Biomateriaalit tulevaisuuden kiertotaloudessa

BIOMATERIAALIT TULEVAISUUDEN KIERTOTALOUDESSALoppuraportti – kunnes seuraava kiertotalouden kierto alkaa

Petri Vasara/Juulia Kuhlman/Karina Puurunen25.4. 2016

COPYRIGHT©PÖYRY

SISÄLLYSLUETTELO

MAALISKUU 2016BIOMATERIAALIT TULEVAISUUDEN KIERTOTALOUDESSA 2

· Johdanto: kiertojuoni biokiertotalouteen· Informaatio osana biokiertotaloutta: suuri konvergenssi· Biomateriaalit kiertotaloudessa

– Miten materiaalit kiertävät? Feenikslintu

– Mitkä materiaalit kiertävät?

– Biomateriaalien mahdollisuudet Suomelle

· Biokiertotalousmateriaalien ominaisuudet– Mitä ominaisuuksia mitataan/on?

– Mitkä ovat tärkeimmät ominaisuudet ja miksi?

– Running Man nyt ja vuonna 2025

· Biokiertotalousmateriaalien toimijat– Yritysesimerkkejä

· Johtopäätökset

COPYRIGHT©PÖYRY

JOHDANTO: KIERTOJUONI BIOKIERTOTALOUTEENKiertotalous vaatii toimiakseenkytkennän biotalouteen.Biomateriaalien ja –komposiittien kauttabiokiertotalous myös avaa realistisenkasvumahdollisuuden Suomelle


COPYRIGHT©PÖYRY

HUONEENTAULU

- Suomen on saatava aikaan uudet kasvunmoottorit

- Kasvu löytyy usein sektorien leikkauspisteestä

- Uudet materiaalit ovat voimakkaassa nousussa

- Biomateriaaleissa on Suomella jo vankka pohja

- Suomi on ainoita jotka pystyvät yhdistämäänkiertotalouden, biomateriaalit ja esim.metallurgia-osaamisen kasvun lähteeksi – javielä kytkemään siihen informaation


COPYRIGHT©PÖYRY

KASVUKONE BKT: BIOKIERTOTALOUS

Ei ikiliikkuja, vaan tehokas, uusiutuva kiertävä kasvu


Materiaali-teknologianosaaminen

Biomassa

Informaatio ohjaapyörien liikettä

Kierto-talouden

osaaminen

Bio-materiaalit

COPYRIGHT©PÖYRYMAALISKUU 2016

BIOMATERIAALIT TULEVAISUUDEN KIERTOTALOUDESSA 6

BIOKIERTOJUONI

Biomateriaalit ja –komposiitit ja digitalisaatiomuodostavat kokonaisuuden joka on Suomelleainutlaatuinen vahvuus

1 2

3

4

1

2

3

4

Biomateriaalit

O = BIO-kierto

Informaatio ja digitalisaatio

Biokomposiitit



BIOKIERTO – PERHOSEFEKTI JA PERHOSSYMBOLI

Biomateriaalit ja –komposiitit ja digitalisaatiomuodostavat kokonaisuuden joka on Suomelleainutlaatuinen vahvuus. Kuin kuuluisassaperhosefektissä, pieni muutos uusissabiomateriaaleissa aiheuttaa suuren muutoksenkokonaisuudessa.

Kiertotalouden ehkä tunnetuin kaavio jakautuukahteen ”perhosen siipeen”: vasen, orgaaninen, jaoikea, epäorgaaninen.

Puhtaat Biopohjaiset materiaalit muodostavatvasemman siiven (1, vieressä). Biokomposiitit joissaon epäorgaanisia osia (esim. metallia) muodostavatoikean siiven (2). Informaatio jonka määrä kasvaadigitaalisessa biotaloudessa kulkee kummankinsiiven välissä ytimenä (3). Kokonaisuus,täydellisyyden symboli O (4) täydentääbiokiertotalouden BIO-perhosen

1 2

3

4

1

2

3

4

Biomateriaalit

O = BIO-kierto

Informaatio ja digitalisaatio

Biokomposiitit

COPYRIGHT©PÖYRY

INFORMAATIO OSANA BIOKIERTOTALOUTTA: SUURIKONVERGENSSI




ENNEN MATERIAALIT JA INFORMAATIO OLIVAT ERIMAAILMANSA JA KIERSIVÄT OMIA TEITÄÄN.”Itä on itä ja länsi on länsi – ei kohtaa ne toisiaan”. Kipling: Balladi idästä jalännestä, suom. Yrjö Jylhä

Metsäteollisuus,kemia vastaan

elektroniikka: eimitään yhteistäsavupiippudino-

saurusten ja pientenälykkäiden

nisäkkäiden välillä?

9



SUURI YHTEENVIRTAUS KIERTOTALOUDESSA: BITTIEN JAATOMIEN KONVERGENSSI”Mut ei ole itää, länttäkään, rajaviivoja, heimoja ei”. Kipling: Balladi idästä jalännestä, suom. Yrjö Jylhä

Ensimmäistä kertaamateriaalit (massavirrat,atomit) ja immateriaalit

(informaatio, bitit)virtaavat yhteen.

Biokiertotalous on kenttäjossa ensimmäiset

todelliset sovelluksetvoidaan tehdä.

10

COPYRIGHT©PÖYRY

”GEKKOKAARI”: INFORMAATIO ON OSA KIERTOTALOUTTA, JASILLÄKIN ON ELINKAARENSA


Informaation ja datan konvergenssi

Uusiutuva raaka-aine:luovuus, ideat

Informaationlähteet

Informaationanalyysi

Arkisto

Poltto / tuhoaminen

Infor-maationkäyttö Gekko on materiaalitutkijoiden

suosikkieläimiä – sen kyvyt,erityisesti kävely katossa jataustalla oleva nanoteknologiaovat synnyttäneet lukuisiabiomimeettisiämateriaaliratkaisuja.

Uudelleenkäyttö/kierrätys/jalostus

COPYRIGHT©PÖYRY

BIOKIERTOTALOUDEN DNA


Informaatiota joka kulkee kiertotaloudessa voidaan kuvata DNA-analogialla. Eritarkoitukseen löytyy eri DNA kuvaamaan spesifistä kiertoa.

Uusialue

Design-elementit

Massa-tuotanto

Palvelu Kuluttaja-näkökulma

Energia /Ympäristö-

kytkentä

Halkiklusterien

Koetapaus

Tiedepainotus

Keskisuuri yritys

Yliop. taitutk.laitos

Vakiintunuty-työ

Montarintamaa

Suur-yritys

PK-yritys

COPYRIGHT©PÖYRY

BIOMATERIAALIT KIERTOTALOUDESSA:FEENIKSLINTU JA MITEN MATERIAALIT KIERTÄVÄT




FEENIKSIN NOUSU TUHKASTA

Kiertotalouden myötä talous nousee tuhkasta – ja kaikista muistakin materiaaleista.

Regeneration

Farming Collection

Biogas

Anaerobic digestion

Extraction ofbiochemical feedstock

Biochemicalfeedstock

Cascades

Partmanufacturer

Productmanufacturer

Serviceprovider

Minimise systematicleakage and negative

externalities

Collection

Share

Maintain/prolong

Reuse/redistribute

Refurbish/remanufacture

Recycle

BIOLOGICAL CYCLES TECHNICAL CYCLES

Collection

Preserve and enhance naturalby controlling finite stocks andbalancing renewable resourceflows

Optimise resource yields bycirculating products, componentsand materials in use at the highestutility at all times in both technicaland biological cycles

Foster system effectiveness byrevealing and designing outnegative externalities

1

2

3

Renewable Finite materials

Regenerate Substitute material Virtualise Restore

Stock managementRenewable flow management

Bio- ja biokomposiitti-materiaalit:Feeniksin aivot

COPYRIGHT©PÖYRY

BIOMATERIAALIT KIERTOTALOUDESSA:MITKÄ MATERIAALIT KIERTÄVÄT




RAJALLISET LUONNONVARAT

Emme osaa elää rajallisten luonnonvarojen kanssa, mutta emme pysty elämäänniitä ilmankaan

· Luonnonvarat ovat rajalliset, elämme sitten bio-,cleantech- tai kiertotaloudessa.

· Luonnonvarojen saatavuus ja hinnoittelu eivätvälttämättä kohtaa:– Esim. vesimaksut eivät juuri koskaan korreloi alueen makean

veden saatavuuden kanssa missään päin maailmaa1.– Kuluttajien käyttäytymisen ohjailu hinnoittelulla, varsinkin

ympäristönsuojelun näkökulmasta, ei ole ainakaan vielätoteutunut laajassa mittakaavassa.

· Useat kiertotalouden tarjoamat ratkaisut liittyvätläheisesti– Dematerialisoitumiseen (esim. kevyemmät rakenteet)– Immaterialisoitumiseen (esim. digitaaliset tuotteet)– Rematerialisoitumiseen (esim. energia ja materiaalit)– Materiaalien konvergenssiin (esim. kuitumuovikomposiitit)– Biopohjaisiin keksintöihin, jotka mielletään uusiksi vaikka

kehitettiin jo vuosituhansia sitten luonnon toimintamallejaimitoiden (biomimetics/biomimicry, biomimetiikka2)

1Lähde: International Water Management Institute, Global Water Intelligence2 esim Biomimicry : Innovation Inspired by Nature by Janine M. Benyus, Sept. 1, 1997)



MITKÄ MATERIAALIT KIERTÄVÄT?

Suomessa erityisesti kuitupohjaisten biomateriaalien kierrätysaste on korkea

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

Kierrätysaste (Suomi, 2013) · Materiaalina kierrätetään tyypillisestibiojätettä, muovia, paperia, kartonkia,metallia ja lasia.

· Kierrätys säästää energiaa neitseellisenraaka-aineen käyttöön verrattuna, esim.teräksen ja tinapellin valmistuksessa n.75 % ja alumiinipakkauksissa 95 %.

· Usein materiaalin ominaisuudetheikkenevät ajan ja kierrätyskertojenmyötä: Esim. paperikuitu voidaankierrättää 3-5 kertaa. Kierrätettäväksikelpaamaton jae poltetaan energiaksi.

Lähde: Jätelaitosyhdistys

COPYRIGHT©PÖYRY 18

IHMISEN ELINYMPÄRISTÖN RAKENNUSPALIKAT

Teollisuus- jarakennusmineraalit

Biomassa

Fossiilisetpolttoaineet

Energian-kulutus

Energian-kulutus

Kiertoenergian-tuotanto

Energian-tuotanto

MAALISKUU 2016BIOMATERIAALIT TULEVAISUUDEN KIERTOTALOUDESSA

Malmit

Metsäteollisuus

Muovit

18

Koko vastaa kyseisen globaalinmateriaalivirran suuruutta

7800 Mt/a

34 000 Mt/a

22 000 Mt/a

14 000 Mt/a

COPYRIGHT©PÖYRY

BIOMATERIAALIEN MAHDOLLISUUDET SUOMELLE




BIOMATERIAALIEN PYÖRÄ

Suomen runsaat biomassavarannot ja korkea biomateriaaliosaaminen palvelevatkiertotalouden uudistuvia arvo- ja jalostusketjuja

· Uusiutuvien biomassapohjaistenmateriaalien raaka-aineena voiolla esim. ligniini, selluloosa taipolysakkaridit.

· Biomateriaaleja käytetään niinpakkauksiin, huonekaluihin,tekstiileihin, elektroniikkaan,rakentamiseen kuinbiolääketieteeseenkin.

· Biopohjaiset tuotteet voivat ollakierrätettäviä ja/tai biohajoavia,mutta tuoteominaisuuksienstandardointia vasta kehitetään.

Pinnoitteet

Biopohjaiset muovit

Muut

Biopohjaiset materiaalit

Uusiutuvatraaka-aineet

Valinnanvapauden paradoksinmukaan ihmiset tulevattyytymättömämmiksi, kun tarjolla onliian monta vaihtoehtoa.

Barry Schwartz,The Paradox of Choice

– Why More Is Less (2004)

Huokoiset materiaalit

Nanomateriaalit

Kalvot

Vaahtorakenteet

Komposiitit

COPYRIGHT©PÖYRY

Biomuovit

ESIMERKKI: TULEVAISUUDEN LIGNIINIPOHJAISIA TUOTTEITA


Suomessa tehdään merkittävää tutkimus- ja kehitystyötä ligniinin jalostamiseksierilaisten uusien biotuotteiden raaka-aineeksi.

Ligniini

Polttoaineet

Muut

Hienokemikaalit

Peruskemikaalit

Vety

FT-nesteet

Muut biopolttoaineet

Fenolit

Fenolin korvike fenolihartseissa sekämuut hartsi- ja liimatuotteet

Polymeerilisäaine tai -täyteaine uusillaominaisuuksilla

Kestomuovikomponentit

Hiilikuidut

Vaahdot, geelit ja kalvot

Lupaavia ligniinipohjaisia tuotteita, joita tutkitaan paljon ja joilla nähdään olevan markkinapotentiaaliaMahdollisia pitkäntähtäimen ligniinipohjaisia tuotteita

Erikoiskemikaalit (esim. aldehydit)

COPYRIGHT©PÖYRY

Taustalla on monta tekijää· Aivan viime vuosina uudet materiaalit ovat

lähteneet huomattavaan kasvuun, jota tukevaterittäin laaja tutkimus- ja kehityspanos

· Uusien materiaalien jalostusarvo on useinhuomattavan korkea ja loppukohteet hyvinmoninaiset avaruusteknologiastakuluttajaelektroniikkaan ja rakentamiseen

· Samaan aikaan biomateriaalit ja biomassaovat nosteessa sekä ominaisuuksien että mm.ilmastonmuutoksen ja kierrätettävyyden takia

· Kiertotalous on samalla resurssiälyn ja –tehokkuuden ytimessä.

· Kasvupotentiaali biomateriaaleissa onerittäin suuri, samoin kiertotaloudessa.Miten Suomi voi kärkimaana yhdistää nämäkasvumahdollisuudet?

Kasvu yhtymäkohdassa

Materiaalien markkinat

0.050.0

100.0150.0200.0

Biomateriaalit

Teknologia-osaaminen

kaikissamateriaaleissa

Kiertotalous

SUOMI VOI ELÄÄ KIERTÄVISTÄ BIOMATERIAALEISTA

Kasvu löytyy usein yhtymäkohdista. Suomi hallitsee biomateriaalit, kierrot ja myösmuut ydinmateriaalit. Nyt niiden yhdistelmästä pitää luoda kasvumoottori

KASVU

Suomella on• biomassa• biomateriaalit• ymmärrys kierto-

taloudesta• huippuosaamista

muissakinmateriaaleissa

Mrd EUR 1000 Mrd EUR

22MAALISKUU 2016

BIOMATERIAALIT TULEVAISUUDEN KIERTOTALOUDESSA

COPYRIGHT©PÖYRY

BIOKIERTOTALOUSMATERIAALIEN OMINAISUUDET


COPYRIGHT©PÖYRY

MITEN BIOKIERTOTALOUS VOI MENESTYÄ?

Materiaalien ominaisuudet avainasemassa kilpailukierrossa: biomateriaalienkehityskierto

Katsotaanko kokoelinkaarenkustannuksia jaepäsuoriakustannuksia?

Pystyyköbiomateriaalikilpailemaannykyominaisuuksienkanssa?

Kohtibiomateriaalin

seuraavaaversiota?

Pystyyköbiomateriaali

tuomaan uusiaominaisuuksia?

Onko materiaalillaetuja nykyisiinominaisuuksiinverrattaessa?

Onkomateriaalillauusiaominaisuuksia?

Onko materiaalikokonais-kustannuk-siltaan kilpailu-kykyinen?

Mihin suuntaanmateriaaliakehitetään?


COPYRIGHT©PÖYRY

MITEN BIOKIERTOTALOUS VOI MENESTYÄ? ESIMERKKI: PLA-MUOVIN KEHITYSKIERTOMateriaalien ominaisuudet avainasemassa kilpailukierrossa: biomateriaalienkehityskierto

1) PLA kehitettiin jo 1890. Sekuitenkin hävisi kustannuksissaöljypohjaisille muoveille ja nousukesti. Natureworks, Cargillin(Yhdysvallat) ja PTT GlobalChemicalin (Thaimaa)yhteisyritys, on maailmanjohtava valmistaja. Maissi onyleisin raaka-aine.

4) Natureworks kehittää uusiaPLAn laatuja vastatakseenmarkkinoiden vaatimuksiin.

Euroopassa sillä on nousevaongelma: prosessissa on

geenimuunneltuja organismeja(ei itse muovissa). Cargillin

halvemman prosessinhaastavat esim. Corbion Purac

2) PLA on biohajoava (etu!) jalämpömuokattava (etu!).


3) Kehityssuunnat kuten 3D-tulostus ja biohajoavien

pakkausmateriaalienlisätarve kiertotaloudessa

esittävät uusia haasteitaPLAlle, jotta se voisi vieläkasvaa fossiilisen muovin

substituuttina.

Onko materiaalillaetuja nykyisiinominaisuuksiinverrattaessa?

Onkomateriaalillauusiaominaisuuksia?

Onko materiaalikokonais-kustannuk-siltaan kilpailu-kykyinen?

Mihin suuntaanmateriaaliakehitetään?



MITÄ OMINAISUUKSIA MITATAAN?

Materiaalien koostumusta, mikrorakennetta, prosessointia, ominaisuuksia jasuorituskykyä voidaan tutkia mm. mikroskopian ja aineenkoestuksen avulla.

· Materiaalien soveltuvuutta eri käyttötarkoituksiintarkastellaan aineen ominaisuuksien kautta:– Fysikaalinen rakennetta tutkitaan röntgendiffraktiolla

(kiteisyys ja amorfisuus), elektronimikroskopioilla (kidevirheet,kiteisyys, raerajat ja erkaumat) ja atomivoimamikroskoopeilla(pinnan rakenne).

– Kemiallista koostumusta selvitetään erilaisilla optisilla jaspektroskooppisilla menetelmillä (kuten atomiabsorptio-,röntgenfluoresenssi ja massaspektrometria).

– Sähköisistä ominaisuuksista mainittakoon johtavuus(resistiivisyys), dielektrisyysvakio, energiavyöt, taisuprajohtavuus.

– Optisista ominaisuuksista tarkastellaan esim. transmissiota,absorptiota, heijastavuutta ja kahtaistaittavuutta.

– Termiset ominaisuuksista tutkitaan lämmönjohtavuutta,ominaislämpökapasiteettia, faasimuutoslämpötiloja.

– Magneettisista ominaisuuksista mainittakoon para-, ferro- jadiamagneettisuus.

– Mekaanisia ominaisuuksia selvitetään mm. erilaisilla veto-,puristus- ja taivutuskokeilla, jotka antavat tietoa esim.lujuudesta, kovuudesta, sitkeydestä ja iskunkestävyydestä.

COPYRIGHT©PÖYRY

Ominaisuus Miksi? Miten?

Magneettisuus Materiaali voi muuttaa muotoa tai se onhelppo lajitella muun joukosta.

Säädettävä magneettikenttä taivuttaamateriaalia eri muotoihin

LäpinäkyvyysMateriaalia voidaan käyttää läpinäkyviinpäällysteisiin tai filmeihin. Materiaalia voidaankäyttää estämään valon pääsy sisäkerroksiin.

Läpinäkyvän materiaalin atomirakennepäästää suurimman osan fotoneista(sähkömagneettista energiaa sisältäviähiukkasia) läpi

LämmönjohtavuusMateriaalia voidaan käyttää eristeenä.Materiaalia voidaan käyttäälämmönjohtimena.

Kiteen värähtelyenergian eteneminen tiiviissäaineessa johtaa lämpöä

Lujuus Materiaali kykenee vastustamaan ulkoisten jasisäisten kuormien vaikutusta

Materiaalin ominaisuus joka perustuuluonnosta löydettävien materiaalienominaisuuksiin tai synteettisten materiaalienrakenteeseen

KovuusMateriaali pystyy vastustamaanmuodonmuutosta (mm. naarmuuntumista,kulumista ja leikkaantumista)

Materiaalin mikrorakenteen ominaispiirteet jaepäpuhtauksien määrä sanelevat rakenteenkyvyn vastustaa ulkoisia voimia

SitkeysMateriaali kykenee absorboimaanmekaanista voimaa tai sokkia murtumatta taipuhkeamatta

Materiaalin mikrorakenne vaikuttaa senkykyyn vastustaa ulkoisia voimia jamuovautua niiden vaikutuksesta rikkomattarakennetta

Biohajoavuus Materiaali hajoaa luonnossa vaarattomiksiainesosiksi

Bakteerien entsyymitoiminnan taihydrolyyttisen hajoamisen seurauksena

OMINAISUUKSIEN PELIKENTTÄ


Miksi ja miten?



ONNENPYÖRÄ: ERI OMINAISUUKSIEN YHDISTÄMINEN

Kun onnistutaan yhdistämään ominaisuuksia, mahdollisuudet moninkertaistuvat

+

Sitkeys



Kiertotalouden pyrkimys Tuotteiden elinkaarenpidentäminen

Biokiertotalousmateriaaliensuunnittelu

Biokiertotalousmateriaalienominaisuudet

· maksimoidamateriaalien ja niihinsitoutuneen arvonkiertoa taloudessamahdollisimmanpitkään

· minimoida tuotannossaja kulutuksessasyntyvän hukan jajätteen

· korjaamalla· päivittämällä· uudelleenvalmistamalla· jälleenmyymällä· tuote palveluna -

liiketoimintamallilla(esim.liisaussopimukset)

· luomalla lisäarvoa esim.palveluilla ja digitaalisiinratkaisuihinperustuvallaälykkyydellä

· mahdollisimmankestäviksi japitkäikäisiksi

· modulaarisiksi,muunneltaviksi jamukautuviksi, jotta niitävoidaan kehittää japarantaa tekemättäkoko tuotetta uudelleen

· kestämäänuudelleenkäyttöä ja -valmistamista taikierrättämistäuusiomateriaaliksisäilyttäen niihinsitoutuneen arvonmahdollisimman hyvin

· älykkyyden lisääminentuotteisiin

· Hyvät mekaanisetominaisuudet

· Tarkoituksenmukainenfysikaalinen rakenne

· Hyvät mekaanisetominaisuudet

· Tarkoituksenmukainenkemiallinen koostumus

· Sähköiset ominaisuudet· Optiset ominaisuudet

BIOKIERTOTALOUSMATERIAALIEN TÄRKEITÄ OMINAISUUKSIA

Tavoitteena on tuotteiden materiaalitehokkuus, kestävyys ja korjattavuus.



KIERTOTALOUDEN TIUKAT MUTTA OSIN RISTIRIITAISETVAATIMUKSETIhanteelliset materiaalit olisivat joskus yht’aikaa vastakkaisissa tiloissa... Muttarealismi vaatii toista

Tuotteen pitkäikäisyysUuden tuotteen paremmat ominaisuudet(esim. vähäpäästöisemmät autot,energiatehokkaammat kylmälaitteet)

Materiaalien kestävyys Keveys ja materiaalitehokkuus

Älykkyyden lisääminen tuotteisiinEsim. harvinaisten maametallien käytönlisääntyminen, materiaalien kierrätyksenvaikeutuminen

Materiaalien kierron maksimointi Materiaalien heikkeneminenikääntymisilmiön kautta

Materiaalien korkeat kierrätysasteet Lisääntynyt vedenkulutusta javesiekosysteemeihin kohdistuvat riskit

COPYRIGHT©PÖYRY

Ceramics

Metals andalloys

Foam

Wood

PolymersComposites

Leather

Silk

CottonBamboo

0.01 0.1 1 10 100 1000

1000

100

10

1

Spe

cific

stre

ngth

(MP

a/(M

gm

-3))

Specific stiffness(GPa/(Mg m-3))

Kevlar

Carbonfibre


2016 2025

RUNNING MAN - KEHITYSPOLKUKIERTOTALOUSMATERIAALEILLEEnsimmäiset ihmisen käyttämät materiaalit olivat komposiitteja: puuta, nahkaa jaerilaisia kasvikuituja.

Graph : Bioinspired structural materials : Ulrike G. K. Wegst1*, Hao Bai2, Eduardo Saiz3,Antoni P. Tomsia2 and Robert O. Ritchie2,4* Nature Materials

Ceramics

Metals andalloys

Foam

Leather

Silk

0.01 0.1 1 10 100 1000

1000

100

10

1S

peci

ficst

reng

th(M

Pa/

(Mg

m-3

))

Specific stiffness(GPa/(Mg m-3))

Kevlar

Carbonfibre

Wood

Polymers Composites

Cotton

Bamboo

COPYRIGHT©PÖYRY

BIOKIERTOTALOUSMATERIAALIEN TOIMIJAT




YRITYKSET JA MATERIAALIKLUSTERIT

YRITYKSET· Metsä· Stora Enso· UPM· Ahlstrom· Plasthill· Sellusta· Aqvacomp· Outotec· NMC Cellfoam

MATERIAALIKLUSTERIT· 3D-tulostus· Mikrobitehtaat· Biokuidut· Ligniini

Ehdotus

COPYRIGHT©PÖYRY

ENEMMÄN KUIN VISIO: JO ARKIPÄIVÄÄ MUTTA PANOSTUSTATARVITAAN

34

Suomella on suuri osa jo olemassa yrityksiä myöten, mutta tarvitaan panostustasekä kokonaisuuden muodostamista

Kasvukävyssä” olemme luetelleettärkeät materiaalit ja esimerkkejäniiden parissa jo työskentelevistäsuomalaisyrityksistä,tutkimuslaitoksista ja yliopistoista.Tulossa ontarkka kuvaus materiaaleista, niidenominaisuuksista ja mahdollisuuksista

Komposiitit, yhdistelmämateriaalit,tarjoavat mahdollisuuden esim.yhdistää Outotecinmetallurgiaosaamisen ja biopohjaisetmateriaalit – tai keraamiset materiaalitja biomateriaalit. Biometallit jabiokeraamiset komposiitit ovat vainesimerkkejä siitä mitä Suomessavoidaan tehdä jo olemassa olevientoimijoiden taholta.

Nahka

PuuvillaSilkki

Metallit

Vaahto

Valmet, VTT,LUT

University of Oulu, VTT

Kemira, JVSpolymers

Korvaavatkuidut: Aalto,TKK, StoraEnso, UPM,Metsä

Soleplex OyTeräskonttori Oy

VTT, NMCCellfoam Oy

Outotec

Polymeerit

Keramiikka

Nanosellu

ErikoiskuidutHiili-kuitu / Kevlar

Puu ja sellu

Stora Enso,UPM, Metsä,Aqvacomp

Stora Enso,UPM, Aalto, VTT

Biopohjaisia

Ei-biopohjaisiaBiopohjaisia ja ei-biopohjaisia




METSÄ GROUP

Äänekosken biojalostamoon liittyviä hankkeita

· Biokomposiittivalmistaja Aqvacomp Oy on tehnyt sopimuksenMetsä Fibren (Äänekosken tehdas) kanssa helmikuussa 2016.– Sellukuidusta ja muovista valmistettua biokomposiittia voidaan

käyttää korvaamaan muovia esim. elektroniikka- jaautoteollisuudessa.

– Ensimmäisessä vaiheessa Aqvacomp rakentaa Metsä GroupinRauman sellutehtaalle tuotantolaitoksen, jonka on tarkoitusaloittaa toimintansa vuoden 2017 alussa.

– Tuotantoa laajennetaan mahdollisesti rakentamalla vieläsuurempi laitos Äänekoskelle biojalostamon käynnistyttyä.

· Metsä Group on jatkanut kehitystyötä tekstiilikuitujenvalmistuksessa ioninen neste -menetelmällä (ionic liquid, IL)japanilaisen Itochu Corporationin kanssa: ensimmäisetkankaat on jo valmistettu laboratoriossa, ja seuraavaksivalmistellaan koetehdasmittakaavan tuotantoa.

· Lisäksi tutkimus ligniinin jalostamiseksi uusiksi tuotteiksijatkuu. Ligniinituotteiden valmistus koetehdasmittakaavassaon tarkoitus aloittaa vuoden 2016 aikana.

Yritys Monikansallinen yritys

Omistus/rahoitus

Metsäliitto Osuuskunta, johon kuuluun. 116 000 metsänomistajaa

Toimipaikka Espoo

Liiketoiminta Tuotanto, teknologian kehitys

Teknologianvalmiusaste

Tutkimustyö ligniinin jalostuksessa.Tekstiilikuitujen kehittäminenyhteistyössä Itochu Corp. kanssa.

Yhteistyötahot Aqvacomp, Itochu Corporation, Aaltoyliopisto

Internet www.metsagroup.com

Mahdollisuudet ja haasteet

• Kehitystyötä sekä ligniinin että tekstiilikuitujenalueella

• Biojalostamo avaa uusia mahdollisuuksialiiketoiminnan luomiseksi uudenlaistenbiopohjaisten materiaalien valmistuksessayhteistyössä laajan toimijaverkoston kanssa.


· Stora Enson Primeforma-pakkausrasiat, jotka tulivat markkinoille2010, on tehty sellukuidusta (vähintään 87%) ja polymeereistä(max. 13%). Primeforma-tuotteita käytetään juusto- jalihapakkauksissa, joten ne on hyväksytty elintarvikekelpoisiksi.

· Primeforma on vaihtoehto muovisille pakkausrasioille, ja niidenhiilijalanjälki on 65-90% pienempi kuin perinteistenmuovipakkausten. Primeforma on yhteensopiva nykyistenlämpömuovautuvien pakkauslinjojen kanssa, ja sillä on hyvätulostettavuus ja hyvät sulkuominaisuudet.

· Primeforma on kehitetty läheisessä yhteistyössä HK Ruokatalon jaSealpacin kanssa. Sealpac valmistaa lämpömuovautuvienpakkausten konelinjastoja.

· Lisäksi Stora Enso on avannut pääkonttorinsa yhteyteenpakkausliiketoimintojen innovaatiokeskuksen, jossa se kehittääyhdessä siruyhtiö NXP:n kanssa uusia pakkausratkaisuja.

· Imatran tehtaalla on meneillään mikroselluloosankaupallistamisvaihe. Mikrokuitusellua käytetään rasva- jahappisulkuihin sekä biohajoavana, alumiinikalvon korvaavanatuotteena nestepakkauksissa. Stota Enso tekee tällä alueellayhteistyötä Elopakin kanssa.

· Sunilan tehtaalla käynnistellään kaupallista ligniinituotantoa.Ligniinituotteilla voidaan korvata teollisuuden käyttämiä fenoleja japolyoleja.


Omistus/rahoitus

Listautunut Helsingin ja Tukholmanpörssiin

Toimipaikka Helsinki

Liiketoiminta Stora Enso tuottaa pakkauksia,biomateriaaleja, puuta ja paperiakansainvälisille markkinoille. Sentavoitteena on korvatauusiutumattomat materiaalit uusillatuotteilla ja palveluilla, jotkaperustuvat puuhun ja muihinuusiutuviin materiaaleihin.


Primeforma-leikkelepakkauksiakäytetään elintarviketeollisuudessa.

Yhteistyötahot Primeforma kehitettiin yhteistyössäHK Ruokatalon ja Sealpacin kanssa.Lisäksi mm. NXP ja Elopak. StoraEnso osallistuu myös useisiintutkimushankkeisiin yliopistojen,tutkimuslaitosten ja muiden yritystenkanssa.

Internet www.storaenso.com

STORA ENSO

Mahdollisuudet ja haasteet· Useita tuotekehityshankkeita esim. sellupohjaisista

materiaaleista, komposiiteista ja biomuoveista.

· Tavoite on korvata uusiutumattomat materiaalituusiutuvaan materiaaliin pohjautuvilla tuotteilla.



· UPM:n ForMi-granulaatit on valmistettu polymeereistä ja jopa 50-prosenttisesti selluloosakuidusta

· UPM lupaa joustavaa ja luotettavaa prosessoitavuuttaruiskuvalusovelluksiin, joista saadaan puhtaita ja hajuttomiakomposiittituotteita

· Useita ForMi-laatuja on hyväksytty leluihin ja elintarvikekontaktiinsopivaksi

· ForMia käytetään huonekalujen ja elektroniikkatuotteidenvalmistuksessa– Genelec on valmistanut vuodesta 2013 kaksi huippuluokan M-

sarjan kaiutinmallia käyttäen ForMia kotelomateriaalina.– KeepLoop on valmistanut mikroskooppilisälaitteen kännykälle, jonka

kuoressa muovi on korvattu ForMilla (vuodesta 2012).– Onnioon on myynyt 2012 alkaen täysin kierrätettävää Formista

valmistettua tiskiharjaa (40-prosenttisesti sellupohjainen), ja sesuunnittelee tuovansa markkinoille erilaisia biokomposiitistavalmistettuja siivous- ja puutarhatuotteita.

– Puustelli on kehittänyt yhteistyössä UPM:n kanssa keittiökaappienrunkoja (myynnissä vuodesta 2013), jotka ovat kevyempiä japaremmin rasitusta ja kosteutta kestäviä kuin lastulevy ja lisäksi neovat kierrätettäviä.

– Tregren on vuodesta 2013 valmistanut ForMista Genie-sisäpuutarhoja, jotka perustuvat vesiviljelyyn.

· Lisäksi UPM Biochemicals keskittyy kemiallisiin rakenneaineisiin(korvaajia öljypohjaisille), ligniinituotteisiin, biofibrilleihin jabiolääketieteen tuotteisiin.

ForMi – Kuitu- ja polymeeripohjainenkomposiitti

UPM

Lähde: http://www.upm.com/formi/Pages/default.aspx



Toimipaikka Helsinki, Finland

Liiketoiminta Maailman johtava sellun, paperin,lastulevyn, sahatavaran, tarrojen jakomposiittien, bioenergian,biopolttoaineiden ja biokemikaalienvalmistaja.

Teknologinenvalmiusaste

Kehittää, valmistaa, markkinoi jamyy ForMi-granulaatteja teollisuus-ja kuluttaja-sovelluksiin. Tehdassijaitsee Lahdessa.

Yhteistyötahot Genelec, KeepLoop, Onnioon,Puustelli, Tregren, useitayhteistyötahoja Biofore ConceptCar –hankkeessa

Internet www.upm.com


· Lujitettuja RTC-kestomuovikomposiitteja käytetäänsisäpaneeleissa ja puolirakenteellisissa osissa kuljetus-,merenkulku- ja rakennusaloilla. Käyttämällä RTC-paneelejavoidaan korvata lasikuituja luonnonkuiduilla.

· Ahlstrom tutkii biokomposiitteja, joiden myönteisetympäristövaikutukset syntyvät biopohjaisten materiaalienkäytöstä ja keveydestä. Luonnonkuitulevyjen tärkeimpiäkäyttötarkoituksia ovat rakennuslevyt, huonekalut jasisustusratkaisut, urheilu- ja vapaa-ajan välineet sekäkuljetusratkaisut.

· Alstromin tuote- ja teknologiakehitys panostaa myösnanoselluloosaan ja sen käyttöön sulkupinnoitteissa,suodatuksessa ja biokalvoissa korvaamaan öljypohjaisetmuovit biopohjaisilla raaka-aineilla. Nanoselluloosassayhdistyy parhaimmillaan koon (laaja pinta-ala) ja sellunhyvät luontaiset ominaisuudet.


Omistus/rahoitus

Ahlstromin osake on noteerattuNASDAQ OMX Helsingissävuodesta 2006

Toimipaikka Helsinki

Liiketoiminta Tuotanto, teknologian kehitys


Luonnonkuitupohjaistenkomposiittien kehittäminen.Tutkimuskohteita ovat mm.biokomposiitit ja nanoselluloosa.

Yhteistyötahot Yhteinen RTC-kehitystyö Finn-Marinin kanssa

Internet www.ahlstrom.com

AHLSTROM


· Kehitystyötä sekä biokomposiittien että nanosellunalueella

· Ympäristönäkökulmasta tavoitteena fossiilistenraaka-aineiden korvaaminen ja kevyempientuoteratkaisuiden löytäminen

· Tähtäimenä erityisesti korkean jalostusasteentuotteet


COPYRIGHT©PÖYRY

Yritys Start-up –yritys, perustettu 1996

Toimipaikka Kontiolahti

Liiketoiminta Kareline-luonnonkuitukomposiitti-materiaalia ja tuotteita sisältäenavaimet käteen -palveluasuunnittelusta ruiskuvalettuihintuotteisiin


Kaupallista tuotantoa

Yhteistyötahot Jolla, Droplet Hitech Design (Lastu)

Internet www.plasthill.fi


· Plasthillin Kareline-materiaalit, jotka ovat Puugian (Joensuunpuuteknologiakeskus) kehittämiä, ovat ruiskuvaluun jaekstruusioon soveltuvia luonnonkuitulujitettujakestomuovikomposiittimateriaaleja. Tämä biomateriaali koostuu50% mäntykuidusta (ensiöhavupuukuidusta) ja 50%kestomuovista.

· Kareline-materiaalit ovat kierrätettäviä. Lisäksi näitä 100%:sestiluonnollisesti biohajoavia polymeerejä, jotka on tehty uusiutuvistaraaka-aineista, voidaan käyttää komposiitin matriisina.

· Kareline-materiaalit– Kuitulujitettuja PP-pohjaisia komposiitteja käytetään esim. sisä- ja

ulkokalusteissa, sisustuskomponenteissa, teknisissäkomponenteissa, työkalujen kahvoissa, taloustarvikkeissa,kansissa ja saunatuotteissa.

– Kuitulujitettu ABS soveltuu esim. laitekoteloihin, autonosiin,työkalujen kahvoihin, urheiluvälineisiin ja huonekaluihin.

– Kuitulujitettuja PS-pohjaisia komposiitteja käytetään mm. kellojenja korujen pakkauslaatikoihin, kosmetiikkapakkauksiin ja koriste-esineisiin.

– Kuitulujitettuja POM-pohjaisia komposiitteja käytetään teknisissäsovelluksissa kuten koneiden ja laitteiden osissa, vaihteissa,liukulaakereissa ja -kiskoissa sekä keloissa.

– Kuitulujitteisella PLA-pohjaisella materiaalilla parannetaan PLA:nkäyttö- ja ruiskuvaluominaisuuksia.

· Plasthill valmistaa Kareline-pohjaisia tuotteita kuten Kupilka-retkeilyastioita, Kaarna-tarjottimia ja Oksava-USB-tikkuja.

· Flaxwood-kitarat valmistetaan Kareline FLX-materiaalista.· Plasthill toimittaa Droplet Hitech Designille Kareline-komposiittia,

jota käytetään Jollan tablettien kuorimateriaalina.

Mäntykuitu- ja kestomuovipohjaisetkomposiitit

PLASTHILL

Lähde: http://www.plasthill.fi/fi/kareline/luonnonkuitukomposiitit



· Sellusta Finland kehittää suomalaisesta havu- jakoivusellusta design-valaisimia ja valoseinäelementtejä,ekologisia pakkauksia sekä askartelumassaa ja -levyjä:– Fun Pulp™-askartelumassa ja Fun Panel™-askarteluarkki

ovat myrkyttömiä, maalattavia ja uudelleenkäytettäviä eivätkäne sotke tai pölise ja ne voidaan hävittää polttamalla.

– Sukarwood-pakkaukset on valmistettu puukuitupohjaisesta,ekologisesta ja uudelleenkäytettävästä pakkausmateriaalista,johon voidaan yhdistää graafisia erikoisratkaisuja taipersonoituja älyominaisuuksia.

· Yrityksen palvelukonsepti perustuu kiertotalouteen: tuotteetvoi käyttää uudelleen tai kierrättää raaka-aineeksi.– Esimerkiksi valaisimen varjostin voidaan korvata uudella ja

vanhasta tehdä mm. käyntikortteja.

· Sellusta Finland myy tuotteitaan ja palveluitaan niinsuoraan kuluttajille kuin yrityksille, ja verkkokauppa aukeaamaaliskuussa 2016.


· Puukuidusta valmistetut tuotteetvaihtoehdoksi öljypohjaisillemuovituotteille

· Keskittyy tällä hetkellä kuluttajientietoisuuden lisäämiseen tuotteista sekäresurssien oikeaan kohdentamiseen

SELLUSTA FINLAND

Yritys perustettu 2015

Toimipaikka Jyväskylä

Liiketoiminta Tekee uudenlaisia, ekologisiatuotteita sellusta.


Tuotteet suunnitellaan javalmistetaan Suomessa, pääosinkäsityönä.

Yhteistyötahot Jyväskylän Yritystehdas, useitayliopistoja, ammattiopistoja,puusepänverstaita jasisustusammattilaisia

Internet www.sukarwood.fi

COPYRIGHT©PÖYRY

Yritys perustettu 2014

Toimipaikka Sastamala

Liiketoiminta Muovi- ja komposiittimateriaalejavalmistava yritys. Yhtiökaupallistaa Elastopoli Oy:n puu-muovikomposiittien kehitystyötäja sen materiaaleja.


Patentoitu teknologia.Ensimmäinen tuote 2009.Komposiittituotanto käynnistyyMetsä Fibren tehtailla Raumalla2017 alussa ja laajentuuÄänekosken tehtaalle.

Yhteistyötahot Metsä Fibre Oy, Flaxwood Oy

Internet www.aqvacomp.fi


· Noin kymmenen vuotta sitten Aalto-yliopistosta alkunsasaanut Aqvacomp-teknologia käyttää sellukuituamuovin lujitteena rikkomatta sen rakennetta, mikä antaabiokomposiitille erinomaiset tekniset ominaisuudet japrosessoitavuuden.

· Teknologia soveltuu käytettäväksi monien eri polymeerienkanssa (esim. PP, PE, PS, ABS ja PLA), ja Aqvacom-komposiitteja on saatavissa satoja eri laatuja lopputuotteenvaatimusten mukaisesti.

· Aqvacomp-komposiitteja voidaan käyttää olemassa olevillalaitteilla (mm. ruiskuvalussa ja ekstruusiossa) muovintapaan.

· Komposiittien loppukäyttökohteita ovat erityisesti tekniset,akustiset ja haptiset (tuntuma) tuotteet. EnsimmäinenAqvacomp-komposittista valmistettu tuote oli kitaranotelauta vuonna 2009.

· Alkuvaiheessa Aqvacomp tähtää korkean lisäarvontuotteisiin mutta pyrkii jatkossa myös suuriinvolyymeihin. Komposiitilla voidaan korvata esim.mineraaleilla lujitettua propeenia, jota autoteollisuudessakäytetään n. 2 milj. t/a.

· Vuonna 2015 Aqvacomp ja soittimiakomposiittimateriaaleista valmistava Flaxwood voittivatkolmannen sijan Wood and Natural Fibre Composite Award-kilpailussa Saksan Kölnissä.

Mahdollisuudet ja haasteet· Aqvacomp-prosessi käyttää kuivaamatonta sellua

suoraan tehtaalta, mikä parantaa lopputuotteenteknisiä ominaisuuksia sekä lisää energia- jalogistiikkatehokkuutta.

· Sellukuidulla lujitetusta materiaalista voidaanvalmistaa kevyitä rakenteita.

· Biomassan käytöllä korvataan öljypohjaisia raaka-aineita.

· Suuret käyttökohteet autoteollisuudessa jakulutustuotteissa, kuten elektroniikassa.

AQVACOMP



OUTOTEC· Outotecin teknologioita käytetään mm. perusmetallien

tuotantoon sekä rautamalmin, ferroseoksien jatitaanipitoisten raaka-aineiden prosessointiin,rikkihapon tuotantoon sekä alumiinioksidin jakevytmetallien tuotantoon, poistokaasujen käsittelyyn,koksitukseen, bioenergian tuottamiseen, öljyliuskeen jaöljyhiekan jalostamiseen sekä teollisuusvesienkäsittelyyn.

· Yhtiön ympäristö- ja energialiiketoiminta keskittyyvähentämään merkittävästi kaivosten ja jalostamojenveden- ja energiankulutusta. Useat Outotecinmenetelmät ovat saaneet EU:n BAT-hyväksynnän.

· Yhtiöllä on myynti- ja palvelukeskuksia 27 maassakuudella mantereella sekä tutkimuskeskusFrankfurtissa ja Porissa. Oman teollisen valmistuksenosuus liikevaihdosta on pieni: Outokummun konepajatekee laitteistoja ja Lappeenrannan tehdas valmistaateollisia suodattimia.

· Marraskuussa 2007 Outotec sai Cleantech Finlandprosessisarjan -palkinnon ferrokromiprosessistaan,joka pienentää ferrokromitehtaiden energiankulutustaja hiilidioksidipäästöjä.

· Vuonna 2016 Outotec pääsi sijalle 3 maailman 100vastuullisimman yrityksen The Global 100 -listalla(yhtiö on ollut listalla vuodesta 2013).

· Vuosiksi 2013–2014 Outotec pääsi ensimmäistä kertaaDow Jonesin kestävän kehityksen Euroopan indeksiin.

Yritys Perustettu 2006 Outokumpu Oyj:n erottaessateknologiatoimintansa omaksi yhtiökseen

Omistus/rahoitus

Listautunut Helsingin pörssiin (OTE1V)

Toimipaikka Espoo

Liiketoiminta Teknologia- ja projektiyritys, joka myykaivosteknologia- ja laitoshankkeita: kokoaatoimitusketjun, suunnittelee ja toimittaa prosessinsekä kouluttaa asiakkaan hoitamaan sitä.


Toimittaa teknologiaa ja prosesseja metallurgiaan jamineraalien jalostukseen.

Yhteistyötahot Outotec toteuttaa projektinsa usein yhdessäkumppaniensa kanssa. Kemiran kanssa strateginenyhteistyö teollisuusvesien käsittelyssä. SandvicMiningin kanssa yhteistyötä mineraalienhienonnuksessa. Industrial Waters Excellency Centeryhdessä Kemiran, Lahden Seudun Kehityksen jaSeverstalin kanssa. Kehittää Global Oil Shale Groupinkanssa kaupalliseen käyttöön tulevaa kerogeeninrikastusprosessia. Mukana WWF:n, ClimateLeadership Councilin ja Baltic Sea Action Groupintoiminnassa.

Internet www.outotec.com


· Runsaasti patentoituja keksintöjä (mm. leijupetiteknologia)

· Yhtiö pitää kasvualueinaan Kiinaa, Intiaa ja Afrikkaa, joissaympäristölainsäädäntö on kiristymässä.



NMC CELLFOAM

· NMC Cellfoam on yksi johtavista solumuovi- jasolukumituotteiden valmistajista Suomessa. Yhtiöllä on laajaamateriaaliosaamista, ja se pystyy toimittamaan asiakkailleräätälöityjä ratkaisuja.

· Liiketoimintaan kuuluvat eristäminen, tiivistäminen, melun- jatärinänvaimennus sekä suojaus- ja pakkausratkaisut.

· Tietyllä solupolyeteenilaadulla on erittäin hyvä luonnollinen lujuus,jota voidaan vielä vahvistaa eri menetelmillä. Solumuovinumpinainen rakenne on myös luonnostaan vesi-, ilma- japölytiivis, mikä tekee siitä erinomaisen eristysmateriaalin.Toisaalta solumuovi voidaan myös rei’ittää ilmanvaihtoa varten.

· Yhtiön tuotevalikoimasta löytyy mm. tiivisteitä, eristeitä, profiilejaja pakkaussuojia sekä erikoistuotteista esim. lämpöpohjalliset,turvapipot, retkipatjat ja pelastuspaarit.

· Vuonna 2004 yhtiö sijoittui Varsinais-Suomen INNOSUOMI -kilpailussa toiseksi viillotustekniikallaan, joka muuttaa solumuovinhengittäväksi ja taipuisammaksi materiaaliksi sovelluskohteenaanesim. lämpömatto, patjanalusmatto, kelluntahaalari,raviohjastajan liivi ja voimaharjoitteluun tarkoitetut housut.


· Marraskuun 2013 Laitilassa toiminut NMCCellfoam Oy ja Kangasalla toiminut OyNoisetek Ab yhdistyivät, ja toiminta siirtyiRuskon tehtaalle.

· Yritys hakee kasvua.

Yritys Perustettu Fagerdala TuotantoOy -nimisenä vuonna 1975,yrityskaupan myötä vuodesta2006 NMC Cellfoam Oy. NMC-konserni on belgialainenperheyhtiö.

Toimipaikka Tampere

Liiketoiminta Polymeeristen muovienjatkojalostaminen, myynti jamarkkinointi


Valmistaa tiivisteitä, eristeitä japehmusteita teollisuuden sekäelinkeinoelämän tarpeisiin

Internet www.cellfoam.fi

COPYRIGHT©PÖYRY

· Kun konevalmistajien tarvitsemat varaosat 3D-tulostetaantilauksesta, poistetaan hävikki sekä säästetäänmerkittävästi varastotilaa ja sitoutunutta pääomaa.Valmistettaessa osat vielä lähellä loppukäyttäjää,säästetään toimitusajassa ja kuljetuskustannuksissa.

· Vuoden 2016 alussa Aalto-yliopisto ja Teknologiantutkimuskeskus VTT ovat käynnistäneet digitaalisiinvaraosiin keskittyvän kaksivuotisen tutkimushankkeen.

· Hankkeen tavoitteena on siirtyä digitalisoitumisen avullaperinteisestä varaosien valmistusketjusta ja varastoinnistadynaamiseen ja lisäarvoa tuottavaan verkostomalliin,jossa varaosat ja niihin liittyvä tieto siirretään jasäilytetään digitaalisesti. Osien valmistus tapahtuu 3D-tulostamalla tarpeen mukaan mahdollisimman lähelläloppukäyttäjää.

· Mukana on 13 yritystä: 3D Online Factory Oy, 3DTechOy, AM Finland Oy, Hetitec Oy, Kone Oyj, Laserle Oy,Materflow Oy, Multiprint 3D Oy, Patria Aviation Oy,Raute Oyj, Rolls-Royce Oy Ab, Sacotec ComponentsOy ja Wärtsilä Finland Oy. Teknologiateollisuus rytoimii hankkeen yhteistyökumppanina.

· Noin 1,4 miljoonan euron hanke on osa Tekesin TeollinenInternet -ohjelmaa.

· Materiaaleista osa on biomateriaaleja jabiokomposiitteja


· 3D-tulostettuihin varaosiin keskittyviäverkostoja ei ole vielä olemassateollisuudessa.

· Toimialalla on runsaastikasvumahdollisuuksia.

· Suomalaiset yritykset voivat ollaedelläkävijöitä kansainvälisessädigitaalisten varaosien verkostossa.

· Haasteina mm. kriittisten osientoimintavarmuuden takaaminen,materiaalitarjonta, tietoturva, suurten/monimutkaisten osien digitalisointi javalmistaminen riippumattamaantieteellisestä sijainnista sekä toimivanpalveluketjun luominen.

DIGITAALISET (BIO)VARAOSAT

Tarvepohjainen 3D-valmistus osana biokiertotaloutta


COPYRIGHT©PÖYRY

· Synteettisen biologian keinoin voidaan suunnitella ja valmistaaaivan uudenlaisia biologisia systeemeitä (eläviä koneistoja),joita ei löydy luonnosta, ja näin kehittää uusia tehokkaitateollisia prosesseja ja tuotteita.

· Vuonna 2014 käynnistyneessä viisivuotisessa Elävät tehtaat -tutkimusohjelmassa Aalto-yliopisto, Teknologiantutkimuskeskus VTT ja Turun yliopisto kehittävät jahyödyntävät Suomessa synteettiseen biologiaan perustuviamahdollisuuksia.

· Tavoitteena on rakentaa mikrobeihin uusia synteesireittejä,joilla yksinkertaisista hiiliyhdisteistä rakennetaan isompia,paremman käyttöarvon yhdisteitä, kuten polymeerejä,korvaamaan öljypohjaisia materiaaleja.

· Tällä hetkellä biologisten tuotanto-organismien tekeminen onhidasta, koska jokainen on räätälöitävä erikseen. Sen sijaanmikrobeja pitäisi pystyä valmistamaan teollisestijärjestelmällisen suunnitteluprosessin kautta automaattisellatuotannolla standardiosista.

· Ohjelmassa pyritään luomaan uudenlainen jakansainvälisesti kilpailukykyinen toimintaympäristö, jossayhdistyvät tutkimus, koulutus ja teollinen toiminta.

· Noin 4 miljoonan euron ohjelma on osa Tekesin strategisiatutkimusavauksia.


· Synteettistä biologiaa pidetään yhtenätulevaisuuden läpimurtoteknologiana, jollaon suuri vaikutus myös kiertotalouteen.

· Mahdollisuus kehittää visionäärisiäratkaisuja kestävää bio-pohjaistayhteiskuntaa varten.

· Organismien toimintaa ei tunneta vieläriittävän hyvin; mikrobia ei ole helppomuokata tuottamaan sellaista, mistä se eiitse hyödy; ja komposiittien tuotannossapitää pystyä yhdistämään monta eri asiaa.

· Ohjelman pääpaino on energiaasäästävien ja hiilipäästöjä vähentävienprosessien kehityksessä.

MIKROBITEHTAAT

Synteettisen biologian avulla biomateriaaleja




Ioncell-menetelmä Spinnova VTT:n jätepuuvillan kuidutus

· Aalto-yliopistossa kehitetään Ioncell-F -menetelmää puun selluloosanliuottamiseksi tekstiilikuiduksimyrkyttömällä ionisella liuottimella(nestemäinen suola) suljetussaprosessissa. Tämän jälkeen liuennutselluloosa kehrätään kuiduiksi, joistavoidaan tehdä tekstiilejä ja vaatteita.

· Menetelmä onympäristöystävällisempi kuinviskoosiprosessi.

· Syntyvä Ioncell-selluloosakuitutarjoaa vaihtoehdon puuvillalle jaöljypohjaisille polyestereille.

· Tutkimusryhmän tavoitteena on kehittäätuotanto teolliseen mittakaavaan jakansainvälinen kaupallinen menestys.

· The European Paper Recycling Councilpalkitsi 14.10.2015 Aalto-yliopistonpuunjalostustekniikan laitoksen tutkijatIoncell-F-prosessin kehittämisestä.

· VTT:stä vuonna 2014 irtaantunutSpinnova kehittää lankaasellusta.

· Yrityksen menetelmällä pystytäänvalmistamaan sellumassastalankaa ilman monivaiheistakemiallista pilkkomis- jauudelleenkuiduttamisprosessia.

· Prosessin kehityksessä onsovellettu biomimetiikanperiaatteita ottamalla malliahämähäkin tavasta valmistaaerityisen vahvoja kuituja.

· Niin prosessi kuinlopputuotteetkin ovatmyrkyttömiä.

· Yritys on jo kaupallistamassapuupohjaista tekstiilituotettaan, jateollisen mittakaavan 100-200miljoonan tehdasinvestointisaattaa käynnistyä viiden vuodenkuluessa.

· VTT on kehittänyt jätepuuvillankuiduttamista, ja toiminnassaoleva pilottilaitteisto tuottaamenetelmällä uutta kuitua.

· Vanha vaate revitään, pestäänsekä pyöritetään ensinkorkeasakeutusreaktorissa ja sittenlipeässä. Syntynyt tekstiilikuituajetaan kehruulinjan läpi.

· Kemikaalien käyttö on vähäistä,ja esim. viskoosin valmistuksessatarvittavan rikkihiilen sijastakäytetään ureaa. Vettä kuuluu n.70% vähemmän ja hiilijalanjäljen onarvioitu olevan 40-50 % pienempikuin uuden puuvillan tuotannossa.

· Vuonna 2015 Avilon entiselläkuitutehtaalla Valkeakoskellakäynnistyi VTT:n demolaitteisto, ja2017 on tarkoitus tuottaa jo 50tonnia tekstiilikuituakoetehdasmittakaavassa.

USEITA KIINTOISIA SUOMALAISIA TEKSTIILIKUITUHANKKEITA

Tekstiiliteollisuuden toimintamallien uudistuminen vie aikaa, mutta tällävuosikymmenellä on jo lähdössä liikkeelle uusia aloitteita.

COPYRIGHT©PÖYRY

· Tekstiilien kiertotalous -hankkeessa mallinnetaan ja kokeillaankiertotalouden periaatteiden mukaista suljetun kierron ekosysteemiä,joka mahdollistaa uudelleenkäyttöön soveltumattomantekstiilijätteen uudenlaisen teollisen hyödyntämisen.

· Teknologian tutkimuskeskus VTT:n koordinoiman projektin pilottikäynnistyi toukokuussa 2015:– Pääkaupunkiseudun Kierrätyskeskus Oy keräsi ja esikäsitteli puuvillaista

kuluttajapoistotekstiiliä, jota ei voinut käyttää uudelleen vaatteena tai hyödyntääkierrätystuotteiden materiaalina.

– SUEZ murskasi ja hienonsi materiaalin.

– VTT valmisti kehittämällään menetelmällä materiaalistaselluloosakarbamaattiliuosta ja kuidutti liuoksen Valkeakoskella.

– Pure Waste kehrää kuidut langaksi ja valmistaa langasta neulosta.

– Seppälä suunnittelee ja valmistaa protomalliston sekä tuottaa pilotin jälkeenkaupallisen malliston asiakkaille loppuvuodeksi 2016. Lisäksi Seppälä järjestäämyymälöissään käytettyjen vaatteiden keräyskampanjan keväällä 2016.

– Tavoitteena on myydä mallistoa uudelleenkäytettävässä RePack-pakkauksessa,jostä ei synny pakkausjätettä ja jolla voi palauttaa käytöstä poistuneen tekstiilintakaisin kiertoon Pääkaupunkiseudun Kierrätyskeskukseen lajiteltavaksi.

· Mukana on seitsemän yritystä: Ethica Oy, Pure Waste Textiles Oy,Pääkaupunkiseudun Kierrätyskeskus Oy, RePack Oy, SeppäläOy ja SUEZ/SITA Suomi Oy (yhteistyössä Tekstiilipankki Oy:nkanssa). Hanke on osa Tekesin Green Growth -ohjelmaa.

· Hanke palkittiin kunniamaininnalla Maailman talousfoorumin (WEF)vuosikokouksessa Davosissa 19.1.2016.


· Tekstiilikuitujen kysyntä maailmassakasvaa, mutta nykyiseentekstiilituotantoon liittyy merkittäviäympäristö- ja ihmisoikeusongelmia.

· Uuden jätelain mukainen orgaanisenjätteen (ml. tekstiilit) kaatopaikkakieltoastui voimaan vuoden 2016 alusta, jajätehierarkianensisijaisuusjärjestyksessä pyritäänuusiokäyttöön ennen polttoa.

· Poistotekstiilien käyttö uuden kuidunraaka-aineena ratkaisee niin raaka-aine - kuin jäteongelman.

· Kuluttajilla on merkittävä roolikiertotalouden ekosysteeminonnistumisessa.

TEKSTIILIEN SULJETTUBIOKIERTOTALOUSPoistopuuvillasta uutta kuitua tekstiiliteollisuudelle




SUOMALAISIA LIGNIINIHANKKEITA

Lupaavimmat lyhyen ja keskipitkän aikavälin sovelluskohteet ligniinille löytyvätfenoliformaldehydihartseista, komposiittien kestomuovihartseista ja hiilikuiduista.

· Alun alkaen ligniinin erotusta on kehitetty sellutehtaidentalteenoton kapasiteetin nostamiseksi, mikämahdollistaa selluntuotannon lisäämisen.

· Innventia myi kehittämänsä Lignoboost-teknologianMetsolle (nykyinen Valmet) 2008.

· Stora Enso käynnisti Sunilassa 50 000 t/a ligniiniätuottavan lignoboost-laitoksen 2015.

· UPM on kaupallistanut omat ligniinituotteensa(BioPiva™ 100 ja BioPiva™ 238) ja myy lisäksiyksinoikeudella yhdysvaltalaisen Domtarin BioChoiseTM-ligniiniä Euroopassa.

· Mitä loppukäyttömahdollisuuksia ligniinille löydetääntulevaisuudessa ja mikä on niiden markkina-arvo?

COPYRIGHT©PÖYRY

JOHTOPÄÄTÖKSET




· Sovelluskohteiden valtava määrä jo olemassa olevilla markkinoilla jafossiilisubstituutio kiertotaloudessa takaavat mahdollisuudet

· Uudet, kierrätettävät, biohajoavat biomateriaalit ja –komposiitit ovat(bio)kiertotalouden ytimessä

· Kaikki osaamisalueet löytyvät Suomesta, ne on vain osattava paremminpanna yhteen

· Voidaan vielä toimia epäpätevästi ja epäonnistua kehityksessä

Markkinat

Osaaminen

Toimenpiteet

Raaka-aineet jakiertotalous

JOHTOPÄÄTÖKSET

Suomen biokiertotalousmateriaalien keskiössä on komposiittien, tekstiilikuitujen jaligniinin kehitys. Kaikki menestyksen edellytykset ovat olemassa



JOHTOPÄÄTÖKSET

Suomen biokiertotalousmateriaalien keskiössä on komposiittien, tekstiilikuitujen jaligniinin kehitys.

· Biokiertotalousmateriaalien taloudellistavaikutusta tulevaisuudessa on arvioitutyöpaikkojen määrien kehityksellä.Olemme muodostaneet kaksiskenaariota:– ”Kiertokasvu”: eri materiaalit kasvavat

”kietoutuneina toisiinsa” eli perusosaamistahyödynnetään tehokkaasti moneen suuntaan

– ”Putkikasvu”: eri alueet ja yritykset yrittävätomin voimin.

· Kasvuskenaarioille on lisäksi kuvattuvaihteluväli (väritetty alue). Tämä johtuubiomateriaalien kahtiajakautuneestaluonteesta. Mitä enemmän siirrytäänvaativamman tason biomateriaaleihin,sitä enemmän välillisiä työpaikkojaluodaan. Toisaalta, jos pitäydytäänalhaisemman arvon jatietotaitovaatimusten biomateriaaleissa,myös työpaikkojen määrä on vähäisempi.

0

5 000

10 000

15 000

20 000

25 000

30 000

35 000

40 000

45 000

50 000

2015 2017 2019 2021 2023 2025

Kiertokasvu Putkikasvu

Työpaikkojen määräbiokiertotalousmateriaaleissa

LIITTEET



MITEN BIOKIERTOTALOUDEN DNA:TA VOI KÄYTTÄÄ

DNA-analogia tarjoaa mahdollisuuden visualisointiin, optimointiin, luokitteluun jamoneen muuten vaikeasti suoritettavaan tehtävään

· DNA on koodi jota voi tulkita. Kun teemme biokiertotalousratkaisuille oman koodin (jonka eisuinkaan tarvitse olla universaalinen kuten oman DNA:mme), voimme käsitellä eriratkaisuvaihtoehtoja uusilla tavoilla

· DNA voi sisältää esimerkiksi kuvauksen biokiertotalouden ekosysteemistä: toimijoista(lukumäärä, tyyppi, toimintatapa), materiaaleista, dynamiikasta

· Voimme silloin* optimoida biokiertotalousratkaisua esimerkiksi käyttämällä geneettistä algoritmia (kts. esim.http://lipas.uwasa.fi/stes/step96/step96/salo/gao4.html). Tällöin yksi DNA = yksi ratkaisu, ja luomallapopulaation ratkaisuja ja muuntelemalla ja risteyttämällä niiden DNA:ta ja arvioiden parhaita”yksilöitä”, saamme sukupolvien kierrossa parempia ja parempia biokiertotalousekosysteemejä:optimoimme ratkaisua* visualisoida ja esittää kuinka vaikkapa tietyn paikkakunnan kiertotalousratkaisu on kehittynyt ajankuluessa (kts.esim https://planeetanihmeet.wordpress.com/2011/05/17/mika-ihmeen-kladistiikka/)

· Luomalla ”DNA:n” biokiertotalousratkaisulle mahdollistamme joukon systemaattisia toimenpiteitäjoilla voimme pyrkiä kohti parempia ratkaisuja ja ymmärtää miten tiettybiokiertotalousekosysteemi toimii



Kokonaisuus Eri materiaalit

· Materiaalien lujuudessa ja jäykkyydessätapahtuu kokonaisuudessaan kehitystä:saamme yhä vahvempia jamonikäyttöisempiä materiaaleja, ja myös muutmainitsemamme ominaisuudet kutenlämmönjohtavuus, biohajoavuus jamagneettisuus mahdollistuvat uusillafunktionaalisilla materiaaleilla

· Kiertotaloudelle, ja erityisesti biokiertotaloudelle,tämä merkitsee erittäin paljon: voimmepienentää materiaalien määrää, luoda uusiamateriaalitehokkaita ratkaisuja, pidentääkiertoja ja luoda kokonaan uusiakiertopolkuja esim. magneettisuuden avulla

· Samalla puupohjaiset materiaalit jabiomateriaalit laajenevat ominaisuusalueille,joilla nyt on vain epäorgaanisia materiaalejakuten metalleja

· Puu, biokomposiitit, komposiittipolymerit elihahmon “vatsa” ja “rinta” sulautuvat yhäenemmän yhtenäiseksi alueeksi: uudetratkaisut ovat usein yhdistelmämateriaaleja.Suomelle tämä on etu: meillä on laajamateriaaliosaaminen ja runsaasti raaka-aineita

· Vaahdot ja muut huokoisat materiaalit,hahmon toinen “jalka”, vahvistuvat: voimmeohjata eri biomateriaaleja vaahtomaisiksi jasaada keveyttä, lujuutta, lämmöneristystä japaljon muuta

· Kehittyneimmät käytössä olevat materiaalitkuten hiilikuitu ja kevlar saavat myös sekäuusia ominaisuuksia että uusiavalmistusreittejä (biokuidut)

· Samalla metallit ja keraamiset materiaalitmyös kehittyvät, antaen uusiamahdollisuuksia biokomposiiteille

SELITYS ”RUNNING MANILLE”

Mitä kuva ennakoi?

www.poyry.comCOPYRIGHT©PÖYRY

Biomateriaalit tulevaisuuden kiertotaloudessa

Economy & Finance