140. [Viitattu 8.8.2019]. Saatavissa: https://files.eric.ed.gov/fulltext/EJ1010753.pdf

Koivuluhta, M. & Puhakka, H. 2015. Ryhmänohjaus opiskelijoiden toimijuuden edellytysten kehittäjänä. Teoksessa: Kauppila, P.A., Silvonen, J.  & Vanhalakka-Ruoho, M. (toim). Toimijuus, ohjaus ja elämänkulku. Joensuu: Itä-Suomen yliopisto. Toimijuuden tuki: koulutus- ja työsiirtymät, toimijuus ja ohjaus -hanke. [Viitattu 9.8.2019] Saatavissa: http://epublications.uef.fi/pub/urn_isbn_978-952-61-1747-8/urn_isbn_978-952-61-1747-8.pdf

Repo-Kaarento, S. 2007. Innostu ryhmästä. Miten ohjata oppivaa yhteisöä. Helsinki: Kansanvalistusseura.

Vehviläinen, S. 2014. Ohjaustyön opas. Yhteistyössä kohti toimijuutta. Helsinki: Gaudeamus.

Wing, J. M. 2006. Computational Thinking. Microsoft Asia Faculty Summit. 26 October 2012. Tianjin, China. [Viitattu 8.8.2019]. Saatavissa: https://www.microsoft.com/en-us/research/wp-content/uploads/2012/08/Jeannette_Wing.pdf

Kirjoittaja

Anita Hartikainen on LAMKin uutena TKI-asiantuntijana ja KOKOMA-hankkeen projektipäällikkönä innostunut vuorovaikutuksen kehittämisestä LAMKin ja tulevaisuuden LABin verkkokoulutuksissa. KOKOMA-hankkeessa mallinnetaan kielitietoinen yrittäjyyskoulutus verkkokurssina korkeakoulutetuille maahanmuuttajille.

Artikkelikuva: https://pxhere.com/fi/photo/1557987 (CC0)

Julkaistu 16.8.2019

Viittausohje

Hartikainen, A. 2019. Opiskelu, ohjaus ja vuorovaikutus verkossa. LAMK Pro. [Viitattu ja pvm]. Saatavissa: http://www.lamkpub.fi/2019/08/16/opiskelu,-ohjaus-ja-vuorovaikutus-verkossa/

Havaintoja henkilöstön osallisuudesta julkisorganisaatioiden strategiaprosesseihin

Joitain vuosia sitten toteutetussa koulutusorganisaation johtamisen kehittämishankkeessa havaittiin, että henkilöstön osallistaminen strategiatyöhön lisäsi sitoutumista ja työtyytyväisyyttä, ja tuotti myös taloudellista arvoa. Sairaanhoitajaopinnoissa tarjoutui mahdollisuus havainnoida henkilöstön osallisuutta terveydenhuollon strategiatyöhön. Artikkelissa verrataan näitä havaintoja koulutusorganisaatiosta saatuihin kokemuksiin.

Kirjoittajat: Maria Suoraniemi ja Päivikki Lahtinen

Tiedonhankinta terveydenhuollon organisaatiossa

Henkilöstön osallisuutta terveydenhuollon organisaation strategiatyöhön havainnoitiin sairaanhoitajaharjoittelijan roolissa kahdessa julkisen sektorin erikoissairaanhoidon yksikössä (PHKS/ Dialyysiosasto ja PHKS/Silmäklinikka), jotka ovat osa suurta hyvinvointikuntayhtymää. Havainnointi tapahtui tutustumalla yksiköiden perehdytys- ja strategiamateriaaleihin ja keskustelemalla osastonhoitajien ja sairaanhoitajien kanssa. Henkilöstön osallisuutta havainnoitiin kolmella eri osa-alueella: osallistuminen organisaation arvojen määrittelyyn, strategian suunnitteluun ja strategian toimeenpanoon.

Johtamisen teorioista nousi edellä mainituissa yksiköissä esille erityisesti jatkuvan kehittämisen toimintastrategia lean. Lean -toimintastrategiaa on viime vuosina alettu soveltaa laajasti suomalaisessa terveydenhuollossa (Mäkijärvi 2013). Lean voidaan määritellä joukoksi periaatteita ja työkaluja, joiden avulla asiakkaalle tuotetaan suurin mahdollinen lisäarvo vähimmillä mahdollisilla resursseilla, hyödyntäen työntekijöiden osaaminen täysimääräisesti (Modig & Åhlström 2013). Lean -toimintastrategian mukaisesti terveydenhuollon toiminnan päätavoite on potilaan tarpeiden tyydyttäminen, ja hoitotyö nähdään prosessina, jossa kaiken tulee tapahtua oikealle potilaalle, oikeaan aikaan, laadukaasti ja kannattavasti, turhaa työtä välttäen (Modig & Åhlström 2013).

Vertailukohteena koulutusorganisaation johtaminen

Vertailukohdaksi otettiin johtamisen kehittämishankkeen tulokset vapaan sivistystyön koulutusorganisaatiossa 2010-luvun vaihteessa (Mattila & Suoraniemi 2009 & 2012). Kehittämishankkeen teoriatausta pohjautui arvojohtamisen (mm. Lehtonen 2009 ja Kauppinen 2002), muutosjohtamisen (mm. Juuti & Virtanen 2009), strategiajohtamisen (mm. Kaplan & Norton 1996, Virtanen & Kauppinen 2008) ja strategiaviestinnän (mm. Hämäläinen & Maula 2004, Åberg 2002) teorioihin.

Kehittämishankkeen lähtökohtina olivat henkilöstön asiantuntemuksen hyödyntäminen strategiaprosessin eri vaiheissa, työn prosessilähtöinen tarkastelu, jatkuva parantaminen ja strategiaviestinnän lomittaminen osaksi organisaatioviestintää. Hankkeessa havaittiin, että henkilöstön osallistuminen strategiatyöhön tuotti sekä aineettomia että aineellisia tuloksia. Sitoutuminen, kokonaisuuksien hahmottaminen ja työtyytyväisyys lisääntyivät. Taloudellinen kannattavuus parani, kun työtä alettiin tarkastella prosesseina ja henkilöstön asiantuntemus otettiin käyttöön prosessien jatkuvassa parantamisessa. Osallisuus toi myös lisää vastuuta, minkä osa henkilöstöstä koki epätoivottavana. Avainhenkilöiksi osallistavien työtapojen jalkauttamisessa osoittautuivat koulutusalatiimien vetäjät. (Mattila & Suoraniemi 2009 & 2012.)

Havaintoja henkilöstön osallisuudesta terveydenhuollon organisaatiossa

Terveydenhuollon organisaation arvot oli määritelty ensin yhtymätasolla ja edelleen tarkennettu yksikkötasolle yksiköissä käytyjen arvokeskustelujen kautta. Henkilöstö vaikutti tuntevan arvot hyvin. Arvot olivat näkyvillä erilaisissa formaateissa, kuten verkkosivuilla, kahvihuoneen seinällä ja perehdytysmateriaaleissa. Henkilöstö myös keskusteli arvoista epävirallisissa yhteyksissä, kuten kahvitauoilla. Sen sijaan virallisilla foorumeilla (viikkopalaverit, kuukausipalaverit, strategiakokoukset, asiakas- ja sidosryhmäkohtaamiset) sairaanhoitajat eivät kovin usein osallistuneet arvokeskusteluun. Tämä vaikutelma voi kuitenkin olla puutteellinen sen vuoksi, että opiskelijan roolissa ei ollut mahdollista osallistua kaikkiin edellä mainittuihin foorumeihin.

Terveydenhuollon organisaation visio- ja strategiatyö oli toteutettu johtotasolla, kuullen henkilöstön edustajia prosessin kuluessa. Yksittäinen hoitaja ei kokenut olevansa mukana strategisessa suunnittelussa, eikä välttämättä ollut edes tutustunut organisaatiotason strategisiin linjauksiin.

Yksikkötasolla keskeisenä strategian toimeenpanon välineenä oli lean -toimintastrategia. Osastonhoitajilla oli avainrooli lean-menetelmien jalkauttamisessa. Esimerkiksi Silmäklinikalla oli muodostettu sairaanhoitajatiimejä, jotka suunnittelivat prosesseista aiempaa asiakaslähtöisempiä, hakien samalla resurssitehokkuutta. Myös Dialyysiosastolla hoitohenkilöstö oli laatinut hoitopolkujen prosessikuvaukset, jotka olivat julkisesti esillä osaston käytävillä. Molemmissa yksiköissä koettiin, että henkilöstön osallistuminen prosessien suunnitteluun oli lisännyt sekä asiakaslähtöisyyttä että hoitohenkilökunnan työtyytyväisyyttä ja kokonaisuuksien hallintaa. Muutosvastarinta nähtiin aiempaa vähäisempänä ja sitoutuminen muutoksiin hyvänä, koska muutokset perustuivat henkilöstön asiantuntijuuteen.

Pohdinta

Vertailukohteena olleessa koulutusorganisaatiossa työntekijöitä oli viitisenkymmentä, havainnoinnin kohteena olleessa terveydenhuollon organisaatiossa tuhansia. Henkilöstön osallistamisen menetelmät ovat väistämättä erilaisia näin eri kokoisissa organisaatioissa. Pienessä organisaatiossa koko henkilöstö oli mahdollista osallistaa kaikissa strategiatyön vaiheissa arvokeskustelusta visiointiin ja strategian suunnittelusta toimeenpanoon. Suuressa organisaatiossa osallistuminen organisaation strategiseen suunnitteluun oli enemmän edustuksellista ja strateginen johtaminen saattoi jäädä yksittäiselle työntekijälle etäiseksi. Henkilöstö koki, että strategiset linjaukset tulevat ylhäältä annettuina. Havainnot Silmäklinikalta ja Dialyysiosastolta kuitenkin osoittivat, että lean-menetelmä strategian toimeenpanon välineenä tuo parhaimmillaan osallistumisen ja vaikuttamisen kokemuksia koko henkilöstölle.

Lähijohtamisella havaittiin olevan suuri merkitys osallisuuden toteutumisessa molemmissa organisaatioissa. Osallistavaan työtapaan perehtyneet ja sitoutuneet lähiesimiehet (tiimien vetäjät, osastonhoitajat) rakensivat osallistumisen kulttuuria ja mahdollistivat henkilöstönsä osallistumisen yhteiseen keskusteluun ja suunnitteluun.

Koulutusorganisaation kehittämishankkeesta on kulunut lähes kymmenen vuotta. Oli kiinnostavaa havaita, että silloin pinnalla ollut arvojohtaminen on vaimentunut organisaatiopuheessa. Nyt sen sijaan ”leanataan”. Lean -toimintastrategiaan näyttäisi olevan sisäänrakennettuna useimmat niistä periaatteista, mitä koulutusorganisaation kehittämishankkeessa tavoiteltiin, ja jotka silloin poimittiin useista eri johtamisteorioista. Näitä leanin periaatteita ovat muun muassa asiakaslähtöisyys, jatkuva parantaminen, arvoperustaisuus, henkilöstön osaamisen täysimääräinen hyödyntäminen, resurssitehokkuus ja prosessiajattelu.

Lähteet

Hämäläinen, V. & Maula, H 2004. Strategiaviestintä. Helsinki: Infor.

Juuti, P. & Virtanen, P. 2009. Organisaatiomuutos. Keuruu: Otava.

Kaplan, R. S. & Norton, D.P. 1996. Balanced Scorecard. Translating Strategy into Action. Boston Massachusetts: Harvard Business School Press.

Kauppinen, T. 2002. Arvojohtaminen: tie taiturimaiseen tavoitteiden jalkauttamiseen, inhimillisen energian johtamiseen ja organisoituun rakastumiseen. Helsinki: Otava.

Lehtonen, T. 2009. Arvot ja arvojohtaminen. Filosofisia huomautuksia. Hallinnon tutkimus 4/2009: 3-15.

Mattila, L. & Suoraniemi, M. 2009. Puhumalla paras strategia – Sisäisten konsulttien strategiaseikkailu Lahden kansanopistossa. Opinnäytetyö. Työyhteisön ja henkilöstön osaamisen kehittämisen PD-koulutusohjelma. Opinnäytetyö (25 op). Turun yliopiston täydennyskoulutuskeskus.

Mattila, L. & Suoraniemi, M. 2012. Puhumalla paras strategia. Julkaisussa: Keskinen, S., Salo, P. & Saloheimo, L. (toim.) 2012.  Vapaus ja vastuu. Vapaan sivistystyön kehittämisen edellytykset. Sivistystä kaikille -julkaisusarja. Vantaa: Kansanvalistusseura.

Modig, N. & Åhlström, P. 2013. Tätä on lean. Ratkaisu tehokkuusparadoksiin. Tukholma: Rheologica Publishing.

Mäkijärvi, M. 2013. LEAN-menetelmä suomalaisessa terveydenhuollossa – kokemuksia ja haasteita HUS:ssa. Sosiaali- ja terveysjohtamisen MBA -tutkielma. Tampereen yliopisto, Tampereen teknillinen yliopisto. [Viitattu 6.6.2019]. Saatavissa: https://www.hus.fi/hus-tietoa/materiaalipankki/esitysmateriaalit/Yleinen%20piilokirjasto%20yksittisille%20tiedostoille/Lean-menetelma_suomalaisessa_terveydenhuollossa.pdf

Virtanen, P. & Kauppinen, I. 2008. Henkilöstövoimavarajohtamisen strategisten päämäärien välittyminen organisaatiossa. Hallinnon tutkimus 2/2008: 38-51.

Åberg, L. 2002. Viestinnän strategiat. Helsinki: Infor.

Kirjoittajat

Maria Suoraniemi on valmistumassa sairaanhoitajaksi LAMKin Nursing-koulutusohjelmasta.

Päivikki Lahtinen on LAMKin lehtori.

Artikkelikuva: https://pxhere.com/en/photo/917205

Julkaistu 15.8.2019

Viittausohje

Suoraniemi, M. & Lahtinen, P. 2019. Havaintoja henkilöstön osallisuudesta julkisorganisaatioiden strategiaprosesseihin. LAMK Pro. [Viitattu ja pvm]. Saatavissa: http://www.lamkpub.fi/2019/08/15/havaintoja-henkiloston-osallisuudesta-julkisorganisaatioiden-strategiaprosesseihin/

Maa-asenteiset aurinkovoimalat: yksi ratkaisu vihreämmän energian tuotantoon?

Ilmastonmuutos on meneillään pahempaan suuntaan tälläkin hetkellä. Kasvihuonekaasupäästöjä täytyy leikata jotta emme tuhoa ympäristöämme. Tulevaisuuden energiantuotanto on kuitenkin taattava kulutuksen kasvaessa. Suuret maa-asenteiset aurinkovoimalat ovat yksi hyvä keino kasvihuonekaasujen päästöjen pienentämiseksi.

Kirjoittajat: Simo Kostilainen ja Jussi Kuusela

Maa-asenteiset aurinkovoimalat ovat suuria sähkön- tai lämmöntuotantolaitoksia, jotka asennetaan omille telineilleen maan päälle. Näissä voimaloissa on paljon etuja, kuten hyödyttömän maa-alan käyttöönotto tai vihreän energian tuotanto suuremmassa mittakaavassa. Maa-asenteiset paneelit soveltuvat myös pienempiinkin kohteisiin mainiosti, jos vaikkapa katolle asentaminen ei ole suotuisaa. Aurinkovoiman etuna on myös se, että esimerkiksi haja-asutusalueella sijaitsevaa mökkiä ei tarvitse liittää sähköverkkoon kalliilla hinnalla, vaan mökille voidaan hankkia aurinkosähköjärjestelmä vastaamaan kesämökin vähäiseen energiatarpeeseen.

Suomessa 0,2 prosenttia energian kokonaistuotannosta syntyy aurinkovoimalla (Energiateollisuus 2019). Aurinkosähkön tuotantoa olisikin varaa kasvattaa reilusti. Teknologian halventuessa suurten laitosten kustannukset ovat pudonneet; nykyään maailmalla tehdään paljon suuria aurinkovoimaloita. Suomessa aurinkovoima on myös nosteessa. Kattoasenteisia voimaloita on tehty jo useampia, mutta suuremman kokoluokan maa-asenteisia aurinkovoimalat ovat vielä harvinaisia. Paljon potentiaalia kuitenkin olisi, sillä kattoasenteisia aurinkovoimaloita rajoittaa kohteen katon pinta-ala, kun taas maa-asenteinen järjestelmä voidaan asentaa suurellekin pinta-alalle. (Kostilainen 2018)

Asennustavat

Tyypillisesti maa-asenteinen aurinkovoimala asennetaan maahan lyötyihin paaluihin ja niihin kiinnitettyihin telineisiin. Nämä paalut upotetaan maahan muutaman metrin syvyyteen ja pitävät telineen paikoillaan. Tämä menetelmä vaatii edulliset maaperän olosuhteet, mutta on edullisin asentaa. (Smalley 2017).

Telinejärjestelmien ei kuitenkaan aina tarvitse läpäistä maaperää. Jos paalujen maahan upottaminen ei ole mahdollista tai se ei ole kannattavaa, toinen vaihtoehto on asentaa telineet maan päälle aseteltuihin betonipainoihin. Painot eivät läpäise maaperää mutta ovat kalliita kuljettaa, sillä yksi paino painaa noin kaksi tonnia. (Pickerel 2017)

Kolmantena asennustapana toimii ruuvipaalu, joka kierretään maahan. Tässä menetelmässä on etuna se, että paaluja ei tarvitse upottaa kovin syvälle maahan ja paaluilla on suuri kantokyky. Ne ovat kuitenkin kalliimpia ja hieman hitaampia asentaa kuin normaalit ruuvipaalut. (Pickerel 2017).

Asennustavan valintaan vaikuttaa monia tekijöitä, kuten maaperän koostumus ja kivisyys. Alueella voi olla myös maaperän käyttöä koskevia rajoituksia. Maaperän tulee kestää telineistä aiheutuvat kuormat, sekä maaperän täytyy olla routimatonta. Paneelirivit eivät myöskään saa varjostaa toisiaan. (Donaldson & Brearley 2015).

Suomessa ei ole vielä yhtenäistä lainsäädäntöä koskien nimenomaan maa-asenteisia aurinkovoimaloita. Nykyään joudutaankin käyttämään paljon kompromisseja projekteissa. Tulevaisuudessa olisikin tärkeää, että saataisiin yhtenäiset säännökset aurinkovoimaloiden suhteen; nykyään kunnilla on eri ohjeistukset maa-asenteisten aurinkovoimaloiden säätelystä, luvanvaraisuudesta ja kaavoituksesta.

Muut asennustavat

Aurinkojärjestelmien asentamiseen on olemassa myös muita vaihtoehtoja. Aurinkovoimaloita voidaan rakentaa vaikkapa parkkialueiden päälle. Telineet tällöin myös suojaavat autoja auringolta ja sateelta. Parkkialueet vievät paljon tilaa, joten ne soveltuvat parkkialueita varten suunnitelluille telineille mainiosti. Telineet muistuttavat normaaleja maa-asenteisia telineitä, mutta ovat paljon korkeampia. Parkkialueelle asennettuun voimalaan voidaan myös kiinnittää sähköautojen latauspiste, jolloin parkkialueen käyttäjä voi laittaa autonsa lataukseen vihreällä sähköllä. (Smalley 2017).

On myös mahdollista tehdä telineistä sellaisia, että ne kääntävät paneelit kohti aurinkoa seurantajärjestelmillä. Telineet ovat joko yhdellä akselilla tai kahdella akselilla kääntyviä. Yhden akselin telineet asennetaan riviin niin kuin normaaleissa kiinteissä maa-asenteisissa telineissä, mutta väljemmin. Kahden akselin telineet taas asennetaan yksittäin erilleen toisistaan, jotta paneelit varjostaisivat toisiaan mahdollisimman vähän. Kääntyvillä telineillä saadaan voimalaitoksen tavoitemäärä tuotettua pienemmällä määrällä telineitä, mutta kääntyvät telineet ovat kalliimpia. (Smalley 2017).

Paneelit

Paneelien valintaan vaikuttaa voimalaitokselta vaaditut ominaisuudet. Näitä ovat pinta-ala, tuotantokapasiteetti ja kustannukset. Yleisimmin käytetyt paneelit ovat polykristallisen ja amorfisen silikonin paneelit ja monokristallisesta silikonista valmistetut paneelit. Näiden paneelien hyötysuhde vaihtelee enintään 21-25 prosentin välillä. Aurinkopaneeleita voidaan valmistaa myös muista materiaaleista kuin silikonista, esimerkiksi kupari-indium-seleniittiyhdistelmästä tai kadmium-telluriyhdistelmästä. (Ranabhat ym. 2016)

Suomi ja tulevaisuus

Tulevaisuus aurinkovoimalle näyttää valoisalta vihreän energian tarpeen ja kysynnän kasvaessa. Myös aurinkovoimaloiden helpottunut saatavuus ja halvenneet hinnat edistävät aurinkovoiman kasvua niin pienissä kuin isoissakin kohteissa. Pudonneet kustannukset sekä parantunut saatavuus pudottaa yritysten ja yksityisten tahojen kynnystä hankkia aurinkosähköjärjestelmä tontilleen. Moni yritys myös kokee aurinkosähkön imagoa kohottavaksi asiaksi ja hankkiikin aurinkosähköjärjestelmän tätä tarkoitusta varten. (Kostilainen 2018)

Tulevaisuudessa paneeleita voidaan saada asennettua muuallekin kuin katolle tai maahan. Rakennusten julkisivuille ja seinustoille voidaan asentaa telineitä, ja läpinäkyviä tai värillisiä paneeleja on myös kehitteillä. Järjestelmiä tarjotaan myös kelluvina, jolloin järjestelmä ei vie kallisarvoista maa-alaa.

Aurinkoenergialla on kuitenkin myös haasteita. Talvisin paneelien päälle kertyy lunta joka estää energian tuotannon. Myös vähäinen auringonvalon määrä pudottaa tuotantoa reilusti. Kesäaikaan kuitenkin aurinko paistaa lähes vuorokauden ympäri mikä tasapainottaa vuosituotantoa. Suuret aurinkoenergian tuotantolaitokset vievät paljon tilaa, jota voi olla vaikea löytää. Aurinkopaneeleista voi myös tulla heijastuksia, jotka voivat haitata lähistön asukkaita.

Jos kuitenkin näihin haasteisiin pystytään vastaamaan, on maa-asenteinen aurinkovoimala mitä mainioin vihreän energian tuotantomuoto.

Lähteet

Donaldson, B. & Brearley, D. 2015. Geotechnical Analysis and PV Foundation Design. Solar Pro. [viitattu 23.10.2018]. Saatavissa: https://docs.wixstatic.com/ugd/d49ff9_1a2e399770064e80a0eabdafffcc5345.pdf

Energiateollisuus ry. 2019. Sähköntuotanto energialähteittäin 2018. [viitattu 15.6.2019]. Saatavissa: https://energia.fi/perustietoa_energia-alasta/energiantuotanto/sahkontuotanto

Pickerel, K. 2017. What are the different types of ground-mount solar racking systems? Solar Power World. [viitattu 23.10.2018]. Saatavissa: https://www.solarpowerworldonline.com/2017/02/different-types-ground-mount-solar-racking-systems/

Kostilainen S. 2018. Maa-asenteiset aurinkovoimalat: Toteutustavat ja laitevalmistajat. AMK-opinnäytetyö. Lahden ammattikorkeakoulu, Tekniikan ala. Lahti. [viitattu 20.6.2019]. Saatavissa: http://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2018122922913

Ranabhat, K., Patrikeev, L., Revina, A.A., Andrianov, K., Lapshinsky, V. & Sofronova, E. 2016. An Introduction to solar cell technology. Journal of Applied Engineering Science. 14(2016)4, 405, 481 – 491. [viitattu 15.6.2019]. Saatavissa: http://www.engineeringscience.rs/images/pdf/K_Ranabhat.pdf

Smalley, J. 2017. What is the best foundation for a ground-mount solar array? [viitattu 23.10.2018]. Saatavissa: https://www.solarpowerworldonline.com/2015/08/what-is-the-best-foundation-for-a-ground-mount-solar-array/

Kirjoittajat

Simo Kostilainen on Lahden Ammattikorkeakoulusta valmistuva ympäristö- ja energiatekniikan opiskelija, jonka opinnäytetyö ”Maa-asenteiset aurinkovoimalat – Toteutus ja laitevalmistajat” on tarkistettu ja hyväksytty lokakuussa 2018.

Jussi Kuusela on tekniikan alan lehtori Lahden Ammattikorkeakoulussa.

Artikkelikuva: https://pxhere.com/en/photo/1153251

Julkaistu 27.6.2019

Viittausohje

Kostilainen, S. & Kuusela, J. 2019. Maa-asenteiset aurinkovoimalat: yksi ratkaisu vihreämmän energian tuotantoon? LAMK Pro. [Viitattu ja pvm]. Saatavissa: http://www.lamkpub.fi/2019/06/27/maa-asenteiset-aurinkovoimalat-yksi-ratkaisu-vihreamman-energian-tuotantoon/

Kiertotaloutta kaikille

Viimeisen vuoden aikana on noussut voimakkaasti esiin käsite kiertotalous. Yksi merkittävä syy tähän on viime syksynä julkaistu IPCC:n ilmastoraportti, jonka mukaan ilmaston lämpeneminen tulisi rajoittaa 1.5 asteeseen entisen 2 asteen sijaan verrattuna esiteolliseen aikaan. Tässä artikkelissa kerrotaan, mistä kiertotaloudessa on kyse ja miten se liittyy ilmastonmuutokseen. Esimerkkinä käytetään elektroniikkaa, jonka määrä kasvaa arjessamme yhteiskunnan muutoksen mukana.

Kirjoittajat: Mari Leikas, Sari Vainio, Jan Tüll ja Anna Pajari

Kiertotalous – kehdosta kehtoon

Kiertotalouden ajatus lähtee siitä, että raaka-aineiden määrä maapallolla on rajallinen. Mallissa käytetään mahdollisimman vähän luonnosta saatavia neitseellisiä raaka-aineita ja kaiken käytetyn materiaalin arvo pyritään säilyttämään mahdollisimman pitkään talouden kierrossa (Elinkeinoelämän keskusliitto 2016).

Tuotteet tulee jälleen suunnitella kestäviksi, huollettaviksi ja korjattaviksi, minkä lisäksi materiaalivalinnoissa ja tuotteen rakenteessa huomioidaan modulaarisuus sekä tuotteen purettavuus osiin siten, että kaikki komponentit ja eri materiaalit on helppo erotella uudelleen käytettäviksi (Sitra 2014, 21).

Materiaalitehokkuuden lisäksi tulee huomioida energiatehokkuus tuotteen koko elinkaaren aikana, samoin lineaaritaloudessa ongelmaksi muodostuneista jätevuorista pitää pyrkiä pääsemään eroon suunnittelemalla tuotanto- ja kulutusvaihe jätteettömiksi (Sitra 2014, 4-5). Ellen MacArthur Foundationin (2019) mukaan noin 80% tuotteen ympäristövaikutuksesta määräytyy jo suunnittelupöydällä. Hyvin tehdyn suunnittelun avulla kaikki syntyvä ylijäämämateriaali on käytettävissä johonkin muuhun tarkoitukseen raaka-aineena. 

Kuvassa 1 näkyy teknisen materiaalin ja tuotteen kierto. Kiertotaloudessa on määritelty vastaavasti myös biologisen materiaalin kierto, mutta yksinkertaistamisen vuoksi sitä ei käsitellä tässä artikkelissa. Periaatteena on se, että mitä lähempänä loppukäyttäjää materiaali pysyy, sitä pienempää on materiaalihukka ja vaadittu energiapanos.

Kuva 1. Teknisen tuotteen ja materiaalin kierto (Teknologiateollisuus 2019)

Kaikki kaatopaikalle ja lähes kaikki energiapolttoon päätyvä jäte on poissa materiaalikierrosta, eikä se näin vähennä neitseellisen raaka-aineen tarvetta. Materiaalin palauttaminen kiertoon aiheuttaa myös huomattavasti vähemmän kasvihuonepäästöjä kuin polttaminen tai uuden neitseellisen materiaalin hankinta. (Seppälä, Sahima, Honkatukia, Valve, Antikainen, Kautto, Myllymaa, Mäenpää, Salmenperä, Alhola, Kauppila & Salminen 2016, 11.)

Kiertotalouden on laskettu mahdollistavan 70% vähenemisen Suomen hiilidioksidipäästöissä vuoteen 2030 mennessä (The Club of Rome 2019). Pelkästään hyödyntämällä jo kierrossa oleva muovi, alumiini, teräs ja betoni, teollisuuden tuottamien globaalien kasvihuonepäästöjen määrä pienenisi vuosittain noin 40% eli neljä gigatonnia (Sitra 2018b). Arviolta vain alle 10 % maailman talouden merkittävistä raaka-aineista uudelleen käytetään tällä hetkellä, joten kiertotalouden toteuttamisessa on vielä paljon potentiaalia. (European Union 2019.)

Kiertotalous liiketoimintana

Kiertotalouden oleellisena tavoitteena on eriyttää hyvinvointi ja talouskasvu luonnonvarojen kulutuksesta ja haitallisista ympäristövaikutuksista (Sitra 2018a). Tuotteen ja materiaalin kierron lisäksi kiertotalouden mukana muuttuukin myös ihmisten tapa kuluttaa. Tuotteiden omistamisen sijasta asiakkaille tarjotaan käyttöoikeuksien tai palvelujen ostamista, ja näin materiaalin tai tuotteen käyttöaste kasvaa. Tämä tuo mukanaan täysin uusia liiketoiminta-, hinnoittelu- ja palvelumalleja kun samaa resurssia voidaan hyödyntää myymällä sitä useaan kertaan. (Arponen 2019.)

Accenture (2014,6) on ryhmitellyt kiertotalouteen liittyviä liiketoimintamalleja viiteen eri kategoriaan: Uusiutuvuus, resurssitehokkuus ja kierrätys, tuote-elinkaaren pidentäminen, jakamisalustat sekä tuote palveluna. Uusiutuvuudella tarkoitetaan tuotteen suunnittelua niin, että siinä otetaan huomioon erilaiset tuotteen tai sen materiaalien uusiokäyttö- ja kierrätysmahdollisuudet. Resurssitehokkuudella ja kierrätyksellä viitataan paitsi itse valmistusprosesseihin myös sivu- ja jätevirtoihin. Tuotteen elinkaarta pyritään pidentämään mm. erilaisten korjaus-, kunnostus- ja päivityspalveluiden avulla. Tavoitteena on pitää tuote mahdollisimman pitkään alkuperäisessä käyttötarkoituksessaan ja saada se kestämään mahdollisimman paljon käyttöä. Digipohjaisilla jakamisalustoilla puolestaan edistetään tavaroiden ja resurssien käyttöasteiden kasvattamista ja elinkaaren pidentämistä mm. vuokrauksen, myymisen, uudelleenkäytön ja jakamisen avulla. Kun asiakas taas ostaa tuotteen sijaan palvelun, hän maksaa yleensä lopputuloksesta, ei lopputulokseen tarvittavasta välineestä. (TechTarget 2018.)

Elektroniikkajäte eli SER

Elektroniikkajäte ja erityisesti nykyiset älypuhelimet ovat hyvä esimerkki kiertotalouden soveltamisessa, koska yhteiskunnan digitalisoitumisen myötä elektroniikan käyttö on käytännössä pakollista kaikille. Nykyisin digitaaliset palvelut seuraavat ihmisiä käytännössä syntymästä kuolemaan.

Suomessa elektroniikkaromua syntyy vuodessa yhteensä noin 54 000 tonnia (Tilastokeskus 2019). Suuret laitteet kierrätetään paremmin, mutta esimerkiksi matkapuhelimista kierrätetään vain noin 10% vaikka niistä voidaan kierrätyksen yhteydessä hyödyntää jopa 99% materiaalista (Laine 2018). Osa datalaitteista saatavasta kierrätysmateriaalista on ympäristöhaittoja tuottavalla tavalla louhittua arvometallia.

Henkilökohtaisten tietojen päätymisen vääriin käsiin voi varmistaa viemällä käytetty matkapuhelin viralliseen keräyspisteeseen. Sieltä matkapuhelin kulkeutuu lukollisessa tietoturva-astiassa käsittelylaitokseen, jossa eri tyyppiset tuotteet erotellaan erilaista jatkokäsittelyä varten. Kännyköistä saadaan talteen lasi, metalli- ja muoviosat, ja lisäksi niistä poistetaan haitalliset aineet (SER-tuottajayhteisö ry 2019). Piirilevyt viedään jatkokäsittelyyn, jossa murskatusta materiaalista liuottamalla saadaan talteen kuparin lisäksi hopeaa, kultaa ja palladiumia (Kuusakoski 2019). Miljoonasta käytetystä matkapuhelimesta saadaan talteen kultaa noin 24 kiloa (Valkonen 2019), kun vastaavasti esimerkiksi Kittilän kultakaivoksessa kullan pitoisuus on noin 1% piirilevyjen sisältämästä kullan määrästä (Pennanen 2018).

Kuva 2. Matkapuhelimen vaihtaminen kiertotalouden periaatteiden mukaisesti (kuvapohja: Pixabay, Pixabay Licence)

Yhteenveto

Meidän aikamme kuluttajilla on paljon opittavaa ajasta, jolloin kaikki materiaali hyödynnettiin tehokkaasti. Tarkoitus ei ole ottaa askelia taaksepäin, vaan kehittää elämistä kestävä yhteiskunta. Maapallon resurssit ovat rajalliset, joten on panostettava parempaan suunnitteluun, sekä materiaalien kestävyyteen ja uudelleenkäytettävyyteen. Vaikka jätteen hyödyntämistä raaka-aineena tai energiana tehostettaisiin, talouden kannalta merkityksellistä on sen määrän vähentäminen. Kiertotalous muistuttaa läheisesti luonnon kiertokulkua: käsitettä jäte ei edes ole olemassa.

Resurssiviisas ja hiilineutraali yhteiskunta on sellainen yhteiskunta, joka ei tuota hiilidioksidipäästöjä eikä jätettä, ja joka tulee toimeen sillä osuudella yhden maapallon tuottamista luonnonvaroista, joka sille reilusti kuuluu. Toisin sanoen se ei ylitä maapallon ekologista kantokykyä. Kiertotalous vastaa molempiin haasteisiin: se sekä lisää resurssiviisautta että edistää hiilineutraaliutta. (Sitra 2018a.)

Lähteet

Accenture. 2014. Circular Advantage: Innovative Business Models and Technologies to Create Value in a World without Limits to Growth. Accenture. [Viitattu 3.6.2019]. Saatavissa: https://www.accenture.com/t20150523T053139__w__/us-en/_acnmedia/Accenture/Conversion-Assets/DotCom/Documents/Global/PDF/Strategy_6/Accenture-Circular-Advantage-Innovative-Business-Models-Technologies-Value-Growth.pdf

Arponen, J. 2019. Kiertotalous tähtää materiaalitehokkuutta korkeammalle. [Viitattu 5.4.2019]. Saatavissa: https://sitaatti.remeo.fi/kiertotalous-tahtaa-materiaalitehokkuutta-korkeammalle

Elinkeinoelämän keskusliitto. 2016. Mikä ihmeen kiertotalous? [Viitattu 27.3.2019]. Saatavissa: https://ek.fi/syty-kiertotaloudesta/mika-ihmeen-kiertotalous/

Ellen MacArthur Foundation. 2019. What is the circular economy? [Viitattu 5.4.2019]. Saatavissa: https://www.ellenmacarthurfoundation.org/circular-economy/what-is-the-circular-economy)

European Union. 2019. 2019 Circularity Gap Report reveals that the world is only 9% circular and the trend is negative. [Viitattu 31.3.2019]. Saatavissa: https://circulareconomy.europa.eu/platform/en/news-and-events/all-news/2019-circularity-gap-report-reveals-world-only-9-circular-and-trend-negative

Harmaala, M., Toivola, T., Faehnle, M., Manninen, P., Mäenpää P. & Nylund M. 2017. Jakamistalous. Alma Talent Oy.[Viitattu 5.4.2019]. Saatavissa: https://verkkokirjahylly-almatalent-fi.aineistot.lamk.fi/teos/IACBCXDTEB

Kuusakoski. 2019. Elektroniikkaromu väärissä käsissä on tietoturvariski. [Viitattu 14.4.2019]. Saatavissa: https://www.kuusakoski.com/fi/finland/yritys/yritys/uutiset/2018/elektroniikkaromu-vaarissa-kasissa-on-tietoturvariski

Laine, K. 2018. Puhelimen palauttaminen kierrätykseen on ekoteko. [Viitattu 14.4.2019]. Saatavissa: https://www.ficom.fi/ajankohtaista/uutiset/puhelimen-palauttaminen-kierr%C3%A4tykseen-ekoteko

Pennanen, R. 2018. Arvometalleja ilman louhimista – elektroniikkaromusta kultakaivos. YLE. [Viitattu 14.4.2019]. Saatavissa: https://yle.fi/uutiset/3-10061840

Seppälä J., Sahimaa O., Honkatukia J., Valve H., Antikainen R., Kautto P., Myllymaa T., Mäenpää I., Salmenperä H., Alhola K., Kauppila J. & Salminen J. 2016. Kiertotalous Suomessa – toimintaympäristö, ohjauskeinot ja mallinnetut vaikutukset vuoteen 2030. Valtioneuvoston Kanslia. [Viitattu 31.3.2019]. Saatavissa: https://tietokayttoon.fi/documents/10616/2009122/25_Kiertotalous+Suomessa.pdf/5a942ae7-9ec8-4b54-a079-f99c8ba2f8f1?version=1.0

SER-tuottajayhteisö ry. 2019. SE-romun lajittelu. [Viitattu 10.5.2019]. Saatavissa: http://www.serty.fi/fi/kodintekniikan-kiertoliike/se-romun-lajittelu

Sitra. 2014. Kiertotalouden mahdollisuudet Suomelle. [Viitattu 27.3.2019]. Saatavissa: https://media.sitra.fi/2017/02/23221555/Selvityksia84.pdf

Sitra. 2018a.  Mitä nämä käsitteet tarkoittavat? [Viitattu 30.3.2019]. Saatavissa: https://www.sitra.fi/artikkelit/mita-nama-kasitteet-tarkoittavat/

Sitra. 2018b. The circular economy – a powerful force for climate mitigation. [Viitattu 30.3.2019]. Saatavissa: https://www.sitra.fi/julkaisut/circular-economy-powerful-force-climate-mitigation/

TechTarget. 2018. Product as a Service. [Viitattu 3.6.2019]. Saatavissa: https://searcherp.techtarget.com/definition/product-as-a-service

Teknologiateollisuus. 2019. Kestävää kasvua kiertotaloudesta. [Viitattu 13.3.2019]. Saatavissa: https://teknologiateollisuus.fi/fi/vaikutamme/kestava-kehitys/kestavaa-kasvua-kiertotaloudesta

The Club of Rome. 2019. A new Club of Rome study on the circular economy and benefits for society. [Viitattu 31.3.2019]. Saatavissa: http://www.clubofrome.org/2016/03/07/a-new-club-of-rome-study-on-the-circular-economy-and-benefits-for-society/

Tilastokeskus. 2019. Yhdyskuntajätekertymä 2017, tonnia. [Viitattu 13.4.2019]. Saatavissa: http://www.stat.fi/til/jate/2017/13/jate_2017_13_2019-01-09_tau_001_fi.html

Valkonen, N. 2019. Makaako vanha matkapuhelimesi yhä laatikon pohjalla? [Viitattu 14.4.2019]. Saatavissa: https://yksityisille.hub.elisa.fi/puhelimen-kierratys/

Kirjoittajat

Mari Leikas, Sari Vainio ja Jan Tüll ovat restonomiopiskelijoita LAMKin liiketalouden ja matkailun alalla.

Anna Pajari toimii lehtorina LAMKin liiketalouden ja matkailun alalla.

Artikkelikuva: Jätettä vai raaka-ainetta? (https://pixabay.com/fi/photos/tietokoneet-n%C3%A4yt%C3%B6t-laitteet-81425, Pixabay Licence)

Julkaistu 17.6.2019

Viittausohje

Leikas, M., Vainio, S., Tüll, J. & Pajari, A. 2019. Kiertotaloutta kaikille. LAMK Pro. [Viitattu ja pvm]. Saatavissa: http://www.lamkpub.fi/2019/06/17/kiertotaloutta-kaikille/


Using a signature instead of a password

In a world full of electronic systems, there is a need to prevent the unauthorized users from accessing protected data. Various ways of authentication are used, passwords being the most ubiquitous.

Authors: Abdelwakil Bouljoub and Aki Vainio

What is the problem with traditional passwords?

Traditional passwords are sequences of characters. Various organizations have their own guidelines and rules, often based on earlier recommendations from NIST, which have since been completely redone (Grassi, et al. 2017). However, passwords are problematic. Often the passwords that follow the official guidelines are hard to remember or the users avoid these memory issues by not following the guidelines or by finding the most trivial way to follow them, leaving their passwords weak (Munroe 2011). They are hard for the user, but easy to break with the ever-advancing technology we have access to (Munroe 2011).

As passwords continue to present problems, many organizations are trying to move away from them. For instance, W3C (World Wide Web Consortium) in collaboration with FIDO Alliance finalized a web standard for what they called Passwordless Logins that recommend a standard for browsers to let users log into their account using other options (W3C 2019). FIDO Alliance is an industry association that aims to develop authentication standards, which boasts many of the leading technology companies in the world as its members. FIDO recommends the use of alternative authentication methods, such as biometrics.

The trend to abolish the use of passwords has commercial implications. Integrating biometrics or other authentication methods into systems requires new software and often hardware components. (Bouljoub 2019.)

What are biometrics and how are they used for authentication?

Biometrics refer to the information about someone’s body. There are many domains of biometrics usage, such as forensics science and crime investigations, but with the advance of technology, biometrics can be used to extract repeatable biometric features for biometric-based authentication.

In fact, we have many features in our bodies that differentiate us from each other. The Biometrics Institute, an independent non-profit organization, has categorized biometrics as illustrated in figure 1.

Figure 1. Biometrics types (compiled from Biometrics Institute 2019)

Apple, for example, introduced the Face ID feature in iPhone X (Schiller 2017). It is a feature that gives to the user the option to unlock the phone by using the face recognition method. At the same time, Samsung used a similar feature on Galaxy Not 8, but in addition, Samsung added the iris recognition feature as well (Samsung 2019). Many other companies are using different types of biometric to provide a solution to plenty of domains such as security surveillance.

Not all biometrics have been proven to be unique from one person to another. The idea of the uniqueness of biometrics is based in most cases on the low probability of the existence of similar biometric information on two different individuals. Joanna Stern a columnist in Wall Street Journal tried the face recognition feature in iPhone X with identical twins and the system fail to distinguish between them (Stern 2017).

Biometrics are problematic

Most of the reviews that have been conducted on the topic of biometrics are looking for which solution is most secure against hacking attempts, but simply being secure is not enough. Instead, using biometrics presents its own set of problems.

The data used in biometrics can be used for other purposes as well. In China, for example, biometric data is being used by law enforcement which raises a serious concern about user privacy. Many people are not sure if the biometric data collected by companies is stored safely and it won’t be used for other purposes.

The second reason is related to the fact that biometrics are unchangeable. Although this could be considered an advantage because a user doesn’t need to remember any specific information when using a biometric-based authentication, it is also a big disadvantage in case something happens to the integrity of the stored data which could render a certain biometric useless.

The exposed nature of biometrics is another issue, especially the most used one. For instance, face, eye and fingerprints are almost public for others and it could be a burden to protect them from copying or forging. Is true that Apple claims that its Face ID feature is strong enough against attempt of using a person’s image or even a person’s 3D-printed face, but the feature can’t tell if the user scan intentionally his face in purpose to unlock the phone or someone else is doing that under certain circumstances. (Fysi Tech 2017.)

There is also the question of practicality. No-one wants to conduct a DNA or gait analysis each time they login onto their phones.

Signatures as authentication method

The methods for using signatures as a method of authentication are still being developed, but signatures are one possible solution for the various challenges. What makes a signature-based method strong is not only the visible result, but the actual metrizable habit of writing that signature, including the rhythm and pressure impacted while writing, which are impossible to replicate (Huber & Headrick 1999).

The signature doesn’t invade user privacy. A signature doesn’t reveal if the person is a male, female, young, old or from a specific ethnicity. That minimizes the chance of using the signature as a tool to track individuals using biometric information provided by themselves (for example, Xie 2019).

A signature used for the authentication is stored in the same manner as the data for other biometrics methods. However, a person could change the appearance of the signature whenever the stored one becomes compromised.

In contrast to other biometric types, a signature is an act that requires an intention and a conscious effort from the person. It is not possible to get a person’s signature without that person being informed. The reason why signatures are not used widely as a method of authentication could be related to usability. For example, biometrics such as fingerprints are more relevant to smartphone’s usage. To unlock a phone by signature might take longer than the time needed to unlock it with a face recognition feature. In many cases, using signatures also requires dedicated hardware.

Conclusion

No one can steal a signature, your signature is with you everywhere and, in contrast to other biometrics methods, signature doesn’t require you to take a selfie each time you want to check your notifications. Furthermore, the biometrics and recognition methods are an active research field that it is evolving rapidly, and it has many advantages that encourage their use in several aspects of our daily life to improve security and reduce the traits of data security that are becoming a serious issue.

References

Biometrics Institute. 2019. Types of Biometrics. [cited 11 Jun 2019]. Available at: https://www.biometricsinstitute.org/what-is-biometrics/types-of-biometrics/

Bouljoub, A. 2019. Electronic signature for authentication. Bachelor’s thesis. Lahti University of Applied Sciences, Faculty of Business and Hospitality. Lahti. [cited 14 Jun 2019]. Available at: http://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019060515037

Fysi Tech. 2017. iPhone x FACE ID Experimental Video While Sleeping. [cited 11 Jun 2019]. Available at: https://www.youtube.com/watch?v=Ms7wLX2h9ec

Grassi, P., Fenton, J., Newton, E., Perlner, R, Regenscheid, A., Burr, W., Richer, J., Lefkovitz, N., Danker, J., Choong, Y.-Y., Greene, K. & Theoganos, M. 2017. NIST Special Publication 800-63B – Digital Identity Guidelines. NIST. [cited 11 Jun 2019]. Available at: https://pages.nist.gov/800-63-3/sp800-63b.html

Huber, R. & Headrick, A. 1999. Handwriting Identification: Facts and Fundamentals. CRC Press LLC. Boca Raton. USA.

Munroe, R. 2011. Password Strength. XKCD. [cited 11 Jun 2019]. Available at: https://xkcd.com/936/

Samsung. 2019. Security. [cited 11 Jun 2019]. Available at: https://www.samsung.com/global/galaxy/galaxy-s8/security/

Schiller, P. 2017. Face ID on iPhone X. Video. [cited 5 Jun 2019]. Available at: https://www.youtube.com/watch?v=z-t1h0Y8vuM

Stern, J. 2017. iPhone X Review: Testing (and Tricking) FaceID. Wall Street Journal. Video. [cited 5 June 2019]. Available at: https://www.youtube.com/watch?v=FhbMLmsCax0

W3C. 2019. W3C and FIDO Alliance Finalize Web Standard for Secure, Passwordless Logins. [cited 11 Jun 2019]. Available at: https://www.w3.org/2019/03/pressrelease-webauthn-rec.html

Xie, E. 2019. China working on data privacy law but enforcement is a stumbling block. South China Morning Post. [cited 14 Jun 2019]. Available at: https://www.scmp.com/news/china/politics/article/3008844/china-working-data-privacy-law-enforcement-stumbling-block

Authors

Abdelwakil Bouljoub is close to the end of his bachelor’s studies in Business Information Technology at Lahti University of Applied Sciences.

Aki Vainio is a senior lecturer of Information Technology at Lahti University of Applied Sciences.

Illustration: https://pxhere.com/en/photo/1440395 (CC0)

Published 17.6.2019

Reference to this publication

Bouljoub, A. & Vainio, A. 2019. Using a signature instead of a password. LAMK Pro.
LAMK Pro. [Cited and date of citation]. Available at: http://www.lamkpub.fi/2019/06/17/using-a-signature-instead-of-a-password/