Kohtuutalouden materiaalitekniikkaDosentti Osmo KuusiValtion taloudellinen tutkimuskeskus

Materiaalit murroksessa -kirja (Kuusi 1994) ennakoi materiaalien käyttöä 2010 erityisesti kestävän kehityksen näkökulmasta

Kolme kestävän kehityksen strategiaa:

Kevennysstrategia: Räätälöidään edullisia ja keveitä ratkaisuja, joiden käyttöikä on lyhyt ja viallisen korjaaminen kannattamatonta. Moniaineksisen materiaalin uusiokäyttö on epätaloudellista. Puu- tai muovipohjaiset tms. polymeerimateriaalit hyödynnetään polttamalla ja muut ainekset erilaisilla kemiallisilla menettelyillä ja lämpökäsittelyillä. Myös luonnossa hajoavat materiaalit sopivat tähän strategiaan

Kestävyysstrategia Suorituskyvyltään erinomaisiksi räätälöidyt, lujat

ratkaisut, joiden käyttöikä on pitkä ja viallisen korjaaminen on kannattavaa. Räätälöinnin tuloksena materiaalin vaikea uusiokäytettävyys. Korjattavuutta tukeva modulirakenne tekee kuitenkin mahdolliseksi vioittuneiden osien helpon korvaamisen toisilla tai vielä käyttökelpoistgen osien hyödyntämisen. Jotkut modulit voivat olla materiaaleina uudelleenkäytettäviä.

Kierrätysstrategia Lähtökohtana materiaalin toistuva käyttö samaan

tarkoitukseen. Vältetään rakenteiden ja materiaalien tarpeetonta monimutkaistamista, mikä vaikeuttaa korjaamista

Mikä lisääntyy vuoteen 2010? Ennakoijina 1993 teollisuuden, tutkijoiden, jätehallinnon ja

ympäristöjärjestöjen edustajat

• Pakkaukset: teollisuus – kevennys, tutkijat – kevennys ja kestävyys, jätehallinto – kaikki kolme, järjestöt –kestävyys ja kierrätys

• Rakentaminen: teollisuus ja tutkijat – kevennys ja kierrätys, jätehallinto ja järjestöt: - kestävyys ja kierrätys

• Kulkuneuvot ja koneet: teollisuus ja tutkijat – kevennys, jätehallinto – kevennys ja kierrätys, järjestöt – kaikki kolme

• Paperi ja kartonki: teollisuus, tutkijat ja jätehallinto – kevennys ja kierrätys, järjestöt – kierrätys

Esittikö kirja vuonna 1993 mielekkäitä kysymyksiä?

• Ilmastonmuutosta pohdittiin kirjassa, mutta nyky-ymmärryksen mukaan liian vähän. Toki nyt ei tarvitse hävetä seuraavaa lausetta (s. 154): “Ydinvoimaan liittyvien todellisten ja kuviteltujen riskien ohella kasvihuoneilmiö vaatii energiatalouden välitöntä suuntaamista auringon säteilyä hyödyntävään suuntaan.”

• Kasvihuonekaasupäästöjä vähentävät materiaaliratkaisut, erityisesti puun merkitys hiilivarastona ja puurakentaminen, olisivat ansainneet perusteellisemman pohdinnan

Koneet ja laitteet: Kevennysstrategia etenee

• Poltosta tai perusmateriaalien talteenotosta on tullut selkeästi keskeisin tapa hoitaa elektroniikkajätettä

• EU:ssa on hyväksytty WEEE-direktiivi (Waste Electrical and Electronic Equipment), josta tuli eurooppa-lainsäädäntöä vuonna 2003. Sen tarkoituksena on varmistaa, että vaaralliset kemikaalit ja elektroniset komponentit eivät joudu kaatopaikoille normaalin kotitalousjätteen kanssa. Direktiivin mukaan käytöstä poistetut tietokoneet ja tulostimet on toimitettava hyväksyttyihin keräys- ja kierrätyspisteisiin.

Kestävyysstrategian edelläkävijä - värikasettiuusiointi• EU:ssa on hyväksytty WEEE-direktiivi (Waste Electrical and

Electronic Equipment), josta tuli eurooppalainsäädäntöä vuonna 2003. WEEE-direktiivin 4. artiklan tarkoituksena oli estää valmistajia lisäämästä tuotteisiinsa uudelleenkäytön estäviä ominaisuuksia. Jotkut jäsenvaltiot kuitenkin tulkitsivat, ettei artikla koske kulutushyödykkeitä.

• EU-parlamentin mukaan mustekasetteja on valmistettu suunnitelmallisesti siten, että niiden uudelleenkäyttö on mahdotonta tai taloudellisesti kannattamatonta mm. sisäänrakennetut sirut. Uudessa direktiivissä parlamentti täsmensi, että näin valmistettuja kulutustuotteita ei sallita EU:ssa mainiten erityisesti mustekasetit.

Kuinka itse käytät uudelleen printterin värikasetin

• http://www.wikihow.com/Refill-and-Reuse-a-Printer-Cartridge

Printer ink is one of the most expensive things that you'll run into when you set up your home office. You start out taking dozens of pictures with your new digital camera, download them onto your computer, print a few and then suddenly: the print cartridge runs out of ink.

• If you follow this how-to guide and refill your print cartridge instead of buying a new one, you can save literally hundreds of dollars in printer ink.

Värikasettien uusioinnin tekniikat

• Byrodata on täysin suomalainen yhtiö, joka on perustettu vuonna 1996.  Byrodata Oy:n erikoisalueena ovat tulostinvärikasetit ja niihin liittyvät tuotteet. Byrodata Oy on keskittynyt tulostustarvikkeiden maahantuontiin ja tukkukauppaan alueena koko Suomi. Byrodata Oy omistaa Mustekasetti.com Finland Oy ja Print-SuperStore OÜ osakekannoista 100%. Mustekasetti.com Finland Oy:n toimialana on myydä ja markkinoida tulostintarvikkeita loppukäyttäjille koko Suomessa. Print-SuperStore OÜ toimii Tallinnassa.

• Vuosi 2010 on konsernin 15:s toimintavuosi. Byrodata Oy on ainoana Euroopassa kehittänyt 5-osaisen laserkasettien SuperPrint -täyttösarjan vuosien kehitystyön tuloksena. Tarjoamme ainoana Suomessa myös täyttöpakkauksia värilaserkasettientäyttämiseksi

Apua värikasetin uusiointiin

• Print&Refill tarjoaa edullisen, laadukkaan ja kestävän tulostusratkaisun sekä kotitalouksille että yrityksille. Erikoisalaamme on tulostimien, kopiokoneiden ja faksien väriainekasettien uusiokäyttö. Vuonna 2003 aloitimme ensimmäisenä Suomessa mustekasettien täytön asiakkaan odottaessa. Uusioimme myös laser- ja kopiokasetit.

Olennaisia standardit ja moduulien helppo vaihdettavuus• Mm. autoissa kaikkia autovalmistajia koskevien

standardien puute johtanut korjaamisen kalleuteen

• Modulien vaihtoa on pikemminkin vaikeutettu kuin helpotettu, vaikka esimerkiksi sähkökentässä kokoa vaihtavat materiaalit tarjoaisivat mahdollisuuksia osien irrottamiseen ja kiinnittämiseen (älykkäät materiaalit)

• Ilmastonmuutoksen torjunta tosin vaatii usein kone- ja laitekannan uusimista

Materiaalien uusia mahdollisuuksia

• Älykkäät materiaalit

• Nanomateriaalit

• Itseään monistavat materiaalit, biomateriaalit

Älykkäät materiaalit

• Tulevaisuuden maanjäristyksissä talo kallistelee kuin laiva laineilla, mutta nousee sitten pystyyn (Kalevi Rantanen, Tiede -lehti 8/2010)Tohtori Yuuki Tanaka työtovereineen japanilaisesta Tohokun yliopistosta raportoi Science-lehdessä maaliskuussa 2010 uudesta metalliseoksesta, jossa yhdistyvät kumin ja teräksen hyvät ominaisuudet.

• Suomessa Kari Ullakon yritys AdaptMat muodostaa todellisen tulevaisuuden villikortin. Sähkökentässä jopa 6% pituuttaan vaihtava patentoitu metallipolymeeri hakee sovelluksiaan.

• Rantanen vertaa menestysmateriaalin kehittämistä kamelin ajamiseen neulansilmän läpi. Vaatimuksia, joita pitää täyttää, on kymmeniä. Materiaalin on oltava helposti valmistettavissa ja muokattavissa. Sen pitää toimia normaalioloissa. Sen on oltava myrkytöntä, paloturvallista ja säästää ympäristöä. Hinta on saatava tarpeeksi alhaiseksi suhteessa materiaalin ominaisuuksiin.

Nanohiilien – fullereeni, nanoputki, grafeeni - patentteja

• Akkusovellukset kypsimpiä, kalvo- ja komposiittisovellukset lupaavia, ”villikortteja” aurinkokennot ja suodattimet

Hakusana patentin abstrak-tista tai otsikosta

Kaikki vuoden 1978 jälkeiset cemet-tiedoston patentit

Vuonna 2009 ja vuo-den 2010 alussa myön-netyt patentit

Uusien patenttien osuus

carbon nanotube 7500 1400 19% nano 37100 6100 16% fullerene 2800 200 5% graphene 400 200 50% silicon nanotube 300 50 17%

Kuinka ratkaista geenimuuntelun hyväksyttävyyden umpisolmu?

• Vielä 1990-luvulla perinnöllisen aineksien siirto perustui DNA-aineksen hyvin satunnaiseen sijoittumiseen. Perinteissä geeninsiirrosssa sijoittuminen varmistettiin antibiootin (kanamysiini) kestävyyden apugeenillä.

• Antibiootilla käsitellyssä viljelmässä ovat pystyneet kasvamaan vain ne solut, joissa geenimuunnos on onnistunut.

2010 – luvun geeninsiirto

• Uudet geenien siirron täsmätekniikat, erityisesti zink finger nucleases, tekevät mahdolliseksi geenin sijoittamisen haluttuun paikkaan perimässä ja siirtojen vaikutuksen paremman tulkinnan. Erilliset valinnan antibioottien apugeenit tulevat ajan myötä jäämään pois käytöstä tarpeettomina.

• Ns. EST-jaksoja, jotka kasvien DNA:ssa koodaavat tunnistettuja tehtäviä, tunnetaan moninkertainen määrä 1990-lukuun verrattuna

2005 2009 Poppelipuut mm. haapa (Populus) 587 000 Kuuset (Picea) 530 000 Männyt (Pinus) 504 000 Pinus taeda (loblollymänty) 177 000 443 000 Populus tremula ja P. tremuloides (haapa ja Amerikan haapa)

110 000 336 000

Picea glauca (valkokuusi) 55 000 331 000 Picea sitchensis (sitkankuusi) 12 000 283 000 Populus balsamifera (palsamipoppeli) 115 000 137 000 Populus deltoides 15 000 71 000 Eukalyptukset (Eucalyptus) 60 000 Pinus pinaster (rannikkomänty) 18 000 30 000 Picea engelsmannii (englanninkuusi) 12 000 28 000 Picea abies (Suomen metsien kuusilaji) 15 000 Populus euphratica 13 000 14 000 Koivut (Betula) 18 000 Betula pendula (rauduskoivu) 2 500 11 000 Pinus sylvestris (Suomen metsien mäntylaji) 1 500 6 500 Eukalyptus grandis (pääasiassa viljelty eukalyptuslaji) 1 500 6 000

Umpisolmun ratkaisumalli

• Sekä syvällisten arvo-ongelmien että teknisten epävarmuuksien vuoksi on mielekästä jaotella geenimuuntelun sovellukset ainakin kahteen ryhmään

• Risteyttämällä periaatteessa tavoitettavissa olevat ominaisuudet kevyehköllä seurannalla (lisähelpotus, jos ei omistusoikeusvaatimusta)

• Muut sovellukset raskaalla menettelyllä, joihin tarvitaan paljon resursseja ja laaja hyväksyntä

Esikuvaksi intialainen M.S. Swaminathan

• Kutsuttu 1960- ja 1970-lukujen Vihreän vallankumouksen isäksi Intiassa – oli keskeinen lyhytkortisten vehnän ja riisin käyttöönoton edistäjä. Näillä torjuttiin Intiaa uhannut nälänhätä.

• Gandhilainen ajattelija, joka1960-luvulla perusti Intiaan 2000 malliviljelmän verkoston ja on tutkimuslaitoksensa kautta edelleen erittäin merkittävä vaikuttaja

• Hänen aloitteestaan käynnissä pienviljelijöitä voimauttava hanke Intiassa nimellä ”Evergreen revolution”, Ikivihreä vallankumous.

• Käytetään mahdollisimman tehokkaasti uusinta bio- ja geeniteknistä tietoa paikallisten kasvilajien kehittämiseksi.

Ekotalous Keskeisenä lähtökohtana on suuren väestömäärän mielekäs työllistyminen pienimuotoiseen viljelyyn alle 100 ha tiloille tai tuotanto-osuuskuntiin. Geenimuuntelu ei ole sallittua ja estetään luotattavilla turvajärjestelyillä muunnellun ”geenisaasteen” leviäminen viljelmille Paikallisten kasvien ja eläinten moninaisuuden hyödyntäminen Biodiversiteetin suojelu ja vieraslajien sekä niiden perinnöllisen aineksen leviämisen ehkäisy Paikalliset ja perinteiset tuotantomenetelmät sekä Sellaiset viljelymenetelmät, missä ei käytetä kemiallisia kasvinsuojeluaineita ja lannoitteita tai niiden käyttö on vähäistä. Ammattitaitoista käyttöä edistetään neuvonnalla. Valvotaan erityisesti, ettei tuotteissa ole niiden puhtautta vaarantavia jäämiä.

Ikivihreä vallankumous Keskeisenä lähtökohtana on suuren väestömäärän mielekäs työllistyminen pienimuotoiseen viljelyyn alle 100 ha tiloille tai tuotanto-osuuskuntiin. Käytetään mahdollisimman tehokkaasti uusinta bio- ja geeniteknistä tietoa paikallisten kasvilajien kehittämiseksi. Kasveja kehitetään geenimuuntelulla palvelemaan ensisijaisesti paikallisten kuluttajien tarpeita ja toissijaisesti vientiä varten. Tehokkaan neuvonnan avulla varmistetaan, että maaperä ylläpidetään viljelykelpoisena, ravinnekierrot ovat hallittuja, kastelu käyttää tehokkaasti vesiresursseja ja kasvatettaviksi on valittu sopivat lajikkeet. Muodostetaan kehitysmaihin kylätasolle ulottuvat koulutuksen ja neuvonnan verkostot julkisesti rahoitettujen tutkimus- ja kehittämiskeskusten johdolla. Myös kehittyneiden maiden ravinnontuotannon verkostoitumista tehostetaan.