VTT Impulssi 1/2014

Page 1

1/2014

MCI

VTT

KOHTI TOISEN SUKUPOLVEN

BIOENERGIA-

TEKNOLOGIOITA

TIEDE Automaatio tuo älyä liikenteeseen

TEKNOLOGIA Terahertsikamera näkee etäältä säteilyttämättä

LIIKETOIMINTA Jätevedessä on bisnesmahdollisuuksia


VTT

1/2014 46

Älyliikenteestä vientivaltti kotimaiselle osaamiselle.

22 62

Päästömääräyksistä muutospaineita vanhoille voimalaitoskattiloille. Mallinnus auttaa uusien ratkaisujen etsimisessä.

Wärtsilä kehittää uutta potkurien tuoteperhettä yhteistyössä VTT:n kanssa.

Jotta tutkimussektori pysyisi vahvana, se kaipaa dynaamisuutta ja impulsseja. JUKKA PEKKARINEN


Sisältö 1/2014 ALKUPALAT

12

Katse tulevaisuuteen................................. 2 Polttopiste................................................. 6 Jukka Pekkarinen, Mika Maliranta ja Erkki KM Leppävuori Brasilia viitoittaa bioenergian tietä......... 12 Kolumni.................................................... 19 Olli Ernvall

6 TIEDE Tiedeuutisia.............................................................20 Mallinnuksen ja simuloinnin hyödyntäminen uusissa voimalaitoskonsepteissa...........................22 Tutkijat Lars Kjälman, Jani Lehto, Perttu Jukola, Jari Lappalainen, Timo Pättikangas, Hannu Niemistö, Tommi Karhela, VTT Automaatiolla älykkyyttä liikenteeseen..................30 Erikoistutkija Satu Innamaa, VTT VTT hyödyntää Fabry-Perot interferometri-­teknologiaa......................................36 Tutkija Anna Rissanen, johtava tutkija Heikki Saari, VTT

72

”Toimintatapojen muuttamisesta olisi hyötyä koko kaivannaisteollisuuden kehittymiselle.”

JOHANNA KOHL


60 Päälle puettavan teknologian markkinat kasvavat vauhdilla. TEKNOLOGIA Teknologiauutisia..............................................................44 Älyliikenteestä suomalaisia vientivaltteja........................46 Hightech-osaaminen vie Suomea älyliikenteen maailman­markkinoille. Tuottoa sijoituksille...........................................................52 Mitä syntyy kun pistetään yhteen hyvä idea ja pari enkeliä?

56

Kohti uutta syöpähoitoa soluseulonnalla........................56 Syöpätutkijoita askarruttanut mekanismi löytyi. IPR edellä ulkomaille........................................................60 VTT kiinnostaa ulkomailla IPR-ominaisuuden ansiosta. Voimaa potkurikehitykseen..............................................62 Wärtsilä otti käyttöön uuden testilaitoksen Tuusulassa. Tuottoisaa käyttöä Suomen biomassoille.......................66 Bioruukin käynnistyminen on merkittävä avaus VTT:lle

76 LIIKETOIMINTA Liiketoimintauutisia.........................................................70 Kaivostoiminnasta kestävää ja hyväksyttävää..............72 Uudelleen nouseva kaivosteollisuus sopeutuu muuttuneeseen ympäristöön. Onko tulevaisuudessa jätevettä?....................................76 Puhtaan veden saatavuus maailmalla heikkenee.

Jätevesissä piilee käyttämättömiä bisnesmahdollisuuksia.


PÄÄKIRJOITUS

”Vihreässä kasvussa on iso kasvupotentiaali.” Jutta Urpilainen valtiovarainministeri

Kasvu syntyy osaamisesta

K

asvuun tähtäävillä toimenpiteillä on politiikassa entistä suurempi merkitys. Hallituksen päätöksissä kehysriihen yhteydessä pantiin paljon painoarvoa toimille, joilla talouskasvua voitaisiin saada ruokittua niin, että pääsisimme tasaisempaan ja reippaampaan kasvuun. Suoranaisena ongelmanamme on ollut se, että elinkeinorakenteemme on ollut rakenteellisessa murroksessa viimeisen vuosikymmenen aikana. Monet perinteiset teollisuudenalat kohtaavat digitaalisen aikakauden alentuneena kysyntänä ja tuotteiden menekin heikkoutena. Toisaalta elektroniikkatoimiala on itsessään ollut vaikeuksissa. KASVUA TUKEVAT politiikkatoimet onkin asetettava etu-

sijalle tulevaisuuden investoinneissa. Yksi tärkeimpiä tavoitteita on uudistaa toimintamallejamme niin, että tuemme paremmin innovaatioihin perustuvaa yritystoimintaa. Innovaatiotoimintaan kannustaminen on nostettava entistä selvemmin suomalaisen yhteiskunnan peruspilariksi. Tulevaisuudessa yhä suurempi osa kansantalouden kasvusta tuotetaan aineettomilla investoinneilla. Valtaosa tästä muodostetaan koulutukseen perustuvalla osaamispääomalla. Toimiva innovaatiopolitiikka tarvitseekin perustakseen hyvin toimivan korkeakoulu- ja tutkimusjärjestelmän. Myös peruskoulutus ja aikuiskoulutus on uudistettava. Vanhoilla eväillä ei jakseta loputtomiin. YKSI SUURIMMISTA korkean

teknologian murroksista koskettaa automaation digitalisaation aiheuttamaa

tuotannon ja palveluiden muutosta entistä useammin kokonaan sähköiseen muotoon tai siten, että ne hyödyntävät merkittäviltä osin sähköisiä elementtejä. Suomi onkin vietävä digitalisaation eturintamaan. Julkisten palveluiden sähköinen palveluväylä, kasvurahastot ja julkisten tietovarantojen avaaminen ­auttavat parantamaan tuottavuutta ja luomaan mahdollisuuksia täysin uudelle liiketoiminnalle. TOINEN SUURI MURROS globaaleissa tuotantotavoissa

ja kysynnässä liittyy kasvaviin ympäristöongelmiin ja luonnonvarojen tehokkaaseen käyttöön. Nämä ­heijastuvat hiilineutraalien energiaratkaisujen ja energiatehokkuuden sekä yleisemmin puhtaan teknologian kysynnän kasvuna. Tämä tarkoittaa suuria haasteita ja mahdollisuuksia suomalaiselle osaamiselle ja sen uudistamiselle. Vihreässä kasvussa on iso kasvupotentiaali. OSAAMISESTA KASVAVAT uudet yritystoiminnan ja

talouskasvun idut. Kansallisten t&k-panostusten osuus on pyritty Suomessa saattamaan yli neljään prosenttiin bruttokansantuotteesta. Tavoitteen saavuttamiseksi innovaatiopolitiikalla on kyettävä lisäämään myös yritysten omia panostuksia korkean teknologian hyödyntämiseen ja sen luomiseen. Erityisesti vientiteollisuus olisi saatava lisäämään t&k-toimintaan investoituja resurssejaan. Tässä työssä onnistuminen edellyttää myös tutkimusjärjestelmän rakenteiden uudistamista siten, että parannetaan vaikuttavuutta ja luodaan uusia siltoja tutkimustulosten siirtämiseksi tutkimuslaitosten ja yritysten välillä. n


VTT kehittää uutta teknologiaa tieteeseen ja osaamiseen perustuen. Kyky katsoa tulevaisuuteen ja ennakoida teknologian ja palveluiden ja tieteen kehitystä on tärkeää. Katse tulevaisuuteen -osio kartoittaa tietä tulevaisuuden, tämän hetken tieteeseen ja osaamisemme pohjautuen.

Tältä polku näyttää!

Hierarkiasta horisonttiin menetelmiä parempaan päätöksentekoon

2  VTT Impulssi


KATSE TULEVAISUUTEEN

Tulevaisuus tehdään, ei ennusteta, lohkaisee Strada-hankkeen projektipäällikkö Mika Nieminen. Ennen kuin päästään tekemään, on kuitenkin tiedettävä, mitä kannattaa tehdä ja miksi. Teksti Katri Isotalo

Y

hteiskunnallisen päätöksenteon aikajänne voi olla kolme tai kolmekymmentä vuotta, mutta pelkästään nykytilanteeseen nojaamalla tehdään hyviä päätöksiä vain harvoin. On osattava ennakoida tulevaisuuden tarpeita ja päätösten vaikutuksia. Monimutkaistuvan päätöksenteon tukemiseksi VTT kehittää mallia, jossa kytketään toisiinsa toimintaympäristön muutos, vallitsevien toimintamallien analyysi sekä uudet kehkeytymässä olevat innovaatiot. Olennaista on muutosten sosioteknisen kokonaisuuden ymmärtäminen. Menetelmä soveltuu niin yhteiskunnalliseen päätöksentekoon kuin esimerkiksi laajojen organisaatiouudistusten suunnitteluun ja seurantaan. Tavoitteena on siis tarjota aiempaa parempi menetelmä kauaskantoisten päätösten tekoon. Keskeisiä ajatuksia ovat yhteisten näkemysten muodostaminen tulevaisuudesta, muutospolkujen vahvistaminen esimerkiksi verkostoja luomalla ja vaihtoehtoisten kehityskulkujen kokeileminen. Päätöksenteko edellyttää tavoitteita ja strategiaa Stradaksi kutsutussa Strateginen päätöksen­ teko ja muutoksen ohjaaminen -hankkeessa kehitetty malli muodostuu ennakoinnin, systeemidynaamisen mallinnuksen, vaikutusten arvioinnin sekä päätöksenteon­

vuoro­vaikutteisuuden ja innovaatioiden juurrut­tamismenetelmien yhdistämisestä. Mallia lähdettiin rakentamaan vuonna 2011 kolmen aihealueen kautta. Aihealueiksi valittiin biotalous, sosiaali- ja terveyspalveluiden uudelleen järjestäminen ja liikennesuunnittelu. – Biotalous oli tuolloin kaikkialla ilmassa, mutta jo toimijoiden tunnistaminen osoittautui hyvin haasteelliseksi. Kun puhumme biotaloudesta, puhummeko energiantuotannosta, maataloudesta, metsätaloudesta vai kemiasta vai jostain muusta, kysyy Strada-hankkeen projektipäällikkö Mika Nieminen VTT:ltä. – Opimme nopeasti, että ennen kuin kehittyneitä päätöksentekomenetelmiä voidaan soveltaa, halutulle muutokselle on oltava yhteiset tavoitteet ja strategia. Vähintäänkin on oltava järjestelmä, jota kehittää. Sosiaali- ja terveyspalveluiden uudistamisessa ja liikennesuunnittelussa tavoitteet olivat selkeät, joten mallin rakentaminen onnistui helpommin. Toimijoiden määrä yllätti terveydenhuollon Sosiaali- ja terveyspalveluiden uudelleen järjestäminen lähti kysymyksestä, kuinka kroonisten sairauksien hallinnassa voidaan siirtyä asiakaslähtöiseen palvelumalliin. Terveydenhuollon nykyinen palvelumalli pohjautuu akuutin ongelman hoitamiseen. Koska kroonista sairautta ei voida poistaa, palvelun tulisi tähdätä asiakkaan arjessa pärjäämiseen. Muutoksen tarvetta perustelevat sekä

VTT Impulssi  3


palveluiden inhimillinen merkitys että taloudelliset näkökulmat. Strada-hankkeessa luotiin uudenlainen päätök­senteon malli uudistusten aikaansaamiseksi. Olennaista oli saada mukaan mahdollisimman laaja joukko niitä tekijöitä, jotka vaikuttavat päätöksiin ja käytännön toimintamalleihin. Keskeisenä työkaluna muutoksen edistämisessä olivat työpajat ja niissä Stradan kehittämät työkalut. Työpajoja järjestettiin kolme, ja laajimpaan niistä osallistui sekä alan viranomaisia, terveydenhuollon tietotekniikkaja lääkäriyrityksiä, tutkijoita että potilas- ja muita järjestöjä. – Vasta työpajat avasivat monen silmät sille, kuinka laaja joukko toimijoita oman alan asioihin vaikuttaa, kertoo tutkimustiimin päällikkö Johanna Kohl VTT:ltä. Hänen tehtäviinsä työpajoissa kuului saada osallistujat nimeämään suurimmat esteet muutokselle ja löytämään prosessit, joita on muutoksen aikaansaamiseksi muutettava. – On ollut hienoa huomata, että eri toimijat ovat alkaneet nähdä itsensä osana isompaa kokonaisuutta, Johanna Kohl kertoo. Päätöksenteon malli luotiin yhteistyössä Pirkanmaan Kurkiaura-hankeen kanssa. Kurkiaurassa on kehitetty sydänsairaille alueellinen asiakaslähtöinen palvelumalli, jota on tarkoitus soveltaa Stradan kanssa kehitetyn muutoksen edistämisen mallin avulla valtakunnallisesti myös muihin pitkäaikaissairauksiin. Hybriditoimijat luovat yhteyksiä Yhdeksi ratkaisuksi laajojen muutosten juurruttamiseen Kohl ja hänen kollegansa Sirkku Kivisaari suosittelevat hybriditoimijoiden hyödyntämistä. Hybriditoimija on rohkea ja utelias henkilö, joka pystyy puhumaan eri toimijoiden kieltä niin alueellisesti kuin valtakunnallisestikin. Visionääriset ja pitkäjänteiset hybriditoimijat pystyvät luomaan yhteyksiä paikallisten kokeilujen ja vallitsevan järjestelmän prosessien välille. He luovivat sujuvasti erilaisten johtamis- ja toimintatapojen ­keskellä. Tutkijat korostavat, että uuden toiminta­ mallin kehittämisessä kannattaa hakea kokemusta muiltakin toimialoilta ja yli kunta- ja organisaatiorajojen.

4  VTT Impulssi

Stradan sosiaali- ja terveydenhuollon tapaustutkimuksessa kehitettyä päätöksentekoa tukevaa mallia hyödynnetään jo ainakin kaivannaisteollisuudessa ja energiantuotannon uudistamisessa. Ajoitus ratkaisee Kolmas Stradan tapaustutkimus liittyi liikenne­ järjestelmän tulevaisuuteen pääkaupunkiseudulla. Tavoitetilaksi määriteltiin EU:n niin sanotussa White Paperissa esitetty päästötön liikenne vuoteen 2050 mennessä. Visiopoluiksi, joilla tavoitetila voitaisiin saavuttaa, valittiin julkisen liikenteen lisääminen ja yksityisautoilun vähentäminen, biopolttoaineisiin siirtyminen ja sähköautot. On melko helppoa luetella liikennesuunnittelussa huomioon otettavia tekijöitä: muuttoliike, työpaikkojen sijainti nyt ja tulevaisuudessa, päästövähennyksiä koskevan lainsäädännön kehitys, erilaiset veropoliittiset päätökset ja niiden vaikutus, liikennevälineiden ja aikataulu­ järjestelmien teknologinen kehitys, matkustajien valmius muuttaa käyttäytymistään. Huomattavasti vaikeampaa on ennakoida tekijöiden vaikutus toisiinsa ja lopputulokseen. Eri tekijöiden riippuvuuksia simuloitiin systeemidynaamisella mallilla. Mallinnusta varten pohdittiin muun muassa millaisia kannustimia eri visiopolkujen toteuttaminen vaatii. Eri intressi­ryhmät pyrittiin ottamaan huomioon mahdollisimman laajasti yksittäisten käyttäjien tunnereaktioihin asti. – Mallinnus toi mielenkiintoisia tuloksia erityisesti toimenpiteiden ajoituksesta ja järjestyksestä, kertoo VTT:n johtava tutkija Toni Ahlqvist. Jos toimenpiteet toteutettiin väärässä aika­ järjestyksessä tai toimenpiteitä toteutettiin yhtäaikaisesti ottamatta huomioon niiden ristikkäisvaikutuksia, esimerkiksi yksityisautoilu saattoi vastoin odotuksia lisääntyä. Ahlqvist puhuu intuition vastaisista tuloksista, jotka malli teki hyvin näkyväksi. Tähän liittyy esimerkiksi teknisten innovaatioiden tuominen markkinoille. Jos vaikkapa sähköauto tuodaan markkinoille ilman riittävää latausverkostoa, moni kuluttaja pettyy eikä ole ensikokemuksen jälkeen halukas siirtymään sähköautoon silloinkaan, kun latauspisteitä on jo kattavasti. n


”TYÖPAJAT AVASIVAT MONEN SILMÄT SILLE, KUINKA LAAJA JOUKKO OMAN ALAN ASIOIHIN VAIKUTTAA.” MIKSI PÄÄTÖKSENTEKO ON AINA VAIN VAIKEAMPAA?

YHTEISKUNNALLISEN PÄÄTÖKSENTEON vaikeutu-

miselle on monia syitä. Yhteiskunnan toiminta on monimutkaistunut ja olemme alkaneet ymmärtää, että yhden toimialan päätökset vaikuttavat myös muiden alojen toimintaedellytyksiin. Hierarkkisista toimintamalleista ja sektorikohtaisista ratkaisuista olisikin siirryttävä horisontaaliseen ja verkosto­ maiseen toimintatapaan. Globalisaatio ja Euroopan yhdentyminen tarkoittavat, että verkostojen on venyttävä kansallisten rajojen ulkopuolelle. Lisäksi päätöksentekoa vaikeuttaa muutos­ nopeuden kiihtyminen. Tieto- ja viestintäteknologian laajalle ulottuva kehitys on saanut tiedon liikkumaan paljon entistä liukkaammin. Yhteiskunnallinen päätöksenteko on kohdannut uusia haasteita myös kilpailun kiristymisen muodossa. Markkinoiden merkitys yhteiskunnallisessa ohjauksessa on kasvanut 1980-luvulta lähtien, ja se on tarkoittanut muun muassa julkisen sektorin toimintojen avaamista markkinoille. – Vaikka päättäjät tunnistaisivatkin edellä mainitut haasteet, päätöksenteko perustuu usein hajanaiseen tietoon ja siitä puuttuu herkkyys toimintaympäristössä tapahtuville muutoksille. Päätöksenteon vaikutuksiakin seurataan varsin puutteellisesti, tiivistävät yhteiskunnallisen päätöksenteon ongelmat VTT:n tutkijat Mika Nieminen ja Kirsi Hyytinen. Päätöksenteko saattaa näin ollen johtaa ennakoimattomiin vaikutuksiin. Tästä on kyse esimerkiksi puutteellisessa lainvalmistelussa. – Esimerkiksi euroaluetta luotaessa ei juurikaan ennakoitu tai ainakaan luotu toimintamalleja nykyisenkaltaisille ongelmille, mikä on johtanut tilannetta korjaavaan ad hoc -päätöksentekoon. Niin ikään on ilmeistä, että valtion tuottavuusohjelman yhteydessä ei ole tarkasteltu riittävän monitasoisesti toimeenpanon vaihtoehtoja ja seurauksia.

Niinpä vaikuttavuus- ja tuottavuustavoitteet ovat joutuneet ristiriitaan säästötavoitteiden kanssa. Myös yrityksissä keskeiset valinnat ja päätökset saattavat perustua hetkelliseen markkina­ tilanteeseen ja lyhyellä aikajänteellä tapahtuviin muutoksiin, Nieminen ja Hyytinen jatkavat.

Jatkuvaa oppimista Päätöksenteon monimutkaistumisen lisäksi Strada-hankkeen aloittamisen taustalla oli laajojen vaikuttavuusarviointien kehitystarpeet. Arvioinneissa on tähän asti korostettu voimakkaasti ulkopuolista asiantuntemusta. – Jos myös arvioinnin kohteena olevat henkilöt osallistuisivat arviointiin aktiivisemmin, tulokset ja virheistä oppiminen siirtyisivät tehokkaammin käytäntöön, arviointimenetelmien parissa pitkään työskennellyt Mika Nieminen muistuttaa. Stradassa on ollut mukana noin 15 hengen poikkitieteellinen joukko VTT:n tutkijoita. Eri menetelmien kuten arvioinnin, ennakoinnin, mallintamisen ja juurruttamisen asiantuntijat oppivat, että menetelmät täydentävät toisiaan ja että menetelmiä yhdistelemällä syntyy uusia menetelmä­ kokonaisuuksia. Samaan erilaisten osaajien tietojen ja taitojen yhdistämiseen pitäisi päästä myös arkielämän päätöksenteossa. Mitä kompleksisempi kokonaisuus, sen vaikeampaa siihen vaikuttavien tekijöiden riippuvuussuhteita on hahmottaa. Systemaattiset menetelmät helpottavat päätöksentekoa yhdistämällä hajanaisia tietoja tarkoituksenmukaisiksi kokonaisuuksiksi. Strategisen päätöksenteon ja muutoksen ohjaamisen perustutkimus ja siitä syntynyt teoreettinen pohjamalli on nyt saatu valmiiksi. Seuraavaksi alkaa mallin pilotointi.

VTT Impulssi  5


Kaikki uudistu

MIKA MALIRANTA • • • •

tutkimusjohtaja, Elinkeinoelämän tutkimuslaitos, v. 2009– osa-aikainen professori, Jyväskylän yliopisto, v. 2009– filosofian tohtori (kansantaloustiede) työskennellyt tutkijana Etlan lisäksi Tilastokeskuksessa

6  VTT Impulssi


POLTTOPISTE

katseet miseen Teksti Hanna Rusila Kuvat Vesa Tyni

Työn tuottavuus on palautettava kasvu-uralle, jos emme halua pudota menestyksen kelkasta. Tärkeintä on uudistuminen, sanovat kansantalouden tuntijat Jukka Pekkarinen ja Mika Maliranta.

JUKKA PEKKARINEN • • • •

talouspolitiikan koordinaattori, valtiovarainministeriö valtiotieteen tohtori (kansantaloustiede) vm:n johtotehtävissä v. 2006–2010 ja 2011– toiminut aiemmin muun muassa Palkansaajien tutkimuslaitoksen tutkijana ja johtajana

→ VTT Impulssi  7


”YRITYSTEN VÄLINEN KAMPPAILU ON KESKEINEN UUDISTUKSIA LIIKKEELLE SAAVA VOIMA.”

S

uomen talous lähtee viimein tänä vuonna varovaiseen nousuun – ehkä. Vuosi 2013 osoittautui paljon odotuksia heikommaksi, ja Suomilaiva kyntää yhä aallokossa. Paineet julkisten menojen karsimiselle ovat kovat, kun väestö vanhenee kiihtyvällä tahdilla ja työikäisten osuus kutistuu. Valtiovarainministeriön kokenut kansanta­ lousasiantuntija, talouspolitiikan koordinaattori Jukka Pekkarinen nostaa vaikean yhtälön ratkaisemisessa keskiöön uusiutumiskyvyn, erityisesti tuottavuuden kasvun. Suomalaisen työn tuottavuus koheni huippuvauhtia 1970-luvulla ja vielä vuosituhannen vaihduttuakin mukavasti. Viime vuosina käyrä on polkenut nollassa, teknologian kehityksestä huolimatta. − Ilmiö on hämmentävä, sillä yleinen käsitys on päinvastainen. Tuottavuuskehitystä ja sen syitä tutkitaan paljon, mutta eväät suunnan kääntämiseksi ovat vähissä, Pekkarinen sanoo. Valtio yritysten apuna Tuottavuuden merkitystä painottaa myös tutkimusjohtaja Mika Maliranta Elinkeinoelämän tutkimuslaitoksesta. Hänestä nykyinen kehitys on kuitenkin looginen: nykyisin tuottavuuskasvutilastojen kärjessä ovat Kiinan kaltaiset nousevat taloudet, jollainen Suomikin oli aikanaan. Huolestuttavaa on se, että Suomi on viime vuosina pudonnut trendivertailussa keskeisten kilpailijamaidensa – kuten Ruotsin ja Saksan – taakse. – Suhteellisesti katsottuna tuottavuus on Suomessa romahtanut. Samaan aikaan työvoimakustannukset ovat meillä nousseet nopeammin kuin muualla. Nämä seikat ovat synnyttäneet kilpailukykyongelman, johon päättäjien on reagoitava, Maliranta näkee. Malirannan mukaan kilpailukyky alkoi vajota jo 2000-luvun alussa. Miten tilanteeseen pitäisi puuttua, on hänestäkin vaikea kysymys. 8  VTT Impulssi

Poliittiset päätökset eivät yksin riitä; myös yrityksiltä kaivataan vahvaa halua uudistua. VTT:llä ja muilla tutkimuslaitoksilla on tässä oma tärkeä roolinsa. – Tuottavuus ratkaistaan viime kädessä yrityksissä. Valtio voi edistää asiaa pitkäjänteisesti epäsuoria keinoja käyttäen, esimerkiksi jatkamalla voimavarojen suuntaamista koulutukseen ja t&k-toimintaan, Maliranta linjaa. Pekkarinen tähdentää, että yksi tärkeä osa kansantalouden tuottavuutta on julkisen palvelutuotannon tehokkuus. – Terveydenhuollossa rahaa on tuhlattu, eikä nykyinen kuntarakenne toimi. Julkisten menojen hillitsemisessä keskeistä on ict:n mahdollisuuksien saaminen käyttöön, sote-uudistus ja hoitoketjujen tehostaminen, hän listaa. Yhdeksän miljardin vaje Hallituksen kaavailema kolmen miljardin kulukuuri ei riitä ratkaisemaan kansantalouden kestä­vyysongelmaa. Pekkarisen mukaan julkista taloutta on vahvistettava jopa yhdeksällä miljardilla eurolla. – Päätökset olisi mieluiten tehtävä ensi vaali­ kaudella. Huoltosuhteen kestämättömyys ennustettiin jo vuosikymmeniä sitten, mutta isot ratkaisut ovat jääneet puheiksi, hän pohtii. Verotuksen kiristäminen ei ratkaise pulmaa, koska Suomen kokonaisveroaste hipoo jo nyt maksimilukemia. Uusiin veronalennuksiinkaan ei ole Pekkarisen mukaan juuri pelivaraa, vaikka ne voisivat vauhdittaa talouden rattaita. Siksi katse on kohdistettava uudistumiskykyyn. − Työllisyysasteen kohentaminen, työurien pidentäminen, eläkejärjestelmän uusiminen, rakenteellisen työttömyyden vähentäminen, Pekkarinen määrittelee avaintekijät tuottavuuskasvun lisäksi. Maliranta muistuttaa myös työvoimakustannusten kurissa pitämisestä. Työn hinta vaikuttaa olennaisesti siihen, kuinka halukkaasti yritykset luovat työpaikkoja Suomeen. − Palkkamaltti ei ole pitkäaikaisratkaisu, mutta se tehoaa tutkimusten mukaan akuuttiin tilanteeseen. Poliitikot voivat tarjota vetoapua pienentämällä työn sivukuluja, hän sanoo. Alisuoriutuva tutkimus- ja kehitystyö Suomi tukee tutkimus- ja kehitystoimintaa laajasti muiden Pohjoismaiden tavoin. Menestyksen oraita pilkistelee siellä täällä, mutta ”uutta


Tuottavuus ratkaistaan viime kädessä yrityksissä, pohtii Mika Maliranta.

Nokiaa” ei ole löytynyt paikkaamaan aukkoa, jonka rakennemuutos repäisi kansantalouteen. Tutkijoiden näkemykset t&k-panostusten vaikuttavuudesta vaihtelevat. Pekkarinen kokee, että myös tällä saralla olisi tehostamisen varaa. − Lukujen valossa innovaatiopuolella esiintyy alisuoriutumista. Isoista t&k-investoinneista pitää jatkossa saada enemmän irti, hän sanoo. Maliranta katsoisi asiaa pidemmällä aikajänteellä. − Innovaatioihin sijoittaminen on aina riski­ toimintaa, jonka tulokset eivät näy heti. Esimerkiksi patenttien määrässä Suomi on tälläkin hetkellä kansainvälisessä vertailussa kolmantena, hän huomauttaa. T&k-toiminnan arvo suhteessa maamme bruttokansantuotteeseen on laskenut, mutta muutos selittyy valtaosin Nokian putoamisella luvuista pois. Yhtiö sijoitti tutkimukseen poikkeuksellisen paljon rahaa. Sekä Malirannan että Pekkarisen mielestä t&k:n on pysyttävä Suomen keihäänkärkenä jatkossakin. Valtion rooli on tässä keskeinen. − Varsinkin radikaalien, mullistavien innovaatioiden takana ovat tyypillisesti hallitukset. Näin syntyi esimerkiksi internet. Myöskään suuryritysten roolia innovoinnissa ei saa

­ nohtaa, vaikka katse keskittyisi startupeihin ja u pk-sektoriin, Maliranta korostaa. Impulsseja tutkimukseen Viisastenkiveä siihen, millaiset kannustimet tuottavat parhaita tuloksia, ei ole. − Monessa maassa korostetaan näkemystä, jonka mukaan innovaatiotuet kannattaa kohdistaa laajapohjaisesti. Esimerkkinä voi mainita pienten yritysten yleisen t&k-verovähennysoikeuden. Suomessa on suosittu valikoivampaa mallia, joka painottaa suoria tukia esimerkiksi VTT:n ja Tekesin kautta, Pekkarinen kuvaa. Hänen tuntumansa mukaan nykytilanteessa on syytä harkita kumpaakin otetta. Maliranta puolestaan huomauttaa, että Suomessa omaksuttu malli voi onnistuessaan vahvistaa yritysten yhteistyötä ja siten teknologisen tietouden leviämistä. Se hyödyttäisi koko kansantaloutta. − Yksi heikkoutemme on liian yksipuolinen tuotantorakenne, Pekkarinen toteaa. – Tästä syystä esimerkiksi Ruotsi on selvinnyt talouskriisistä huomattavasti paremmin. Toisaalta pienessä maassa on tärkeää valita tiettyjä painopisteitä, hän pohtii. Suomen valtteja ovat tulevaisuudessakin korkea koulutustaso sekä yliopistojen ja tutkimuslaitosten monialainen perustutkimus. Kansainvälisyyttä Pekkarinen toivoisi lisää. VTT Impulssi  9


”LUKUJEN VALOSSA INNOVAATIOPUOLELLA ESIINTYY ALISUORITTAMISTA.”

Jukka Pekkarinen korostaa, että tulosta syntyy silloin, kun on pakko luoda uutta.

− Ulkomaisia tutkijoita on meillä yhä liian vähän. Jotta tutkimussektori pysyisi vahvana, se kaipaa dynaamisuutta ja impulsseja, hän sanoo. Hyvät ja huonot kannustimet Talouden uudistuminen edellyttää kipeästi investointeja. Korkeiden kustannusten Suomi ei kuitenkaan loista houkuttelevuustilastojen kärjessä. Yhteisöveron alentaminen 20 prosenttiin oli sekä Malirannan että Pekkarisen mielestä tärkeä päätös tilanteessa, jossa maiden välinen verokilpailu kiristyy. Myös investointien kannustimet on mietittävä globaalitaloudessa tarkkaan. Maliranta muistuttaa, että huonosti harkitut tuet voivat vääristää investointeja. − Paikallista teknologiaosaamista kannattaisi varmastikin useissa tilanteissa yhdistää monikansallisten yritysten markkinointitaitoihin. Väärin suunnattuina tukirahat saattavat estää yritysten kiinnostuksen tällaiseen yhteistyöhön, hän toteaa. Samankaltainen vaara piilee verokannustimissa. − Suomalaisen yritystoiminnan suosimisella rangaistaan implisiittisesti ulkomaista. Esimerkiksi liiallinen kotimaisen omistuksen 10  VTT Impulssi

t­ ukeminen voikin tuottaa kielteisiä vaikutuksia, Maliranta havainnollistaa. Niukkuus luo innovaatioita Tuoreen kansantaloutemme tilaa luotaavan asian­tuntijaraportin mukaan valtion pitäisi puuttua kilpailuun mahdollisimman vähän. Rahoitustakaan ei saisi tarjota ylenpalttisesti. Maailmassa näet on rahaa, se vain etsii riittävän hyviä kohteita. − Tämän näkemyksen mukaan niukkuus luo innovaatioita. Kun on pakko tehdä itse ja luoda uutta, syntyy myös tulosta, Pekkarinen kiteyttää raportin sanoman. Maliranta uskoo vahvasti kilpailuun myös tuottavuuskasvun metsästyksessä. Hän puhuu niin sanotusta luovasta tuhosta, jossa vanhentuneet rakenteet korvautuvat uusilla ja dynaamisemmilla. – Yritysten välinen kamppailu on keskeinen uudistuksia liikkeelle saava voima, hän näkee. Maliranna mukaan kaikella toiminnalla on elinkaarensa. – Nokiakin teki alansa maailmanennätyksen siinä, kuinka kauan se pysyi huipulla. Suomen tulevaisuuden menestys ei riipu toimialasta – tärkeintä ovat liikeideat ja niiden toteutus, Maliranta summaa. n


TEKNOLOGISESTI VAHVEMPI SUOMI

VTT:N PÄÄJOHTAJA ERKKI KM LEPPÄVUORI ei

näe syytä, miksei Suomi olisi teknologian puolesta kilpailukykyinen myös tulevaisuudessa. Pienellä maalla on pienet resurssit, mutta samalla se voi olla vikkeläliikkeinen ja joustava. − Suomalainen tarvitsee perinteisesti hiukan painetta, ennen kuin uutta alkaa syntyä. Se ei ole välttämättä huono asia. Kun meillä päätetään ryhtyä johonkin, se myös tehdään, hän luonnehtii. Leppävuori näkee maamme vahvuuksiksi kovenevassa kilpailussa ennen muuta erilaisten teknologioiden yhdistelmät. Varsinkin ict-teollisuudessa on Nokian jäljiltä vapautunutta osaamista, joka pitää kohdentaa uudelleen. − Jos se osataan tehdä fiksusti, myös perinteisen vientiteollisuuden kilpailukyky kohenee. Esimerkiksi metsäteollisuus tarvitsee uudenlaisia tuotteita, jotka jalostetaan Suomessa. Kilohinnan pitää olla niin suuri, että tuotteita kannattaa viedä maailmalle, Leppävuori toteaa. Tutkimuksella ja uusilla oivalluksilla on tässä keskeinen rooli. − Tutkimuslaitokset ovat menestyksen välikappale. Kehitämme ratkaisuja yhdessä yritysten kanssa, ja nämä tuovat tuloja ja työpaikkoja Suomeen.

– ”Putkessa” pitää olla jotain tuloillaan ulos jatkuvasti, ei viiden vuoden välein, Leppävuori korostaa. Julkista rahoitusta hän pitää keskeisenä sekä yrityksille että tutkimusorganisaatioille. – Sen avulla voidaan kannustaa yrityksiä isompiin riskeihin. Jos julkista rahaa ei olisi tarjolla, etenkin pk-yritysten riskinottohalukkuus olisi aika olematonta. VTT:n uusi tunnuslause ”Teknologiasta tulosta” viittaa siihen, että tutkimuksen vaikuttavuuden on ulotuttava koko yhteiskuntaan – muun muassa vientiteollisuuden menestyksen ja työpaikkojen synnyn kautta. – Teemme myös sellaista tutkimusta, joka ei ole suoraan kytköksissä yrityksiin, kuten energiapoliittisia tai liikenne- ja paloturvallisuusselvityksiä. Tavoitteena on yhteinen hyöty, Leppävuori kiteyttää.

Nopeaa ja hitaampaa tutkimusta Tutkimushyötyjä tarvitaan sekä pitkällä että lyhyellä aikavälillä. Leppävuori muistuttaa, että muun muassa bioteknologiat perustuvat pitkäjänteiseen perustutkimukseen. Rakennus- ja elektroniikkateollisuus puolestaan hyödyntävät olemassa olevaa tietoa nopein sovelluksin. VTT:n strategisiksi nimetyillä tutkimusaloilla pyritään synnyttämään sovelluksia muutaman vuoden aikajänteellä. Näitä ovat esimerkiksi biotalous ja älykäs liikenne.

VTT Impulssi  11


BRASILIA

viitoittaa BIOENERGIAN tietä 12  VTT Impulssi


Kasvipohjaisten biomassojen energiakäytössä on toisen sukupolven teknologioita. Kärjessä kulkee sokeriruo’on kultamaa Brasilia. Teksti Hanna Rusila Kuvat Odebrecht, Valmet ja iStockphoto

VTT Impulssi  13


B

iomassojen valtava potentiaali energianlähteenä on tiedetty pitkään. Tähän asti niiden laaja teollinen hyödyntäminen on kuitenkin ollut sekä kallista että kiistanalaista. Niin sanotut ensimmäisen sukupolven teknologiat perustuvat yleensä ravinnoksi kelpaavien kasvien sokereiden hyödyntämiseen biopolttoaineina, mikä on herättänyt huolta maapallon ruokapulan pahenemisesta. Tällainen tuotanto kuluttaa runsaasti energiaa ja aiheuttaa päästöjä. Sivutuotteena syntyy hankalasti hyödynnettävää kasvijätettä. Korvaavia teknologioita onkin etsitty kuumeisesti. Yksi tärkeimpiä, ellei tärkein, suunnannäyttäjä alalla on Brasilia. Siellä bioetanolin valmistus sokeriruo’osta alkoi jo 1970-luvulla. VTT perusti oman tutkimuskeskuksen São Pauloon vuonna 2011 hyödyntääkseen brasilialaista osaamista. Kesällä 2013 käynnistyi kolme­vuotinen yhteistyöhanke eteläisen pallon­ puoliskon suurimpiin kuuluvan moni­alayhtiön Odebrecht S.A.:n kanssa. Hankkeessa VTT kehittää yhtiölle teknologiaa toisen sukupolven selluloosapohjaiseen bioetanolintuotantoon. − Bioetanoli on alkuvaiheen pääprojektimme Brasiliassa. Tavoitteena on sen myötä saada lisää tutkimushankkeita maan mittavalta energiasektorilta, kiteyttää johtava tutkija Matti Siika-aho VTT:n luonnonvara- ja ympäristöratkaisut -liiketoiminta-alueelta. Ruokosokerista selluloosaan Brasiliassa kasvatetaan sokeriruokoa enemmän kuin missään muussa maassa. Ensimmäisen sukupolven etanolintuotannossa sokeriruo’osta saatava sokeri, sakkaroosi, jalostetaan biopolttoaineeksi. Kasvista jää jäljelle suuret määrät selluloosapitoista uuttojäännöstä eli bagassia. Se voidaan polttaa jalostuslaitosten kattiloissa sähköenergiaksi, mutta nykyisellään hyötysuhde ei aina ole optimaalinen. Toisen sukupolven polttoaineteknologioissa katse kääntyy kasvien sokereiden ja tärkkelyksen hyödyntämisestä niiden sisältämän selluloosan jalostamiseen. Prosessi on monimutkainen, sillä selluloosa ei pilkkoudu helposti. Toistaiseksi pilkkomiseen tarvitaan runsaasti energiaa, työvaiheita ja kemikaaleja.

14  VTT Impulssi

BRASILIASSA KASVATETAAN SOKERIRUOKOA ENEMMÄN KUIN MISSÄÄN MUUALLA.


Odebrechtin Morro Vermelho Agroindustrial -laitos tuottaa etanolia sokeriruokobiomassasta vuodessa yli 80 000 litraa.

VTT PERUSTI OMAN TUTKIMUSKESKUKSEN SAO PAULOON HYÖDYNTÄÄKSEEN BRASILIALAISTA MARKKINATUNTEMUSTA JA OSAAMISTA. SELLUETANOLI AVAA MONTA OVEA VTT BRASIL Ltda aloitti toimintansa vajaat kolme vuotta

Bioetanolintuotannon kärkinimiin kuuluvan Odebrechtin on määrä rakentaa kolmevuotisessa projektissaan selluetanolia jalostava demonstraatiolaitos. VTT:n kokemus biomassan hyödyntämisestä polttoainetuotannossa sai yhtiön valitsemaan sen yhdeksi kumppaneistaan. − Saamme VTT:ltä hankkeeseen arvokasta tutkimusosaamista. Yhtä muita paremmaksi osoittautunutta ratkaisua ei vielä ole, joten eri teknologiat elänevät rinnakkain jonkin aikaa, luonnehtii monialayhtiöön kuuluvan Odebrecht Agroindustrialin innovaatiotoimintaa luotsaava Frederico Ramazzini Braga. Biomassan toisen sukupolven jalostuksen vaiheita ovat muun muassa esikäsittely ja hydrolyysi. Bragan mukaan Odebrecht on kallistumassa teknologiansa valinnassa biokemialliseen käsittelyprosessiin. Toinen vaihtoehto olisi termo­kemiallinen käsittely. − VTT:n vahva hydrolyysi- ja C5-fermentointiosaaminen korostuvat yhteishankkeessa, hän mainitsee. Puolet lisää hehtaarituottoa VTT:n Brasilian-tutkimuskeskuksen toimitusjohtaja Nilson Boeta uskoo Odebrechtin

sitten São Paulossa. Tutkimuskeskuksen vahvuus on tällä hetkellä 13 henkeä, joista noin puolet keskittyy selluetanoliyhteistyöhön Odebrecht Agroindustrialin kanssa. Biopolttoaineet ja -energia ovat VTT:n kärkihanke Brasiliassa, mutta paljon muutakin on suunnitteilla, kertovat johtava tutkija Matti Siika-aho ja VTT Brasilin toimitusjohtaja Nilson Boeta. Energiasektorille kehitettyjä biomassan jalostus­ teknologioita voidaan myöhemmin hyödyntää laajasti eri teollisuudenaloilla. – Esimerkiksi sellu- ja paperiteollisuudelle VTT:llä on paljon annettavaa. Teknologioillamme sellusta voidaan kehittää korkean lisäarvon tuotteita, kuten eukalyptuspuusta jalostettavaa erikoiskuitua, joka soveltuu imukyvyltään vaippojen materiaaliksi. Hyödynnämme sen kehitystyössä muun muassa nanoteknologiaa, Boeta mainitsee. – Katsastamme yhteistyömahdollisuuksia myös metsä- ja kemianteollisuuden kanssa. Brasilian kultakaivossektorillakin on kiinnostavia näkymiä. Siika-aho kiittelee, että VTT Brasilin palkkalistoille on saatu tohtoritason osaajia, jotka hallitsevat portugalin lisäksi englannin. Heidän löytämisensä ei ollut itsestäänselvyys. – Tutkijoillamme on näytön paikka. Odebrecht-hankkeen onnistuneen läpiviennin lisäksi heiltä odotetaan menetelmien ja tietotaidon saattamista kolmessa vuodessa sille tasolle, että voimme jatkaa niiden pohjalta monipuolista tutkimusta, Siika-aho visioi.

VTT Impulssi  15


22,5 miljoonaa tonnia on ennuste pelkästään Odebrechtin sokeriruo’on tuotannoksi kuluvalla viljelykaudella.

­sellu­etanolihankkeen vaikuttavan merkittävästi maan bioenergiasektoriin. Hanke saa rahoitusta muun muassa Brasilian sokerienergiateollisuuden uudistamista vauhdittavasta PAISS-ohjelmasta. − Odebrecht on kasvanut vauhdilla ja noussee pian maan suurimmaksi etanolintuottajaksi. Tavoitteena on pystyä nyt kehitettävillä teknologioilla lisäämään alan tehokkuutta tuntuvasti, Boeta luonnehtii. Brasiliassa bioetanolia tuottaa Boetan arvion mukaan 150–200 yritystä, joilla on nelisensataa tuotantolaitosta. Pelkästään Odebrechtin sokeriruo’on tuotannoksi ennustetaan kuluvalla viljelykaudella 22,5 miljoonaa tonnia. − Jos sama volyymi bagassia, joka nykyisin poltetaan, voidaan jalostaa kustannustehokkaasti bioetanoliksi, lopputuotetta eli biopolttoainetta syntyy hehtaaria kohden jopa puolet enemmän, Boeta havainnollistaa. Myös VTT:n Siika-aho odottaa yhteishankkeelta paljon. − Odebrechtin suunnittelema demonstraatiolaitos ei ole lajissaan maailman ensimmäinen, mutta kaupallinen selluetanolin tuotanto on vasta alkutekijöissään. – Yhtiö on alan edelläkävijöitä, mikä tekee siitä mieluisan kumppanin meille. Odebrechtin ensimmäisen sukupolven bioetanolilaitokset ovat hyvin edistyneitä, Siika-aho toteaa. 16  VTT Impulssi

SUOMALAISYRITYKSILLE BRASILIA ON MAHDOLLISUUKSIEN MAA.


Biopolttoaineita ja cleantechiä Odebrechtin hankkeessa on mukana toinenkin suomalaiskumppani, Valmet. Se toimittaa demonstraatiolaitokseen biomassan esikäsittelylaitteiston. Myös Valmetilla on kiinnostusta Brasilian bioenergiamarkkinoihin. Toistaiseksi sen päätoimialana maassa on selluteollisuus. Yhtiö työllistää tällä hetkellä Brasiliassa yli 400 henkeä. – Bioenergia on erittäin tärkeä tulevaisuuden toiminta-alue, jonka mahdollisuuksia katsastamme. Valmetilla on valmius nousta alan pilottiteknologioiden ja demonstraatiolaitteiden toimittajasta kaupallisen mittakaavan toimijaksi, luonnehtii yhtiön sellu ja energia -liiketoimintalinjan strategiasta vastaava Marita Niemelä. Suomalaisyrityksille Brasilia on kaikkiaan mahdollisuuksien maa. Yksi VTT:n tutkimuskeskuksen tehtävä on toimia siltana niiden ja paikallisen liike-elämän välillä. – Meillä on vieraillut suomalaisia ministeritason valtuuskuntia ja lukuisia yritysten edustajia. Ideana on tarjota tutkimuspalvelujen ohella yritysten käyttöön taho, joka ymmärtää brasilialaisen liiketoimintaympäristön ja säännökset sekä tukee niiden markkinoillepääsyä, Nilson Boeta summaa. – Brasiliassa yhä useammat toimijat suuntautuvat cleantechiin ja kestäviin ratkaisuihin. VTT voi osaltaan auttaa suomalaisyrityksiä saamaan maassa jalansijaa, hän lisää. Energiasektori monipuolistuu Brasilian energiantuotannossa ykkössijalla on vesivoima. Sitä seuraavat biomassat, joista selvästi suurin osa on bagassia. Sokeriruo’on viljely on maassa enimmäkseen hyvin modernia ja optimoitua, ja alalla puhutaankin agroteollisuudesta. Uuden sukupolven teknologiat tehostavat biomassaan perustuvaa energiantuotantoa, mutta muitakin energiavaihtoehtoja pohditaan. – Brasiliassa kasvaa mäntyä ja eukalyptuspuuta, mutta niitä hyödyntää tällä hetkellä lähinnä puunjalostusteollisuus. Sokeriruo’on lisäksi viljellään muun muassa soijaa, viljaa, hedelmiä ja erilaisia öljykasveja. Maatalousjäte soveltuu hyvin biomassakäyttöön, Matti Siikaaho luettelee.

Vuoden 2013 lopussa Brasiliassa käynnistynyt Suzano Papel e Celulosen selllutehdas oli Valmetin ensimmäinen kokonainen sellutehdastoimitus EteläAmerikkaan. Tehdas on maailman suurimpia sellutehtaita.

Nilson Boeta nostaa esiin suomalaisille tutummat uusiutuvan energian lähteet: – Tuulivoiman tuotanto lisääntyy etenkin Pohjois-Brasiliassa ja maan eteläkärjessä. Myös aurinkoenergiaa on alettu vaatia. Yksi suomalaisyritysten mahdollisuuksista voi piillä energiatehokkuudessa. Ympäristötietoisuus näet orastaa Brasiliassakin. – Energiansäästökulttuuria täällä ei ole vielä juurikaan, mutta se on tuloillaan. Suomalaiset ovat tässä paljon brasilialaisia edistyneempiä, Boeta sanoo. Sähkön ja etanolin integraatio Brasilian valtavaa sokerienergiateollisuutta pyritään uudistamaan PAISS-ohjelmalla, jonka takana on muun muassa kansallinen kehityspankki BNDES. Tavoitteena on ensisijaisesti kasvattaa peltojen hehtaarituotantoa. – Selluetanolille on paikallista markkinakysyntää, mutta Brasiliassa biopolttoaineiden hinta määräytyy poliittisin päätöksin. Isoja kansain­välisiä toimijoita kiinnostaa siksi etenkin biomassan käyttö uusiutuvana raakaaineena prosesseissaan, Siika-aho kuvaa. VTT Impulssi  17


Brasiliassa autot kuluttavat alkoholia polttoaineena enemmän kuin bensiiniä.

Paikalliset bioetanolitehtaat on jo nyt integroitu sähköntuotantoon. Esimerkiksi Odebrechtin laitokset tuottavat etanolin ohella vuosittain 2 700 gigawattituntia sähköä. Se riittää Frederico Ramazzini Bargan mukaan kattamaan 16 miljoonan brasilialaisperheen kulutuksen kuukaudeksi. Toisen sukupolven etanolintuotanto on tarkoitus jatkossa integroida sekä ensimmäisen sukupolven että sähkön tuotantoon. Siika-aho muistuttaa, että biomassojen energiakäyttö on vain yksi sovellusmahdollisuus. – Sokeriruokobiomassasta voidaan jalostaa uusilla teknologioilla myös erilaisia kemianteollisuuden tuotteita. VTT katsoo Brasiliassa toimivien yritysten tavoin tulevaisuuteen. Suuret raaka-aine- ja tuotantomäärät luovat suuria mahdollisuuksia, Siika-aho uskoo. n

18  VTT Impulssi

YTIMESSÄ ENTSYYMIT JA FERMENTOINTI

ODEBRECHT -hankkeessaan VTT tutkii erityisesti toisen

sukupolven bioetanolin tuotantoprosessissa käytettäviä entsyymejä. Toinen painopiste on sokeriruo’on puristejätteestä eli bagassista saatavien sokereiden fermentointi. – Bagassissa on paljon puusokeria, ksyloosia. Perinteiset hiivat eivät pysty pilkkomaan sitä, joten VTT kehittää tarkoitukseen sopivia uusia hiivatyyppejä, Matti Siika-aho kertoo. – Hiivakantojen kehittelyn lisäksi tutkimme, miten raaka-aine saadaan jalostettua mahdollisimman taloudellisesti sokereiksi. Selvitämme myös, miten näitä teknologioita voidaan hyödyntää tehokkaimmin teollisen mittakaavan prosesseissa. Entsyymien valmistaminen on merkittävä taloudellinen kysymys. – Jos brasilialaiset bioetanolintuottajat joutuvat ostamaan tarvitsemansa entsyymit ulkomailta, logistiikka käy hyvin kalliiksi. Se näkyy lopputuotteen hinnassa, Nilson Boeta huomauttaa. – Suurin haaste on kehittää teknologia sellaiseksi, että kaikilla maan noin 400:lla bioetanolin tuotantolaitoksella olisi mahdollisuus valmistaa omat entsyyminsä, hän tiivistää brasilialaisen näkökulman VTT:n työn tavoitteista.


KOLUMNI

Olli Ernvall Päätoimittaja VTT Impulssi

”Kolmeen kysymykseen on nyt saatava vastaus.”

Talouden kasvuhormoneita tarvitaan nyt, teknologiastako tehokuuri taantumaan? ei pyri olemaan päivän­ ­ utismedia, linkittyy tässä numerossa u vääjäämättä­talousasiat teknologiaan. Keskustelu talous­taantumasta ja huipputekniikan karkaamisesta­ulkomaille on tervetullutta itsekritiikkiä, joka v­ armaan on aiheellista. Suomi on nyt tien­haarassa. Valitako jahkailun tie, joka ei minnekään­vie vai radikaaleja valintoja, joihin sisältyy riskejä, mutta jotka onnistuessaan vievät kasvuun ja hyvinvointiin? Peruutuspeiliin katsominen on terveellistä, kunhan se opettaa itsekritiikkiä ja virheistä­ oppimista. Kolmeen kysymykseen on nyt aiheellista saada vastaus: Olemmeko viime vuosien ICT-kasvuun pohjautuvassa teknohuumassa sokeutuneet jatkuvaan menestykseen, joka nyt maailmanmarkkinoiden muuttuessa heilauttaa Suomi-purtta niin, että olemme pudota kokonaan veneestä? Miljardien eurojen kysymys on: Kohdistammeko kansallista rahoitusta hitaaseen pitkän aikavälin kompetenssien rakentamiseen vai suoraan innovaatio­ rahoitukseen ja uuteen teknologiaan, joka edesauttaa nopeasti uusien yritysten syntymistä ja kilpailu­kykyisten korkean jalostusasteen tuotteiden synnyttämistä? Pystymmekö siten aikaansaamaan nopeasti­osaamiseen ja jalostukseen perustuvia tuotteita, jotka pärjäävät markkinoilla ja joita markkinat haluavat ostaa? Peiliin kannattaa varmasti katsoa, eikä sokeutumiseen ole varaa. VAIKKA VTT IMPULSSI

ETENKIN TÄMÄN LEHDEN tuottavuutta käsitte-

levä artikkeli pistää ajattelemaan. Tosiasia on, että työn tuottavuuden kasvu on laskenut 1990luvun puolivälin jälkeen. Miksi siis työn tuottavuus kansantaloudessa ei enää viimeisten vuosien aikana ole kasvanut? Olivatko talouden nykyiset rakenteelliset ongelmat nähtävissä jo

kuusi vuotta sitten eli 2008, jolloin teknologiaviennin arvo oli vielä yli yksitoista miljardia, vienti veti ja korkean jalostusasteen tuotteet tekivät kauppansa? Suomalainen osaaminen siirtyi tuotteisiin ja näkyi hinnoissa ja siten talouskasvussa. LUVUT AVAAVAT YMMÄRTÄMÄÄN. Tilastokeskuksen­

vuoden 2013 lopulla julkaisemassa Suomen­ kansantalouden tuottavuuskehitysraportissa­ 1976–2012 todetaan, että työn tuottavuuden kasvu vuonna 2012 oli –1,6 prosenttia koko kansantaloudessa. Sitä edeltävinä vuosina se oli 0,4 prosenttia ja 3,0 prosenttia vuonna 2010. Saman raportin mukaan kansantalouden kokonais­ tuottavuuden kasvu oli vuonna 2012 negatiivinen eli –1,5 prosenttia, kun se vuonna 2011 oli 0,5 prosenttia ja 3,0 prosenttia vuonna 2010. Miten Suomi voi tässä tilanteessa löytää talouskasvun, joka on hyvinvointiyhteiskunnan­ perusta? Ilman työtä ei synny tuottavuutta ja ilman työpaikkoja ei synny taloutta. Jonkun on siis luotava työpaikkoja, jotta on tarjota työtä. Kuka luo? Julkinen vai yksityinen sektori ja mikä työ tuottaa enemmän lisäten talouskasvua ja hyvinvointia? Peruslähtökohtahan on, että kaikki työ on arvokasta. Tässä taloustilanteessa katseet kohdistuvat teknologiaan, joka viime vuosina on ollut viennin selkäranka eli vastannut­suuresta osasta Suomen talouskasvusta. Suomen talouskasvu on syntynyt ja ­syntyy teknologian kehityksestä. JOS PYSTYMME SIIRTYMÄÄN alkutuotannosta

jalostuksen kautta tuottamaan palveluita, joissa voimme hyödyntää uutta teknologiaa ja samalla innovaatioiden kautta kehittää uusia vientituotteita ja palvelukonsepteja, alkaa kasvu orastaa. Tämä on Suomen tie. n VTT Impulssi  19


TIEDE

VTT-asiantuntijat tekevät teknologiasta tulosta Allergiarokotteelle palkinto

Jään kitkan arviointiin lisää luotettavuutta

Eurooppalaisten t&k-organisaatioiden etujärjestö EARTO myönsi VTT:lle innovaatiopalkinnon allergiarokotteen pohjana olevan teknologian kehittämisestä. Kehitystyön taustalla on tieteellinen läpimurto. Tutkijat määrittivät, miten allergeeni ja elimistössä muodostuva vasta-aine sitoutuvat toisiinsa ja näyttivät ensimmäisenä tarkan 3D-rakenteen, joka on erilainen kuin aiemmin on oletettu.

LIUKUNOPEUS ja jään lämpötila vaikuttavat jäisen pinnan kitkaan enem-

män kuin aiemmin on oletettu. Asia selvisi VTT:n tutkijoiden kehittämän termodynaamisen mallin avulla, jonka mukaan jää lämpenee ja sulaa tietyissä olosuhteissa, kun jokin materiaali liukuu sen pinnalla. Jäästä tulee liukkaampaa ja kitkakerroin voi nousta yli 100-kertaiseksi, kun liukunopeus hidastuu ja lämpötila laskee. VTT:n uusi termodynaaminen malli tarjoaa menetelmän minkä tahansa materiaalin ja jään välisen kitkan määrittämiseen kaikissa olosuhteissa. Uutta on myös kahden jäisen kappaleen keskinäisen kontaktin mallintaminen, mistä voi olla hyötyä esimerkiksi jäänmurtamisen kehittämisessä. Lisäksi voidaan mallintaa myös sellaista jäätä, jonka päällä on sulanutta tai satanutta vettä. Mallia voidaan hyödyntää muun muassa sovellutuksissa, jotka liittyvät teiden, kiitoratojen ja jalkakäytävien kunnossapitoon tai renkaiden, kengänpohjien ja talviurheiluvälineiden kehittämiseen.

x 100 Jään kitkakerroin voi nousta 100-kertaiseksi liukunopeuden hidastuessa ja lämpötilan laskiessa.

Syöpälääkkeille uusi tuotantomenetelmä VTT on kehittänyt yhteistyökumppaneidensa kanssa EU:n SmartCell-projektissa menetelmiä, joilla lääkeyhdisteiden tuotantoa on parannettavissa kasvibiotekniikan keinoin. Bio­tekniset tuotantomenetelmät ovat edullinen ja ympäristöä säästävä vaihtoehto harvinaisten ja vaikeasti syntetisoitavien lääkeyhdisteiden tuotantoon. 20  VTT Impulssi


Kuva: Vesa Tyni

TIEDE

Älyä teille SATU INNAMAAN työ tutkijana on painottunut

viime vuosina älyliikennepalveluiden vaikutusten arviointiin ja proaktiivisen liikenteenhallinnan kehittämiseen. – Liikenne on läsnä kaikkien meidän elämässä, ja keinot sujuvoittaa sitä ja tehdä siitä turvallisempi ja ympäristöystävällisempi hyödyttävät meitä kaikkia. Älyliikenne, eli tieto- ja kommunikaatiotekniikan yhdistäminen liikennesovelluksiin, tuo uusia mahdollisuuksia saavuttaa nämä tavoitteet, Innamaa sanoo. Älyliikenne kiehtoo Innamaata tutkimusalueena myös siksi, että se on jatkuvassa liikkeessä. – Älyliikennepalvelut kehittyvät koko ajan ja se, mikä nyt on tulevaisuuden visio, onkin muutaman vuoden päästä jo kenttäkokeissa ja sen jälkeen kuluttajilla.

SATU INNAMAA • Erikoistutkija VTT:n Kestävät liikennejärjestelmät -tiimissä • VTT:llä vuodesta 2002

VTT Impulssi  21


Mallinnuksen ja

simuloinnin hyödyntäminen UUSISSA VOIMALAITOSKONSEPTEISSA

Perinteinen voimantuotanto on murroksessa. Tyypillisten haasteiden, kuten entistä huonolaatuisempien polttoaineiden hyödyntämisen, päästörajojen tiukentumisen ja entistä korkeampien tuorehöyrynarvojen tavoittelun lisäksi uusiutuvien energialähteiden kuten auringon ja tuulen hyödyntäminen energiajärjestelmissä on muuttamassa voimantuotannon viitekehystä. Mallinnus on arvokas työkalu etsittäessä ratkaisuja uusien konseptien herättämiin kysymyksiin. Teksti Lars Kjäldman, Jani Lehto, Perttu Jukola, Jari Lappalainen, Timo Pättikangas, Hannu Niemistö, Tommi Karhela

22  VTT Impulssi


A

TIEDE

urinko- ja tuulienergian jaksottaisuus vähäpäästöisemmäksi tai toimimaan luotettaaiheuttaa uudenlaisia haasteita kiin- vasti eri polttoaineseoksilla. CFD-mallinnukteiden polttoaineiden voimalaitoksien sella voimme selvittää polttoaine- ja tuhkapardynamiikkaan ja ajotapoihin sähkö- tikkelien sekä kaasujen virtaukset ja viipymäajat verkon säädön kautta. Tulevaisuudessa kiinteän tulipesässä, palamis- ja päästöreaktioiden kulun, polttoaineen voimalaitoksilta odotetaan entistä lämpötilan ja kaasupitoisuuksien jakaumat sekä nopeampaa kuormanmuutoskykyä sekä kykyä lämmönsiirtopinnoille siirtyvän lämpötehon operoida entistä laajemmilla kuorma-alueilla. jakaumat. Yhdistämällä CFD-mallinnustulokMyös energian erilaisten varastointitapojen tar- set kattilamateriaalien tarkasteluihin voimme peellisuus voimalaitoksien yhteydessä on tulossa arvioida voimalan käytettävyyttä esimerkiksi tarpeelliseksi. kuonaantumisen, likaantumisen ja korroosion Biopolttoaineiden ja erilaisten jätepohjais- osalta. ten polttoaineiden lisääntyvässä käytössä avain­ VTT:llä on 25 vuoden kokemus CFD:n sovelasia on hallita niistä mahdollisesti aiheutuvat tamisesta tulipesäilmiöiden tarkasteluun ja siikorroosio- ja likaantumisriskit. Näiden riskien hen tarvittavasta mallinkehityksestä. Kohteina lisäksi entistä korkeammat höyrynarvot aihe- ovat olleet sekä poltinpoltto, eri leijukattilat uttavat paineita kattiloiden materiaalitekniikan (BFB, CFB), arinapoltto ja soodakattilat. Useimkehittymiselle. Hiilen poltossa tavoitteena on mat tarkastelut ovat liittyneet päästöjen, erityiylikriittisillä höyryn­ sesti NOx:n eli typen arvoilla saatavan koroksidien vähentämiTIUKKENEVAT keamman hyöty­ seen polttoteknisillä suhteen kautta laskea menetelmillä (palaPÄÄSTÖMÄÄRÄYKSET sähköntuotannon hiijako, poltASETTAVAT MUUTOSPAINEITA misilman lidioksidipäästöjä. toaineen syöttö, uudet MONILLE VANHOILLE Myös entistä vaikeamLow-NO x polttimet, pien ja usein paikalSNCR) siten, että poltKATTILOILLE. lisien polttoaineiden toaineen loppuunpahyödyntäminen yleislamisaste pysyy riittätyy maailmalla. Tulevaisuudessa laitoksien kyky vänä ja tulipesän käytettävyys on hyvä. polttaa yhdessä hiiltä, biomassaa sekä kaasuja on Esimerkkinä mallinnuksen soveltamisesta ilmeinen. Myös erilaisia tapoja yhdistää aurin- tulipesän suunnitteluun esitellään Fortum Oy:n koenergia ja perinteinen voimalaitos tutkitaan ja VTT:n yhdessä kehittämä ilmajakoperiaate voimakkaasti sekä meillä että maailmalla. kerrosleijukattiloille (BFB) (viite: VGB PowerTiukkenevat päästömääräykset asettavat tech 11/2013, 75-79). Kerrosleijukattilan tulimuutospaineita monille vanhoille kattiloille. pesän pohjaosassa leijutetaan hiekkapatjaa, Muutosinvestointeja sekä kattilatekniikkaan jonka yläpuolelta syötetään polttoaine, tyypilettä savukaasujen puhdistukseen tullaan tarvit- lisesti kosteaa biomassaa, turvetta, lietettä tai semaan lähitulevaisuudessa. Myös suomalaisille kierrätyspolttoainetta. Suuremmat polttoaineniin tuttu yhdistetty sähkön ja kaukolämmön partikkelit päätyvät hiekkapatjaan, jossa ne kuituotanto (CHP) on murroksessa. Jo edellä mai- vuvat, pyrolysoituvat ja palavat. Pedistä vapaunittu aurinkoenergian lisääntyminen sekä eri- tuu tulipesän pedin yläpuoliseen kaasutilaan laisten ilma- ja maalämpöpumppujen yleistymi- (free­board) kaasuja ja pedissä muodostuneita nen syövät kaukolämmön kysyntää, mikä taasen pienempikokoisia partikkeleita. Polttoaineen aiheuttaa päänvaivaa laitoksien omistajille laske- syötössä pienet ja kevyet fraktiot eivät päädy vien tuottojen muodossa. ollenkaan petiin, vaan palavat sen yläpuolisessa kaasutilassa. Pedin lämpötilan pitäisi pysyä noin CFD:n hyödyntäminen voimakattilan 800–850 oC, jotta palaminen olisi täydellistä ja tulipesien suunnittelussa ja operoinnissa jottei petihiekka sintraudu tai agglomeroidu. Laskennallinen virtausdynamiikka (CFD, ComBFB:n tulipesän lämpötila on melko alhainen, putational Fluid Dynamics) on voimakattiloi- joten ilman sisältämä typpi ei hapetu ja typen den tulipesien suunnittelun keskeinen työkalu, oksidit muodostuvat polttoaineen sisältämästä olkoon kyseessä uuden kattilan suunnittelu tai typestä. Typpipäästöjen vähentäminen tulipeolemassa olevan kattilan muutostyö esimerkiksi sissä perustuu palamisilman vaiheistamiseen,

VTT Impulssi  23


KÄYTÄNNÖN KOKEMUKSET ILMAJAKOMENETELMÄN SOVELTAMISESTA TUKEVAT MALLINNUSTULOKSIA.

Vaihtoehto A NOx-päästön hallinta

sillä happirikkaissa (ylistökiömetrisissä) olosuhteissa polttoaineesta vapautunut typpi hapettuu helposti NO:ksi, kun taas happiköyhissä (alistökiömetrisissä) olosuhteissa jo muodostunut NO pelkistyy molekulaariseksi typeksi. Kehitetyssä ilmajakomenetelmässä palaminen tulipesässä vaiheistetaan pystysuunnassa kolmeen vyöhykkeeseen (kuva1): sekundääriilmojen alapuolinen vyöhyke (I), sekundääri- ja tertiääri-ilmojen välinen vyöhyke (II) sekä tertiääri-ilmojen yläpuolella oleva vyöhyke (III). Palamisilman syöttötasojen valinnalla sekä ilman sopivalla jaolla primääri-, sekundäärija tertiääri-ilmoiksi voidaan minimoida syntyvien typpipäästöjen määrä ja samalla varmistaa tulipesän hyvä käytettävyys. Eri tapausten CFD simulointitulosten perusteella on päädytty suositeltaviin ratkaisuihin eri ajotilanteissa: – Jos pedin lämpötila ei ole vaarassa nousta liian korkeaksi, voidaan alapesän I- ja II-vyöhykkeitä hyödyntää tehokkaasti NOx:n minimoimiseen lisäämällä I-vyöhykkeen ilmamäärää ja sijoittamalla sekundääri-ilman syöttö suhteellisen korkealle. Tällöin saadaan myös tulipesän loppuosan lämpötila ja CO-pitoisuus alhaisiksi, jolloin pienennetään yläpesässä likaantumisen ja korroosion riskejä. – Jos pedin lämpötila uhkaa nousta liian korkeaksi johtuen esimerkiksi kuivasta polttoaineesta tai suuresta tulipesärasituksesta, on parempi vähentää I-tason ilmamäärää ja sijoittaa­

Vaihtoehto B Lämpötilan hallinta alaosassa

lisäilmaa vyöhykkeelle I parempi polttoaineen ja ilman sekoittuminen NOx -reduktio tehostuu

ei lisäilmaa vyöhykkeelle I jos esimerkiksi suuri tulipesärasitus kompromissi NOx­ -päästön suhteen

vyöhyke I riittävän suuri ilmakerroin sekundääri-ilmataso sijoitetaan korkeammalle

vyöhyke I ilmakerroin pidetään pienenä sekundääri-ilmataso sijoitetaan matalammalle

NOx -reduktio vyöhykkeellä I & II

NOx -reduktio pääasiassa vyöhykkeellä II

Vaihtoehto A tai B valitaan tulipesämitoituksen ja tyypillisen ajotavan perusteella.

KUVA 1.

Kerrosleijukattilan ilmajakomenetelmän periaatteet.

24  VTT Impulssi


KUVA 2.

CFD mallinnustuloksia 175 MW (polttoaineteho) kerrosleijukattilalle. Käytännön kokemukset ilmajakomenetelmän soveltamisesta tukevat mallinnustuloksia.

sekundääri-ilman syöttötaso alemmaksi. Tällöin NOx:n reduktio tapahtuu pääosin tulipesän IIvyöhykkeellä eikä päästä niin alhaiseen NOxpäästöön kuin edellisessä vaihtoehdossa. – Kiinnittämällä huomiota sekundääri- ja tertiääri-ilmojen syöttötapaan voidaan lisäksi tehostaa sekoittumista tulipesän II- ja III-vyöhykkeillä ja saada aikaan tasainen lämpötilakenttä, hyvä loppuunpalamisaste sekä tehokas lämmönsiirto lämmönsiirtopinnoille. Menetelmä kehitettiin simuloimalla erilaisia ilmajakovaihtoehtoja. Tästä esimerkkinä metsäbiomassan ja turpeen yhteispoltto polttoaineteholtaan 175 MW BFB-kattilassa, jossa on sekundääri-ilman lisäksi kaksitasoinen tertiääri-ilman syöttö. Mallinnus ja erityisesti NOx-malli validoitiin aluksi tapauksessa, josta oli laitostietoja. Kuvassa 2 on laskentatuloksia. Ennustettu NOx päästö vastaa hyvin mitattua keskiarvoa ja on laitoksella mitatun päästön 10 prosentin heilahteluvälin sisällä. Kattilan simuloinneissa tarkasteltiin lukuisia tilanteita eri ilmajaoilla, erilaisilla sekundääriilman syöttökorkeuksilla sekä eri polttoainevaihtoehdoilla, joita olivat metsäbiomassa, turve tai näiden seos energiasuhteella 30:70 (turve/ bio). Kokonaisilmakerroin pidettiin vakiona arvossa 1.2. Kuvassa 3 on muutamia mallinnustuloksia, joissa on esitetty I-vyöhykkeen stökiömetrian eli ilmamäärän vaikutus tulipesän simuloituun loppulämpötilaan, CO-pitoisuuteen sekä NOx päästöön. Tulosten mukaan lisäämällä I-vyöhykkeen ilmamäärää voidaan sekä biomassan poltossa

että turpeen ja biomassan yhteispoltossa vähentää NOx-päästöjä ja samalla alentaa tulipesän loppuosan CO-pitoisuutta sekä loppulämpötilaa, mikä kertoo myös parantuneesta lämmönsiirrosta tulipesässä. Turpeen poltossa COpitoisuuden nousu tulipesän loppuosassa on seurausta pienten polttoainepartikkelien palamisesta leijupedin yläpuolisessa osassa ja palamisen välituotteena muodostuneen CO:n lyhyestä viipymäajasta tulipesässä. Tätä COpitoisuutta voidaan pienentää paremmin tulipesään tunkeutuvalla ja sekoittavalla tertiääriilman syötöllä, kuten kuvasta 4 ilmenee. Dynaaminen prosessisimulointi konseptisuunnittelussa Dynaaminen prosessisimulointi on laskennallinen menetelmä, jolla jäljitellään prosessilaitoksen toimintaa erilaisissa operointitilanteissa. Mallinnus kattaa yleensä selvästi suuremman kokonaisuuden kuin CFD:n tapauksessa ja on siksi myös karkeampaa. Tyypillisesti ilmiöt kuvataan yksidimensiosina, esimerkiksi virtaus putkessa diskretoidaan vain putken pituussuunnassa. Koska tällaista virtuaalista laitosta ”ajetaan” todellisen kohteen ajotapoja jäljitellen, mallinnuslaajuuteen sisällytetään tarkastelun kannalta olennainen osa automaatiosta ja sähköjärjestelmistä. Käytännössä tämä tarkoittaa automaation osalta vähintään pääsäätöjä, mutta myös sekvenssejä ja lukituksia tarpeen mukaan. Sähköjärjestelmien mallinnusta tarvitaan sähkön tuotantoa kuvattaessa ja sähköjärjestelmien vikaantumisen vaikutuksia tutkittaessa. VTT Impulssi  25


KUVA 3.

I-vyöhykkeen stökiömetrian vaikutus kerrosleijukattilan mallinnustuloksiin seospoltossa ja pelkän biomassan tai turpeen poltossa. I-vyöhykkeen ilmakerroin SR1-A < SR1-B < SR1-C. FEGT on tulipesän loppulämpötila.

Tyypillisiä käyttökohteita dynaamiselle simuloinnille ovat prosessi- ja säätösuunnittelun evaluointi, automaatiotestaus, koulutussimulaattorit ja erilaiset analyysit. Koulutussimulaattorit ovat laajuudeltaan suurimpia sovelluksia. Niiden kehittämiseen voidaan myös yhdistää automaatiosovelluksen testaus ennen laitoksen käyttöönottoa. Toinen merkittävä testauskäyttö liittyy ydinvoimalaitosten automaatiouusintoihin siirryttäessä analogisesta tekniikasta digitaalijärjestelmiin. Suunnittelu- ja analyysikäyttö on yleistä tutkimusorganisaatioissa ja teollisuudessa, sekä ydinvoimapuolella turvallisuusviranomaisten taholla. Apros on VTT:n ja Fortumin omistama kaupallinen simulointiohjelmisto (www.apros.fi), jota käytetään laajalti perinteisten voimalaitosten ja ydinvoimalaitosten, mutta myös muiden teollisuusprosessien dynaamisen käyttäytymisen arviointiin. Apros on tulos yli neljännesvuosisadan kestäneestä VTT:n asiantuntijoiden tekemästä kehitystyöstä yhdessä Fortumin kanssa ja se on käytössä lähes 30 maassa. Aprosilla on uusi Simantics-pohjainen (www.simantics.org) käyttöympäristö, joka nopeuttaa mallien rakentamista ja liitettävyyttä muihin suunnittelutyökaluihin. Kymmenet menestykselliset sovelluskokemukset ovat osoittaneet, että Aprosilla voidaan tehdä luotettava malli laitoksesta suunnittelutietoihin pohjautuen. Tämä mahdollistaa suunnitellun konseptin toimivuuden evaluoinnin ja mahdollisten ongelmakohtien havaitsemi26  VTT Impulssi

sen ennen projektin toteutusvaiheeseen menoa. Mallinnuksen resoluutio valitaan käsillä olevan ongelman tarpeiden mukaisesti. Dynaamisen simulointimallin hyödyntäminen suunnittelussa kattaa laajan skaalan prosessisuunnittelusta automaatiosuunnitteluun, mutta käytännössä ainoana työkaluna dynaaminen simulointi soveltuu myös näiden suunnittelualojen tulosten yhtäaikaiseen tarkasteluun. Tämä on erityisen tärkeää uusien prosessikonseptien tapauksessa, kun uudentyyppinen prosessiratkaisu automatisoidaan ensimmäistä kertaa. Käyttöönotossa ja käytössä prosessin ja automaation pitää pelata saumattomasti yhteen. Tässä mielessä tyypillisiä kriittisiä kohteita suunnittelussa ovat esimerkiksi ohjauslaitteiden mitoitus, rajakytkimien arvot, välivarastojen koko, sekvenssiaskelten keskinäinen ajastus, lukitukset, lajinvaihtojen ja vastaavien operaatioiden synkronointi, takaiskuventtiilien tarve ja säätimien viritys. Mitä monimutkaisemmasta järjestelmästä on kysymys, sitä vaikeampaa on löytää eri vaikutusmekanismeja ja arvioida niiden merkitystä prosessin turvallisuuden, operoitavuuden ja taloudellisuuden kannalta. Simulointimallin avulla voidaan käydä läpi keskeiset tilanteet ja toistaa ne eri suunnitteluvaihtoehdoilla, mikä mahdollistaa vertailun ja helpottaa päätöksentekoa. Aurinko- ja tuulivoiman osuuden nouseminen on nostanut säätövoimana toimivien perinteisten voimaloiden tarvetta kyetä nopeisiin­


KUVA 4. Tertiääri-ilman syötön vaikutus sekoittumiseen ja CO:n palamiseen kerrosleijukattilan tulipesän loppuosassa.

ylös- ja alasajoihin. Reagoiminen nopeisiin muutoksiin vaatii paitsi joustavuutta operoinnissa myös tarkoin harkittuja ajotapoja tehdä muutokset turvallisesti ja prosessilaitteistoa säästäen. Laitteiston kokemat lämpörasitukset vaikuttavat merkittävästi järjestelmän elinikään. Aprosiin on vastikään kehitetty mahdollisuus arvioida laitteistoon kohdistuvia ja sen elinikään vaikuttavia lämpörasituksia simuloitujen transienttien aikana. Erilaisten järjestelmien yhdistäminen lisää kokonaisuuden kompleksisuutta. Esimerkiksi hiilidioksidia talteen ottavassa (CCS), happipolttoon perustuvassa voimalaitoksessa hapen tuotanto ja hiilidioksidin talteenotto tapahtuvat omissa laitoksissaan, joiden toimintaa on koordinoitava voimalaitoksen kanssa. Toisaalta puhtaan hapen syöttäminen prosessiin tuo uusia turvallisuusnäkökohtia erilaisissa vikatilanteissa. Tällaiset prosessit, joissa on toisistaan selvästi poikkeavia toimintamoodeja joiden välillä operoidaan hallitusti, haastavat perinteiset suunnittelumenetelmät. Dynaaminen simulointi tarjoaa työkalun lähestymistapojen virtuaaliseen testaamiseen. Kuva 5 esittää simulointituloksia projektista, jossa Aprosta käytettiin Foster Wheeler Energia Oy:n Flexi-Burn® CFB1)-konseptin toimivuuden evaluointiin. Tilanteessa laitosta ajetaan ensin normaalin voimalaitoksen tapaan ilmapolttomoodissa. Sitten ilma (Air) vaihdetaan happitislaamon tuottaman hapen (GOX) ja kierrätettävän kaasun seokseksi (RFG) eli

DYNAAMINEN SIMULOINTI TARJOAA TYÖKALUN LÄHESTYMISTAPOJEN VIRTUAALISEEN TESTAAMISEEN.

1 ) Flexi-Burn® on Foster Wheelerin tuotemerkki, rekisteröity USA:ssa, EU:ssa ja Suomessa. VTT Impulssi  27


VTT:LLÄ ON TOTEUTETTU YHTEISTYÖSSÄ FORTUMIN KANSSA KAKSISUUNTAINEN KYTKENTÄ ANSYS FLUDENT CFD-OHJELMAN KANSSA.

s­ iirrytään happipolttomoodiin, jossa hiilidioksidin talteen ottaminen on mahdollista. Vasen kuva esittää keskeiset kaasuvirrat ja oikeanpuoleinen kuva savukaasuvirran pääkomponenttien pitoisuudet. Mallinnuslaajuuteen kuului myös kattava vesikiertomalli, jossa pääkierto on ylikriittinen. Tunnustetuista hyödyistään huolimatta dynaamista prosessisimulointia ei käytetä vielä rutiininomaisesti suunnittelutoiminnassa, ainakaan ydinvoimateknologian ulkopuolella. Yksi syy tähän on ollut simulointialustojen yhteensopimattomuus muiden suunnitteluohjelmistojen kanssa. VTT on pyrkinyt määrätietoisesti parantamaan ohjelmistojen yhteiskäyttöä rakentamalla erilaisia rajapintoja. Rajapintoja on toteutettu muun muassa Siemensin COMOS- ja Intergraphin SmartPlant -ohjelmistojen kanssa. Yhteiskäytöllä tarkoitetaan esimerkiksi PI-kaavioiden piirto-ohjelman ja simulaattorin välistä datanvaihtoa ja mallien automaattista generointia sekä dokumenttien hallintaa. Tämä mahdollistaa dynaamisen prosessisimuloinnin liittämisen tiiviisti osaksi prosessi- ja automaatiosuunnittelun työnkulkua. Kytketty simulointi Apros- ja CFD-ohjelmilla Kytketty simulointi Apros- ja CFD-ohjelmilla mahdollistaa yhden prosessikomponentin

KUVA 5. Simulointiesimerkki, jossa toimintamoodi vaihdetaan ilmapoltosta

happipolttoon Flexi Burn® CFB-konseptista tehdyllä Apros-mallilla.

28  VTT Impulssi


KUVA 6.

Sekoitussäiliön CFD-malli, joka on kytketty putkiston Apros-malliin.

y­ ksityiskohtaisen kolmiulotteisen mallinnuksen, kun se on kytketty monimutkaiseen, laajaan prosessimalliin. Ohjelmien kytkennässä on käytetty kahta erilaista periaatetta. Yksisuuntaisessa kytkennässä Apros tuottaa reunaehdon CFD-laskennalle, mutta CFD-laskenta ei vaikuta Apros-tulokseen. Kaksisuuntaisessa kytkennässä ohjelmien välillä on takaisinkytkentä, jolloin myös CFD-malli tuottaa reunaehdon Apros-laskentaan. VTT:llä on toteutettu yhteistyössä Fortumin kanssa kaksisuuntainen kytkentä ANSYS F ­ luent CFD-ohjelman kanssa. Ohjelmien kytkentää on havainnollistettu kuvassa 6, jossa sekoitussäiliön CFD-malli on kytketty Apros-malliin. Sekoitettavat nesteet tulevat säiliöön kahdesta syöttöputkesta ja seos poistuu säiliöstä kahdesta poistoputkesta. Apros- ja CFD-ohjelmat on kytketty toisiinsa syöttö- ja poistoputkissa, jossa ne vaihtavat tietoa massavirroista, lämpötiloista ja kemiallisten komponenttien pitoisuuksista. Apros 6 -ohjelmaversiossa on valmiina käyttöliittymä kytkennän määrittelemiseen. Apros lukee ja analysoi käyttäjän tekemän CFD-mallin ja esittää luettelon mahdollisista kytkentäkohdista. Käyttäjä kytkee valitsemansa CFD-mallin syöttö- ja poistoputket Apros-mallin kytkentänoodeihin ja määrittelee kytkennän tyypin. Ohjelmia ajetaan samanaikaisesti ja ne vaihtavat

kytkentätietoja jokaisella aika-askeleella käyttäen viestinvälityskirjastoja. Yksiulotteisen systeemiohjelman ja kolmiulotteisen CFD-ohjelman kytkemisessä on monenlaisia haasteita. Nesteen virratessa Apros-mallista CFD-malliin saa CFD-ohjelma Aprosilta vain keskimääräisen virtausnopeuden ­kytkentäpinnalla. CFD-mallia varten joudutaan luomaan virtausnopeuden ja turbulenssin arvot kytkentäpinnan jokaiseen laskentakoppiin. Kytketyn simuloinnin numeerisesta stabiilisuudesta täytyy myös huolehtia. On tarpeen, että ohjelmat vaihtavat kytkentätietoja useita kertoja jokaisen aika-askeleen aikana. Ohjelmien niin sanottu semi-implisiittinen kytkentä on osoittautunut toimivaksi menetelmäksi. Yhteissimulointia Apros- ja CFD-ohjelmilla voidaan soveltaa myös voimalaitoskattiloiden mallintamiseen. Sekoittumisen mallintamisen lisäksi on myös monia muita mielenkiintoisia sovelluskohteita: kytkentä voitaisiin tehdä lämmönsiirtopinnalla tai putkilämmönsiirtimissä. Esimerkiksi tulipesän polttoprosessien CFDmallinnus ja höyrypiirin Apros-simulointi voitaisiin kytkeä toisiinsa. Tämä olisi hyödyllistä erityisesti kuorman muutostilanteiden mallintamisessa sekä laitoksen suunnittelussa ja käytön optimoinnissa. n

VTT Impulssi  29


AUTOMAATIOLLA

älykkyyttä

liikenteeseen Automaatio yleistyy tieliikenteessä nopeasti. Esimerkiksi keskenään keskustelevat yhteistoiminnalliset autot ovat jo tulossa liikenteeseen. Teksti Satu Innamaa

30  VTT Impulssi


esimerkki kertoo yhdestä tavasta, jolla kuljettajan tuki kehittyy. Nämä keskenään keskustelevat yhteistoiminnalliset autot ovat jo tulossa liikenteeseen. Ne varoittavat langattomasti lähellä ajavia liukkaudesta, äkkijarrutuksesta, seisovasta ruuhkan päästä moottoritiellä, esteestä tai muusta potentiaalisesti vaarallisesta poikkeustilanteesta, muistuttavat liikennemerkeistä tai kertovat, millä nopeudella liikennevaloja kannattaa lähestyä, jottei joudu pysähtymään1. Tällaisia kooperatiivisia järjestelmiä on nykyään joitain jo saatavilla paremmin varusteltuihin autoihin, mutta ne ovat pian yleistymässä.

Kooperatiiviset kuljettajan tukijärjestelmät VTT on tutkinut ajoneuvojen kooperatiivisten järjestelmien vaikutuksia laajoilla kenttäkokeilla Daimlerin koordinoimassa DRIVE C2X hankkeessa2 yhdessä Euroopan autoteollisuuden, ajoneuvojärjestelmäkehittäjien ja muiden Kohti automaatiota tutkimuslaitosten kanssa. VTT toteutti TampeOtetaan esimerkki: orava juoksee kadulle ja reella kenttäkokeet, joissa kuljettajat saivat ajoauton kuljettaja tekee äkkijarrutuksen, ettei neuvoon tiedon liukkaista tienkohdista, tien ajaisi sen päälle. varteen jääneistä rikkoutuneista ajoneuvoista, Nykytilanne: Takana ajavan auton kuljettajan tietöistä ja kulloinkin voimassa olevista liikenpuhelin soi, hän katsoo nemerkeistä. Lisäksi heitä kriittisellä hetkellä puhevaroitettiin ylinopeudesta. limeensa ja rysäyttää oraAUTOMAATIO YLEISTYY VTT:n vastuulla projektissa van takia äkkipysähdykon myös mm. järjestelmien TIELIIKENTEESSÄ sen tehneeseen. vaikutusten arvioinnin työNOPEAMMIN KUIN EHKÄ paketti. Tässä laajassa kokoLähitulevaisuudessa: Kuljettajan katse on puhenaisuudessa selvitetään eriKUVITTELEMMEKAAN. limessa, mutta äkkijarrutlaisten kooperatiivisten tava auto antaa paikallikuljettajantukijärjestelmien sen langattoman varoituksen jarrutuksestaan, vaikutukset kuljettajan käyttäytymiseen, liikkutakana ajava auto edelleen välittää varoituksen misen määrään, liikenteen sujuvuuteen, ympäedellä tapahtuvasta äkkijarrutuksesta kuljetta- ristövaikutuksiin ja turvallisuuteen sekä järjesjalleen ja kuljettaja saa pari sekuntia enemmän telmien kustannus-hyötysuhteet ja se, miten aikaa reagoida tilanteeseen. Tulee pikku kolhuja, käyttäjät hyväksyvät uudet järjestelmät. Tutkimutta kolaroivien autojen ketju on lyhyempi. muksen tulokset valmistuvat kesään 2014 menTulevaisuudessa: Auto saa tiedon edessä nessä. Hankkeen tarkoitus on vaikutustiedon tapahtuvasta äkkijarrutuksesta ja pysähtyy itsek- tuottamisen lisäksi tukea järjestelmien kehitysseen. Kuljettaja hämmästyy ja nostaa katseensa työtä ja niiden laajaa käyttöönottoa. puhelimesta. Kukaan ei kolhi ketään ja matka Parhaimmillaan kehittyneet kuljettajan tukijatkuu, kun orava on loikkinut tiehensä. järjestelmät toimivat autoilijan ylimääräisenä Automaatio yleistyy tieliikenteessä nopeam- silmä- ja korvaparina ja auttavat esimerkiksi min kuin ehkä kuvittelimmekaan. Enää se ei tar- silloin, kun kuljettaja ei syystä tai toisesta itse koita pelkästään yksittäistä Google-autoa Kali- havaitse vaaratilannetta tai ajaa epähuomiossa forniassa tai Nevadassa, vaan esimerkiksi älykäs liikennesääntöjen vastaisesti. Lisäksi järjestelvakionopeudensäädin ja itsestään taskupark- mät voivat varoittaa tai informoida kuljettajaa kiin pysäköivät autot ovat jo nykyisyyttä – Suo- edessä olevasta tilanteesta, jota kuljettaja ei itse messakin. Autot ovat kehittyneet viime vuosina vielä pysty näkemään. Näin ollen esimerkiksi nopeasti ja kehittyvät edelleen. Myös annettu ruuhkaan ei välttämättä edes joudu. Järjestelmät­

VTT Impulssi  31

TIEDE

P

arhaimmillaan kehittyneet kuljettajan tukijärjestelmät toimivat autoilijan ylimääräisenä silmä- ja korvaparina ja auttavat esimerkiksi silloin, kun kuljettaja ei syystä tai toisesta itse havaitse vaaratilannetta tai ajaa epähuomiossa liikennesääntöjen vastaisesti. Autoilijoiden käyttäytyminen ja sen muutokset ovat perustana odotettavissa oleville muutoksille liikennejärjestelmätasolla. On mielenkiintoista nähdä, hyväksyvätkö kuljettajat uuden tekniikan, miten he sitä käyttävät ja vaikuttaako tekniikka heidän ajamiseensa ja liikkumiseensa yleisemminkin siten kuin tekniikan suunnittelijat ovat ajatelleet. Kehitystyö ei rajoitu pelkkiin kumipyörien päällä liikkuviin, vaan kehitteillä on järjestelmiä, joiden on tarkoitus parantaa jalankulkijoiden ja pyöräilijöiden turvallisuutta ja mukavuutta liikenteessä sekä liikkumismahdollisuuksia.


Kuva: DRIVE C2X

KUVA 1.

Esimerkki yhteistoiminnallisesta järjestelmästä.

myös sujuvoittavat kaupunkiliikennettä esimerkiksi ohjaamalla autot ajamaan nopeudella, jolla minimoidaan liikennevaloihin pysähtyvien osuus. Järjestelmän käyttäjien, eli tässä tapauksessa autonkuljettajien, käyttäytyminen ja sen muutokset ovat perustana odotettavissa oleville muutoksille liikennejärjestelmätasolla. On mielenkiintoista nähdä, hyväksyvätkö kuljettajat uuden tekniikan, miten he sitä käyttävät ja vaikuttaako tekniikka heidän ajamiseensa ja liikkumiseensa yleisemminkin siten kuin tekniikan suunnittelijat ovat ajatelleet. Uusien järjestelmien vaikutusten selvittäminen ja ymmärtäminen on tärkeää, sillä uhkakuvana toisaalta on, että uusi ”helpompi” ajaminen houkuttaa ajamaan entistä huonommissa olosuhteissa tai esimerkiksi väsyneenä tai se lisää muutoin autojen suoritetta eli teillä ajettuja kilometrejä. Liikennepoliittisissa tavoitteissa halutaan lisätä kävellen ja pyörällä tehtyjen matkojen määrää ja joukkoliikenteen käyttöä3. Uhkana onkin, että uudet kuljettajan tukijärjestelmät toimivat tämän tavoitteen vastaisesti. Palveluita myös muille liikkujille Kaikki kehitteillä olevat liikkumista helpottavat järjestelmät eivät kuitenkaan kohdistu ainoastaan henkilöautoiluun. Ajoneuvot ja liikenneväylien infrastruktuuri kommunikoivat jo nykyään. Käynnissä olevassa TEAM-hankkeessa 4 visiona on yhdistää joukkoon myös 32  VTT Impulssi

älypuhelimet ja pilvipalvelut ja saada autoilijoiden lisäksi muut liikkujat tekemään aktiivisesti yhteistyötä liikenteessä. Tuloksena voisi olla uusia ratkaisuja erilaisiin matkaketjuihin, joukkoliikenteen optimointiin tai liikenteen sujuvoittamiseksi liittymissä älykkäillä etuajo-­ oikeuksilla. Monet joukkoliikenteen käyttöä tukevat järjestelmät ovat tuttuja jo usean vuoden ajalta. Ajantasaiset modernit reittioppaat helpottavat arkea niin matkoilla kuin arkielämässä ja tekevät joukkoliikenteestä houkuttelevamman vaihtoehdon. Kaikki kulkumuodot kattavat sovellukset näyttävät erilaiset vaihtoehdot oman auton käytölle. Reittiopas voi myös näyttää, miten autoilun ja joukkoliikenteen yhdistämällä matkasta saadaan mahdollisimman sujuva ja miellyttävä, kun auton voikin pysäköidä keskustan sijaan jonnekin liityntäpysäköintialueelle. Tällaisissa dynaamisissa kulloisenkin liikennetilanteen tai mieluummin ennustetut olosuhteet huomioon ottavissa järjestelmissä laadukas tilannekuva koko liikennejärjestelmän tilasta ja olosuhteista on järjestelmän toiminnan edellytys. VTT:llä on tutkittu ja kehitetty liikenteen sujuvuuden ja häiriöiden lyhyen aikavälin ennustamista. Liikenne on hyvin dynaaminen ilmiö, jossa vaikuttavat monet lainalaisuudet ja inhimilliset tekijät. Lisäksi ennusteet pitää aina tehdä kohtalaisen niukoin tilannetiedoin. Tämä tekee aihepiiristä erityisen haastavan.


Kehitystyö ei rajoitu pelkkiin kumipyörien päällä liikkuviin, vaan VRUITS-hankkeessa kehitteillä on järjestelmiä, joiden on tarkoitus parantaa jalankulkijoiden ja pyöräilijöiden turvallisuutta ja mukavuutta liikenteessä sekä liikkumismahdollisuuksia3. Vaikka liikenteessä kuolleiden määrä on ollut jo pitkään laskussa, ei samaa vähenemää ole nähty kevyen liikenteen onnettomuuksien määrässä, vaan paikoin kevyessä liikenteessä kuolleiden määrä on jopa noussut. Tavoitteena on turvata liikenteen turvattomimpien osapuoltenkin turvallisuus nyt ja tulevaisuudessa.

Kuva: TEAM

Järjestelmätason muutos Liikennejärjestelmä muuttuu ja samalla ihmisen ja järjestelmän välinen vuorovaikutus. On mielenkiintoista nähdä, muuttuuko esimerkiksi pyöräilijöiden ja jalankulkijoiden vuorovaikutus autonkuljettajien kanssa liikenteen automatisoitumisen myötä. Jääkö kuljettajalle enemmän aikaa ja mahdollisuuksia tarkkailla muita liikkujia vai jättääkö hän sen kokonaan auton huoleksi, jolloin kriittisenä tekijänä on auton järjestelmien toimivuus ja luotettavuus erilaisissa tilanteissa ja olosuhteissa. Luottavatko jalankulkijat ja pyöräilijät nykyistä enemmän siihen, että auto(ilija) huomaa heidät ja väistää? Entä jos vain osassa autoista on ympäristöä valppaasti tarkkailevat järjestelmät, mutta joukossa on yhä kuljettajan oman havaintokyvyn varassa olevia perinteisiä autoja? Kumoavatko nämä onnet-

tomuusalttiimmat autot sellaisessa tapauksessa kehittyneempien autojen tuoman onnettomuusvähenemän? Minkälainen automatisoitujen (autonomisten) autojen penetraatio johtaa näihin vuorovaikutusmuutoksiin ja kuinka nopeasti muutokset tapahtuvat? Tämä on alue, jossa riittää tutkittavaa tuleville vuosille. Jatkossa on vuoro arvioida yleisemminkin, miten automaation eteneminen ja yleistyminen tieliikenteessä vaikuttavat – lähtien kuljettajien ja muiden tienkäyttäjien käyttäytymisestä ja sen muutoksista ja päättyen liikennejärjestelmätasoisiin vaikutuksiin. Arvioinnista tekee haastavan se, että automaation määrä liikenteessä lisääntyy vähitellen – ja vielä pitkään ollaan tilanteessa, jossa liikenteessä on täysin manuaalisesti ajettavia autoja ja vähitellen entistä enemmän älyä sisältäviä autoja, eivätkä vaikutukset varmastikaan ole lineaarisia. Ajoneuvojen automaation lisääntyminen­ vaikuttaa ihmisten matka- ja ajokäyttäytymisen kautta myös liikennevirtaan. Täysin autonominen ajoneuvo voi esimerkiksi ajaa turvallisesti lähempänä edellä ajavaa kuin perinteinen, ihmisen ohjaama ajoneuvo. Tämä kasvattaa tien välityskykyä. Jos kaikki ajoneuvot ovat yhteydessä toisiinsa, päästään niin sanottuihin autojuniin (platooning), joka maksimoi välityskyvyn. Kun autonomisten ajoneuvojen osuus kasvaa, voi perinteisiä ajoneuvoja ajavien käsitys normaalista ajotavasta muuttua samantyyppiseksi kuin autonomisilla

professional

driver

C2X

cloud

infrastructure

traveller

based functions

4G LTE

4G IEEE

LTE

802.11p

IEEE

802.11p

IEEE

802.11p

KUVA 2.

Visio, jossa kaikki liikkujat tekevät yhteistyötä liikkumisen sujuvoittamiseksi. VTT Impulssi  33


ajoneuvoillakin,­ja näin koko liikennevirran dynamiikka voi muuttua. Muutamia teknisesti valmiita automaattiajamisen järjestelmiä on siis jo kuluttajien saatavilla. Silti on vielä paljon avoimia kysymyksiä järjestelmien ja aikataulun suhteen. Automaation on kuitenkin ennustettu yleistyvän nopeasti: esimerkiksi Mercedes, GM ja Nissan ovat kertoneet tuovansa täysin automaattisen ajoneuvon markkinoille vuoteen 2020 mennessä. Rohkeimmissa ennusteissa on väitetty jopa 70 prosenttia liikenteestä olevan täysin automaattista vuonna 2030. Toisaalta varovaisemmissa arvioissa on ennustettu, että uuden järjestelmän esittelystä kuluu 30 vuotta ennen kuin se kattaa 95 prosenttia ajoneuvoista. On kuitenkin arvioitu, että jo 10 prosentin käyttöasteella on vaikutusta esimerkiksi liikenneturvallisuuteen.6 Tätä muutosta me jäämme mielenkiinnolla seuraamaan. n

Kuva: Vesa Tyni

JOS KAIKKI AJONEUVOT OVAT YHTEYDESSÄ TOISIINSA, PÄÄSTÄÄN AUTOJUNIIN.

Lähteet 1. Laitinen J, Mäkinen T, Innamaa S ja Penttinen M. (2013) Keskustelevat autot liikenteessä. Liikenteen suunta 4/2013. Liikennevirasto, Helsinki. 2. DRIVE C2X: www.drive-c2x.eu

SATU INNAMAA

3. Liikenne- ja viestintäministeriö (2013). Kohti uutta liikennepolitiikkaa, Älyä liikenteeseen ja viisautta liikkujille. Toisen sukupolven älystrategia

Satu Innamaa (TkT) on erikoistutkijana VTT:n Kestävät liikennejärjestelmät -tiimissä. Vuonna 2002 VTT:llä työskentelyn aloittaneen Innamaan vahvinta osaamisaluetta ovat älykkäät liikennejärjestelmät, niiden vaikutusarviot ja proaktiivinen liikenteenhallinta.

liikenteelle. Ohjelmia ja strategioita 1/2013, LVM, Helsinki. 52 s. 4. TEAM: http://www.collaborative-team.eu/ vision/ 5. VRUITS: www.vruits.eu 6. Schagrin, M. and Gay, K. (2013). Developing a U.S. DOT Multimodal R&D Program Plan for Road Vehicle Automation. Retrieved on February 3, 2014 from http://www.its.dot.gov/presentations/CV_PublicMeeting2013/PDF/Day2_Automation.pdf

34  VTT Impulssi


Lisäämme älyä

puettaviin laitteisiin.

Kehitämme uusia mittausratkaisuja ja käyttöliittymiä puettaviin laitteisiin. Ota yhteyttä! Juha Palve, asiakasjohtaja juha.palve@vtt.fi


VTT HYÖDYNTÄÄ

Fabry-Perot interferometriteknologiaa Fabry-Perot-interferometrit (FPI) ovat säädettäviä optisia suotimia, jotka mahdollistavat spektrometrien miniatyrisoinnin käsikäyttöisiksi antureiksi. Näitä mikrospektrometrejä voidaan hyödyntää monenlaisissa sovelluksissa. Teksti Anna Rissanen ja Heikki Saari

36  VTT Impulssi


F

kalvotekniikalla valmistettuja Bragg-peilejä, peilien välissä olevasta ilmaraosta sekä peilirakenteeseen integroiduista elektrodeista. Suotimen päästökaistan aallonpituutta säädetään muuttamalla peilien välistä etäisyyttä. Oheisessa kuvassa esitetään Fabry–Perot-interferometrin (FPI) toimintaperiaate sekä valmis optinen MEMS eli MOEMS FPIsiru, jonka lepoaallonpituus ilman käyttöjännitettä on 430 nm jolloin sen lävitse näkyvä väri on sininen. Käyttämämme FPI-teknologian voi jakaa kahteen osa-alueeseen käytetyn valmistustavan FPI-teknologia mukaisesti: optiseen MEMS-teknologiaan pohOptinen spektroskopia on houkutteleva mitta- jautuvat sirut (MOEMS FPI) sekä erikseen kootusmenetelmä moniin tavat, säädettäviä käyttötarkoituksiin. pietsosähköisiä aktuSen avulla voi tunnisaattoreita hyödyntäTEKNOLOGIA ON taa ja erotella selekvät suodinrakenteet TEHOKASTA, PIENTÄ JA tiivisesti materiaa(Pietso-FPI), kuvassa leja, kaasuja tai muita 2. Näiden kahden tekSARJAVALMISTUKSEEN aineita niille ominaisnologia-alustan avulla SOPIVAA. ten spektrisormenolemme voineet kehitjälkien perusteella. tää mittausratkaisuja Fabry–Perot-intersekä massatuotettaviin ferometrit toimivat aktiivisina, säädettävinä MOEMS-sovelluksiin että räätälöityihin korkealaaaallonpituussuotimina pienissä, tehokkaissa tuisiin optisiin PFPI-instrumentteihin. ja kevyissä mikrospektrometreissä ja kameYksittäisten FPI-sirujen kustannukset voivat roissa. Näitä suotimia voi yhdistää erityyppisiin jäädä varsin pieniksi, kun niitä valmistetaan suuria detektoreihin ja optisiin valonlähteisiin spekt- määriä MEMS-tuotantomenetelmien avulla. Näin roskooppisessa analyysissä tarvittavien optis- spektriantureille voidaan keksiä uusia käyttötarkoiten sensorien ja instrumenttien toteuttamiseksi; tuksia, joihin nykyisiä pöytäspektrometrejä ei ole sovelluksia on aina kaasusensoreista kannetta- toistaiseksi voitu soveltaa niiden korkean hinnan ja viin, spektriä kuvantaviin instrumentteihin. suuren koon vuoksi. Fabry–Perot-interferometri koostuu kahdesta Muihin mikrospektrometriteknologioihin verheijastavasta pinnasta, jotka tyypillisesti ovat ohut- rattuna VTT:n FPI-tekniikan ainutlaatuisiin piirtei-

a)

Light going in

TIEDE

PI-suodinrakenteita voidaan valmistaa eri aallonpituuksille aina UV-valosta termiseen infrapuna-alueeseen asti käyttäen sekä MEMS:in perustuvia massatuotannollisia valmistusmenetelmiä että pienen ja keskisuuren tuotantovolyymin mahdollistavia pietsosähköisiä aktuaattoreita hyödyntäviä suodinrakenteita. Käyttämämme teknologia on tehokasta, pientä ja sarjavalmistukseen sopivaa, ja se mahdollistaa korkealaatuisten mittausten tekemisen kustannustehokkaasti.

b)

airgap

Bragg mirrors

Light coming out

KUVA 1.

Säädettävän MOEMS FPI -suotimen toimintaperiaate ja läpileikkaus (a) sekä kuva näkyvän aaltoalueen FPI-sirusta, jonka optisen aukon lepoaallonpituus on sinisellä alueella (~430 nm) (b). VTT Impulssi  37


KUVA 2.

Pakatut mikrospektrometrit: massatuotantoon soveltuva MOEMS-moduuli (a) ja pietsosähköinen FPI-moduuli pienen ja keskisuuren volyymin tuotantoon (b).

siin kuuluu optisten apertuurien suuri koko. Mikäli apertuuri on tarpeeksi iso, tyypillisesti optisen suotimen takana käytettävän pistemäisen detektorin voi korvata kuvadetektoreilla, jolloin spektroskopia ja kuvantaminen voidaan yhdistää ja näin luoda pieniä hyperspektrikameroita. Pietsoaktuaatiota hyödyntävä FPI-teknologia on osoittautunut erityisen soveliaaksi hyperspektrikuvantamiseen, koska se mahdollistaa suuren optisen apertuurin ja lisäksi teknologia soveltuu pienemmillä kehityskustannuksilla räätälöitäväksi suoritusvaatimusten mukaisesti vaativiinkin sovelluksiin, kuten miehittämättömiin lennokkeihin, avaruustutkimukseen, prosessiteollisuuteen, turva- ja puolustusalalle sekä lääketieteellisiin sovelluksiin. Sen lisäksi, että suuri optinen apertuuri mahdollistaa lukuisia käyttötarkoituksia sekä pistemäiseen spektroskopiaan että spektrikuvantamiseen perustuen, sen tarjoamiin etuihin kuuluu myös optisten antureiden edullisempi hinta. Esimerkiksi hilaspektrometreissä käytettävät rividetektorit ovat etenkin infrapunaalueessa kalliita niiden tarvitseman jäähdytyksen takia, kun taas FPI-teknologialla toteutettu spektrometri tarvitsee rividetektorin sijaan vain yhden detektorin luoden näin useiden tuhansien eurojen eron laitteen lopulliseen hintaan. Mikrospektrometriteknologiaa massavalmistettaviin sovelluksiin Viime vuosina VTT on kehittänyt aktiivisesti sekä sovelluspohjaisia mittausinstrumentoinnin ratkaisuja että tutkimukseen painottuvaa optisen MEMS (MOEMS) -teknologian massavalmistusmenetelmiä ja prosessi-integraatiota. Kullakin kaasulla, nesteellä ja aineella on oma yksilöllinen spektrisormenjälkensä, joka sijoittuu tietyille aallonpituusalueille. Niinpä eri aal38  VTT Impulssi

lonpituuksille soveltuvia optisia MEMS-rakenteita kehittämällä voidaan valmistaa erilaisten aineiden havaitsemiseen kykeneviä antureita. Prosessi-integraatioteknologian kehittäminen mahdollistaa optisten suodatinrakenteiden räätälöimisen eri sovellusten vaatimuksiin. Kun valmistusprosessissa käytettävät ohutkalvomateriaalit, erilaiset prosessivaiheet sekä olosuhteet valikoidaan ja kehitetään huolellisesti, on mahdollista rakentaa erityyppisiä MOEMS FPI -rakenteita. VTT:n työ optisten massavalmistettavien Fabry– Perot-interferometrien parissa alkoi 1990-luvulla Vaisalan keski-infrapuna-alueen (MIR) [1] Carbocap®-hiilidioksidianturin kehittämisen myötä. Lähi-infrapunaspektroskopiaa (NIR) ja infrapunaspektrin molekulaarista absorptiota on käytetty laajalti aineiden tunnistamiseen niille ominaisen optisen sormenjäljen perusteella. Sen pohjalta on myös kehitetty NDIR-teknologiaan perustuvia sensoreita. Ne koostuvat valonlähteestä, absorptiopolusta, selektiivisestä aallonpituussuotimesta sekä detektorista. MOEMS FPI -moduulit mahdollistavat edullisten, stabiilien NIR-mikrospektrometrien sekä NDIR-sensorien toteuttamisen yksikanavaisena, jonka avulla voidaan mitata useita eri aallonpituuksia käyttäen vain yhtä detektoria ja valonlähdettä. Useamman eri detektorin käyttöön verrattuna tämän ratkaisun etuihin kuuluvat erinomainen pitkän aikavälin vakaus ja korkea erottelutarkkuus. Viime vuosina mikrospektrometreille on ilmaantunut potentiaalisia uusia kasvualueita. Tämän vuoksi MOEMS FPI-ratkaisujen kehittämistä eri aallonpituusalueisiin on painotettu viime vuosina, jotta teknologiaa voidaan hyödyntää monipuolisesti eri sovelluksissa aina näkyvästä UV-valosta termiseen infrapunaan (Kuva 3).


Vuonna 2008 VTT alkoi kehittää uudenlaista NIR-mikrospektrometriprosessialustaa autoteollisuuden mittauksissa käytettävää anturia varten [2]. Teknologian tärkeä kilpailuetu on sen monoliittinen rakenne sekä peilien muodostuminen jännittyneistä ohutkalvoista – näin rakenne pystyy kestämään jopa 18 000 G:n iskuja ilman hajoamista [3], eikä se myöskään ole herkkä tärinälle, mikä voi vääristää optisia mittauksia. Tämä erinomainen kestävyys antaa VTT:n MOEMS NIR -mikrospektrometriteknogialle selkeän edun kilpaileviin kaupallisiin miniatyrisoituihin spektrometriratkaisuihin nähden [4]. Kestävyys on erityisen tärkeä piirre tärähtelylle ja liikkeelle altistuvissa ratkaisuissa, kuten autoteollisuuteen, mobiililaitteisiin sekä käsikäyttöisiin mittauksiin tarkoitetuissa antureissa, joissa toimintavaatimukset ovat erityisen tiukat. Näkyville aallonpituusalueille suunnitelluissa antureissa ohutkalvojen paksuus FPI:n peileissä pienenee merkittävästi, sillä optisen paksuuden on oltava neljännes anturin suunnitellusta keskiaallonpituudesta (λ/4). Tämä asettaa erityisvaatimuksia käytettäville ohutkalvomateriaaleille erityisesti kalvon paksuudensäätökyvyn, tasaisuuden sekä peittävyyden osalta. Uuden ALD-tekniikan (ALD = atomic layer deposition) avulla VTT kehitti ensimmäiset näkyvän aallonpituusalueen Fabry–Perotinterferometrit vuonna 2010, joissa resoluutio parani huomattavasti verrattuna aiempiin tähän aallonpituusalueeseen suunniteltuihin FPI-rakenteisiin verrattuna [5]. Vaikka näkyvälle aallon­

UV/visible FPI

ERI AALLONPITUUKSILLE SOVELTUVIA MEMS-RAKENTEITA KEHITTÄMÄLLÄ VOIDAAN VALMISTAA ERILAISTEN AINEIDEN HAVAITSEMISEEN KYKENEVIÄ ANTUREITA.

NIR/MIR FPI

MIR/TIR FPI

Wavelength

Ultra-compact chip spectrometer

UV 200–350 nm

KUVA 3.

Visible 350–800 nm

Low NIR 0.8–1.1 μm

Near IR 1,1–2,5 μm

Mid IR 3–7 μm

Thermal IR 7–12 μm

VTT:n kehittämät MOEMS FPI -rakennealustat ja niiden soveltuvuusalueet näkyvästä valosta lähija keski-IR-alueen kautta termiseen infrapunaan. VTT Impulssi  39


Kuva: Sami Tirkkonen

LÄÄKETIETEEN SOVELLUKSET TARJOAVAT ERITYISEN MIELENKIINTOISIA KÄYTTÖKOHTEITA.

HEIKKI SAARI Heikki Saari valmitui diplomiinsinööriksi Teknillisen korkeakoulun teknillisen fysiikan osastolta vuonna 1980 ja väitteli samasta yliopistosta tohtoriksi vuonna 1996. Hän on johtanut useita avaruusja kaukokartoitusintrumenttien kehitysprojekteja. Hänellä on yli 60 tieteellistä julkaisua sekä kuusi patenttia. Saaren tutkimuskiinnostuksen kohteisiin kuuluvat hyperspektrikamerateknologia ja -sovellukset, MOEMS -anturisovellukset ja lennokki- ja nanosatelliittispektrikamerateknologia. Tällä hetkellä Saari toimii johtavana tutkijana MOEMS ja BioMEMS Instrumentit -tiimissä VTT:llä.

40  VTT Impulssi

pituusalueelle on tarjolla hilaspektrometrejä, nämä eivät sovellu kuvantamissovelluksiin eikä niiden valmistusprosessi ole monoliittinen. Muita parannuksia olivat optisen apertuurin kasvanut koko [6], joka mahdollisti käsikäyttöisten spektrikameroiden rakentamisen (Kuva 4) [7], sekä monoliittisesti integroidun siruspektrometrin demonstrointi [8]. Viimeisten kahden vuoden aikana optisten MEMS-ratkaisujen kehityksessä on keskitytty pidempiaaltoisen termisen infrapuna-alueen kattamiseen, jossa löytyy sovelluksia muun muassa erilaisten kaasujen analysoimisen osalta sekä uudenlaisten spektrikuvantamiseen perustuvien ratkaisujen kehittämisessä. Tässä alueessa haasteena on suuremman optisen kontrastin saavuttaminen ohutkalvomateriaalien välillä paremman resoluution aikaansaamiseksi. Olemme demonstroineet ainutlaatuisen FPI-rakenteen, jossa peilit koostuvat piistä ja ilmasta, tarjoten näin sekä laajan toiminta-alueen että merkittäviä parannuksia muihin tämän aallonpituusalueen säädettäviin suotimiin nähden [10, 11]. Kyseisestä FPI-rakenteesta kirjoitettu artikkeli nimettiin Journal of Micromechanics and Microengineering -lehden vuoden 2012 kohokohdaksi. Olemme hiljattain demonstroineet myös ensimmäiset FPI-sirut näkyvän- ja NIR-allonpituusalueen (LNIR) välille [11]. Yksi tämän aallonpituusalueen eduista on piihin perustuvien detektoreiden käytön mahdollisuus, mikä tarjoaa herkän ja kustannustehokkaan vaihtoehdon termopari- ja InGaAs-detektoreihin verrattuna. Käsikäyttöiset miniatyyrihyperspektrikamerat, jotka toimivat alemmalla NIR-alueella, voivat luoda potentiaalisia mahdollisuuksia monien uudentyyppisten terveysalan sovellusten kehittämiseen, kuten ihosyövän detektointiin, endoskopiaan, kudosten happisaturaation (diabetes) mittaamiseen sekä esimerkiksi hampaiden, ihon ja verisuonten analysointiin.


Käsikäyttöinen hyperspektrikamera.

Instrumentteja monenlaisiin käyttötarkoituksiin Tavoitteenamme on viime vuosina ollut tuoda esiin FPI-teknologian hyötyjä toteuttamalla demonstraattoreita sekä instrumentteja erilaisiin käyttötarkoituksiin. MOEMS-mikrospektrometrejä on sovellettu kompakteihin hiilivetyanalysaattoreihin [12] (kuva 5) sekä kaasujen (esimerkiksi asetonin) mittaamiseen termisellä infrapuna-alueella [13]. Uusinta teknologiaamme kaasuanalysaattoreiden osalta edustaa erittäin herkkä ja laaja-apertuurinen pietsosähköinen FPI-alusta MIR-alueelle. Ensimmäinen demonstraattori toimii aallonpituudella 4–5 µm, ja toinen demoalusta on korrelaatiospektroskopiaa varten, jossa interferometri antaa kampamaisen transmissiokuvion aallonpituusalueella 4,7– 4,8 µm. Hyperspektrikameroissa yhdistyy kaksi merkittävää analyysimenetelmää: tilan hahmottaminen ja spektri-informaatio. Nykyisin markkinoilla olevat hyperspektrikamerat ovat yleensä erittäin kalliita, usein hinnaltaan yli 50 000– 100 000 dollaria. VTT:n hyperspektrikamerat ovat pieniä, käsikäyttöisiä ja huomattavasti edullisempia, etenkin silloin, jos niitä voidaan valmistaa sarjatuotantona. Tämä koko- ja hintaluokka luo uusia mahdollisuuksia löytää teknologialle uusia käyttötarkoituksia. VTT:n hyperspektrikamerat ovat jo löytäneet tiensä monenlaisiin sovelluksiin, kuten maa- ja metsätaloudessa sekä ympäristömittauksissa käytettyihin lennokkeihin [15, 16], Aalto-1 nanosatelliittiohjelmaan [17], rikospaikka­tutkimukseen [18] sekä kemialliseen kuvantamiseen teollisuudessa. Lääketieteen

KUVA 5.

Hiilivetyanalysaattori.

Kuva: Sami Tirkkonen

KUVA 4.

ANNA RISSANEN Anna Rissanen toimii tiimipäällikkönä MOEMS ja BioMEMS Instrumentit -tiimissä VTT:llä. Hän valmistui vuonna 2003 diplomi-insinööriksi Teknillisen korkeakoulun sähkötekniikan osastolta ja väitteli tohtoriksi Aalto yliopistolta vuonna 2012 pääaineenaan biomikrosysteemit. Hänen tutkimustyönsä kohteena on optisten MEMS Fabry-Perot interferometrirakenteiden suunnittelu ja prosessi-integraation kehitys sekä poikkitieteellinen tutkimus. Rissasella on yli 22 tieteellistä julkaisua sekä patentoitavia keksintöjä.

VTT Impulssi  41


SPEKTRIKUVANTAMISESTA TULEVAISUUDEN LIIKETOIMINTAMAHDOLLISUUKSIA YMPÄRISTÖ- JA KULUTTAJASOVELLUKSIIN.

KUVA 6.

UV-FPI Raman-kuvantamisjärjestelmä.

Lähteet

Malinen, J. MEMS- and MOEMS-

[8] Rissanen, A., Kantojärvi, U.,

[1] Blomberg, M., Torkkeli, A., Lehto,

Based Near-Infrared Spectrome-

Blomberg, M., Antila, J., Eränen,

A., Helenelund, C., Viitasalo, M.,

ters. Encyclopedia of Analytical

S., “Monolithically integrated

“Electrically tuneable micromachin-

Chemistry. 1–36. (2014).

microspectrometer-on-chip based

ed fabry-perot interferometer in gas

on tunable visible light MEMS FPI”,

analysis”, Physica Scripta. Vol. T69,

[5] Blomberg, M., Kattelus, H.,

Sens. Act., A, Vol. 182, 130 – 135,

119 – 121, (1997).

Miranto, A., “Electrically tunable

(2012).

surface micromachined Fabry-Pe[2] Antila J., Miranto, A., Mäkynen,

rot interferometer for visible light”,

[9] Tuohiniemi, M., Blomberg, M.,

J., Laamanen, M., Rissanen, A.,

Sen. Act. A, Vol. 162 ( 2), 184 – 188,

Akujärvi, A., Antila, J., Saari, H.,

Blomberg, M., Saari, H., Malinen, J.,

(2010).

“Optical transmission performance

“MEMS and piezo actuator based

of a surface-micromachined Fabry-

Fabry-Perot interferometer techno-

[6] Rissanen, A., Akujärvi, A.,

Pérot interferometer for thermal

logies and applications at VTT,”

Antila, J., Blomberg, M., Saari, H.,

infrared” J. Micromech. Microeng.

Proc. SPIE 7680, 76800U (2010).

“MOEMS miniature spectrometers

Vol. 22(11), 115004, (2012).

using tunable Fabry- Perot interfe[3] Rissanen, A., Broas, M., Hokka,

rometers,” J. Micro/Nanolith. MEMS

[10] Tuohiniemi, M., Näsilä, A., Mä-

J., Mattila, T.; Antila, J., Laamanen,

MOEMS 11(2), 023003/1 – 6 (2012).

kynen, J., “Characterization of the

M., Saari, H., ”Robustness and

tuning performance of a micro-ma-

reliability of MOEMS for miniature

[7] Antila, J., Kantojärvi, U., Mannila,

chined Fabry-Pérot interferometer

spectrometers,” Proc. SPIE 8614,

R., Rissanen, A., Näkki, I., Ollila, J.,

for thermal infrared”, J. Micromech.

861409 (2013).

Saari, H., ” Spectral imaging device

Microeng. Vol. 23 (7), 075011, (2013).

based on a tuneable MEMS Fabry[4] Antila, J., Tuohiniemi, M.,

Perot interferometer,” Proc. SPIE

[11] Rissanen A., Mannila, R.,

Rissanen, A., Kantojärvi, U., Lahti,

8374, 8374-15 (2012).

Tuohiniemi M., Akujärvi, A., Antila,

M., Viherkanto, K., Kaarre, M. and

42  VTT Impulssi

J., ”Tunable MOEMS Fabry-Perot


sovellukset tarjoavat erityisen mielenkiintoisia käyttökohteita spektrikameroille: lupaavia tuloksia on jo saavutettu muun muassa silmänpohjakameran käytöstä glaukooman ja diabeteksen toteamiseen [19] sekä hyperspektrikameran käytöstä ihosyövän havaitsemiseen [20]. VTT on kehittänyt myös aiemmin toteuttamattomia UV-alueen FPI-ratkaisuja, joiden spektrin erottelukyky riittää erittäin pienten ainejälkien havaitsemiseen. Ruotsalainen puolustusalan tutkimuslaitos Totalförsvarets forskningsinstitut (FOI) on yhdessä VTT:n kanssa kehittänyt UV-aallonpituusalueella toimivan järjestelmän, joka pystyy erottelemaan tarkasti Raman-siirtymiä. Kyseiselle aallonpituusalueelle ei ole saatavissa vastaavia kaupallisia järjestelmiä [21]. Kuvassa 6 esitetty järjestelmä perustuu VTT:n kehittämään kompaktiin korkean resoluution (~0,2 nm @ FWHM) UV-FPIsuotimeen. UV-FPI-moduulin stabiili toiminta vaihtelevissa ympäristöolosuhteissa on saatu aikaan kontrolloimalla moduulin lämpötilaa ja käyttämällä FPI-moduulin ilmaraon takaisinkytkettyä säätöä kapasitiivisen mittauksen avulla.

Tulevaisuuden teknologialiiketoimintaa Perimmäinen tavoitteemme on luoda FPI-teknologiaan perustuvaa liiketoimintaa ja rakentaa kansainvälisiä arvoketjuja, jotka hyödyttävät suomalaista teollisuutta. Jotta Suomeen saataisiin myös kasvavaa liiketoimintaa ja uusia työpaikkoja, VTT:n spin off -yritys Spectral Engines aloittaa toimintansa keväällä 2014. Se tarjoaa NIR- ja MIR-alueen spektriantureita teollisten prosessien hallintaan, kaasujen mittaamiseen ja kannettaviin kenttäanalysaattoreihin. Suunnitteilla on myös projekti suomalaisten teollisuusalan kumppaneiden kanssa NIR FPI -elementtien sarjatuotannon kasvattamiseksi autoteollisuuden sovellusten vaatimaan suureen tuotantovolyymiin. Spektrometrien miniatyrisointi luo potentiaalia toteuttaa ratkaisuja niin vaativiin avaruustutkimuksen ja lääketieteen sovelluksiin kuin massavalmistettaviin terveys- ja hyvinvointituotteisiin tai älykkäämpiin mobiililaitteisiin. Ehkäpä tulevaisuudessa seuraava uusi, merkittävä liiketoimintamahdollisuus syntyy kuluttajasovelluksiin toteutetuista spektrikameroista. n

interferometer for miniaturized

gas spectroscopy at mid-IR”, Proc.

kainen, T., ”Using VIS/NIR and IR

spectral sensing in near-infrared ”,

SPIE. 8992, 89920C. (2014).

spectral cameras for detecting and

Proc. SPIE 8977, 89770X (2014).

separating crime scene details”, [15] Saari, H., Pölönen, I., Salo, H.,

Proc. SPIE 8359, 83590P (2012).

[12] Mannila R., Tuohiniemi , M.,

Honkavaara, E., Hakala, T., ”Minia-

Mäkynen, J., Näkki, I., Antila, J.,

turized hyperspectral imager calib-

[19] Kaarre, M., Kivi, S., Panouillot,

”Hydrocarbon gas detection with

ration and UAV flight campaigns ”,

P.-E., Saari, H., Mäkynen, J., Sorri,

microelectromechanical Fabry-

Proc. SPIE 8889, 88891O (2013).

I., Juuti, M., AIP Conf. Proc., Vol.

Perot interferometer ”, Proc. SPIE 8726, 872608 (2013).

1537, 231 – 237 (2013). [16] Pölönen, I., Saari, H., Kaivosoja, J., Honkavaara, E., Pesonen,

[20] Saari H., Neittaanmäki-

[13] Mäkynen , J., Tuohiniemi, M.,

L., ”Hyperspectral imaging based

Perttu, N., Pölönen, I., ” VTT’s

Näsilä, A., Mannila, R., Antila, J.,

biomass and nitrogen content

hyperspectral camera shows

”MEMS Fabry-Perot interferometer-

estimations from light-weight UAV ”,

promising results in detection of

based spectrometer demonstrator

Proc. SPIE 8887, 88870J (2013).

skin field cancerization”, VTT press

for 7.5 μm to 9.5 μm wavelength

release 26.2.2014, http://www.vtt.fi/

range ”, Proc. SPIE 8977, 89770U

[17] Mannila, R., Näsilä, A., Viher-

news/2014/26022014_hyperspektri-

(2014).

kanto, K., Holmlund, C., Näkki, I.,

kamera.jsp?lang=en

”Spectral imager based on Fabry[14] Kantojärvi, U., Varpula, A., An-

Perot interferometer for Aalto-1

[21] Glimtoft, M., Bååth, P., Östmark

tila, T., Holmlund, C., Mäkynen, J.,

nanosatellite ”, Proc. SPIE 8870,

, H., Saari, H., Mäkynen, J., Näsilä,

Näsilä, A., Mannila, R., Rissanen,

887002 (2013).

A., “Towards eye-safe standoff

A., Antila, J., Disch, R., Waldmann,

Raman imaging systems”, accepted

T., ”Compact large-aperture Fabry-

[18] Kuula, J., Pölönen, I., Puuppo-

paper, SPIE Proceedings 9072,

Perot interferometer modules for

nen, H.-H., Selander, T., Reini-

(2014).

VTT Impulssi  43


TEKNOLOGIA Hyperspektrikamera havaitsee ihosyövän esiasteet

Matkustajaliikenne sujuvammaksi itärajan yli HELSINGIN JA PIETARIN välinen älyliikennekäytävä tuo uusia palveluja

matkustajille, yksityisautoilijoille ja joukkoliikenteelle. VTT:n ja Vediafi Oy:n johdolla kehitetty VEDIA-monipalvelu yhdistää uudet mobiilipalvelut, jotka sujuvoittavat itärajan ylittävää matkustajaliikennettä. Rajanylittäjien keskeisiksi ongelmiksi on havaittu muun muassa verkkovierailujen hinta ja toimintavarmuus, liikenne- ja tiesäätiedon saatavuus koko matkan ajalta sekä palveluiden käytettävyys ja saatavuus eri kielillä. VEDIA-monipalvelu on keskeinen osa Helsinki–Pietari-älyliikennekäytävän suomalais-venäläistä älyliikenteen kärkihanketta. Hankkeessa luodaan viranomaisten, tutkimuslaitosten ja yritysten yhteistyönä uusia älykkäitä liikennepalveluja rajan ylittävälle matkustajaliikenteelle. Raideliikenteen käyttäjien verkkovierailuihin liittyviä ongelmia vähennetään tuomalla internetyhteys ja VEDIA-palvelut ilmaiseksi saataville Allegrojuniin sekä Vaalimaan raja-asemalle. Palvelut toteutetaan VR:n junaverkossa langattomasti junamatkustajien käytettäväksi älypuhelimilla ja kannettavilla. Ensi vaiheessa palvelut avautuvat tie- ja raideliikenteen käyttäjille, mutta tulevaisuudessa myös muita liikennemuotoja hyödyntäville matkaketjuille.

VTT on kehittänyt kevyen ja erittäin tarkan hyperspektrikameran ihosyövän havaitsemiseen. Kamera pystyy tunnistamaan ihon pinnalta ihosyövän esiasteet, joita ei paljaalla silmällä pysty näkemään. Pilottivaiheen tutkimuksessa yhteistyökumppaneina ovat olleet Jyväskylän yliopisto, Päijät-Hämeen keskussairaala ja HYKSin Iho- ja allergiasairaala. Alustavat tulokset ovat olleet lupaavia.

12

neliösenttimetriä on hyperspektrikameran kuvausalue. Laajoja ihoalueita voidaan näin kuvantaa kerralla.

Levä kasvamaan Suomen oloissa VTT:n koordinoimassa ALGIDA-projektissa on tutkittu, miten levän kasvatusta voidaan Suomen olosuhteissa edistää. Levästä voidaan Suomessakin muun muassa tuottaa biokemikaaleja ja biopolttoaineita. Projekti osoitti, että kasvatus on mahdollista, kun hiilidioksidin lähteenä on kesällä ilma ja teollisuuspäästöt. Talvella kasvuravintona olisi jätesokeri. 44  VTT Impulssi


Kuva: Asqella

Turvatarkastuksen uusi aika teknistieteellisiin läpimurtoihin pohjautuvan passiivisen terahertsikuvannusteknologian, joka mahdollistaa kätkettyjen esineiden etähavaitsemisen. Yhtiö on saanut lähes miljoonan euron rahoituksen bisnesenkeleiltä, VTT Ventures Oy:ltä ja Tekesiltä. Nopeille uusille turvatarkastusmenetelmille on kysyntää esimerkiksi hävikinestossa sekä tapahtumien ja julkisten tilojen turvatarkastuksissa. Asqellan kamerat tulevat markkinoille vuoden 2014 aikana.

– Koska tuotteemme ei säteilytä kuvattavia kohteita, ei terveysriskejä ole. Saamamme rahoitus nopeuttaa tuotekehitystä ja auttaa markkinoille pääsyä. Markkinat ovat maailmanlaajuiset, kertoo Asqellan toimitusjohtaja ja perustaja Arttu Luukanen, joka toimi aikaisemmin VTT:n tutkimusprofessorina, aihealueinaan mikro- ja nanosysteemit. Asqellan tiimiin kuuluvat Aleksi Tamminen (vas.), Tom Tagliavia, Arttu Luukanen (keskellä), Mikko Leivo ja Anssi Rautiainen.

TEKNOLOGIA

VTT:N SPIN-OFF-YRITYS Asqella Oy kaupallistaa

VTT Impulssi  45


TEKNOLOGIA

Korkea hightech-osaaminen, vahva tutkimustoiminta sekä kannustava yrittäjyysilmapiiri vievät Suomea älyliikenteen maailmanmarkkinoille. Teksti Ari Rytsy Kuvat Ari Ijäs

46  VTT Impulssi

Äly


AVAINHENKILÖT Matthias Schulze, Jukka Laitinen, Raine Hautala AVAINVIESTI Vahva tutkimustoiminta ajaa Suomea kohti maailmanmarkkinoita älyliikenteen osaajaana. VTT:N KONTAKTI Jukka Laitinen, Raine Hautala LISÄTIETOJA www.vtt.fi

liikenteestä

suomalaisia vientivaltteja VTT Impulssi  47

TEKNOLOGIA

AVAINSANAT Älyliikenne, DRIVE C2X, eCall-hätäviestipalvelu, TransSmartkärkiohjelma


VTT:n Tampereella sijaitsevalla testipaikalla kokeilllaan sää- ja kelitietojärjestelmän toimivuutta.

Y

ksi viime aikojen merkittävimpiä älyliikenteen tutkimushankkeita on vuoden 2011 alussa käynnistynyt DRIVE C2X, jossa testataan ja kehitetään uusia, ajoneuvojen väliseen tiedonvaihtoon pohjautuvia älykkään liikenteen palveluja. Tänä vuonna päätökseen saatavan hankkeen näkyvyyttä on lisännyt sen osanottajakaarti, johon lukeutuu eurooppalaisten tutkimuslaitosten lisäksi joukko eurooppalaisia autonvalmistajia. VTT on hankkeen suurin toimija 2,1 miljoonan euron budjetilla ja työmäärällä mitattuna. Koordinointivastuun on kantanut saksalainen henkilö- ja hyötyajoneuvojen valmistaja Daimler. 48  VTT Impulssi

– Daimler on ajanut aktiivisen liikenneturvallisuuden kehittämistä jo pidemmän aikaa. Uskomme, että sitä voidaan edistää lisäämällä ajoneuvojen ja liikenneinfrastruktuurin välistä tiedonsiirtoa, sanoo Daimler AG:n tutkimustoiminnan Senior Manager Matthias Schulze. Schulze kiittelee vuolaasti VTT:n kanssa tehtyä yhteistyötä sekä suomalaisia testiolosuhteita, joita hyödynnettiin viimeksi marras-joulukuussa 2013. VTT:n Tampereella sijaitsevalla testipaikalla kokeiltiin sää- ja kelitietojärjestelmän toimivuutta yli 80 kuljettajan voimin. Testeissä ajoneuvoihin välitettiin ennakkotietoa muun muassa liukkaista teistä sekä tulevista liikennemerkeistä noin 400–500 metriä etukäteen. Informaatiota siirrettiin sekä eri a­ joneuvojen


”KIINNOSTAVA TUTKIMUSALUE LIITTYY AUTOMATISOITUUN AJAMISEEN.”

että liikenneinfran välillä. VTT huolehti testiprojektin ohjauksesta, datan keruusta ja sen analysoinnista, joka saadaan päätökseen kuluvan kevään aikana. DRIVE C2X -hankkeen liikenne­ testejä on toteutettu myös esimerkiksi Saksassa, Ranskassa ja Italiassa. – Tavoitteena on ollut huomioida kaikki urbaanin liikenteen eri muodot. Suomi sopi hyvin yhdeksi testipaikaksi luonnollisten talviolosuhteidensa ansioista. Kyseisiä testejä olisi ollut vaikea toteuttaa Saksassa, Schulze toteaa. Helsinki-Pietari-älykäytävä laajenemassa VTT on mukana parhaillaan käynnissä olevassa Helsinki-Pietari-älykäytävähankkeessa, joka pyrkii edistämään älyliikenteen palvelujen

syntymistä Suomen ja Venäjän välille. Toteutettavien pilottien joukkoon lukeutuvat liikkujan reaaliaikainen sää- ja kelipalvelu, liikenteen häiriötietopalvelu, junaliikenteen käyttäjille tarkoitettu joukkoliikenteen infopalvelu sekä joukkoliikennetiedot molemmissa kaupungeissa. Turvallisen ja sujuvan liikenteen ohella hankkeella pyritään vauhdittamaan uutta älyliiketoimintaa sekä luomaan edellytyksiä palveluntuottajien liikennedatan avaamiselle. Pilotin päättyminen ajoittuu kesäkuulle 2014, jolloin sen tuloksia esitellään Helsingissä järjestettävässä ITS Europe -älyliikennekonferenssissa. VTT on mukana havainnollistamassa suomalaista tutkimusosaamista useiden eri demonstraatioiden voimin. – Keskusteluja on käynnissä älykäytävähankkeen laajentamisesta Ruotsiin ja Moskovaan sekä pidemmällekin. Henkilöliikenteen lisäksi vastaavia palveluja kaivataan tavara- ja meriliikenteeseen sekä logistiikkaan. Venäjällä on myös kiinnostusta yleiseurooppalaisen eCallhätäviestipalvelun ja paikallisen ERA-Glonasshätäviestijärjestelmän yhteensopivuuden varmistamiseen sekä niiden nykyistä laajempaan hyödyntämiseen, kertoo VTT:n tutkimustiimin vetäjä Jukka Laitinen. Suomi on monella tapaa ainutlaatuisessa asemassa EU:n ja Venäjän välillä tapahtuvan älyliikennekehityksen suhteen. Uusia ja valtakuntien rajoja ylittäviä palveluita halutaan molemmissa leireissä. Niiden toteuttamisen lähtökohtana toimii suomalaisten hyvä keskusteluyhteys Venäjälle. – Siellä suunnalla vastaan tulee joskus yllättäviä hidasteita. Niistä huolimatta meillä on vankka rooli Venäjän ja EU:n välisissä älyliikennehankkeissa, vahvistaa Laitinen. Teknisesti VTT:n vahvuudet löytyvät olosuhdetietoa keräävän optisen anturiteknologian sekä liukkauden tunnistuksen saralta. Niistä johdettavien kaupallisten älyliikennesovellusten kenttä on erittäin laaja, joten seuraavaa navigaattorin kaltaista hittituotetta on vaikea ennustaa. – Suomessa on teknisiä valmiuksia moneen. Pystymme esimerkiksi tuottamaan erilaisiin palveluihin runsaasti aikataulu- ja liikennetietoja. Näitä mahdollisuuksia tulee koko ajan enemmän uusien tietolähteiden avautuessa. Älyliiketoimintaa ajatellen paljon suurempi kysymys o ­n se, mistä kuluttajat ovat valmiita maksamaan, Laitinen pohtii. VTT Impulssi  49


Haasteista huolimatta Schulze uskoo, että vuonna 2020 yhä useampi tienkäyttäjä hyödyntää älyliikenteen tarjoamia palveluja. Hänen mukaansa autonvalmistusalalla vallitsee yhteinen tahtotila nykyaikaisten ratkaisujen tuomiseksi massatuotantoautoihin. Tässä vaiheessa on olennaista, että eri toimijat sitoutuvat investoimaan uuteen infraan, laitteisiin ja teknologiaan. – Haluamme jatkaa älyliikenteen mahdollisuuksien selvittämistä. Yksi kiinnostava tutkimusalue liittyy automatisoituun ajamiseen, johon olemme hakemassa EU-rahoitusta yhdessä VTT:n kanssa, kertoo Schulze. Liikenneturvallisuutta ja tiesääosaamista Älyliikenteessä on kyse arjen perustoimintoja helpottavista ja edistynyttä teknologiaa hyödyntävistä palveluista, joiden kehittäminen perustuu ihmisten tarpeisiin ja odotuksiin. Ihmiset käyttävät hyödylliseksi kokemiaan vapaaehtoisia palveluja sopien niiden käytöstä sekä paikannusja muista ehdoista palveluntarjoajien kanssa. Oma lukunsa ovat viranomaispalvelut, joiden yhteydessä on huolehdittava muun muassa yksityisyydensuojaan liittyvistä asioista. Esimerkki liikenneturvallisuutta parantavasta viranomaispalvelusta on yhteiseen eurooppalaiseen hätänumeroon 112 perustuva eCall-hätäviestipalvelu, joka otetaan käyttöön EU:n jäsenvaltioissa viimeistään vuonna 2017. Siitä eteenpäin se tulee olemaan pakollinen kaikissa uusissa tyyppihyväksyttävissä henkilö- ja pakettiautomalleissa. Onnettomuuden tapahtuessa autossa olevat sensorit havaitsevat törmäyksen ja ajoneuvolaite lähettää hätäkeskukselle automaattisesti auton tarkan sijainnin sekä muut pelastustoimien kannalta olennaiset tiedot. Samalla eCall avaa puheyhteyden auton ja hätäkeskuksen välille. VTT on kehittänyt eCall-järjestelmää noin 10 vuoden ajan yhdessä Euroopan komission, jäsenvaltioiden, teollisuuden, viranomaisten ja muiden tutkimuslaitosten kanssa. Viimeisin yhteistyöponnistus oli vuosille 2011–2014 ajoittunut HeERO-hanke, johon osallistui 15 maata ja 82 partneria. – eCall luo liiketoimintamahdollisuuksia raskaan liikenteen ja ennen vuotta 2017 tyyppihyväksyttyjen henkilö- ja pakettiautojen jälki­ asennuksen parissa. Niitä voidaan toteuttaa esimerkiksi osana tienkäyttäjien vapaaehtoisia ja kaupallisia palvelupaketteja, sanoo Trans­ Smart-kärkiohjelman Liikennepalvelut-teeman vetäjä Raine Hautala. 50  VTT Impulssi

”MENESTYKSEEN VAADITAAN RUNSAASTI TUTKIMUSTA.”

Älyliikenteen palveluiden kehittämisessä piilee monia win-win-tilanteita, joissa edistetään liikenneturvallisuutta ja liikenteen sujuvuutta sekä luodaan suomalaisille yrityksille uusia vienti- ja liiketoimintamahdollisuuksia. Tästä hyvänä esimerkkinä ovat tiesäähän ja sen mittausteknologiaan sekä talvikunnossapitoon liittyvät älykkäät ratkaisut ja palvelut. Suomessa on paljon kyseiseen palvelukokonaisuuteen kuuluvaa huippuosaamista. Tieliikenteen snow how’ta on viety eteenpäin muun muassa FIRWE-projektissa yhdessä Arctic Machinen, Forecan, Teconerin ja Vaisalan sekä Oulun yliopiston kanssa. – On ollut hienoa kehittää tätä tuote- ja palvelukokonaisuutta alan huippujen kanssa. ­Korkealaatuisen tiesääosaaminen ja talvihoidon ansiosta Suomen tiet ja lentokentät pysyvät toimintakunnossa haastavissakin olosuhteissa, mikä on herättänyt kansainvälistä kiinnostusta esimerkiksi Englannissa. Äärisääilmiöiden lisääntyessä tämän osaamisen liiketoimintapotentiaali tulee kasvamaan, uskoo Hautala. Lukuisista muista käytännön sovelluksista VTT on ollut mukana kehittämässä muun muassa Vaisalan tiesääasemaa sekä pari vuotta sitten kaupallistettua ja viranomaiskäyttöön tarkoitettua liikennevalvontajärjestelmää, joka helpottaa tienkäyttäjien tekemien rikkeiden havaitsemista. – Älyliikenteen tutkimukseen sopivia yrityskumppaneita on löytynyt kohtuullisen hyvin. Ala on osoittanut omaavansa hyvää kasvupotentiaalia. Tosin peliteollisuuden menestystarinat ovat antaneet hieman väärän kuvan tämän


Älyliikenteessä on kyse arjen perustoimintoja helpottavista ja edistynyttä teknologiaa hyödyntävistä palveluista.

s­ ektorin mahdollisuuksista. Älyliikenteessä on huomattavasti vaikeampi saavuttaa miljoonaluokan pikavoittoja. Menestykseen vaaditaan ensinnäkin runsaasti tutkimusta, korostaa Laitinen. – Mukana on oltava myös riittävästi tietoa palvelujen vaikuttavuudesta ja niiden hyödyistä, joiden arviointi ja todentaminen ovat VTT:n ominaisia vahvuuksia, jatkaa Hautala. Liikkumisen muutos luo uusia mahdollisuuksia Automatisoidun ajamisen lisäksi tulevaisuus tuo tullessaan muita liikkumisen välineitä ja tapoja, jotka luovat pohjaa uudelle liiketoiminnalle. Hautalan mukaan käynnissä on merkittävä systeeminen muutos, joka mahdollistaa älykkäämmän ja vähähiilisemmän liikkumisen sekä olemassa olevan liikenneinfran tehokkaamman hyödyntämisen. – Tämä muutos tuo myös uusia tilaisuuksia suomalaiselle teollisuudelle ja tutkimukselle. Tässä prosessissa viranomaisilla on tärkeä rooli ketterien kokeilujen ja käyttäjäkeskeisten ratkaisujen käyttöönoton nopeuttamisen mahdollistajana, hän pohtii.

Eri lähteistä saatavilla olevien tietojen nykyistä jouhevampi integrointi ja tehokkaampi hyödyntäminen helpottavat erilaisten matkaketjujen linkittämistä sekä uusien palvelukonseptien toteuttamista Mobility-as-a-Serviceperiaatteen mukaisesti. Tämä tarkoittaa sitä, että tarve auton omistamiselle ja pysäköintipaikkojen rakentamiselle vähenee, ja että viranomaiset ostavat nykyistä enemmän palvelua ja palvelutasoa liikenneongelmien ratkaisemiseksi kalliin infrarakentamisen asemesta. Tavallinen matkustaja voi puolestaan suunnitella helposti automatkansa sopivalle juna-asemalle, varata sieltä autolleen pysäköintipaikan sekä varmistaa tarvittavat jatkoyhteydet lähimmälle lentokentälle. – Vaikka suomalaisella teollisuudella on selkeää vientipotentiaalia älyliikenteen saralla, niin sen realisoiminen vaatii paljon työtä ja uusia instrumentteja. VTT pyrkii kehittämään näitä instrumentteja yritysten, viranomaisten ja muiden yhteistyökumppaneiden kanssa muun muassa älyliikenteen ITS Finland -verkoston puitteissa, sanoo Hautala. n VTT Impulssi  51


TEKNOLOGIA

AVAINSANAT Spin-off-yritykset, Asqella, Posterfy, VTT Ventures AVAINHENKILÖT Antti Sinisalo, Arttu Luukanen, Mikko Leivo, Anssi Rautiainen, Aleksi Tamminen, Juha Karnasaari, Kari Hjelt, Tomi Mattila, Oskari Heikel, Olli Paloheimo, Tuomas Kannas AVAINVIESTI VTT:n tavoitteena on kaupallistaa syntyneitä tuloksia. VTT:N KONTAKTI Antti Sinisalo LISÄTIETOJA www.vtt.fi

Tuottoa

sijoituksille Mitä syntyy, kun pistetään yhteen hyvä idea ja pari enkeliä? Tuloksena on uutta yritystoimintaa ja kasvua Suomelle. Siksi VTT auttaa aktiivisesti tutkijoitaan kehittämään innovaatioista uutta liiketoimintaa ja tukee spin-offyritysten alkuunpääsyä. Teksti Milka Lahnalammi-Vesivalo Kuvat Posterfy, Asqella

V

uoden 2013 aikana VTT:ltä ponnisti matkaan yhteensä viisi spin-off-­ yritystä. ­ – Asqella ja Posterfy edustavat kahta ääripäätä meiltä lähteneistä spinnoista. Asqella on hyvin erikoistuneen korkean teknologian yritys, Posterfyn vahvuus taas on nimenomaan liiketoimintamallissa, VTT Venturesin toimitusjohtaja Antti Sinisalo kuvailee. VTT Ventures on osa VTT:tä ja sen rooli VTT:n kokonaistehtävässä on synnyttää uutta yritystoimintaa teknologia-alalle. VTT on kuitenkin sijoittaja siinä missä muutkin. 52  VTT Impulssi

– Riskitaso sijoituksilla on korkea, joten odotamme saavamme myös korkeaa tuottoa sijoituksillemme, Sinisalo linjaa. VTT:n tavoitteena on kaupallistaa syntyneitä tuloksia, ja usein ne hyödyntyvät olemassa olevien yritysten toiminnassa joko toimeksiantotutkimuksen tuloksina tai esimerkiksi lisensoinnin kautta. Välillä kuitenkin syntyy tuloksia, jotka eivät sellaisenaan ole vielä kypsiä markkinoille. – Usein tällaiset tulokset vaativat investointeja, jotta ne saadaan jalostettua kaupallisiksi tuotteiksi. Tässä hyvä mekanismi on spinnaus, Sinisalo toteaa. Niin spin-offin kuin lisensoinnin edellytys kuitenkin on, että kaupallistettava investointi tuo riittävästi lisäarvoa markkinoille. – Emme voi lähteä kaupallistamaan pieniä parannuksia olemassa olevaan teknologiaan. Kaupallistettavan teknologian ympärille on oltava mahdollista perustaa kokonainen liiketoiminta. VTT on kaupallistettavassa teknologiassa aina ensimmäinen sijoittaja, joko yksin tai yhdessä muiden kanssa. VTT voi myös siirtää perustettaviin yhtiöihin IPR:ää, auttaa liiketoimintamallin rakentamisessa, strategian luomisessa sekä yhteistyökumppanien ja rahoittajien löytämisessä. – Näille yrityksille merkitsee paljon, että ne saavat meiltä tukea ja oikeuden hyödyntää tarvittavaa teknologiaa. Myös mukanaolomme sijoittajana tuo uusille yrityksille uskottavuutta, ­Sinisalo sanoo.


TEKNOLOGIA

ASQELLAN TERAHERTSIKAMERAT EROTTAVAT ETÄÄLTÄ, ONKO VAATTEIDEN ALLA ESINEITÄ.

Asqella vie turvateknologiaa maailmalle Tutkijoilta edellytetään kykyä hakea tutkimuksensa tuloksilla kaupallista lisäarvoa. Näin orientoituneet tutkijat siirtyvät luontevasti yrittäjiksi ja luovat uutta liiketoimintaa Suomeen. Asqellan toimitusjohtaja ja spin-off-yrittäjä Arttu Luukanen on tutkinut teknologiaa VTT:llä ja maailmalla kauan ja pyrkinyt alusta asti saamaan aikaan kaupallistettavia tuloksia. Ajatuksena on ollut, että jos kaupallista hyödyntäjää ei ole valmiina, on mahdollisuus perustaa itse yritys. – Tutkijan on onnistuttava nyrjäyttämään itsensä liiketoimijaksi, joka ei jää liikaa jumiin yksityiskohtiin, Luukanen muistuttaa. Toisaalta entisenä tutkijana hän ymmärtää, että asiat pitää selvittää perusteellisesti. Terahertsikamerat näkevät vaatteidesi alle Luukasen yrityksen, Asqellan, on perustanut entiset VTT:läiset Luukanen, Mikko Leivo ja Anssi Rautiainen. Hiljattain Asqellaan tuli myös Aallosta tuore tohtori Aleksi Tamminen. – Kesti oman aikansa rakentaa sellainen liike­ toimintasuunnitelma, jonka ympärille voi yrityksen perustaa. Tässä hommassa ei riitä pari tuolia ja tietokone, vaan on investoitava rautaan, Luukanen toteaa. Asqella aloitti toimintansa vuoden 2013 lopussa neljän bisnes-enkelin, VTT Venturesin ja Tekesin rahoituksen turvin. Asqella kehittää ja valmistaa terahertsikameroita, jotka pystyvät etäältä erottamaan, onko ihmisellä esineitä vaatteiden alla. Kuva muodostuu esineiden aiheuttamista muutoksista ihmisen luonnollisessa terahertsisäteilyssä. Kameraa voidaan käyttää esimerkiksi ilman kosketusta

Terahertsikamera tulee markkinoille vuoden 2014 aikana.

t­ apahtuviin turvatarkastuksiin julkisissa tiloissa, isoissa tapahtumissa, joukkoliikenteessä tai vaikkapa kauppojen henkilökunnan poistumisreiteillä. Aikanaan kohti säädeltyjä markkinoita Mahdollisia asiakkaita Asqellalle ovat turvallisuusalan toimijat, isot tapahtumat, viranomaiset ja lentokentät. – Lentokenttäbisnes on isoin yksittäinen markkina, mutta sinne on vaikea päästä, sillä siellä vaaditaan kalliita ja aikaavieviä sertifiointeja, Luukanen toteaa. – Pyrimme ensin saamaan liiketoiminnan käyntiin pienempien toimijoiden kanssa, jonka jälkeen voimme panostaa lentokenttien ja viranomaisten vaatimiin sertifiointeihin. Asqellalla onkin vahvat markkinat myös kansain­välisesti. – Yksi sijoittajistamme toimii Singaporessa ja avaa meille markkinoita Aasiaan. Myös lähiidässä ollaan kiinnostuneita tämäntyyppisestä turvallisuusteknologiasta. Luukanen korostaa markkinointi- ja myyntipanostusten merkitystä, ja Asqellalle onkin juuri palkattu turvallisuusliiketoiminnan kokemusta omaava myyntipäällikkö myös Yhdysvaltoihin. –Meillä on tavoitteena tämän vuoden aikana saavuttaa puolen miljoonan myynti ja noin 1-4 asiakasta. Seuraavana vuonna olisi tarkoitus nelinkertaistaa liikevaihto. VTT Impulssi  53


Mainoksia käsiä kuivatessa Mitä jos kauppakeskuksen wc:ssä käsiä kuivatessasi et tuijottaisikaan annostelijan valkoista kantta, vaan näkisit pyyheannostelijan kannessa mainoksen? VTT:n teknologiaosaajat ja mainostoimisto HeyDayn innovaattorit perustivat ­Posterfyn ja toivat mainostilan Lindströmin käsipyyheannostelijoihin. Lindströmin konttorissa Helsingin Kalasatamassa hygieniapalveluiden tuotepäällikkö Juha Karnasaari esittelee wc-tiloista tuttujen pyyhe­ annostelijoiden design-kansia. – Kuivatessasi käsiä kangaspyyhkeeseen olet konkreettisesti sidoksissa myös annostelijan kanssa. Paperiin kuivatessa huomio kohdistuu välittömästi roskakorin etsimiseen, kun taas kangaspyyhettä käyttäessä asiakas katsoo pyyheannostelijan kantta koko kuivaamisen ajan. Siksi olimme jo pitkään miettineet, miten laitteen kantta voisi hyödyntää mainostilana, Karnasaari kertoo. Vuoden 2013 maaliskuussa Karnasaarta tulivat tapaamaan mainostoimisto HeyDayn edustajat, jotka halusivat kertoa pari markkinoinnin hullua ideaa. Tapaamisesta seurasi idea liittää pyyheannostelijan kanteen elektroninen näyttö, jota voi käyttää mainostilana. Tässä vaiheessa tarvittavaa teknologiaa kehitettiin VTT:llä projektissa, jossa myös HeyDay oli mukana. Näyttöä ei nimittäin kannata liittää pyyhe­annostelijaan, ellei se ole todella litteä, energiapihi ja sitä pysty päivittämään langattomasti. – Koska wc-tilassa on yleensä useita pyyhe­ annostelijoita, niitä jokaista ei voi liittää helposti ja edullisesti sähköverkkoon, Karnasaari toteaa. VTT:n kehittämällä tekniikalla näyttö on niin energiapihi, että se toimii yhdellä latauksella jopa vuoden, ja sitä voidaan päivittää kännykkä­ verkon kautta. Posterfy tuottaa mainosnäytön Projektissa kehitetyn teknologian pohjalle perustettiin vuoden 2013 joulukuussa ­toimintansa aloittanut Posterfy. Posterfyn innovaationa on näyttö, jonka voi johdottomana sijoittaa minne vain ja joka toimii kosketusvapaasti. Kuva näytöllä vaihtuu käden liikkeen perusteella – tai kuten näissä Lindströmin pyyheannostelijoissa: mainos vaihtuu joka kerran, kun asiakas vetäisee pyyhettä. – Tämä on yksi tuotteemme peruskulmakivistä: voimme laskea todelliset mainoksen näyttö­kerrat ja laskuttaa niiden mukaan, Posterfyn toimitusjohtaja Kari Hjelt kertoo. 54  VTT Impulssi

Mainostulot kattavat pyyheannostelijan kuluja Lindströmillä on satatuhatta pyyheannostelijaa saniteettitiloissa ympäri Suomen. Laitteet on vuokrattu asiakkaille ja Lindströmin palveluketju huolehtii toimituksista, asennuksista, huollosta ja ylläpidosta. – Mainosratkaisun avulla osa pyyheannostelijan kuluista voidaan kattaa mainostuloilla, jolloin malli on kustannustehokas ja houkutteleva myös tilojen omistajalle, Karnasaari kertoo. Mainoskonseptit räätälöidään aina tapauskohtaisesti niin, että tilojen omistaja voi esimerkiksi sulkea pois kilpailijoiden tai oman toimintansa kanssa ristiriidassa olevat mainokset. Toisaalta esimerkiksi ravintoloitsija voi mainostilan avulla edistää tiettyjen tuotteiden menekkiä itse ylläpitämällään sisällöllä. Älykkyys parantaa huollettavuutta Lindström halusi pyyheannostelijoihin myös älykkyyttä, joka mahdollistuu nyt, kun automaatit ovat matkapuhelinverkossa. Esimerkiksi paperiset laput, joihin siivooja kirjoittaa tarkistaneensa tilat, voivat nyt korvautua näytöltä löytyvillä tiedoilla. Automaatit osaavat myös lähettää viestin, jos niiden pyyherullat loppuvat tai ne tarvitsevat huoltoa. Pyyheautomaatit tulevat nyt toukokuussa ensimmäiseen kauppakeskukseen. – Tavoitteena on, että syksyllä ollaan useassa kymmenessä kohteessa, ja vuoden vaihteessa pääsemme tarjoamaan tuotetta isoille ketjuille, Karnasaari suunnittelee.

Posterfyn johdottoman pyyheannostelijan näyttö toimii kosketusvapaasti.


Posterfyn työntekijät työskentelevät sata vuotta vanhassa omakotitalossa.

Teknologia- ja mainososaaminen samassa talossa Teknologista ja mainosalan edelläkävijyyttä yhdistämällä on saatu aikaan langattomasti toimivia ja etäpäivitettäviä, kosketusvapaita ja mainosten katselukerrat laskevia näyttöjä julkisiin tiloihin. Posterfyn liiketoimintakonsepti sisältää myös mainosten tuottamisen. Leppävaaran keskellä, satavuotiaassa puutalossa, toimii VTT:n ja mainostoimisto HeyDayn osaajien perustama Posterfy Oy, joka valmistaa kosketusvapaita ja vähäenergisia näyttöjä ja myy niihin mainostilaa. Posterfyn perustivat yhdessä VTT:ltä Tomi Mattila ja Kari Hjelt sekä mainostoimisto HeyDaystä Oskari Heikel, Olli Paloheimo ja Tuomas Kannas. Posterfyn liikeideassa olennaista on nimenomaan teknologian ja mainososaamisen yhdistäminen. Toimitusjohtajana toimiva Hjelt ja tuotekehityksestä vastaava Mattila keskittyvät näytön tekniseen kehittämiseen ja kustannustehokkaaseen valmistusprosessiin. Heikel, Paloheimo ja Kannas taas omaavat 13 vuoden kokemuksen digi- ja ulkomainonnasta, ja osaavat konseptoida näyttöön tuotavat mainos­ratkaisut. Mainoksia avaimet käteen -periaatteella Posterfyn laitteissa mainokset vaihtuvat esimerkiksi liikkeen perusteella, jolloin voidaan laskea todelliset mainoksen katselukerrat ja laskuttaa mainostajaa niiden mukaan. – Tämä on uutta ulkomainonnassa, kertoo Posterfyn luovana johtajana toimiva Paloheimo. Tuoteidea lähti liikkeelle VTT:n kaupallistamisprojektista, ja Posterfy aloitti toimintansa vuoden 2013 joulukuussa, jolloin siihen siirtyi VTT Venturesin pääomarahoitusta sekä IPRomaisuutta. Lisäksi yhteistyökumppani Lindström sijoitti yritykseen. – Konseptia kehitettiin täysipäiväisesti vuoden ajan Tekesin tutkimuksesta liiketoimintaa -ohjelman puitteissa, kertoo Mattila. Posterfy kehittää ja valmistaa alihankkijoidensa kanssa laitteet ja tarjoaa ohjelmistot sekä

POSTERFYN LIIKETOIMINTAKONSEPTI SISÄLTÄÄ MYÖS MAINOSTEN TUOTTAMISEN. mainospaikat pilvipalvelussa, josta ne näkyvät matkapuhelinverkon kautta näytöillä. Tarvittaessa Posterfy pystyy myös tuottamaan mainosmateriaalin. – Me emme myy laitteita vaan mainospaikkoja niihin. Laitteen pitää maksaa itsensä takaisin mainostuloina, Hjelt linjaa. Mainosmiehet ja insinöörit saman katon alle – Tämä spin-off ei olisi lähtenyt lentämään ilman, että pystyimme yhdistämään teknologiaa ja mainososaamista, Paloheimo toteaa. – Meillä oli VTT:stä aika konservatiivinen kuva, sillä emme tienneet kuinka paljon maailman johtavaa osaamista VTT:ltä löytyy. Sekä tutkimus- että mainosalalla vaaditaan luovuutta ja arvostetaan hiljaista tietoa ja kokemuksesta opittua. – Meillä on kaikilla halu altistaa itsemme uudelle ja ottaa riskiä. Täydennämme toisiamme ja opimme toisiltamme, Hjelt korostaa. Posterfyn yrityskulttuuri vahvistuukin vanhan talon saunassa, joka lämpenee monta ­kertaa ­viikossa. n VTT Impulssi  55


TEKNOLOGIA

AVAINSANAT DNA-korjausmenkanismi, syöpätutkimus AVAINHENKILÖT Juha Rantala, Thanos Halazonetis AVAINVIESTI Joulukuussa 2013 julkistettua löydöstä DNA:n korjausmekanismista ei ole aiemmin kuvattu ihmis- ja nisäkässoluissa. VTT:N KONTAKTI Eero Punkka LISÄTIETOJA www.vtt.fi

Kohti uutta

syöpähoitoa

soluseulonnalla Miksi syöpäsoluihin kertyy DNA-vaurioita? Mikseivät ne kuole vaurioiden takia kuten terveet solut? Syöpätutkijoita askarruttanut mekanismi löytyi Juha Rantalan kehittämän mikrosirumenetelmän avulla. Teksti Paula Bergqvist Kuvat Jussi Vierimaa

56  VTT Impulssi


TEKNOLOGIA

T

hanos Halazonetis ja Jiri Bartek ehdot-

tivat ensimmäisen kerran vuonna 2008, että kasvainsoluissa aktivoituu DNA:n kahdentumismekanismi, joka korjaa syöpäsolun perimän kahdentumisessa syntyvät vauriot, mutta jättää jälkeensä virheitä eli mutaatioita ja DNA:n kopiolukumuutoksia. Tutkijoilla oli nyt mahdollisuus selvittää asiaa lisätutkimuksilla ja löytää syövän synnystä ja etenemisestä uutta ­tietoa. VTT:n Turun lääkekehityksen tutkimusyksikössä oli tehtävää varten tarvittavaa osaamista, solujen seulontalaitteet ja lääkeyhdistekirjastot. Löydös liittyy kaikkiin syöpälajeihin Tutkimus osoitti, että korjausmekanismi aktivoituu syöpäsoluissa taudin varhaisvaiheessa, heti onkogeenin aktivoitumisen yhteydessä. Onkogeenin aktivoituminen aiheuttaa niin kutsuttua DNA:n replikaatiostressiä, kun syöpäsolut ryhtyvät kahdentamaan perimäänsä tervettä solua nopeammin. Kromosomit katkeilevat ja normaali DNA-rakenne muuttuu. – Osoitimme, että syöpäsolujen perimän muutoksia aiheuttava mekanismi on onkogeenin itsensä – eikä siis ulkoisen tekijän aiheuttama. Näkemyksemme mukaan kyseessä VTT Impulssi  57


Juha Rantalan kehittämä geenien seulontatekniikka on uuden löydöksen taustalla.

on fundamentaalinen mekanismi, joka liittyy ­kaikkiin syöpälajeihin, kertoo filosofian tohtori Juha Rantala. – Syövän alkuvaiheessa ei aina voida puhua pahanlaatuisesta syöpäkasvaimesta, mutta syövän kehittymistä ennakoivia, replikaatiostressistä johtuvia DNA-katkoksia on jo havaittavissa. Kasvain kehittyy, perimään tulee lisää muutoksia ja syöpäsolu muuttuu entistä pahemmanlaatuiseksi solun normaalien säätelymekanismien häiriintyessä.

”MENETELMÄN LUOTETTAVUUS ON OSOITETTU USEASSA TUTKIMUSPROJEKTISSA.” 58  VTT Impulssi

Uutta tietoa voidaan hyödyntää välittömästi syöpätutkimuksissa. – Seulonta mikrosirumenetelmällä oli uusinta uutta vuonna 2004, kun aloitin työt opiskelujen jälkeen VTT:llä. Olen taidoiltani teknologiaosaaja, joten mikrosirutekniikan kehittämisestä robotiikan avulla tuli luonteva osa työtäni, kertoo Rantala. Mikrosirumenetelmällä voi mitata seulonta­ tutkimuksissa asioita, joita perinteiset menetelmät eivät mahdollista. RNA-interferenssiin perustuvan tutkimusmenetelmän ensimmäisen version kehitti professori Olli Kallioniemi ryhmineen USA:ssa vuonna 2003. Sata kertaa tehokkaampi Perinteisessä seulontamenetelmässä voidaan yhdellä kuoppalevyllä mitata muutaman sadan geenin toimintaa. Kun käytetään Rantalan kehittämää, solumikrosiruihin perustuvaa menetelmää, on teho jopa 100-kertainen. Menetelmä soveltuu monipuolisesti erilaisiin mittaus- ja seulontatarpeisiin. Tutkimuskustannuksiakin säästyy, koska arvokkaita reagensseja,­


eli syöpäsolujen kasvattamiseen tarvittavia elatus­aineita ja geenien hiljentämiseen käytettäviä RNA-molekyylejä, ei tarvita läheskään yhtä paljon kuin perinteisessä seulonnassa. – Kyseessä on työkalu, jolla on mahdollista löytää asioita, jotka vauhdittavat tulevaisuuden syöpälääkityksen kehittämistä. Menetelmän luotettavuus ja monipuolisuus on osoitettu useassa tutkimusprojektissa, toteaa Rantala. Tutkimustulokset ovat nyt avoimesti tutkijoiden käytettävissä. Tähtäin yksilöllisessä syöpähoidossa Juha Rantala toimii tutkimusprofessorina yhdessä USA:n nopeimmin kehittyvässä syöpätutkimuslaitoksessa: Oregon Health & Science University (OHSU), Knight Cancer -instituutissa. Yliopisto tunnetaan erityisesti verisyöpäsekä veri- ja sydänsairaustutkimuksistaan. – Teimme viime vuoden aikana hyvin mielen­ kiintoisia uusia löydöksiä rintasyöpätutkimuksen alalta, ja muutama julkaisu on parhaillaan työn alla. Jatkossa on tarkoitus kartoittaa paremmin yksittäiselle potilaalle sopiva ja mahdollisimman tehokas hoitomuoto. Seulontatutkimukset potilaan omilla soluilla ovat avain tähän, Rantala jatkaa. n

Solumikrosiruihin perustuvan menetelmän teho on jopa 100-kertainen perinteiseen menetelmään verrattuna.

SYÖPÄSOLUJEN UUSI DNA:N KORJAUSMEKANISMI: BREAK INDUCED REPLICATION REPAIR (BIR) SCIENCE-LEHDESSÄ joulukuussa 2013

julkistettua löydöstä DNA:n korjausmekanismista ei ole aiemmin kuvattu ihmis- ja nisäkässoluissa. Syöpäsolut hyödyntävät mekanismia korjatessaan säätelemättömän DNA:n kahdentumisen seurauksena syntyviä DNAvaurioitaan. Vaurioiden korjaamiseen osallistuvat geenit löysivät Juha Rantala ja Thanos Halazonetis. Tutkimukseen osallistui myös muun muassa Thomas Helleday Karolinska Insititutetissa. Tutkimus toteutettiin EU:n GENICAprojektissa.

VTT Impulssi  59


TEKNOLOGIA

AVAINSANAT IPR (Intellectual Property Rights), patentit, kansainvälinen yhteistyö, päälle puettava elektroniikka AVAINHENKILÖT Juha Palve AVAINVIESTI VTT herättää kiinnostusta ulkomailla IPR-omaisuuden ansiosta. VTT:N KONTAKTI Juha Palve LISÄTIETOJA www.vtt.fi

IPR edellä ULKOMAILLE Teksti Kati Johansson Kuvat VTT, iStockphoto

S

uomessa syntyneet IT- ja elektroniikka-alan patentit kiinnostavat kansainvälisiä yrityksiä. VTT:n IT- ja elektroniikka-alan toimeksi­annoista lähes puolet saadaan nykyisin ulkomailta. Tärkeitä markkinoita ovat muun muassa Saksa, Yhdysvallat ja Japani. – Ulkomaiset asiakkaat kiinnostuvat VTT:stä usein juuri IPR-omaisuutemme ansiosta. Se on meille erottuvuustekijä kilpailijoihin verrattuna. Meillä on tällä hetkellä hallussamme noin 1300 patenttia, sanoo VTT:n asiakasjohtaja Juha Palve. IPR- eli aineettoman omaisuuden myyntiin tai lisensiointiin liittyy usein laajempaakin yhteistyötä. – Tyypillisesti rakennamme asiakkaan kanssa yhdessä jotakin uutta VT T:n

60  VTT Impulssi

IPR:n ympärille. Yhdistämme näin teknologian lisensioinnin ja uusien ratkaisujen tai sovellusten innovoinnin, Palve jatkaa. Uusia kumppaneita Elektroniikkatoimiala on ollut VTT:llä jo pitkään leimallisesti kansainvälistä. Kun kotimaisten yritysten t&k-investoinnit ovat viime aikoina hiipuneet, kasvua on VTT:llä haettu entistä tiiviimmin Suomen rajojen ulkopuolelta. Palveen mukaan tässä on myös onnistuttu. – Yksi esimerkki viimeaikaisista onnistuneista avauksistamme on yhteistyö amerikkalaisen InterDigitalin kanssa, joka on merkittävä tietoliikenteen kehittämiseen ja patentointiin erikoistunut yritys. Yhteistyömme liittyy käyttäjäkeskeiseen kontekstitutkimukseen ja t­ ulevaisuuden matkapuhelinteknologiaan, kertoo Palve. Lisäksi VTT solmi hiljattain strategisen kumppanuuden saksalaisen EICT:n kanssa. EICT on yksityisiä ja julkisia toimijoita yhdistävä, ICT-alan tutkimusta ja kehitystä tukeva organisaatio.


• VTT:llä on hallussaan 355 patenttiperhettä, joista noin puolet ICT- ja elektroniikka-alalla. Patenttiperhe muodostuu yhdestä keksinnöstä ­jätetyistä patenttihakemuksista ja niistä myönnetyistä patenteista. • Kaikkiaan patentteja ja patenttihakemuksia on VTT:llä noin 1300. • Vuonna 2013 VTT:llä tehtiin 291 keksintöilmoitusta ja 20 ohjelmisto­ ilmoitusta.

TEKNOLOGIA

1300 PATENTTIA

PUKEUTUISITKO TEKNOLOGIAAN?

PÄÄLLE PUETTAVAN TEKNOLOGIAN markkinat

VTT hakee EICT:n kautta entistä tukevampaa jalansijaa Saksan markkinoilla muun muassa älykkäiden energiajärjestelmien ja esineiden internetin osaamisalueilla. Kumppanuudesta saa pontta myös suomalainen elinkeinoelämä, kun yhteisissä hankkeissa on mukana yrityksiä niin Suomesta kuin Saksasta. – Kansainvälisille markkinoille lähteminen on meille hyvin luontevaa, sillä useat asiakkaammekin ovat globaaleja. Harva yritys voi nykyisin toimia ihan puhtaasti kotimaan markkinoilla. Myös tiede ja tutkimus on lähtökohtaisesti ­kansainvälistä, toteaa Palve. – Kansainvälisen yhteistyön myötä pääsemme myös arvioimaan omaa toimintaamme ja teknologista tasoamme suhteessa muihin. Ratkaisuja Euroopan ongelmiin ICT ja elektroniikka ovat avainaloja, kun teollisuusmaiden suuriin haasteisiin haetaan ratkaisuja. Euroopan väestö ikääntyy, terveydenhuollon haasteet kasvavat ja teollisuudelta vaaditaan yhä parempaa tehokkuutta. Teollisen tuotannon tehostaminen ja omahoidon painottaminen osana terveydenhuoltoa ovat globaaleja trendejä, joihin VTT:llä on tarjota osaamista ja ratkaisuja. Teollisuuden internetin lisäksi muun muassa päälle puettava teknologia ja terveydenhoidon sovellukset herättävät tällä hetkellä suurta kiinnostusta kansainvälisillä markkinoilla. n

kasvavat vauhdilla. Joko sinun taskustasi löytyy pikkuinen laboratorio? Päälle puettava teknologia, itsediagnostiikka ja terveydenhuollon sovellukset herättävät tällä hetkellä suurta kiinnostusta kansainvälisillä markkinoilla. Päälle puettava teknologia syntyy pienikokoisesta tietotekniikasta tai elektroniikasta ja sensoreista, joita voidaan sulauttaa esimerkiksi osaksi vaatteita, koruja tai mukana kulkevia lisälaitteita. – Miniatyyrikokoiset terveydenhoitoa tukevat sovellukset vaativat useiden teknologioiden ja osaamisten yhdistämistä. Olemme VTT:llä hyvässä asemassa näiden sovellusten kehittämisessä, sillä meiltä löytyy useita niissä tarvittavia osaamisia, kertoo Juha Palve. Yksi esimerkki puettavasta teknologiasta on VTT:n kehittämä kännykkäsovellus, jonka avulla jokainen voi seurata sydän­ sähkökäyräänsä vaikkapa kotona. Taskussa mukana kulkeva, kännykän kanssa kommunikoiva lisälaite rekisteröi muun muassa rytmihäiriöt ja auttaa siten ehkäisemään sydänperäisiä sairauksia ja uupumukseen asti johtavaa stressiä. Tiedot voi myös välittää suoraan lääkärille internetin kautta. – Puettava teknologia on tällä hetkellä kehityskaarensa alkuvaiheessa, mutta ala kehittyy nopeasti ja kasvuodotukset ovat suuret. Vuoteen 2020 mennessä puettavan teknologian liikevaihdon ennakoidaan liikkuvan jopa 30 miljardin euron tietämillä, Palve ennakoi.

VTT Impulssi  61


TEKNOLOGIA

AVAINSANAT propulsiojärjestelmät, meriteollisuus, potkurikehitys, Wärtsilä AVAINHENKILÖT Elias Boletis, Jouko Suokas, Pekka Koskinen AVAINVIESTI VTT kehittää yhdessä Wärtsilän kanssa uutta kääntyvien potkureiden tuoteperhettä. VTT:N KONTAKTI Jouko Suokas LISÄTIETOJA www.vtt.fi

Voimaa potkurikehitykseen

62  VTT Impulssi


TEKNOLOGIA

Meriteollisuuteen monipuolisia ratkaisuja toimittava Wärtsilä on ottanut käyttöön uuden testilaitoksen Tuusulassa. Laitosta käytetään kääntyvien potkureiden tuoteperheen validointiin. Täällä sovelletaan myös uutta lähestymistapaa tuotekehitystoiminnassa – yhdessä innovointia. Teksti Antti A. Lagus Kuvat Wärtsilä

P

otkurit ovat osa propulsiojärjestelmää, jonka avulla laiva liikkuu eteenja taaksepäin. Aluksia liikuttava työntövoima tuotetaan potkureilla, jotka voivat olla kiinteälapaisia, kääntyvälapaisia (CPP = controllable pitch propeller) tai kääntyviä potkurilaitteita (thrusters). Wärtsilä on yhdessä VTT:n kanssa kehittänyt uutta kääntyvien potkureiden tuoteperhettä. Niiden avulla laivan ohjailtavuus paranee.

­ ällaisia potkureita käytetään etenkin hinaajissa T ja huoltoaluksissa sekä jäissä kulkevissa aluksissa, kuten jäänmurtajissa. Wärtsilän Hollannin toimipiste suunnittelee propulsiojärjestelmiä, joiden tuotanto sijaitsee Italiassa ja Kiinassa. T&k-toiminta merkitsee yrityksen propulsiojärjestelmien ja -teknologioiden johtajalle Elias Boletikselle kolmea asiaa: tuotekehitystä, teknologian kehitystä sekä yleisluontoisempaa tutkimusta erityisesti muiden VTT Impulssi  63


osapuolten kanssa. Wärtsilä tekee yhteistyötä VTT:n kanssa kaikilla kolmella osa-alueella. Viime marraskuussa käyttöönotettu testilaitteisto Tuusulassa on uusi huippupiste Wärtsilän ja VTT:n yli 18 vuotta kestäneessä yhteistyössä, jonka aikana on tutkittu muun muassa laivamoottoreiden ja diesel-generaattorijärjestelmien värähtelyä ja melun hallintaa. Yhteistyö propulsioyksikön kanssa alkoi vuonna 2010. Uuden sukupolven tuotteiden valmistelussa ilmeni, että tarvitaan hyvä kokeellinen ympäristö. Ekosysteemi rakenteilla – Yritämme luoda tämän testilaitteiston ympärille eräänlaisen ekosysteemin ja tuoda sinne mahdollisimman paljon osallistujia testaamaan laitteistojaan tai komponenttejaan. Yritämme myös yhdistää tulokset hankkijoidemme ja asiakkaidemme tulosten kanssa. Mallissa ideoita heitellään ympäriinsä ja jalostetaan, Boletis sanoo.

ERONA OIKEAAN YMPÄRISTÖÖN ON, ETTÄ POTKURI EI OLE VEDESSÄ.

Boletiksen mielestä työskentelyilmapiiri VTT:n kanssa on ollut erittäin hyvä. VTT on myös kyennyt toimittamaan tilatut työt aikataulussa ja laatu on ollut hyvä. Koelaitos päätettiin rakentaa Suomeen, sillä VTT:llä on erinomainen kokemus kokeellisesta tutkimuksesta, koeympäristön rakentamisesta ja operoinnista. VTT:llä on myös käytettävissään tarvittavat mittalaitteet ja kokemusta mittaamisesta. Kyseessä on ohjelma, johon kuuluu useita projekteja, joista jokainen liittyy erikokoiseen potkuriin tai sovellukseen. Osa tuotteista on jo myynnissä. VTT:ltä ohjelmaan osallistuu parikymmentä henkilöä. Koelaitteisto sijoitettiin Suomen puolustusvoimilta vuokrattuun teollisuushalliin. Rakennusta käytettiin aiemmin panssaroitujen ajoneuvojen huoltoon. Silti sen lattiaa piti vahvistaa, sillä koelaitteisto painaa noin sata tonnia. Tiukka validointiprosessi Koelaitoksessa potkuri on kytketty, aivan kuten laivassakin, generaattoriin ja taajuusmuuttajiin. Erona oikeaan ympäristöön verrattuna on, että Tuusulassa potkuri ei ole vedessä. Täällä

Wärtsilän ohjauspotkuri WST45U on ensimmäinen uuden valikoiman potkuri markkinoilla.

Wärtsilä Propulsion Test Centre on toteutettu tiiviissä yhteistyössä VTT:n kanssa. 64  VTT Impulssi


vesijäähdytys hoidetaan sen sijaan suihkuilla. ­Potkuriin kohdistuvia voimia simuloidaan hydraulisylintereiden avulla. – Tuusulan koelaitteistoa käytetään tuotteiden validointiin. Ennen kuin uusia propulsio­ järjestelmiä tuodaan markkinoille, ne läpikäyvät tiukan validointiprosessin. Tässä testilaitteisto auttaa meitä todella paljon, Boletis sanoo. Vaikka kolmen kuukauden toiminta-aika ei ole kovin pitkä, uusille testeille on jo saatu aikaan vertailupohja. – Olemme käyttäneet kääntyviä potkureita nykyisessä tuotevalikoimassamme. Testeissä olemme myös kokeilleet uusia ympäristöystävällisiä voiteluaineita. Nämä voiteluaineet ovat jo käytössä esimerkiksi Yhdysvalloissa. Halusimme varmistaa, kuinka voiteluaineet vaikuttavat kääntyviin potkurilaitteisiimme, mihin meni puolisentoista kuukautta. Nyt voimme rakentaa menettelytavat, jotka auttavat meitä ja loppu­ asiakkaitamme, Boletis sanoo. Tulokset auttavat Wärtsilää tekemään järjestelmämuutoksia, jotka varmistavat, että voiteluaineet toimivat oikein. Boletiksen mukaan kysymyksenasettelu ei ole mustavalkoinen, mutta lähtökohtana oli rakentaa uusia menettelytapoja. n

Totem Ocean -yhtiö valitsi Wärtsilän teknologian ja tilasi kaksi maailman suurinta LNGmoottoria aluksiinsa.

TULEVAISUUDEN TUOTTEET IDEOIDAAN YHDESSÄ YHTEISTYÖSSÄ Wärtsilän kanssa kokeillaan uutta

toimintatapaa: yhdessä innovointia. Ohjelmaan osallistuu myös yliopistoja ja toimittajia. Muun muassa Tampereen teknillinen yliopisto, Luulajan teknillinen ylipisto, Dresdenin teknillinen yliopisto ja Münchenin teknillinen yliopisto osallistuvat ohjelmaan. Yrityksistä mukana ovat muiden muassa SKF ja ATA Gears. Ohjelmassa kertyvän aineiston perusteella on tarkoitus tehdä muun muassa akateemisia väitöskirjoja. VTT:n Älykäs teollisuus ja energiajärjestelmät -liiketoiminta-alueen johtaja Jouko Suokas kertoo, että perinteisesti projektit on vedetty Tekes- ja EU-hankkeina, joista on edetty tuotteiden kehittämiseen. Nyt istutaan yhteisen pöydän ääreen ja kukin tuo omat ideansa yhteiseen innovointiin sen sijaan, että yksi päämies sanoisi, mitä tehdään. Suokas pitää Wärtsilän yhteistyötä erinomaisena esimerkkinä strategisen kumppanuuden kehittämisestä. Nyt saadaan paljon lisää aivokapasiteettia työstämään ongelmia. Tämä on täysin uudenlainen tapa toimia, johon Wärtsilän

y­ mpäristö antaa erinomaisen kokeellisen kehitystyön mahdollisuuden.

Tavoitteena tehokkaampi ja kevyempi laitteisto Teknologiapäällikkö Pekka Koskinen VTT:ltä lisää, että VTT toimii missionsa mukaisesti ja pyrkii luomaan Suomeen teollisia työpaikkoja. Yhdessä kehittämisen ekosysteemi on tulevaisuuden tapa tuottaa tulevaisuuden tuotteita. Kun aiemmin asioita lähestyttiin eri näkökulmista, nyt näkökulmat yhdistetään yhdeksi kokonaisuudeksi. – Pyrimme rakentamaan tehokkaampia ja kevyempiä laitteistoja, jotka kuluttavat vähemmän ja jotka tuottavat vähemmän häviöitä sekä käyttävät ympäristöystävällisiä voiteluaineita, Koskinen sanoo. Testilaitteisto auttaa ymmärtämään veden ja jään potkurilaitteisiin kohdistamia voimia. Ohjelma pyrkii tekemään entistä kompaktimpia tuotteita ja nostamaan laitteistojen luotettavuutta. Tämä on merkittävää myös laitteistojen huollon kannalta. Wärtsilä panostaakin alusten reaaliaikaiseen tarkkailuun huoltokeskustensa kautta. VTT Impulssi  65


TEKNOLOGIA

AVAINSANAT Bioruukki, pyrolyysi, biomassa, cleantech. biotalous AVAINHENKILÖT Kari Larjava AVAINVIESTI VTT kehittää teknologioita, joilla saadaan paras mahdollinen hyöty Suomen biomassa- ja luonnonvaroista. VTT:N KONTAKTI Kari Larjava LISÄTIETOJA www.vtt.fi

TUOTTOISAA KÄYTTÖÄ

Suomen biomassoille Teksti Paula Bergqvist Kuvat Fortum, iStockphoto

Yksi VTT:n merkittävimmistä avauksista tänä vuonna on Bioruukin käynnistäminen. Syksyllä avautuva pilot-keskus sijaitsee hyvien yhteyksien päässä Espoon Kivenlahdessa.

66  VTT Impulssi


TEKNOLOGIA

METSÄBIOMASSAN HYÖDYNTÄMINEN ON SUOMELLE KOHTALON KYSYMYS.

B

ioruukin 8000 neliötä sisältävät alkuvaiheessa VTT:n uudet kaasutus- ja pyrolyysilaitteistot sekä teollisuuden kehitystarpeita palvelevat biomassojen käsittelyprosessit. Suunnitelmia toiminnan laajentamisesta on jo tehty. – Päädyimme uudistamaan kaasutus- ja pyrolyysikoetoimintaamme palvelevat tilat, jotta voimme toteuttaa tutkimusta ja palvella teollisuutta entistä kokonaisvaltaisemmin, kertoo liiketoiminta-alueen johtaja Kari Larjava. Hankkeen taustalla on VTT:n tavoite kehittää suomalaista taloutta ja kasvavaa cleantechvientiä varten teknologioita, joilla saadaan paras mahdollinen hyöty maamme runsaista biomassa- ja luonnonvaroista. – Uusissa tiloissa yhdistyy sekä VTT:n kemian, energian ja biomassan käsittelyyn liittyvä osaaminen. Ne tarjoavat meille hyvät mahdollisuudet toteuttaa biotalouteen liittyviä tavoitteita, sanoo Larjava. Espoon Kivenlahdessa sijaitsevan Bioruukin lisäksi VTT:n bioenergia- ja biomassatutkimuksen koetoimintaa on Jyväskylässä, Rajamäellä, Tampereella ja Espoon Otaniemessä. Bioruukin kautta kansainvälisille markkinoille Larjava toivottaa teollisuuden – niin suuret kuin pienetkin yritykset – mukaan Bioruukkiin hyödyntämään tiloja ja laitteita omiin kokeisiinsa. Tilat palvelevat myös yliopistojen ja kansain­ välisten tutkimusorganisaatioiden kanssa tehtäviä yhteistyöhankkeita. Yritykset voivat olla Bioruukin kautta mukana myös VTT:n Brasilian tutkimusyksikön toiminnassa. VTT:llä on Sao Paolossa sekä toimistoettä laboratoriotilaa, jota on mahdollisuus myös laajentaa.

Puu on Suomen öljy – Öljyä meillä ei ole, mutta onneksi on puuta. Korkealaatuisesta puuraaka-aineesta kannattaa valmistaa korkean lisäarvon tuotteita, ja on tärkeää löytää kullekin puuainekselle paras mahdollinen käyttökohde. Puun energiakäyttö on Suomessa maailman kestävintä ja kilpailukykyisintä, koska osaamme hyödyntää sivuvirrat ja jätteet energiaksi, toteaa Larjava. Metsäbiomassan hyödyntäminen on Suomelle kohtalon kysymys. – Kehitämme menetelmiä, joita voi soveltaa eri materiaaleihin. T&k-toiminnassamme korostamme erityisesti materiaalien kierrättämisen ja sivuvirtojen hyödyntämisen edistämistä ja sitä, miten niistä voidaan kehittää uutta liiketoimintaa, toteaa Larjava. Kohti vähähiilistä energiaomavaraisuutta – Suomi on hyvin pitkälti Venäjältä tuodun energian varassa. Vanhaa tuotantokapasiteettiamme on jäämässä pois käytöstä, mikä entisestään heikentää omavaraisuuttamme. Nyt jos koskaan pitää panostaa uuden, kilpailukykyisen tuotannon kehittämiseen ja investointeihin. Metsäteollisuudellamme, joka on hakemassa toiminnalleen energiasta uutta tukijalkaa, on tässä merkittävä rooli, toteaa Larjava. Suomen metsäteollisuuden kiinnostus kohdistuu menetelmiin, joilla tuotetaan samassa laitoksessa sekä energiaa, kuitutuotteita että kemikaaleja. Puun pyrolyysi vai kaasutus? Niin VTT:n kuin kotimaisen teollisuudenkin kasvava kiinnostus kohdistuu tällä hetkellä pyrolyysiin. Kaasutusrintamalla VTT luo uusia kilpailukykyä nostavia prosessiratkaisuja lähivuosien teollisuushankkeiksi. VTT Impulssi  67


Fortumin laitos Joensuussa tuottaa bioöljyä puuperäisestä raaka-aineesta.

Kari Larjava

68  VTT Impulssi

Tästä on hyvä esimerkki puuperäisestä raaka-aineesta bioöljyä tuottava Fortumin laitos Joensuussa. Joensuun bioöljylaitos perustuu VTT:n patentoimaan nopeapyrolyysiteknologiaan, jossa puubiomassa kuumennetaan nopeasti hapettomissa olosuhteissa. Sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitokseen integroitu laitos sai EARTOn innovaatiopalkinnon vuonna 2012. VTT kehitti menetelmää UPM-Kymmenen, Metson ja Fortumin muodostamalle yrityskonsortiolle kaupallistamista varten. VTT panostaa tällä hetkellä voimakkaasti bioöljyn jatkojalostamiseen liikennepolttoaineiksi kehittämällä tuotantoprosessia ulkomaisten tutkimuslaitosten ja yritysten kanssa. – Kehitämme myös uusia, integroituja kaasutuslaitoksia, jolloin kynnys investointiin madaltuu verrattuna EU:n NER300-rahoitusohjelman moniin kariutuneisiin hankkeisiin. Synteesikaasusta voidaan valmistaa erilaisia kemikaaleja ja biopolttonesteitä. Haasteena on kehittää uuden teknologian demonstraatiopolkuja ja riskirahoitusta eri toimijoiden kanssa. VTT:n tavoitteena on yksinkertaistaa prosessia ja parantaa tuotannon hyötysuhdetta. katalyyttisen kaasunpuhdistuksen ja reaktorimallinnuksen avulla. – Kehitämme myös toiminta­ malleja, joissa polttonesteet tuotetaan paikallisen sähkön- ja lämmöntuotannon yhtey­ dessä. Tavoitteemme on, että puu-, agro- ja yhdyskuntajätebiomassan energiasta yli 75 % voidaan muuntaa sähkö- ja lämpöenergiaksi, kertoo Larjava.

EU:n kaatopaikkadirektiivin seurauksena uusille teollisuus- ja yhdyskuntajätteiden hyötykäyttökonsepteille on kasvava investointi­tarve. Bioruukin uusilla laitteistoilla on oma roolinsa tämän tehtävän toteuttamisessa. VTT on kehittänyt myös yhdyskuntajätteiden kaasutusta ja kaasun puhdistusta. Lahti Energian vuonna 2012 valmistuneen Kymijärvi II -kaasuvoimalaitoksen toiminta perustuu VTT:n kehittämään kaasutusprosessiin. Laitoksessa energiapitoinen yhdyskuntajäte kaasutetaan, kaasu puhdistetaan ja poltetaan maakaasukattilassa sähköksi ja kaukolämmöksi. VTT on kehittänyt myös alumiinia sisältävän muovijätteen kaasutusmenetelmän alumiinin talteenottoa ja kierrätystä varten. Yhteistyö kiihtyy – Toteutamme VTT:llä biotalousstrategiaa kansallisena ja kansainvälisenä yhteistyönä. Toisiamme täydentävinä t&k-kumppaneina ovat muun muassa Aalto-yliopisto ja ensi vuoden alussa toimintansa aloittava Luonnonvarakeskus, toteaa Larjava. Bioruukki tarjoaa uuden kehitysalustan yhteistyöhankkeille. Hyvä esimerkki tästä on VTT:n ja Aaltoyliopiston yhteinen biotalouteen tähtäävä tutkimusympäristö, jonka Suomen Akatemia on tänä keväänä valinnut yhdeksi kansallisen tason tutkimuksen infrastruktuuriksi. Yhteistyön tavoitteena on kehittää menetelmiä, joilla jalostetaan metsäbiomassaa korkean teknologian tuotteiksi. Tutkimuksen painoalueita ovat teollinen biotekniikka, kemian prosessitekniikka ja materiaalitekniikka. n


Muutamme biomassan ja jätteen kemikaaleiksi ja nestemäisiksi polttoaineiksi. Kehitämme biomassaa ja jätteitä hyödyntäviä termokemiallisia ja bioteknisiä biopoltto­ aineiden tuotanto­ prosesseja. Ota yhteyttä! Tuomas Mustonen, asiakasjohtaja tuomas.mustonen@vtt.fi


LIIKETOIMINTA Konenäkö tarkastaa peilikiiltäviä kappaleita

Koivusta uutta bisnestä

VTT on kehittänyt uuden konenäköjärjestelmän peilikiiltävien kappaleiden laaduntarkastukseen. Menetelmän avulla voidaan varmistaa monimuotoisten tuotteiden, kuten hanojen, lautasten, aterimien ja jopa keinonivelten laatu. Menetelmän kaupallistaa VTT:n uusi spin-off-yhtiö, Tampereella toimiva Helmee Imaging Oy. Konenäköä käytetään yleisesti teollisten prosessien laadunvalvonnassa, mutta kiiltävien pintojen tarkistamiseen on tähän asti tarvittu ihmisen näkökykyä.

KOIVUN ulkokuoren eli tuohen painosta puolet koostuu betuniilista ja

suberiinin rasvahapoista. Yhdisteillä voidaan korvata mäntyhartsi ja -öljy teknokemian tuotteissa. Käyttökohteina voivat olla myös lääkkeet. VTT ja Savonlinnan yrityspalvelut Oy selvittävät tuohiperäisten tuotteiden tuotantomahdollisuuksia ja liiketoimintamalleja. Kyseessä on varteenotettava mahdollisuus Suomen puusektorille, joka tarvitsee uusia avauksia. Toistaiseksi koivutuohella on Suomessa lähinnä polttoarvoa. Sellu­ tehtailla ja sahoilla koivutukit kuoritaan mekaanisesti suurissa rummuissa, joten tuohta on saatavilla suuria määriä. Yhdisteiden erottaminen suuressa mittakaavassa edellyttää miljoonien eurojen arvoisen uuttolaitoksen rakentamista, ja tuotantokustannukset ovat vielä kannattavan tuotannon este. Savonlinnan BioBarkery-hankkeessa selvitetään parhaillaan yhdisteiden tuotto- ja markkinointimahdollisuuksia. Ideaalinen sijaintipaikka voisi olla Pääskylahden teollisuusalueella UPM:n vaneritehtaan läheisyydessä.

90% ajasta vietetään sisällä

kehittyneissä maissa.

Lämpöviihtyvyys mukaan rakentamiseen Ihmisten kokemat lämpöaistimukset vaikuttavat viihtyvyyteen sisätiloissa, koska kehittyneissä maissa noin 90 prosenttia ajasta vietetään sisällä. VTT on kehittänyt uuden menetelmän, jolla voidaan arvioida lämpöaistimuksia. Ne tulisi huomioida nykyistä paremmin suunniteltaessa energiatehokkaita rakennuksia. 70  VTT Impulssi


Kuva: iStockphoto

LIIKETOIMINTA

Vedestä pulppuaa liiketoimintaa LUONNONVAROJEN kulutuksen nopean kasvun ja energian

hinnan kohoamisen myötä materiaalien kierrätys tulee yhä tärkeämmäksi. Samalla jäte- ja vesihuolto integroituu yhteiskunnan monimutkaisiin energian- ja materiaalintuotantoket­ juihin. Energia- ja materiaalitehokkaat veden ja jätemateriaalien käsittely- ja kierrätysteknologiat parantavat kilpailukykyä. Resurssi- ja kustannustehokkaiden jäte- ja vesihuoltojärjestelmien sekä kilpailukykyisten kierrätystuotteiden kehittäminen monitahoisessa toimintaympäristössä on haasteellista. VTT on kuitenkin resurssitehokkaiden jäte- ja vesiteknologioiden laaja-alainen osaaja. Kehitystyön alla on uusia teknologioita yhdyskuntien ja teollisuuden jätteiden kierrätykseen ja hyötykäyttöön, uusia jätteiden jalostusmenetelmiä ja turvallisia loppusijoitustekniikoita. VTT:n vesiteknologiaosaaminen kattaa teollisuuden prosessivesikierrot sekä muodostuvien vesien ja lietteiden käsittelyn ja hyödyntämisen. Lisäksi VTT kehittää tehokkaita ratkaisuja puhtaan veden tuotantoon sekä kaivosjätevesien, kaatopaikka­vesien ja yhdyskuntien jätevesien hallintaan.

VTT Impulssi  71


KAIVANNAISTOIMINNAN KUUSI VISIOPOLKUA:

1

OPPIVA JA UUTTA LUOVA KAIVANNAISTEOLLISUUS

2

YRITYSKULTTUURIN KEHITTÄMINEN

3

YHTEISÖN HYVÄKSYMÄ KAIVOS PAIKALLISTASON ASIAT HUOMIOIDEN

4

VIRANOMAISTOIMINNAN KEHITTÄMINEN

5

ELINKAARISUUDEN HUOMIOIMINEN

6

RÄÄTÄLÖITY VIESTINTÄ JA SEN OIKEA-AIKAISUUS

72  VTT Impulssi


Uudelleen nouseva kaivannaisteollisuus sopeutuu muuttuneeseen ympäristöön. Teksti Tiina Saario-Kuikko Kuvat Antonin Halas ja iStockphoto

Kaivostoiminnasta kestävää ja hyväksyttävää

V

TT:n johdolla on ennakoitu, mitä on kestävä ja hyväksyttävä kaivannaisteollisuus Suomessa ja miten siihen päästään vuoteen 2030 mennessä. Kaivannaisteollisuuden tulevaisuutta on tarkasteltu niin globaalilla kuin kansallisellakin tasolla uteliaana ja odottavana. Se on muutosten edessä ja noustakseen uudelleen sen on sopeuduttava muuttuneeseen ympäristöön. – Periaatteena pitää olla, että kaivannaistoiminta perustuu kestävään ja vastuulliseen liike­ toimintaan, sanoo ennakointiosiotyöpaketin vetäjä, VTT:n tutkimustiimin päällikkö Johanna Kohl. – Yrityskulttuurissa kestävän kehityksen mukainen ja hyväksyttävyyteen perustuva liike­ toiminta tekoina voi olla kantava liiketoiminta­etu, mutta tämä ajatus on vasta aluillaan Suomessa. Esimerkiksi metsäteollisuudessa on Kohlin mielestä ymmärretty tämä etu erityisesti ympäristöasioiden imagoarvon kautta. VTT Impulssi  73


Kuva: Antonin Halas

”PERIAATTEENA PITÄÄ OLLA, ETTÄ KAIVANNAISTOIMINTA PERUSTUU KESTÄVÄÄN JA VASTUULLISEEN LIIKETOIMINTAAN.” - Johanna Kohl

Kohti kaivosten ja yhteiskunnan symbioosia Tulevaisuuden visiona nähdään kaivannaistoiminnan ja yhteiskunnan yhteiselo. Siinä kaivos ja yhteiskunta hengittävät samaan tahtiin ja huomioivat ympäristöasiat. Tätä edistetään kuuden visiopolun kautta. Poluiksi valikoituivat oppiva ja uutta luova kaivannaisteollisuus, yrityskulttuurin kehittäminen, yhteisön hyväksymä kaivos paikallistason asiat huomioiden, viranomaistoiminnan kehittäminen, elinkaarisuuden huomioiminen sekä räätälöity viestintä ja sen oikea-aikaisuus. Kaivannaisteollisuuden hyväksyttävyyden kehittämiseksi esitetään seitsemää ohjenuoraa. Toimijat voisivat ensinnäkin oppia toisiltaan ja muilta aloilta. Heitä kehotetaan lisäksi varautumaan ennalta poikkeustilanteisiin ja yllätyksiin. Kolmantena ohjenuorana ehdotetaan ”early warning system” -työkalun kehittämistä sidos­ 74  VTT Impulssi

ryhmien huomioimiseen. Sen avulla voidaan tunnistaa yhteiskunnan muutoksia ja huolia ennalta. Neljänneksi esitetään viranomaistoiminnan virtaviivaistamista alueellisesti ja poikkihallinnollisesti. Lisäksi suositellaan johtamisjärjestelmän ja viestinnän kehittämistä sekä kaivostoiminnan monen elämänvaiheen näkemistä. Viimeisenä ohjenuorana ehdotetaan kaivannaisteollisuuden ja yhteiskunnan välisen dialogin toteuttamista niin, että se hyödyttää kaikkia. Useat toimenpiteet keskittyvät Kohlin mukaan yrityskulttuurin ja viestinnän kehittämiseen. Tämä toteutuisi muun muassa yhteiskuntavastuuohjelman käyttöönoton ja soveltuvien indikaattoreiden raportoinnin ja seurannan kautta. Viranomaistoiminnan virtaviivaistamisessa taas huomioidaan useiden viranomaisten eri järjestelmissä olevat tietojen vertailu- ja yhdistämismahdollisuudet.


Kaivoksille nähdään useita uusia käyttömuotoja myös kaivostoiminnan jälkeen. – Vanhat kaivosalueet voivat toimia esimerkiksi matkailun tai kulttuurin toimipaikkoina. Maanalaiseen kaivokseen voidaan myös perustaa vaikkapa varavesivoimala, kuten on ideoitu esimerkiksi Pyhäsalmen kaivosalueen uudelleen käytöksi, Kohl havainnollistaa. Yhteistyöllä riskit hallintaan Tiekartan toimenpide-ehdotuksissa painottuu yhteistyön merkitys. Sitä tarvitaan enenevissä määrin poikkisektorisesti, -tieteellisesti ja myös kansalaisyhteiskunnan eri toimijoiden ja teollisuuden kanssa. – Yhteistyötä edellyttävästä toimintatapojen muuttamisesta koituisi hyötyä koko kaivannaisteollisuuden kestävälle ja hyväksyttävälle kehittymiselle, Kohl uskoo. Yhteistoiminnan ja sen muotojen kehittämisellä nähdään olevan selkeä merkitys myös asioiden ymmärrykseen ja viestintään ja sitä kautta keskusteluun toiminnan kestävyydestä ja hyväksyttävyydestä. Kohl nostaa konkreettisena kehitysideana esille stressitestien roolin kaivosten riskienhallinnan varmistajana osana yritysten toimintajärjestelmää. – Stressitesteistä ehdotetaan työkalua, esimerkiksi vuosittain toistuva stressitestaus voisi liittyä aina johonkin tiettyyn teemaan. Yhtenä testattavana teemana voi olla nimenomaan hyväksyttävyys ja sidosryhmäyhteistyö. – Testaamalla hyväksyttävyysprosessien ja sidosryhmäyhteistyön toimivuutta varmistetaan kaivannaistoiminnan jatkuvuus ja kestävyys. Näin ei antauduta ainoastaan reaktiiviseen kriisitilanteiden hallintaan ja niistä tiedottamiseen, Kohl perustelee. Räätälöityä viestintää osana johtamisjärjestelmien kehittämistä pidetään myös erittäin tärkeänä osana kestävän ja hyväksyttävän kaivannaistoiminnan tulevaisuutta.

osioilla. Visio- ja tiekarttaosuudella on tänä keväänä seurantaosio, jonka yhteydessä tiekartta päivitetään. – SAM on VTT:n vetämä kestävän kehityksen projekti, jossa ovat mukana kaikki kestävyyden elementit, kuten ympäristö, sosiaaliset vaikutukset ja taloudelliset aspektit. Alueellinen näkökulma on keskeisessä roolissa, kertoo projektin koordinaattori Helena Wessman-Jääskeläinen VTT:ltä. SAMin pääfokus on sosiaalinen toimilupa ja siihen liittyvät työkalut. Ympäristötyökalut keskittyvät veteen muun muassa vesijalanjälkikonseptin kehittämiseen ja taloudellinen kestävyys uusiin kestävää kehitystä edistäviin liiketoiminta- ja palvelukonsepteihin. Tutkimuksen ja teollisuuden välinen aktiivinen yhteistyö on ollut tärkeää. VTT:n tutkimuspartnereina hankkeessa ovat olleet SYKE, GTK ja Helsingin yliopiston Ympäristöekonomian laitos. Yritys- ja muina yhteistyökumppaneina ovat toimineet muun muassa Metsähallitus, AgnicoEagle Finland, Anglo-American Sakatti Mining Oy, Kuusamon kaupunki, Pyhäsalmi Mine Oy , Northland Mines Oy, Kaivannaisteollisuus ry ja Sandvik Mining and Construction. n

SAM vie työtä eteenpäin Työ jatkuu vielä visiopolkujen suuntaamina Tekesin Green Mining -ohjelmaan kuuluvassa Sustainable Acceptable Mining (SAM) -hankkeessa (2013–2015) sekä alueellisella taloustarkastelulla, vesitaselaskelmilla ja hyväksyttävyysVTT Impulssi  75


Onko

tulevaisuudessa

jätevettä?

76  VTT Impulssi


Metallien käyttö lisääntyy, mutta uusia ei saada tulevaisuuden kaivoksista riittävästi. Samalla puhtaan veden saatavuus maailmalla heikkenee. Yhden ongelman ratkaisusta voi olla apua muihinkin ongelmiin. Teksti Paula Bergqvist Kuvat iStockphoto

M

istä saadaan kuparia vuonna 2030, kun sitä ei enää löydy riittävästi kaivoksista? Miten saadaan veden sisältämä energia hyödynnettyä? Entä haitta-aineet? Katseet kääntyvät jätevesiin, joissa piilee käyttämättömiä liiketoimintamahdollisuuksia. - Suomen runsaista vesivarannoista huolimatta veteen on syytä kiinnittää meilläkin huomiota. Esimerkiksi energiantuotannossa kuluu paljon vettä jäähdyttämiseen, toteaa VTT:n johtava tutkija Mona Arnold. VTT:n tutkijoille jätevesi on yksi mahdollinen mineraalilähde. – Kehitämme menetelmiä niiden tehokkaaseen ja kannattavaan talteenottoon, Arnold kertoo. Arnoldin mukaan ajattelutapaa pitäisi muuttaa niin, että kaatopaikat ja puhdistamot nähtäisiin mahdollisina raaka-aineiden ja energian lähteinä. – Lähitulevaisuudessa teknologiaa on kehitetty niin pitkälle, että tällaiset jätetehtaat pyörivät omillaan, sanoo Arnold. Jätevedestä uutta bisnestä Jätevedestä voidaan saada biokaasua, metalleja, lannoitteita ja biomateriaaleja. Haasteina ovat jätevesien suuret määrät ja laimeat liuokset. Puhdistus on vaikeaa ja kallista varsinkin, jos se tehdään vasta siinä vaiheessa, kun vesi valuu putkesta vesistöön. – Teollisuudessa jätevesi on käsiteltävä kustannustehokkaasti prosessin eri vaiheissa. Parhaimmillaan puhdistettu vesi voidaan palauttaa takaisin VTT Impulssi  77


teollisuuden kiertoon, toteaa johtaja Kaj Jansson Outotecistä. Outotec on kansainvälinen suomalaisyritys, joka kehittää vesi- ja energiatehokkaita rikastamoita. Jansson mainitsee Singaporen hyvänä esimerkkinä maasta, jossa on ratkaistu jätevedenpuhdistuksen avulla muitakin ongelmia: kun maassa ryhdyttiin puhdistamaan kunnallisesta jätevedestä juomavettä, onnistuttiin samalla vähentämään alueen ympäristöongelmia. Samalla jätevedestä otetaan talteen sen sisältämää energiaa, jolla voidaan vähentää puhdistamon energiantarvetta. – Suomella on hyvät mahdollisuudet menestyä vesibisneksessä. Meillä on osaamista sekä energia- ja kierrätystehokkuuden parantamisessa ja älykkäiden operointijärjestelmien kehittämisessä. Ohjaus- ja sensorijärjestelmien

kehityksen myötä pystytään merkittävästi tehostamaan materiaalien käyttöä teollisissa prosesseissa, toteaa Jansson. Mittaristo yritysten ympäristötehokkuudelle? Jansson toivoo yhteistä mittaristoa yritysten ympäristöystävällisyyden mittaamiseen – samantyyppistä kuin on jo kodinkoneille. Hän ehdottaa, että yrityksiä arvioitaisiin sen mukaan, kuinka hyvin ne hyödyntävät jätteitään: piste kierrätyksestä ja lisää pisteitä pääkomponenttien erottelusta ja sivutuotteiden valmistamisesta. Täydet pisteet yrityksille, joiden prosessissa ei synny jätettä ja jätevettä lainkaan. – Tämäntyyppinen mittaristo auttaisi arvioimaan, missä mennään. Se vauhdittaisi myös uusien teknologioiden käyttöönottoa, toteaa Jansson. n

JÄTEVESITRENDIT MAAILMALLA

Kuva: AJ Savolainen

KUNNALLISEN JÄTEVEDEN puhdistaminen

juomavedeksi lisääntyy, koska puhdistus suolavedestä on kallista. Kehitys kulkee kohti energiapositiivisia puhdistamoita, fosforin kierrätystä, jätelietteiden suorapolttoa ja puhdistamojen älykkäitä operointijärjestelmiä. METSÄTEOLLISUUDESSA prosessikiertojen

Kuva: Outotec

MONA ARNOLD

KAJ JANSSON 78  VTT Impulssi

sulkemista on tehty jo pitkään – erityisesti Suomessa. T&k-toiminnassa keskitytään nyt bioenergian tuotantoon, fosforin ja hivenaineiden kierrätykseen, ligniinin, lignaanin, uuteaineiden sekä hemiselluloosan hyödyntämiseen sekä uusien tuotteiden – esimerkiksi nanoselluloosan – tuotantoon ja älykkäisiin operointijärjestelmiin. KAIVOSTEOLLISUUDESSA kehitys kulkee

kohti arvo- ja haitta-aineiden talteenottoa, vähävetisiä rikastamoita, nykyisten vetisten rikastehiekka-altaiden hallintaa ja älykkäitä prosessien ohjausjärjestelmiä. Myös kaivosteollisuudessa etsitään ratkaisuja sisäisiä vesikiertoja sulkemalla. Lähde: Kaj Jansson, Outotec


JÄTEVEDESTÄ VOIDAAN SAADA BIOKAASUA, METALLEJA, LANNOITTEITA JA BIOMATERIAALEJA.

UUSIA MENETELMIÄ VTT:LTÄ

VTT KEHITTI Kestävät ratkaisut veden ja

jätteen käsittelyyn -kärkiohjelmassaan teolliseen vedenkierrätykseen energiaa säästäviä menetelmiä mineraalien ja materiaalien erottamiseksi uusiokäyttöön sekä sensoriteknologiaa saasteiden helppoon ja nopeaan havainnointiin. Sienirihmasto sitoo metallit: VTT kehitti sienirihmastosta suodattimen, johon saadaan tehokkaasti talteen esimerkiksi kulta tai myrkyllinen arseeni ilman kemikaaleja tai muita materiaaleja. Sienirihmasto sitoo metalleja aktiivihiiltä tehokkaammin. Laboratoriovaiheessa oleva menetelmäkehitys saadaan tuotantokäyttöön 3–5 vuoden päästä. Levälle tehtävä: Puhdistamoiden ravinteet voidaan käyttää bioenergiaa ja -kemikaaleja tuottavien levien kasvattamiseen. VTT kehitti menetelmiä, joilla levä kasvaa myös Suomen viileässä ja talvisin vähäisessä valossa. Vaahto puhdistaa lietteen: Lietteen käsittely on kallista ja vie paljon energiaa. VTT kehitti lietteen päälle levitettävän vaahdon, joka puhdistaa jätevettä uudelleenkäyttöä varten.

Suodatus ilman painetta: Teollisuudessa jätevesi yleensä suodatetaan paineella kalvon läpi. VTT on kehittänyt forward osmosis -menetelmän, jossa suodatus toteutetaan ilman energiaa kuluttavaa painesuodatusta. Näin säästyy energiaa, kustannuksia ja vettä saadaan enemmän prosessin kiertoon. Kasteluvesi ilmasta: Kehittyviin maihin soveltuu menetelmä, jossa ilman vesihöyry kondensoidaan ja otetaan talteen kasteluvedeksi. Veden keräämisen kustannuksia säästyy VTT:n kehittämän pinnoiteteknologian ansiosta. Fosfori talteen: Tulevaisuudessa fosforia tarvitaan nykyistä enemmän ruoan ja biopolttoaineen tuotantoon. Fosforia tuotetaan tällä hetkellä vain muutamassa maassa. VTT kehitti uuttomenetelmän, jolla fosfori erotetaan liuokseen. Herkät sensorit: VTT:n indikaattoreilla voidaan tunnistaa esimerkiksi pieniä haitallisia sinilevätoksiinipitoisuuksia ja fenolisia, hormoninkaltaisia yhdisteitä. Teknologia on valmis markkinoille lähivuosina.

VTT Impulssi  79


Tuomme

älykkäät ratkaisut teollisuuteen.

Kehitämme tulevaisuuden tehdasta, teollista palveluliiketoimintaa, ekotehokkaita tuotteita ja älykkäitä energia­ ratkaisuja. Ota yhteyttä!

Teijo Salmi, markkinointijohtaja teijo.salmi@vtt.fi


VTT

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.

VTT Impulssi on lehti tieteestä, teknologiasta ja liiketoiminnasta. Se ilmestyy kaksi kertaa vuodessa suomeksi ja englanniksi. Julkaisija: VTT, Tekniikantie 4 A, Espoo, PL 1000, 02044 VTT. Puhelin 020 722 111. Päätoimittaja: Olli Ernvall, puh. 020 722 6747. Toimitusneuvosto: Erkki KM Leppävuori, Jouko Suokas, AnneChristine Ritschkoff, Kari Larjava, Petri Kalliokoski ja Paula Bergqvist. Toimitus ja ulkoasu: MCI Press Oy. Paino: Kopijyvä, Jyväskylä 2014. Tilaukset ja osoitteenmuutokset: info@vtt.fi. ISSN 1798-0119. Julkaisussa esitetyt mielipiteet ovat haastateltavien esittämiä eivätkä välttämättä vastaa VTT:n kantaa.

ISO 14001

MCI

Vastaa ja voita Jollan puhelin!

1/2014

VTT

EN KOHTI TOIS LVEN SUKUPO

BIOENERGIA

i kanavista:

Seuraa VTT:tä er

-

IOITA TEKNOLOG

TIEDE

tuo älyä Automaatio liikenteeseen

TEKNO LOGIA

era näkee Terahertsikam tämättä etäältä säteilyt

LIIKET OIMIN

TA

on bisnesJätevedessä ia mahdollisuuks

VTT www.vtt.fi

Kerro mielipiteesi lehdestä ja osallistu arvontaan.

Kolmen askeleen polku verkkokyselyyn 1. Mene osoitteeseen www.mcipress.fi /impulssi. 2. Merkitse numerosarja 785362 3. Tämän jälkeen pääset lukijakyselyyn klikkaamalla lähetä-painiketta. Lukijakyselyyn voi vastata kahden viikon sisällä lehden ilmestymisestä. Kyselyyn voivat osallistua kaikki MCI Press Oy:n tuottamien lehtien lukijat. Voit osallistua kyselyyn jokaisen ilmestyvän numeron yhteydessä, mutta vain yhdellä vastauksella lehden numeroa kohden. Kysely ja arvonta koskevat lehtiä, jotka ilmestyvät kevätkaudella 2014. Palkinnon arvontaan osallistuvat kaikki vastanneet. Palkinto arvotaan 31.7.2014. Voittajalle ilmoitetaan sähköpostitse tai kirjeitse. Syksyn lukijapalkinnon Nokia Lumian voitti Tilisanomat-lehden lukija Sari Vesamäki.

Facebook facebook.com/VTTFinland Twitter @VTTFinland VTT Blog

VTT Blog vttblog.com Youtube youtube.com/VTTFinland Slideshare slideshare.net/VTTFinland VTT Impulssi  81


VTT:n osaamista on joka kolmannessa suomalaisessa innovaatiossa. Kehitämme myös tulevaisuuden tärkeimpiä teknologioita: Big data 3D-tulostus Biosensorit Pilvilaskenta Robotiikka Painettavat sensorit Aurinkoenergia Nanosellu Likaahylkivät pinnat Ihmisten tunnistus Laajennettu todellisuus Lähde: VTT:n vaikuttavuustutkimus 2013 ja eduskunnan tulevaisuusvaliokunnan julkaisu 6/2013: Suomen sata uutta mahdollisuutta: radikaalit teknologiset ratkaisut.

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