VTT Impulssi 1/2013

VTT

1.2013

LEHTI TIETEESTÄ, TEKNOLOGIASTA JA LIIKETOIMINNASTA

Pelastaako cleantech Suomen?

HEMISELLULOOSASTA ON MONEKSI S. 18

TÄHTÄIMESSÄ VÄHÄHIILINEN YHTEISKUNTA S. 44

AZIPOD – UUTTA VÄÄNTÖÄ MERENKULKUUN S. 63

TIEDE

VTT tekee tieteellisestä tutkimuksesta kannattavaa liiketoimintaa.

Lehden tämä osio kertoo, miten monialainen tutkimus johtaa innovaatioihin (s.18–36)

PÄ Ä K I R J O I T U S

Timo Nurminiemi talousjohtaja VTT

Kannattaako teknologiaan sijoittaa?

Näinä taloudellisesti haasteellisina aikoina katse kääntyy yhä useammin teknologialiiketoiminnan suuntaan. Tässä yhteydessä VTT:lle asetetaan merkittäviä tavoitteita Oy Suomi Ab:n kilpailukyvyn parantamiseksi. Mutta miten saadaan aikaan kehitystä ja työllisyyttä? Ilman innovaatioita siitä ei tule mitään. Innovointi taas edellyttää riittäviä taloudellisia resursseja. Muuten tutkimuksen laatu ja volyymi sakkaavat nopeasti.

VTT:n pitää missionsa mukaisesti olla näkijä ja innovaattori. Meidän on tehtävä valintoja ja toimittava talouden ja yhteiskunnan kannalta keskeisillä aloilla. Meidän pitää myös edistää kotimaisten yritysten teknologista osaamista ja kilpailukykyä. Samaan aikaan täytyy myös kansainvälistyä.

Juuri nyt on tärkeää varmistaa riittävät panostukset tulevaisuuteen. VTT on kuitenkin vastuullisena t­oimijana mukana säästötalkoissa. Leikkauksia on tullut – ja tulee todennäköisesti jatkossakin. Vähennyksiä tutkimus- ja kehitystoimintaan pitää kuitenkin tehdä fokusoidusti ilman, että kokonaistuottavuus kärsii. Leikkauksien loppu­summa ja niiden tuotto (return on cuttings) mitataan aina lopulta kansantalouden tasolla.

Panos–tuotos-suhde on tutkimustoiminnassakin tärkeää. Mitä sijoitetulla eurolla saadaan aikaiseksi?

Hyvä esimerkki sijoituksesta tulevaisuuteen on VTT:n panostus painettavaan elektroniikkaan. Jo vuosia sitten tehty päätös oli tavallaan hyppy tuntemattomaan. Ei ollut mitään takeita siitä, että teknologiasta ja siihen ­liittyvästä tekemisestä koskaan tulee mitään. Nyt tekno­logialle, tai

jopa kokonaan uudelle toimialalle, on kasvavaa kysyntää ja sille haetaan sovelluksia, joissa vain taivas on rajana. Puhutaan jopa 20 000 uudesta työpaikasta. VTT ja Suomi ovat nyt kehityksessä kansainvälisellä aallonharjalla. Yritykset kuitenkin tekevät liiketoimintapäätökset.

Nyt on aika toimia ja ottaa bisnes haltuun tämänkin teknologian osalta!

Teknologialiiketoimintaan kannattaa siis sijoittaa­ kovinakin aikoina. Panostukset on syytä tehdä ­v alikoidusti ja yhteistyössä yritysten kanssa. Näin ­pienellä maalla ei ole varaa panostaa samaan asiaan useassa paikassa. Vaikka perustekniikka ja -teknologia halpenevat koko ajan, erilaiset innovaatiot vaativat yhä monimutkaisempia laitekokoonpanoja. Suomen koko tutkimusinfrastruktuuri on tulossa siihen ikään, jossa korvausinvestointeja on pystyttävä tekemään yhä kiihtyvään tahtiin yksinomaan siksi, että laitteet eivät hajoaisi­ käsiin.

Kuka Suomessa – VTT:n ohella – voi kantaa vastuuta maamme kehityksen kannalta tärkeän tutkimus­ infrastruktuurin ylläpidosta ja kehittymisestä? Valitettavasti yhä useampi julkinen rahoittaja toteaa, että se ei rahoita infrastruktuuria, vaan tutkimusta. Kansainvälisillä areenoilla panostukset taas ovat täysin eri planeetalta.

Millä saada aikaa laajamittaista kokeellista tutkimusta, jos ei ole välineitä? Testimittakaavan koelaitokset vaativat nyt panostuksia. VTT pitää jatkossakin huolen siitä, että se mitä tehdään, tuottaa myös vaikuttavuutta ja lisäarvoa.

Ja asiat toteutetaan aina kustannustehokkaasti.

VTT Impulssissa nyt

2 Kohtaamisia: Wolfgang Büchele 6 Lyhyesti 9 Kolumni 10 Tuottavuutta läpitunkevasta ICT:stä Miten sysätään Suomen tuottavuus uuteen nousuun?

Tarve cleantechille on todellinen. s. 10

TIEDE

18 Uusia hemiselluloosapohjaisia materiaaleja puusta Koivusta saatava hemiselluloosa on ksylaania, joka muokkautuu moneen tarpeeseen.

Erikoistutkija, filosofian tohtori Harri Setälä, VTT

24 Ihminen ja kone kokonaisuutena Virtuaalinen ja lisätty todellisuus auttavat luomaan entistä parempia ihminen– kone-järjestelmiä keskittymällä ihmisen vahvuuksiin osana järjestelmää.

Erikoistutkija, tekniikan tohtori Boris Krassi, VTT Tutkija, insinööri Sauli Kiviranta, VTT

30 Menestystarina FIMECC Metalli- ja koneteollisuuden SHOKin ensimmäisen aallon tutkimustulokset ovat valmistumassa.

Johtava tutkija, tekniikan tohtori Olli Ventä

18 VTT IMPULSSI

T E K N O LO G I A

38

38 Ylivertaiset biomateriaalit Öljyntuotannosta riippuvainen muovi tekee tietä ympäristöä säästävälle biomuoville.

44 Vähähiilinen Suomi on kovan työn takana Energiantuotannon ja -käytön lisäksi teollisuuden kilpailukyky on pidettävä kunnossa.

48 Monitieteellisiä ratkaisuja suuriin haasteisiin Poikkitieteellisyys ja tulevaisuuden suuret haasteet yhdistävät VTT:n kärkiohjelmia.

54 Kohti kasvua vaikka talous sakkaa Teknologiateollisuus ry:n Jorma Turunen ja VTT:n Erkki KM Leppävuori näkevät kasvun mahdollisuuksia osaamisen kehittämisessä ja erikoistumisessa.

48 54

44 VTT IMPULSSI

Tulevaisuutemme menestys on erikoistumisessa.

LI I K E TO I M I N TA

60 Mikroanturi ottaa monesta mittaa Pienen pienet optiset mikroanturit yleistyvät muun muassa lääke-, elintarvike- ja autoteollisuudessa.

63 Tasaista kyytiä merellä ja satamassa Kun laiva kääntyy satama-altaassa, se tärisee ja natisee liitoksissaan. Tätä tärinää ABB Marine ja VTT ovat onnistuneet vaimentamaan.

68 Vihreyttä kaivoksiin Normet karsii raaka-aineiden hankkimisen ympäristövaikutuksia kaivoksissa.

60

72 Älyväyliä Venäjän-liikenteeseen Tietotekniikka tulee avuksi Helsingin ja Pietarin välisen tieliikenteen kehittämisessä.

VTT Facebookissa

VTT on Pohjois-Euroopan suurin soveltavaa tutkimusta tekevä organisaatio, joka tuottaa monipuolisia teknologia- ja tutkimuspalveluja sekä kotimaisille että kansainvälisille asiakkailleen, yrityksille ja julkiselle sektorille. Laaja-alaista osaamista yhdistämällä VTT voi auttaa asiakkaitaan ja yhteistyökumppaneitaan luomaan uusia tuotteita, tuotantoprosesseja ja -menetelmiä sekä palveluja ja näin lisätä elinkeinoelämän kansainvälistä kilpailukykyä sekä yhteiskunnan hyvinvointia. Laajan kotimaisen ja kansainvälisen yhteistyön ja verkostoitumisen avulla VTT varmistaa tiedon ja teknologian tehokkaan siirron ja hyödyntämisen.

Teknologiapainoalueet Sovellettu materiaalitekniikka Bio- ja kemianprosessit Energia Tieto- ja viestintäteknologiat Teolliset järjestelmät Mikroteknologiat ja elektroniikka Palvelut ja rakennettu ympäristö Liiketoimintatutkimus

VTT Impulssi on VTT:n julkaisu tieteestä, teknologiasta ja liiketoiminnasta. Ilmestyy kaksi kertaa vuodessa suomeksi ja e­nglanniksi.

Julkaisija: VTT, Tekniikantie 4 A, Espoo, PL 1000, 02044 VTT. Puhelin 020 722 111. Päätoimittaja: Olli Ernvall, puhelin 020 722 6747.

Toimitusneuvosto: Erkki KM Leppävuori, Jouko Suokas, Anne-Christine Ritschkoff, Kari Larjava, Petri Kalliokoski ja Paula Bergqvist. Toimitus: Cocomms Oy. Ulkoasu: MCI Press Oy. Paino: Edita, Helsinki 2013. Tilaukset ja osoitteenmuutokset: paula.bergqvist@vtt.fi. ISSN 1798-0119.

Julkaisussa esitetyt mielipiteet ovat haastateltavien esittämiä eivätkä välttämättä vastaa VTT:n kantaa.

VTT IMPULSSI

KOHTAAMISIA | WOLFGANG BÜCHELE

VEDEN VARASSA

tulevaisuus Teksti Joanna Sinclair Kuvat Vesa Tyni, iStockphoto

”

esi on seuraava öljy.”

Usein kuultu väite on vailla perää. Vesi on periaatteessa ikuisesti uudelleenkäytettävissä oleva luonnonvara, jota sataa taivaasta. Jos öljy loppuu maailmasta, pahin mahdollinen seuraus lienee jonkinlainen utopian vastakohta. Öljyvarojen ehtyminen ei kuitenkaan merkitsisi maailmanloppua. Puhdas vesi sen sijaan on elinehto.

Kemiran toimitusjohtaja Wolfgang Büchele ei kaunistele totuutta puhuessaan vedestä liike­ toimintana. Monien yritysten on kovennettava panoksia, jolleivät tahdo luopua leikistä. ­Nopeassa tahdissa kehittyvä ala ei hidastelijoita odota. ”Vanhan ja uuden maailman välillä on selvä ero. Jos eurooppalaiset yritykset haluavat­ pärjätä­ tässä pelissä, meidän on opittava ­ymmärtämään liiketoimintaa, jota ohjaavat eri tarpeet kuin omaamme. Uuden omaksuminen on ainoa keino varmistaa, että pystymme ­menestyksekkäästi ja kilpailukykyisesti johta2

maan tutkimus- ja kehitystyötä niin, että se johtaa uuteen kasvuun.” ”Euroopassa energia on kallista, ­Aasiassa taas tila on tolkuttoman hintaista. Tästä ­seuraa, että liiketoimintaa ja teknistä suunnittelua ­ohjaavat eri lähtökohdat. Ei eurooppalaista jäte­veden puhdistamoa voi kaupata Aasiaan, kellään ei ole varaa maksaa tilasta”, Büchele huomauttaa.

Büchele on sanakäänteissään kohtelias, mutta viesti ei jää epäselväksi. Monet länsimaiset yritykset, Kemira mukaan lukien, ovat tilanteessa, jossa muutos on ainoa vaihtoehto. ”Lännessä yritykset ovat liian varovaisia.­ Kaikki etsivät silmä kovana riskejä. Siitä on järki ja käytännöllinen ote liiketoimintaan kaukana. Riskit ovat osa elämää. Joka päivähän­ otamme riskejä poistuessamme kotoa. Ulkona voi sattua vaikka mitä, tiedä vaikka saisi tiilis­ kivestä päähänsä!” Büchele nauraa hetken, mutta ilme muuttuu pian vakavaksi. ”Vitsit sikseen. Yritysten on tarkistettava asennettaan.

Nykymeno ei ole kestävä.” ”Toivon, ettei minua ymmärretä väärin.

En ehdota, että kopioisimme Aasian yritysten VTT IMPULSSI

Wolfgang Büchele Kemian tohtori Wolfgang­ Büchele­on tehnyt­­pitkän uran BASF:n palveluksessa.­Kemiran johtoon saksalaissyntyinen­ Büchele­siirtyi unkarilaisesta­ Borsod­Chemistä, jossa hän ­toimi toimitusjohtajana ja ­hallituksen puheenjohtajana vuosina 2009– 2011. Büchele on ollut Kemiran hallituksen jäsen vuodesta­2009.

Kemiran toimitusjohtajan Wolfgang Büchelen mielestä vanhan ja uuden maailman välillä on selvä ero.

VTT IMPULSSI

3

Miten ansaita vedellä rahaa?

t­oimintatapoja. Kopiointi on huonoin vaihtoehto. Länsimaisten yritysten on kuitenkin ehdottomasti uudistuttava, kehitettävä uusi tapa toimia.”

Büchele innostuu kertomaan vesialan viimeaikaisista innovaatioista. Erinomaisena ­esimerkkinä uusimmista trendeistä hän nostaa esille NEWaterin, Singaporen vesilautakunnan kehittämän uutuuden. ”NEWater on käsiteltyä vettä – viemärivettä – joka on puhdistettu useiden eri toimenpiteiden avulla. Puhdistukseen on käytetty­ mikro­s uodatusta, käänteistä osmoosia ja ultravioletti­teknologiaa. Pääasiallisen kohderyhmän ­muodostavat teollisuuskäyttäjät, mutta ­veden sanotaan olevan juomakelpoista ja myös ­ihmisten käyttämää.”

Kemiran toimitusjohtajalla on selvä näkemys siitä, mitä tällaiset keksinnöt vaativat ­syntyäkseen: tutkimus- ja kehitystyö tuo tuloksia silloin, kun sitä ruokkii aito innostus. ”Jos halutaan päästä parhaisiin tuloksiin, on annettava tutkimustiimille selvät ja m ­ otivoivat tavoitteet sekä riittävästi liikkumavaraa.

Kemiran­tärkein voimavara on ihmistemme innostus ja ymmärrys siitä, miten tärkeää on löytää uusia tuotteita ja ratkaisuja alati kilpailuhenkisemmässä ja vaativammassa maailmassa.

Heidän tietotaitonsa ja asenteensa ovat kasvumme veturi. Meidän tehtävämme on varmistaa, että henkilöstöllä on tukenaan yritys, joka edistää tällaisia innovaatioita parhaalla mahdollisella tavalla.”

Seuraavat askeleet

Vesialan yrityksiä yhdistää nyt epätietoisuus, hyvässä ja pahassa. Mahdollisuuksia riittää – tulevaisuus saattaa olla hyvinkin valoisa – mutta juuri nyt kukaan ei uskalla arvailla, mitä huominen tuo.

Vesiturvallisuudesta on muodostunut uusi trendisana, ja vesijohtaminen on monen hallitus­ammattilaisen asialistalla strategisena kysymyksenä. Olisi todennäköisesti haastavaa­ löytää yritys, joka ei ole kiinnostunut vesi­ jalanjäljestään vuonna 2013. ”Veden merkitys kasvaa koko ajan, kaikkialla maailmassa. Aiheeseen liittyy kuitenkin 4

monia kysymysmerkkejä, pääasiassa se, miten ansaita vedellä rahaa,” Büchele toteaa.

Büchele korostaa, että kaikessa liiketoiminnassa on aina oltava maksumies. Hyvä tutkimus maksaa rahaa. ”Kemiran liiketoiminta vaatii hyvinkin erilaisia lähestymistapoja. Paperi- ja sellu­ teollisuus on liiketoimintavetoista, samoin ­kaivos- ja öljyteollisuus, jossa toimimme v ­ arsin kapealla, erityisosaamista vaativalla alueella, mutta jossa kasvunäkymät ovat hyvät. Puhtaan veden tuominen yhteisöjen ulottuville laajemmalla mittakaavalla on sen sijaan aina poliittinen kysymys. Liiketoiminta on mahdollista käytännössä ainoastaan silloin, kun viranomaiset rahoittavat hankkeita.”

Büchele on innoissaan käsillä olevasta haasteesta ja Kemiran vastikään terävöitetystä strategiasta. ”Veteen liittyy laajalti liiketoimintamahdollisuuksia. Meidän täytyy täsmentää entistäkin tarkemmin, missä haluamme olla mukana. Yrityksenä Kemira keskittyy veden laadun ja määrän hallinnan tuotteisiin ja sovelluksiin.”

Yksi Büchelen tavoitteista liittyy Kemiran toimintakenttään. ”Olemme vielä vahvasti Helsinki-keskeinen,­ kansainvälinen yritys. Seuraavaksi ­Kemira pistää uuden vaihteen silmään ja omaksuu ­globaalin näkökulman kaikkeen toimintaan.”

Büchele täsmentää, että globaali ei kuiten­ kaan tarkoita liiketoimintaa aivan kaikki­al­ ­la. Kemiralle läpinäkyvyys on ensisijainen arvo. ”Tietyillä maantieteellisillä alueilla läpi­ näkyvän liiketoiminnan menestyksekäs harjoittaminen olisi turhan haasteellista. Tässä menee raja. Kemira ei koskaan laita ansainta­ mahdollisuuksia eettisen liiketoiminnan edelle. ­Pitkällä aikavälillä se on ainoa kestävä ratkaisu.­­Terävöitetty strategiamme luo puitteet globaalille, rehdille liiketoiminnalle.”

Strateginen tutkimus on Büchelen mukaan kriittinen uuden kasvun mahdollistaja ja keino erottautua kilpailijoista. Kemiran tavoitteena on investoida niin omaan tutkimus- ja kehitys­ työhön kuin yhteistyöhankkeisiin johtavien ulko­puolisten asiantuntijoiden kanssa.

VTT IMPULSSI

Büchelelle on tärkeää, että tutkimusportfoliossa on sekä lyhyen että pitkän aikavälin hankkeita. ”Yritän aina pitää katseeni tiukasti ylihuomisessa”, Büchele kertoo. ”Yhteistyöhankkeet, kuten yhdessä VTT:n kanssa perustamamme SWEET-vesitutkimuskeskus, ovat opettaneet meitä luomaan­toimivia ja kaikille osapuolille palkitsevia kumppanuuksia. Näihin panostamme ­jatkossakin etsimällä parasta mahdollista asian­tuntemusta ympäri maailmaa.”

Kemiralla on tulevaisuuden yhteistyö­ kuvioihin liittyen harras toive – ja viesti – ­tutkimusyhteisölle: ”Yhteistyö on tänä päivänä vielä hyvin pitkälle yritysten aloitteellisuuden varassa. Olisi hienoa, jos esimerkiksi VTT ja Tekes ottaisivat suoraan meihin yhteyttä ja kertoisivat yhteistyöhankkeista, joissa voisimme yhdistää osaamisemme. Tällainen kehitys tekisi minut hyvin iloiseksi”, Büchele pohtii.  Strateginen tutkimus on Wolfgang Büchelen mukaan uuden kasvun mahdollistaja ja keino erottautua kilpailijoista.

Muutosten aalto VESILIIKETOIMINTA ON MONENLAISTEN muutosten ­kourissa. Ala yhdentyy nopeasti, ja suurimmista toimijoista on kasvanut investointikyvyllään muut leikiten peittoavia jättiläisiä.­Länsimaisilla­yrityksillä on täysi työ pysyä aasialaisyritysten perässä innovaationopeudessa – ja paljon opittavaa siitä, mikä vie liiketoimintaa Aasiassa eteenpäin.

Monet muutkin tekijät pitävät vesialan yrityksiä varpaillaan. Sääntelyn määrä kasvaa koko ajan, ja monissa maissa infras­truktuuri on kipeästi uudistamisen tarpeessa.

Positiivinen, koko ajan kasvussa oleva trendi on yhteisöjen ja yritysten kiinnostus­veden säästämistä, vesitehokkuutta, veden kierrättämistä ja uudelleenkäyttöä kohtaan.

VTT IMPULSSI

5

LY H Y E S T I

M AT E R I A A L I T

Planck-luotaimen kartta kosmisesta mikroaaltotaustasäteilystä.

Herkkä radio kerää tietoa avaruuden pimeästä aineesta LISÄTIETOJA: JUSSI.TUOVINEN, JUSSI.TUOVINEN@VTT.FI KUVA: ESA

MAAILMAN HERKIN JA TARKIN radiovastaanotin on kiertänyt ESAn Planck-luotaimessa aurinkoa 1,5 miljoonaa kilometriä maasta sijaitsevalla L2-radalla touko­ kuusta 2009 lähtien. Suomalaisvalmisteinen radio­ vastaanotin mittaa kosmista mikroaaltotaustasäteilyä.

Viimeisten, tänä keväänä tehtävien mittausten avulla voidaan tarkentaa maailmankaikkeuden ikää, geometriaa sekä näkymättömän pimeän aineen ja pimeän energian määrää. Maailmankaik ­keuden ikä tarkentuu. Herkkyyttä ja tarkkuutta tarvitaan maailmankaikkeuden ensimmäisen ja vanhimman signaalin mittaamiseen, joka on peräisin alkuräjähdyksestä ja matkannut avaruudessa lähes 14 miljardia vuotta.

6

Pimeää ainetta ei pysty havainnoimaan, vaan sen vaikutus näkyy epäsuorasti esimerkiksi galaksien liikkeessä. Kaikkialla olevaa näkymätöntä pimeää energiaa tarvitaan selittämään vuonna 1998 havaittu maailmankaikkeuden kiihtyvä laajeneminen.

VTT:n kehittämä radiovastaanotin on toiminut kaksi kertaa arvioitua pitempään. Teknologiaa voidaan hyödyntää tietoliikenneverkoissa, tukiasemissa, mobiilija elektroniikkalaitteissa, älykkäissä matkanopeussäätimissä sekä vaatteiden läpi näkevissä turvatarkastuslaitteissa.

70 gigahertsin radiovastaanottimen kehittämiseen osallistui 15 suomalaista tutkijaa VTT:n ja Aalto-yliopiston MilliLab-tutkimuslaboratorion johdolla.

VTT IMPULSSI

BIOTEKNIIKKA

M AT E R I A A L I T

Tehokkaat entsyymit korjuujätteiden käsittelyyn LISÄTIETOJA: KRISTIINA KRUUS, KRISTIINA.KRUUS@VTT.FI,

EUROOPPALAISET TUTKIJAT ovat kehittäneet tehokkaita entsyymejä, jotka vauhdittavat kasvibiomassojen muuntamista sokereiksi ja edelleen esimerkiksi bioetanoliksi. VTT:n koordinoimassa EU-projektissa kehitettiin muun muassa ligniiniä sietäviä entsyymejä sekä entsyymiseoksia kuusen, oljen, maissin lapakon ja vehnäleseen käsittelyyn.

Tutkijat keittivät tehokkaita entsyymejä ja erilaisiin raaka-aineisiin soveltuvia entsyymiseoksia maatalouden sivuvirtojen muuntamiseksi käymiskelpoisiksi sokereiksi ja edelleen esimerkiksi bioetanoliksi.

Raaka-aineena oli kasvibiomassa, joka sisältää vaikeasti hajotettavaa mutta runsaasti saatavilla olevaa lignoselluloosaa.

Hollantilainen Dyadic kaupallistaa parhaillaan projektissa kehitettyjä entsyymejä.

LÄÄKETIEDE

Jatkuvatoiminen valmistuslinjasto tehostaa lääketuotantoa

Biohajoavia vaippoja kierrätyskartongista LISÄTIETOJA: ALI HARLIN, ALI.HARLIN@VTT.FI

KIERRÄTYSPAPERIA JA -KARTONKIA voidaan nyt ensimmäistä kertaa hyödyntää kuitukankaan raaka-aineena esimerkiksi vaippojen, terveyssiteiden ja siivouspyyhkeiden valmistamiseksi. VTT:n kehittämällä menetelmällä kartonkipohjaisen kuitukankaan valmistuskustannukset ovat noin 20 prosenttia puupohjaista menetelmää alhaisemmat.

Kuitukankaiden raaka-aineina käytetään yleensä luonnossa hajoamatonta polyesteria tai polypropeenia. Niistä valmistetaan muun muassa. hygienia- ja kodinhoitotuotteita, jotka yleensä päätyvät kaatopaikoille. Biopohjaisten kuitukankaiden tuloa markkinoille ovat jarruttaneet korkeat tuotantokustannukset.

LISÄTIETOJA: MIKKO JUUTI, MIKKO.JUUTI@VTT.FI

KUOPIOON on valmistunut uudenlainen jatkuvatoiminen lääkkeenvalmistuslinjasto, joka on ainoa laatuaan Euroopassa. Jatkuvatoimisella valmistuksella pyritään yksinkertaistamaan ja nopeuttamaan lääketuotantoa sekä vähentämään väli- ja lopputuoteanalytiikkaa. Tämän mahdollistavat osaprosessien laatua jopa reaaliajassa mittaavat järjestelmät.

PROMIS Centren tutkimus- ja kehityskäyttöön tarkoitettu linjasto palvelee myös lääketeollisuutta, jolle jatkuvatoiminen valmistus tarjoaa mahdollisuuden tehokkaampaan lääketuotantoon.

PROMIS Centre on Itä-Suomen yliopiston, VTT:n ja Savonia-ammattikorkeakoulun perustama tutkimuskeskus, joka kehittää lääkkeenvalmistuksen prosesseja ja mittausmenetelmiä.

VTT IMPULSSI

L I S ÄT T Y T O D E L L I S U U S

Aikahyppy 1700-luvun Turkuun LISÄTIETOJA: SEPPO VALLI, SEPPO.VALLI@VTT.FI

MATKAILIJA NOSTAA matkapuhelimen silmiensä eteen ja katsoo sen kautta Aurajoen rantanäkymää. Laitteen kamera kuvaa maisemaa, mutta matkailija näkee nykyisten rakennusten lisäksi Turun Pennisillan entisellä paikallaan sellaisena kuin se oli 1700-luvulla.

Näkymään voidaan laitteiden ja ohjelmistojen kehittymisen myötä sijoittaa virtuaalihahmoja oppaiksi tai dramatisoimaan historiallisia tapahtumia. Tavoitteena on saada matkailija kokemaan olevansa menneisyyden Turussa ja seuraavansa vuosisatojen takaista elämänmenoa.

Pennisilta on hyvä esimerkki siitä, miten Turun yliopisto ja VTT kehittävät Futuristic History -hankkeessa lisätyn todellisuuden käyttömahdollisuuksia ja liiketoimintamalleja matkailussa ja historiallisten kohteiden esittelyssä. Hankkeessa tutkitaan erilaisten liiketoimintamallien soveltuvuutta kohteisiin ja kaupalliseen toimintaan kansainvälisilläkin markkinoilla.

Tutkimushankkeen päärahoittaja on Tekes. Mukana hankkeessa on joukko yrityksiä ja julkisia toimijoita eri aloilta.

7

LY H Y E S T I

M AT E R I A A L I T

LIIKENNE

Grafeenista taipuisaa elektroniikkaa LISÄTIETOJA: VLADIMIR ERMOLOV, VLADIMIR.ERMOLOV@VTT.FI

YHDEN ATOMIKERROKSEN paksuinen hiilikalvo – grafeeni – on materiaalitieteen kuumimpia tutkimuskohteita. Chalmersin teknillisen korkeakoulun koordinoima grafeenihanke on valittu toiseksi EU:n lippulaivahankkeeksi. Hankkeelle on luvassa rahoitusta miljardi euroa kymmeneksi vuodeksi.

VTT:llä on tärkeä rooli projektikokonaisuudessa, jossa pureudutaan taipuisan elektroniikan kehittämiseen. VTT keskittyy grafeenin prosessointiin, laitteiden kehittämiseen, karakterisointiin sekä demonstrointien toteuttamiseen. Kehityskohteisiin kuuluvat myös grafeenipohjaiset taipuisat energiaratkaisut, antennit, sensorit, läpinäkyvät johteet sekä energiaa varastoivat komponentit.

VTT:n kanssa samassa työpaketissa ovat mukana Nokia, STM, LETI, CNR, Graphenea, Varta sekä Cambridgen ja Lillen yliopistot.

LIIKENNE

Passintarkastus automatisoituu EU:ssa LISÄTIETOJA: SIRRA TOIVONEN, SIRRA.TOIVONEN@VTT.FI

ITSEPALVELUAUTOMAATTIEN ennakoidaan lisääntyvän Euroopan unionin ulkorajan rajanylityspaikoilla. VTT kumppaneineen kehittää EU:n FastPass-hankkeessa yhä luotettavampaa teknologiaa matkustajan tunnistamiseksi lentoasemilla ja muilla rajanylityspaikoilla.

Hankkeessa kehitettävät laitteet perustuvat teknologioihin, jotka tunnistavat matkustajan hänen kasvojensa ja sormenjälkiensä perusteella. Biometrinen passi sisältää mikrosirun, jonka tiedot itsepalveluautomaatissa oleva laite lukee.

Automaatti vertaa ottamaansa kasvokuvaa ja passin sirulla olevia tietoja toisiinsa.

FastPass-järjestelmä testataan ja arvioidaan useassa kohteessa kolmessa EU-maassa.

8

Varo! Tie on liukas LISÄTIETOJA: KIMMO ERKKILÄ, KIMMO.ERKKILA@VTT.FI

VTT:N KEHITTÄMÄ ajoneuvojen liukkauden tunnistusjärjestelmä auttaa vähentämään liukkailla keleillä aiheutuvia henkilövahinkoja ja peltivaurioita.

Järjestelmän ansiosta ajoneuvon kuljettaja saa nopeasti ennakkotiedon tien liukkaustasosta. Tieto saapuu kuljettajan päätelaitteelle esimerkiksi varoitusvaloina, ääninä, tekstinä tai symboleina.

Liukkaudentunnistus perustuu menetelmään, jossa reaaliaikaiset liukkaustason muutokset tunnistetaan auton omien anturien mittaamien tietojen perustella. Järjestelmä mittaa tien liukkautta muutaman kilometrin ajon perusteella.

Järjestelmää on toistaiseksi sovellettu vain kuorma-autoihin, mutta se soveltuu myös muihin raskaisiin ajoneuvoihin sekä henkilöautoihin merkistä riippumatta. Menetelmän toimivuutta on testattu kenttäolosuhteissa Itella Logistiikan ja EC-Tools Oy:n sekä Nokian Renkaiden kanssa. Kehitystyön päärahoittaja on ollut Tekes.

E L I N TA R V I K K E E T

Ahvenanmaan hylkyolut uudelleentuotantoon LISÄTIETOJA: SEPPO VALLI, SEPPO.VALLI@VTT.FI

MAAILMAN VANHIMPIIN kuuluva olut rekonstruoidaan ja otetaan uudelleen tuotantoon kesällä 2014. Olut on peräisin 1840-luvulla uponneen laivan hylystä, jonka sukeltajat löysivät Ahvenanmaan eteläpuolelta kesällä 2010.

Oluen koostumus on sittemmin perusteellisesti analysoitu VTT:n laboratorioissa moderniin teolliseen tuotantoon soveltuvan reseptin uudelleen luomiseksi.

Stallhagenin panimo rekonstruoi reseptin VTT:n tutkimukseen perustuvan selonteon perusteella ja kehittää vanhasta oluesta uuden tuotantokelpoisen version. Hylkylöydöksen omistaja, Ahvenanmaan maakuntahallitus, on päättänyt, että osa historiallisen oluen tulevista myyntituotoista ohjataan ympäristön hyvinvointia lisääviin toimiin.

Tutkimushankkeen päärahoittaja on Tekes. Mukana hankkeessa on joukko yrityksiä ja julkisia toimijoita eri aloilta.

VTT IMPULSSI

KOLUMNI

Olli Ernvall päätoimittaja VTT Impulssi

Quo vadis, Suomi?

Portinvartijan huoneentaulu sanoo: Jos tiedät, minne menet, kerro. Jos et tiedä, minne menet, älä mene. Tiedetäänkö Suomen kansantaloudessa, minne nyt ollaan menossa ja minkälaisella ajoneuvolla matka taittuu?

Monilla Euroopan talouksilla päämäärä on epäselvä ja kartta puuttuu. Miten kiihdyttää, jos kone yskii? Miten hankkia polttoainetta, jos ei ole maksukykyä? Onneksi Suomessa eivät asiat ole näin huonosti. Talouspoliittisen kartan piirtäminen­on nyt kuitenkin erittäin haastavaa.

Tehtävä vaatii sekä terävää kynää että tietoa siitä, missä kulkevat kestokyvyn rajat.

Keskeisin ja pitkävaikutteisin keino nousta talouden alamäestä on uusien kasvualojen ­löytäminen, synnyttäminen ja kasvattaminen.

Se vaatii poliittista tahtotilaa mutta myös saumatonta yhteistoimintaa VTT:n tapaisten tutkimusorganisaatioiden ja yrityselämän välillä.

Teknologiatoimialat ovat pitäneet Suomen kansantalouden kasvu-uralla, ja näin on ­varmasti jatkossakin. Vaikka palvelut muodostavat kaksi kolmasosaa bruttokansantuotteestamme ja tämä osuus kasvaa edelleen, suuri osa bruttokansantuotteestamme on rakennettu juuri korkean­teknologian tuotteiden ja niiden viennin varaan.

Helmikuussa 2013 Suomessa oli 2,4 miljoonaa työssä käyvää henkilöä. Maamme on innovaatiotalous, joten lähes kaikki työntekijät ovat tavalla tai toisella tekemisissä innovaati­oiden kanssa. Karkeiden arvioiden mukaan suurin osa, noin 80 prosenttia työpaikoistamme on syntynyt­innovaatioista tai niiden hyödyntämi-

VTT IMPULSSI

sestä. Innovaatiot­toisin sanoen työllistävät lähes 1,9 miljoonaa suomalaista.

Onko innovaatiotalous sattumaa? Ei varmasti. Se on tulosta siitä tahtotilasta, joka valittiin 1980-luvun puolivälin jälkeen. Järjestelmällisillä T&K-panostuksilla haluttiin silloisessa taantumassa luoda Suomeen kilpailukykyä ja kansain­ välistä menestystä. Tällä hetkellä korkean tekno­logian toimialat työllistävät noin 120 000 henkilöä. Suurin osa Suomen viennistä rakentuu korkean teknologian ja siitä saatavien vienti­ tuotteiden varaan. Luvut herättävät ajatuksia.

Eikö samoja valintoja kannattaisi korostaa myös nyt, kun tilanne Suomen talouskartalla on epäselvä ja monet muutkin maat kilpailevat kanssamme samoista talousreviireistä ja piirtävät omia talouspoliittisia rajojaan?

Suomi on tunnettu innovaatioita ruokkivasta toiminnastaan. Olemme pitkään systemaattisesti investoineet yli 3–4 prosenttia kansan­ tuotteestamme tutkimukseen ja kehitykseen.

Näin olemme pitäneet kilpailukykyämme yllä ja taloutemme lennossa.

Tässä hankalassa taloustilanteessa T&K:n vähättelyyn ei ole varaa. Keskittymällä biotalouden kaltaisiin kasvualoihin ja panostamalla tutki­ mukseen ja kehitykseen annamme sekä kotimaisille yrityksille että ulkomaisille investoijille selvän signaalin siitä, että Suomi on tiensä valinnut.­ Suomen tie vie menestykseen, jossa syntyy ­työpaikkoja ja hyvinvointia. Maailman huippuosaajien kannattaa tulla Suomeen kauempaakin, tekemään työtä ja opiskelemaan. Suomi on vakaa talous, johon kannattaa sijoittaa.

9

10

VTT IMPULSSI

Teksti Kari Ahokas Kuvat Marjut Hetunen/EK, Anssi Kienanen, iStockphoto

EK:n Jyri Häkämies:

Tuottavuutta läpitunkevasta ICT:stä Miten sysätään Suomen tuottavuus uuteen nousuun? Yksi kasvun mahdollistaja on ympäristöä säästävä teknologia, cleantech.

VTT IMPULSSI

11

Suomi voisi olla cleantechissä kokoaan suurempi.

N

yt on vakava paikka. Meidän on saatava ­aikaiseksi käänne. Sitä eivät tee Suomen ulko­puoliset tahot”, Elin­keinoelämän keskusliiton EK:n toimitusjohtaja Jyri Häkämies sanoo huoneessaan Helsingin Etelä-

rannassa.

Häkämies puhuu Suomen tuottavuuden romahtamisesta. Vuosien 2007–2009 rajun ­pudotuksen jälkeen tuottavuus on taas varovaisesti kohentunut, mutta etumatka kilpailijoihin ­menetetty.

EK:n ensisijainen resepti kilpailukyvyn­ ­e lvyttämiseen on palkkamaltti ja työurien ­p identäminen. Etlan mukaan työvoima­ kustannuksemme ovat kasvaneet enemmän kuin OECD-maissa keskimäärin, mikä on heikentänyt myös kilpailukykyämme.

Ja EU:n talousongelmat ovat toki jokaisen vientimaan riesana.

”Euroopan keskuspankin toimet ovat vähän­ rauhoittaneet tilannetta. Perusongelmat, kuten ylivelkaantuminen ja pankkien tilanne, ovat kuitenkin yhä olemassa. Kukaan ei ennusta ­Euroopan tilanteen parantuvan niin merkittävästi, että se korjaisi vientinäkymiämme”, ­Häkämies sanoo. Siispä on kiinnitettävä huomioita sisäisiin kustannustekijöihimme, joista palkat ovat merkittävimpiä.

Tuottavuutta teknologialla

Häkämiehen mukaan paljon on tehtävissä myös panostamalla sellaiseen osaamiseen, joka kasvattaa tuottavuutta läpi toimialojen. ”On tärkeää, että esimerkiksi lunastamme uudelleen edelläkävijyyden tieto- ja viestintä­ tekniikassa. Se on merkittävä tuottavuuden lähde muillakin sektoreilla”, Häkämies sanoo.

EK ei usko, että minkään tietyn toimialan yrityksiä olisi syytä sen ihmeemmin suosia.

Tarvitaan pikemminkin suotuisia puitteita kaikille. ”Panostukset tiettyihin osaamisalueisiin luovat yrityksille mahdollisuuksia niiden soveltamiseen.” Markkinataloudessa pärjäävät ne yritykset, joilla on parhaat ideat. ”Kaikki kulminoituu sanoihin kasvu ja ­uudistuminen. VTT on tärkeä työkalu uudis-

Jyri Häkämies neuvoo panostamaan osaamiseen, joka kasvattaa tuottavuutta läpi toimialojen.

12

VTT IMPULSSI

tumisessa; tutkimustiedon ja yritysten kehitys­ hankkeiden dynamona”, Häkämies sanoo. Hän näkee paljon mahdollisuuksia vanhoillakin toimi­aloilla juuri uudistumisen avulla. Kyse on hänen mukaansa älyn lisäämisestä olemassa oleviin rakenteisiin. ”Uskon, että suuri muutos tapahtuu, kun äly menee niin pitkälle, että vaikkapa energia­ puolella kotitalous tietää paitsi kulutuksensa, myös vallitsevan hinnan. Että hei, hinta on nyt piikissä, mennäänkin saunaan vasta vähän ajan päästä”, Häkämies visioi.

Uusia mahdollisuuksia

ICT-alan lisäksi metsäteollisuuden vienti on hiipunut. Häkämies miettiikin, mitä voisi olla metsäteollisuuden menestyksellinen uusiutuminen. Biopolttoaineita? Mahdollisesti. Se on ­ainakin selvää, että sanomalehtipaperin kulutus­ ei kasva.

Cleantech on puhtain vaihtoehto Puhtaat teknologiat eli cleantech tarkoittavat kaikkia tuotteita, palveluita, prosesseja ja järjestelmiä, joiden käytöstä on vähemmän haittaa ympäristölle kuin niiden vaihtoehdoista. Puhtaat teknologiat tuovat asiakkaalle lisäarvoa ja samalla vähentävät haitallisia ympäristövaikutuksia joko suoraan tai arvoketjun kautta.

Lähde: Sitra

VTT IMPULSSI

13

Teknologia auttaa ympäristöä – mutta ei yksin riitä YMPÄRISTÖJÄRJESTÖ WWF SUOMEN pääsihteeri Liisa Rohweder suhtautuu myönteisesti ympäristöteknologian mahdollisuuksiin. ”Yritykset voivat ehdottomasti saavuttaa kilpailuetua ympäristöteknologian avulla. Sen käyttöönotto tehostaa yleensä toimintaa ja tuo kustannussäästöjä. Ympäristöteknolo­gialla voidaan vähentää energian ja materiaalien kulutuksen tarvetta”, Rohweder sanoo.

Tarve cleantechille on todellinen.

WWF:n mukaan ihmisten ekologinen jalanjälki on liian suuri, ja se kasvaa jatkuvasti.

Ihmiskunta käyttää tällä hetkellä resursseja puolentoista maapallon edestä; suomalaiset korkean elintason kylmässä maassaan peräti kolmen maapallon edestä. Tavoitteena on, että vuonna 2050 resursseja kulutettaisiin vain yhden maapallon edestä.

Teknologia auttaa tässä, mutta se ei yksin riitä. Kulutusta on vähennettävä.

Liian hidasta kehitystä Energia- ja materiaalitehokkuus on jo kehittynyt mutta hitaasti. Tuotantomäärien kasvaessa luonnonvarojen kokonaiskulutus on kasvanut.

Innovaatiot, joiden avulla energiaa ja materiaaleja voidaan hyödyntää entistä tehokkaammin, ovat välttämättömiä. Lisäksi talouden on muututtava vähemmän energia- ja luonnonvaraintensiiviseksi. ”WWF:n tavoitteena on, että vuonna 2050 lähes koko energiantuotanto perustuisi uusiutuviin energianlähteisiin”, Rohweder sanoo.

Planeetta ei kestä nykymenon jatkuessaan aiheuttamaa neljän asteen lämpötilan nousua.

Ekosysteemien ja ruuantuotannon romahdusten myötä myös ihmiselämä kävisi hyvin hankalaksi.

Uusiutuvan energian yleistymisen tiellä on kuitenkin esteitä.

Rohweder ihmettelee, miksi fossiiliset poltto­aineet saavat yli 400 miljardin dollarin julkiset tuet vuosittain eri puolilla maailmaa, kun uusiutuvien energiamuotojen tuki jää noin 60 miljardiin. Nykyinen päästöluvan alhainen hinta ei kannusta uusiutuviin energialähteisiin.

14

Luvan hinnan nosto lisäisi puhtaan teknologian kilpailu­k ykyä. ”Jos Espanja ja Puola eivät tukisi kaivoksiaan, joista tuodaan meillekin paljon kivihiiltä, kivihiilen hinta olisi korkeampi. Se taas avaisi tietä uusiutuville energiamuodoille”, Rohweder sanoo.

Hän mainitsee esimerkkinä Tanskan, joka on sitoutunut ainoastaan uusiutuvan energian käyttöön vuoteen 2050 mennessä. Maahan nousi syksyllä Siemensin ensimmäinen prototyyppi kuuden megawatin tuulivoimalasta, joita on nyt myyty 300 kappaletta Britanniaan. ”Tämä osoittaa, että innovaatioiden kehitys vaatii koemarkkinoita”, Rohweder sanoo. Suomen linja, jossa ydinvoima vie mahdollisuudet uusiutuvalta energialta, ei saa häneltä kiitosta.

Kaikella on ympäristövaikutuksensa Uusiutuvan energian käyttöönkin liittyy haasteita. Esimerkiksi Suomessa metsäbiomassa on suhteellisen helposti käytettävissä energian­tuotantoon, mutta metsien monimuotoisuuden väheneminen tarkoittaa, että metsänkäytön tasoa pitäisi pikemminkin laskea. ”Kaikella energiantuotannolla on ympäristövaikutuksia”, Rohweder muistuttaa. Vaikkapa puhtaaksi mielletty aurinkoenergia ei ole ongelmaton sekään. Aurinkopaneeleihin tarvitaan kaivosteollisuuden tuotteita. Väärin sijoitettu tuulivoimala voi olla uhka merikotkille ja siten luonnon monimuotoisuudelle.

Vaikka ympäristöteknologia on hyvästä, Rohwederin mukaan se ei yksin riitä pelastamaan luontoa. ”On hyväksyttävä niukkuus läpitunkevana asiana. Tämän ymmärtävät yritykset voivat vaikkapa kehittää vähähiilisiä, pitkälle jalostettuja tuotteita ja kokonaan uudenlaisia liiketoimintamalleja”, Rohweder miettii.

Rohwederin mukaan visioita on kehitetty jo tarpeeksi. Nyt tarvitaan ratkaisuja. ”Korostan hallituksen vastuuta. Suuret kysymykset on helppo jättää seuraavalle, mutta nyt tarvitaan vahvaa päättäväisyyttä esimerkiksi metsä- ja ilmastolakeihin liittyvissä kysymyksissä. Luonto ei voi enää odottaa.”

VTT IMPULSSI

”On hyväksyttävä niukkuus kautta linjan.”

Perinteisistä tuotteista kuitenkin esimerkiksi pakkauskartongilla on maailmalla kova ­kysyntä, ja se on tuote, jota voisi kehittää edelleen. Suuri osa maailman ruuasta kun pilaantuu juuri pakkausongelmien vuoksi. Suomessa on kehitetty pitkälle älytarroja, jotka esimerkiksi pystyvät varoittamaan, jos kylmäketju on vaarassa katketa.

Yksi Suomen mahdollisuus voisi olla ­uusiutuvassa energiassamme. ”Minulle oli yllätys edellisessä työssäni elinkeinoministerinä, että tapaamani yhdysvaltalaisten suuryritysten johtajat kertoivat olevansa kiinnostuneita ­Suomessa erityisesti uusiutuvasta energiantuotannostamme”, Häkämies sanoo.

Sillä, miten energia on tuotettu, on koko ajan enemmän merkitystä ympäristötietoisessa­ yhteiskunnassa. Google on markkinoinut ­Haminan-palvelinkeskustaan ympäristöystävällisenä. Kyseessä on yhtiön mukaan maailman­ ainoa merivesijäähdytteinen datakeskus.

Puhdasta tuotantoa

Ympäristöä säästävä teknologia, cleantech, on Häkämiehen mukaan noussut yhdeksi Suomen kärkitoimialoista. ”Sellukylässä syntyneenä ja kasvaneena muistan, kun 1970-luvulla autot saattoivat olla heinäkuussa kuin lumen peitossa. Jotain sieltä tehtaanpiipuista tuli. Tänä päivänä tilanne on toinen.” Häkämiehen mukaan metsäteollisuutemme on nyt varmasti maailman puhtainta.

VTT IMPULSSI

15

Cleantech vientiin yhteishankkeina VTT:N TIETEELLINEN JOHTAJA AnneChristine Ritschkoff kannustaa suomalaisia ympäristöteknologian yrityksiä vientiin. ”Kotimarkkinamme ovat niin pienet, että vientiä on käytännössä pakko olla”, Ritschkoff sanoo.

Suomella on puhtaan maan maine, mitä cleantech-viennissä kannattaisi hyödyntää mahdollisimman reippaasti, Ritschkoff vinkkaa. ”Puhtauden markkina-arvo on suuri.”

Esimerkkinä Ritschkoff mainitsee suomalaisen ruuan hyvän maineen ja suuren kysynnän Venäjällä.

Ritschkoff painottaa eri toimialojen rajat ylittävän yhteistyön merkitystä. Hyviä tuloksia on saavutettu esimerkiksi ekokaupunkihankkeissa, joita suomalaiset ovat toteuttaneet Kiinassa. Kokonaisvaltaisessa projektissa rakennetaan ympäristöystävällinen kaupunki infroineen ja vesihuoltoratkaisuineen. ”Suomessa osataan tehdä tämäntyyppisiä asioita. Pitäisi miettiä, miten rakennettaisiin enemmänkin tällaisia vientituotteita monen eri sektorin välisenä ja läpimenevänä yhteistoimintana”, Ritschkoff sanoo.

Suomessa on entuudestaan vahva perinne tehdä esimerkiksi ympäristöteknologian tutkimusta korkeakoulujen, VTT:n kaltaisten

Cleantechin kehitys Suomessa on hyötynyt vahvasta insinööriosaamisesta. Maailmalla on kysyntää. Globaali huoli ilmastosta on tuskin jäänyt keneltäkään huomaamatta. ”Suomi voisi olla cleantechissä kokoaan suurempi”, Häkämies miettii.

Yksi ympäristöön liittyvä Suomen erottuvuustekijä on sijaintimme Venäjän läheisyydessä. ”Ajatelkaapa, kun tulevina vuosikymmeninä­ Venäjän ympäristösääntely kehittyy elin­tason nousun myötä. Cleantechillemme avautuu­ 16

tutkimuslaitosten ja yritysten yhteishankkeissa. ”Nyt, kun toimialat ovat murroksessa, yrityksiltä vaaditaan ehkä vähän enemmän rohkeutta uusien lähtöjen etsimiseen. Mutta myös uusissa rajapinnoissa piilevät mahdollisuudet ovat melkoiset”, Ritschkoff sanoo.

Esimerkiksi Kemira on käynyt läpi muutosprosessin eri kemikaalien valmistajasta nimenomaan vedenpuhdistuksen kemikaali- ja ratkaisutoimittajaksi.

Kasvu puhtaassa energiassa ja jätteiden hyötykäytössä Ritschkoffin mukaan cleantech-alalla kasvavat nopeimmin tällä hetkellä puhtaan energian ratkaisut, joista biopohjaiset liikennepolttoaineet olivat ensimmäinen selvään kasvuun lähtenyt biotalouden tuote. Lisäksi aurinkoenergian hyödyntäminen on nouseva alue, josta esimerkiksi Fortum on kiinnostunut.

Myös jätteiden hyötykäyttö kasvaa voimakkaasti.

Ritschkoff mainitsee edelläkävijänä Lahden Energian maailman ensimmäisen pelkästään kierrätyspolttoainetta käyttävän kaasuvoimalaitoksen. Se hyödyntää materiaalikierrätykseen kelpaamatonta, hyvin palavaa jätettä sähkön ja kaukolämmön tuotannossa.

Suomen cleantech-sektorin tekemän tutkimuksen mukaan ala kasvaa ennusteita nopeammin. Sen liikevaihto vuonna 2011 oli yli 20 miljardia euroa.

valtavat­ markkinat itänaapurin tuotannon ­uudistamisessa”, Häkämies uskoo.

Esimerkiksi Chile on jo hakeutunut läheiseen cleantech-yhteistyöhön Suomen kanssa, vaikkeivät maat lähinaapureita olekaan.

Suomalaista teknologiaa toimitetaan muun muassa Chilen kaivosalalle. ”Sitä ei aina hahmoteta, että kaivosalallamme on kansainvälistä kysyntää”, Häkämies sanoo. EK uskookin kaivosalaan, joka myös houkuttelee investointeja Suomeen. Yksittäiset ongelmat eivät keskusliiton mukaan saa vahingoittaa koko toimialaa.  VTT IMPULSSI

TIEDE

Sivut

18–36 VTT IMPULSSI – TIEDE

17

T I ETDI E D E

Teksti: Harri Setälä

Uusia hemi­selluloosa­pohjaisia materiaaleja puusta Puuaineksesta saadaan tutun selluloosan lisäksi raaka-aineeksi soveltuvaa hemiselluloosaa. Koivusta saatava hemiselluloosa on ksylaania, jota voidaan muokata moneen käyttöön sopivaksi.

S

uomessa ei ole öljyä, mutta täällä ­kasvaa puuta. Sitä on käytetty näihin päiviin asti teollisessa mittakaavassa pääosin ­rakennusmateriaalina, energian lähteenä tai paperin tuotannossa.

Tällä hetkellä suuntaus on kuitenkin hyödyntää mahdollisimman tarkkaan ja yhä tehokkaammin kaikki puu- tai kasviaineksen sisältämät komponentit erilaisten tuotanto­ prosessien ja tuotteiden lähtöaineina.

Tässä niin sanotussa biojalostamossa integroidaan biomassan käsittelyprosessit ja laitteistot tai tehtaat niin, että biomassasta voidaan tuottaa monipuolisesti lämpöä, energiaa sekä korkean jalostusasteen kemikaaleja ja tuotteita.

Biojalostamokonsepti on analoginen nykypäivän maaöljyyn perustuvalle polttoaineiden, kemikaalien ja materiaalien tuotantoketjulle.

Perinteikästä biotutkimusta Suomessa on jo usean vuoden ajan tutkittu puun kokonaisvaltaista hyödyntämistä muun muassa Future Biorefinery -ohjelmassa, jota Tekes ja FIBIC (Finnish Bioeconomy Clus18

ter) rahoittavat. Ohjelmaan osallistuu yliopistoja, tutkimuslaitoksia sekä useita metsä- ja kemian­alan yrityksiä. Vuonna 2009 alkanut viisivuotinen ohjelma on suuruudeltaan noin 50 m ­ iljoonaa euroa.

VTT osallistuu myös muihin samaan­ aihe­a lueeseen liittyviin kansallisiin ja kansainvälisiin­projekteihin ja ohjelmiin. VTT koordinoi esimerkiksi metsäalan Woodwisdom­ -tutkimusohjelmaan liittyviä projekteja, k­ uten ligniinin tutkimukseen ja hyödyntämiseen ­keskittyvää Prolignin-projektia ja puuperäisten­ rasvahappojen teolliseen hyödyntämiseen ­tähtäävää Grease-projektia.

VTT:llä on pitkät perinteet selluloosaja paperitutkimuksen alueella: viime vuosina ­tutkimuspanostus on selvästi vahvistunut erityisesti sen jälkeen, kun KCL yhdistyi VTT:hen ja Future Biorefinery -ohjelma käynnistyi.

VTT:n omia tutkimusavauksia on muun muassa Teolliset biomateriaalit -kärkiohjelma, jossa on tutkittu uusiutuvista raaka-aineista valmistettujen materiaalien teollista hyödyntämistä. Tarkoituksena on luoda kestäviä, biomassan käyttöä tehostavia arvoketjuja, alenVTT IMPULSSI – TIEDE

taa öljyriippuvuutta ja vähentää kulutuksen ­aiheuttamaa hiilijalanjälkeä.

Ohjelmassa kehitetään muun muassa biokuituihin, (nano)selluloosaan, biopohjaisiin monomeereihin ja -polymeereihin perustuvia­ uusia materiaaleja, niiden sovelluksia ja ­valmistustekniikoita.

Tutkimus jatkuu Bioeconomy-nimisenä uudessa nelivuotisessa kärkiohjelmassa, joka käynnistyi vuoden alussa.

Selluloosan ja koivun ksylaanin polysakkaridiketjujen rakenteet

Polysakkarideja puusta Puun pääkomponentit ovat polysakkaridit sellu­loosa ja hemiselluloosa sekä polyfenolinen ligniinipolymeeri. Näiden lisäksi kasvi­ materiaaleissa esiintyy myös muita biopolymeerejä, kuten polysakkarideja tärkkelys ja pektiini, sekä erilaisia proteiineja.

Selluloosan valmistuksessa puun keittoprosesseissa erottuu puukuiduista merkittävä­ määrä hemiselluloosaa ja ligniiniä sivu- ja jäte­virtoihin. Perinteinen paperin tuotantoprosessi on kehitetty yhden puun komponentin, selluloosan tehokkaaseen talteenottoon ja hyödyntämiseen, ja niinpä muut puun kompo­ nentit on tähän asti käytetty enimmäkseen energian­tuotantoon.

Joitakin esimerkkejä muistakin teollisista hyödyntämistavoista on, esimerkiksi ­ksylitolin tuotanto. Sen raaka-aineena käytettävä ksylaani-­hemiselluloosa voidaan erottaa ­esimerkiksi sulfiittikeittoprosessin jäteliemestä.

Ksylaanipolymeeri hydrolysoidaan ksyloosiksi, joka edelleen pelkistetään ksylitoliksi.

Selluloosa koostuu tietyllä tavalla toisiinsa sitoutuneista glukoosiyksiköistä (kuva 1).

Selluloosa on molekyylikooltaan tavallisesti hyvin suuri, ja se muodostaa toisiin selluloosa­ molekyyleihin sitoutuneena (nano)fibrillejä ja lopulta selluloosakuituja.

Selluloosa on kemiallisesti hyvin kestävää, eikä se esimerkiksi liukene veteen.

Myös glukoosiyksiköistä koostuva tärkkelys on käyttäytymiseltään toisenlaista. Tämä johtuu glukoosiyksiköiden välisestä erilaisesta sitoutumisesta ja tärkkelyksen rakenteen haaroittuneisuudesta. Tärkkelys liukenee lämmitettäessä veteen, ja se myös hajoaa selluloosaa helpommin. Siksi ihminen voi käyttää sitä ravintona ja energian lähteenä.

Hemiselluloosien koostumus on heterogeeninen, koska ne muodostuvat puu- tai VTT IMPULSSI – TIEDE

Kuva 1. Selluloosan ja ksylaanin rakenteet (Ac = asetyyliryhmä).

Suuntaus on hyödyntää kaikki puu- tai kasviaineksen sisältämät komponentit mahdollisimman tarkkaan ja tehokkaasti.

kasvi­lajista riippuen keskenään eri tavoin ja eri suhteissa sitoutuneista erilaisista monosakkarideista.

Tavallisimmat hemisellulooseissa esiintyvät monosakkaridit ovat glukoosi, galaktoosi ja mannoosi (heksooseja) sekä arabinoosi ja ksyloosi (pentooseja). Näiden lisäksi hemiselluloosissa esiintyy vähäisessä määrin muita monosakkarideja.

Puun solurakenteessa selluloosakuituja sitovat toisiinsa niiden pinnalla olevat hemiselluloosat ja kuitujen väliin sijoittuva puun ”liima-aine” ligniini. Lajista riippuen puussa on noin 20–30 prosenttia ligniiniä, 30–40 prosenttia selluloosaa ja 20–30 prosenttia hemisellulooseja.

Hemiselluloosat vaihtelevat puittain Havupuissa yleisimpiä hemiselluloosia ovat (galakto)glukomannaanit (GGM) ja lehtipuis19

TIEDE

sa (glukurono) ksylaanit ja esimerkiksi lehtikuusessa arabinogalaktaani. Molempia, sekä glukomannaaneja että ksylaaneja, on havu- ja lehtipuissa kuitenkin niin, että jompikumpi hemiselluloosatyyppi on yleensä vallitseva.

Männyssä ja kuusessa on myös merkittäviä määriä ksylaania, kun taas koivussa on vain vähäisessä määrin muita hemiselluloosia kuin ksylaania.

Eukalyptuspuun (Eucalyptus globulus) ksylaani on hyvin samankaltainen kuin meille tutun rauduskoivun (Betula bendula). Molemmissa on noin 20–25 prosenttia ksylaania.

Kuvassa 1 on esitetty koivusta eristetyn ksylaani-hemiselluloosan rakenne. Ksylaanissa on tyypillisesti yksi 4-metoksiglukuronihappomonomeeri (GlcA) sitoutuneena noin joka 10.– 15. ksylaaniyksikköön. Noin puolet ksylaanin hydroksyyliryhmistä on asetyloitunut (Ac).

Puun keittoprosesseissa ja myös muissa ksylaanin erotusprosesseissa nämä substituentit yleensä irtoavat ja jättävät jäljelle pelkän ksylaanirungon. Tämä muuttaa koivun ksylaanin veteen liukenemattomaksi.

Hemiselluloosat ovat kuitenkin usein vesi­ liukoisia. Esimerkiksi kuusen galaktogluko­ mannaani voidaan uuttaa puumateriaalista kuuman veden avulla.

Lehtipuissa (koivu, eukalyptus, pyökki, haapa) esiintyvien ksylaanien molekyylipai-

Ksylaanin kemiallinen muokkaaminen

Kuva 2. Ksylaanin esteröinti (i) asetyylikloridilla tai (ii) asetanhydridillä ja eetteröinti joko (iii) metyylijodidilla (Williamsonin eetteröinti) tai (iv) hydroksialkylointi käyttäen etyleenioksidia.

20

not vaihtelevat karkeasti ottaen välillä 10 000–­ 40 000 g/mol (Mw) ja ovat selluloosaan ­verrattuna pieniä.

Tieteellisissä artikkeleissa ilmoitettuun molekyylipainoon vaikuttavat suuresti muun muassa ksylaanin eristysmenetelmä ja käytetty analyysimenetelmä. Samasta kasvimateriaalista­ eristetyn ksylaanin molekyylipaino voi vaihdella suurestikin julkaisusta toiseen.

Hemiselluloosien eristäminen Hemiselluloosat, kuten galaktoglukomannaani ja ksylaani, voidaan eristää puusta kuumavesiuutolla. Ksylaani voidaan uuttaa puusta myös poolisilla orgaanisilla liuottimilla tai alkalisella vesiuutolla.

Alkalinen uuttomenetelmä on patentoitu vuonna 1995. Sillä uutettu ksylaani ei ole enää vesiliukoista, sillä sen luonnolliset substituentit (GlcA ja Ac) ovat irronneet ksylaanirungosta.

Uutettu ksylaani voidaan puhdistaa joko saostamalla se neutraloidusta uutteesta tai orgaanisen liuottimen avulla tai ultrasuodattamalla. Hemiselluloosa voi myös uuttomenetelmästä riippuen hydrolysoitua oligomeereiksi ja/tai monosakkarideiksi asti.

Ksylaanin kemiallinen muokkaus Polysakkaridien kuten selluloosan kemiallinen muokkaus on useimmiten välttämätöntä haluttujen ja paranneltujen tuoteominaisuuksien aikaansaamiseksi. Eräitä yleisimpiä selluloosajohdoksia ovat selluloosa-asetaatti (CA), karboksimetyyliselluloosa (CMC) ja hydroksietyyli- ja hydroksipropyyliselluloosat (HEC/HPC).

Alkalisella menetelmällä uutettu ksylaani­ joudutaan muokkaamaan kemiallisesti, jotta­sitä voitaisiin käyttää edelleen raakaaineena­erilaisissa käyttökohteissa, esimerkiksi­ ­p innoitemateriaalien sideaineena tai bio­ muovien komponenttina. Yleisimpiä kemiallisia muokkausmenetelmiä ovat esteröinti ja eetteröinti. Kuvassa 2 on esitetty kummastakin ­menetelmästä muutama esimerkki.

Ksylaanin hydroksyyliryhmät voidaan­ ­e steröidä yksinkertaisimmillaan niin, että­ ­ksylaanin eristys- ja puhdistusmenetelmissä­ menetetyt asetyyliryhmät palautetaan ksylaani­runkoon.

Täydellinen hydroksyyliryhmien ­esteröinti yleensä parantaa polysakkaridin liukoisuutta­ orgaanisiin liuottimiin, ei niinkään enää VTT IMPULSSI – TIEDE

veteen.­ Esteröinti lisää hydrofobisuutta ja ­parantaa näin termoplastisia ominaisuuksia ja yhteensopivuutta muun muassa kaupallisten polymeerilaatujen kanssa.

Pelkkä ksylaaniasetaatti ei useimmiten riitä haluttujen tuoteominaisuuksien saavuttamiseksi, vaan usein on syytä käyttää myös muita, pitempiketjuisia rasvahappoja yhdessä asetyyliryhmän kanssa. Tästä hyvänä esimerkkinä on kaupallinen selluloosa-asetaatti-butyraatti (CAB).

Eetteröinti voidaan tehdä käyttämällä niin sanottua Williamsonin eetteröintimenetelmää tai hydroksialkylointia, joista esimerkit kuvassa 2.­ Hydroksialkyloinnissa epoksiryhmän sisältävä reagenssi, kuten kuvan 2 etyleenioksidi,­ reagoi ksylaanin hydroksyyliryhmien kanssa.

Samalla muodostuu uusi hydroksyyliryhmä epoksirenkaan avautuessa.

Hydroksialkyloinnin etuna on, että se ei ole läheskään niin herkkä veden aiheuttamille sivureaktioille kuin esteröintimenetelmät tai Williamsonin eetteröinti ja reaktio voidaan tehdä alkalisessa vedessä. Lisäksi tuotteen liukoisuusominaisuudet eivät muutu niin radikaalisti kuin muissa menetelmissä.

Monet tämäntyyppiset ksylaanijohdannaiset­ ovat hyvin veteen liukenevia (10–20 p-%) samalla tavoin kuin kaupallisesti saatavat ­hydroksietyyli- ja hydroksipropyyliselluloosat.

Samalla ne voivat olla myös suhteellisen hyvin liukoisia joihinkin poolisiin orgaanisiin liuottimiin, kuten etanoliin ja dimetyyliasetamidiin, aivan samalla tavoin kuin vastaavat selluloosajohdannaisetkin. Tämä ominaisuus johtaa muun muassa siihen, että niiden kemiallinen jatkomuokkaus on helpompaa kuivassa orgaanisessa liuottimessa ilman veden häiritsevää vaikutusta.

Yhdistämällä erilaisia kemiallisia muokkaus­ menetelmiä ja käyttäen kaupallisesti saatavilla olevia reagensseja voidaan periaatteessa saada aikaan lukematon määrä erilaisia ksylaanijohdannaisia. Tämä mahdollistaa tarvittavien materiaaliominaisuuksien räätälöinnin käyttökohteen vaatimusten mukaisiksi.

Pelkästään hydroksipropyloinnin tai hydroksietyloinnin substituutioastetta vaihtelemalla voidaan vaikuttaa merkittävästi­ ksylaanieetterien termoplastisuuteen ja liukoisuus­ominaisuuksiin.

Epoksireagenssien käyttöön perustuva ksylaanien muokkausmenetelmä on osoittauVTT IMPULSSI – TIEDE

Puusta on alettava valmistaa korkean jalostusasteen tuotteita ajatuksella ”kaikkea puusta”.

tunut erittäin käyttökelpoiseksi ja tehokkaaksi tavaksi saada aikaan veteen hyvin liukenevia ja termomekaanisilta ominaisuuksiltaan parannettuja ksylaanijohdannaisia, ksylaanieettereitä.

Mahdollisia käyttökohteita ksylaanille VTT:llä on tutkittu jo vuodesta 2007 lähtien ksylaanin kemiallista muokkausta ja sovelluksia, kuten mahdollisuuksia korvata kaupallisia öljypohjaisia sideaineita paperin päällystyksessä tai barrier-materiaalina pakkauskartongeissa.

Monet tutkitut ksylaanijohdannaiset ovat hyvin veteen liukenevia. Siksi esimerkiksi sideaine- ja barrier-sovelluksissa ksylaanieetteri on jollain tavalla kiinnitettävä alustaansa ja/tai verkkoutettava niin, että se muodostaa veteen liukenemattoman kalvon.

Toisaalta veteen liukenevia ksylaanikalvoja voidaan käyttää sellaisissa sovelluksissa, joissa kalvon tai filmin on käyttökohteessaan liuettava veteen.

Ksylaanieettereihin voidaan myös tarvittaessa sekoittaa ja lisätä erilaisia pehmittimiä tai ristisilloittavia lisäaineita, kun halutaan muokata niiden materiaaliominaisuuksia haluttuun suuntaan. Ksylaanieetteri voidaan ristisilloittaa käyttäen esimerkiksi di- tai trikarboksyylihappoja, jotka muodostavat ksylaaniketjujen hydroksyyliryhmien välille esteri­ siltoja.

Hydroksialkyloiduista ksylaaneista voidaan valmistaa edelleen esteröimällä tai ­eetteröimällä veteen liukenemattomia ksylaani­ pohjaisia biopolymeereja, joita voidaan käyttää joko sinällään uudenlaisina biomuoveina tai komponentteina kaupallisissa polymeereissa­ ja muovilaaduissa.

Tällaisten ksylaanieettereiden ja ksylaanieetteriestereiden muokkaukseen sopivat perinteiset muovintyöstömenetelmät, kuten ekstruusio ja kompaundointi.

21

TIEDE

Ksylaani voidaan myös derivatisoida niin, että siihen liitetään esimerkiksi sopiva kaksoissidoksen sisältävä substituentti. Silloin ksylaani voidaan verkkouttaa tai oksastaa akrylaattitai akrylamidimonomeereilla ja näin muuttaa sen tuoteominaisuuksia.

Paperin päällystyksessä käytettävän päällystepastan sideainesovellustutkimuksissa muun muassa allyyliryhmän sisältävä ksylaanijohdannainen osoittautui melko lupaavaksi sideaineeksi verrattaessa sitä vastaavaan kaupalliseen tuotteeseen.

Lisäksi tällaisen kaksoissidoksen sisältävä vesiliukoinen filmi voidaan verkkouttaa niin, että sen veden- ja kosteudensietokyky selvästi kasvaa.

Ksylaanieetterikalvojen mekaaninen lujuus on usein sangen hyvä. Ne ovat myös hyvin taipuisia ja läpinäkyviä kirkkaita filmejä.

Sopivasti lisäaineistettuna ne ovat myös kohtuullisen venyviä ja elastisia: venymä on jopa 20–30 prosenttia.

Kuvassa 3 on kaksi esimerkkiä ksylaanieetterikalvoista. Näistä tuloksista on julkaistu useita tieteellisiä artikkeleita.

Koska aiemmin kuvatulla tavalla muokatut ksylaanijohdannaiset ovat hyvin veteen liukoisia ja oletettavasti siis melko hydrofiilisiä, niiden käyttöä on tutkittu VTT:llä myös mahdollisina absorbenttimateriaaleina.

Kuvassa 4 on esitetty tyypillinen ksylaanipohjainen hydrogeeli, joka sisältää 90 prosenttia vettä, mutta on mekaanisesti melko kestävä.

Hydrogeeli on valmistettu allyylisubstituentin sisältävästä ksylaanieetteristä, ja lisänä on käytetty aldaarihappopohjaista verkkoutta-

jaa. Näin on onnistuttu valmistamaan melko hyvin vettä absorboivia hydro- ja aerogeelejä.

Tutkimuksesta on saatu lupaavia tuloksia, jotka on myös julkaistu.

Aldaarihappoja, kuten galaktaari-, ksylaari- ja arabinaarihappoja, on valmistettu hapettamalla vastaavia monosakkarideja joko kemiallisesti, tai ne on valmistettu bioteknisesti.

Aldaarihapot ovat dikarboksyylihappoja, ja niitä voidaan käyttää muun muassa polyestererien tai -amidien valmistuksessa sekä hydrogeeleissä verkkouttajina.

Niiden bioteknistä valmistusmenetelmää on tutkittu intensiivisesti VTT:llä jo useiden vuosien ajan Suomen Akatemian rahoittamassa White Biotechnology and Green Chemistry -huippututkimusyksikössä.

Mitä puusta seuraavaksi?

Suurin ongelma puun hemiselluloosien hyödyntämisessä on raaka-aineen, kuten teollisesti valmistetun ksylaanin, puute. Nykyiset selluloosanvalmistusprosessit eivät välttämättä täytä tulevaisuuden biojalostamon kaikkia vaatimuksia ja periaatteita.

On todennäköistä, että tulevaisuuden uudet biojalostamoprosessit eroavat selvästi nykyisistä prosesseista, koska niissä on otettava huomioon jokaisen puu- tai kasvimateriaalin komponentin ominaisuudet ja käyttäytyminen jalostusprosessin eri vaiheissa myös lopullisen hyödyntämisen, käyttökohteen ja sovelluksen kannalta.

Biojalostamoprosessi voi olla sellainen, jossa selluloosa ja myös hemiselluloosat pyritäänkin pilkkomaan monosakkarideiksi. Näin tehdään tapauksissa, joissa monosakkaridi­jae

Ksylaanieetterikalvoja

Ksylaanipohjainen hydrogeeli

Kuva 3. Taipuisa ja läpinäkyvä ksylaanieetterikalvo, jota voidaan työstää helposti erilaisiin muotoihin (kuplan sisällä pala koivun kuorta).

Kuva 4. Ksylaanipohjainen hydrogeeli sisältää 90 prosenttia vettä, mutta on mekaanisesti suhteellisen kestävä.

22

VTT IMPULSSI – TIEDE

File: Harri Setälä VTT:hen vuonna 1999 tullut erikoistutkija Harri Setälä on aiemmin työskennellyt Daniscon tutkimuskeskuksessa. Hän väitteli filosofian tohtoriksi orgaanisen ja puukemian alalta vuonna 2008. Tällä hetkellä Setälä tutkii pääasiassa selluloosan, selluloosakuidun ja hemiselluloosien kemiallista muokkausta sekä ligniiniä. Hänellä on 18 tieteellistä, referoitua julkaisua.

on tarkoitus käyttää teollisten bioteknologia­ prosessien raaka-aineeksi tuotettaessa­ esimerkiksi­ bioetanolia, maitohappoa tai muita­ peruskemikaaleja.

Toisaalta biojalostamossa voidaan ­e delleenkin tuottaa selluloosaa tai ­siitä saatavia­muita tuotteita, mutta samalla­ottaa­ talteen hemiselluloosat sellaisenaan­ja valmistaa niistä aivan uudenlaisia biopolymeerejä tai -muoveja tai pinnoitteiden, maalien ja liimojen komponentteja.

Askel uudenlaiseen biojalostamoajatteluun on otettava piakkoin, jos halutaan uudistua ja säilyttää metsätalous ja metsän­jalostusteollisuus osana suomalaista menestystarinaa.

Pelkkä selluloosan ja paperin valmistus Suomessa ei enää välttämättä kannata. Se onkin jo osittain siirtynyt halvempien tuotantokustannusten maihin. Näin ollen puusta on alettava valmistaa korkean jalostusasteen tuotteita ajatuksella ”kaikkea puusta”.

Meillä Suomessa on hyvät mahdollisuudet uudenlaisten biojalostamoiden ja ­-konseptien rakentamiseen ja käyttöönottoon lyhyelläkin aikavälillä, jos vain rahoitusta, rohkeutta ja ennakkoluulottomuutta riittää. Onneksi Suomessa on alettu ymmärtää asiain tila ja investoitu jo nyt merkittävästi­ uusien biojalostamoiden tutkimiseen ja ­kehittämiseen. Tämä ei kuitenkaan vielä r­iitä, vaan tutkimus- ja kehitystyötä olisi jatkettava­ vielä ainakin 5–10 vuoden ajan ja vähintään samalla tutkimuspanostuksella kuin viime vuosina.

Askel uudenlaiseen biojalostamoajatteluun on otettava piakkoin, jos metsänjalostusteollisuus halutaan säilyttää osana suomalaista menestystarinaa.

Lähteet Peresin, M., Kammiovirta, K., Setälä H., Tammelin, T. 2012. Structural features and water interactions of etherified xylan thin films. J. Polym.

Environ. 20, s. 895–904.

Kataja-Aho, J., Haavisto, S., Asikainen, J., Hyvärinen, S., Vuoti, S. 2011.

The influence of cationized birch xylan on wet and dry strength of fine paper. BioRes. 7, s. 1713–1728.

Harlin, A., Setälä, H., Pohjanlehto, H. 2012. A method for making specific products from polysaccharide molecule. Patent WO 12127119 A2.

Vuoti, S., Laatikainen, E., Heikkinen, H., Johansson, L-S., Saharinen, ­E., Retulainen, E. 2012. Chemical modification of cellulosic fibers for better convertibility in packaging applications. Carbohydr. Polym., in press.

Pohjanlehto, H., Setälä, H., Kammiovirta, K., Harlin, A. 2011. The use of N,N’-diallylaldardiamides as cross-linkers in xylan derivatives-based hydrogels. Carbohydr. Res. 346, s. 2736–2745.

Rajesh K. Jain, Sjöstedt, M., Glasser, W.G. 2001. Thermoplastic xylan ­derivatives with propylene oxide. Cellulose 7, s. 319–336.

Glasser, W.G., Rajesh K., Sjöstedt, M. 1995 Thermoplastic pentosan-rich polysaccharides from biomass. US Patent 5,430,142.

VTT IMPULSSI – TIEDE

Hakala, T. K., Liitiä, T., Suurnäkki, A. 2012. Enzyme-aided alkaline extraction of oligosaccharides and polymeric xylan from hardwood kraft pulp.

Carbohydr. Polym. in press.

Laine, C., Harlin, A., Hartman, H., Hyvärinen, S., Kammiovirta, K., Krogerus, B., Pajari, H., Rautkoski, H., Setälä, H., Sievänen, J., Uotila, J., VähäNissi, M. 2012. Hydroxyalkylated xylans – Their synthesis and application in coatings for packaging and paper. Ind. Crops Prod. 44, s. 692–704.

23

TIEDE

Teksti: Boris Krassi & Sauli Kiviranta

Ihminen ja kone kokonaisuutena Virtuaalinen ja lisätty todellisuus auttavat luomaan entistä parempia ihminen–kone-järjestelmiä ottamalla huomioon ihmisen vahvuudet osana järjestelmää.

I

hmiskunta on historiansa aikana kehittänyt yhä monimuotoisempia ja monimutkaisempia ihminen–kone-järjestelmiä.

Ensimmäiset kivikirveeseen tarttuneet ihmiset, Kolumbus aluksillaan purjehtimassa kohti uutta maailmaa, kuuhun laskeutunut Neil Armstrong ja miljoonat työmatkansa autolla taittavat ihmiset ovat esimerkkejä ihminen–kone-järjestelmistä.

Näille järjestelmille on tunnusomaista ihmisen ja koneen toiminta yhtenä kokonaisuutena yhteisen tavoitteen saavuttamiseksi: kaadetaan mammutti, ylitetään valtameri, laskeudutaan kuuhun tai päästään töistä kotiin turvallisesti.

Ihminen ja kone muodostavat yhdessä organismin, jossa kumpikaan ei kykene saavuttamaan yhteistä tavoitetta yksin eikä kumpaakaan voi pitää toista tärkeämpänä. Tämän organismin toimintaa voidaan verrata ihmiskehoon, joka on riippuvainen sekä aivojen että sydämen toiminnasta. Kehon elossa pysyminen ja selviytyminen ovat mahdollisia vain, kun molemmat elimet toimivat yhdessä.

Kaksi näkökantaa Ihminen–kone-järjestelmät ovat olennainen osa ihmiskunnan historiaa ja rakennetta. Vaikka keskustelua ihmisten ja koneiden eli yhteis24

kunnan ja teknologian suhteista on käyty jo pitkään, kohokohta saavutettiin 1900-luvulla kahden näkökannan välisessä debatissa.

Ensimmäinen näkökanta korosti ihmistä ja ihmisen ainutlaatuisia kykyjä. Sitä edustaa esimerkiksi Franklin teos Man’s search for meaning [1], Vernadskin noosfääriä eli ihmismielen sfääriä koskevat kirjoitukset [2] sekä Wienerin The human use of human beings [3].

Toinen näkökanta taas pyrki saavuttamaan poliittista ja taloudellista valtaa pitkälti teknologisin keinoin. Tämä näkökanta sai useita ilmenemismuotoja Hiroshiman pommituksesta aina yleiseen mielipiteiden manipulointiin joukkotiedotusvälineiden avulla.

Vielä nykyisinkin jotkut uskovat sodan vauhdittavan teknistä kehitystä, mikä puolestaan hyödyttää ihmiskuntaa. Tällöin ei kuitenkaan kiinnitetä juurikaan huomiota siihen valtavaan ja peruuttamattomaan vahinkoon, jota sota aiheuttaa ihmisille ja ihmiskunnan kehitykselle.

Toinen esimerkki on viimeaikainen keskustelu ekologisesta, sosiaalisesta ja taloudellisesta kestävästä kehityksestä [4]. Tässä unohdetaan helposti se, että ihmisillä on mahdollisuus katkaista kansakunnan vaurauden kasvun yhteys energiankulutuksen kasvuun.

Sosiaalinen kestävyys on joskus jopa yksinVTT IMPULSSI – TIEDE

Heuristinen päätöksenteko kertaistettu mekanistiseen päätelmään, jonka mukaan ”vapaus lisääntyä ja sen rajoittaminen on ainoa tapa vaalia ja edistää muita, sitä tärkeämpiä vapauksia” [5].

Toimintojen ulkoistaminen ja uudelleensijoittaminen maailmanlaajuisesti ovat aikamme trendi, joka nähdään länsimaissa strategisena ongelmana. Todellinen ongelma on kuitenkin länsimaiden kyvyttömyys ymmärtää, että toimintojen maailmanlaajuinen uudelleensijoittaminen on luonnollinen ilmiö ja jatkuu niin kauan kuin työvoimakustannukset ovat eri maissa eri tasolla.

Ilmiön vastustamisen sijaan länsimaiden tulisi keskittyä tietotaidon ja ihmisten osaamisen taloudelliseen merkitykseen ja tukea kotimaista teollisuutta, joka pohjautuu korkeaan osaamiseen ja tietämykseen.

Ihminen–kone-järjestelmät: kybernetiikkaa vai ergonomiaa?

Polemiikki toisen maailmansodan aikaisesta ja jälkeisestä teknologisesta kehityksestä käynnisti laajamittaisen tutkimuksen, jossa selvitettiin eri toimintojen jakautumista ihmisen ja koneen välillä. Tutkimus yhtäläisyyksistä ”eläimissä ja koneissa ilmentyvistä ohjausmekanismeista ja viestinnästä” johti kybernetiikan [6] ja yleisen järjestelmäteorian [7] syntyyn.

Ergonomian tutkimus kehittyi näiden rinnalla, kun havaittiin tarve ymmärtää ja määrittää ihmiskäyttäjän toimintaa etenkin ilmailu-, auto- ja tietotekniikan sovelluksissa.

Kansainvälinen ergonomiayhdistys määrittelee ergonomian seuraavasti: ”ergonomia tarkastelee tieteenalana ihmisen ja muiden järjestelmän osien vuorovaikutuksia ja soveltaa ammattialana ergonomian teoreettisia periaatteita, tietoja ja menetelmiä ihmisen hyvinvoinnin ja järjestelmän tehokkuuden optimoimiseksi” [8].

Ihminen–kone-järjestelmien tavoite on samankaltainen: ihmisen ja koneen toiminta yhtenäisenä järjestelmänä, yksittäisenä organismina. Tarkoituksena on kasvattaa ymmärrystä sekä suunnitella entistä parempia ihminen–kone-järjestelmiä, joilla on paremmat edellytykset saavuttaa haluttu tavoite.

Pidetäänkö ihminen–kone-järjestelmiä kybernetiikan ja ergonomian synteesinä vai ergonomian osa-alueena jakaa mielipiteitä etenkin, VTT IMPULSSI – TIEDE

mahdollistaa toiminnan ennalta tuntemattomissa tilanteissa. kun otetaan huomioon ergonomian laajennettu määritelmä. Sen mukaan kyse on ”sosio-teknisten järjestelmien tavoitteellisesta vuorovaikutuksesta” [9].

Kybernetiikka keskittyy kuitenkin ”toiminnan tehokkuuteen” [10] käsittelemällä ihmisen ja koneen roolia yhtäläisesti. Ergonomiassa ei myöskään yleensä oteta huomioon laajamittaisia monitieteellisiä yhdenmukaisuuksia tai järjestelmäteoreettisia käsitteitä, kuten tavoitteita, järjestelmävaikutusta, informaatiota, viestintää tai palautetta.

Heuristinen päätöksenteko ihmisen vahvuutena Rahtilaiva on hyvä esimerkki ihminen–konejärjestelmästä, jonka ensisijainen tavoite on toimittaa rahti perille. Järjestelmän useat osat, kuten laiva, miehistö ja kapteeni, työskentelevät yhdessä tämän tavoitteen saavuttamiseksi.

Kapteenin ensisijainen tehtävä on heuristinen päätöksenteko laivan ohjaamiseksi.

Alempien tasojen toiminnoilla on yleensä vain yksi tavoite (esimerkiksi työkalun käyttö) tai useita tavoitteita (esimerkiksi uudelleenohjelmoitavan tietokoneen käyttö). Näiden saavuttamisen varmuus on suuri ja keinojen määrä rajattu. Heuristiselle päätöksenteolle taas on ominaista laaja ja moninainen tavoitejoukko, jonka saavuttamiseen ei löydy ennalta määrättyjä muodollisia algoritmeja (esim. kapteenin toiminta myrskyssä) [11].

Heuristinen päätöksenteko mahdollistaa toiminnan ennalta tuntemattomissa tilanteissa. Se perustuu mielikuviin ja moninaisten yhdenmukaisuuksien hyödyntämiseen.

Kapteeni on rahtilaivan hierarkian ylimmällä tasolla, ja järjestelmän suunnittelussa pyritään hyödyntämään hänen kykyään heuristiseen päätöksentekoon. Kapteenin ”hyvin­vointi” tai ”käyttäjäkeskeisyys” on korostetussa roolissa vain, jos siitä on välitöntä hyötyä järjestelmän ensisijaiseen tavoitteen saavuttamiseksi.

Sama pätee yritysjohtajiin ja valtionpäämiehiin: oleellisinta on järjestelmän, yrityk25

TIEDE

sen tai valtion tavoitteiden saavuttaminen, ei päättäjän ylellisyys tai ihmiskeskeisyys itseisarvona.

Tärkeintä on se, että ihminen–kone-järjestelmän ylimmällä tasolla oleva elementti kykenee heuristiseen päätöksentekoon. Periaatteessa ei ole merkityksellistä, onko kyseessä ryhmä ihmisiä vai supertietokone, vaikkakin tällä hetkellä teknologia on ihmiseen verrattuna niin alkeellista, että vain ihminen kykenee heuristiseen päätöksentekoon.

Erojen ymmärtäminen ihmisen ja koneen välillä Ergonomiaa ja ihminen–kone-järjestelmiä yhdistää pyrkimys ymmärtää ihmisen kykyjä ja rajoituksia. Tämän selventämiseksi on ensin syytä käsitellä ihmisen ja koneen välisiä olennaisia eroja ainakin järjestelmäsuunnittelun kannalta.

Ihminen–kone-järjestelmän suunnittelussa täytyy huomioida se, että järjestelmän ihmisja kone-elementit kuvaillaan eri tavoin ja että perinteiset suunnittelumallit eivät ole riittäviä ihmisen kuvaamiseen.

Ihmisten fyysiset ominaisuudet ovat ensinnäkin hyvin erilaisia. Meitä on lyhyitä ja pitkiä, hoikkia ja tukevia, nuoria ja vanhoja, miehiä ja naisia. Osa pitää kunnostaan huolta, osa ei. Myös yksilöiden vireystilat ja lukuisat muut ominaisuudet vaihtelevat miltei loputtomiin.

Toiseksi on tärkeää muistaa, että ihmiset kykenevät oppimaan, toimivat persoonallisuudelleen ominaisella tavalla ja omaksuvat tiimityöskentelyssä luontaisesti erilaisia rooleja.

Kolmas ero on se, että ihmisillä on käytössään niin sanottua hiljaista tietoa eli tietoa, joka on juurtunut syvään ihmisen mentaaliseen malliin ja jota ei ole helppo ilmaista eksplisiittisesti esimerkiksi kirjallisessa muodossa. ”Tie-

Vain ihminen pystyy tekemään päätöksiä joutuessaan täysin uuteen tilanteeseen.

26

dämme enemmän kuin osaamme kertoa” [12] on tunnettu tapa kuvata hiljaista tietoa.

Neljäs ero on se, että ihmiset kykenevät heuristiseen päätöksentekoon. Tätä käsiteltiin edellä.

Vaikka tässä artikkelissa ei kyetä käsittelemään kaikkia näitä eroja, on syytä muistaa, että koneeseen liittyviä mahdollisia variaatioita ja epävarmuustekijöitä ei voi verrata ihmiseen liittyviin variaatioihin ja epävarmuustekijöihin.

Emme suinkaan väitä, että kone on aina ihmistä yksinkertaisempi. Suunnittelijat pyrkivät välttämään tai rajoittamaan koneeseen liittyviä epävarmuustekijöitä, mutta ihmisen toiminta on luontaisesti monimuotoista ja vaikeasti ennustettavaa. Ihmistä ei siksi voida nähdä missään järjestelmässä pelkästään resurssina, miestyötuntina, tietokantatietueena tai kinemaattisena luurankomallina.

Koneiden suunnitteluun soveltuvat mallit ja menetelmät eivät tässä mielessä sovellu ihmisen esittämiseen tai ihmistyön suunnitteluun. Volvon tekemän tutkimuksen mukaan [13] ihmisen toiminnan digitaaliseen simulaatioon perustuvista arvioista vain 45 prosenttia (57 kaikkiaan 126 tapauksesta) ennusti oikein vastaavien todellisten tehtävien ergonomiset olosuhteet. Parantamisen varaa on siis selvästi.

Osallistuvan suunnittelun lähestymistapa Toisinaan ihmiset ja ihmistyö mielletään suhteettoman kalliiksi ja ongelmallisiksi. Ihminen ei kuitenkaan ole tässä tapauksessa ongelman ydin, sillä ihmisen tapa toimia on vain erilainen kuin koneen tapa toimia, minkä vuoksi niitä ei voi käsitellä samalla tavalla.

Ratkaisua tähän eroon haetaan yleisesti osallistuvasta suunnittelusta [14]. Siinä eri alojen asiantuntijat suunnittelijoista ja esimiehistä työntekijöihin auttavat ymmärtämään ”esimerkkien kautta”, miten ihmiset työnsä tekevät. Heidän hiljaista tietoaan hyödynnetään ihminen–kone-järjestelmien analysoinnissa ja suunnittelussa.

Osallistava suunnittelu ei välttämättä tapahdu samanaikaisesti. Suunnitteluistunnot voidaan järjestää eri aikoina eri paikoissa, ja niissä voidaan hyödyntää myös keinotekoisia yhteistyöympäristöjä. Nykyiset kehityssuunnat, kuten avoin innovointi, yhdessä tekeminen, joukkoistaminen (crowdsourcing) ja jopa VTT IMPULSSI – TIEDE

tee se itse -toiminta [15], hyödyntävät asiakkaiden ja loppukäyttäjien tietoa ja luovuutta suunnittelun apuna.

Mielikuvan voima Ihmisillä on paljon arvokasta tietoa tekemästään työstä. Tällä on kaksi merkittävää seurausta.

Ensinnäkin tietämyksenhallinnan strategiaa ei voi pelkistää ainoastaan teknologisiin menetelmiin. Ihmisten tietotaito ”organisaation aineettomana pääomana” [16] sisältää tietohallinnan ja tietokantojen lisäksi ennen kaikkea myös itse ihmiset.

Tämän takia henkilöstön suuri vaihtuvuus, lomautukset ja toiminnan laajamittainen uudelleensijoittaminen ulkomaille heikentävät merkittävästi organisaation aineetonta pääomaa, jolla on taloudellista merkitystä. Vastineeksi saadaan vain lyhytaikaista taloudellista hyötyä henkilöstökuluista.

Toiseksi organisaation tietämyksenluontiprosessin on ”mahdollistettava yksilöiden luoman tietämyksen saaminen muiden käyttöön, annettava edellytykset tämän tietämyksen kasvattamiseen ja yhdistettävä se organisaation tietämyksenhallintajärjestelmiin” [17]. Prosessi sisältää neljä kaksisuuntaista hiljaisen ja eksplisiittisen tiedon muuntotapaa [18].

Ensimmäinen tapa on eksternalisaatio hiljaisesta tiedosta eksplisiittiseksi tiedoksi, esimerkiksi tiedon ilmaiseminen muille. Kyseessä on prosessi, jossa henkilö luo ulkoisen kuvan eli vertauksen omassa mentaalisessa mallissaan olevasta objektista tai tilanteesta [19].

Toinen tapa on internalisaatio eksplisiittisestä hiljaiseksi tiedoksi eli toisten ilmaiseman asian ymmärtäminen – prosessi, jossa ulkoinen kuva liittyy omaan mentaaliseen malliin.

Kolmas tapa on sosialisaatio hiljaisesta hiljaiseksi tiedoksi eli vuorovaikutus muiden kanssa tee kuten minä teen -periaatteen mukaisesti.

Neljäs tapa on yhdistäminen eksplisiittisestä eksplisiittiseksi tiedoksi eli päätelmien tekeminen ulkoisten kuvien välillä esimerkiksi semanttisten verkkoteknologioiden avulla.

Kukin näistä neljästä tavasta edellyttää ulkoisten kuvien hyödyntämistä, niistä viestimistä ja niiden yhdistämistä.

Eräässä mahdollisessa tiedonluontiketjussa suunnittelija esittää ongelman hyödyntämällä VTT IMPULSSI – TIEDE

Tietämyksenhallinnan strategiaa ei voi pelkistää vain teknologisiin menetelmiin.

omassa mentaalisessa mallissaan olevaa sisäistä kuvaa esimerkiksi piirtämällä kuvan (eksternalisaatio). Kuva esitetään työntekijälle, joka yhdistää ulkoisen kuvan omaan mentaaliseen malliinsa (internalisaatio).

Yhdistämistä (internalisaatiota) helpottaakseen suunnittelijan on hyödynnettävä sellaista ulkoista kuvaa, joka sopii mahdollisimman hyvin työntekijän mentaaliseen malliin.

Työntekijä voi nyt ilmaista omaa käytännön osaamistaan ulkoisen kuvan muodossa ja välittää sen takaisin suunnittelijalle.

Ketjussa syntyy tietämystä: hyväksi havaittu tapa ymmärtää ongelma on selittää se toiselle. Muunkinlaiset ketjut ovat mahdollisia, mutta ne kaikki perustuvat tavalla tai toisella ulkoisten kuvien hyödyntämiseen, niistä viestimiseen ja niiden yhdistämiseen.

Ei olekaan sattumaa, että samanlaisia konsepteja käytetään viestinnässä, kuten viesti– viestintäkanava–kohdeyleisö-ketjua sekä kuvia ja vertauksia.

Virtuaalinen todellisuus edistää tietämyksen hyödyntämistä Edistyneistä simulointi- ja visualisointiteknologioista, kuten virtuaalisesta ja lisätystä todellisuudesta, on hyötyä tietämyksen luonnissa ja hallinnassa.

Virtuaalinen todellisuus on paradigma, joka mahdollistaa tietokoneella luodun maailman (virtuaalisen mallin) tarkastelun samalla tavalla kuin todellista maailmaa havainnoidaan (mallinnetun objektin). Virtuaalisen mallin ominaisuudet selvitetään vuorovaikutuksessa virtuaalisten kokeiden avulla, joissa virtuaalista mallia kohdellaan samaan tapaan kuin todellista, mallinnettavaa objektia [20].

Koska virtuaalista mallia kyetään havainnoimaan samalla tavalla kuin todellisuutta ja sen kanssa voidaan olla vuorovaikutuksessa, virtuaalisten mallien käyttö auttaa hyödyntämään ulkoisia kuvia, viestimään niistä ja yhdistämään niitä tiedonluontiketjussa.

27

TIEDE

Virtuaalinen mallinnus on ainoa tapa huomioida ihminen osana järjestelmää ­ ei-reduktionistisella tavalla.

File: Boris Krassi Tekniikan tohtori Boris Krassi on erikoistutkija ja projektipäällikkö VTT:n ihminen– kone-järjestelmiä ja virtuaalista suunnittelua tutkivassa tiimissä. Hän tutkii järjestelmäteoriaa, kybernetiikkaa, ihminen–kone-järjestelmiä, dynaamista virtuaalista prototypointia sekä mukautuvia tietokonejärjestelmiä.

Myös todellista objektia tai tilannetta voidaan käyttää ulkoisena kuvana, mutta aina se ei ole mahdollista kustannusten tai muiden todellisen maailman rajoitusten vuoksi.

Kun todellisten objektien käyttö on osittain mahdollista, todellinen ja virtuaalinen maailma voidaan yhdistää lisätyn todellisuuden avulla.

Tällöin ei ole kyse siitä, onko virtuaalinen oikeaa todellisuutta parempi, vaan joustavuudesta. Kun todellinen objekti ei ole käytettävissä, se voidaan korvata virtuaalisella mallilla, esimerkiksi konseptisuunnittelun aikana.

Virtuaalisella mallintamisella on kaikki yleiset mallintamisen ja simuloinnin hyödyt.

Mallinnusta käytetään perinteisesti konesuunnittelussa, mutta virtuaalinen mallinnus on ainoa tapa huomioida ihminen osana järjestelmää ei-reduktionistisella tavalla.

Ihminen–kone-järjestelmien tutkimus

Insinööri (AMK) Sauli Kiviranta on tutkija VTT:n ihminen– kone-järjestelmiä ja virtuaalista suunnittelua tutkivassa tiimissä. Hän tutkii järjestelmäteoriaa, kybernetiikkaa, ihminen–kone-järjestelmiä, virtuaalista ja lisättyä todellisuutta sekä tietämystekniikkaa.

28

Tämä artikkeli esittelee lyhyesti ongelmia, joita on tutkittu kahdessa mittavassa projektissa: ManuVAR (2009–2012) ja Use-it-wisely (2013– 2016). VTT on koordinoinut näitä EU-rahoitteisia projekteja.

ManuVAR-projekti keskittyi manuaalisen työn tukemiseen järjestelmän koko elinkaaren aikana virtuaalista ja lisättyä todellisuutta hyödyntäen. Projekti pyrki tehostamaan korkean arvon korkeaa osaamista edellyttävää manuaalista työtä, jonka tekeminen ei ole mahdollista ilman vuosien kokemusta ja koulutusta ja jota ei siksi voida automatisoida tai siirtää ulko­ maille.

Projektin aikana tutkittiin viittä teollista sovellusta: satelliittien kokoamista, pienyritysten kokoonpanolinjojen suunnittelua, junien ylläpitotoimia, voimalaitosten huoltotoimien koulutusta sekä raskaiden työkoneiden tuotteistusta.

Tutkimuksen aikana määriteltiin joukko manuaaliseen työhön liittyviä tekijöitä, jotka ovat yhteisiä kaikille sovelluksille. Huomattavimmat ongelmat liittyivät eri toimijoiden vuorovaikutteiseen kommunikointiin järjestelmän elinkaaren aikana, puutteellisiin tietojärjestelmien käyttöliittymiin sekä tehottomaan tietämyksenhallintaan [21].

Ongelmien ratkaisemiseksi kehitettiin virtuaalinen malli viestinnän tehostamiseen kaikkien toimijoiden välillä – työntekijöistä suunnittelijoihin ja esimiehiin – ihminen–kone-järjestelmän koko elinkaaren aikana. Mukautuvat, virtuaalista ja lisättyä todellisuutta hyödyntävät käyttöliittymät muunsivat monimutkaisen virtuaalisen mallin kullekin toimijalle soveltuvaan muotoon.

Use-it-wisely-projekti (innovatiivinen taloudellisesti erittäin merkittävien tuotteiden ja palveluiden jatkuva päivitys) keskittyy pitkäikäisiin järjestelmiin, kuten höyryturbiineihin, kivenmurskaimiin, tulevaisuuden lentokoneisiin, toimistotiloihin sekä kuorma-autoihin ja veneisiin.

Projektin lähestymistapa on ihminen–kone-järjestelmien tutkiminen. Toimija–tuote– palvelu-järjestelmät muotoutuvat ja mukautuvat tuotteen elinkaaren aikana jatkuvasti muuttuvien tavoitteiden ja ympäristön olosuhteiden edellyttämällä tavalla ja muuttavat järjestelmän parametreja, toimintoja ja rakennetta.

Tällä tavoin toimija–tuote–palvelu-järjestelmästä tulee itsejärjestyvä ja itsesäätöinen organismi, joka hyödyntää ihmisten tietoja ja taitoja vuorovaikutteisen yhteistyöympäristön kautta.

Teollisuuden toimijat osoittivat huomattavaa kiinnostusta ihminen–kone-järjestelmien tutkimukseen näissä projekteissa. Myös Euroopan kasvustrategia EU2020 [22] tukee tutkiVTT IMPULSSI – TIEDE

Lähteet [1] Frankl, V. 1959. Man’s search for meaning. Beacon press, Boston [2] Oldfield, J.D., Shaw, D.J.B. 2006. V.I. Vernadsky and the noosphere concept: Russian understandings of society–nature interaction. Geoforum, No. 37, s. 145–154 [3] Wiener, N. 1954. The human use of human beings. Houghton Mifflin, Boston [4] Report of the IUCN renowned thinkers meeting. 29.–31.1. 2006. http://cmsdata.iucn.org/downloads/iucn_future_of_sustanability.pdf [5] Hardin, G. 1968. The tragedy of the commons. Science, Vol. 162, s. 1243–1248

musta. Ihmisten tietotaidot ovat ensiarvoisen tärkeässä asemassa tulevaisuuden innovaatiokeskeisessä yhteiskunnassa, jonka on oltava entistä älykkäämpi luonnon- ja energiavarojen rajallisuuden aiheuttamien taloudellisten haasteiden ratkaisemiseksi [23].

Suosituksia Esitämme lopuksi yhteenvetona muutamia suosituksia teollisuuden ja yhteiskunnan päätöksentekijöille: 1. Ihmisten kykyjen oikeanlainen hyödyntäminen on ratkaisevassa asemassa kestävän sosiaalisen ja taloudellisen hyvinvoinnin kannalta. Toimintojen maailmanlaajuinen uudelleensijoittaminen on luonnollinen ilmiö.

On turhaa taistella sitä tai tuotannon rajoitteita vastaan. Sen sijaan teollisuuden kannattaa keskittyä työhön ja järjestelmiin, jotka hyödyntävät ihmisen vahvuuksia: heuristista päätöksentekoa sekä tietoja ja taitoja.

2. Ihmisillä on tietämystä ja he luovat ­sitä. Kun tämän todellinen arvo tiedostetaan ja tietämystä aletaan hyödyntää, on mahdollista puuttua moniin nykyisiin yhteiskunnallisiin haasteisiin, kuten työttömyyteen, väestön ikääntymiseen sekä luonnonvarojen rajallisuuteen. Yritysten tietämyksenhallintastrategioiden tulee myös ensisijaisesti perustua ihmisiin ja tukea yritysten tietämyksenluontiketjua.

3. Ihminen–kone-järjestelmä on ihmisen ja koneen muodostama yhtenäinen kokonaisuus, joka työskentelee yhteisen tavoitteen saavuttamiseksi. Ihmisten osallistaminen on olennaisen tärkeää ihminen–kone-järjestelmien suunnittelussa. Virtuaalisen ja lisätyn todellisuuden käyttö tukee ihmisten osallistamista ja helpottaa tietämyksen valjastamista taloudelliseksi hyödyksi.

VTT IMPULSSI – TIEDE

[6] Wiener, N. 1948. Cybernetics or the control and communication in the animal and the machine. MIT Press, Cambridge [7] von Bertalanffy, L. 1969. General systems theory: foundations, development, applications. George Braziller, New York [8] International Ergonomics Association, www.iea.cc [9] Wilson, J.R. 2000. Fundamentals of ergonomics in theory and practice.

Applied Ergonomics, Vol. 31, s. 557–567 [10] Couffignal, L. 1956. Essai d’une définition générale de la cybernétique. The First International Congress on Cybernetics, Namur, Belgium, Gauthier-Villars, Paris, s. 46–54 [11] Lyalikov, A. 1978. Man - electronics - ship. Sudostroenie, Leningrad [12] Polanyi, M. 1966. The tacit dimension. Doubleday [13] Lämkull, D., Hanson, L., Örtengren, R. 2009. A comparative study of digital human modelling simulation results and their outcomes in reality: A case study within manual assembly of automobiles. International Journal of Industrial Ergonomics, Vol. 39, s. 428–441 (Taulukko 4, s. 432) [14] Cavaye, A. 1995. User participation in system development revisited. Information & Management, No. 28, s. 311–323 [15] Fox, S. 2013. Paradigm shift: do-it-yourself (DIY) invention and production of physical goods for use or sale. Journal of Manufacturing Technology Management, Vol. 24, Is. 2, s. 218–234 [16] Gartner’s view on knowledge management. 9.9.2010. www.gartner.com [17] Nonaka, I., Krogh, G. 2009. Tacit knowledge and knowledge conversion: Controversy and advancement. Organisational Knowledge Creation Theory, Vol. 20, No. 3, s. 635–652 [18] Nonaka, I., Takeuchi, H. 1994. A dynamic theory of organisational knowledge creation.

Organisational Sciences, Vol. 5, No. 1, s. 14–37.

[19] Schaffernicht, M., Groesser, S. 2011. A comprehensive method for comparing mental models of dynamic systems. European Journal of Operational Research, No. 210, s. 57–67 [20] Krassi, B., Kiviranta, S., Liston, P. et al. 2010. ManuVAR PLM model, methodology, architecture, and tools for manual work support throughout system lifecycle. Proceedings of the 3rd International Conference on Applied Human Factors and Ergonomics (AHFE2010), Miami, Florida, USA, ISBN-13: 978-0-9796435-4-5 [21] Krassi, B. 2012. Manual work support throughout the system life cycle by exploiting Virtual and Augmented Reality (ManuVAR). Production matters: VTT in global trends, ed. K. Häkkinen, s. 84–88, ISBN 978-951-38-7860-3 www.vtt.fi/inf/pdf/researchhighlights/2012/R3.pdf [22] EU2020 - A European strategy for smart, sustainable and inclusive growth. http://ec.europa.eu/europe2020 [23] Hoffman, R. 2010. A cybernetic approach to economics. Cybernetics and Human Knowing, Vol. 17, No. 4, s. 89–97

29

TIEDE

Teksti: Olli Ventä

Menestystarina FIMECC VTT osallistuu aktiivisesti metalli- ja koneteollisuuden kilpailukyvyn edistämiseen FIMECC-SHOKissa.

Ensimmäisen aallon tutkimustulokset ovat jo valmistumassa.

M

etalli-, konepaja-, kone- ja laivanrakennustoimialat edustavat huomattavaa osaa eli noin 26 prosenttia maamme viennin arvosta.

Näiden alojen osaamista kehittää strateginen huippuosaamisen keskittymä (SHOK) FIMECC, jonka nimi tulee sanoista Finnish Metals and Engineering Competence Cluster.

FIMECCin jäseninä on joukko maamme eturivin yrityksiä, kuten ABB, Andritz, Boliden, Cargotec, Fastems, Kone, Konecranes, Kumera, Metso, Outokumpu, Outotec, PrimaPower, Raute, Rolls-Royce, Ruukki, STX Finland ja Tieto.

Lisäksi mukana ovat VTT, kaikki isot yliopistot ja muutama ammattikorkeakoulu.

FIMECCin temaattinen rajaus verrattuna esimerkiksi CLEEN- (energia ja ympäristö) ja Biotalous-SHOKeihin on tekniikan ja liiketoiminnan kehittämisen kannalta hyödyllisesti toisiaan täydentävä.

2010-luvun alkaessa perinteisen, raskaan mutta modernisoituvan teollisuuden viennin arvo Suomelle on noussut noin 75 prosenttiin maamme koko viennistä oltuaan 57 prosenttia vuonna 2000.

Maailma on muuttunut niistä ajoista, jolloin tämän niin kutsutun perinteisen teollisuuden painoarvo edellisen kerran – ennen mobiili­ tekniikan kukoistusta – oli yhtä korkealla.

FIMECCin tunnistamat viisi keskeistä­ 30

t­ämän ajan megatrendiä ovat laajeneva globali­saatio, tiettyjen kehittyvien maiden kasvaminen­maailmantalouden vetureiksi, teknologinen tai moniteknologinen kilpajuoksu,­ ympäristötietoisuuden nousu sekä tiedon tai immateriaalisten omaisuuslajien merkityksen kasvu kilpailu­kyvyssä.

Suomea on pidetty syystäkin globalisaation voittajana, mutta haasteet ovat jatkossakin kovat. Maailma ei pysähdy.

Kehitystä koreittain FIMECC ja sen edustamat organisaatiot ovat asettaneet 2010-luvulle uudet tavoitteet, joilla pyritään suomalaisten menestystarinoiden vahvistamiseen rohkeasti. Tiheät tai jatkuvat taantumat eivät ole vääjäämättömiä.

FIMECC on jakanut toimintansa niin kutsuttuihin koreihin: 1. Palveluliiketoiminta Miten teollisten palveluiden konseptit kehittyvät? Miten loppuasiakkaat jäsentävät ja priorisoivat liiketoimintaansa niin, että osa toiminnoista ulkoistetaan tai alihankitaan? Miten teollisia palveluja tarjotaan? Mitä on globaali verkottunut liiketoiminta? Miten palveluinnovaatiot kehittyvät verkostoissa? Miten kustannukset, hyödyt ja vastuut jaetaan?

Suomalaisten yritysten liikevaihto painotVTT IMPULSSI – TIEDE

Moniteknologinen kilpajuoksu on yksi perinteisen teollisuuden megatrendeistä.

tuu nyt koneisiin, laitteisiin ja materiaaleihin.

Vuodelle 2020 asetetussa tavoitteessa projekti­ liiketoiminnasta ja eri tavalla tietoon, osaamiseen ja kokemukseen perustuvasta teollisesta palveluliiketoiminnasta tuleva osuus on nykyistä suurempi.

2. Käyttäjäkokemus Haasteena on palvella yhä enemmän toisistaan eriäviä käyttäjäprofiileja ja luoda kilpaili­joista edukseen erottuvaa muotoilua. Vuoden 2020 tavoite on, että suomalainen teollisuus on maailman huipulla monia teknologioita ristiin hyödyntävän käyttäjäkokemuksen suunnittelussa.

3. Globaalit verkostot Valtaosa suomalaisen teollisuuden liiketoiminnasta on verkottunutta liiketoimintaa. Verkostoituminen on yhä globaalimpaa, eikä se koske vain teollisia palveluja.

Teolliseksi tavoitteeksi tulee siten oman kilpailukyvyn kehittäminen verkostoituvaan liiketoimintaan, oman arvonmuodostuksen vaaliminen ja kehittäminen sekä itse voittajaverkostojen muodostaminen ja kehittäminen.

sekä suunnittelun, hallinnan, projekti- ja palvelu­liiketoiminnan mahdollistaviin työ­ kaluihin ja järjestelmiin.

5. Läpimurtomateriaalit Uudet materiaalit ja erikoistuotteet muodostavat osan kokonaiskilpailukykyä.

Korijako kuvastaa hyvin näkemystä siitä,­ miten FIMECC toteuttaa SHOK-konseptin perus­tehtävää, joka on Suomen teollisuudenalojen uudistaminen.

Korien lisäksi FIMECCissä vaalitaan kaikkia­sovellusaloja leikkaavia teemoja,­joilla­ ohjataan korien välisen toiminnan s­ isältöä sekä eri toimialojen ja SHOK-yhtiöiden m ­ onialaisen ja synergisen yhteistyön sisältöä mahdollisimman tehokkaasti. FIMECCin näkökulmasta ­tällaisia läpileikkaavia teemoja ovat: Elinkaaret Tuotteita ei kehitetä ja valmisteta vain myytäväksi, vaan pyritään ottamaan huomioon koko tuotteen elinkaari laaja-alaisesti ­sekä tukemaan asiakasta koko elinkaaren yli – tuote­ideasta tuotteen hävittämiseen tai kierrätykseen asti.

4. Älykkäät ratkaisut

Kestävä kehitys

Suomalainen teollisuus on valinnut keskeiseksi­ strategiaksi älykkyyden upottamisen koneisiin,­ laitteisiin, valmistus- ja tuotantojärjestelmiin­

Ympäristön säästäminen nähdään sekä olennaisena osana tuotekehitystä ja liiketoimintaa että suomalaisena kilpailuetuna.

VTT IMPULSSI – TIEDE

31

TIEDE

FIMECCin ensimmäisen aallon ohjelmat alkavat jo tuottaa tulosta.

Verkostomaisuus, ekosysteemit Miten jalostusarvoa nostetaan yhdessä kumppanien kanssa, ja miten luodaan kansain­ välisessä liiketoiminnassa menestyviä verkostoja Suomeen tai Suomesta käsin?

Digitalisoituminen Tuotekehitystä, valmistusta, käyttöä ja kunnossa­pitoa eli koko elinkaarta hallitaan tietoteknisin välinein. Esimerkkejä tästä ovat suunnittelijan monet tietotekniset työkalut ja simulaattorit sekä käytönaikaiset tuotannonohjaus- ja automaatiojärjestelmät. Reaalisia prosesseja, komponentteja, koneita ja tehtaita­ hallitaan merkittävässä määrin virtuaalisten tai digitaalisten tekniikoiden ja työkalujen kautta.

VTT FIMECCissä VTT on vaikuttanut vahvasti FIMECCin sekä muiden SHOK-yhtiöiden kehittymiseen. VTT:n asiantuntemuskirjo kattaa hyvin FIMECCin teemat, ja itse asiassa VTT on ollut vahvasti luomassa FIMECCin korijakoa. Muutenkin VTT:n kädenjälki näkyy FIMECCin tutkimusagendassa (strategic research agenda, SRA), ja VTT on kehittänyt ohjelmavalmistelujen ­toimintatapoja ja edistänyt yhteisön kansainvälistymistä.

VTT:läiset ovat mukana aktiivisesti FIMECCin hallituksessa, tutkimusvaliokunnassa ja ohjausryhmissä. Ennen muuta VTT:n rooli­on ollut ratkaiseva ohjelma- ja projektivalmisteluissa, sillä VTT:läiset ovat tehokkaita ­ohjelma- ja projektipäälliköitä, ja viime kädessä VTT:n tutkijat tuottavat yhä laadukkaampia tutkimustuloksia yhdessä yritysten ja yliopistojen kanssa.

SHOKit ovat myös VTT:lle erinomainen väline oman perustehtävänsä ja strategiansa toteuttamiseen, koska SHOKeissa kaikessa tulee toteutua sekä tieteellinen huipputaso että teollinen relevanssi. VTT haluaa pitää huolen, että FIMECC onnistuu.

32

FIMECCin ensimmäiset ohjelmat ja projektit ovat alkaneet vuonna 2009. Nämä niin sanotut ensimmäisen aallon tai sukupolven ­ohjelmat ovat päättymässä vuosien 2013–2014 aikana.

Vaikka SHOK-ohjelmien aikajänne tutkimuksesta liiketoiminnaksi on 5–10 vuotta, jo nyt on nähtävissä joukko erinomaisia tai mielenkiintoisia, jo teollisuuden omakseen ottamia tuloksia. Tässä VTT:n julkaisussa on luontevaa­ esitellä FIMECCin saavutuksia juuri VTT:n ­näkökulmasta tai VTT:n itsensä tuottamina.

Langaton mittausmoduuli kunnonvalvontaan Yksi suurimmista FIMECCin EFFIMA-ohjelman projekteista on ollut VTT:n vetämä InterSync-projekti. Yksi projektin keskeinen tuotos on tulitikkurasian kokoinen mittausmoduuli, VTT ­Node (ks. kuva1), johon voidaan liittää koneiden, prosessien ja laitteiden kuntoa (esimerkiksi tärinä, jännitys, lämpötila) mittaavia antureita.

Koska mittauksia on paljon mutta vain hyvin pieni osa niistä on tilanteen mukaan oleellisia kunnonvalvonnalle, mittaussignaaleille tarpeellinen esikäsittely ja alustava merkitysarviointi pitää pystyä tekemään hyvin lähellä mittausta itse mittausmoduulissa, ja vain tärkeät tiedot lähetetään eteenpäin.

Mittauskohteet ovat usein hankalissa paikoissa. Sekä mittausten tiedonsiirron että laitteen sähkönsyötön vaatimat johdotukset ovat hankalia tai mahdottomia tehdä. Siksi VTT Node toimii langattomasti.

Käytännössä sovellukset koostuvat useasta VTT Nodesta, joissa tyypillisesti tarvitaan eri mittauskombinaatioita ja jotka kommunikoivat radioteitse tukiasemaan.

VTT Nodessa on myös pieni akku, jonne latausvirtaa imetään asennusympäristön valosVTT IMPULSSI – TIEDE

Kuva 1. Radiotekninen etäisyysmittausmoduuli pystyy mittaamaan 100 metrin etäisyyksiä.

Kuva 2. VTT Node kokoaa kuntoa mittaavien antureiden signaalit ja lähettää langattomasti vain tärkeät tiedot eteenpäin.

ta, sähkö- ja magneettikentistä, värähtelystä tai lämpögradienteista.

Kun käytössä on tällaisia niukkoja paikallisia energialähteitä, sähkön paikallinen riittävyys perustuu toisaalta tehokkaaseen energianhallintaan mutta ennen muuta siihen, että VTT Node on suurimmaksi osaksi lähes virtaa kuluttamattomassa horrostilassa. Se herää käsittelemään signaaleja ja tilanteen mukaan viestimään niitä eteenpäin vain alle yhden prosentin ajasta.

VTT Node on itse asiassa pieni langaton mittaustietokone. Antureiden lisäksi siinä on huomattavat FPGA-pohjaiset laskenta- ja muistiresurssit sekä tehokas energiankäytön ja tietoliikenteen hallinta.

VTT Noden perusversion ominaisuuksia voidaan laajentaa lisämoduuleilla. Koska mittauskohteet ja -sovellukset vaihtelevat, kehitämme jatkuvasti tekniikoita, joilla VTT Nodeja voidaan räätälöidä. Tämä voidaan tehdä suoraan korkean tason suunnitteluympäristöistä ja Matlabin tai vastaavan tyyppisistä kehitysympäristöistä, jotka ovat tavallisia alan tutkimuksessa ja teollisuuden t&k:ssa.

Langattomat ja energiaomavaraiset mittaus­ anturit yhdessä tietoverkkojen kanssa mahdollistavat tietojen keräämisen koneista ja laitteista ympäri maailmaa aiempaa luotettavammin ja kustannustehokkaammin.

VTT IMPULSSI – TIEDE

VTT Noden akku imee latausvirtaa valosta, sähkö- ja magneettikentistä ja värähtelystä.

Helposti asennettavat ja erittäin v ­ ähän huoltoa vaativat anturit vievät laitteiden, ­koneiden, ja prosessien online-kunnonvalvonnan täysin uudelle tasolle. Ne mahdollistavat isojen laitekantojen tehokkaan ennakoivan kunnonvalvonnan ja kunnossapidon optimoinnin. Uudella teknologialla seurantaan saadaan kustannustehokkaasti koneiden ja prosessiteollisuuden luotettavan toiminnan kannalta kriittisiä kohteita, kuten laakerit, vaihdelaatikot, venttiilit ja teräsrakenteet.

Yritykset voivat kehittää uudenlaisia liike­toimintamalleja korkean jalostusasteen palvelu­liiketoimintaan. Kun tieto kulkee ­globaalisti, yritys voi keskittää etävalvomotoimintonsa sinne, missä sen parhaat osaajat ovat riippumatta asiakkaiden sijainnista.

33

TIEDE

Tolkku-algoritmikirjasto kunnossapidon tueksi Kunnonvalvontamittaukset ovat perusedellytys toimivalle kunnonvalvonnalle. Mittausten ­perusteella halutaan saada oikea-aikainen tieto vikojen tai vaurioiden syntymisestä sekä oikea diagnoosi vaurion vakavuudesta tai jopa luotettavia ennusteita koneen tulevasta suorituskyvystä tai käyttökunnosta.

Tätä varten tarvitaan vikailmiöiden ymmärrystä ja tämän ymmärryksen koodaamista laskenta-algoritmeihin sekä oikeanlaista laskennan tulosten viestintää koneen käyttäjälle tai kunnossapidosta vastaaville.

Hyvää kunnonvalvontaa edistetään hyvällä suunnittelulla. Siitä huolimatta mahdollisesti kovassa käytössä tai ankarissa olosuhteissa olevat koneet, laitteet ja komponentit voivat käyttäytyä arvaamattomasti. Mittaukset tai havainnot ovat siksi välttämättömiä.

Kunnonvalvonta on usein myös kokemusperäistä. Tieto ja ymmärrys koneista karttuvat

Tolkku-kirjasto auttaa analysoimaan koneiden ja prosessien kuntoa.

ajan myötä sekä yksilöittäin että konetyypeittäin testeistä, koekäytöistä ja suurelta osin itse käytön ajalta.

Nykyaikaisen kunnonvalvontajärjestel­ män­on kyettävä parantamaan suorituskykyään karttuneen tietoisuuden pohjalta.

VTT:n ja projektikumppanien kehittämässä Tolkku-algoritmikirjastossa (ks. kuva 3)­ on edustava kokoelma moduuleja mittausdatan keruuseen, datan esikäsittelyyn, jatko­ käsittelylle merkittävien piirteiden laskentaan, ­koneen tai laitteen tilan tunnistamiseen, kuor-

Tolkku-algoritmikirjasto

Yrityksen kunnossapitojärjestelmä Mittaustiedot

Palvelutiedot

Vikojen varhaishavainnot

Kuormitus- ja käyttöhistoria

Elinaika­ ennusteet

Vika-analyysit

Vika-analyysi

Aiemmat samankaltaiset tapaukset

Kunnossapidon optimoinnit

Tietokanta Tapauskanta

Parempi konesuunnittelu

Kuva 3. Tolkku-algoritmikirjasto auttaa suunnittelemaan kunnossapitotoimenpiteitä aina tilanteen mukaan.

34

VTT IMPULSSI – TIEDE

Kuva 4. Työkoneen dynaamisista riskeistä saa virtuaalitekniikoilla havainnollisen kuvan.

mitusprofiilien huomioon ottamiseen, vikojen ja poikkeamien tunnistukseen, riippuvuuksien laskentaan, taajuusanalyysiin ja tavallisimpien komponenttien, kuten laakereiden ja vaihdelaatikoiden, kunnonhallinnan paketteja.

Tolkku-kirjaston avulla voidaan analysoida itse kohdeprosessia, tunnistaa väärinkäyttöjä ja ennustaa kunnossapidon hallinnalle tärkeää jäljellä olevaa elinikää. Tämän perusteella kunnossapitotoimenpiteitä voidaan suunnitella optimoidusti ja tilanteen mukaisesti ja esimerkiksi kehottaa käyttäjää käyttämään konetta varovasti.

Tarkkaa etäisyysmittausta tiukoissa paikoissa Etäisyyksien mittaus ihmisistä koneisiin tai koneesta koneeseen on keskeistä yhä automaattisemmiksi muuttuvilla työmailla. Ihmisten ja koneiden sijainnit muodostavat perustan sekä työkohteiden turvallisuudelle että koneiden ja koneryhmien autonomialle.

Matkapuhelinten kehityksen myötä GPS:stä on tullut hyvin suosittu paikannus­ tekniikka. Usein GPS soveltuu kuitenkin huonosti työkonesovelluksiin. Sen paikannustarkkuus on vain muutaman metrin luokkaa, ja lisäksi GPS:ää voidaan käyttää vain siellä, missä on ikään kuin suora näköyhteys GPS-­ satelliittiin. Näin paikannus ei toimi esimerkiksi ­sisätiloissa.

Tästä osaparannuksena on käytössä jonkin verran tietoliikennetekniikassa tavallisia WiFi- tai ZigBee-paikannustekniikoita, mutta kapeakaistaisina niidenkään tarkkuus ei ole kovin hyvä.

VTT IMPULSSI – TIEDE

VTT on FIMECCissä kehittänyt laajakaistaisen (500 MHz:n taajuuskaista, 4 GHz:n keskitaajuudella) radioteknisen etäisyysmittausmoduulin, jolla päästään riittäviin tarkkuuksiin esimerkiksi nostokurkien ja satamien paikannus- ja etäisyysmittaussovelluksissa. Voimme mitata 100 metriin ulottuvia etäisyyksiä.

Laajakaistaisuus myös kestää tehokkaasti sisäpaikannusta monesti muuten haittaavan niin kutsutun monitieongelman: mittausaallot kulkevat paitsi suoraa tietä mitattavien pisteiden välillä mutta myös heijastuvat teollisuusympäristöissä tavallisista metallipinnoista, mikä vähentää mittausten luotettavuutta.

Simulaatiosta turvallisuutta Liikkuvat työkoneet ovat suomalaisen koneenrakennuksen menetystarinoita. Työkoneet ovat yhä kyvykkäämpiä, yhä monimutkaisempia ja monesti joko osittain tai kokonaan autonomisia.

Modernit koneympäristöt, kuten varastot tai satamat, ovat tulevaisuudessa yhä autonomisemmin toimivia monen työkoneen ryhmiä tai laivueita.

Työkoneiden kehittymisen tahdissa myös työmaiden turvallisuudesta on tullut erittäin merkittävä kilpailutekijä. Näihin päiviin asti työmaiden turvallisuutta on käsitelty hyvin yksinkertaisella tavalla sulkemalla ihmisiltä

Laajakaistainen etäisyysmittaus­-moduuli­ ratkaisee monitie­­ongelman.

35

TIEDE

File: Olli Ventä

Kuva 5. Työkoneen vaara-alueiden dynaamisen muuttumisen periaate työsuorituksen edetessä.

Simulointi parantaa turvallisuutta ihmisten ja autonomisesti toimivien työkoneiden yhteisillä työmailla.

36

pääsy työmaalle, tai jos ihmisiä ilmaantuu koneiden varoalueiden lähelle, koneilla tehtävä työ on pysäytettävä.

Koneiden uutta kyvykkyyttä ja autonomiaa voidaan myös hyödyntää turvallisuuden parantamisessa esimerkiksi yksinkertaistamalla tai hidastamalla koneen tai koneiden työskentelytapaa tai laskemalla ajonopeutta.

Konetta tai työmaata ei useimmiten tarvitse yksioikoisesti pysäyttää, vaan päinvastoin ihmisten ja koneiden yhteistoiminnalla työmaista voidaan saada entistä miellyttävämpiä ja tarkoituksenmukaisen tehokkaita.

Työmaiden riskianalyysiä on kuitenkin kehitettävä dynaamiseksi, työmaan tilanteen mukaan muuttuvaksi. Sekä työmaan ihmisiä että koneita pitää ohjata adaptiivisesti, tilanteen luomien potentiaalisten riskien ja niiden välttämisten mukaan.

Turvallisuuden hallinnan kehittäminen fyysisillä koneilla, muuttuvissa ympäristöissä ja tilanteissa on hankalaa. VTT:n virtuaaliteknisissä ympäristöissä voidaan tehokkaasti ja kattavasti analysoida ja kehittää turvallisia ihmisten ja koneiden yhteistoimintakonsepteja ja testata koneiden toimintoja, tässä tapauksessa nimenomaan turvallisuuden näkökulmasta.

Automaattinen koneiden turvallisuus­ järjestelmä laskee jatkuvasti ja tilanteen ­mukaan ajan ja paikan mukaan eteneviä vaara­ vyöhykkeitä ja ohjaa automaattisesti ­tilanteen mukaan koneita pois aiheuttamasta riskejä.­ ­J ärjestelmä myös pitää ihmiset tietoisina­ ­turvallisista työalueista.

Olli Ventä on tullut VTT:lle vuonna 1990 Teknillisestä korkea­ koulusta silloin juuri väitelleenä tekniikan tohtorina. Koko 2000-luvun Olli Ventä on sekä valmistellut tutkimus­ ohjelmia että johtanut ohjelmia.

Pääohjelmia ovat olleet Tekesin Älykkäät automaatiojärjestelmät -ohjelma (20012004) ja VTT:n kolme kärkiohjelmaa (Intel������� ligents products and systems, Complex Systems Design, e-Engineering).

Tärkeässä roolissa viime vuosina ovat myös olleet FIMECCja TIVIT-ohjelmien valmistelut.

Avainhenkilöitä tekstin esimerkeissä ovat olleet lisäksi Ismo Vessonen (EFFIMA-ohjelmapäällikkö), Pirkka Tukeva (VTT Node), Mikko Lehtonen (Tolkkualgoritmikirjasto), Timo Lehikoinen (etäisyysmittaus) ja Risto Tiusanen (simulaatiosta turvallisuutta).

VTT IMPULSSI – TIEDE

T E K N O LO G I A

Sivut

38–58 VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

37

AVAINSANAT biokomposiitti, biobarrier-pinnoitettu kuitumateriaali, PGA-muovi AVAINHENKILÖT Ali Harlin, Jussi Aine AVAINVIESTI Biopohjaiset materiaalit tulevat muun muassa ruokapakkauksiin.

V TT:N KONTAKTI ali.harlin@vtt.fi LISÄTIETOJA www.vtt.fi, www.puustellimiinus.fi

Teksti Marjo Kosonen Kuvat Antonin Halas, Timo Kauppila, Indav ja Puustelli

Ylivertaiset

BIOMATERIAALIT Uudet biopohjaiset materiaalit ovat paitsi ympäristöystävällisiä myös monin tavoin ominaisuuksiltaan ylivoimaisia.

38

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

B

i opohjaiset materiaalit ovat

t­ulossa vahvasti kuluttajan ­arkeen. ”Nelihenkisen keskiverto­ perheen vuodessa kuluttamat kinkkupakkaukset voidaan tehdä viidestä kilosta öljyä – tai 800 grammasta sokeria”, VTT:n tutkimus­professori Ali Harlin havainnollistaa.

Teollisuudessa on jo pitkään etsitty öljyntuotannosta riippuvaisen muovin tilalle kestävämpiä vaihtoehtoja. Tällä hetkellä muoveihin käytetään viisi prosenttia maailman raakaöljyn tuotannosta.

Kaikista muoveista noin 40 prosenttia käytetään pakkauksiin, joten pakkausalaan kohdistuu erityisiä paineita öljyriippuvuuden vähentämiseksi.

Yksi keino vähentää riippuvuutta öljystä ja pienentää sen kulutuksen aiheuttamaa hiilijalan­jälkeä on korvata elintarvikepakkauksissa käytettävä muovi uusiutuvista raaka-aineista valmistetuilla materiaaleilla. Sellaisia ovat esimerkiksi biopohjaiset­ muovit.

Kehitys kehittyy

Elinkaarianalyysien mukaan biopohjaisten muovien hiilidioksidipäästöt voivat olla parhaimmillaan 7 ­0 prosenttia pienemmät kuin öljypohjaisilla muoveilla.

Eikä siinä kaikki. ”Nyt kehitetty biobarrier-pinnoitettu kuitumateriaali ei ainoastaan säästä luontoa, vaan sen ominaisuudet ovat markkinoilla oleviin pakkausmuoveihin verrattuna ylivoimaiset. Barrier-materiaalit estävät molekyylejä kulkeutumasta pakkauksen lävitse, joten muovi ­läpäisee vain vähän happea ja vettä. Näin suojakaasuun paketoitu ruoka pysyy tuoreena pitkään”, Ali Harlin kertoo.

Koskaan ei ole palattu huonompaan vaihto­ ehtoon. ”Ei Oulussakaan kukaan enää haikaile tervan perään. Tervasta siirryttiin aikoinaan sahatavaraan ja edelleen paperiin. Nyt mennään jälleen eteenpäin.”

Asiaa mutkistaa se, että edes uusiutuvien ja kierrätettävien biomateriaalien raaka-aineet eivät ole ehtymättömiä. Näille raaka-aineille on muitakin ­ottajia.

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

39

Bio se tai tämä yksin ei ratkaise ongelmaa, tehokas biotalous kyllä. ”Arvioidaan, että vuonna 2030 maailma tarvitsee 50 prosenttia lisää ruokaa, 45 prosenttia lisää energiaa ja 30 prosenttia lisää vettä.

Samanaikaisesti ympäristö asettaa rajoituksia kasvulle. Erityisen kriittisiä luonnonvaroja ovat ruoka, energia, maaperä, metsävarat ja vesi sekä tietyt mineraalit.”

On siis mietittävä tarkkaan, mitä luonnon­ varoja käytetään mihinkin tarkoitukseen. Ravinnoksi sopivat raaka-aineet kannattaa säästää ensisijaisesti ruoantuotantoon. Pakkauksethan ovat olemassa ruokaa varten eikä päinvastoin. ”Etsimmekin resursseja mahdollisimman tehokkaasti hyödyntäviä ratkaisuja. Ratkaisujen tulee olla kestäviä niin ympäristön, talouden kuin yhteiskunnankin näkökulmasta. Bio se ja tämä yksin ei ratkaise ongelmaa, tehokas biotalous kyllä”, Harlin toteaa.

Biotaloudella tarkoitetaan vähähiilistä ja energiatehokasta yhteiskuntaa, joka perustuu uusiutuvien luonnonvarojen ja kierrätettävien materiaalien käyttöön. Sen vastakohtana ­pidetään fossiilisiin polttoaineisiin perustuvaa ­nykyistä taloutta.

Biotaloudessa ympäristönäkökulma huomioidaan kaikessa tekemisessä, pelkästä viherpiiperryksestä ei ole käytännön hyötyä.

Bioraaka-aineiden luvattu maa

Suomi on bioraaka-aineiden suhteen rikas maa.

Metsien kestävän käytön voisi lähestulkoon tuplata kasvattamalla sitä 30–40 miljoonan­ kuutiometrin verran.

Metsistä voidaan ammentaa paitsi selluloosaa myös hemiselluloosaa ja ligniiniä. Kaikista niistä on moneksi.

Selluloosasta pystytään kierrättämällä valmistamaan tekstiilikuitua. Nanoselluloosasta eli nano- ja mikrokokoon jauhetusta selluloosasta taas voidaan tehdä hedelmäpussin kaltaista materiaalia, joka on täysin biohajoavaa eikä sähköisty. Materiaali soveltuu esimerkiksi painetun elektroniikan alustaksi. ”Soluseinässä selluloosan ja ligniinin v ­ älissä sijaitseva hemiselluloosa on vielä k ­ ehityksen alla. Siitä voidaan valmistaa barrier-­mate­ riaaleja, jotka kykenevät estämään rasva- tai happi­molekyylien kulkeutumisen pakkauksen

”On mietittävä tarkkaan, mitä luonnonvaroja käytetään mihinkin tarkoitukseen”, Ali Harlin huomauttaa.

Ksylaanista eli koivun hemiselluloosasta voidaan tehdä uudenlaisia lämpömuovimateriaaleja, kuten lämpösuljettavia barrier-kalvoja tai läpinäkyviä filmejä muovimukeihin, sekä läpipainopakkauksia.

40

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

PGA-muovi sopii ruokapakkauksiin

Kuidusta valmistettu pakkaus, jossa on läpinäkyvä ikkuna.

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

VTT:N KEHITTÄMÄ BIOPOHJAINEN komposiittinen pakkausmateriaali pudottaa öljyn käytön pakkauksissa 100 prosentista 15 prosenttiin. Uuden materiaalin ansiosta muovista valmistetut suojakaasupakkaukset voidaan korvata kuitupakkauksilla. ”Uuden PGA-muovin valmistuksessa voidaan käyttää kierrätettyä paperia, puuta tai vaikka olkea. Sen perusraaka-aineeksi käy kaikki kasvipohjainen biomassa”, VTT:n tutkimusprofessori Ali Harlin kertoo.

VTT:n kehittämä menetelmä tehostaa biopohjaisen PGA-muovin monomeerin eli glykolihapon valmistusta.

PGA-muovi on nykyisiin barrier-materiaaleihin verrattuna huomattavasti laadukkaampi materiaali. Hyvien läpäisynesto-ominaisuuksiensa ansiosta se soveltuu erityisesti elintarvikkeiden säilytykseen ja kuljettamiseen.

PGA läpäisee vain vähän happea ja vettä, joten suojakaasuun paketoitu ruoka pysyy tuoreena.

PGA on 20–30 prosenttia lujempaa ja kestää 20 celsiusastetta korkeampaa lämpötilaa kuin markkinoiden yleisin biohajoava muovi PLA. Se kuitenkin hajoaa luonnossa PLA-muovia nopeammin, ja hajoamisnopeutta voidaan tarvittaessa säädellä.

Näin suorituskykyinen materiaali on varmaan kallista valmistaa?

Ali Harlin myöntää, että PGA-muovi on tavallista öljystä valmistettua muovia muutamia kymmeniä prosentteja hintavampaa. Hän kuitenkin muistuttaa, että kalleus on suhteellinen käsite. Parempi suorituskyky kompensoi korkeampaa hintaa. ”Huippuluokkaa olevista pakkausominaisuuksista kannattaa maksaa. PGA:ta myös kuluu pakettiin vähemmän kuin tavallista muovia, mikä alentaa kokonaishintaa.”

Kun yhdistetään PGA-barrier ja muokattava kartonki, pakkauksen paino pienenee 35–40 prosenttia.

Menee vielä muutama vuosi, ennen kuin ensimmäiset PGA:sta tehdyt muovipakkaukset ovat kuluttajan hyppysissä. Harlin arvioi, että PGA olisi markkinoilla viiden vuoden kuluessa. VTT neuvottelee parhaillaan materiaalin hyödyntämisestä muun muassa elintarviketeollisuuden kanssa.

41

läpi. Tämä on selkeä etu, sillä kalvo suojaa tuotetta kontaminoitumiselta tai hapettumiselta. Lisäksi hemisellusta voidaan tehdä joustavaa, sitkeää filmiä sekä absorboivaa hydrogeeliä”, Ali Harlin kertoo.

Ligniinistä VTT on kehittänyt muun muassa lämpömuovattavia aineseoksia käytettäväksi muovin tavoin ja dispersiopäällystykseen soveltuvia mäntyhappoligniinidispersioita.

Paperiteollisuuden pelastaja?

Biomuovit avaavat uusia ovia suomalaiselle metsäteollisuudelle, sillä maailman pakkausmarkkinoiden ennustetaan kasvavan rajusti muun muassa Kiinan ja Intian johdolla. Eettiset kulutustottumukset ja kehittyvä lainsäädäntö ohjaavat alaa kohti kestävää kehitystä.

Markkinoiden kokonaisvolyymiksi arvioidaan noin 500 miljardia euroa. Biomuovien

osuus muovin­tuotannosta on tällä hetkellä vain prosentin luokkaa. ”Kerran 50–70 vuodessa hypätään seuraavaan ruutuun – ehkä nyt on se hetki? Suomessa on isot varannot selluloosaa, joka on suhteellisen kestävä raaka-aine verrattuna esimerkiksi sademetsien puihin tai peltoihin. Sellua ei voida käyttää ravinnoksi, joten se ei häiritse ruokaketjua. Suomessa on myös kapasiteettia, koska sellutehtaita saatetaan edelleen sulkea edelleen.”

Harlin korostaa, että ei ole olemassa yhtä patenttiratkaisua. ”Tarvitaan joustavaa ajattelua ja tekoja.

Pienillä­kin teoilla voidaan saada aikaiseksi isoja asioita. Esimerkkinä on virvoitusjuomajätti CocaCola, jonka käyttämistä pulloista jo neljäsosa on tehty maatalouden sokerista valmistetusta PETmuovista – se on pieni mutta näkyvä esimerkki muille.” 

Keittiö, jolla on pieni hiilijalanjälki PUUSTELLI TUO MARKKINOILLE ekologiset, biokomposiitista valmistettavat keittiökalusteet. Puustelli ­Miinus -keittiön runkorakenteen hiilijalanjälki on tavallista keittiötä jopa puolet pienempi.

Uudesta biokomposiitista tehdyt keittiöt painavat keskimäärin 200 kiloa vähemmän kuin nykyiset keittiöt. Näin niiden kuljettamisen aiheuttamat päästöt vähenevät.

Kehitysponnistus lähti liikkeelle reilut kolme vuotta sitten. ”Meillä oli visio keittiökalusteista, jotka kuormittaisivat ympäristöä selvästi vähemmän kuin lastulevystä valmistettavat keittiökalusteet. Lähtökohtana oli maailmanlaajuinen megatrendi, jonka mukaan ympäristön merkitys on nousussa”, Puustelli Group Oy:n toimitusjohtaja Jussi Aine kertoo.

Tekniseksi kumppaniksi kehityshankkeeseen Puustelli pyysi VTT:n. ”VTT oli meille entuudestaan tuttu. Tiesimme, että talossa on tietoa ja näkemystä biokomposiiteista.”

Laboratorio-olosuhteissa testattiin ja vertailtiin erilaisia biopohjaisia raaka-aineita, niiden yhdistelmiä sekä hiilijalanjälkeä. Kehittämistyöhön osallistui myös Aalto-yliopiston puutekniikan laboratorio.

Lopulta parhaaksi vaihtoehdoksi osoittautui biokomposiitti, josta 60 prosenttia on polypropeenia ja 40

42

Puustellin biokomposiitti­keittiön ajaton ­design on professori Juhani ­Salovaaran ­käsialaa.

prosenttia puukuitua. Seos sietää isojakin lämpötilan vaihteluja aina -25 asteesta +90 asteeseen.

Kierrätettävällä UPM ForMi -biokomposiitilla on muitakin etuja. ”Ruiskupuristamalla valmistettavat rungot ovat keveitä. Ruuvattavuutensa ansiosta ne voidaan purkaa ja kasata uudelleen useita kertoja – ne on tehty kestämään vähintään 30 vuotta. Myös vedenkestävyys on keittiössä selkeä plussa”, Jussi Aine toteaa.

Markkinoille uudenlaiset keittiökaapit tulevat kesän korvalla. Puustellin tavoitteena on nostaa uusien keittiöiden osuus yhtiön 75 miljoonan euron liikevaihdosta lähes kolmannekseen.

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

Kerran 50–70 vuodessa hypätään seuraavaan ruutuun – ehkä nyt on se hetki?

Kolme strategiaa kestävään talouteen

1. Teollisuuden prosessien resurssitehokkuus (materiaalit, energia, vesi)

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

2. Raaka-aineiden korvaaminen vaihtoehtoisilla materiaaleilla ja niiden uusiokäyttö

3. Uudet kaupalliset mallit tai teolliset ja kuluttajaekosysteemit

43

AVAINSANAT vähähiilinen yhteiskunta, kasvihuonekaasupäästöt, carbon capture and storage (CCS) AVAINHENKILÖT Tiina Koljonen, Lassi Similä, Kai Sipilä AVAINVIESTI Low Carbon Finland 2050 -hankkeessa visioitiin kolme polkua, joiden avulla Suomi voi päästä EU:n kasvihuonekaasupäästöille asetettuun tavoitteeseen vuonna 2050.

VTT:N KONTAKTI tiina.koljonen@vtt.fi LISÄTIETOJA www.vtt.fi

EU:n tavoitteena on pysäyttää maapallon keskilämpötilan nousu alle kahteen celsiusasteeseen.

44

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

Teksti Harriet Öster Kuvitus Jutta Suksi

Vähähiilinen Suomi on kovan työn takana Vähähiiliseen yhteiskuntaan pääseminen vaatii­ ponnistuksia. Energiatuotannon ja -käytön uudistamisen lisäksi teollisuuden kilpailukyky on pidettävä kunnossa, jotta kansantalous kestää.

V

aihtoehtoisia kehityspolkuja kohti vähähiilistä yhteis­ kuntaa hahmoteltiin VTT:n syksyllä valmistuneessa Low Carbon Finland 2050 -tutkimuksessa. Siinä ­kerättiin VTT:n eri tutkimusalojen asiantuntijoiden­ ­ideoita ja arvioita Suomen kehityksestä. Työhön osallistui­myös Valtion taloudellinen tutkimuskeskus (VATT) arvioimalla vähähiilisten kehityspolkujen vaikutuksia kansantalouteen.

Tutkimustulokset on esitetty kolmena skenaariona, jotka toimivat päättäjien keskustelun pohjana. Parhaillaan laaditaan Suomelle tiekarttaa­kohti vähähiilistä yhteiskuntaa vuonna 2050.

EU:n vähähiilisen yhteiskunnan tavoitteen mukaan kasvihuonekaasupäästöjen on vuonna 2050 oltava vähintään 80 prosenttia pienemmät kuin vuonna 1990. Näin Eurooppa pysyisi kansainvälisesti sovitulla­kehityslinjalla, jossa tavoitteena on pysäyttää maapallon keskilämpö­tilan ­kohoaminen alle 2 celsiusasteeseen.

Jotta Suomi pääsisi vähähiilisen yhteiskunnan tavoitteeseen, kaikkien­energiaa tuottavien ja kuluttavien sektoreiden on oltava ­mukana päästötalkoissa. Parhaimmassa tapauksessa voisimme laskelmien mukaan vuonna 2050 jopa myydä päästö­oikeuksia ja puhdasta energiaa.

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

45

”Edellytyksenä tähän on hiilidioksidi­ päästöjen talteenoton ja varastoinnin tekniikan ­(carbon capture and storage, CCS) kehittäminen. Ellei energiatuotannossa sallita runsaasti lisää ydinvoimaa, hiilestä ei päästä kokonaan eroon. Silloin tarvitaan CCS:ää energian­ tuotannossa ja etenkin metallurgisessa teollisuudessa”, sanoo VTT:n tutkimusjohtaja Kai Sipilä. ”Toisaalta, jos CCS saadaan toimimaan ­kestävästi myös käytettäessä biopolttoaineita, hiilidioksidipäästöt kääntyvät negatiivisiksi eli hiilidioksidia poistuu ilmakehästä.”

Tukee myös VTT:n omaa suunnittelua

”VTT:n omarahoitteisella tutkimuksella halusimme kerätä tutkijoiden skenaarioita ja ideoita ennakoivasti – mieluummin riittävän raflaavasti, jotta ymmärrettäisiin ero tekemisen ja tekemättä jättämisen välillä”, Sipilä sanoo. ”Uuden teknologian kehittäminen ja laaja käyttöönotto on hidasta, eikä aikaa v ­ uoteen 2050 ole tuhlattavaksi. Perusvoimalaitos on suuri investointi, ja se rakennetaan 40–60 vuoden­tuotantoa varten.”

Low Carbon Finland 2050 on myös VTT:n strateginen tutkimusprojekti oman pitkän ­tähtäimen suunnittelun tukemiseksi. ”VTT:n hankkeeksi tämä on laajuudessaan epätavallinen. Panostus on kuitenkin maksanut itsensä takaisin moninkertaisesti uusina ideoi-

na, oman toimintamme fokusointina ja tulevien vuosien vaikuttavuutena. Olemme itse valmiimpia tarvittaviin muutoksiin”, Sipilä sanoo.

Low Carbon Finland 2050 -tutkimuksen lähtöoletuksena oli, että Suomen kasvihuone­ kaasupäästöt vuonna 2020 ovat EU:n asettamien ­tavoitteiden mukaiset. Vuoden 2020 jälkeistä kehitystä mallintamalla on hahmoteltu kolme eri kehityspolkua. Kussakin niissä päästöjä leikataan vähintään 80 prosenttia vuoteen 2050 mennessä. ”Olemme käsitelleet kehitystä t­ekniikan ja palvelujen näkökulmasta ja laskeneet ­ske­­naarioiden vaikutuksia energia- ja kansantalouteen. Keskeinen ohjaava tekijä on päästö­ oikeuksien hinta, joka on laskettu globaalin ilmasto­tavoitteen perusteella. Mitään muita poliittisia­reuna­ehtoja ei tutkimuksessa ole asetettu”, ­Sipilä ­toteaa.

Yhdyskuntarakenteellakin merkitystä

Työn alussa määriteltiin kolme skenaariota, joita luonnehdittiin visioidun yhteiskunnan­ mu­kaan. Ne eroavat toisistaan ­yhdys­­kunnan ja teollisuuden rakenteen sekä liikennejärjestelmän suhteen. Eroja on myös siinä, montako uutta ydinreaktoria sallitaan energian­ tuotannossa.

Inno-skenaariossa teknologian kehitys on voimakkain ja hyvinvointi perustuu uusien tuotteiden ja palvelujen kaupallistamiseen

Laaja asiantuntijaverkosto suunnittelemassa KESÄLLÄ 2010 KÄYNNISTYNEESSÄ Low Carbon F ­ inland 2050 -projektissa noin 50 VTT:n asiantuntijaa osallistui ­kolmen vaihtoehtoisen skenaarion luomiseen. ”Mukaan ydinryhmään kutsuttiin eri tutkimusalueilta henkilöitä, joilla oli kokemusta aiemmista vastaavan tyyppisistä hankkeista. He laajensivat ryhmää edelleen omiin verkostoihinsa”, kertoo VTT:n tutkija Lassi Similä, joka organisoi käytännön työn.

Seminaareja järjestettiin muutama, ja lisäksi asian­ tuntijat työskentelivät pienryhmissä. Aikatauluista oli pidettävä kiinni, vaikka osallistujat olivat kiireistä väkeä.

Laskennassa sovellettiin globaalia, alun perin Kansainvälisen energia­järjestön IEA:n ohjelmassa kehitettyä mal-

46

lia. Valtion taloudellinen tutkimus­keskus VATT käytti omaa kansantalouden mallia.

Seuraavaksi työ jatkuu Tekesin Green Growth -ohjelmaan kuuluvassa Low Carbon Finland 2050 Platform -hankkeessa. VTT:n koordinoimassa hankkeessa on mukana neljä ministeriötä sekä tutkimuspuolelta VATT, Metla ja Geologian tutkimuskeskus.

Hankkeessa laajennetaan näkökulma muun muassa luonnonvarojen kestävään käyttöön, yhteiskunnan rakenteellisiin muutoksiin ja ohjauskeinojen vaikutuksiin. ”Alustavasti on hahmoteltu myös Pommi-skenaariota, missä asiat menevät pieleen energia- ja ilmastotulevai­ suuden osalta”, Tiina Koljonen toteaa.

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

Halusimme kerätä tutkijoiden skenaarioita ja ideoita riittävän raflaavasti.

ja vientiin. Yhdyskuntarakenne on nykyistä enemmän ­kaupungistunutta ja liikenne on kehittynyt hyvin energia­tehokkaaksi.

Tonni-skenaariossa Suomen teollisuus­ rakenteessa tai yhdyskuntarakenteessa ei tapahdu suuria muutoksia. Energiaintensiivisen teollisuuden tuotanto kasvaa ja tuotevalikoima pysyy nykyisen kaltaisena. Päästöt vähennetään pääosin jo nyt käytössä olevalla tekniikalla.

Onni-skenaariossa energiaintensiivinen teollisuus vähenee selvästi ja yhdyskunta­ rakenne on hajautuneempaa. Pienten, innovatiivisten palveluyritysten määrä lisääntyy.

Päästömäärien kehitys irtautuu bkt:sta

”Tonni- ja Inno-skenaarioiden välillä on teknologian suhteen suuri ero, mutta kansantalouden osalta erot jäävät vähäisiksi. Esimerkiksi metsäteollisuuden volyymi vähenee selvästi Innossa, mutta uusien tuotteiden jalostusarvo nousee”, sanoo VTT:n johtava tutkija Tiina Koljonen, joka on Low Carbon Finland 2050 -tutkimuksen projektikoordinaattori.

Niin energiantuotannon, ­rakennusten kuin varsinkin ­liikenteen osalta päästöt vuonna 2050 ovat Innossa selvästi alhaisemmat kuin Tonnissa. Silti energia­järjestelmään vaadittavat investoinnit ovat Tonnissa selvästi korkeammat. Syynä on energiaintensiivisen teollisuuden suurempi osuus ja sen vaatimat päästöleikkaukset. ”Onni puolestaan on niin erilainen, että sen taloudellista vaikutusta ei vielä tässä vaiheessa laskettu, se olisi vaatinut huomattavasti suuremman panostuksen. Siinä annetaan teollisen tuotannon laskea ja haetaan onnellisuutta jostakin muualtakin kuin materiaan perustuvasta taloudesta”, Koljonen sanoo.

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

”On merkittävä asia, että päästömäärien ­ ehitys irtautuu bruttokansantuotteen kehik tyksestä. Vertailemalla nykyhetkeä vuoteen 1990 selviää, että energiankulutus on jo nyt irtautumassa bruttokansantuotteesta. Polttoaineet ovat kallistuneet ja tehostumista on tapahtunut k ­ aikilla sektoreilla.”

Enemmän sähköä yhteistuotannosta

Uusiutuvan energian osuus koko energiantuotannosta vuonna 2050 on kaikissa skenaarioissa 50 prosentin paikkeilla.

Innossa oletuksena on teknologian voimakas kehitys. Energiaa tuotetaan monipuolisesti ja energiatehokkuus paranee. Varsinkin tuulivoiman osuuden odotetaan kasvavan. Myös aurinkoenergian osuus kasvaa, mutta merkittäväksi energian lähteeksi se nousee vain paikallisesti. ”Innossa on lähdetty siitä, että kaksi luvan saanutta ydinvoimahanketta toteutuu. Tonnissa teollisuus tarvitsee niin paljon sähköä, että on kustannustehokasta lisäksi rakentaa lisää ydinvoimaa korvaamaan poistuvaa kapasiteettia”, Koljonen sanoo.

Fossiilisten polttoaineiden käyttö vähenee, mutta kokonaan ne eivät häviä vuoteen 2050 mennessä. Niitä käytetään edelleen suurten kaupunkien sähkön ja lämmön yhteistuotannossa ja liikenteessä. ”Vuoden 2040 paikkeilla päästöjä on jo vähennetty niin paljon, että ilman CCS:ää rajakustannus päästä 80 prosentin vähennykseen on erittäin korkea. Mallissa hiilidioksidi kuljetetaan putkessa tai laivalla Suomesta paikkaan, missä sitä voi varastoida vaikkapa meren pohja­sedimenttien alla oleviin suolavesikerroksiin”, Koljonen toteaa. ”Innossa on myös uusi matalakaukolämpö­ järjestelmä, jossa lämmön ja sähkön yhteistuotannossa sähkön osuus kasvaa. Energia­ tehokkaissa rakennuksissa lämmityksen tarve pienenee ja täten kaukolämmön menoveden lämpötila kannattaa laskea”, Koljonen sanoo.  47

AVAINSANAT älykäs liikenne, esineiden internet, biotalous, jäte- ja vesihuolto AVAINHENKILÖT Heikki Ailisto, Mona Arnold, Jussi Manninen, Nils-Olof Nylund AVAINVIESTI V T T edistää poikkitieteellisten avausten ja kokonaisvaltaisten ratkaisujen syntyä.

V TT:N KONTAKTI heikki.ailisto@vtt.fi, mona.arnold@vtt.fi, jussi.manninen@vtt.fi, nils-olof.nylund@vtt.fi LISÄTIETOJA www.vtt.fi/programmes

48

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

Teksti Paula Bergqvist Kuvat Antonin Halas, Juha Sarkkinen, Stockphoto

Älykäs liikenne, esineiden internet, biotalous, jäte- ja vesihuolto.

Poikkitieteellisyys ja tulevaisuuden suuret haasteet ovat VTT:n neljän kärki­ohjelman yhteiset nimittäjät.

Monitieteellisiä ratkaisuja suuriin haasteisiin

V

TT tukee Suomen elinkeinoelämän kilpailukykyä ja etsii ratkaisuja yhteiskunnan tulevaisuuden haasteisiin, kuten väestörakenteen muuttumiseen ja ilmastonmuutokseen.

Kärkiohjelmiensa avulla VTT edistää uusien, poikkitieteellisten avausten ja kokonaisvaltaisten ratkaisujen syntyä.

Vuoden 2013 alussa käynnistyi kolme uutta kärkiohjelmaa: Tuottavuusharppaus esineiden ja asioiden internetillä; Älykäs, vähähiilistä energiaa käyttävä liikenne ja Tie biotalouteen.

Kestävät ratkaisut veden ja jätteen käsittelyyn -ohjelma on edennyt jo puoliväliin.

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

49

Esineiden internet tulee

K

un laitteet ja palvelut saadaan kommunikoimaan keskenään, toiminta­tavat ja liiketoiminta mullistuvat monella toimialalla, muun muassa terveydenhuollossa, energian­siirrossa, logistiikassa, liikenteessä ja kiinteistönhuollossa. ”Nykyteknologiat ovat edistyksellisiä, mutta kehitystä hidastaa yhteisten arkkitehtuurisopimusten puuttuminen. Saamme vielä odottaa esimerkiksi verkkoratkaisua, joka ohjaa kodin turvaratkaisuja, ilmanvaihtoa ja lukituksia sekä lukee sähkömittareita”, VTT:n tutkimusprofessori Heikki Ailisto sanoo.

Palveluinnovaatioita ja parempaa tuottavuutta

Tuottavuusharppaus esineiden ja asioiden internetillä -ohjelma keskittyy erityisesti yritysten hallinnassa olevien resurssien, esimerkiksi koneiden ja laitteiden, käytön tehostamiseen.

Yhdistämällä ICT- ja elektroniikkateknologioita muihin ratkaisuihin voidaan esimerkiksi parantaa käyttöastetta tai optimoida huoltotoimenpiteitä, Heikki Ailisto toteaa.

Kyse ei ole niinkään ICT- ja elektroniikkateknologioiden kehittämisestä vaan niiden yhdistämisestä muihin ratkaisuihin. Näin voidaan parantaa käyttöastetta, optimoida huoltotoimenpiteitä tai suunnitella parhaan mahdollisen tuloksen mahdollistava ja energiaa vähän kuluttava älykäs valaistus. ”Esineiden ja asioiden internet (Internet of Things eli IoT) sisältää myös asumiseen liittyviä ratkaisuja: veden kulutuksen hallintaa, materiaalien säästämistä, älykästä valaistusta ja lämmön­hallintaa. Hahmottelemme esimerkiksi terveydenhuollon palveluja, joilla voidaan tukea ikääntyneiden kotona asumista”, Ailisto kertoo.

Heikki Ailisto uskoo, että ensimmäisiä ohjelman käynnistämiä spin-off-yrityksiä on odotettavissa parin vuoden säteellä. Hän näkee kasvun mahdollisuuksia pienillekin yrityksille esimerkiksi älykkäässä valaisussa sekä kone- ja kuljetuspuolella. ”Ohjelma palvelee erityisesti maailmanlaajuisesti toimivien koneiden, laitteiden ja kuljetusvälineiden valmistajia, jotka haluavat siirtyä palveluliiketoimintaan. Kyse on miljardibisneksestä”, Ailisto sanoo.

IoT-teknologioiden avulla voidaan myös parantaa tuottavuutta.

Tietoliikenne, tietotekniikka ja elektroniikka ovat välineitä, joilla tavoitteisiin päästään. Ailiston johdolla tutkijat paneutuvat muun ­muassa koneiden ja laitteiden etäohjaukseen, ennakoivaan kunnossapitoon ja älykkääseen valaisuun anturien ja tietoliikenteen avulla. Älykäs valaisu -projektissa etsitään energiataloudellisten ratkaisujen lisäksi parempaa valaisukokemusta, joka perustuu digitaalisesti ohjattaviin LED-valaisimiin. ”Tällä saralla voimme yhdistää osaamistamme tietoliikenneteknologian, mikroelektro­ niikan ja painetun älykkyyden osa-alueilla”, Ailisto toteaa.

Esineiden internetin kehitystä hidastaa yhteisten arkkitehtuurisopimusten puute.

50

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

Älyä liikennejärjestelmiin

L

iikenteen suunnittelussa katse on jo vuoden 2050 tavoitteissa. Niiden mukaan kaupungeissa ei enää ajeta perinteisillä henkilöautoilla ja lentokoneet ja laivat kulkevat biopolttoaineella.

EU:n vuodelle 2050 asettamat kasvihuonepäästö­ tavoitteet edellyttävät entistä energiatehokkaampia ajoneuvoja ja liikennemuotoja tavara- ja henkilö­ liikenteessä sekä vähähiilisten energiamuotojen käyttöönottoa. Myös liikenteen kasvulle on pantava­ stoppi.

Ratkaisuja etsitään nyt vähähiilistä älykästä liikennettä kehittävässä kärkiohjelmassa, joka kytkee toisiinsa VTT:n ajoneuvo-, liikennejärjestelmä-, ­liikennepalvelu-, polttoaine- ja yhdyskuntarakenne­ osaamisen. ”Älyliikenteen avulla voimme tehostaa kuljetuspalveluja ja vähentää turhaa liikkumista”, ­toteaa tutkimusprofessori Nils-Olof Nylund.

Tulevaisuudessa asuminen, liikkuminen ja energiantuotanto integroituvat. Tähän tarvitaan älykkäitä ratkaisuja. ”Tarvitaan suuria muutoksia. Autojen hieno­ säätö ei riitä, vaan on uusittava kokonaisjärjestelmä. VTT on ottanut tehtäväkseen kehittää ­systeemistä lähestymistapaa, joka yhdistää energia-, ICT- ja liikennepalvelut”, Nylund sanoo. ­ ”Suomen teollisuudella on mahdollisuus olla kärjessä tässä kokonaisuudessa.”

Panokset raskaisiin ajoneuvoihin ja työkoneisiin

Koko liikennejärjestelmä pitäisi säätää uuteen asentoon.

Sähköautojen kehittämisessä ollaan jo pitkällä eri puolilla maailmaa. ”Suomelle sopiva tehtäväkenttä on raskaiden sähköautojen, bussien ja työkoneiden kehittäminen. Me VTT:llä panostamme hyötyajoneuvoihin.”

Nylundin mukaan emme vielä ole kestävän ­kehityksen polulla. Miten sille päästään? ”Meidän on yhdistettävä osaamisemme ajoneuvo- ja polttoainetekniikassa, vähähiilisessä energiassa, liikkumispalveluissa ja logistiikassa.

Tarvitsemme uuden lähestymiskulman, jossa osa­ optimointien kautta etenemme kohti laajaa kokonaisuutta ja järjestelmien integrointia.”

Tutkimusprofessori arvioi, että Suomi on kohtuullisen hyvin 2020-tavoitteiden polulla. Teollisuus on kiinnostunut biopolttoaineista, joten siltä osin kehitys etenee hyvin.

Yksi ongelma on kuitenkin Suomen vanha ­autokanta. ”Vuonna 2012 myytiin noin 100 000 autoa, kun kannan uudistamiseksi olisi pitänyt myydä 150 000 uutta autoa. Vuoden 2050 tavoitteet ovat meille ja kaikille muillekin hyvin suuri haaste.

Koko liikennejärjestelmä pitäisi säätää uuteen asentoon”.

”EU:n ja Suomen hallituksen määrittämät vuoden­ 2020 liikennettä koskevat tavoitteet on toteutettava mahdollisimman järkevästi ja kustannus­ tehokkaasti. Samalla on mietittävä, mitä uutta ­liiketoimintaa voidaan saada aikaan. Biopoltto­ aineet on tästä hyvä esimerkki”, Nylund toteaa.

”Autokannan uudistamiseksi viime vuonna olisi pitänyt myydä noin 150 000 uutta autoa”, Nils-Olof Nylund huomauttaa.

VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

51

Haravoimme pinnan alla kyteviä villejäkin ideoita.

Jussi Manninen on mukana pohtimassa, mitä uutta voidaan saada aikaan yhdistämällä biotekniikkaa ja elektroniikkaa.

Kohti biotaloutta

B

iotalousyhteiskuntaan siirtyminen edellyttää suuria muutoksia, jotka voivat tarjota Suomen elinkeino­ elämälle liiketoimintamahdolli­ suuksia. Johtava tutkija Jussi Manninen lupaa, että asiakashyötyjä saadaan aikaan jo Tie biotalouteen -ohjelman kuluessa.

Biotaloudessa on kyse biomassan jalostamisesta syntyvästä tulevaisuuden teollisuus­ sektorista. Sille on ominaista resurssien tehokas hyödyntäminen, jalostusarvon maksimoiminen, kierrätys, tiukka integraatio energiantuotantoon ja kyky rakentaa uutta yli nykyisten sektoreiden.

Manninen huomauttaa, että VTT:n tutkimustoiminnasta noin 40 prosenttia liittyy bio­ talouteen, ja ohjelma kattaa siitä korkeintaan neljänneksen. Ohjelmakokonaisuuden ulkopuolelle jäävät esimerkiksi laajat bioenergiahankkeet.

Biomassasta on moneksi

Ohjelmassa etsitään uusia tuotantoketjuja ­biomassan tehokkaaksi hyödyntämiseksi.

Tekstiilit ovat kiinnostava sovellusalue, jossa VTT:llä on jo valmistumassa pitkälle ­kehitettyä teknologiaa. Sovelluskohteita voi löytyä esimerkiksi hygienia- ja sairaalatuotteissa ja vaateteollisuudessa korvaamaan puu52

villan käyttöä. Myös 100-prosenttisesti biopohjaiset pakkaukset ovat lupaava sovelluskohde.

Toinen projektikokonaisuus liittyy maa­ talouteen. ”Elintarvikeketjuun kaivataan huomattavasti nykyistä kestävämpiä ja resursseja säästävämpiä ratkaisuja, joissa tuotannon sivuvirtoja hyödynnetään esimerkiksi pakkausmateriaaleissa”, Manninen kertoo.

Kolmas tavoite on kehittää tuotantojärjestelmää raaka-aineesta lopputuotteeksi. ”Miten hallitsemme tuotantoa ja logistiikkaa? Tarvitaanko laitekehitystä? Voidaanko pellon reunalla toteutettu tuotanto liittää osaksi isoa tuotantoketjua? Onko Suomessa konepajateollisuutta tuottamaan sopivia laitteita?”

Ohjelman neljäs projektikokonaisuus – ­synteettinen biologia – tähtää muita kauemmaksi eli seuraavan sukupolven tuotantoon. ”Haravoimme pinnan alla kyteviä villejäkin ideoita, jotka voivat olla tulevaisuudessa tärkeitä. Mietimme esimerkiksi, mitä uutta biotekniikan ja elektroniikan yhdistäminen voi tuoda tullessaan”, kertoo Manninen.

Lisäksi tarkastellaan, millaisia bisnesmalleja ja arvoverkkoja tarvitaan biotalouden edistämiseksi. Myös uusien ajatusten taloudellinen järkevyys on pidettävä mielessä.

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

Jätteiden kierrätys, materiaalien tehokas käyttö ja veden kierrätysteknologiat ovat tulevaisuuden liiketoimintaa, Mona Arnold sanoo.

Jätteet ja vesi tehokiertoon

P

uhtaan veden saatavuus on yksi ­tulevaisuuden vakavimmista yhteiskunnallisista riskeistä maailmassa.

Tulevaisuuden yhteiskunta ja teollisuus, erityisesti materiaali-intensiivinen teollisuus, tarvitsevat energiaa säästäviä, tehokkaita jätevesiteknologioita ja uusia menetelmiä jätteen hyödyntämiseksi. Jäte- ja vesivirtojen monitorointia on myös ­kehitettävä nopeaa päätöksentekoa varten.

VTT:n Kestävät ratkaisut veden ja jätteen käsittelyyn -kärkiohjelmassa tähtäin on nollapäästöisessä yhteiskunnassa. Toiminta jakautuu vesiteknologioihin, jätteiden kierrätykseen sekä resurssitehokkuutta edistäviin monitorointi- ja mallinnustyökaluihin.

Ohjelman sisältö – jätteiden kierrätys, ­materiaalien tehokas käyttö ja veden kierrätysteknologiat – on VTT:n johtavan tutkijan Mona Arnoldin mukaan tulevaisuuden liiketoimintaa. ”Yhdistämällä VTT:n vahvuuksia vesi- ja kierrätysalalla, esimerkiksi b ­ iotekniikkaa, mallintamista, anturitekniikkaa ja energiaosaamista, luomme kansainvälisesti kilpailukykyisiä ratkaisuja”, hän toteaa.

Ohjelmalla on hyvä rajapinta esimerkiksi VTT:n innovaatio-ohjelmaan, joka kehittää mittaus- ja anturointiteknologioita mikrosirutasolta sovelluksiksi ja tuotteiksi.

Käyttöönotto vielä edessä

VTT:n osaamisen syventämiseen panostavan­ ohjelman kaupallistamisvaiheet ovat vielä edessäpäin. ”Olemme edenneet jo pitkälle teknologiassa, jolla erotetaan biologisesti metalleja kaivos-, metalli- ja kierrätysteollisuuden jätteistä. Menetelmäämme on kokeiltu kaivos- ja metalliVTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

Tähtäin on nollapäästöisessä yhteiskunnassa. teollisuuden jätteiden käsittelyssä hyvin tuloksin”, Mona Arnold kertoo.

Ideana on uuttaa arvokkaat mineraalit jätteistä mikrobien avulla. Teknologia on Arnoldin arvion mukaan käyttövalmis muutaman vuoden sisällä.

VTT on kehittänyt myös indikaattoreita pienien haitallisten pitoisuuksien, kuten sinilevätoksiinien ja fenolisten, hormoninkaltaisten yhdisteiden, havaitsemiseen. Tämä teknologia on valmis tuotantoon lähivuosina.

Arnold mainitsee veden membraanisuodatuksen esimerkkinä VTT:n osaamisesta. ”Membraanisuodatus on hyvin kilpailtu tutkimusala. VTT:n vahvuudet ovat suodatuksen energiatehokkuuden parantamisessa.”  53

AVAINSANAT talouskasvu, osaamisen kehittäminen, erikoistuminen AVAINHENKILÖT Erkki KM Leppävuori, Jorma Turunen AVAINVIESTI Suomen kannattaa etsiä talouskasvua uusilta toimialoilta ja erikoistumisesta.

VTT:N KONTAKTI erkki.leppavuori@vtt.fi LISÄTIETOJA www.teknologiateollisuus.fi, www.vtt.fi

Teksti Paula Bergqvist Kuvat Vesa Tyni

Kohti kasvua

vaikka talous sakkaa Euroopan talous kitisee, ja rakennemuutos ravistelee ­Suomen teollisuutta. Teknologiateollisuus ry:n Jorma­ ­Turunen ja VTT:n Erkki KM Leppävuori näkevät­ kuitenkin­kasvun mahdollisuuksia. Niitä löytyy ­osaamisen kehittämisestä ja erikoistumisesta.

54

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

Teknologiateollisuus ry:n toimitusjohtaja Jorma Turunen:

Energiatehokkuus on valttimme Euroopan teollisuuden rakennemuutos kohdistuu erityisesti suomalaisiin yrityksiin. Jalostus­ketjun alapäässä olevat alihankkijat ovat vaikeuksissa. Nokia-klusterin vaikeudet näkyvät nyt Suomen maksutase- ja vaihtotase­ongelmina. Valopilkkuja on kuitenkin jo näkyvissä, ja kaikilla Suomen päätoimialoilla tapahtuu uusiutumista.

Kuoppa, joka syntyi Nokian ja kone- ja metalli­ teollisuuden vaikeuksista, on ollut syvä. Kasvavat alat eivät ole vielä ehtineet kuroa sitä umpeen.

Kaivostoiminnasta diagnostiikkaan ja peleihin

Uskon Suomen kaivannaisteollisuuteen ja ­metallien jatkojalostukseen. Hyvä esimerkki on Kittilässä toimiva Agnico Eagle Mines -kultakaivos, jonka työllistämis- ja verotuottovaikutukset ovat merkittävät. On tärkeää nostaa toiminnan jalostusastetta, koska rikkidirektiivi tulee nostamaan kuljetuskustannuksia.

Suomella on huipputason osaamista myös cleantech-alalla, ja voidaan puhua miljardien eurojen viennistä. Energiatehokkuus on erityinen vahvuutemme, johon noin puolet­cleantech-viennistämme perustuu tavalla tai toisella. Taustalla on pitkä kokemuksemme elämisestä maassa, jossa energiatehokkuus on ­sisäänrakennettu tavoite.

Terveysteknologiassa on mielestäni erittäin suuria mahdollisuuksia. Itsediagnostiikkaa on kehitettävä, koska ikäännymme ja julkisen sektorin palvelujen tarve kasvaa. Terveydenhuoltoon on myös tehtävä muitakin rakenteellisia muutoksia, jotta työntekijät riittävät.

Peliteollisuusmarkkinoilla suomalaisia pelejä on latauslistojen kärjessä. Uskon, että alalla on erittäin hyviä mahdollisuuksia.

ICT-teknologia tarjoaa sellaisia mahdollisuuksia tuottavuuden lisäämiseen, joissa fyysinen etäisyys ihmisten ja maiden välillä ei ole enää merkittävä asia. Suomi on etäällä – vähintään parin tunnin lentomatkan päässä – päämarkkinoistaan. 75 prosenttia viennistä menee edelleen Eurooppaan ja noin puolet EU-maihin.

Tuottavuuden lisäämisen lisäksi mielenkiintoinen kasvun mahdollisuus on ICT:n mahdollistama rooli uusien liiketoimintamallien luomisessa perinteisemmille toimialoille.

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

Toimintamalli Ruotsista?

Ruotsin vahvuus viennissä on laaja tuoteportfolio.

Lisäksi sillä on paljon pääomia eli ­hyvät mahdollisuudet kehitystyöhön. Ruotsi on myös palvelu­ liiketoiminnan kaupallistamisen malli­maa, mikä on seurausta asiakkaan tarpeiden syvällisestä ymmärtämisestä. Meidän vahvuutemme on teknologiaosaamiseen perustuvien erikoistuotteiden tuottamisessa. Maidemme ­välillä ei ole suuria palkkaeroja, mutta palkanmuodostuksen jousto toimii Ruotsissa paremmin. Palkanmuodostuksen jousto edistää investointeja.

Venäjän markkinoille?

Venäjän läheisyys on Suomen etu, ja moni ­yritys jo menestyykin Venäjällä. Näkisin mielelläni suur­ yritysten konttoreita myös Helsingissä, lähellä Venäjän markkinoita. S ­ uomalaisella ohjelmisto-osaamisella olisi paljon­tarjottavaa internet­palvelujen muodossa esimerkiksi k­ ehittyvälle Moskovan alueelle, joka vastaa markkina-­alueena New Yorkin ­kaupunkia.

Tulevaisuus erikoistumisessa

Tulevaisuutemme menestys on erikoistumisessa, ja tämä tarkoittaa usein eri teknologioiden­ ­yhdistämistä.

Suomen valmistavan teollisuuden heikko kohta ovat korkeat työvoimakustannukset, ja siksi automaatioastetta pitäisi korottaa. Suomeen­­sopii lyhyiden sarjojen ja korkean jalostus­asteen yhdistelmä.

Toimintaympäristö kuntoon

Sekä yritysympäristön kilpailukyvyn että yritysten oman kyvyn tuottaa lisäarvoa on oltava kunnossa, jotta liiketoiminnassa menestytään. Toimintaympäristön kilpailukyvyssä on paljon parannettavaa. On paljon hyvääkin, kuten korkea koulutustaso, toimiva innovaatiojärjestelmä ja julkisen ja yksityisen sektorin sujuva yhteistyö. Jos keskitymme niche-liiketoimintoihin, pitäisi koulutusta suunnata niihin. Nyt hajautamme koulutus­resurssejamme liikaa.

On kannattavampaa investoida high-tech-­ liiketoimintaan kuin tuotannolliseen teollisuuteen, jossa työvoima on kallista. Suomessa myös energian ja logistiikan hinta ovat korkeita. Yhtiö- ja yritys­verotus eivät ole kilpailukykyisiä. Nykyisellä henkilö­verotuksella emme saa parhaita osaajia Suomeen. Olemme ­menettäneet vientiä ketterään Viroon.  55

VTT:n pääjohtaja Erkki KM Leppävuori:

Rajojen rikkominen kannattaa Teollisuusnäkymiä

Valmistavan teollisuuden kilpailukyky on tuotta­ vuuskehityksen varassa. Alan teollisuutta meillä on jatkossakin, mutta tuottavuutta on parannettava. ICT-teknologian soveltamisella on keskeinen rooli perinteisen konepajateollisuuden tuottavuuden ­parantamisessa.

Automatisoinnin kehittäminen on tärkeää­ ­silloin, kun tuotantokustannukset ovat korkealla.­ Myös erikoistumista ja tuotteen lisä­arvon kehittämistä tarvitaan. Tuotteen erikoisuus voi olla sen tuotantotavassakin. Automatisoinnissa on hyvä muistaa, että käsiparit voivat usein olla dynaamisempia kuin miljoonan­euron robotti.

Uskon mineraaliklusterin mahdollisuuksiin.

Viime­aikaiset ongelmat kääntyvät vielä myönteisiksi opeiksi, ja voimme olla esimerkkinä muillekin. On löydettävä tasapaino, jolla voidaan toteuttaa kannattavaa teollista toimintaa kestävällä tavalla.

Biotalouteen liittyvä tuotanto korvaa lähi­ vuosina määrällisesti perinteisen metsä- ja paperi­ teollisuuden viennin alenemaa. Voi mennä vielä viisi vuotta, ennen kuin päästään merkittäviin­ tuotanto­volyymeihin.

Cleantech-alalla on paljonkin kasvun mahdollisuuksia Suomessa.

Uusiutuvista energiamuodoista on puhuttu ­pitkään. Suomella on vielä työsarkaa bioenergia­ muotojen kehittämisessä ja käyttöön­ottamisessa.

EU-sääntelystä voi tulla meille uusia haasteita, jotka rajoittavat metsävarantojemme käyttämistä biopolttoaineiden valmistuksessa.

Kemianteollisuus on noussut merkittävästi ja ohittanut metsäteollisuuden viennissä. Tämä on varmaan ollut monelle yllätys, koska teollisuudenalan potentiaalia ei ole pidetty hyvänä.

Ydinenergia on Suomen kannalta myönteinen mahdollisuus. Kyseessä on kehittyvä ala. Sähkö 56

voisi olla Suomelle merkittävä vientituote, mutta nyt ei olla sähkön osalta vielä edes omavaraisia.

Teollisuuden raja-aidat rikkoutuvat

Kaikkia teollisuudenaloja pitää pystyä k ­ atsomaan rajat rikkoen: enää ei pidä pysyttäytyä eri teollisuus­klustereiden sisällä. Eri aloilla ­sovelletaan yhä enemmän­esimerkiksi biotekniikkaa ja ICT:tä.

Metsäteollisuuden­­uusiutumiseen painetun älyn teknologia tuo paljon­uusia mahdollisuuksia: tulevaisuudessa vaikkapa diagnostiikan­tuotteita valmistetaan paino­koneilla. Kuopion PROMIS-­ keskuksessa tänä keväänä tutkimuskäyttöön otettu jatkuva­toiminen lääkkeenvalmistuslinjasto on hyvä esimerkki moniteknologisesta tulevaisuudesta.

Ei takerruta menneisyyteen

Meidän pitäisi ennakkoluulottomasti katsoa­­uusia mahdollisuuksia. Jotkut alat ovat historiaa­eikä ole järkevää­keinotekoisesti yllä­pitää aloja, jotka ovat halvan työ­voiman tai markkinatilanteiden ­takia siirtyneet muualle. Ei takerruta menneisyyteen vaan suunnataan resurssimme uusiin asioihin.

Toimintamalli Ruotsista?

Ruotsissa teollinen perinne ja kehittämis­aktiivisuus ovat perinteisesti olleet vahvoja. ­Lisäksi toiminta­ kulttuuri on naapurimaassamme erilainen. Yritys­ yhteistyö ­maidemme välillä on tiivistä, mutta voisi olla tiiviimpääkin­esimerkiksi perusmetallin ja energian tuotannossa. Pohjoismaissa Suomi on teknologiaosaamisen eturivissä.

Venäjän markkinoille?

Venäjä on ilman muuta merkittävä Suomelle, ja sinne kannattaa mennä Pietarin kautta. Myös syrjäisemmistä tasavalloista, esimerkiksi runsaat ­öljyvarannot omaavasta Tatarstanista, voi avautua ­uusia mahdollisuuksia suomalaisille yrityksille.

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

Nokian ja kone- ja metalliteollisuuden vaikeuksista syntynyt kuoppa on ollut syvä. Kasvavat alat eivät ole vielä ehtineet kuroa sitä umpeen.

Uusia mahdollisuuksia pitäisi etsiä ennakkoluulottomasti, Erkki KM Leppävuori korostaa.

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

57

Elinvoimaisia keskisuuria yrityksiä tukemalla pystytään parantamaan työllisyyttä merkittävästi.

58

Yhteistyöllä osaamisen kehittämiseen

P- ja k-yritykset

Yliopistouudistuksen jälkeen kehitys on menossa hyvään suuntaan. Yliopistojen toimintojen koordinointi on kehittynyt samalla kun yliopistojen ja tutkimuslaitosten välinen yhteistyö on lisääntynyt.

Meidän on yhdessä tehtävä Suomi Oy:lle liike­ toimintasuunnitelma ja mietittävä, millaisia haasteita se tuo koulutus- ja tutkimus­toiminnalle. On hyvä, että meillä on geneeristä koulutusta, joka ­a ntaa mahdollisuuden suuntautua eri aloille. ­Yhteistyö virtuaalisessa ­verkostossa ilman ylimääräistä byrokratiaa on suunta, johon pitäisi mennä.

Paljon puhutaan uusien kasvuyritysten synnyttämisestä. Se on tärkeää, koska elinkeinorakenne väistämättä uusiutuu. Haluan tuoda tukikeskusteluun mukaan erityisesti elinvoimaiset keskisuuret yritykset, sillä niitä tukemalla on mahdollista parantaa työllisyyttä merkittävästi.

Millainen verkosto tarvitaan, jotta­voimme tukea yritysten uusiutumista fiksusti? ­Hollannissa yrityksiä tuetaan­vouchereilla, joilla ne voivat ostaa palveluja y ­ liopistoilta ja tutkimuslaitoksilta. Toimisiko tämä meillä ­verokannustinta paremmin? 

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

LIIKETOIMINTA OSAAMINEN JA UUSI TEKNOLOGIA

Sivut

60–76 VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

59

Anna Rissanen esittelee kehikossa näkyvää sahattua kiekkoa, jossa erottuvat sirut ovat aallonpituussuotimia.

Pikkuriikkiset, optiset mikroanturit valtaavat jalansijaa muun muassa lääke-, elintarvike- ja autoteollisuudessa.

Mikroanturi ottaa monesta mittaa Teksti Tiina Saario-Kuikko Kuvat Antonin Halas

M

ikroelektroniikkamekaniikka, MEMS, on yksi nopeimmin nouseva teknologia anturitekniikassa.

Sen vahvuutena on mahdollisuus valmistaa suuria määriä edullisesti.

Spektrometriaa käytetään usealla tekniikan alalla materiaalianalyysiin ja -havainnointiin.

Perinteiset spektrometrit ovat isoja ja hintavia, joten niiden käyttökohteet ovat rajalliset.

Opti­set MEMS-anturit ovat monikäyttöisiä, ja ne tähtäävät lukuisiin mittaussovelluksiin.

60

VTT:n optiset MEMS-anturiratkaisut soveltuvat erityisesti avaruustutkimukseen, miehittämättömiin lennokkeihin, autoteollisuuteen, prosessiteollisuuteen ja ympäristönmittaus­ sovelluksiin. Keskeisiä kehitysalueita ovat lisäksi muun muassa diagnostisten testien lukulaitteet ja kannettavat kuvantamisjärjestelmät.

Elintarviketeollisuus hyötyy

Optisille mikroantureille löytyy käyttöä myös elintarviketeollisuudessa, jossa niillä voidaan mitata vaikkapa rasva- ja proteiinipitoisuuksia tai hedelmien ja vihannesten väriä.

VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

Sairaudet selville yhä nopeammin

Jarkko Antila pitelee kädessään ”kynäspektrometria” sekä pientä MEMS-hyperspektrikameraa.

”Kehittämiemme anturien sydän on mikromekaaninen, niin sanottu MEMS Fabry-Perot -interfero­metri. Tällaisella sirulla, joka suodattaa vain haluttuja valon aallonpitoisuuksia, voidaan esimerkiksi tunnistaa tiettyjä kemikaaleja ja yhdisteitä kaasuista ja nesteistä”, erikoistutkija Jarkko Antila kuvailee.

Tyypillinen siru on kooltaan vain 3 x 3 x 0,5 millimetriä, ja optisen ikkunan halkaisija on 0,5–2 milliä. Näin minikokoisen aallonpituussuotimen ja ilmaisimen yhdistelmä toimii erittäin pienenä spektrometrinä.

Tämänkaltaisia miniatyrisoituja spektrometrimoduuleita on maailmalla tarjolla kaupallisesti hyvin vähän.

VTT:n valmistusmenetelmillä MEMS FabryPerot -komponentti rakennetaan kokonaisuudessaan samalle kiekolle, jolloin valmistuskustannukset saadaan hyvin alhaisiksi ja voidaan päästä jopa miljoonien kappaleiden tuotantoon vuodessa. Hintalapun suuruus riippuu käytännössä pakkauksen materiaali- ja työkustannuksista.

Päästöt pieniksi

MEMS-teknologia houkuttelee muun muassa­ autoteollisuutta, jossa määrät ovat suuria, hinta­paineet kovat ja luotettavuus tärkeää. ­Autossa voidaan mitata esimerkiksi pakokaasuja, polttonesteitä ja ilmastointilaitteen monitorointia ja säätöä.

Autovalmistajat joutuvat lisäksi varautumaan erilaisten polttoaineiden joustavaan käyttöön, sillä tarve vähentää liikenteen päästöjä on tuonut markkinoille monia erilaisia VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

VTT KEHITTÄÄ BIOLOGISIIN mittauksiin soveltuvia antureita, jotka helpottavat sairauksien diagnosointia.

Herkkien anturien ansiosta soluja, proteiineja ja biomarkkerigeenejä kyetään analysoimaan vaivattomasti.

Optisten mikroanturien avulla on jo toteutettu spektrikameroita, joita voidaan tulevaisuudessa käyttää esimerkiksi ihosyövän diagnosoinnissa. ”Kamera erittelee valon eri aallonpituudet ja ­auttaa näkemään kohteen kirjaimellisesti uudessa valossa. Näin pystymme havaitsemaan kudoksissa muutoksia, joita paljaalla silmällä ei näe”, kertoo erikoistutkija Anna Rissanen.

Vuosien kuluttua lääkäreillä voi olla käytössään vastaanotolla toimiva pikalaboratorio. ”Tulevaisuudessa lääkäri voi ottaa potilaan sylkitai verinäytteen ja saada tulokset heti käyttöönsä ilman näytteenkäsittelyä tai kalliita laboratoriolaitteita”, Rissanen uskoo.

Nopeasta ja luotettavasta testauksesta olisi hyötyä etenkin päivystystapauksissa, joissa lääkehoito olisi aloitettava pikaisesti.

liikenne­polttoaineita, kuten esteripohjaisia biodieseleitä ja etanolia sisältäviä polttoaineita. ”Polttoaineanturi mittaa monipuolisesti auton polttoaineen ominaisuuksia. Sen tuottama tieto suojaa moottoria ja auttaa optimoimaan polttoaineen käyttöä ja moottorin toimintaa sekä vähentämään päästöjä”, Antila tarkentaa.

Anturin tuottamaa dataa voidaan analysoida reaaliaikaisesti, jolloin voidaan puhua eräänlaisesta ajoneuvoon miniatyrisoidusta laboratoriosta.

Kaasut kuriin

Uusien anturien avulla voidaan niin ikään entistä­paremmin havainnoida erilaisia kaasuja ja näin parantaa turvallisuutta työpaikoilla ja valvoa päästöjä.

Yksi eniten mitattuja kaasuja on hiilidioksidi, jonka tasoa käytetään mm. optimoimaan ilmastointijärjestelmien toimintaa. Teollisuudessa on tärkeää mitata myös erilaisia hiilivety­ kaasuja, erityisesti metaania. ”Metaani on erittäin räjähdysherkkä kaasu.

Sitä monitoroimalla voidaan vaikuttaa merkittävästi turvallisuuteen niin kivihiilikaivoksissa, öljynporauslautoilla kuin jalostamoissakin”, Antila korostaa.  61

Tasaista kyytiä merellä ja satamassa

Laiva puksuttaa tasaisen varmasti avomerellä, mutta satamassa kääntyessään tärisee ja natisee liitoksissaan. Tätä tärinää VTT ja ABB Marine ovat suitsineet merkittävästi. Samalla merenkulun turvallisuus, ympäristöystävällisyys ja kustannustehokkuus ovat parantuneet.

Teksti Milka Lahnalammi-Vesivalo Kuvat ABB Marine

VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

63

Azipod-propulsiojärjestelmä on 360 astetta pystyakselinsa ympäri pyörivä laite, johon on yhdistetty sähkömoottorilla pyörivä potkuri.

A

BB Marinen lippulaivatuote Azipod®-propulsiojärjestelmä tuo merenkulkuun aiempaa parempaa ohjattavuutta ja polttoainesäästöjä. Lisäksi se pienentää ympäristö­ onnettomuuksien riskiä ja vaimentaa melua.

Ensimmäinen versio tuotiin markkinoille 1990-luvulla, mutta tämän jälkeen ruoripotkuri­laitteistoa on kehitetty vielä kapeammaksi ja linjakkaammaksi. Uusimmissa versioissa osa kriittisten komponenttien huoltotoimenpiteistä onnistuu jo ilman laivan telakointia, mikä tuo merkittäviä säästöjä varustamoille.

Jämäkkyyttä voimansiirtoon ja ohjausjärjestelmään

”Azipodin kehitys alkoi jo 80-luvulla, kun jäänmurtajiin tarvittiin entistä jämerämpää voimansiirtoa moottorilta sekä parempaa ohjausjärjestelmää”, kertoo ABB Marinen teknologiajohtaja Jukka Varis. Ensimmäinen Azipod asennettiin väylätutkimusalus Seiliin.

Azipod-propulsiojärjestelmässä on siis ­y ksinkertaistaen kyse 360-astetta pysty­ 64

akselinsa ympäri kääntyvästä laitteesta, johon on yhdistetty sähkömoottorilla pyörivä potkuri.

Näin kokonaisuus saadaan kestävämmäksi kuin perinteinen voimansiirto- ja ohjausjärjestelmä, jossa moottori on sijainnut keskellä laivaa ja se on liitetty akseleilla potkuriin. Jokainen kulma ja liitos syö tehoja ja toisaalta myös heikentää kestävyyttä.

Siksi Azipod parantaa sekä moottorista saatavaa hyötysuhdetta että laivan ohjaus­ järjestelmän ja moottorin voimansiirron kestävyyttä. Tämä on tuonut myös tilankäytöllisiä etuja verrattuna perinteisiin ratkaisuihin.

Parempi ohjattavuus tuo turvallisuutta

Kääntyvä potkuri parantaa radikaalisti laivan käsittelyä esimerkiksi satama-alueella ja mahdollistaa laivan pysäyttämisen huomattavasti aikaisempaa nopeammin, kun potkuri voidaan kääntää laivan liikesuuntaa vastaan. Näin se lisää merenkulun turvallisuutta ja vähentää ympäristöonnettomuuksien riskiä. ”Isoilla laivoilla pysähtymiseen menee ­todella pitkä aika ja matka. Azipod-yksiköllä sitä saadaan lyhennettyä merkittävästi.”

Azipod-laivoissa on myös käytännössä ­rajaton sivuttaistyöntö verrattuna vanhoihin­ VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

Kääntyvä potkuri parantaa laivan käsittelyä esimerkiksi satama-alueella.

VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

65

Halkaisijaltaan pieneen moottoriin on saatu valtava vääntömomentti.

laivoihin, mikä parantaa laivan käsittelyä ­satama-alueella.

Tosielämän testaus Fantasy-risteilijöissä

Azipod on käytössä jo yli sadassa laivassa, joiden kokoluokka vaihtelee Suomenlinnan kakkoslautasta tankkereihin. Eniten Azipod-moottoreita on kuitenkin risteilyaluksissa. ”Todellinen läpimurto tapahtui, kun Helsingin telakalla olivat valmisteilla Fantasy-kokoluokan risteilijät. Osa oli jo tehty perinteisillä työntömoottorin ja erillisen peräsimen yhdistelmillä, mutta uusiin asennettiin Azipod-propulsiojärjestelmät”, Varis muistelee.

Fantasy-luokan risteilijöistä on siten saatu täysmittakaavakoe, jossa voidaan vertailla perinteisellä työntömoottorilla varustettua laivaa Azipod-yksiköillä varustettuun laivaan. ”Jo 90-luvulla Azipod-propulsiojärjestelmällä varustetussa laivassa oli 7–9 prosenttia parempi propulsiohyötysuhde kuin perinteisessä. Tämän jälkeen tehdyllä kehitystyöllä hyötysuhdetta on edelleen parannettu 12 prosenttia”, Varis kertoo.

Sutjakka muotoilu ja pitkä huoltoväli

Jukka Varis esittelee Azipodpropulsiojärjestelmän pienoismallia.

66

Hyötysuhteeseen vaikuttaa myös yksikön mahdollisimman kapea ja virtaviivainen muoto, joka muistuttaa lentokoneen siipeä. Azipodpropulsiojärjestelmässä on saatu halkaisijaltaan pieneen moottoriin valtava vääntömomentti.

Vääntömomenttia tarvitaan erityisesti jäisissä vesissä liikkuvissa laivoissa ja jäänmurtajissa.

2000-luvulla tehdyssä Innopod-projektissa moottorin muotoilua parannettiin niin, että hyötysuhde parani edelleen 2–5 prosenttia vanhasta mallista. Samalla järjestelmän rakennetta muutettiin niin, että esimerkiksi potkuriakselin tiiviste voidaan tarvittaessa vaihtaa telakoimatta laivaa. ”Perinteisesti vaihto on tehty kuivatelakoinnin yhteydessä tai erikseen siihen tarkoitukseen tehdyn ulkoisen sukelluskammion avulla, mutta nyt vaihdon pääsee tekemään Azipod-yksikön sisään. Tässä on olennaista käyttää erillistä VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

Azipod-propulsiojärjestelmä on käytössä jo yli sadassa aluksessa aina Suomenlinnan lautasta isoihin tankkereihin ja risteilijöihin.

aputiivistettä niin, että vaihto voidaan suorittaa turvallisesti”, Varis kertoo.

Laivan telakointi sekä sen aikana menetetyt tuotot voivat yhdessä maksaa miljoonia, joten tämä on merkittävä kustannussäästö varustamoille.

Eroon turhista piuhoista

Innopod-projektissa kehitettiin myös laivan opastavaa ohjauskäyttöliittymää.

Opastava käyttöliittymä auttaa operoimaan laivaa mahdollisimman taloudellisella tavalla.

Näytön diagrammi näyttää eri operointitilanteisiin suositellut kääntökulmat ja propulsio­ tehot, joita käyttämällä laitteiden kestävyys maksimoituu.

Samassa yhteydessä propulsiojärjestelmään on asennettu lisää kunnonvalvontaan tarkoitettuja antureita. ”Kun meillä on laivan omistajan kanssa tarvittavat sopimukset kunnossa, voimme seurata antureiden avulla järjestelmän kuntoa ja huolto­tarvetta. Tunnemme tuotteemme parhaiten, joten meillä on myös huoltotoimenpiteitä varten tarvittava tieto”, Varis kertoo. ”Kun näemme koko populaation, voimme myös oppia lisää tuotteesta ja sen elinkaaresta.”  VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

Azipod säästää ympäristöä VTT VALIKOITUI YHTEISTYÖKUMPPANIKSI alun perin Suomessa saatavien Tekes-tukien ansiosta. ”Hankkeen budjetti oli niin suuri, että suurelta osin juuri Tekes-rahoitus mahdollisti hankkeen käynnistämisen”, Jukka Varis muistelee.

VTT:n osaamisen karttuessa tuotekehitys on jatkunut Suomessa jo parinkymmenen vuoden ajan. Varis korostaa myös henkilökemioiden toimivuuden tärkeyttä.

Varis näkee jatkokehityksen painottuvan energian­ kulutuksen vähentämiseen sekä tiedon keräämiseen laivalta. Tavoitteena on myös valmistuksen nopeuttaminen ja virtaviivaistaminen. ”VTT teki kanssamme Azipod-propulsiojärjestelmän elinkaarianalyysin, jossa kävimme läpi materiaaleja, niiden kierrätettävyyttä sekä valmistuksen yhteydessä syntyviä hiilidioksidipäästöjä.”

Azipod-yksikön ympäristömyönteisyyttä lisää entisestään se, että valmistuksessa käytetään runsaasti kierrätettäviä perusmetalleja ja mahdollisimman vähän liuottimia.

Yhteistyössä VTT:n kanssa on korostunut hyvän tuotteen tuntemuksen lisäksi myös monialaisuus. Tuotekehityksessä on tarvittu osaamista moottoritekniikan lisäksi materiaaleista ja valmistuksesta, tiedonsiirrosta sekä tuotanto­prosesseista ja elinkaarianalyysistä.

67

Virtuaalinen kolmiulotteinen näkymä uuden tuotteen ohjaamosta.

Automaattisen puomiohjauksen simulointia VTT:llä.

Vihreyttä kaivoksiin

Teksti Anne Hänninen Kuvat Normet Oy

Miten raaka-aineiden hankkimisen ympäristövaikutuksia voi pienentää kaivoksissa? Miten Normet aikoo tehdä syvyydestä hyvän työpaikan?

T

ällä hetkellä vielä 80 prosenttia maail­man raaka-aineista kaivetaan avolouhoksissa.

Uusia suuria esiintymiä ei kuitenkaan löydy enää maan pinnalta. On kaivauduttava pinnan alle. ”Esimerkiksi kuparin osalta tilanne muuttuu suurissa kaivosyhtiöissä jo tulevan vuosikymmenen aikana siten, että 80 prosenttia malmista tulee maanalaisista kaivoksista”, sanoo Janne Lehto, joka vastaa suomalaisen kaivosja tunnelirakennuskoneisiin erikoistuneen Normetin laitekehityksestä ja tuotevalikoimasta.

Muiden metallien tuotannon kehitys on osin samanlaista, joskin hieman hitaampaa.

68

”Kaivokset menevät syvemmälle, ja niistä tulee entistä vaativampia ympäristöjä sekä tekniikalle että ihmisille.”

Vihreyden ja turvallisuuden teemat versovat ja kasvavat nopeasti myös kaivosmaailmassa.

Vihreyden edistäminen merkitsee energian ja veden käytön vähentämistä. Maan pinnan alla möyrivät koneet eivät myöskään häiritse elämää pinnalla avolouhosten tapaan.

Myös työympäristön merkitys kasvaa. ”Ihmiset vaativat enemmän. Jos heidän halutaan menevän maan alle, työympäristön on oltava viihtyisä vähintäänkin samalla tavalla kuin missä tahansa muussa teollisuudessa”, Lehto korostaa. ”Markkinajohtajana meidän odotetaan VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

Normetin Janne Lehdon mukaan innovoinnissa tarvitaan hyvää pörinää.

Normet hakee kasvua näyttävän suuntaa. Meidän on katsottava kulman taakse nähdäksemme, mikä on asiakkaalle tärkeää tulevaisuudessa.”

Mylly jauhaa koko prosessin

Löytääkseen uusia ratkaisuja maanalaiseen maailmaan Normet on lähtenyt mukaan Tekesin Green Mining -ohjelmaan. Sen tavoitteena on nostaa Suomi vastuullisen ja kannattavan kaivos­toiminnan edelläkävijäksi maailmassa.

Ohjelman teema vastasi täysin Normetin ajatusmaailmaa. ”Nykyteknologialla pärjätään vielä, mutta kilpailukyvyn yllä­pitämiseksi vaaditaan uusia ratkaisuja.”

Normetin omassa yritysohjelmassa keskitytään neljään teknologia­kokonaisuuteen: automaatioon, ergonomiaan, sähköajoneuvoihin ja tietotekniikan ja -verkkojen hyödyntämiseen. Kaikkien ­aiheiden yllä on sateenvarjona ympäristö.

Teknologian rinnalla Normet kehittää tulevaisuuden vihreiden kaivosten palvelukonsepteja ja k ­ okonaisratkaisujen tarjoomaa. ”Kaikkia palasia tarvitaan.­ Vuonna 2008 uusimme jakelu­ konseptimme ja otimme myynnin ­itsellemme. Saimme uutta potkua myös tuotekehitykseen, kun saamme maailmalta suoraa palautetta tuotteista”, Lehto toteaa. ”Katsomme koko asiakasprosessia ja heitämme myllyyn

IISALMELAINEN NORMET ON kasvanut viime vuosina rivakasti ja hakee jatkossakin 20–30 prosentin vuosittaista kasvua. Konsernin liikevaihto vuonna 2012 oli noin 236 miljoonaa euroa.

Vuonna 2012 yhtiö laajensi maanalaisissa työprosesseissa käytettäviin rakennuskemikaaleihin ostamalla aiemmin osaomistuksessaan olleen TAM Internationalin.

Tammikuussa 2013 laajeneminen jatkui kaivostunneleiden vahvistamiseen käytettäviin järjestelmiin Dynamic Rock Support AS:n ja sen kalliopultitusliiketoiminnan ostolla.

Normetilla on noin 1000 työntekijää Suomen lisäksi kaivoskonetehtaissa Chilessä ja Ruotsissa sekä kymmenessä rakennuskemikaalien tuotantolaitoksessa ja 36 myynti- ja tukitoimipisteessä 24 maassa eri puolilla maailmaa. Kaivos- ja tunnelikoneiden sekä palvelujen­ tuote­kehitys toimii Iisalmessa, rakennuskemikaalien tuote­kehitys Englannissa ja kalliolujitusjärjestelmien ­tuotekehitys Norjassa.

Kaivokset menevät syvemmälle, ja niistä tulee entistä vaativampia ympäristöjä.

VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

69

Automaattisesti toimivien työpuomien kehittämisessä Normet on saanut VTT:n ansiosta lentävän lähdön.

jauhettavaksi kaikki sen osat. Näin syntyy asiakkaille paras mahdollinen loppu­tulos.”

Käyttöergonomia pisimmällä

Tähän mennessä mylly on ehtinyt jauhaa hartaasti muun muassa automaatioasiaa. ”Automaattisesti toimivien työpuomien ­kehittämisessä Normet on saanut lentävän lähdön­aiemmin VTT:n kanssa tehtyjen robotiikkaprojektien ansiosta”, Lehto toteaa.

Myös älypuhelimista ja tablettitietokoneista tutuksi tulleen teknologian ja helppokäyttöisyyden tuomisessa maanalaiseen työympäristöön ollaan jo pitkällä. Prototyyppiasteelle päästään vuoden 2013 aikana. ”Älykkäät työkoneet tuovat maan alle käyttö­liittymältään ja tietosisällöltään täysin uudenlaiset ratkaisut. Tämä taas avaa uusia näkö­aloja ja mahdollisuuksia kokonaisratkaisujen kehittämiseen.”

Prosesseja voidaan optimoida uudelta pohjalta, kun kone- ja työprosesseja koskeva tieto on aina ajan tasalla, valmiiksi pureksittuna helposti ymmärrettävään muotoon ja siihen on helppo päästä käsiksi. Jatkuvasti syvenevissä kaivoksissa tämä auttaa parantamaan turvallisuutta ja laatua sekä vähentämään hukkaa ja virheitä.

Pisimmälle Normet on päässyt uuden sukupolven kaivoskoneen käyttöergonomian kehittämisessä.

Tunneleissa koneita käytetään erittäin raskaissa ja vaikeissa olosuhteissa, joissa ajamista hankaloittavat ajoväylien jyrkkyys, kaarteiden määrä ja tunneleiden ahtaus. Perinteisten, maanpäälliseen käyttöön tarkoitettujen työkoneiden jousitusjärjestelmät eivät siellä kestä. ”Green Mining -hankkeessa olemme ­y hdessä alihankkijoiden kanssa onnistuneet kehittämään idean uudenlaisesta akseli­ jousitusjärjestelmästä. VTT:n avustuksella järjestettyjen testaus- ja mallinnusvaiheiden jälkeen olemme päässeet etenemään poikkeu­ ksellisen nopeasti laajaan kenttätestaukseen.”

Jousituksen saralta löytynevätkin nopeimmin tuotteistavat ratkaisut, jo vuoden 2013 aikana.

70

Suomessa on hyvä innovoida

VTT on Green Mining -hankkeessa yksi Normetin pääkumppaneista ja tiiviisti mukana ­kehittämässä uutta. Lehto kiittääkin VTT:tä siitä, että se tarjoaa tutkimus- ja tuotekehityspalveluita yrityksille tällaisiin hankkeisiin. ”Suomi on loistava ympäristö tehdä tuotekehitystä. Väittäisin, että täällä asioita saadaan vietyä eteenpäin nopeammin ja tehokkaammin kuin muualla.”

Suomalaiset kaivosinsinöörit ovat innovatiivisia, ja kaivokset haluavat olla edellä­kävijöitä.

Tämä nähtiin jo 1990-luvun Älykäs kaivos -hankkeessa, jossa esimerkiksi Outokummun kaivos Kemissä ja nykyisin Inmetin omistama kaivos Pyhäsalmella olivat mukana kehittämässä ja visioimassa uutta.

Samat kaivokset toimivat myös Green ­Mining -hankkeessa Normetin kumppaneina, uusien ideoiden tuottajina, testipaikkoina sekä palautteen antajina.

Alalla toimivien yritysten määrä Suomessa ei ole kovin suuri, mutta se on riittävä klusterin synnyttämiseksi. Kaikkea ei tarvitse tehdä yksin, vaan hyvin toimivat tiimit ja verkostot auttavat toisiaan eteenpäin ja erilaiset hankkeet tukevat toisiaan.

Normet on mukana myös VTT:n vetämässä FlexiMine-hankkeessa. Eräs Normetin alihankkijakumppaneista on käynnistänyt oman yritys­vetoisen hankkeen. Molemmat ovat erillisiä Green Mining -ohjelmaan kuuluvia kehitysprojekteja, joilla on synergiaetuja Normetin vetämien projektien kanssa.

VTT:n teknologiaosaaminen saa täydennystä yhteistyökumppaneiden kaivosprosessien tuntemuksesta. Asiakkaiden mukanaolo on välttämätöntä. ”Syntyy itseään ruokkiva hyvä kierre, kun kaikilla on halua olla mukana. Kun huiput saadaan yhteen ja saadaan hyvä pörinä aikaiseksi, tulosta syntyy. Into ja tekemisen hauskuus ovat äärimmäisen tärkeitä”, Lehto innostuu. ”Yksi plus yhden on oltava enemmän kuin kaksi!”  VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

Rakentamista maan alla

Sähköhydraulisen, itsekulkevan ruiskubetonointilaitteen avulla betoniruiskutus voidaan optimoida, vaikka tunnelit olisivat poikkileikkaukseltaan erikokoisia.

NORMET ON MAANALAISTEN kaivosten ja tunneleiden rakentamisessa tarvittavien ratkaisujen toimittaja. Vahva tuotteiden ja palvelujen kehitystyö sekä tarjooman laajentaminen viime vuosina on nostanut yhtiön sarallaan markkinajohtajaksi.

Normet keskittyy erityisesti maanalaisen rakentamisen vaikeimpiin työprosesseihin, joissa ei vain porata tai lastata kiveä vaan myös käsitellään muita materiaaleja. Tämä tekee automatisoinnista vaativaa. Tällaisia työvaiheita ovat esimerkiksi ruiskubetonointi ja räjähdysaineiden panostus.

Laitevalmistajana Normet on rakentanut vahvaa brändiään aina 1960-luvulta lähtien. ­Viimeisen vuosikymmenen aikana mukaan on tullut korkean varhaislujuuden ruiskubetonointi, jossa toimittajan on hallittava myös käytettävät kemikaalit.

Esimerkiksi betonoinnissa käytettävän sementin ominaisuudet vaihtelevat maittain. ­Silloin betonoijan on tiedettävä tarkkaan, miten lopputuloksesta saadaan juuri oikeanlainen.

Huollon hoiduttava erämaassakin Laaja-alaisuutensa ansiosta Normet pystyy ­tarjoamaan yhteen rakennuskohteeseen laitteita eri tehtäviin. Laitteet on rakennettu mahdollisimman modulaarisiksi, jotta samat varaosat käyvät eri laitteisiin. Tämä pienentää osien varastointitarvetta ja helpottaa huoltoa.

Kaivosteollisuudessa tämä ei ole vähäpätöinen asia. Kaivokset ovat usein tiettömien taipaleiden päässä, tuhat kilometriä autiomaata kaikkiin suuntiin. Laitteiden huollon on hoiduttava sielläkin.

Suurien etäisyyksien ja huonojen yhteyksien takia Normet kehittää laitteisiinsa kykyä kerätä tietoja itsestään ja lähettää sitä edelleen analysoitavaksi. Tiedon avulla voidaan arvioida koneen tilaa ja huoltotarvetta.

Tavoitteena on tarjota asiakkaille ratkaisuja mahdollisimman täydellisinä paketteina, jolloin yhtiö voi myös ottaa lisää vastuuta asiakkaan prosessista.

Normet on kehittänyt panostusjärjestelmänsä parantamaan turvallisuutta ja tuottavuutta maanalaisessa louhinnassa.

VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

71

ajon. lkm 1 600 000 1 500 000 1 400 000

Vaalimaa on suosituin paikka ylittää Venäjän raja. ­Liikennemäärät ovat vuoden 2009 notkahduksen jälkeen kääntyneet nousuun.

1 300 000 1 200 000 1 100 000 1 000 000 900 000 800 000 700 000 Teksti Katri Isotalo Kuvat iStockphoto

600 000 500 000

ÄLYVÄYLIÄ

Venäjän liikenteeseen Liikenteen sujuvoittamiseen on muitakin keinoja kuin teiden leventäminen. Helsingin ja Pietarin välistä tieliikennettä kehitetään rajat ylittävillä tietoteknisillä ratkaisuilla.

72

400 000 300 000 200 000 100 000 0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

Vaalimaa

T

i eliikenne Kaakkois-

Suomessa on yli kaksin­ kertaistunut reilussa ­kymmenessä vuodessa.

Vuonna 2012 Suomen ja Venäjän­rajan ylitti lähes­ 300 000 henkilöautoa ja yli 50 000 raskasta ajoneuvoa kuukaudessa.

Alueen yrittäjiä kasvaneet matkailija­ määrät ilahduttavat, mutta tienpidolle ja ­liikenneturvallisuudelle lisääntyvä liikenne aiheuttaa haasteita.

VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA VTT IMPULSSI

Liikenteen kasvu on ollut erityisen nopeaa Imatralla.

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

Nuijamaa

Imatra

Ruuhkaa Kaakkois-Suomen raja-asemilla Raskas liikenne Kaakkois-Suomen raja-asemilla on lisääntynyt vuoden 2008 taantumaa lukuun ottamatta voimakkaasti koko 2000-luvun. Kevyen liikenteen kasvuun taantumalla ei ollut vaikutusta. Tulossa olevan viisumivapauden uskotaan lisäävän erityisesti kevyen liikenteen määriä huomattavasti.

Suunnitteilla on vuoronumerojärjestelmän kokeilu, jossa käyttäjä voi varata haluamansa rajanylitysajan ja seurata jonotustilannetta netissä. Vastaava GoSwift-järjestelmä on jo käytössä Eestin ja Venäjän rajalla.

VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

Toteuma tammikuu Loppuvuosi Lähde: Liikenneviraston automaattinen liikennelaskentalaite

73

Tiedosta tai palveluista ei ole pulaa Suomessa eikä Venäjällä.

Suomen ja Venäjän viranomaiset pyrkivät­ nyt löytämään yhteisiä ratkaisuja kasvavien liikennemäärien hallintaan. ­Uusien ­väylien ­rakentamisen ohella visiona on ­liikenteen älykäytävä. Siinä niin yritykset kuin yksityis­ henkilötkin voivat hyödyntää samoja liikkumiseen liittyviä tietoja ja palveluita reaali­aikaisesti molemmin puolin rajaa. Älyliikenteen palveluilla parannetaan henkilö­liikenteen ja kuljetusten turvallisuutta, ­tehokkuutta ja ympäristöystävällisyyttä. ­Samalla tiellä liikkujille voidaan tarjota myös tietoa reitille osuvista palveluista.

74

Sama koskee julkisen liikenteen palveluita.

Ihannetilanteessa esimerkiksi Helsinki-­Vantaan lentokentälle matkaava venäläismatkustaja voisi tarkistaa hänelle sopivan lentokenttä­ bussin Allegro-junasta reaaliajassa ilman, että hänen tarvitsee tietää suomalaisen Reittioppaan verkko-osoitetta.

Risto Tiainen kertoo löytäneensä venäläisen tiesääpalvelun suomenkieliset sivut sattumalta hakiessaan sivustoa hakukoneen kautta venäjäksi. Rajaliikenne.fi-sivustoa ei tunne moni suomalainenkaan.

Palveluita rajattomasti

Valtio tarjoaa tiedot, yritykset rakentavat palvelut

Suomen ja Venäjän viranomaisten yhteistyö älykäytävän luomiseksi on nimetty FITSRUShankkeeksi. Vuonna 2011 käynnistyneen hankkeen tarkoitus on edistää maiden rajat ylittävien palveluiden syntymistä ja siten sujuvoittaa liikennettä. ­Tavoitteena on myös lisätä suomalaisten ja ­venäläisten ­yksityisen ja julkisen sektorin toimijoiden yhteistyötä.

Keskeinen kysymys on, miten viranomaisten ja yritysten yksittäisistä palveluista saadaan ­rajan yli ulottuvia helppokäyttöisiä, yhteen­ sopivia ja laiteriippumattomia palveluketjuja.

Hankkeen tilaaja ja ohjaaja on Suomen ­liikenne- ja viestintäministeriö. Aloitusvaiheen rahoitti ulkoasiainministeriö lähialuerahoista.

Suomen puolelta mukana ovat VTT, Sito Oy, TIEKE, Nokia Siemens Networks Oy, Indagon Oy, Vaisala Oyj ja Siemens Osakeyhtiö. Venäläisiä yrityksiä edustaa tieto- ja viestintäalan yritysten yhteenliittymä ITS Russia. ”Tiedosta tai palveluista ei ole pulaa kummassakaan maassa. Venäläisviranomaiset ovat itsekin yllättyneet, kuinka paljon ja kehittyneitä palveluita venäläiset yritykset ja eri ­viranomaiset ovat liikenteeseen rakentaneet”, kertoo Risto Tiainen Nokia Siemens Networksistä. Hän vastaa NSN:n viestintäratkaisuista Pohjoismaiden, entisen Neuvostoliiton, Baltian ja Turkin alueella.

Tällä hetkellä kuljettajan sää- ja kelitiedot loppuvat valtakunnan rajalle, vaikka matka siitä jatkuisikin. Naapurimaan palveluita on vaikea löytää eikä kaikki tieto ole saatavissa mobiilisti tien päällä. Kieli tuottaa omat ongelmansa.

Valtion tehtävä on edistää viranomaisten tieto­ varastojen avaamista ja yhtenäistä tiedon­ siirtoa. Tiedolla on arvo vain, mikäli se on ­laajasti käytössä.

EU on määritellyt tietovarastojen standardeja muun muassa Inspire-direktiivissä, ja lisää sääntelyä on odotettavissa. Esimerkiksi paikannukseen perustuva automaattinen eCall-hälytys­järjestelmä tulee uusiin autoihin ­pakolliseksi vuonna 2015. Siinä turvatyynyn ­laukeaminen aiheuttaa automaattisen hälytyksen lähimpään hälytyskeskukseen. Venäjällä on meneillään vastaava, maan omaan paikannussatelliittijärjestelmään perustuva hanke ERA-Glonass. EU-komissiota kiinnostaa luonnollisesti yhteistyön onnistuminen unionin ulkorajoilla. ”Suomen ja Venäjän raja ei ole tässä suhteessa mitenkään poikkeuksellinen. Ongelmat ovat tuttuja jopa EU-maiden välillä, samoin USA:n ja Kanadan rajalla”, tietää älyliikenteeseen erikoistunut VTT:n asiakaspäällikkö Matti Roine.

Yritysten tehtävä on kehittää saatavilla­ ­olevasta tiedosta palveluita. FITSRUS-hanke toimii kapellimestarina ja varmistaa, että ­k ukaan ei sooloile tarpeettomasti ja että palvelut­soivat samassa sävellajissa. ”Pahimmassa tapauksessa lopputuloksena­ on teknologiaviidakko, jossa autossa on omat laitteensa ainakin tietullien maksuun, pysäköinti­maksuihin ja paikannukseen ja eri automerkeillä on omat, toisiinsa sopimattomat ratkaisut”, Risto Tiainen kuvailee.

Yhteistä alustaa viranomaispalveluille, VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

kaupallisille palveluille ja yritysten välisiin palvelui­hin on jo kokeiltu VTT:n vetämässä Suntio-hankkeessa, jossa NSN:kin oli mukana. ”Päätelaitteena voi toimia kuljettajan muutenkin käyttämä äly­puhelin”, Tiainen kertoo.

Pilotit liikkeelle keväällä

Keväällä 2013 käynnistyvien FITSRUS-pilottien tehtävä on luoda käytännöt viranomaisaineistojen avaamiselle ja datan vaihdolle Suomen ja Venäjän välillä. Mukaan on lähdössä useita alan yrityksiä Suomesta ja Venäjältä.

Suomesta mukana ovat alustavasti Coronet, Itella, Indagon, Gecko Systems, Messo Techologies ja Vaisala sekä VTT. Pilottihankkeita koordinoi Vediafi.

Pilotit saavat käyttöönsä julkis­hallinnon aineistoa, josta niiden tulee ­rakentaa ratkaisuja seuraaville sovellusalueille: • sää- ja kelitietojen automaattinen välitys • häiriönhallinta ja automaattinen hätä­ puhelu eli eCall- ja ERA-Glonass-järjestelmien yhteensovittaminen • reaaliaikainen tiedottaminen esimerkiksi ruuhkista ja onnettomuuksista ja • joukkoliikenteen informaatiopalvelu.

Tieliikenteestä nopeimmat hyödyt LIIKENNE- JA VIESTINTÄMINISTERIÖN koordinoima älyliikenteen FITSRUS-hanke kattaa kaikki liikkumismuodot eli tie-, raide-, lento- ja meriliikenteen. Ensimmäisessä vaiheessa keskitytään E18-reitin tieliikenteeseen Helsingin ja Pietarin välillä. ”Lähdimme liikkeelle sieltä, missä on eniten saavutettavaa ja missä on odotettavissa tuloksia nopeimmin”, perustelee liikenne­ neuvos Seppo Öörni liikenne- ja viestintä­ virastosta.

Rajanylityksen nopeuttaminen jätettiin jälkimmäisestä syystä myöhempään vaiheeseen. Keinoina voisi olla rajamuodollisuuksien yhdenmukaistamisen lisäksi esimerkiksi liikenteen jakaminen eri rajanylityspaikoille ajan­ tasaisen liikennetiedon mukaisesti. Öörni painottaa, että hankkeella haetaan ministeritason pitkäaikaista yhteistyötä.

Helsinki–Pietari-älykäytävään kehitettyjä ratkaisuja on tarkoitus hyödyntää myös muualla­ Suomessa.

Älyliikenteellä tarkoitetaan liikenteen sujuvuuden tai turvallisuuden parantamista tieto- ja viestintätekniikan avulla.

VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

75

Kaikki pilotit eCallia lukuun ottamatta kootaan yhden yritysryppään hoidettavaksi. eCall pilotoidaan erikseen yhdessä venäläisten kanssa vuoden 2013 lopulla, mutta sen toteutuksesta ei ole vielä päätetty. Tavoitteena on saada ensimmäiset sovellukset käyttöön vielä tämän vuoden aikana.

Teknologiaa lainsäädännön ehdoilla

Käytännön tarpeita toimivalle yhteistyölle on helppo listata.

Mistä matkaan lähtijä saa luotettavaa tietoa siitä, kuinka kauan matka kestää rajamuodollisuudet mukaan luettuna? Milloin on turvallista lähteä matkaan? Kun onnettomuus ruuhkauttaa liikenteen Haminan ja Vaalimaan välillä, miten kolarivaroitus ja vaihtoehtoreitti saadaan viiveettä väylää käyttävien tietoon sekä Suomessa että Venäjällä?

Toistaiseksi matka-ajat on usein laskettu­ ­valo­kuvaamalla autojen rekisterikilpiä tien­ varsi­kameralla. Lumisateessa, jolloin tietoa­kipeimmin tarvitaan, toimivampi ratkaisu voisi olla matka-ajan laskeminen seuraamalla matka­ puhelimen siirtymistä tukiasemalta toiselle.

On myös selvitettävä, mitä palveluja ihmiset matkan päätepisteessä tarvitsevat ja miten ­tietoa palveluista halutaan. ”Teknologiaa meillä jo on, mutta sen käy­ tössä­on muistettava muun muassa yksityisyydensuoja. Joskus kyse on asenteista. Omista ratkaisuista on usein vaikea luopua, eikä ­vai­valla kerättyä tietoa haluttaisi jakaa muiden käyttöön”, Risto Tiainen toteaa.

Viranomaisten välinen tiedonvaihto ja ­aineistojen yhteensopivuus ei suju kangertelematta Suomessakaan. Venäjällä tilanne ei ole sen helpompi. Avainsanoja ovat avoimet raja­pinnat ja avoin data, joka mahdollistaa talou­dellisen ja innovatiivisen kaupallisenkin ­toiminnan.

Teknologisissa ratkaisuissa on varmistettava, että nopeatkin muutokset teknologian ­kehityksessä voidaan ottaa huomioon ja sovittaa joustavasti olemassa oleviin järjestelmiin. ”Vielä ei ole selvitetty, mihin muuhun kuin liikenteen tarkoituksiin nyt kehitettä-

76

viä liike­toimintamalleja voidaan hyödyntää”, Matti Roine huomauttaa.

Jonot lyhenevät, päästöt vähenevät Liikenneongelmia on perinteisesti ratkaistu rakentamalla uusia väyliä ja leventämällä entisiä.

Uudet teknologiat tarjoavat uusia ratkaisu­ mahdollisuuksia keskeisten liikenneongelmien, kuten ruuhkautumisen, turvallisuuden ja päästöjen hallitsemiseksi. Ruotsissa tietulleilla on onnistuttu vähentämään liikennettä ruuhka-aikoina noin 20 prosenttia. Autojen määrää tietyllä alueella voidaan rajoittaa myös älykkäillä liikennevaloilla, kuten Helsingissä on tehty.

Jonojen lyheneminen ja ruuhkien väheneminen merkitsee myös päästöjen pienenemistä.

Helpotusta myös Moskovan ruuhkiin?

Liikenne lisääntyy voimakkaasti paitsi Suomen ja Venäjän välillä myös Venäjän sisällä.

Pietarissa uusitaan koko kaupungin liikenne­valojärjestelmä, ja Venäjällä on meneillään myös maailman suurin tiemaksujärjestelmän kilpailutus. Liikenteen kasvun paineet kohdistuvat erityisesti Luoteis-Venäjän tiehallintoon, sillä esimerkiksi 80 prosenttia Venäjän konttikuljetuksista kulkee Pietarin kautta. Älykäytävää­haluttaisiin jatkaa Pietarista Moskovaan. ”Meillä on parikymmentä osaavaa tietotekniikkayritystä, jotka ovat kiinnostuneet FITSRUS-hankkeesta. Yrityksiä kiinnostavat ­yhteistyö ja uudet liiketoimintamahdollisuudet suomalaisyritysten kanssa, mutta myös ratkaisujen hyödyntäminen koko entisen Neuvostoliiton alueella”, kertoo ITS Russianin toimitusjohtaja Vladimir Kriutšhkov.

Yhteisen tiepalvelun ylläpito on tarkoitus kattaa useista lähteistä tulevilla rahavirroilla.

Viranomaiset rahoittavat viranomaistoimintaan liittyvät palvelut, kuten mahdollisten tietullien vaatimat investoinnit. Matkailu­ yrittäjien uskotaan kiinnostuvan palveluidensa markkinoinnista. Osa palveluista voisi olla tiellä liikkujille maksullisia.

Näytön paikka on Helsingissä vuonna 2014 järjestettävä ITS Europa 2014 konferenssi. Siellä yrityksillä on mahdollisuus ­e sitellä osaamistaan myös viennin näkö­ kulmasta. 

VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

AJASSA

Alzheimer-diagnoosi vuotta nykyistä varhemmin VTT ON KEHITTÄNYT yhdessä Itä-Suomen yliopiston ja Kööpenhaminan yliopistollisen sairaalan (Rigshospitalet) lääkäreiden kanssa uudenlaisen lähestymistavan Alzheimer-potilaan tilan luotettavaan ja objektiiviseen määrittämiseen.

VTT:n kehittämä PredictAD-ohjelmistotyökalu perustuu potilaan mittaustietojen ja sairaaloiden suurien tietokantojen käsittelyyn. Järjestelmä vertailee potilaan mittaustietoja suurissa tietokannoissa säilytettäviin muiden potilaiden mittaustietoihin ja antaa tulokseksi potilaan tilaa ilmaisevan mittaluvun ja graafisen esityksen.

Tällä hetkellä Alzheimer-diagnoosin saaminen kestää Euroopassa keskimäärin 20 kuukautta. VTT on osoittanut, että PredictAD-menetelmän avulla jopa puolet potilaista voisi saada diagnoosin noin vuotta nykyistä aiemmin. Onnistunut varhainen diagnosointi yhdistettynä uusiin hoitomuotoihin voi vähentää potilaan kärsimyksiä ja viivyttää sairaalahoidon tarvetta.

Menetelmää testataan lähivuosina useilla muistiklinikoilla Euroopassa.

Lisätietoja: Jussi Mattila, jussi.mattila@vtt.fi

Bioöljystä tehokkaasti lämpöä VTT ON KEHITTÄNYT yhdessä Fortumin, Metson ja UPM:n kanssa menetelmän, jolla sähkö- ja lämpöenergiaa sekä bioöljyä voidaan tuottaa samassa voimalaitoksessa rinnakkain, kustannustehokkaasti ja kestävästi. Menetelmä perustuu pyrolyysi- ja leijupolttoteknologioiden yhdistämiseen.

Bioöljyn käytöllä on merkittäviä positiivisia ympäristövaikutuksia. Hiilidioksidipäästöjä voidaan alentaa 70–90 prosenttia. Myös rikkipäästöt vähenevät merkittävästi.

Menetelmä otetaan kaupalliseen käyttöön noin vuoden kuluttua, kun Fortum avaa integroidun bioöljyja lämpövoimalaitoksen Joensuussa.

Teknologia- ja tutkimusorganisaatioiden etujärjestö EARTO palkitsi VTT:n menetelmän kehittämisestä innovaatiopalkinnolla joulukuussa 2012.

Lisätietoja: Jani Lehto, jani.lehto@vtt.fi

VTT Tekniikantie 4 A, Espoo PL 1000, 02044 VTT Puh. 020 722 111 www.vtt.fi