TIEDE

Automaatio tuo älyä liikenteeseen

TEknologIa

Terahertsikamera näkee etäältä säteilyttämättä

lIIkEToImInTa

Jätevedessä on bisnes-mahdollisuuksia

bioenergia-TEKNOLOGIOITA

KOhTI TOIsEN suKupOLvEN

1/20

14M

CI

VTT

Jotta tutkimussektori pysyisi vahvana, se kaipaa dynaamisuutta ja impulsseja. jukka pEkkarInEn

46Älyliikenteestä vientivaltti kotimaiselle osaamiselle.

22

Wärtsilä kehittää uutta potkurien tuoteperhettä yhteistyössä VTT:n kanssa.

62

1/2014

Päästö-määräyksistä muutospaineita vanhoille voimalaitoskattiloille. Mallinnus auttaa uusien ratkaisujen etsimisessä.

VTT

sisältö 1/2014

Katse tulevaisuuteen ................................ 2

Polttopiste ................................................ 6 Jukka Pekkarinen, Mika Maliranta ja Erkki KM Leppävuori

Brasilia viitoittaa bioenergian tietä ........ 12

Kolumni ................................................... 19 Olli Ernvall

6 ”Toimintatapojen muuttamisesta

olisi hyötyä koko kaivannaisteollisuuden

kehittymiselle.”johanna kohl

72

alkupalaT

TIEDE

12

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

Liiketoimintauutisia ........................................................70

Kaivostoiminnasta kestävää ja hyväksyttävää .............72 Uudelleen nouseva kaivosteollisuus sopeutuu muuttuneeseen ympäristöön.

Onko tulevaisuudessa jätevettä? ...................................76 Puhtaan veden saatavuus maailmalla heikkenee.

Päälle puettavan teknologian markkinat kasvavat vauhdilla.

60

Teknologiauutisia .............................................................44

Älyliikenteestä suomalaisia vientivaltteja .......................46 Hightech-osaaminen vie Suomea älyliikenteen maailman markkinoille.

Tuottoa sijoituksille ..........................................................52 Mitä syntyy kun pistetään yhteen hyvä idea ja pari enkeliä?

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

TEknologIa

Jätevesissä piilee käyttämättömiä bisnesmahdollisuuksia.

76

lIIkEToImInTa

56

Kasvuun 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. Suoranai-sena ongelmanamme on ollut se, että elinkeinoraken-teemme on ollut rakenteellisessa murroksessa viimei-sen vuosikymmenen aikana.

Monet perinteiset teollisuudenalat kohtaavat digi-taalisen aikakauden alentuneena kysyntänä ja tuottei-den menekin heikkoutena. Toisaalta elektroniikkatoi-miala 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 yritys-toimintaa.

Innovaatiotoimintaan kannustaminen on nos-tettava entistä selvemmin suomalaisen yhteiskun-nan peruspilariksi. Tulevaisuudessa yhä suurempi osa kansantalouden kasvusta tuotetaan aineettomilla investoinneilla. Valtaosa tästä muodostetaan koulu-tukseen perustuvalla osaamispääomalla.

Toimiva innovaatiopolitiikka tarvitseekin perus-takseen hyvin toimivan korkeakoulu- ja tutkimusjär-jestelmän. 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 useam-min kokonaan sähköiseen muotoon tai siten, että ne hyödyntävät merkittäviltä osin sähköisiä ele-menttejä.

Suomi onkin vietävä digitalisaation eturintamaan. Julkisten palveluiden sähköinen palveluväylä, kas-vurahastot ja julkisten tietovarantojen avaaminen auttavat parantamaan tuottavuutta ja luomaan mah-dollisuuksia täysin uudelle liiketoiminnalle.

toinen suuri murros globaaleissa tuotantotavoissa ja kysynnässä liittyy kasvaviin ympäristöongelmiin ja luonnonvarojen tehokkaaseen käyttöön. Nämä heijastuvat hiilineutraalien energiaratkaisujen ja ener-giatehokkuuden sekä yleisemmin puhtaan teknolo-gian kysynnän kasvuna.

Tämä tarkoittaa suuria haasteita ja mahdollisuuksia suomalaiselle osaamiselle ja sen uudistamiselle. Vih-reässä 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 panos-tuksia 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 vai-kuttavuutta ja luodaan uusia siltoja tutkimustulosten siirtämiseksi tutkimuslaitosten ja yritysten välillä. n

Jutta Urpilainenvaltiovarainministeri

”Vihreässä kasvussa on iso

kasvupotentiaali.”

Kasvu syntyy osaamisesta

PÄÄKIRJOITUS

Hierarkiasta horisonttiinmenetelmiä parempaan päätöksentekoon

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!

2 vTT Impulssi

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

Yhteiskunnallisen päätöksenteon aikajänne voi olla kolme tai kolme-kymmentä vuotta, mutta pelkästään nykytilanteeseen nojaamalla teh-dään hyviä päätöksiä vain harvoin.

On osattava ennakoida tulevaisuuden tarpeita ja päätösten vaikutuksia.

Monimutkaistuvan päätöksenteon tukemi-seksi VTT kehittää mallia, jossa kytketään toi-siinsa toimintaympäristön muutos, vallitsevien toimintamallien analyysi sekä uudet kehkeyty-mässä olevat innovaatiot. Olennaista on muu-tosten sosioteknisen kokonaisuuden ymmär-täminen.

Menetelmä soveltuu niin yhteiskunnalli-seen päätöksentekoon kuin esimerkiksi laajo-jen organisaatiouudistusten suunnitteluun ja seurantaan. Tavoitteena on siis tarjota aiem-paa parempi menetelmä kauaskantoisten pää-tösten tekoon.

Keskeisiä ajatuksia ovat yhteisten näkemys-ten muodostaminen tulevaisuudesta, muutos-polkujen vahvistaminen esimerkiksi verkostoja luomalla ja vaihtoehtoisten kehityskulkujen kokeileminen.

Päätöksenteko edellyttää tavoitteita ja strategiaa Stradaksi kutsutussa Strateginen päätöksen-teko ja muutoksen ohjaaminen -hank-keessa kehitetty malli muodostuu ennakoin-nin, systeemidynaamisen mallinnuksen, vaikutusten arvioinnin sekä päätöksenteon

vuoro vaikutteisuuden ja innovaatioiden juurrut tamismenetelmien yhdistämisestä.

Mallia lähdettiin rakentamaan vuonna 2011 kolmen aihealueen kautta. Aihealueiksi valittiin biotalous, sosiaali- ja terveyspalveluiden uudel-leen järjestäminen ja liikennesuunnittelu.

– Biotalous oli tuolloin kaikkialla ilmassa, mutta jo toimijoiden tunnistaminen osoittautui hyvin haasteelliseksi. Kun puhumme biotalou-desta, puhummeko energiantuotannosta, maa-taloudesta, metsätaloudesta vai kemiasta vai jostain muusta, kysyy Strada-hankkeen projek-tipäällikkö Mika Nieminen VTT:ltä.

– Opimme nopeasti, että ennen kuin kehitty-neitä päätöksentekomenetelmiä voidaan sovel-taa, halutulle muutokselle on oltava yhteiset tavoitteet ja strategia. Vähintäänkin on oltava järjestelmä, jota kehittää.

Sosiaali- ja terveyspalveluiden uudistami-sessa ja liikennesuunnittelussa tavoitteet oli-vat selkeät, joten mallin rakentaminen onnis-tui helpommin.

Toimijoiden määrä yllätti terveydenhuollonSosiaali- ja terveyspalveluiden uudelleen järjes-täminen lähti kysymyksestä, kuinka kroonisten sairauksien hallinnassa voidaan siirtyä asiakas-lähtöiseen palvelumalliin.

Terveydenhuollon nykyinen palvelumalli pohjautuu akuutin ongelman hoitamiseen. Koska kroonista sairautta ei voida poistaa, pal-velun tulisi tähdätä asiakkaan arjessa pärjää-miseen. Muutoksen tarvetta perustelevat sekä

KATSE TULEVAISUUTEEn

Teksti katri Isotalo

vTT Impulssi 3

Stradan sosiaali- ja terveydenhuollon tapaustutkimuksessa kehitettyä päätöksente-koa tukevaa mallia hyödynnetään jo ainakin kaivannaisteollisuudessa ja energiantuotannon uudistamisessa.

ajoitus ratkaisee Kolmas Stradan tapaustutkimus liittyi liikenne-järjestelmän tulevaisuuteen pääkaupunkiseu-dulla. Tavoitetilaksi määriteltiin EU:n niin sanotussa White Paperissa esitetty päästötön liikenne vuoteen 2050 mennessä. Visiopoluiksi, joilla tavoitetila voitaisiin saavuttaa, valittiin julkisen liikenteen lisääminen ja yksityisautoi-lun vähentäminen, biopolttoaineisiin siirtymi-nen ja sähköautot.

On melko helppoa luetella liikennesuunnitte-lussa huomioon otettavia tekijöitä: muuttoliike, työpaikkojen sijainti nyt ja tulevaisuudessa, päästövähennyksiä koskevan lainsäädännön kehitys, erilaiset veropoliittiset päätökset ja nii-den vaikutus, liikennevälineiden ja aikataulu-järjestelmien teknologinen kehitys, matkus-tajien valmius muuttaa käyttäytymistään. Huomattavasti vaikeampaa on ennakoida teki-jöiden vaikutus toisiinsa ja lopputulokseen.

Eri tekijöiden riippuvuuksia simuloitiin sys-teemidynaamisella mallilla. Mallinnusta var-ten pohdittiin muun muassa millaisia kannus-timia eri visiopolkujen toteuttaminen vaatii. Eri intressi ryhmät pyrittiin ottamaan huomioon mahdollisimman laajasti yksittäisten käyttäjien tunnereaktioihin asti.

– Mallinnus toi mielenkiintoisia tuloksia eri-tyisesti toimenpiteiden ajoituksesta ja järjestyk-sestä, kertoo VTT:n johtava tutkija Toni Ahlqvist.

Jos toimenpiteet toteutettiin väärässä aika-järjestyksessä tai toimenpiteitä toteutettiin yhtäaikaisesti ottamatta huomioon niiden ris-tikkäisvaikutuksia, esimerkiksi yksityisautoilu saattoi vastoin odotuksia lisääntyä.

Ahlqvist puhuu intuition vastaisista tulok-sista, jotka malli teki hyvin näkyväksi. Tähän liittyy esimerkiksi teknisten innovaatioiden tuominen markkinoille. Jos vaikkapa sähköauto tuodaan markkinoille ilman riittävää lataus-verkostoa, moni kuluttaja pettyy eikä ole ensi-kokemuksen jälkeen halukas siirtymään säh-köautoon silloinkaan, kun latauspisteitä on jo kattavasti. n

palveluiden inhimillinen merkitys että talou-delliset näkökulmat.

Strada-hankkeessa luotiin uudenlainen päätök senteon malli uudistusten aikaansaa-miseksi. Olennaista oli saada mukaan mah-dollisimman laaja joukko niitä tekijöitä, jotka vaikuttavat päätöksiin ja käytännön toimin-tamalleihin. Keskeisenä työkaluna muutok-sen edistämisessä olivat työpajat ja niissä Stra-dan kehittämät työkalut. Työpajoja järjestettiin kolme, ja laajimpaan niistä osallistui sekä alan viranomaisia, terveydenhuollon tietotekniikka- ja lääkäriyrityksiä, tutkijoita että potilas- ja muita järjestöjä.

– Vasta työpajat avasivat monen silmät sille, kuinka laaja joukko toimijoita oman alan asioi-hin vaikuttaa, kertoo tutkimustiimin päällikkö Johanna Kohl VTT:ltä.

Hänen tehtäviinsä työpajoissa kuului saada osallistujat nimeämään suurimmat esteet muu-tokselle ja löytämään prosessit, joita on muu-toksen aikaansaamiseksi muutettava.

– On ollut hienoa huomata, että eri toimi-jat ovat alkaneet nähdä itsensä osana isompaa kokonaisuutta, Johanna Kohl kertoo.

Päätöksenteon malli luotiin yhteistyössä Pir-kanmaan Kurkiaura-hankeen kanssa. Kurki-aurassa on kehitetty sydänsairaille alueellinen asiakaslähtöinen palvelumalli, jota on tarkoi-tus soveltaa Stradan kanssa kehitetyn muutok-sen edistämisen mallin avulla valtakunnallisesti myös muihin pitkäaikaissairauksiin.

Hybriditoimijat luovat yhteyksiäYhdeksi ratkaisuksi laajojen muutosten juur-ruttamiseen Kohl ja hänen kollegansa Sirkku Kivisaari suosittelevat hybriditoimijoiden hyö-dyntämistä. Hybriditoimija on rohkea ja utelias henkilö, joka pystyy puhumaan eri toimijoiden kieltä niin alueellisesti kuin valta-kunnallisestikin. Visionääriset ja pitkäjäntei-set hybriditoimijat pystyvät luomaan yhteyksiä paikallisten kokeilujen ja vallitsevan järjes-telmän prosessien välille. He luovivat suju-vasti erilaisten johtamis- ja toimintatapojen keskellä.

Tutkijat korostavat, että uuden toiminta-mallin kehittämisessä kannattaa hakea koke-musta muiltakin toimialoilta ja yli kunta- ja organisaatiorajojen.

4 vTT Impulssi

”TyöPaJaT avasivaT monen silmäT sille,

kUinka laaJa JoUkko oman alan asioiHin

vaikUTTaa.”

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 Euroo-pan yhdentyminen tarkoittavat, että verkostojen on venyttävä kansallisten rajojen ulkopuolelle.

Lisäksi päätöksentekoa vaikeuttaa muutos-nopeuden kiihtyminen. Tieto- ja viestintätekno-logian laajalle ulottuva kehitys on saanut tiedon liikkumaan paljon entistä liukkaammin.

Yhteiskunnallinen päätöksenteko on kohdannut uusia haasteita myös kilpailun kiristymisen muo-dossa. 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 päätök-senteon 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 ny-kyisenkaltaisille ongelmille, mikä on johtanut tilan-netta korjaavaan ad hoc -päätöksentekoon. niin ikään on ilmeistä, että valtion tuottavuusohjelman yhteydessä ei ole tarkasteltu riittävän monitasoi-sesti toimeenpanon vaihtoehtoja ja seurauksia.

niinpä vaikuttavuus- ja tuottavuustavoitteet ovat joutuneet ristiriitaan säästötavoitteiden kanssa. Myös yrityksissä keskeiset valinnat ja päätök-set saattavat perustua hetkelliseen markkina-tilanteeseen ja lyhyellä aikajänteellä tapahtuviin muutoksiin, nieminen ja Hyytinen jatkavat.

Jatkuvaa oppimistaPäätöksenteon monimutkaistumisen lisäksi Strada-hankkeen aloittamisen taustalla oli laajojen vaikuttavuusarviointien kehitystarpeet. Arvioin-neissa 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, mal-lintamisen ja juurruttamisen asiantuntijat oppivat, että menetelmät täydentävät toisiaan ja että me-netelmiä yhdistelemällä syntyy uusia menetelmä-kokonaisuuksia.

Samaan erilaisten osaajien tietojen ja taitojen yhdistämiseen pitäisi päästä myös arkielämän päätöksenteossa. Mitä kompleksisempi koko-naisuus, sen vaikeampaa siihen vaikuttavien tekijöiden riippuvuussuhteita on hahmottaa. Systemaattiset menetelmät helpottavat päätök-sentekoa yhdistämällä hajanaisia tietoja tarkoituk-senmukaisiksi kokonaisuuksiksi.

Strategisen päätöksenteon ja muutoksen oh-jaamisen perustutkimus ja siitä syntynyt teoreetti-nen pohjamalli on nyt saatu valmiiksi. Seuraavaksi alkaa mallin pilotointi.

mIksI pääTöksEnTEko on aIna VaIn VaIkEampaa?

vTT Impulssi 5

mIka malIranTa

kaikki katseet

• tutkimusjohtaja, Elinkeinoelämän tutkimuslaitos, v. 2009–

• osa-aikainen professori, Jyväskylän yliopisto, v. 2009–

• filosofian tohtori (kansantaloustiede)

• työskennellyt tutkijana Etlan lisäksi Tilastokeskuksessa

uudistu miseen

6 vTT Impulssi

jukka pEkkarInEn

kaikki katseet

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

Teksti hanna rusila Kuvat Vesa Tyni

uudistu miseen

• 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

POLTTOPISTE

→

suomen talous lähtee viimein tänä vuonna varovaiseen nousuun – ehkä. Vuosi 2013 osoittautui paljon odotuksia heikommaksi, ja Suomi-laiva kyntää yhä aallokossa. Paineet

julkisten menojen karsimiselle ovat kovat, kun väestö vanhenee kiihtyvällä tahdilla ja työikäis-ten osuus kutistuu.

Valtiovarainministeriön kokenut kansanta-lousasiantuntija, talouspolitiikan koordinaat-tori Jukka Pekkarinen nostaa vaikean yhtälön ratkaisemisessa keskiöön uusiutumiskyvyn, eri-tyisesti tuottavuuden kasvun.

Suomalaisen työn tuottavuus koheni huip-puvauhtia 1970-luvulla ja vielä vuosituhannen vaihduttuakin mukavasti. Viime vuosina käyrä on polkenut nollassa, teknologian kehityksestä huolimatta.

− Ilmiö on hämmentävä, sillä yleinen käsi-tys on päinvastainen. Tuottavuuskehitystä ja sen syitä tutkitaan paljon, mutta eväät suunnan kääntämiseksi ovat vähissä, Pekkarinen sanoo.

valtio yritysten apunaTuottavuuden merkitystä painottaa myös tut-kimusjohtaja Mika Maliranta Elinkeinoelämän tutkimuslaitoksesta.

Hänestä nykyinen kehitys on kuitenkin loo-ginen: nykyisin tuottavuuskasvutilastojen kär-jessä ovat Kiinan kaltaiset nousevat taloudet, jollainen Suomikin oli aikanaan. Huolestutta-vaa on se, että Suomi on viime vuosina pudon-nut trendivertailussa keskeisten kilpailijamai-densa – kuten Ruotsin ja Saksan – taakse.

– Suhteellisesti katsottuna tuottavuus on Suomessa romahtanut. Samaan aikaan työvoi-makustannukset ovat meillä nousseet nope-ammin kuin muualla. Nämä seikat ovat syn-nyttäneet kilpailukykyongelman, johon päättäjien on reagoitava, Maliranta näkee.

Malirannan mukaan kilpailukyky alkoi vajota jo 2000-luvun alussa. Miten tilantee-seen pitäisi puuttua, on hänestäkin vaikea kysymys.

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 yri-tyksissä. Valtio voi edistää asiaa pitkäjänteisesti epäsuoria keinoja käyttäen, esimerkiksi jatka-malla voimavarojen suuntaamista koulutukseen ja t&k-toimintaan, Maliranta linjaa.

Pekkarinen tähdentää, että yksi tärkeä osa kansantalouden tuottavuutta on julkisen palve-lutuotannon tehokkuus.

– Terveydenhuollossa rahaa on tuhlattu, eikä nykyinen kuntarakenne toimi. Julkisten meno-jen hillitsemisessä keskeistä on ict:n mahdolli-suuksien saaminen käyttöön, sote-uudistus ja hoitoketjujen tehostaminen, hän listaa.

yhdeksän miljardin vajeHallituksen kaavailema kolmen miljardin kulu-kuuri ei riitä ratkaisemaan kansantalouden kestä vyysongelmaa. Pekkarisen mukaan jul-kista 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 veronalennuksiin-kaan ei ole Pekkarisen mukaan juuri pelivaraa, vaikka ne voisivat vauhdittaa talouden rattaita.

Siksi katse on kohdistettava uudistumisky-kyyn.

− Työllisyysasteen kohentaminen, työurien pidentäminen, eläkejärjestelmän uusiminen, rakenteellisen työttömyyden vähentäminen, Pekkarinen määrittelee avaintekijät tuottavuus-kasvun lisäksi.

Maliranta muistuttaa myös työvoimakustan-nusten kurissa pitämisestä. Työn hinta vaikut-taa olennaisesti siihen, kuinka halukkaasti yri-tykset 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 kehitystyöSuomi tukee tutkimus- ja kehitystoimintaa laa-jasti muiden Pohjoismaiden tavoin. Menestyk-sen oraita pilkistelee siellä täällä, mutta ”uutta

”yriTysTen välinen kamPPailU on keskeinen UUdisTUksia liikkeelle saava voima.”

8 vTT Impulssi

Nokiaa” ei ole löytynyt paikkaamaan aukkoa, jonka rakennemuutos repäisi kansantalouteen.

Tutkijoiden näkemykset t&k-panostus-ten vaikuttavuudesta vaihtelevat. Pekkarinen kokee, että myös tällä saralla olisi tehostami-sen varaa.

− Lukujen valossa innovaatiopuolella esiin-tyy alisuoriutumista. Isoista t&k-investoin-neista pitää jatkossa saada enemmän irti, hän sanoo.

Maliranta katsoisi asiaa pidemmällä aikajän-teellä.

− Innovaatioihin sijoittaminen on aina riski-toimintaa, jonka tulokset eivät näy heti. Esi-merkiksi patenttien määrässä Suomi on tälläkin hetkellä kansainvälisessä vertailussa kolman-tena, hän huomauttaa.

T&k-toiminnan arvo suhteessa maamme bruttokansantuotteeseen on laskenut, mutta muutos selittyy valtaosin Nokian putoamisella luvuista pois. Yhtiö sijoitti tutkimukseen poik-keuksellisen paljon rahaa.

Sekä Malirannan että Pekkarisen mielestä t&k:n on pysyttävä Suomen keihäänkärkenä jatkossakin. Valtion rooli on tässä keskeinen.

− Varsinkin radikaalien, mullistavien inno-vaatioiden takana ovat tyypillisesti hallituk-set. Näin syntyi esimerkiksi internet. Myös-kään suuryritysten roolia innovoinnissa ei saa

unohtaa, vaikka katse keskittyisi startupeihin ja pk-sektoriin, Maliranta korostaa.

impulsseja tutkimukseenViisastenkiveä siihen, millaiset kannustimet tuottavat parhaita tuloksia, ei ole.

− Monessa maassa korostetaan näkemystä, jonka mukaan innovaatiotuet kannattaa koh-distaa laajapohjaisesti. Esimerkkinä voi mainita pienten yritysten yleisen t&k-verovähennysoi-keuden. 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 omak-suttu malli voi onnistuessaan vahvistaa yritys-ten yhteistyötä ja siten teknologisen tietouden leviämistä. Se hyödyttäisi koko kansantaloutta.

− Yksi heikkoutemme on liian yksipuolinen tuotantorakenne, Pekkarinen toteaa.

– Tästä syystä esimerkiksi Ruotsi on selvin-nyt talouskriisistä huomattavasti paremmin.

Toisaalta pienessä maassa on tärkeää valita tiettyjä painopisteitä, hän pohtii.

Suomen valtteja ovat tulevaisuudessakin kor-kea koulutustaso sekä yliopistojen ja tutkimus-laitosten monialainen perustutkimus. Kansain-välisyyttä Pekkarinen toivoisi lisää.

Tuottavuus ratkaistaan viime kädessä yrityksissä, pohtii mika maliranta.

vTT Impulssi 9

tukeminen voikin tuottaa kielteisiä vaikutuksia, Maliranta havainnollistaa.

niukkuus luo innovaatioitaTuoreen kansantaloutemme tilaa luotaavan asian tuntijaraportin mukaan valtion pitäisi puuttua kilpailuun mahdollisimman vähän. Rahoitustakaan ei saisi tarjota ylenpalttisesti.

Maailmassa näet on rahaa, se vain etsii riittä-vän hyviä kohteita.

− Tämän näkemyksen mukaan niukkuus luo innovaatioita. Kun on pakko tehdä itse ja luoda uutta, syntyy myös tulosta, Pekkarinen kiteyt-tää raportin sanoman.

Maliranta uskoo vahvasti kilpailuun myös tuottavuuskasvun metsästyksessä. Hän puhuu niin sanotusta luovasta tuhosta, jossa vanhen-tuneet rakenteet korvautuvat uusilla ja dynaa-misemmilla.

– 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

− Ulkomaisia tutkijoita on meillä yhä liian vähän. Jotta tutkimussektori pysyisi vahvana, se kaipaa dynaamisuutta ja impulsseja, hän sanoo.

Hyvät ja huonot kannustimetTalouden uudistuminen edellyttää kipeästi investointeja. Korkeiden kustannusten Suomi ei kuitenkaan loista houkuttelevuustilastojen kär-jessä.

Yhteisöveron alentaminen 20 prosenttiin oli sekä Malirannan että Pekkarisen mielestä tär-keä päätös tilanteessa, jossa maiden välinen verokilpailu kiristyy.

Myös investointien kannustimet on mietit-tävä globaalitaloudessa tarkkaan. Maliranta muistuttaa, että huonosti harkitut tuet voivat vääristää investointeja.

− Paikallista teknologiaosaamista kannattaisi varmastikin useissa tilanteissa yhdistää moni-kansallisten yritysten markkinointitaitoihin. Väärin suunnattuina tukirahat saattavat estää yritysten kiinnostuksen tällaiseen yhteistyöhön, hän toteaa.

Samankaltainen vaara piilee verokannusti-missa.

− Suomalaisen yritystoiminnan suosimi-sella rangaistaan implisiittisesti ulkomaista. Esimerkiksi liiallinen kotimaisen omistuksen

”lUkUJen valossa innovaaTioPUolella esiinTyy alisUoriTTamisTa.”

jukka pekkarinen korostaa, että tulosta syntyy silloin, kun on pakko luoda uutta.

10 vTT Impulssi

TEknologIsEsTI VahVEmpI suomI

vtt:n pääjoHtaja erKKi Km leppävuori ei näe syytä, miksei Suomi olisi teknologian puolesta kilpailukykyinen myös tulevaisuu-dessa. 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 vahvuuk-siksi 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 jalos-tetaan 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 yhdes-sä yritysten kanssa, ja nämä tuovat tuloja ja työpaikkoja Suomeen.

nopeaa ja hitaampaa tutkimusta Tutkimushyötyjä tarvitaan sekä pitkällä että lyhyellä aikavälillä. Leppävuori muis-tuttaa, että muun muassa bioteknologiat perustuvat pitkäjänteiseen perustutkimuk-seen. Rakennus- ja elektroniikkateollisuus puolestaan hyödyntävät olemassa olevaa tietoa nopein sovelluksin.

VTT:n strategisiksi nimetyillä tutkimus-aloilla pyritään synnyttämään sovelluksia muutaman vuoden aikajänteellä. näitä ovat esimerkiksi biotalous ja älykäs liikenne.

– ”Putkessa” pitää olla jotain tuloillaan ulos jatkuvasti, ei viiden vuoden välein, Leppävuori korostaa.

Julkista rahoitusta hän pitää keskeisenä sekä yrityksille että tutkimusorganisaati-oille.

– Sen avulla voidaan kannustaa yrityksiä isompiin riskeihin. Jos julkista rahaa ei olisi tarjolla, etenkin pk-yritysten riskinottoha-lukkuus olisi aika olematonta.

VTT:n uusi tunnuslause ”Teknologiasta tulosta” viittaa siihen, että tutkimuksen vaikuttavuuden on ulotuttava koko yhteis-kuntaan – 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.

vTT Impulssi 11

viitoittaa bioenergian tietä

braSiLia

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

bbrasiliassa

kasvaTeTaan sokerirUokoa

enemmän kUin missään

mUUalla.

iomassojen valtava potentiaali ener-gianlähteenä on tiedetty pitkään. Tähän asti niiden laaja teollinen hyö-dyntäminen on kuitenkin ollut sekä kallista että kiistanalaista.

Niin sanotut ensimmäisen suku-polven teknologiat perustuvat yleensä ravinnoksi kelpaavien kas-vien sokereiden hyödyntämiseen bio-

polttoaineina, mikä on herättänyt huolta maa-pallon ruokapulan pahenemisesta. Tällainen tuotanto kuluttaa runsaasti energiaa ja aiheut-taa päästöjä. Sivutuotteena syntyy hankalasti hyödynnettävää kasvijätettä.

Korvaavia teknologioita onkin etsitty kuu-meisesti. Yksi tärkeimpiä, ellei tärkein, suun-nannäyttäjä alalla on Brasilia. Siellä bioetanolin valmistus sokeriruo’osta alkoi jo 1970-luvulla.

VTT perusti oman tutkimuskeskuksen São Pauloon vuonna 2011 hyödyntääkseen bra-silialaista osaamista. Kesällä 2013 käynnistyi kolme vuotinen yhteistyöhanke eteläisen pallon-puoliskon suurimpiin kuuluvan moni alayhtiön Odebrecht S.A.:n kanssa.

Hankkeessa VTT kehittää yhtiölle teknolo-giaa toisen sukupolven selluloosapohjaiseen bioetanolintuotantoon.

− Bioetanoli on alkuvaiheen pääprojek-timme Brasiliassa. Tavoitteena on sen myötä saada lisää tutkimushankkeita maan mittavalta energiasektorilta, kiteyttää johtava tutkija Matti Siika-aho VTT:n luonnonvara- ja ympäristörat-kaisut -liiketoiminta-alueelta.

ruokosokerista selluloosaanBrasiliassa kasvatetaan sokeriruokoa enemmän kuin missään muussa maassa.

Ensimmäisen sukupolven etanolintuotan-nossa 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 tärkkelyk-sen hyödyntämisestä niiden sisältämän sellu-loosan jalostamiseen. Prosessi on monimut-kainen, sillä selluloosa ei pilkkoudu helposti. Toistaiseksi pilkkomiseen tarvitaan runsaasti energiaa, työvaiheita ja kemikaaleja.

14 vTT Impulssi

sElluETanolI aVaa monTa oVEa

Bioetanolintuotannon kärkinimiin kuulu-van Odebrechtin on määrä rakentaa kolme-vuotisessa 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 Ode-brecht Agroindustrialin innovaatiotoimintaa luotsaava Frederico Ramazzini Braga.

Biomassan toisen sukupolven jalostuksen vaiheita ovat muun muassa esikäsittely ja hyd-rolyysi. Bragan mukaan Odebrecht on kallis-tumassa teknologiansa valinnassa biokemialli-seen käsittelyprosessiin. Toinen vaihtoehto olisi termo kemiallinen käsittely.

− VTT:n vahva hydrolyysi- ja C5-fermen-tointiosaaminen korostuvat yhteishankkeessa, hän mainitsee.

Puolet lisää hehtaarituottoa VTT:n Brasilian-tutkimuskeskuksen toimi-tusjohtaja Nilson Boeta uskoo Odebrechtin

vTT brasil Ltda aloitti toimintansa vajaat kolme vuotta 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 eukalyp-tuspuusta jalostettavaa erikoiskuitua, joka soveltuu imukyvyltään vaippojen materiaaliksi. Hyödynnämme sen kehitystyössä muun muassa nanoteknologiaa, Boeta mainitsee.

– Katsastamme yhteistyömahdollisuuksia myös met-sä- ja kemianteollisuuden kanssa. Brasilian kultakaivos-sektorillakin on kiinnostavia näkymiä.

Siika-aho kiittelee, että VTT Brasilin palkkalistoille on saatu tohtoritason osaajia, jotka hallitsevat portugalin lisäksi englannin. Heidän löytämisensä ei ollut itses-täänselvyys.

– Tutkijoillamme on näytön paikka. Odebrecht-hank-keen onnistuneen läpiviennin lisäksi heiltä odotetaan menetelmien ja tietotaidon saattamista kolmessa vuo-dessa sille tasolle, että voimme jatkaa niiden pohjalta monipuolista tutkimusta, Siika-aho visioi.

vTT PerUsTi oman TUTkimUskeskUksen sao PaUloon HyödynTääkseen brasilialaisTa markkinaTUnTemUsTa Ja osaamisTa.

odebrechtin morro Vermelho agroindustrial -laitos tuottaa

etanolia sokeriruokobiomassasta vuodessa yli 80 000 litraa.

vTT Impulssi 15

sellu etanolihankkeen vaikuttavan merkittävästi maan bioenergiasektoriin.

Hanke saa rahoitusta muun muassa Brasilian sokerienergiateollisuuden uudistamista vauh-dittavasta PAISS-ohjelmasta.

− Odebrecht on kasvanut vauhdilla ja nous-see pian maan suurimmaksi etanolintuotta-jaksi. Tavoitteena on pystyä nyt kehitettävillä teknologioilla lisäämään alan tehokkuutta tun-tuvasti, Boeta luonnehtii.

Brasiliassa bioetanolia tuottaa Boetan arvion mukaan 150–200 yritystä, joilla on nelisensa-taa tuotantolaitosta. Pelkästään Odebrechtin sokeriruo’on tuotannoksi ennustetaan kuluvalla viljelykaudella 22,5 miljoonaa tonnia.

− Jos sama volyymi bagassia, joka nykyisin poltetaan, voidaan jalostaa kustannustehok-kaasti bioetanoliksi, lopputuotetta eli biopolt-toainetta syntyy hehtaaria kohden jopa puolet enemmän, Boeta havainnollistaa.

Myös VTT:n Siika-aho odottaa yhteishank-keelta paljon.

− Odebrechtin suunnittelema demonstraa-tiolaitos ei ole lajissaan maailman ensimmäi-nen, 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.

sUomalaisyriTyksille brasilia on maHdollisUUksien maa.

22,5miljoonaa tonnia on ennuste

pelkästään Odebrechtin sokeriruo’on tuotannoksi kuluvalla viljelykaudella.

16 vTT Impulssi

biopolttoaineita ja cleantechiäOdebrechtin hankkeessa on mukana toinen-kin suomalaiskumppani, Valmet. Se toimittaa demonstraatiolaitokseen biomassan esikäsitte-lylaitteiston.

Myös Valmetilla on kiinnostusta Brasilian bioenergiamarkkinoihin. Toistaiseksi sen pää-toimialana maassa on selluteollisuus. Yhtiö työllistää tällä hetkellä Brasiliassa yli 400 hen-keä.

– Bioenergia on erittäin tärkeä tulevaisuu-den toiminta-alue, jonka mahdollisuuksia kat-sastamme. Valmetilla on valmius nousta alan pilottiteknologioiden ja demonstraatiolaittei-den toimittajasta kaupallisen mittakaavan toi-mijaksi, luonnehtii yhtiön sellu ja energia -lii-ketoimintalinjan strategiasta vastaava Marita Niemelä.

Suomalaisyrityksille Brasilia on kaikkiaan mahdollisuuksien maa. Yksi VTT:n tutkimus-keskuksen tehtävä on toimia siltana niiden ja paikallisen liike-elämän välillä.

– Meillä on vieraillut suomalaisia ministeri-tason valtuuskuntia ja lukuisia yritysten edusta-jia. Ideana on tarjota tutkimuspalvelujen ohella yritysten käyttöön taho, joka ymmärtää brasi-lialaisen liiketoimintaympäristön ja säännökset sekä tukee niiden markkinoillepääsyä, Nilson Boeta summaa.

– Brasiliassa yhä useammat toimijat suun-tautuvat cleantechiin ja kestäviin ratkaisuihin. VTT voi osaltaan auttaa suomalaisyrityksiä saamaan maassa jalansijaa, hän lisää.

energiasektori monipuolistuuBrasilian energiantuotannossa ykkössijalla on vesivoima. Sitä seuraavat biomassat, joista sel-västi suurin osa on bagassia.

Sokeriruo’on viljely on maassa enimmäkseen hyvin modernia ja optimoitua, ja alalla puhu-taankin agroteollisuudesta. Uuden sukupolven teknologiat tehostavat biomassaan perustuvaa energiantuotantoa, mutta muitakin energia-vaihtoehtoja pohditaan.

– Brasiliassa kasvaa mäntyä ja eukalyptus-puuta, mutta niitä hyödyntää tällä hetkellä lähinnä puunjalostusteollisuus. Sokeriruo’on lisäksi viljellään muun muassa soijaa, viljaa, hedelmiä ja erilaisia öljykasveja. Maatalousjäte soveltuu hyvin biomassakäyttöön, Matti Siika-aho luettelee.

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. Ympäristötie-toisuus näet orastaa Brasiliassakin.

– Energiansäästökulttuuria täällä ei ole vielä juurikaan, mutta se on tuloillaan. Suomalaiset ovat tässä paljon brasilialaisia edistyneempiä, Boeta sanoo.

sähkön ja etanolin integraatioBrasilian valtavaa sokerienergiateollisuutta pyritään uudistamaan PAISS-ohjelmalla, jonka takana on muun muassa kansallinen kehitys-pankki BNDES. Tavoitteena on ensisijaisesti kasvattaa peltojen hehtaarituotantoa.

– Selluetanolille on paikallista markkina-kysyntää, mutta Brasiliassa biopolttoainei-den hinta määräytyy poliittisin päätöksin. Isoja kansain välisiä toimijoita kiinnostaa siksi etenkin biomassan käyttö uusiutuvana raaka-aineena prosesseissaan, Siika-aho kuvaa.

Vuoden 2013 lopussa Brasiliassa käynnistynyt suzano papel e Celulosen selllutehdas oli Valmetin ensimmäinen kokonainen sellutehdastoimitus Etelä-amerikkaan. Tehdas on maailman suurimpia sellutehtaita.

vTT Impulssi 17

Paikalliset bioetanolitehtaat on jo nyt integ-roitu sähköntuotantoon. Esimerkiksi Ode-brechtin laitokset tuottavat etanolin ohella vuo-sittain 2 700 gigawattituntia sähköä. Se riittää Frederico Ramazzini Bargan mukaan katta-maan 16 miljoonan brasilialaisperheen kulu-tuksen kuukaudeksi.

Toisen sukupolven etanolintuotanto on tar-koitus jatkossa integroida sekä ensimmäisen sukupolven että sähkön tuotantoon.

Siika-aho muistuttaa, että biomassojen ener-giakäyttö on vain yksi sovellusmahdollisuus.

– Sokeriruokobiomassasta voidaan jalostaa uusilla teknologioilla myös erilaisia kemian-teollisuuden tuotteita. VTT katsoo Brasiliassa toimivien yritysten tavoin tulevaisuuteen. Suu-ret raaka-aine- ja tuotantomäärät luovat suuria mahdollisuuksia, Siika-aho uskoo. n

odebrecHT -hankkeessaan VTT tutkii erityisesti toisen sukupolven bioetanolin tuotantoprosessissa käytet-täviä entsyymejä. Toinen painopiste on sokeriruo’on puristejätteestä eli bagassista saatavien sokereiden fermentointi.

– Bagassissa on paljon puusokeria, ksyloosia. Pe-rinteiset 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 taloudel-linen 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 tuotantolai-toksella olisi mahdollisuus valmistaa omat entsyymin-sä, hän tiivistää brasilialaisen näkökulman VTT:n työn tavoitteista.

yTImEssä EnTsyymIT ja fErmEnToInTI

Brasiliassa autot kuluttavat alkoholia polttoaineena enemmän kuin bensiiniä.

18 vTT Impulssi

Talouden kasvuhormoneita tarvitaan nyt, teknologiastako tehokuuri taantumaan?

vaikka vTT imPUlssi ei pyri olemaan päivän uutismedia, linkittyy tässä numerossa vääjäämättä talousasiat teknologiaan. Kes-kustelu talous taantumasta ja huipputekniikan karkaamisesta ulkomaille on tervetullutta itse-kritiikkiä, joka varmaan on aiheellista. Suomi on nyt tien haarassa. Valitako jahkailun tie, joka ei minnekään vie 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 tekno-huumassa sokeutuneet jatkuvaan menestyk-seen, joka nyt maailmanmarkkinoiden muuttu-essa heilauttaa Suomi-purtta niin, että olemme pudota kokonaan veneestä? Miljardien euro-jen kysymys on: Kohdistammeko kansallista rahoitusta hitaaseen pitkän aikavälin kompe-tenssien rakentamiseen vai suoraan innovaatio-rahoitukseen ja uuteen teknologiaan, joka edes-auttaa nopeasti uusien yritysten syntymistä ja kilpailu kykyisten korkean jalostusasteen tuotteiden synnyttämistä? Pystymmekö siten aikaansaamaan nopeasti osaamiseen ja jalos-tukseen perustuvia tuotteita, jotka pärjäävät markkinoilla ja joita markkinat haluavat ostaa? Peiliin kannattaa varmasti katsoa, eikä sokeutu-miseen ole varaa.

eTenkin Tämän leHden tuottavuutta käsitte-levä artikkeli pistää ajattelemaan. Tosiasia on, että työn tuottavuuden kasvu on laskenut 1990-luvun puolivälin jälkeen. Miksi siis työn tuotta-vuus kansantaloudessa ei enää viimeisten vuo-sien aikana ole kasvanut? Olivatko talouden nykyiset rakenteelliset ongelmat nähtävissä jo

kuusi vuotta sitten eli 2008, jolloin teknologia-viennin 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 kan-santaloudessa. Sitä edeltävinä vuosina se oli 0,4 prosenttia ja 3,0 prosenttia vuonna 2010. Saman raportin mukaan kansantalouden kokonais-tuottavuuden kasvu oli vuonna 2012 negatiivi-nen 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 talous-kasvua ja hyvinvointia? Peruslähtökohtahan on, että kaikki työ on arvokasta. Tässä talous-tilanteessa katseet kohdistuvat teknologiaan, joka viime vuosina on ollut viennin selkäranka eli vastannut suuresta osasta Suomen talous-kasvusta. 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 vientituot-teita ja palvelukonsepteja, alkaa kasvu orastaa. Tämä on Suomen tie. n

olli ernvallPäätoimittajaVTT Impulssi

”kolmeen kysymykseen on nyt saatava

vastaus.”

vTT Impulssi 19

KOLUMnI

TIEDE VTT-asiantuntijat tekevät teknologiasta tulosta

VTT on kehittänyt yhteistyökumppaneidensa kanssa EU:n SmartCell-projektissa menetelmiä, joilla lääkeyhdisteiden tuotantoa on parannettavissa kasvibiotekniikan keinoin. Bio tekniset tuotantomenetelmät ovat edullinen ja ympäristöä säästävä vaihtoehto harvinaisten ja vaikeasti syntetisoitavien lääkeyhdisteiden tuotantoon.

syöpälääkkeille uusi tuotantomenetelmä

Jään kitkan arviointiin lisää luotettavuuttaliUkUnoPeUs 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 mallinta-minen, 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, kengän-pohjien ja talviurheiluvälineiden kehittämiseen.

Allergiarokotteelle palkinto

Eurooppalaisten t&k-organisaati-oiden 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.

voi nousta 100-kertaiseksi liukunopeuden hidastuessa ja lämpötilan laskiessa.

Jään kitkakerroin

x100

20 vTT Impulssi

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 turvallisem-pi ja ympäristöystävällisempi hyödyttävät meitä kaikkia. Älyliikenne, eli tieto- ja kommunikaatio-tekniikan 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.

Älyä teille

saTu Innamaa

• Erikoistutkija VTT:n Kestävät liikennejärjestelmät -tiimissä

• VTT:llä vuodesta 2002

Kuv

a: V

esa

Tyni

vTT Impulssi 21

TIE

DE

Teksti lars kjäldman, jani lehto, perttu jukola, jari lappalainen, Timo pättikangas, hannu niemistö, Tommi karhela

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.

UUSISSA VOIMALAITOSKOnSEPTEISSA

Mallinnuksen

hyödyntäminensimuloinnin

ja

22 vTT Impulssi

a urinko- ja tuulienergian jaksottaisuus aiheuttaa uudenlaisia haasteita kiin-teiden polttoaineiden voimalaitoksien dynamiikkaan ja ajotapoihin sähkö-

verkon säädön kautta. Tulevaisuudessa kiinteän polttoaineen voimalaitoksilta odotetaan entistä nopeampaa kuormanmuutoskykyä sekä kykyä operoida entistä laajemmilla kuorma-alueilla. Myös energian erilaisten varastointitapojen tar-peellisuus voimalaitoksien yhteydessä on tulossa tarpeelliseksi.

Biopolttoaineiden ja erilaisten jätepohjais-ten polttoaineiden lisääntyvässä käytössä avain-asia on hallita niistä mahdollisesti aiheutuvat korroosio- ja likaantumisriskit. Näiden riskien lisäksi entistä korkeammat höyrynarvot aihe-uttavat paineita kattiloiden materiaalitekniikan kehittymiselle. Hiilen poltossa tavoitteena on ylikriittisillä höyryn-arvoilla saatavan kor-k e a m m a n h y ö t y -suhteen kautta laskea sähköntuotannon hii-l idioksidipäästöjä. Myös entistä vaikeam-pien ja usein paikal-lisien polttoaineiden hyödyntäminen yleis-tyy maailmalla. Tulevaisuudessa laitoksien kyky polttaa yhdessä hiiltä, biomassaa sekä kaasuja on ilmeinen. Myös erilaisia tapoja yhdistää aurin-koenergia ja perinteinen voimalaitos tutkitaan voimakkaasti sekä meillä että maailmalla.

Tiukkenevat päästömääräykset asettavat muutospaineita monille vanhoille kattiloille. Muutosinvestointeja sekä kattilatekniikkaan että savukaasujen puhdistukseen tullaan tarvit-semaan lähitulevaisuudessa. Myös suomalaisille niin tuttu yhdistetty sähkön ja kaukolämmön tuotanto (CHP) on murroksessa. Jo edellä mai-nittu aurinkoenergian lisääntyminen sekä eri-laisten ilma- ja maalämpöpumppujen yleistymi-nen syövät kaukolämmön kysyntää, mikä taasen aiheuttaa päänvaivaa laitoksien omistajille laske-vien tuottojen muodossa.

cFd:n hyödyntäminen voimakattilan tulipesien suunnittelussa ja operoinnissa Laskennallinen virtausdynamiikka (CFD, Com-putational Fluid Dynamics) on voimakattiloi-den tulipesien suunnittelun keskeinen työkalu, olkoon kyseessä uuden kattilan suunnittelu tai olemassa olevan kattilan muutostyö esimerkiksi

vähäpäästöisemmäksi tai toimimaan luotetta-vasti eri polttoaineseoksilla. CFD-mallinnuk-sella voimme selvittää polttoaine- ja tuhkapar-tikkelien sekä kaasujen virtaukset ja viipymäajat tulipesässä, palamis- ja päästöreaktioiden kulun, lämpötilan ja kaasupitoisuuksien jakaumat sekä lämmönsiirtopinnoille siirtyvän lämpötehon jakaumat. Yhdistämällä CFD-mallinnustulok-set kattilamateriaalien tarkasteluihin voimme arvioida voimalan käytettävyyttä esimerkiksi kuonaantumisen, likaantumisen ja korroosion osalta.

VTT:llä on 25 vuoden kokemus CFD:n sovel-tamisesta tulipesäilmiöiden tarkasteluun ja sii-hen tarvittavasta mallinkehityksestä. Kohteina ovat olleet sekä poltinpoltto, eri leijukattilat (BFB, CFB), arinapoltto ja soodakattilat. Useim-mat tarkastelut ovat liittyneet päästöjen, erityi-

sesti NOx:n eli typen oksidien vähentämi-seen polttoteknisillä menetelmillä (pala-misilman jako, polt-toaineen syöttö, uudet Low-NOx polttimet, SNCR) siten, että polt-toaineen loppuunpa-lamisaste pysyy riittä-

vänä ja tulipesän käytettävyys on hyvä. Esimerkkinä mallinnuksen soveltamisesta

tulipesän suunnitteluun esitellään Fortum Oy:n ja VTT:n yhdessä kehittämä ilmajakoperiaate kerrosleijukattiloille (BFB) (viite: VGB Power-tech 11/2013, 75-79). Kerrosleijukattilan tuli-pesän pohjaosassa leijutetaan hiekkapatjaa, jonka yläpuolelta syötetään polttoaine, tyypil-lisesti kosteaa biomassaa, turvetta, lietettä tai kierrätyspolttoainetta. Suuremmat polttoaine-partikkelit päätyvät hiekkapatjaan, jossa ne kui-vuvat, pyrolysoituvat ja palavat. Pedistä vapau-tuu tulipesän pedin yläpuoliseen kaasutilaan (free board) kaasuja ja pedissä muodostuneita pienempikokoisia partikkeleita. Polttoaineen syötössä pienet ja kevyet fraktiot eivät päädy ollenkaan petiin, vaan palavat sen yläpuolisessa kaasutilassa. Pedin lämpötilan pitäisi pysyä noin 800–850 oC, jotta palaminen olisi täydellistä ja jottei petihiekka sintraudu tai agglomeroidu.

BFB:n tulipesän lämpötila on melko alhainen, joten ilman sisältämä typpi ei hapetu ja typen oksidit muodostuvat polttoaineen sisältämästä typestä. Typpipäästöjen vähentäminen tulipe-sissä perustuu palamisilman vaiheistamiseen,

TiUkkenevaT PääsTömääräykseT

aseTTavaT mUUTosPaineiTa monille vanHoille

kaTTiloille.

vTT Impulssi 23

TIE

DE

sillä happirikkaissa (ylistökiömetrisissä) olosuh-teissa polttoaineesta vapautunut typpi hapettuu helposti NO:ksi, kun taas happiköyhissä (alistö-kiömetrisissä) olosuhteissa jo muodostunut NO pelkistyy molekulaariseksi typeksi.

Kehitetyssä ilmajakomenetelmässä palami-nen tulipesässä vaiheistetaan pystysuunnassa kolmeen vyöhykkeeseen (kuva1): sekundääri-ilmojen alapuolinen vyöhyke (I), sekundääri- ja tertiääri-ilmojen välinen vyöhyke (II) sekä ter-tiääri-ilmojen yläpuolella oleva vyöhyke (III). Palamisilman syöttötasojen valinnalla sekä ilman sopivalla jaolla primääri-, sekundääri- ja tertiääri-ilmoiksi voidaan minimoida synty-vien typpipäästöjen määrä ja samalla varmistaa tulipesän hyvä käytettävyys. Eri tapausten CFD simulointitulosten perusteella on päädytty suo-siteltaviin ratkaisuihin eri ajotilanteissa:

– Jos pedin lämpötila ei ole vaarassa nousta liian korkeaksi, voidaan alapesän I- ja II-vyö-hykkeitä hyödyntää tehokkaasti NOx:n mini-moimiseen lisäämällä I-vyöhykkeen ilmamäärää ja sijoittamalla sekundääri-ilman syöttö suhteel-lisen korkealle. Tällöin saadaan myös tulipesän loppuosan lämpötila ja CO-pitoisuus alhaisiksi, jolloin pienennetään yläpesässä likaantumisen ja korroosion riskejä.

– Jos pedin lämpötila uhkaa nousta liian kor-keaksi johtuen esimerkiksi kuivasta poltto-aineesta tai suuresta tulipesärasituksesta, on parempi vähentää I-tason ilmamäärää ja sijoittaa

kUva 1. kerrosleijukattilan ilmajakomenetelmän periaatteet.

lisäilmaa vyöhykkeelle Iparempi polttoaineen ja ilman sekoittuminennOx-reduktio tehostuu

ei lisäilmaa vyöhykkeelle Ijos esimerkiksi suuri tulipesärasituskompromissi nOx -päästön suhteen

vyöhyke Iriittävän suuri ilmakerroinsekundääri-ilmataso sijoitetaan korkeammalle

vyöhyke Iilmakerroin pidetään pienenäsekundääri-ilmataso sijoitetaan matalammalle

nOx-reduktio vyöhykkeellä I & II nOx-reduktio pääasiassa vyöhykkeellä II

vaihtoehto ANOx-päästön hallinta

vaihtoehto BLämpötilan hallinta alaosassa

Vaihtoehto A tai B valitaan tulipesämitoituksen ja tyypillisen ajotavan perusteella.

käyTännön kokemUkseT ilmaJakomeneTelmän

sovelTamisesTa TUkevaT mallinnUsTUloksia.

24 vTT Impulssi

sekundääri-ilman syöttötaso alemmaksi. Tällöin NOx:n reduktio tapahtuu pääosin tulipesän II-vyöhykkeellä eikä päästä niin alhaiseen NOx-päästöön kuin edellisessä vaihtoehdossa.

– Kiinnittämällä huomiota sekundääri- ja tertiääri-ilmojen syöttötapaan voidaan lisäksi tehostaa sekoittumista tulipesän II- ja III-vyö-hykkeillä ja saada aikaan tasainen lämpötila-kenttä, hyvä loppuunpalamisaste sekä tehokas lämmönsiirto lämmönsiirtopinnoille.

Menetelmä kehitettiin simuloimalla erilaisia ilmajakovaihtoehtoja. Tästä esimerkkinä metsä-biomassan ja turpeen yhteispoltto polttoainete-holtaan 175 MW BFB-kattilassa, jossa on sekun-dääri-ilman lisäksi kaksitasoinen tertiääri-ilman syöttö. Mallinnus ja erityisesti NOx-malli vali-doitiin aluksi tapauksessa, josta oli laitostietoja. Kuvassa 2 on laskentatuloksia. Ennustettu NOx päästö vastaa hyvin mitattua keskiarvoa ja on laitoksella mitatun päästön 10 prosentin heilah-teluvälin sisällä.

Kattilan simuloinneissa tarkasteltiin lukuisia tilanteita eri ilmajaoilla, erilaisilla sekundääri-ilman syöttökorkeuksilla sekä eri polttoaine-vaihtoehdoilla, joita olivat metsäbiomassa, turve tai näiden seos energiasuhteella 30:70 (turve/bio). Kokonaisilmakerroin pidettiin vakiona arvossa 1.2. Kuvassa 3 on muutamia mallin-nustuloksia, joissa on esitetty I-vyöhykkeen stö-kiömetrian eli ilmamäärän vaikutus tulipesän simuloituun loppulämpötilaan, CO-pitoisuu-teen sekä NOx päästöön.

Tulosten mukaan lisäämällä I-vyöhykkeen ilmamäärää voidaan sekä biomassan poltossa

että turpeen ja biomassan yhteispoltossa vähen-tää NOx-päästöjä ja samalla alentaa tulipesän loppuosan CO-pitoisuutta sekä loppulämpöti-laa, mikä kertoo myös parantuneesta lämmön-siirrosta tulipesässä. Turpeen poltossa CO-pitoisuuden nousu tulipesän loppuosassa on seurausta pienten polttoainepartikkelien pala-misesta leijupedin yläpuolisessa osassa ja pala-misen välituotteena muodostuneen CO:n lyhyestä viipymäajasta tulipesässä. Tätä CO-pitoisuutta voidaan pienentää paremmin tuli-pesään tunkeutuvalla ja sekoittavalla tertiääri-ilman syötöllä, kuten kuvasta 4 ilmenee.

dynaaminen prosessisimulointi konseptisuunnittelussaDynaaminen prosessisimulointi on laskennal-linen menetelmä, jolla jäljitellään prosessilai-toksen 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 pituussuun-nassa. Koska tällaista virtuaalista laitosta ”aje-taan” todellisen kohteen ajotapoja jäljitellen, mallinnuslaajuuteen sisällytetään tarkastelun kannalta olennainen osa automaatiosta ja säh-köjärjestelmistä. Käytännössä tämä tarkoittaa automaation osalta vähintään pääsäätöjä, mutta myös sekvenssejä ja lukituksia tarpeen mukaan. Sähköjärjestelmien mallinnusta tarvitaan säh-kön tuotantoa kuvattaessa ja sähköjärjestelmien vikaantumisen vaikutuksia tutkittaessa.

kUva 2.CfD mallinnustuloksia 175 mW (polttoaineteho) kerrosleijukattilalle. käytännön kokemukset ilmajakomenetelmän soveltamisesta tukevat mallinnustuloksia.

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 simu-loinnille ovat prosessi- ja säätösuunnittelun eva-luointi, automaatiotestaus, koulutussimulaatto-rit ja erilaiset analyysit. Koulutussimulaattorit ovat laajuudeltaan suurimpia sovelluksia. Nii-den kehittämiseen voidaan myös yhdistää auto-maatiosovelluksen testaus ennen laitoksen käyt-töönottoa. Toinen merkittävä testauskäyttö liittyy ydinvoimalaitosten automaatiouusintoi-hin siirryttäessä analogisesta tekniikasta digi-taalijärjestelmiin. Suunnittelu- ja analyysikäyttö on yleistä tutkimusorganisaatioissa ja teollisuu-dessa, sekä ydinvoimapuolella turvallisuusviran-omaisten taholla.

Apros on VTT:n ja Fortumin omistama kau-pallinen simulointiohjelmisto (www.apros.fi), jota käytetään laajalti perinteisten voimalaitos-ten ja ydinvoimalaitosten, mutta myös muiden teollisuusprosessien dynaamisen käyttäytymisen arviointiin. Apros on tulos yli neljännesvuosisa-dan kestäneestä VTT:n asiantuntijoiden teke-mästä kehitystyöstä yhdessä Fortumin kanssa ja se on käytössä lähes 30 maassa. Aprosilla on uusi Simantics-pohjainen (www.simantics.org) käyttöympäristö, joka nopeuttaa mallien raken-tamista ja liitettävyyttä muihin suunnittelutyö-kaluihin. Kymmenet menestykselliset sovel-luskokemukset ovat osoittaneet, että Aprosilla voidaan tehdä luotettava malli laitoksesta suun-nittelutietoihin pohjautuen. Tämä mahdollistaa suunnitellun konseptin toimivuuden evaluoin-nin ja mahdollisten ongelmakohtien havaitsemi-

sen ennen projektin toteutusvaiheeseen menoa. Mallinnuksen resoluutio valitaan käsillä olevan ongelman tarpeiden mukaisesti.

Dynaamisen simulointimallin hyödyntämi-nen suunnittelussa kattaa laajan skaalan pro-sessisuunnittelusta automaatiosuunnitteluun, mutta käytännössä ainoana työkaluna dynaami-nen simulointi soveltuu myös näiden suunnit-telualojen tulosten yhtäaikaiseen tarkasteluun. Tämä on erityisen tärkeää uusien prosessikon-septien tapauksessa, kun uudentyyppinen pro-sessiratkaisu automatisoidaan ensimmäistä ker-taa. Käyttöönotossa ja käytössä prosessin ja automaation pitää pelata saumattomasti yhteen. Tässä mielessä tyypillisiä kriittisiä kohteita suunnittelussa ovat esimerkiksi ohjauslaittei-den mitoitus, rajakytkimien arvot, välivarasto-jen koko, sekvenssiaskelten keskinäinen ajastus, lukitukset, lajinvaihtojen ja vastaavien operaati-oiden synkronointi, takaiskuventtiilien tarve ja säätimien viritys. Mitä monimutkaisemmasta järjestelmästä on kysymys, sitä vaikeampaa on löytää eri vaikutusmekanismeja ja arvioida nii-den merkitystä prosessin turvallisuuden, ope-roitavuuden ja taloudellisuuden kannalta. Simu-lointimallin avulla voidaan käydä läpi keskeiset tilanteet ja toistaa ne eri suunnitteluvaihtoeh-doilla, mikä mahdollistaa vertailun ja helpottaa päätöksentekoa.

Aurinko- ja tuulivoiman osuuden nousemi-nen on nostanut säätövoimana toimivien perin-teisten voimaloiden tarvetta kyetä nopeisiin

26 vTT Impulssi

kUva 4. Tertiääri-ilman syötön vaikutus sekoittumiseen ja Co:n palamiseen kerrosleijukattilan tulipesän loppuosassa.

ylös- ja alasajoihin. Reagoiminen nopeisiin muutoksiin vaatii paitsi joustavuutta operoin-nissa 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 transi-enttien aikana.

Erilaisten järjestelmien yhdistäminen lisää kokonaisuuden kompleksisuutta. Esimerkiksi hiilidioksidia talteen ottavassa (CCS), happi-polttoon perustuvassa voimalaitoksessa hapen tuotanto ja hiilidioksidin talteenotto tapahtuvat omissa laitoksissaan, joiden toimintaa on koor-dinoitava voimalaitoksen kanssa. Toisaalta puh-taan hapen syöttäminen prosessiin tuo uusia turvallisuusnäkökohtia erilaisissa vikatilanteissa. Tällaiset prosessit, joissa on toisistaan selvästi poikkeavia toimintamoodeja joiden välillä ope-roidaan hallitusti, haastavat perinteiset suunnit-telumenetelmät. Dynaaminen simulointi tarjoaa työkalun lähestymistapojen virtuaaliseen testaa-miseen. Kuva 5 esittää simulointituloksia pro-jektista, jossa Aprosta käytettiin Foster Whee-ler Energia Oy:n Flexi-Burn® CFB1)-konseptin toimivuuden evaluointiin. Tilanteessa laitosta ajetaan ensin normaalin voimalaitoksen tapaan ilmapolttomoodissa. Sitten ilma (Air) vaihde-taan 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

siirrytään happipolttomoodiin, jossa hiilidiok-sidin talteen ottaminen on mahdollista. Vasen kuva esittää keskeiset kaasuvirrat ja oikeanpuo-leinen kuva savukaasuvirran pääkomponenttien pitoisuudet. Mallinnuslaajuuteen kuului myös kattava vesikiertomalli, jossa pääkierto on yli-kriittinen.

Tunnustetuista hyödyistään huolimatta dynaamista prosessisimulointia ei käytetä vielä rutiininomaisesti suunnittelutoiminnassa, aina-kaan ydinvoimateknologian ulkopuolella. Yksi syy tähän on ollut simulointialustojen yhteen-sopimattomuus muiden suunnitteluohjelmis-tojen kanssa. VTT on pyrkinyt määrätietoi-sesti parantamaan ohjelmistojen yhteiskäyttöä rakentamalla erilaisia rajapintoja. Rajapintoja on toteutettu muun muassa Siemensin COMOS- ja Intergraphin SmartPlant -ohjelmistojen kanssa. Yhteiskäytöllä tarkoitetaan esimerkiksi PI-kaa-vioiden piirto-ohjelman ja simulaattorin välistä datanvaihtoa ja mallien automaattista generoin-tia sekä dokumenttien hallintaa. Tämä mah-dollistaa dynaamisen prosessisimuloinnin liittämisen tiiviisti osaksi prosessi- ja automaa-tiosuunnittelun työnkulkua.

kytketty simulointi apros- ja cFd-ohjelmillaKytketty simulointi Apros- ja CFD-ohjelmilla mahdollistaa yhden prosessikomponentin

kUva 5. simulointiesimerkki, jossa toimintamoodi vaihdetaan ilmapoltosta happipolttoon flexi Burn® CfB-konseptista tehdyllä apros-mallilla.

vTT:llä on ToTeUTeTTU

yHTeisTyössä ForTUmin kanssa kaksisUUnTainen

kyTkenTä ansys FlUdenT cFd-oHJelman

kanssa.

28 vTT Impulssi

kUva 6. sekoitussäiliön CfD-malli, joka on kytketty putkiston apros-malliin.

yksityiskohtaisen kolmiulotteisen mallinnuk-sen, kun se on kytketty monimutkaiseen, laa-jaan prosessimalliin. Ohjelmien kytkennässä on käytetty kahta erilaista periaatetta. Yksisuun-taisessa kytkennässä Apros tuottaa reunaehdon CFD-laskennalle, mutta CFD-laskenta ei vai-kuta Apros-tulokseen. Kaksisuuntaisessa kyt-kennässä ohjelmien välillä on takaisinkytkentä, jolloin myös CFD-malli tuottaa reunaehdon Apros-laskentaan.

VTT:llä on toteutettu yhteistyössä Fortumin kanssa kaksisuuntainen kytkentä ANSYS Fluent CFD-ohjelman kanssa. Ohjelmien kytkentää on havainnollistettu kuvassa 6, jossa sekoitus-säiliön CFD-malli on kytketty Apros-malliin. Sekoitettavat nesteet tulevat säiliöön kahdesta syöttöputkesta ja seos poistuu säiliöstä kahdesta poistoputkesta. Apros- ja CFD-ohjelmat on kyt-ketty toisiinsa syöttö- ja poistoputkissa, jossa ne vaihtavat tietoa massavirroista, lämpötiloista ja kemiallisten komponenttien pitoisuuksista.

Apros 6 -ohjelmaversiossa on valmiina käyt-töliittymä kytkennän määrittelemiseen. Apros lukee ja analysoi käyttäjän tekemän CFD-mallin ja esittää luettelon mahdollisista kytkentäkoh-dista. Käyttäjä kytkee valitsemansa CFD-mal-lin syöttö- ja poistoputket Apros-mallin kytken-tänoodeihin ja määrittelee kytkennän tyypin. Ohjelmia ajetaan samanaikaisesti ja ne vaihtavat

kytkentätietoja jokaisella aika-askeleella käyt-täen viestinvälityskirjastoja.

Yksiulotteisen systeemiohjelman ja kol-miulotteisen 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. Kyt-ketyn simuloinnin numeerisesta stabiilisuu-desta täytyy myös huolehtia. On tarpeen, että ohjelmat vaihtavat kytkentätietoja useita kertoja jokaisen aika-askeleen aikana. Ohjelmien niin sanottu semi-implisiittinen kytkentä on osoit-tautunut toimivaksi menetelmäksi.

Yhteissimulointia Apros- ja CFD-ohjelmilla voidaan soveltaa myös voimalaitoskattiloiden mallintamiseen. Sekoittumisen mallintamisen lisäksi on myös monia muita mielenkiintoisia sovelluskohteita: kytkentä voitaisiin tehdä läm-mönsiirtopinnalla tai putkilämmönsiirtimissä. Esimerkiksi tulipesän polttoprosessien CFD-mallinnus ja höyrypiirin Apros-simulointi voi-taisiin kytkeä toisiinsa. Tämä olisi hyödyllistä erityisesti kuorman muutostilanteiden mallin-tamisessa sekä laitoksen suunnittelussa ja käy-tön optimoinnissa. n

vTT Impulssi 29

Teksti satu Innamaa

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

älykkyyttäliikenteeseen

AUTOMAATIOLLA

30 vTT impulssi

P arhaimmillaan kehittyneet kuljetta-jan tukijärjestelmät toimivat autoilijan ylimääräisenä silmä- ja korvaparina ja auttavat esimerkiksi silloin, kun kuljet-

taja ei syystä tai toisesta itse havaitse vaaratilan-netta 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 käyttä-vät ja vaikuttaako tekniikka heidän ajamiseensa ja liikkumiseensa yleisemminkin siten kuin tek-niikan suunnittelijat ovat ajatelleet. Kehitystyö ei rajoitu pelkkiin kumipyörien päällä liikku-viin, vaan kehitteillä on järjestelmiä, joiden on tarkoitus parantaa jalankulkijoiden ja pyöräili-jöiden turvallisuutta ja mukavuutta liikenteessä sekä liikkumismahdollisuuksia.

kohti automaatiotaOtetaan esimerkki: orava juoksee kadulle ja auton kuljettaja tekee äkkijarrutuksen, ettei ajaisi sen päälle.

Nykytilanne: Takana ajavan auton kuljettajan puhelin soi, hän katsoo kriittisellä hetkellä puhe-limeensa ja rysäyttää ora-van takia äkkipysähdyk-sen tehneeseen.

Lähitulevaisuudessa: Kuljettajan katse on puhe-limessa, mutta äkkijarrut-tava auto antaa paikalli-sen langattoman varoituksen jarrutuksestaan, takana ajava auto edelleen välittää varoituksen edellä tapahtuvasta äkkijarrutuksesta kuljetta-jalleen ja kuljettaja saa pari sekuntia enemmän aikaa reagoida tilanteeseen. Tulee pikku kolhuja, mutta kolaroivien autojen ketju on lyhyempi.

Tulevaisuudessa: Auto saa tiedon edessä tapahtuvasta äkkijarrutuksesta ja pysähtyy itsek-seen. Kuljettaja hämmästyy ja nostaa katseensa puhelimesta. Kukaan ei kolhi ketään ja matka jatkuu, kun orava on loikkinut tiehensä.

Automaatio yleistyy tieliikenteessä nopeam-min kuin ehkä kuvittelimmekaan. Enää se ei tar-koita pelkästään yksittäistä Google-autoa Kali-forniassa tai Nevadassa, vaan esimerkiksi älykäs vakionopeudensäädin ja itsestään taskupark-kiin pysäköivät autot ovat jo nykyisyyttä – Suo-messakin. Autot ovat kehittyneet viime vuosina nopeasti ja kehittyvät edelleen. Myös annettu

esimerkki kertoo yhdestä tavasta, jolla kuljetta-jan tuki kehittyy. Nämä keskenään keskustele-vat yhteistoiminnalliset autot ovat jo tulossa lii-kenteeseen. Ne varoittavat langattomasti lähellä ajavia liukkaudesta, äkkijarrutuksesta, seiso-vasta ruuhkan päästä moottoritiellä, esteestä tai muusta potentiaalisesti vaarallisesta poikkeus-tilanteesta, muistuttavat liikennemerkeistä tai kertovat, millä nopeudella liikennevaloja kan-nattaa lähestyä, jottei joudu pysähtymään1. Täl-laisia kooperatiivisia järjestelmiä on nykyään joitain jo saatavilla paremmin varusteltuihin autoihin, mutta ne ovat pian yleistymässä.

kooperatiiviset kuljettajan tukijärjestelmätVTT on tutkinut ajoneuvojen kooperatiivis-ten järjestelmien vaikutuksia laajoilla kenttäko-keilla Daimlerin koordinoimassa DRIVE C2X hankkeessa2 yhdessä Euroopan autoteollisuu-den, ajoneuvojärjestelmäkehittäjien ja muiden tutkimuslaitosten kanssa. VTT toteutti Tampe-reella kenttäkokeet, joissa kuljettajat saivat ajo-neuvoon tiedon liukkaista tienkohdista, tien varteen jääneistä rikkoutuneista ajoneuvoista, tietöistä ja kulloinkin voimassa olevista liiken-

nemerkeistä. Lisäksi heitä varoitettiin ylinopeudesta. VTT:n vastuulla projektissa on myös mm. järjestelmien vaikutusten arvioinnin työ-paketti. Tässä laajassa koko-naisuudessa selvitetään eri-laisten kooperatiivisten kuljettajantukijärjestelmien

vaikutukset kuljettajan käyttäytymiseen, liikku-misen määrään, liikenteen sujuvuuteen, ympä-ristövaikutuksiin ja turvallisuuteen sekä järjes-telmien kustannus-hyötysuhteet ja se, miten käyttäjät hyväksyvät uudet järjestelmät. Tutki-muksen tulokset valmistuvat kesään 2014 men-nessä. Hankkeen tarkoitus on vaikutustiedon tuottamisen lisäksi tukea järjestelmien kehitys-työtä ja niiden laajaa käyttöönottoa.

Parhaimmillaan kehittyneet kuljettajan tuki-järjestelmät toimivat autoilijan ylimääräisenä silmä- ja korvaparina ja auttavat esimerkiksi silloin, kun kuljettaja ei syystä tai toisesta itse havaitse vaaratilannetta tai ajaa epähuomiossa liikennesääntöjen vastaisesti. Lisäksi järjestel-mät voivat varoittaa tai informoida kuljettajaa edessä olevasta tilanteesta, jota kuljettaja ei itse vielä pysty näkemään. Näin ollen esimerkiksi ruuhkaan ei välttämättä edes joudu. Järjestelmät

aUTomaaTio yleisTyy TieliikenTeessä

noPeammin kUin eHkä kUviTTelemmekaan.

vTT Impulssi 31

TIE

DE

kUva 1.

myös sujuvoittavat kaupunkiliikennettä esi-merkiksi ohjaamalla autot ajamaan nopeudella, jolla minimoidaan liikennevaloihin pysähtyvien osuus. Järjestelmän käyttäjien, eli tässä tapauk-sessa autonkuljettajien, käyttäytyminen ja sen muutokset ovat perustana odotettavissa oleville muutoksille liikennejärjestelmätasolla. On mie-lenkiintoista nähdä, hyväksyvätkö kuljettajat uuden tekniikan, miten he sitä käyttävät ja vai-kuttaako tekniikka heidän ajamiseensa ja liik-kumiseensa yleisemminkin siten kuin tekniikan suunnittelijat ovat ajatelleet.

Uusien järjestelmien vaikutusten selvittämi-nen ja ymmärtäminen on tärkeää, sillä uhkaku-vana toisaalta on, että uusi ”helpompi” ajaminen houkuttaa ajamaan entistä huonommissa olo-suhteissa tai esimerkiksi väsyneenä tai se lisää muutoin autojen suoritetta eli teillä ajettuja kilo-metrejä. Liikennepoliittisissa tavoitteissa halu-taan lisätä kävellen ja pyörällä tehtyjen matko-jen määrää ja joukkoliikenteen käyttöä3. Uhkana onkin, että uudet kuljettajan tukijärjestelmät toi-mivat tämän tavoitteen vastaisesti.

Palveluita myös muille liikkujilleKaikki kehitteillä olevat liikkumista helpotta-vat järjestelmät eivät kuitenkaan kohdistu aino-astaan henkilöautoiluun. Ajoneuvot ja liiken-neväylien infrastruktuuri kommunikoivat jo nykyään. Käynnissä olevassa TEAM-hank-keessa4 visiona on yhdistää joukkoon myös

älypuhelimet ja pilvipalvelut ja saada autoili-joiden lisäksi muut liikkujat tekemään aktiivi-sesti yhteistyötä liikenteessä. Tuloksena voisi olla uusia ratkaisuja erilaisiin matkaketjuihin, joukkoliikenteen optimointiin tai liikenteen sujuvoittamiseksi liittymissä älykkäillä etuajo- oikeuksilla.

Monet joukkoliikenteen käyttöä tukevat jär-jestelmät ovat tuttuja jo usean vuoden ajalta. Ajantasaiset modernit reittioppaat helpottavat arkea niin matkoilla kuin arkielämässä ja tekevät joukkoliikenteestä houkuttelevamman vaihto-ehdon. Kaikki kulkumuodot kattavat sovellukset näyttävät erilaiset vaihtoehdot oman auton käy-tölle. Reittiopas voi myös näyttää, miten autoi-lun 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.

Esimerkki yhteistoiminnallisesta järjestelmästä.

Kuv

a: D

RIV

E C

2X

32 vTT Impulssi

IEEE802.11p

IEEE802.11p

4GLTE

4GLTE

IEEE802.11p

Kehitystyö ei rajoitu pelkkiin kumipyörien päällä liikkuviin, vaan VRUITS-hankkeessa kehitteillä on järjestelmiä, joiden on tarkoitus parantaa jalankulkijoiden ja pyöräilijöiden tur-vallisuutta ja mukavuutta liikenteessä sekä liik-kumismahdollisuuksia3. Vaikka liikenteessä kuolleiden määrä on ollut jo pitkään laskussa, ei samaa vähenemää ole nähty kevyen liiken-teen onnettomuuksien määrässä, vaan paikoin kevyessä liikenteessä kuolleiden määrä on jopa noussut. Tavoitteena on turvata liikenteen tur-vattomimpien osapuoltenkin turvallisuus nyt ja tulevaisuudessa.

Järjestelmätason muutosLiikennejärjestelmä muuttuu ja samalla ihmi-sen ja järjestelmän välinen vuorovaikutus. On mielenkiintoista nähdä, muuttuuko esimerkiksi pyöräilijöiden ja jalankulkijoiden vuorovaikutus autonkuljettajien kanssa liikenteen automatisoi-tumisen myötä. Jääkö kuljettajalle enemmän aikaa ja mahdollisuuksia tarkkailla muita liik-kujia vai jättääkö hän sen kokonaan auton huo-leksi, jolloin kriittisenä tekijänä on auton jär-jestelmien toimivuus ja luotettavuus erilaisissa tilanteissa ja olosuhteissa. Luottavatko jalankul-kijat 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 onnettomuus-vähenemän? Minkälainen automatisoitujen (autonomisten) autojen penetraatio johtaa näi-hin vuorovaikutusmuutoksiin ja kuinka nope-asti 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 liikennejärjestelmäta-soisiin vaikutuksiin. Arvioinnista tekee haas-tavan se, että automaation määrä liikenteessä lisääntyy vähitellen – ja vielä pitkään ollaan tilanteessa, jossa liikenteessä on täysin manuaa-lisesti ajettavia autoja ja vähitellen entistä enem-män älyä sisältäviä autoja, eivätkä vaikutukset varmastikaan ole lineaarisia.

Ajoneuvojen automaation lisääntyminen vaikuttaa ihmisten matka- ja ajokäyttäyty-misen kautta myös liikennevirtaan. Täysin autonominen ajoneuvo voi esimerkiksi ajaa turvallisesti lähempänä edellä ajavaa kuin perinteinen, ihmisen ohjaama ajoneuvo. Tämä kasvattaa tien välityskykyä. Jos kaikki ajoneu-vot ovat yhteydessä toisiinsa, päästään niin sanottuihin autojuniin (platooning), joka maksimoi välityskyvyn. Kun autonomisten ajoneuvojen osuus kasvaa, voi perinteisiä ajo-neuvoja ajavien käsitys normaalista ajotavasta muuttua samantyyppiseksi kuin autonomisilla

kUva 2. Visio, jossa kaikki liikkujat tekevät yhteistyötä liikkumisen sujuvoittamiseksi.

Kuv

a: T

EA

M

travellercloudbased functions

C2Xinfrastructure

professionaldriver

vTT Impulssi 33

Lisäämme älyä puettaviin laitteisiin.

Kehitämme uusia mittausratkaisuja ja

käyttöliittymiä puettaviin laitteisiin.

Ota yhteyttä!Juha Palve, asiakasjohtaja

juha.palve@vtt.fi

ajoneuvoillakin, ja näin koko liikennevirran dynamiikka voi muuttua.

Muutamia teknisesti valmiita automaattiaja-misen järjestelmiä on siis jo kuluttajien saata-villa. Silti on vielä paljon avoimia kysymyksiä järjestelmien ja aikataulun suhteen. Automaa-tion on kuitenkin ennustettu yleistyvän nope-asti: esimerkiksi Mercedes, GM ja Nissan ovat kertoneet tuovansa täysin automaattisen ajo-neuvon markkinoille vuoteen 2020 mennessä. Rohkeimmissa ennusteissa on väitetty jopa 70 prosenttia liikenteestä olevan täysin automaat-tista vuonna 2030. Toisaalta varovaisemmissa arvioissa on ennustettu, että uuden järjestel-män esittelystä kuluu 30 vuotta ennen kuin se kattaa 95 prosenttia ajoneuvoista. On kuiten-kin arvioitu, että jo 10 prosentin käyttöasteella on vaikutusta esimerkiksi liikenneturvallisuu-teen.6 Tätä muutosta me jäämme mielenkiin-nolla seuraamaan. n

saTu Innamaa

Satu Innamaa (TkT) on erikoistutkijana VTT:n Kestävät liikennejärjestel-mät -tiimissä.

Vuonna 2002 VTT:llä työskentelyn aloittaneen Innamaan vahvinta osaa-misaluetta ovat älykkäät liikennejärjestelmät, niiden vaikutusarviot ja proaktiivinen liikenteen-hallinta.

Jos kaikki aJoneUvoT ovaT yHTeydessä Toisiinsa, PääsTään aUToJUniin.

lähteet

1. Laitinen J, Mäkinen T, Innamaa S ja Pent-

tinen M. (2013) Keskustelevat autot liikentees-

sä. Liikenteen suunta 4/2013. Liikennevirasto,

Helsinki.

2. DRIVE C2X: www.drive-c2x.eu

3. Liikenne- ja viestintäministeriö (2013). Koh-

ti uutta liikennepolitiikkaa, Älyä liikenteeseen ja

viisautta liikkujille. Toisen sukupolven älystrategia

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/presenta-

tions/CV_PublicMeeting2013/PDF/Day2_Auto-

mation.pdf

Kuv

a: V

esa

Tyni

34 vTT Impulssi

Lisäämme älyä puettaviin laitteisiin.

Kehitämme uusia mittausratkaisuja ja

käyttöliittymiä puettaviin laitteisiin.

Ota yhteyttä!Juha Palve, asiakasjohtaja

juha.palve@vtt.fi

Teksti anna rissanen ja heikki saari

Fabry-Perot-interferometrit (FPI) ovat säädettäviä optisia suotimia, jotka mahdollistavat spektrometrien miniatyrisoinnin käsikäyttöisiksi antureiksi. näitä mikrospektrometrejä voidaan hyödyntää monenlaisissa sovelluksissa.

Fabry-perotinterferometriteknologiaa

VTT HYöDYnTÄÄ

36 vTT Impulssi

F PI-suodinrakenteita voidaan valmistaa eri aallonpituuksille aina UV-valosta termiseen infrapuna-alueeseen asti käyttäen sekä MEMS:in perustuvia mas-

satuotannollisia valmistusmenetelmiä että pie-nen ja keskisuuren tuotantovolyymin mahdollis-tavia pietsosähköisiä aktuaattoreita hyödyntäviä suodinrakenteita. Käyttämämme teknologia on tehokasta, pientä ja sarjavalmistukseen sopivaa, ja se mahdollistaa korkealaatuisten mittausten tekemisen kustannustehokkaasti.

FPi-teknologiaOptinen spektroskopia on houkutteleva mitta-usmenetelmä moniin käyttötarkoituksiin. Sen avulla voi tunnis-taa ja erotella selek-tiivisesti materiaa-leja, kaasuja tai muita aineita niille ominais-ten spektrisormen-jälkien perusteella. Fabry–Perot-inter-ferometrit toimivat aktiivisina, säädettävinä aallonpituussuotimina pienissä, tehokkaissa ja kevyissä mikrospektrometreissä ja kame-roissa. Näitä suotimia voi yhdistää erityyppisiin detektoreihin ja optisiin valonlähteisiin spekt-roskooppisessa analyysissä tarvittavien optis-ten sensorien ja instrumenttien toteuttamiseksi; sovelluksia on aina kaasusensoreista kannetta-viin, spektriä kuvantaviin instrumentteihin.

Fabry–Perot-interferometri koostuu kahdesta heijastavasta pinnasta, jotka tyypillisesti ovat ohut-

kalvotekniikalla valmistettuja Bragg-peilejä, peilien välissä olevasta ilmaraosta sekä peilirakenteeseen integroiduista elektrodeista. Suotimen päästökais-tan aallonpituutta säädetään muuttamalla pei-lien välistä etäisyyttä. Oheisessa kuvassa esitetään Fabry–Perot-interferometrin (FPI) toimintaperi-aate sekä valmis optinen MEMS eli MOEMS FPI-siru, jonka lepoaallonpituus ilman käyttöjännitettä on 430 nm jolloin sen lävitse näkyvä väri on sini-nen.

Käyttämämme FPI-teknologian voi jakaa kah-teen osa-alueeseen käytetyn valmistustavan mukaisesti: optiseen MEMS-teknologiaan poh-jautuvat sirut (MOEMS FPI) sekä erikseen koot-

tavat, säädettäviä pietsosähköisiä aktu-aattoreita hyödyntä-vät suodinrakenteet (Pietso-FPI), kuvassa 2. Näiden kahden tek-nologia-alustan avulla olemme voineet kehit-tää mittausratkaisuja sekä massatuotettaviin

MOEMS-sovelluksiin että räätälöityihin korkealaa-tuisiin optisiin PFPI-instrumentteihin.

Yksittäisten FPI-sirujen kustannukset voivat jäädä varsin pieniksi, kun niitä valmistetaan suuria määriä MEMS-tuotantomenetelmien avulla. Näin spektriantureille voidaan keksiä uusia käyttötarkoi-tuksia, joihin nykyisiä pöytäspektrometrejä ei ole toistaiseksi voitu soveltaa niiden korkean hinnan ja suuren koon vuoksi.

Muihin mikrospektrometriteknologioihin ver-rattuna VTT:n FPI-tekniikan ainutlaatuisiin piirtei-

säädettävän moEms fpI -suotimen toimintaperiaate ja läpileikkaus (a) sekä kuva näkyvän aaltoalueen fpI-sirusta, jonka optisen aukon lepoaallonpituus on sinisellä alueella (~430 nm) (b).

kUva 1.

Teknologia on TeHokasTa, PienTä Ja sarJavalmisTUkseen

soPivaa.

Light going ina) b)

Light coming out

airgap

Bragg mirrors

vTT Impulssi 37

TIE

DE

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 suo-timen takana käytettävän pistemäisen detekto-rin voi korvata kuvadetektoreilla, jolloin spektros-kopia ja kuvantaminen voidaan yhdistää ja näin luoda pieniä hyperspektrikameroita. Pietsoaktuaa-tiota hyödyntävä FPI-teknologia on osoittautunut erityisen soveliaaksi hyperspektrikuvantamiseen, koska se mahdollistaa suuren optisen apertuurin ja lisäksi teknologia soveltuu pienemmillä kehitys-kustannuksilla räätälöitäväksi suoritusvaatimusten mukaisesti vaativiinkin sovelluksiin, kuten miehit-tämättömiin lennokkeihin, avaruustutkimukseen, prosessiteollisuuteen, turva- ja puolustusalalle sekä lääketieteellisiin sovelluksiin. Sen lisäksi, että suuri optinen apertuuri mahdollistaa lukuisia käyttötar-koituksia sekä pistemäiseen spektroskopiaan että spektrikuvantamiseen perustuen, sen tarjoamiin etuihin kuuluu myös optisten antureiden edul-lisempi hinta. Esimerkiksi hilaspektrometreissä käytettävät rividetektorit ovat etenkin infrapuna-alueessa kalliita niiden tarvitseman jäähdytyksen takia, kun taas FPI-teknologialla toteutettu spekt-rometri tarvitsee rividetektorin sijaan vain yhden detektorin luoden näin useiden tuhansien eurojen eron laitteen lopulliseen hintaan.

mikrospektrometriteknologiaa massavalmistettaviin sovelluksiinViime vuosina VTT on kehittänyt aktiivisesti sekä sovelluspohjaisia mittausinstrumentoin-nin ratkaisuja että tutkimukseen painottuvaa optisen MEMS (MOEMS) -teknologian massa-valmistusmenetelmiä ja prosessi-integraatiota. Kullakin kaasulla, nesteellä ja aineella on oma yksilöllinen spektrisormenjälkensä, joka sijoit-tuu tietyille aallonpituusalueille. Niinpä eri aal-

lonpituuksille soveltuvia optisia MEMS-raken-teita kehittämällä voidaan valmistaa erilaisten aineiden havaitsemiseen kykeneviä antureita. Prosessi-integraatioteknologian kehittäminen mahdollistaa optisten suodatinrakenteiden rää-tälöimisen eri sovellusten vaatimuksiin. Kun valmistusprosessissa käytettävät ohutkalvoma-teriaalit, erilaiset prosessivaiheet sekä olosuh-teet 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 omi-naisen optisen sormenjäljen perusteella. Sen poh-jalta on myös kehitetty NDIR-teknologiaan perus-tuvia sensoreita. Ne koostuvat valonlähteestä, absorptiopolusta, selektiivisestä aallonpituussuo-timesta sekä detektorista. MOEMS FPI -moduulit mahdollistavat edullisten, stabiilien NIR-mikros-pektrometrien 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 erin-omainen pitkän aikavälin vakaus ja korkea erotte-lutarkkuus. Viime vuosina mikrospektrometreille on ilmaantunut potentiaalisia uusia kasvualueita. Tämän vuoksi MOEMS FPI-ratkaisujen kehit-tämistä eri aallonpituusalueisiin on painotettu viime vuosina, jotta teknologiaa voidaan hyödyn-tää monipuolisesti eri sovelluksissa aina näkyvästä UV-valosta termiseen infrapunaan (Kuva 3).

38 vTT Impulssi

kUva 3. VTT:n kehittämät moEms fpI -rakennealustat ja niiden soveltuvuusalueet näkyvästä valosta lähi- ja keski-Ir-alueen kautta termiseen infrapunaan.

eri aallonPiTUUksille sovelTUvia mems-rakenTeiTa keHiTTämällä voidaan valmisTaa erilaisTen aineiden HavaiTsemiseen kykeneviä anTUreiTa.

Vuonna 2008 VTT alkoi kehittää uudenlaista NIR-mikrospektrometriprosessialustaa autoteolli-suuden mittauksissa käytettävää anturia varten [2]. Teknologian tärkeä kilpailuetu on sen monoliitti-nen rakenne sekä peilien muodostuminen jännit-tyneistä ohutkalvoista – näin rakenne pystyy kes-tämään jopa 18 000 G:n iskuja ilman hajoamista [3], eikä se myöskään ole herkkä tärinälle, mikä voi vääristää optisia mittauksia. Tämä erinomai-nen kestävyys antaa VTT:n MOEMS NIR -mikro-spektrometriteknogialle selkeän edun kilpaileviin kaupallisiin miniatyrisoituihin spektrometrirat-kaisuihin nähden [4]. Kestävyys on erityisen tär-keä piirre tärähtelylle ja liikkeelle altistuvissa rat-kaisuissa, kuten autoteollisuuteen, mobiililaitteisiin sekä käsikäyttöisiin mittauksiin tarkoitetuissa antu-reissa, joissa toimintavaatimukset ovat erityisen tiukat.

Näkyville aallonpituusalueille suunnitelluissa antureissa ohutkalvojen paksuus FPI:n peileissä pienenee merkittävästi, sillä optisen paksuuden on oltava neljännes anturin suunnitellusta keskiaallon-pituudesta (λ/4). Tämä asettaa erityisvaatimuksia käytettäville ohutkalvomateriaaleille erityisesti kal-von paksuudensäätökyvyn, tasaisuuden sekä peit-tävyyden osalta. Uuden ALD-tekniikan (ALD = atomic layer deposition) avulla VTT kehitti ensim-mäiset näkyvän aallonpituusalueen Fabry–Perot-interferometrit vuonna 2010, joissa resoluutio parani huomattavasti verrattuna aiempiin tähän aallonpituusalueeseen suunniteltuihin FPI-raken-teisiin verrattuna [5]. Vaikka näkyvälle aallon-

UV/visible FPI

Ultra-compact chip spectrometer

UV200–350 nm

Wav

elen

gth

Visible350–800 nm

Low NIR0.8–1.1 μm

Near IR1,1–2,5 μm

Mid IR3–7 μm

Thermal IR7–12 μm

NIR/MIR FPI MIR/TIR FPI

vTT Impulssi 39

pituusalueelle on tarjolla hilaspektrometrejä, nämä eivät sovellu kuvantamissovelluksiin eikä niiden valmistusprosessi ole monoliittinen. Muita paran-nuksia olivat optisen apertuurin kasvanut koko [6], joka mahdollisti käsikäyttöisten spektrikameroi-den rakentamisen (Kuva 4) [7], sekä monoliittisesti integroidun siruspektrometrin demonstrointi [8].

Viimeisten kahden vuoden aikana optisten MEMS-ratkaisujen kehityksessä on keskitytty pidempiaaltoisen termisen infrapuna-alueen kat-tamiseen, jossa löytyy sovelluksia muun muassa erilaisten kaasujen analysoimisen osalta sekä uudenlaisten spektrikuvantamiseen perustuvien ratkaisujen kehittämisessä. Tässä alueessa haas-teena on suuremman optisen kontrastin saavut-taminen ohutkalvomateriaalien välillä paremman resoluution aikaansaamiseksi. Olemme demon-stroineet ainutlaatuisen FPI-rakenteen, jossa peilit koostuvat piistä ja ilmasta, tarjoten näin sekä laajan toiminta-alueen että merkittäviä parannuksia mui-hin tämän aallonpituusalueen säädettäviin suoti-miin nähden [10, 11]. Kyseisestä FPI-rakenteesta kirjoitettu artikkeli nimettiin Journal of Micro-mechanics and Microengineering -lehden vuoden 2012 kohokohdaksi.

Olemme hiljattain demonstroineet myös ensimmäiset FPI-sirut näkyvän- ja NIR-allonpi-tuusalueen (LNIR) välille [11]. Yksi tämän aal-lonpituusalueen eduista on piihin perustuvien detektoreiden käytön mahdollisuus, mikä tarjoaa herkän ja kustannustehokkaan vaihtoehdon ter-mopari- ja InGaAs-detektoreihin verrattuna. Käsi-käyttöiset miniatyyrihyperspektrikamerat, jotka toimivat alemmalla NIR-alueella, voivat luoda potentiaalisia mahdollisuuksia monien uudentyyp-pisten terveysalan sovellusten kehittämiseen, kuten ihosyövän detektointiin, endoskopiaan, kudosten happisaturaation (diabetes) mittaamiseen sekä esi-merkiksi hampaiden, ihon ja verisuonten analy-sointiin.

lääkeTieTeen sovellUkseT TarJoavaT eriTyisen mielenkiinToisia käyTTökoHTeiTa.

hEIkkI saarI

Heikki Saari valmitui diplomi-insinööriksi Teknillisen kor-keakoulun teknillisen fysiikan osastolta vuonna 1980 ja väitteli samasta yliopistosta tohtoriksi vuonna 1996. Hän on johtanut useita avaruus- ja kaukokartoitusintrument-tien kehitysprojekteja. Hänellä on yli 60 tieteel-listä julkaisua sekä kuusi patenttia. Saaren tutkimus-kiinnostuksen kohteisiin kuuluvat hyperspektrikame-rateknologia ja -sovellukset, MOEMS -anturisovellukset ja lennokki- ja nanosatelliit-tispektrikamerateknologia. Tällä hetkellä Saari toimii johtavana tutkijana MOEMS ja BioMEMS Instrumentit -tiimissä VTT:llä.

Kuv

a: S

ami T

irkko

nen

40 vTT Impulssi

anna rIssanEn

Anna Rissanen toimii tiimi-päällikkönä MOEMS ja Bio-MEMS Instrumentit -tiimissä VTT:llä. Hän valmistui vuon-na 2003 diplomi-insinööriksi Teknillisen korkeakoulun sähkötekniikan osastolta ja väitteli tohtoriksi Aalto yli-opistolta vuonna 2012 pääai-neenaan biomikrosysteemit. Hänen tutkimustyönsä kohteena on optisten MEMS Fabry-Perot interferometri-rakenteiden suunnittelu ja prosessi-integraation kehitys sekä poikkitieteellinen tutkimus. Rissasella on yli 22 tieteellistä julkaisua sekä patentoitavia keksintöjä.

Kuv

a: S

ami T

irkko

nen

kUva 4. kUva 5.käsikäyttöinen hyperspektrikamera. hiilivetyanalysaattori.

instrumentteja monenlaisiin käyttötarkoituksiinTavoitteenamme on viime vuosina ollut tuoda esiin FPI-teknologian hyötyjä toteuttamalla demonst-raattoreita sekä instrumentteja erilaisiin käyttö-tarkoituksiin. 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. Ensim-mäinen demonstraattori toimii aallonpituudella 4–5 µm, ja toinen demoalusta on korrelaatiospekt-roskopiaa varten, jossa interferometri antaa kampa-maisen transmissiokuvion aallonpituusalueella 4,7–4,8 µm.

Hyperspektrikameroissa yhdistyy kaksi mer-kittävää analyysimenetelmää: tilan hahmotta-minen ja spektri-informaatio. Nykyisin markki-noilla olevat hyperspektrikamerat ovat yleensä erittäin kalliita, usein hinnaltaan yli 50 000–100 000 dollaria. VTT:n hyperspektrikamerat ovat pieniä, käsikäyttöisiä ja huomattavasti edul-lisempia, etenkin silloin, jos niitä voidaan valmis-taa sarjatuotantona. Tämä koko- ja hintaluokka luo uusia mahdollisuuksia löytää teknologialle uusia käyttötarkoituksia. VTT:n hyperspektri-kamerat ovat jo löytäneet tiensä monenlaisiin sovelluksiin, kuten maa- ja metsätaloudessa sekä ympäristömittauksissa käytettyihin lennokkeihin [15, 16], Aalto-1 nanosatelliittiohjelmaan [17], rikospaikka tutkimukseen [18] sekä kemialli-seen kuvantamiseen teollisuudessa. Lääketieteen

vTT Impulssi 41

sPekTrikUvanTamisesTa TUlevaisUUden liikeToiminTa-

maHdollisUUksia ymPärisTö- Ja

kUlUTTaJasovellUksiin.

lähteet

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

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

“Electrically tuneable micromachin-

ed fabry-perot interferometer in gas

analysis”, Physica Scripta. Vol. T69,

119 – 121, (1997).

[2] Antila J., Miranto, A., Mäkynen,

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

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

“MEMS and piezo actuator based

Fabry-Perot interferometer techno-

logies and applications at VTT,”

Proc. SPIE 7680, 76800U (2010).

[3] Rissanen, A., Broas, M., Hokka,

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

M., Saari, H., ”Robustness and

reliability of MOEMS for miniature

spectrometers,” Proc. SPIE 8614,

861409 (2013).

[4] Antila, J., Tuohiniemi, M.,

Rissanen, A., Kantojärvi, U., Lahti,

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

Malinen, J. MEMS- and MOEMS-

Based Near-Infrared Spectrome-

ters. Encyclopedia of Analytical

Chemistry. 1–36. (2014).

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

Miranto, A., “Electrically tunable

surface micromachined Fabry-Pe-

rot interferometer for visible light”,

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

(2010).

[6] Rissanen, A., Akujärvi, A.,

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

“MOEMS miniature spectrometers

using tunable Fabry- Perot interfe-

rometers,” J. Micro/Nanolith. MEMS

MOEMS 11(2), 023003/1 – 6 (2012).

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

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

Saari, H., ” Spectral imaging device

based on a tuneable MEMS Fabry-

Perot interferometer,” Proc. SPIE

8374, 8374-15 (2012).

[8] Rissanen, A., Kantojärvi, U.,

Blomberg, M., Antila, J., Eränen,

S., “Monolithically integrated

microspectrometer-on-chip based

on tunable visible light MEMS FPI”,

Sens. Act., A, Vol. 182, 130 – 135,

(2012).

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

Akujärvi, A., Antila, J., Saari, H.,

“Optical transmission performance

of a surface-micromachined Fabry-

Pérot interferometer for thermal

infrared” J. Micromech. Microeng.

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

[10] Tuohiniemi, M., Näsilä, A., Mä-

kynen, J., “Characterization of the

tuning performance of a micro-ma-

chined Fabry-Pérot interferometer

for thermal infrared”, J. Micromech.

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

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

Tuohiniemi M., Akujärvi, A., Antila,

J., ”Tunable MOEMS Fabry-Perot

kUva 6. uV-fpI raman-kuvantamisjärjestelmä.

42 vTT Impulssi

interferometer for miniaturized

spectral sensing in near-infrared ”,

Proc. SPIE 8977, 89770X (2014).

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

Mäkynen, J., Näkki, I., Antila, J.,

”Hydrocarbon gas detection with

microelectromechanical Fabry-

Perot interferometer ”, Proc. SPIE

8726, 872608 (2013).

[13] Mäkynen , J., Tuohiniemi, M.,

Näsilä, A., Mannila, R., Antila, J.,

”MEMS Fabry-Perot interferometer-

based spectrometer demonstrator

for 7.5 μm to 9.5 μm wavelength

range ”, Proc. SPIE 8977, 89770U

(2014).

[14] Kantojärvi, U., Varpula, A., An-

tila, T., Holmlund, C., Mäkynen, J.,

Näsilä, A., Mannila, R., Rissanen,

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

T., ”Compact large-aperture Fabry-

Perot interferometer modules for

gas spectroscopy at mid-IR”, Proc.

SPIE. 8992, 89920C. (2014).

[15] Saari, H., Pölönen, I., Salo, H.,

Honkavaara, E., Hakala, T., ”Minia-

turized hyperspectral imager calib-

ration and UAV flight campaigns ”,

Proc. SPIE 8889, 88891O (2013).

[16] Pölönen, I., Saari, H., Kaivoso-

ja, J., Honkavaara, E., Pesonen,

L., ”Hyperspectral imaging based

biomass and nitrogen content

estimations from light-weight UAV ”,

Proc. SPIE 8887, 88870J (2013).

[17] Mannila, R., Näsilä, A., Viher-

kanto, K., Holmlund, C., Näkki, I.,

”Spectral imager based on Fabry-

Perot interferometer for Aalto-1

nanosatellite ”, Proc. SPIE 8870,

887002 (2013).

[18] Kuula, J., Pölönen, I., Puuppo-

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

kainen, T., ”Using VIS/NIR and IR

spectral cameras for detecting and

separating crime scene details”,

Proc. SPIE 8359, 83590P (2012).

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

P.-E., Saari, H., Mäkynen, J., Sorri,

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

1537, 231 – 237 (2013).

[20] Saari H., Neittaanmäki-

Perttu, N., Pölönen, I., ” VTT’s

hyperspectral camera shows

promising results in detection of

skin field cancerization”, VTT press

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

news/2014/26022014_hyperspektri-

kamera.jsp?lang=en

[21] Glimtoft, M., Bååth, P., Östmark

, H., Saari, H., Mäkynen, J., Näsilä,

A., “Towards eye-safe standoff

Raman imaging systems”, accepted

paper, SPIE Proceedings 9072,

(2014).

sovellukset tarjoavat erityisen mielenkiintoisia käyttökohteita spektrikameroille: lupaavia tulok-sia on jo saavutettu muun muassa silmänpohjaka-meran käytöstä glaukooman ja diabeteksen totea-miseen [19] sekä hyperspektrikameran käytöstä ihosyövän havaitsemiseen [20]. VTT on kehittä-nyt myös aiemmin toteuttamattomia UV-alueen FPI-ratkaisuja, joiden spektrin erottelukyky riit-tää erittäin pienten ainejälkien havaitsemiseen. Ruotsalainen puolustusalan tutkimuslaitos Total-försvarets forskningsinstitut (FOI) on yhdessä VTT:n kanssa kehittänyt UV-aallonpituusalueella toimivan järjestelmän, joka pystyy erottelemaan tarkasti Raman-siirtymiä. Kyseiselle aallonpi-tuusalueelle ei ole saatavissa vastaavia kaupallisia järjestelmiä [21]. Kuvassa 6 esitetty järjestelmä perustuu VTT:n kehittämään kompaktiin kor-kean resoluution (~0,2 nm @ FWHM) UV-FPI-suotimeen. UV-FPI-moduulin stabiili toiminta vaihtelevissa ympäristöolosuhteissa on saatu aikaan kontrolloimalla moduulin lämpötilaa ja käyttämällä FPI-moduulin ilmaraon takaisinkyt-kettyä säätöä kapasitiivisen mittauksen avulla.

Tulevaisuuden teknologialiiketoimintaaPerimmäinen tavoitteemme on luoda FPI-tek-nologiaan perustuvaa liiketoimintaa ja raken-taa kansainvälisiä arvoketjuja, jotka hyödyttävät suomalaista teollisuutta. Jotta Suomeen saatai-siin myös kasvavaa liiketoimintaa ja uusia työ-paikkoja, 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. Suunnit-teilla on myös projekti suomalaisten teollisuus-alan kumppaneiden kanssa NIR FPI -elementtien sarjatuotannon kasvattamiseksi autoteollisuuden sovellusten vaatimaan suureen tuotantovolyy-miin. Spektrometrien miniatyrisointi luo poten-tiaalia toteuttaa ratkaisuja niin vaativiin avaruus-tutkimuksen ja lääketieteen sovelluksiin kuin massavalmistettaviin terveys- ja hyvinvointituot-teisiin tai älykkäämpiin mobiililaitteisiin. Ehkäpä tulevaisuudessa seuraava uusi, merkittävä liike-toimintamahdollisuus syntyy kuluttajasovelluk-siin toteutetuista spektrikameroista. n

vTT Impulssi 43

TEknologIa

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.

Levä kasvamaan suomen oloissa

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-älyliikennekäytä-vän suomalais-venäläistä älyliikenteen kärkihanketta. Hankkeessa luodaan viranomaisten, tutkimuslaitosten ja yritysten yhteistyönä uusia älykkäitä liikennepalveluja rajan ylittävälle matkustajaliikenteelle.

Raideliikenteen käyttäjien verkkovierailuihin liittyviä ongelmia vähenne-tään tuomalla internetyhteys ja VEDIA-palvelut ilmaiseksi saataville Allegro-juniin 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.

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

neliösenttimetriä on hyperspektrikameran kuvausalue. Laajoja

ihoalueita voidaan näin kuvantaa kerralla.

12

Matkustajaliikenne sujuvammaksi itärajan yli

44 vTT Impulssi

vTT:n sPin-oFF-yriTys Asqella Oy kaupallistaa teknistieteellisiin läpimurtoihin pohjautuvan passiivisen terahertsikuvannusteknologian, joka mahdollistaa kätkettyjen esineiden etähavaitse-misen. 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 turvatarkastuksis-sa. Asqellan kamerat tulevat markkinoille vuoden 2014 aikana.

Turvatarkastuksen uusi aika

Kuv

a: A

sqel

la

– Koska tuotteemme ei säteilytä kuvattavia kohteita, ei terveysriskejä ole. Saamamme rahoi-tus nopeuttaa tuotekehitystä ja auttaa markki-noille 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.

vTT Impulssi 45

TE

Kn

OLO

GIA

Korkea hightech-osaaminen, vahva tutkimustoiminta sekä kannustava yrittäjyysilmapiiri vievät suomea älyliikenteen maailmanmarkkinoille. Teksti ari rytsy Kuvat ari ijäs

äly liikenteestä

46 vTT Impulssi

TE

Kn

OLO

GIA

suomalaisiavientivaltteja

äly liikenteestä

avainsanaT Älyliikenne, DRIVE C2X, eCall-hätäviestipalvelu, TransSmart-kärkiohjelma

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

vTT Impulssi 47

TE

Kn

OLO

GIA

yksi viime aikojen merkittävimpiä älyliikenteen tutkimushankkeita on vuoden 2011 alussa käynnisty-nyt DRIVE C2X, jossa testataan ja kehitetään uusia, ajoneuvojen väli-

seen tiedonvaihtoon pohjautuvia älykkään lii-kenteen palveluja. Tänä vuonna päätökseen saatavan hankkeen näkyvyyttä on lisännyt sen osanottajakaarti, johon lukeutuu eurooppalais-ten tutkimuslaitosten lisäksi joukko eurooppa-laisia autonvalmistajia.

VTT on hankkeen suurin toimija 2,1 mil-joonan euron budjetilla ja työmäärällä mitat-tuna. Koordinointivastuun on kantanut saksa-lainen henkilö- ja hyötyajoneuvojen valmistaja Daimler.

– Daimler on ajanut aktiivisen liikennetur-vallisuuden kehittämistä jo pidemmän aikaa. Uskomme, että sitä voidaan edistää lisäämällä ajoneuvojen ja liikenneinfrastruktuurin välistä tiedonsiirtoa, sanoo Daimler AG:n tutkimustoi-minnan Senior Manager Matthias Schulze.

Schulze kiittelee vuolaasti VTT:n kanssa teh-tyä yhteistyötä sekä suomalaisia testiolosuh-teita, joita hyödynnettiin viimeksi marras-jou-lukuussa 2013. VTT:n Tampereella sijaitsevalla testipaikalla kokeiltiin sää- ja kelitietojärjestel-män toimivuutta yli 80 kuljettajan voimin. Tes-teissä ajoneuvoihin välitettiin ennakkotietoa muun muassa liukkaista teistä sekä tulevista lii-kennemerkeistä noin 400–500 metriä etukäteen. Informaatiota siirrettiin sekä eri ajoneuvojen

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

”kiinnosTava TUTkimUs-

alUe liiTTyy aUTomaTisoiTUUn

aJamiseen.”

48 vTT Impulssi

että liikenneinfran välillä. VTT huolehti testi-projektin ohjauksesta, datan keruusta ja sen ana-lysoinnista, 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 talvi-olosuhteidensa ansioista. Kyseisiä testejä olisi ollut vaikea toteuttaa Saksassa, Schulze toteaa.

Helsinki-Pietari-älykäytävä laajenemassaVTT on mukana parhaillaan käynnissä ole-vassa Helsinki-Pietari-älykäytävähankkeessa, joka pyrkii edistämään älyliikenteen palvelujen

”kiinnosTava TUTkimUs-

alUe liiTTyy aUTomaTisoiTUUn

aJamiseen.”

syntymistä Suomen ja Venäjän välille. Toteutet-tavien pilottien joukkoon lukeutuvat liikkujan reaaliaikainen sää- ja kelipalvelu, liikenteen häi-riötietopalvelu, junaliikenteen käyttäjille tarkoi-tettu joukkoliikenteen infopalvelu sekä joukko-liikennetiedot molemmissa kaupungeissa.

Turvallisen ja sujuvan liikenteen ohella hank-keella pyritään vauhdittamaan uutta älyliike-toimintaa sekä luomaan edellytyksiä palvelun-tuottajien liikennedatan avaamiselle. Pilotin päättyminen ajoittuu kesäkuulle 2014, jolloin sen tuloksia esitellään Helsingissä järjestettä-vässä ITS Europe -älyliikennekonferenssissa. VTT on mukana havainnollistamassa suoma-laista tutkimusosaamista useiden eri demonst-raatioiden voimin.

– Keskusteluja on käynnissä älykäytävähank-keen laajentamisesta Ruotsiin ja Moskovaan sekä pidemmällekin. Henkilöliikenteen lisäksi vastaavia palveluja kaivataan tavara- ja meri-liikenteeseen sekä logistiikkaan. Venäjällä on myös kiinnostusta yleiseurooppalaisen eCall-hätäviestipalvelun ja paikallisen ERA-Glonass-hätäviestijärjestelmän yhteensopivuuden var-mistamiseen sekä niiden nykyistä laajempaan hyödyntämiseen, kertoo VTT:n tutkimustiimin vetäjä Jukka Laitinen.

Suomi on monella tapaa ainutlaatuisessa ase-massa EU:n ja Venäjän välillä tapahtuvan älylii-kennekehityksen suhteen. Uusia ja valtakuntien rajoja ylittäviä palveluita halutaan molemmissa leireissä. Niiden toteuttamisen lähtökohtana toi-mii suomalaisten hyvä keskusteluyhteys Venä-jälle.

– Siellä suunnalla vastaan tulee joskus yllät-täviä hidasteita. Niistä huolimatta meillä on vankka rooli Venäjän ja EU:n välisissä älyliiken-nehankkeissa, vahvistaa Laitinen.

Teknisesti VTT:n vahvuudet löytyvät olosuh-detietoa keräävän optisen anturiteknologian sekä liukkauden tunnistuksen saralta. Niistä johdettavien kaupallisten älyliikennesovellusten kenttä on erittäin laaja, joten seuraavaa navigaat-torin kaltaista hittituotetta on vaikea ennustaa.

– Suomessa on teknisiä valmiuksia moneen. Pystymme esimerkiksi tuottamaan erilaisiin pal-veluihin runsaasti aikataulu- ja liikennetietoja. Näitä mahdollisuuksia tulee koko ajan enem-män uusien tietolähteiden avautuessa. Älyliike-toimintaa ajatellen paljon suurempi kysymys on se, mistä kuluttajat ovat valmiita maksamaan, Laitinen pohtii.

vTT Impulssi 49

Haasteista huolimatta Schulze uskoo, että vuonna 2020 yhä useampi tienkäyttäjä hyödyn-tää älyliikenteen tarjoamia palveluja. Hänen mukaansa autonvalmistusalalla vallitsee yhtei-nen tahtotila nykyaikaisten ratkaisujen tuomi-seksi massatuotantoautoihin. Tässä vaiheessa on olennaista, että eri toimijat sitoutuvat investoi-maan uuteen infraan, laitteisiin ja teknologiaan.

– Haluamme jatkaa älyliikenteen mahdol-lisuuksien selvittämistä. Yksi kiinnostava tut-kimusalue liittyy automatisoituun ajami-seen, johon olemme hakemassa EU-rahoitusta yhdessä VTT:n kanssa, kertoo Schulze.

liikenneturvallisuutta ja tiesääosaamistaÄlyliikenteessä on kyse arjen perustoimintoja helpottavista ja edistynyttä teknologiaa hyödyn-tävistä palveluista, joiden kehittäminen perus-tuu ihmisten tarpeisiin ja odotuksiin. Ihmiset käyttävät hyödylliseksi kokemiaan vapaaehtoisia palveluja sopien niiden käytöstä sekä paikannus- ja muista ehdoista palveluntarjoajien kanssa.

Oma lukunsa ovat viranomaispalvelut, joiden yhteydessä on huolehdittava muun muassa yksi-tyisyydensuojaan liittyvistä asioista. Esimerkki liikenneturvallisuutta parantavasta viranomais-palvelusta on yhteiseen eurooppalaiseen hätänu-meroon 112 perustuva eCall-hätäviestipalvelu, joka otetaan käyttöön EU:n jäsenvaltioissa vii-meistään vuonna 2017. Siitä eteenpäin se tulee olemaan pakollinen kaikissa uusissa tyyppihy-väksyttävissä henkilö- ja pakettiautomalleissa.

Onnettomuuden tapahtuessa autossa olevat sensorit havaitsevat törmäyksen ja ajoneuvolaite lähettää hätäkeskukselle automaattisesti auton tarkan sijainnin sekä muut pelastustoimien kan-nalta olennaiset tiedot. Samalla eCall avaa puhe-yhteyden auton ja hätäkeskuksen välille. VTT on kehittänyt eCall-järjestelmää noin 10 vuo-den ajan yhdessä Euroopan komission, jäsenval-tioiden, teollisuuden, viranomaisten ja muiden tutkimuslaitosten kanssa. Viimeisin yhteistyö-ponnistus oli vuosille 2011–2014 ajoittunut HeERO-hanke, johon osallistui 15 maata ja 82 partneria.

– eCall luo liiketoimintamahdollisuuksia ras-kaan liikenteen ja ennen vuotta 2017 tyyppi-hyväksyttyjen henkilö- ja pakettiautojen jälki-asennuksen parissa. Niitä voidaan toteuttaa esimerkiksi osana tienkäyttäjien vapaaehtoi-sia ja kaupallisia palvelupaketteja, sanoo Trans-Smart-kärkiohjelman Liikennepalvelut-teeman vetäjä Raine Hautala.

”menesTykseen vaadiTaan rUnsaasTi TUTkimUsTa.”

Älyliikenteen palveluiden kehittämisessä pii-lee 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 mit-tausteknologiaan sekä talvikunnossapitoon liit-tyvät älykkäät ratkaisut ja palvelut. Suomessa on paljon kyseiseen palvelukokonaisuuteen kuulu-vaa huippuosaamista. Tieliikenteen snow how’ta on viety eteenpäin muun muassa FIRWE-pro-jektissa yhdessä Arctic Machinen, Forecan, Teconerin ja Vaisalan sekä Oulun yliopiston kanssa.

– On ollut hienoa kehittää tätä tuote- ja pal-velukokonaisuutta alan huippujen kanssa. Korkealaatuisen tiesääosaaminen ja talvihoi-don ansiosta Suomen tiet ja lentokentät pysyvät toimintakunnossa haastavissakin olosuhteissa, mikä on herättänyt kansainvälistä kiinnos-tusta esimerkiksi Englannissa. Äärisääilmiöiden lisääntyessä tämän osaamisen liiketoimintapo-tentiaali tulee kasvamaan, uskoo Hautala.

Lukuisista muista käytännön sovelluksista VTT on ollut mukana kehittämässä muun muassa Vaisalan tiesääasemaa sekä pari vuotta sitten kaupallistettua ja viranomaiskäyttöön tar-koitettua liikennevalvontajärjestelmää, joka hel-pottaa tienkäyttäjien tekemien rikkeiden havait-semista.

– Älyliikenteen tutkimukseen sopivia yritys-kumppaneita on löytynyt kohtuullisen hyvin. Ala on osoittanut omaavansa hyvää kasvupo-tentiaalia. Tosin peliteollisuuden menestystari-nat ovat antaneet hieman väärän kuvan tämän

50 vTT Impulssi

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

sektorin mahdollisuuksista. Älyliikenteessä on huomattavasti vaikeampi saavuttaa miljoonaluo-kan pikavoittoja. Menestykseen vaaditaan ensin-näkin 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 mahdollisuuksiaAutomatisoidun ajamisen lisäksi tulevaisuus tuo tullessaan muita liikkumisen välineitä ja tapoja, jotka luovat pohjaa uudelle liiketoiminnalle. Hautalan mukaan käynnissä on merkittävä sys-teeminen muutos, joka mahdollistaa älykkääm-män ja vähähiilisemmän liikkumisen sekä ole-massa olevan liikenneinfran tehokkaamman hyödyntämisen.

– Tämä muutos tuo myös uusia tilaisuuksia suomalaiselle teollisuudelle ja tutkimukselle. Tässä prosessissa viranomaisilla on tärkeä rooli ketterien kokeilujen ja käyttäjäkeskeisten ratkai-sujen käyttöönoton nopeuttamisen mahdollista-jana, hän pohtii.

Eri lähteistä saatavilla olevien tietojen nykyistä jouhevampi integrointi ja tehokkaampi hyödyntäminen helpottavat erilaisten matka-ketjujen linkittämistä sekä uusien palvelukon-septien toteuttamista Mobility-as-a-Service-periaatteen mukaisesti. Tämä tarkoittaa sitä, että tarve auton omistamiselle ja pysäköinti-paikkojen rakentamiselle vähenee, ja että viran-omaiset 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 varmis-taa tarvittavat jatkoyhteydet lähimmälle lento-kentälle.

– Vaikka suomalaisella teollisuudella on sel-keää 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

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-off-yritysten alkuunpääsyä.

Tuottoa

vuoden 2013 aikana VTT:ltä pon-nisti matkaan yhteensä viisi spin-off- yritystä.

– Asqella ja Posterfy edustavat kahta ääripäätä meiltä lähteneistä

spinnoista. Asqella on hyvin erikoistuneen kor-kean 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 kui-tenkin sijoittaja siinä missä muutkin.

Teksti milka lahnalammi-vesivalo Kuvat Posterfy, asqella

– Riskitaso sijoituksilla on korkea, joten odo-tamme saavamme myös korkeaa tuottoa sijoi-tuksillemme, Sinisalo linjaa.

VTT:n tavoitteena on kaupallistaa syntyneitä tuloksia, ja usein ne hyödyntyvät olemassa ole-vien yritysten toiminnassa joko toimeksianto-tutkimuksen tuloksina tai esimerkiksi lisensoin-nin kautta. Välillä kuitenkin syntyy tuloksia, jotka eivät sellaisenaan ole vielä kypsiä markkinoille.

– Usein tällaiset tulokset vaativat investoin-teja, 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 perustetta-viin yhtiöihin IPR:ää, auttaa liiketoimintamallin rakentamisessa, strategian luomisessa sekä yhteis-työkumppanien ja rahoittajien löytämisessä.

– Näille yrityksille merkitsee paljon, että ne saavat meiltä tukea ja oikeuden hyödyntää tar-vittavaa teknologiaa. Myös mukanaolomme sijoittajana tuo uusille yrityksille uskottavuutta, Sinisalo sanoo.

sijoituksille

52 vTT Impulssi

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

TE

Kn

OLO

GIA

Tutkijoilta edellytetään kykyä hakea tutkimuk-sensa tuloksilla kaupallista lisäarvoa. Näin orientoituneet tutkijat siirtyvät luontevasti yrit-täjiksi 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 val-miina, 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 alleLuukasen yrityksen, Asqellan, on perustanut entiset VTT:läiset Luukanen, Mikko Leivo ja Anssi Rautiainen. Hiljattain Asqellaan tuli myös Aal-losta tuore tohtori Aleksi Tamminen.

– Kesti oman aikansa rakentaa sellainen liike-toimintasuunnitelma, jonka ympärille voi yri-tyksen 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 terahertsikame-roita, jotka pystyvät etäältä erottamaan, onko ihmisellä esineitä vaatteiden alla. Kuva muodos-tuu esineiden aiheuttamista muutoksista ihmi-sen luonnollisessa terahertsisäteilyssä. Kame-raa voidaan käyttää esimerkiksi ilman kosketusta

tapahtuviin turvatarkastuksiin julkisissa tiloissa, isoissa tapahtumissa, joukkoliikenteessä tai vaik-kapa kauppojen henkilökunnan poistumisreiteillä.

aikanaan kohti säädeltyjä markkinoitaMahdollisia asiakkaita Asqellalle ovat turvalli-suusalan toimijat, isot tapahtumat, viranomai-set ja lentokentät.

– Lentokenttäbisnes on isoin yksittäinen markkina, mutta sinne on vaikea päästä, sillä siellä vaaditaan kalliita ja aikaavieviä sertifioin-teja, Luukanen toteaa.

– Pyrimme ensin saamaan liiketoiminnan käyntiin pienempien toimijoiden kanssa, jonka jälkeen voimme panostaa lentokenttien ja viran-omaisten vaatimiin sertifiointeihin.

Asqellalla onkin vahvat markkinat myös kansain välisesti.

– Yksi sijoittajistamme toimii Singaporessa ja avaa meille markkinoita Aasiaan. Myös lähi-idässä ollaan kiinnostuneita tämäntyyppisestä turvallisuusteknologiasta.

Luukanen korostaa markkinointi- ja myynti-panostusten 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.

Asqella vie turvateknologiaa maailmalle

Terahertsikamera tulee markkinoille vuoden 2014 aikana.

asqellan TeraHerTsikameraT eroTTavaT eTäälTä, onko vaaTTeiden alla esineiTä.

vTT Impulssi 53

TE

Kn

OLO

GIA

Mitä jos kauppakeskuksen wc:ssä käsiä kuiva-tessasi et tuijottaisikaan annostelijan valkoista kantta, vaan näkisit pyyheannostelijan kannessa mainoksen? VTT:n teknologiaosaajat ja mai-nostoimisto HeyDayn innovaattorit perusti-vat Posterfyn ja toivat mainostilan Lindströmin käsipyyheannostelijoihin.

Lindströmin konttorissa Helsingin Kalasata-massa 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 pyy-heannostelijan kantta koko kuivaamisen ajan.Siksi olimme jo pitkään miettineet, miten lait-teen kantta voisi hyödyntää mainostilana, Kar-nasaari kertoo.

Vuoden 2013 maaliskuussa Karnasaarta tuli-vat tapaamaan mainostoimisto HeyDayn edus-tajat, jotka halusivat kertoa pari markkinoinnin hullua ideaa. Tapaamisesta seurasi idea liittää pyyheannostelijan kanteen elektroninen näyttö, jota voi käyttää mainostilana.

Tässä vaiheessa tarvittavaa teknologiaa kehi-tettiin VTT:llä projektissa, jossa myös HeyDay oli mukana. Näyttöä ei nimittäin kannata liittää pyyhe annostelijaan, ellei se ole todella litteä, ener-giapihi 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 mainosnäytönProjektissa kehitetyn teknologian pohjalle perus-tettiin vuoden 2013 joulukuussa toimintansa aloittanut Posterfy. Posterfyn innovaationa on näyttö, jonka voi johdottomana sijoittaa minne vain ja joka toimii kosketusvapaasti. Kuva näy-töllä vaihtuu käden liikkeen perusteella – tai kuten näissä Lindströmin pyyheannostelijoissa: mainos vaihtuu joka kerran, kun asiakas vetäi-see pyyhettä.

– Tämä on yksi tuotteemme peruskulma-kivistä: voimme laskea todelliset mainoksen näyttö kerrat ja laskuttaa niiden mukaan, Poster-fyn toimitusjohtaja Kari Hjelt kertoo.

mainostulot kattavat pyyheannostelijan kulujaLindströmillä on satatuhatta pyyheannosteli-jaa saniteettitiloissa ympäri Suomen. Laitteet on vuokrattu asiakkaille ja Lindströmin palve-luketju huolehtii toimituksista, asennuksista, huollosta ja ylläpidosta.

– Mainosratkaisun avulla osa pyyheannoste-lijan kuluista voidaan kattaa mainostuloilla, jol-loin malli on kustannustehokas ja houkutteleva myös tilojen omistajalle, Karnasaari kertoo.

Mainoskonseptit räätälöidään aina tapaus-kohtaisesti niin, että tilojen omistaja voi esi-merkiksi sulkea pois kilpailijoiden tai oman toi-mintansa kanssa ristiriidassa olevat mainokset. Toisaalta esimerkiksi ravintoloitsija voi mainos-tilan avulla edistää tiettyjen tuotteiden menek-kiä itse ylläpitämällään sisällöllä.

älykkyys parantaa huollettavuuttaLindström halusi pyyheannostelijoihin myös älykkyyttä, joka mahdollistuu nyt, kun auto-maatit ovat matkapuhelinverkossa. Esimerkiksi paperiset laput, joihin siivooja kirjoittaa tarkis-taneensa tilat, voivat nyt korvautua näytöltä löy-tyvillä tiedoilla. Automaatit osaavat myös lähet-tää 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.

Mainoksia käsiä kuivatessa

posterfyn johdottoman pyyheannostelijan näyttö toimii kosketusvapaasti.

54 vTT Impulssi

Teknologista ja mainosalan edelläkävijyyttä yhdistämällä on saatu aikaan langattomasti toi-mivia ja etäpäivitettäviä, kosketusvapaita ja mai-nosten katselukerrat laskevia näyttöjä julkisiin tiloihin. Posterfyn liiketoimintakonsepti sisältää myös mainosten tuottamisen.

Leppävaaran keskellä, satavuotiaassa puuta-lossa, 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 mainos-toimisto HeyDaystä Oskari Heikel, Olli Paloheimo ja Tuomas Kannas.

Posterfyn liikeideassa olennaista on nimen-omaan teknologian ja mainososaamisen yhdis-täminen. Toimitusjohtajana toimiva Hjelt ja tuotekehityksestä vastaava Mattila keskittyvät näytön tekniseen kehittämiseen ja kustannus-tehokkaaseen valmistusprosessiin. Heikel, Palo-heimo ja Kannas taas omaavat 13 vuoden koke-muksen digi- ja ulkomainonnasta, ja osaavat konseptoida näyttöön tuotavat mainos ratkaisut.

mainoksia avaimet käteen -periaatteellaPosterfyn laitteissa mainokset vaihtuvat esimer-kiksi 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 kaupallista-misprojektista, ja Posterfy aloitti toimintansa vuoden 2013 joulukuussa, jolloin siihen siirtyi VTT Venturesin pääomarahoitusta sekä IPR-omaisuutta. Lisäksi yhteistyökumppani Lind-ström sijoitti yritykseen.

– Konseptia kehitettiin täysipäiväisesti vuo-den ajan Tekesin tutkimuksesta liiketoimintaa -ohjelman puitteissa, kertoo Mattila.

Posterfy kehittää ja valmistaa alihankkijoi-densa kanssa laitteet ja tarjoaa ohjelmistot sekä

mainospaikat pilvipalvelussa, josta ne näkyvät mat-kapuhelinverkon kautta näytöillä. Tarvittaessa Pos-terfy pystyy myös tuottamaan mainosmateriaalin.

– Me emme myy laitteita vaan mainospaikkoja niihin. Laitteen pitää maksaa itsensä takaisin mai-nostuloina, Hjelt linjaa.

mainosmiehet ja insinöörit saman katon alle– Tämä spin-off ei olisi lähtenyt lentämään ilman, että pystyimme yhdistämään teknologiaa ja mai-nososaamista, Paloheimo toteaa.

– Meillä oli VTT:stä aika konservatiivinen kuva, sillä emme tienneet kuinka paljon maailman johta-vaa osaamista VTT:ltä löytyy.

Sekä tutkimus- että mainosalalla vaaditaan luo-vuutta ja arvostetaan hiljaista tietoa ja kokemuk-sesta opittua.

– Meillä on kaikilla halu altistaa itsemme uudelle ja ottaa riskiä. Täydennämme toisiamme ja opimme toisiltamme, Hjelt korostaa.

Posterfyn yrityskulttuuri vahvistuukin van-han talon saunassa, joka lämpenee monta kertaa viikossa. n

Teknologia- ja mainososaaminen samassa talossa

posterfyn työntekijät työskentelevät sata vuotta vanhassa omakotitalossa.

PosTerFyn liikeToiminTakonsePTi sisälTää myös mainosTen TUoTTamisen.

vTT Impulssi 55

kohti uuttasyöpähoitoa 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

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

TE

Kn

OLO

GIA

syöpähoitoa soluseulonnalla T

hanos Halazonetis ja Jiri Bartek ehdot-tivat ensimmäisen kerran vuonna 2008, että kasvainsoluissa aktivoi-tuu DNA:n kahdentumismekanismi, joka korjaa syöpäsolun perimän kah-

dentumisessa syntyvät vauriot, mutta jättää jäl-keensä virheitä eli mutaatioita ja DNA:n kopio-lukumuutoksia. Tutkijoilla oli nyt mahdollisuus selvittää asiaa lisätutkimuksilla ja löytää syövän synnystä ja etenemisestä uutta tietoa.

VTT:n Turun lääkekehityksen tutkimusyksi-kössä oli tehtävää varten tarvittavaa osaamista, solujen seulontalaitteet ja lääkeyhdistekirjastot.

löydös liittyy kaikkiin syöpälajeihinTutkimus osoitti, että korjausmekanismi akti-voituu syöpäsoluissa taudin varhaisvaiheessa, heti onkogeenin aktivoitumisen yhteydessä.

Onkogeenin aktivoituminen aiheuttaa niin kutsuttua DNA:n replikaatiostressiä, kun syö-päsolut ryhtyvät kahdentamaan perimäänsä tervettä solua nopeammin. Kromosomit katkei-levat ja normaali DNA-rakenne muuttuu.

– Osoitimme, että syöpäsolujen perimän muutoksia aiheuttava mekanismi on onkogee-nin itsensä – eikä siis ulkoisen tekijän aihe-uttama. Näkemyksemme mukaan kyseessä

vTT Impulssi 57

TE

Kn

OLO

GIA

”meneTelmän lUoTeTTavUUs on osoiTeTTU Useassa TUTkimUsProJekTissa.”

on fundamentaalinen mekanismi, joka liittyy kaikkiin syöpälajeihin, kertoo filosofian tohtori Juha Rantala.

– Syövän alkuvaiheessa ei aina voida puhua pahanlaatuisesta syöpäkasvaimesta, mutta syö-vän kehittymistä ennakoivia, replikaatiostres-sistä johtuvia DNA-katkoksia on jo havaitta-vissa. Kasvain kehittyy, perimään tulee lisää muutoksia ja syöpäsolu muuttuu entistä pahem-manlaatuiseksi solun normaalien säätelymeka-nismien häiriintyessä.

Uutta tietoa voidaan hyödyntää välittömästi syöpätutkimuksissa.

– Seulonta mikrosirumenetelmällä oli uusinta uutta vuonna 2004, kun aloitin työt opiskelujen jälkeen VTT:llä. Olen taidoiltani teknologia-osaaja, joten mikrosirutekniikan kehittämisestä robotiikan avulla tuli luonteva osa työtäni, ker-too Rantala.

Mikrosirumenetelmällä voi mitata seulonta-tutkimuksissa asioita, joita perinteiset mene-telmät eivät mahdollista. RNA-interferenssiin perustuvan tutkimusmenetelmän ensimmäisen version kehitti professori Olli Kallioniemi ryhmi-neen USA:ssa vuonna 2003.

sata kertaa tehokkaampiPerinteisessä seulontamenetelmässä voidaan yhdellä kuoppalevyllä mitata muutaman sadan geenin toimintaa. Kun käytetään Rantalan kehit-tämää, solumikrosiruihin perustuvaa menetel-mää, on teho jopa 100-kertainen.

Menetelmä soveltuu monipuolisesti erilaisiin mittaus- ja seulontatarpeisiin. Tutkimuskustan-nuksiakin säästyy, koska arvokkaita reagensseja,

juha rantalan kehittämä geenien seulontatekniikka on uuden löydöksen taustalla.

58 vTT Impulssi

syöpäsolujEn uusI Dna:n korjausmEkanIsmI: BrEak InDuCED rEplICaTIon rEpaIr (BIr)

science-leHdessä joulukuussa 2013 julkistettua löydöstä DnA:n korjaus-mekanismista ei ole aiemmin kuvattu ihmis- ja nisäkässoluissa. Syöpäsolut hyödyntävät mekanismia korjatessaan säätelemättömän DnA:n kahdentu-misen seurauksena syntyviä DnA-vaurioitaan.

Vaurioiden korjaamiseen osallistuvat geenit löysivät Juha rantala ja Thanos Halazonetis. Tutkimukseen osallistui myös muun muassa Thomas Helleday Karolinska Insititutetissa.

Tutkimus toteutettiin EU:n GEnICA-projektissa.

eli syöpäsolujen kasvattamiseen tarvittavia elatus aineita ja geenien hiljentämiseen käytettä-viä RNA-molekyylejä, ei tarvita läheskään yhtä paljon kuin perinteisessä seulonnassa.

– Kyseessä on työkalu, jolla on mahdollista löytää asioita, jotka vauhdittavat tulevaisuuden syöpälääkityksen kehittämistä. Menetelmän luo-tettavuus ja monipuolisuus on osoitettu useassa tutkimusprojektissa, toteaa Rantala.

Tutkimustulokset ovat nyt avoimesti tutkijoi-den käytettävissä.

Tähtäin yksilöllisessä syöpähoidossaJuha Rantala toimii tutkimusprofessorina yhdessä USA:n nopeimmin kehittyvässä syöpä-tutkimuslaitoksessa: Oregon Health & Science University (OHSU), Knight Cancer -instituu-tissa. Yliopisto tunnetaan erityisesti verisyöpä- sekä veri- ja sydänsairaustutkimuksistaan.

– Teimme viime vuoden aikana hyvin mielen-kiintoisia uusia löydöksiä rintasyöpätutkimuk-sen alalta, ja muutama julkaisu on parhaillaan työn alla. Jatkossa on tarkoitus kartoittaa parem-min yksittäiselle potilaalle sopiva ja mahdol-lisimman tehokas hoitomuoto. Seulontatutki-mukset potilaan omilla soluilla ovat avain tähän, Rantala jatkaa. n

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

vTT Impulssi 59

Teksti kati Johansson Kuvat vTT, istockphoto

suomessa syntyneet IT- ja elekt-roniikka-alan patentit kiinnostavat kansainvälisiä yrityksiä. VTT:n IT- ja elektroniikka-alan toimeksi annoista lähes puolet saadaan nykyisin ulko-

mailta. 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 asia-kasjohtaja Juha Palve.

IPR- eli aineet-toman omaisuu-den myyntiin tai lisensiointiin liittyy usein laajempaa-kin yhteistyötä.

– Tyypillisesti r a k e n n a m m e asiakkaan kanssa yhdessä jotakin uutta VTT:n

IPR:n ympärille. Yhdistämme näin teknologian lisensioinnin ja uusien ratkaisujen tai sovellusten innovoinnin, Palve jatkaa.

Uusia kumppaneitaElektroniikkatoimiala on ollut VTT:llä jo pit-kään leimallisesti kansainvälistä. Kun kotimais-ten yritysten t&k-investoinnit ovat viime aikoina hiipuneet, kasvua on VTT:llä haettu entistä tii-viimmin Suomen rajojen ulkopuolelta. Palveen mukaan tässä on myös onnistuttu.

– Yksi esimerkki viimeaikaisista onnistu-neista avauksistamme on yhteistyö amerikka-laisen InterDigitalin kanssa, joka on merkittävä tietoliikenteen kehittämiseen ja patentoin-tiin erikoistunut yritys. Yhteistyömme liit-tyy käyttäjäkeskeiseen kontekstitutkimukseen ja tulevaisuuden matkapuhelinteknologiaan, kertoo Palve.

Lisäksi VTT solmi hiljattain strategisen kumppanuuden saksalaisen EICT:n kanssa. EICT on yksityisiä ja julkisia toimijoita yhdis-tävä, ICT-alan tutkimusta ja kehitystä tukeva organisaatio.

iPr edelläulkomaille

60 vTT Impulssi

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

TE

Kn

OLO

GIA

iPr edelläVTT hakee EICT:n kautta entistä tukevampaa

jalansijaa Saksan markkinoilla muun muassa älykkäiden energiajärjestelmien ja esineiden internetin osaamisalueilla.

Kumppanuudesta saa pontta myös suomalai-nen elinkeinoelämä, kun yhteisissä hankkeissa on mukana yrityksiä niin Suomesta kuin Saksasta.

– Kansainvälisille markkinoille lähtemi-nen on meille hyvin luontevaa, sillä useat asi-akkaammekin ovat globaaleja. Harva yritys voi nykyisin toimia ihan puhtaasti kotimaan mark-kinoilla. Myös tiede ja tutkimus on lähtökohtai-sesti kansainvälistä, toteaa Palve.

– Kansainvälisen yhteistyön myötä pääsemme myös arvioimaan omaa toimintaamme ja tekno-logista tasoamme suhteessa muihin.

ratkaisuja euroopan ongelmiinICT ja elektroniikka ovat avainaloja, kun teolli-suusmaiden suuriin haasteisiin haetaan ratkai-suja. Euroopan väestö ikääntyy, terveydenhuol-lon haasteet kasvavat ja teollisuudelta vaaditaan yhä parempaa tehokkuutta.

Teollisen tuotannon tehostaminen ja oma-hoidon painottaminen osana terveydenhuoltoa ovat globaaleja trendejä, joihin VTT:llä on tar-jota osaamista ja ratkaisuja.

Teollisuuden internetin lisäksi muun muassa päälle puettava teknologia ja terveydenhoidon sovellukset herättävät tällä hetkellä suurta kiin-nostusta kansainvälisillä markkinoilla. n

Päälle PUeTTavan Teknologian markkinat kasvavat vauhdilla. Joko sinun taskustasi löytyy pikkuinen laboratorio?

Päälle puettava teknologia, itsediag-nostiikka ja terveydenhuollon sovellukset herättävät tällä hetkellä suurta kiinnos-tusta kansainvälisillä markkinoilla. Päälle puettava teknologia syntyy pienikokoisesta tietotekniikasta tai elektroniikasta ja senso-reista, joita voidaan sulauttaa esimerkiksi osaksi vaatteita, koruja tai mukana kulkevia lisälaitteita.

– Miniatyyrikokoiset terveydenhoitoa tukevat sovellukset vaativat useiden tek-nologioiden 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 puetta-van teknologian liikevaihdon ennakoidaan liikkuvan jopa 30 miljardin euron tietämillä, Palve ennakoi.

pukEuTuIsITko TEknologIaan?

• VTT:llä on hallussaan 355 patentti-perhettä, joista noin puolet ICT- ja elektroniikka-alalla. Patenttiperhe muodostuu yhdestä keksinnöstä jätetyistä patenttihakemuksista ja niistä myönnetyistä patenteista.

• Kaikkiaan patentteja ja patenttihake-muksia on VTT:llä noin 1300.

• Vuonna 2013 VTT:llä tehtiin 291 keksintöilmoitusta ja 20 ohjelmisto-ilmoitusta.

1300 paTEnTTIa

vTT Impulssi 61

TE

Kn

OLO

GIA

voimaapotkurikehitykseen

62 vTT Impulssi

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

TE

Kn

OLO

GIA

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

Tällaisia potkureita käytetään etenkin hinaajissa ja huoltoaluksissa sekä jäissä kulkevissa aluk-sissa, kuten jäänmurtajissa.

Wärtsilän Hollannin toimipiste suunnittelee propulsiojärjestelmiä, joiden tuotanto sijaitsee Italiassa ja Kiinassa. T&k-toiminta merkitsee yrityksen propulsiojärjestelmien ja -teknologi-oiden johtajalle Elias Boletikselle kolmea asiaa: tuotekehitystä, teknologian kehitystä sekä yleis-luontoisempaa tutkimusta erityisesti muiden

Potkurit ovat osa propulsiojärjestel-mää, jonka avulla laiva liikkuu eteen- ja taaksepäin. Aluksia liikuttava työn-tövoima tuotetaan potkureilla, jotka voivat olla kiinteälapaisia, kääntyvä-

lapaisia (CPP = controllable pitch propeller) tai kääntyviä potkurilaitteita (thrusters).

Wärtsilä on yhdessä VTT:n kanssa kehit-tänyt uutta kääntyvien potkureiden tuoteper-hettä. Niiden avulla laivan ohjailtavuus paranee.

vTT Impulssi 63

TE

Kn

OLO

GIA

erona oikeaan ymPärisTöön on,

eTTä PoTkUri ei ole vedessä.

osapuolten kanssa. Wärtsilä tekee yhteistyötä VTT:n kanssa kaikilla kolmella osa-alueella.

Viime marraskuussa käyttöönotettu testilait-teisto Tuusulassa on uusi huippupiste Wärtsilän ja VTT:n yli 18 vuotta kestäneessä yhteistyössä, jonka aikana on tutkittu muun muassa laiva-moottoreiden ja diesel-generaattorijärjestelmien värähtelyä ja melun hallintaa. Yhteistyö propul-sioyksikön 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 mahdol-lisimman paljon osallistujia testaamaan laitteisto-jaan tai komponenttejaan. Yritämme myös yhdis-tää tulokset hankkijoidemme ja asiakkaidemme tulosten kanssa. Mallissa ideoita heitellään ympä-riinsä ja jalostetaan, Boletis sanoo.

Wärtsilä propulsion Test Centre on toteutettu tiiviissä yhteistyössä VTT:n kanssa.

Boletiksen mielestä työskentelyilmapiiri VTT:n kanssa on ollut erittäin hyvä. VTT on myös kyennyt toimittamaan tilatut työt aikatau-lussa 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 käytettävis-sään tarvittavat mittalaitteet ja kokemusta mit-taamisesta.

Kyseessä on ohjelma, johon kuuluu useita projekteja, joista jokainen liittyy erikokoiseen potkuriin tai sovellukseen. Osa tuotteista on jo myynnissä. VTT:ltä ohjelmaan osallistuu pari-kymmentä henkilöä.

Koelaitteisto sijoitettiin Suomen puolustus-voimilta vuokrattuun teollisuushalliin. Raken-nusta käytettiin aiemmin panssaroitujen ajoneu-vojen huoltoon. Silti sen lattiaa piti vahvistaa, sillä koelaitteisto painaa noin sata tonnia.

Tiukka validointiprosessiKoelaitoksessa potkuri on kytketty, aivan kuten laivassakin, generaattoriin ja taajuusmuutta-jiin. Erona oikeaan ympäristöön verrattuna on, että Tuusulassa potkuri ei ole vedessä. Täällä

Wärtsilän ohjauspotkuri WsT45u on ensimmäinen uuden valikoiman potkuri

markkinoilla.

64 vTT Impulssi

Totem ocean -yhtiö valitsi Wärtsilän teknologian ja tilasi kaksi maailman suurinta lng-moottoria 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 kehit-tämiseen. nyt istutaan yhteisen pöydän ääreen ja kukin tuo omat ideansa yhteiseen innovoin-tiin sen sijaan, että yksi päämies sanoisi, mitä tehdään.

Suokas pitää Wärtsilän yhteistyötä erinomai-sena esimerkkinä strategisen kumppanuu-den kehittämisestä. nyt saadaan paljon lisää aivokapasiteettia työstämään ongelmia. Tämä on täysin uudenlainen tapa toimia, johon Wärtsilän

ympäristö antaa erinomaisen kokeellisen kehitys-työn mahdollisuuden.

Tavoitteena tehokkaampi ja kevyempi laitteistoTeknologiapäällikkö 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 asi-oita lähestyttiin eri näkökulmista, nyt näkökulmat yhdistetään yhdeksi kokonaisuudeksi.

– Pyrimme rakentamaan tehokkaampia ja kevyempiä laitteistoja, jotka kuluttavat vähem-män 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 reaaliai-kaiseen tarkkailuun huoltokeskustensa kautta.

vesijäähdytys hoidetaan sen sijaan suihkuilla. Potkuriin kohdistuvia voimia simuloidaan hyd-raulisylintereiden avulla.

– Tuusulan koelaitteistoa käytetään tuottei-den validointiin. Ennen kuin uusia propulsio-järjestelmiä tuodaan markkinoille, ne läpikäy-vät 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 ver-tailupohja.

– Olemme käyttäneet kääntyviä potkureita nykyisessä tuotevalikoimassamme. Testeissä olemme myös kokeilleet uusia ympäristöystä-vällisiä voiteluaineita. Nämä voiteluaineet ovat jo käytössä esimerkiksi Yhdysvalloissa. Halu-simme varmistaa, kuinka voiteluaineet vaikutta-vat kääntyviin potkurilaitteisiimme, mihin meni puolisentoista kuukautta. Nyt voimme raken-taa menettelytavat, jotka auttavat meitä ja loppu-asiakkaitamme, Boletis sanoo.

Tulokset auttavat Wärtsilää tekemään järjestel-mämuutoksia, jotka varmistavat, että voiteluaineet toimivat oikein. Boletiksen mukaan kysymyksen-asettelu ei ole mustavalkoinen, mutta lähtökoh-tana oli rakentaa uusia menettelytapoja. n

vTT Impulssi 65

SuomenTUoTToisaa käyTTöä

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

Teksti Paula bergqvist Kuvat Fortum, istockphoto

66 vTT Impulssi

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

TE

Kn

OLO

GIA

meTsäbiomassan HyödynTäminen on sUomelle koHTalon kysymys.

bioruukin 8000 neliötä sisältävät alkuvaiheessa VTT:n uudet kaa-sutus- ja pyrolyysilaitteistot sekä teollisuuden kehitystarpeita pal-velevat biomassojen käsittelypro-

sessit. Suunnitelmia toiminnan laajentamisesta on jo tehty.

– Päädyimme uudistamaan kaasutus- ja pyro-lyysikoetoimintaamme palvelevat tilat, jotta voimme toteuttaa tutkimusta ja palvella teolli-suutta entistä kokonaisvaltaisemmin, kertoo lii-ketoiminta-alueen johtaja Kari Larjava.

Hankkeen taustalla on VTT:n tavoite kehit-tää suomalaista taloutta ja kasvavaa cleantech-vientiä varten teknologioita, joilla saadaan paras mahdollinen hyöty maamme runsaista bio-massa- ja luonnonvaroista.

– Uusissa tiloissa yhdistyy sekä VTT:n kemian, energian ja biomassan käsittelyyn liit-tyvä osaaminen. Ne tarjoavat meille hyvät mah-dollisuudet toteuttaa biotalouteen liittyviä tavoitteita, sanoo Larjava.

Espoon Kivenlahdessa sijaitsevan Bioruukin lisäksi VTT:n bioenergia- ja biomassatutkimuk-sen koetoimintaa on Jyväskylässä, Rajamäellä, Tampereella ja Espoon Otaniemessä.

bioruukin kautta kansainvälisille markkinoilleLarjava toivottaa teollisuuden – niin suuret kuin pienetkin yritykset – mukaan Bioruukkiin hyö-dyntämään tiloja ja laitteita omiin kokeisiinsa. Tilat palvelevat myös yliopistojen ja kansain-välisten tutkimusorganisaatioiden kanssa tehtä-viä yhteistyöhankkeita.

Yritykset voivat olla Bioruukin kautta mukana myös VTT:n Brasilian tutkimusyksikön toimin-nassa. VTT:llä on Sao Paolossa sekä toimisto- että 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 tär-keää löytää kullekin puuainekselle paras mah-dollinen käyttökohde. Puun energiakäyttö on Suomessa maailman kestävintä ja kilpailukykyi-sintä, koska osaamme hyödyntää sivuvirrat ja jätteet energiaksi, toteaa Larjava.

Metsäbiomassan hyödyntäminen on Suomelle kohtalon kysymys.

– Kehitämme menetelmiä, joita voi sovel-taa eri materiaaleihin. T&k-toiminnassamme korostamme erityisesti materiaalien kierrättä-misen ja sivuvirtojen hyödyntämisen edistä-mistä ja sitä, miten niistä voidaan kehittää uutta liiketoimintaa, toteaa Larjava.

kohti vähähiilistä energiaomavaraisuutta– Suomi on hyvin pitkälti Venäjältä tuodun energian varassa. Vanhaa tuotantokapasiteet-tiamme on jäämässä pois käytöstä, mikä enti-sestään heikentää omavaraisuuttamme. Nyt jos koskaan pitää panostaa uuden, kilpailukykyi-sen tuotannon kehittämiseen ja investointeihin. Metsäteollisuudellamme, joka on hakemassa toiminnalleen energiasta uutta tukijalkaa, on tässä merkittävä rooli, toteaa Larjava.

Suomen metsäteollisuuden kiinnostus koh-distuu menetelmiin, joilla tuotetaan samassa lai-toksessa sekä energiaa, kuitutuotteita että kemi-kaaleja.

Puun pyrolyysi vai kaasutus?Niin VTT:n kuin kotimaisen teollisuuden-kin kasvava kiinnostus kohdistuu tällä hetkellä pyrolyysiin. Kaasutusrintamalla VTT luo uusia kilpailukykyä nostavia prosessiratkaisuja lähi-vuosien teollisuushankkeiksi.

vTT Impulssi 67

TE

Kn

OLO

GIA

Tästä on hyvä esimerkki puuperäisestä raaka-aineesta bioöljyä tuottava Fortu-min laitos Joensuussa. Joensuun bioöljylai-tos perustuu VTT:n patentoimaan nopea-pyrolyysiteknologiaan, jossa puubiomassa kuumennetaan nopeasti hapettomissa olo-suhteissa. Sähkön ja lämmön yhteistuotan-tolaitokseen integroitu laitos sai EARTOn innovaatiopalkinnon vuonna 2012. VTT kehitti menetelmää UPM-Kymmenen, Met-son ja Fortumin muodostamalle yrityskon-sortiolle kaupallistamista varten.

VTT panostaa tällä hetkellä voimakkaasti bioöljyn jatkojalostamiseen liikennepolttoai-neiksi kehittämällä tuotantoprosessia ulko-maisten tutkimuslaitosten ja yritysten kanssa.

– Kehitämme myös uusia, integroituja kaasutuslaitoksia, jolloin kynnys investoin-

tiin madaltuu verrattuna EU:n NER300-rahoitusohjelman moniin kariutuneisiin hankkeisiin. Syntee-sikaasusta voidaan valmistaa eri-laisia kemikaaleja ja biopolttones-teitä. Haasteena on kehittää uuden teknologian demonstraatiopolkuja ja riskirahoitusta eri toimijoiden kanssa.

VTT:n tavoitteena on yksinker-taistaa prosessia ja parantaa tuotan-non hyötysuhdetta. katalyyttisen kaasunpuhdistuksen ja reaktori-mallinnuksen avulla.

– Kehitämme myös toiminta-malleja, joissa polttonesteet tuotetaan pai-kallisen sähkön- ja lämmöntuotannon yhtey-dessä. Tavoitteemme on, että puu-, agro- ja yhdyskuntajätebiomassan energiasta yli 75 % voidaan muuntaa sähkö- ja lämpöenergiaksi, kertoo Larjava.

fortumin laitos joensuussa tuottaa bioöljyä puuperäisestä raaka-aineesta.

kari larjava

EU:n kaatopaikkadirektiivin seurauk-sena uusille teollisuus- ja yhdyskuntajät-teiden hyötykäyttökonsepteille on kasvava investointi tarve. Bioruukin uusilla laitteis-toilla on oma roolinsa tämän tehtävän toteut-tamisessa.

VTT on kehittänyt myös yhdyskunta-jätteiden kaasutusta ja kaasun puhdistusta. Lahti Energian vuonna 2012 valmistuneen Kymijärvi II -kaasuvoimalaitoksen toiminta perustuu VTT:n kehittämään kaasutuspro-sessiin. Laitoksessa energiapitoinen yhdys-kuntajäte kaasutetaan, kaasu puhdistetaan ja poltetaan maakaasukattilassa sähköksi ja kaukolämmöksi.

VTT on kehittänyt myös alumiinia sisältä-vän muovijätteen kaasutusmenetelmän alu-miinin 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 Luon-nonvarakeskus, toteaa Larjava.

Bioruukki tarjoaa uuden kehitysalustan yhteistyöhankkeille.

Hyvä esimerkki tästä on VTT:n ja Aalto-yliopiston yhteinen biotalouteen tähtäävä tutkimusympäristö, jonka Suomen Aka-temia on tänä keväänä valinnut yhdeksi kansallisen tason tutkimuksen infrastruk-tuuriksi. Yhteistyön tavoitteena on kehit-tää menetelmiä, joilla jalostetaan metsä-biomassaa korkean teknologian tuotteiksi. Tutkimuksen painoalueita ovat teollinen biotekniikka, kemian prosessitekniikka ja materiaalitekniikka. n

68 vTT Impulssi

Muutamme biomassan ja jätteen

kemikaaleiksi ja nestemäisiksi polttoaineiksi.

Kehitämme biomassaa ja jätteitä hyödyntäviä

termokemiallisia ja bioteknisiä bio poltto­

aineiden tuotanto­prosesseja.

Ota yhteyttä!Tuomas Mustonen, asiakasjohtaja

tuomas.mustonen@vtt.fi

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.

Lämpöviihtyvyys mukaan rakentamiseen

Koivusta uutta bisnestäKoivun 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 tuo-tantomahdollisuuksia 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 raken-tamista, 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.

Konenäkö tarkastaa peilikiiltäviä kappaleita VTT on kehittänyt uuden kone-näköjärjestelmän peilikiiltävien kappaleiden laaduntarkastuk-seen. Menetelmän avulla voidaan varmistaa monimuotoisten tuot-teiden, kuten hanojen, lautasten, aterimien ja jopa keinonivelten laatu. Menetelmän kaupallistaa VTT:n uusi spin-off-yhtiö, Tam-pereella toimiva Helmee Imaging Oy. Konenäköä käytetään yleisesti teollisten prosessien laa-dunvalvonnassa, mutta kiiltävien pintojen tarkistamiseen on tähän asti tarvittu ihmisen näkökykyä.

kehittyneissä maissa.

90%ajasta

vietetään sisällä

lIIkEToImInTa

70 vTT Impulssi

lUonnonvaroJen kulutuksen nopean kasvun ja energian hinnan kohoamisen myötä materiaalien kierrätys tulee yhä tärkeämmäksi. Samalla jäte- ja vesihuolto integroituu yhteis-kunnan monimutkaisiin energian- ja materiaalintuotantoket-juihin. Energia- ja materiaalitehokkaat veden ja jätemateriaalien käsittely- ja kierrätysteknologiat parantavat kilpailukykyä.

Resurssi- ja kustannustehokkaiden jäte- ja vesihuoltojärjes-telmien sekä kilpailukykyisten kierrätystuotteiden kehittäminen monitahoisessa toimintaympäristössä on haasteellista. VTT on kuitenkin resurssitehokkaiden jäte- ja vesiteknologioiden laaja-alainen osaaja. Kehitystyön alla on uusia teknologi-oita 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, kaatopaikka vesien ja yhdyskuntien jätevesien hallintaan.

Vedestä pulppuaa liiketoimintaa

vTT Impulssi 71

LIIK

ETO

IMIn

TAK

uva:

iSto

ckph

oto

oppIVa ja uuTTa luoVa kaIVannaIsTEollIsuus1

2

3

4

5

6

ElInkaarIsuuDEn huomIoImInEn

yhTEIsön hyVäksymä kaIVos paIkallIsTason asIaT huomIoIDEn

yrITyskulTTuurIn kEhITTämInEn

VIranomaIsToImInnan kEhITTämInEn

rääTälöITy VIEsTInTä ja sEn oIkEa-aIkaIsuus

kaIVannaIsToImInnan kuusI VIsIopolkua:

72 vTT Impulssi

kaivostoiminnastakestävää ja hyväksyttävää

Uudelleen nouseva kaivannaisteollisuus sopeutuu muuttuneeseen ympäristöön.

vTT:n johdolla on ennakoitu, mitä on kestävä ja hyväksyttävä kaivannais-teollisuus Suomessa ja miten siihen päästään vuoteen 2030 mennessä.

Kaivannaisteollisuuden tulevai-suutta on tarkasteltu niin globaalilla kuin kansal-lisellakin tasolla uteliaana ja odottavana. Se on muutosten edessä ja noustakseen uudelleen sen on sopeuduttava muuttuneeseen ympäristöön.

– Periaatteena pitää olla, että kaivannaistoi-minta 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 liiketoiminta etu, mutta tämä ajatus on vasta aluillaan Suomessa.

Esimerkiksi metsäteollisuudessa on Kohlin mielestä ymmärretty tämä etu erityisesti ympä-ristöasioiden imagoarvon kautta.

Teksti Tiina saario-kuikko Kuvat antonin Halas ja istockphoto

vTT Impulssi 73

kohti kaivosten ja yhteiskunnan symbioosia Tulevaisuuden visiona nähdään kaivannaistoi-minnan ja yhteiskunnan yhteiselo. Siinä kaivos ja yhteiskunta hengittävät samaan tahtiin ja huo-mioivat ympäristöasiat. Tätä edistetään kuuden visiopolun kautta.

Poluiksi valikoituivat oppiva ja uutta luova kaivannaisteollisuus, yrityskulttuurin kehittämi-nen, yhteisön hyväksymä kaivos paikallistason asiat huomioiden, viranomaistoiminnan kehit-täminen, 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 varau-tumaan ennalta poikkeustilanteisiin ja yllätyk-siin. Kolmantena ohjenuorana ehdotetaan ”early warning system” -työkalun kehittämistä sidos-

ryhmien huomioimiseen. Sen avulla voidaan tun-nistaa yhteiskunnan muutoksia ja huolia ennalta.

Neljänneksi esitetään viranomaistoiminnan virtaviivaistamista alueellisesti ja poikkihallin-nollisesti. Lisäksi suositellaan johtamisjärjes-telmän ja viestinnän kehittämistä sekä kaivos-toiminnan monen elämänvaiheen näkemistä. Viimeisenä ohjenuorana ehdotetaan kaivan-naisteollisuuden ja yhteiskunnan välisen dialo-gin toteuttamista niin, että se hyödyttää kaikkia.

Useat toimenpiteet keskittyvät Kohlin mukaan yrityskulttuurin ja viestinnän kehittämiseen. Tämä toteutuisi muun muassa yhteiskuntavas-tuuohjelman käyttöönoton ja soveltuvien indi-kaattoreiden raportoinnin ja seurannan kautta. Viranomaistoiminnan virtaviivaistamisessa taas huomioidaan useiden viranomaisten eri järjes-telmissä olevat tietojen vertailu- ja yhdistämis-mahdollisuudet.

”PeriaaTTeena PiTää olla, eTTä kaivannaisToiminTa PerUsTUU kesTävään Ja vasTUUlliseen liikeToiminTaan.”

Kuv

a: A

nton

in H

alas

- Johanna kohl

74 vTT Impulssi

Kaivoksille nähdään useita uusia käyttömuo-toja myös kaivostoiminnan jälkeen.

– Vanhat kaivosalueet voivat toimia esimer-kiksi matkailun tai kulttuurin toimipaikkoina. Maanalaiseen kaivokseen voidaan myös perus-taa 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 teolli-suuden kanssa.

– Yhteistyötä edellyttävästä toimintatapojen muuttamisesta koituisi hyötyä koko kaivannais-teollisuuden kestävälle ja hyväksyttävälle kehit-tymiselle, Kohl uskoo.

Yhteistoiminnan ja sen muotojen kehittämi-sellä nähdään olevan selkeä merkitys myös asi-oiden ymmärrykseen ja viestintään ja sitä kautta keskusteluun toiminnan kestävyydestä ja hyväk-syttävyydestä.

Kohl nostaa konkreettisena kehitysideana esille stressitestien roolin kaivosten riskienhal-linnan varmistajana osana yritysten toimintajär-jestelmää.

– Stressitesteistä ehdotetaan työkalua, esimer-kiksi vuosittain toistuva stressitestaus voisi liittyä aina johonkin tiettyyn teemaan. Yhtenä testatta-vana teemana voi olla nimenomaan hyväksyttä-vyys ja sidosryhmäyhteistyö.

– Testaamalla hyväksyttävyysprosessien ja sidosryhmäyhteistyön toimivuutta varmiste-taan kaivannaistoiminnan jatkuvuus ja kestä-vyys. Näin ei antauduta ainoastaan reaktiiviseen kriisitilanteiden hallintaan ja niistä tiedottami-seen, Kohl perustelee.

Räätälöityä viestintää osana johtamisjärjes-telmien kehittämistä pidetään myös erittäin tär-keänä osana kestävän ja hyväksyttävän kaivan-naistoiminnan tulevaisuutta.

sam vie työtä eteenpäinTyö jatkuu vielä visiopolkujen suuntaamina Tekesin Green Mining -ohjelmaan kuuluvassa Sustainable Acceptable Mining (SAM) -hank-keessa (2013–2015) sekä alueellisella taloustar-kastelulla, vesitaselaskelmilla ja hyväksyttävyys-

osioilla. Visio- ja tiekarttaosuudella on tänä keväänä seurantaosio, jonka yhteydessä tie-kartta päivitetään.

– SAM on VTT:n vetämä kestävän kehityk-sen projekti, jossa ovat mukana kaikki kestävyy-den elementit, kuten ympäristö, sosiaaliset vai-kutukset ja taloudelliset aspektit. Alueellinen näkökulma on keskeisessä roolissa, kertoo pro-jektin koordinaattori Helena Wessman-Jääskeläi-nen VTT:ltä.

SAMin pääfokus on sosiaalinen toimilupa ja siihen liittyvät työkalut. Ympäristötyökalut kes-kittyvät veteen muun muassa vesijalanjälkikon-septin kehittämiseen ja taloudellinen kestävyys uusiin kestävää kehitystä edistäviin liiketoi-minta- ja palvelukonsepteihin.

Tutkimuksen ja teollisuuden välinen aktiivi-nen yhteistyö on ollut tärkeää. VTT:n tutkimus-partnereina hankkeessa ovat olleet SYKE, GTK ja Helsingin yliopiston Ympäristöekonomian lai-tos. Yritys- ja muina yhteistyökumppaneina ovat toimineet muun muassa Metsähallitus, Agnico-Eagle Finland, Anglo-American Sakatti Mining Oy, Kuusamon kaupunki, Pyhäsalmi Mine Oy , Northland Mines Oy, Kaivannaisteollisuus ry ja Sandvik Mining and Construction. n

vTT Impulssi 75

onkotulevaisuudessajätevettä?

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

mistä saadaan kuparia vuonna 2030, kun sitä ei enää löydy riittä-västi kaivoksista? Miten saadaan veden sisältämä energia hyödyn-nettyä? Entä haitta-aineet?

Katseet kääntyvät jätevesiin, joissa piilee käyttämättömiä liiketoimintamahdol-lisuuksia.

- Suomen runsaista vesivarannoista huolimatta veteen on syytä kiinnittää meilläkin huomiota. Esi-merkiksi 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 omil-laan, sanoo Arnold.

Jätevedestä uutta bisnestäJätevedestä voidaan saada biokaasua, metalleja, lan-noitteita ja biomateriaaleja. Haasteina ovat jäteve-sien 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 kustan-nustehokkaasti prosessin eri vaiheissa. Parhaim-millaan puhdistettu vesi voidaan palauttaa takaisin

vTT Impulssi 77

jäTEVEsITrEnDIT maaIlmalla

mona arnolD

kaj jansson

teollisuuden kiertoon, toteaa johtaja Kaj Jansson Outotecistä. Outotec on kansainvälinen suoma-laisyritys, joka kehittää vesi- ja energiatehok-kaita rikastamoita.

Jansson mainitsee Singaporen hyvänä esi-merkkinä maasta, jossa on ratkaistu jäteveden-puhdistuksen avulla muitakin ongelmia: kun maassa ryhdyttiin puhdistamaan kunnallisesta jätevedestä juomavettä, onnistuttiin samalla vähentämään alueen ympäristöongelmia. Samalla jätevedestä otetaan talteen sen sisältä-mää energiaa, jolla voidaan vähentää puhdista-mon energiantarvetta.

– Suomella on hyvät mahdollisuudet menes-tyä vesibisneksessä. Meillä on osaamista sekä energia- ja kierrätystehokkuuden paranta-misessa ja älykkäiden operointijärjestelmien kehittämisessä. Ohjaus- ja sensorijärjestelmien

kUnnallisen JäTeveden puhdistaminen juomavedeksi lisääntyy, koska puhdistus suolavedestä on kallista. Kehitys kulkee kohti energiapositiivisia puhdistamoi-ta, fosforin kierrätystä, jätelietteiden suorapolttoa ja puhdistamojen älykkäitä operointijärjestelmiä.

meTsäTeollisUUdessa prosessikiertojen sulkemista on tehty jo pitkään – erityises-ti Suomessa. T&k-toiminnassa keskity-tään nyt bioenergian tuotantoon, fosforin ja hivenaineiden kierrätykseen, ligniinin, lignaanin, uuteaineiden sekä hemisel-luloosan hyödyntämiseen sekä uusien tuotteiden – esimerkiksi nanoselluloosan – tuotantoon ja älykkäisiin operointijär-jestelmiin.

kaivosTeollisUUdessa kehitys kulkee kohti arvo- ja haitta-aineiden talteenot-toa, vähävetisiä rikastamoita, nykyisten vetisten rikastehiekka-altaiden hallintaa ja älykkäitä prosessien ohjausjärjestel-miä. Myös kaivosteollisuudessa etsitään ratkaisuja sisäisiä vesikiertoja sulkemalla.

Lähde: Kaj Jansson, Outotec

kehityksen myötä pystytään merkittävästi tehos-tamaan materiaalien käyttöä teollisissa proses-seissa, toteaa Jansson.

mittaristo yritysten ympäristötehokkuudelle?Jansson toivoo yhteistä mittaristoa yritys-ten ympäristöystävällisyyden mittaamiseen – samantyyppistä kuin on jo kodinkoneille.

Hän ehdottaa, että yrityksiä arvioitaisiin sen mukaan, kuinka hyvin ne hyödyntävät jättei-tään: piste kierrätyksestä ja lisää pisteitä pää-komponenttien erottelusta ja sivutuotteiden val-mistamisesta. Täydet pisteet yrityksille, joiden prosessissa ei synny jätettä ja jätevettä lainkaan.

– Tämäntyyppinen mittaristo auttaisi arvi-oimaan, missä mennään. Se vauhdittaisi myös uusien teknologioiden käyttöönottoa, toteaa Jansson. n

Kuv

a: A

J S

avol

aine

nK

uva:

Out

otec

78 vTT Impulssi

uusIa mEnETElmIä VTT:lTä

vTT keHiTTi Kestävät ratkaisut veden ja jätteen käsittelyyn -kärkiohjelmassaan teolli-seen vedenkierrätykseen energiaa säästäviä menetelmiä mineraalien ja materiaalien erot-tamiseksi uusiokäyttöön sekä sensoritek-nologiaa saasteiden helppoon ja nopeaan havainnointiin.

Sienirihmasto sitoo metallit: VTT kehitti sienirihmastosta suodattimen, johon saadaan tehokkaasti talteen esimerkiksi kulta tai myrkyllinen arseeni ilman kemikaa-leja tai muita materiaaleja. Sienirihmasto sitoo metalleja aktiivihiiltä tehokkaammin. Laboratoriovaiheessa oleva menetelmäkehi-tys 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 kal-von 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 kastelu-vedeksi. Veden keräämisen kustannuksia säästyy VTT:n kehittämän pinnoiteteknologi-an ansiosta.

Fosfori talteen: Tulevaisuudessa fosforia tarvitaan nykyistä enemmän ruoan ja bio-polttoaineen tuotantoon. Fosforia tuotetaan tällä hetkellä vain muutamassa maassa. VTT kehitti uuttomenetelmän, jolla fosfori erotetaan liuokseen.

Herkät sensorit: VTT:n indikaattoreilla voi-daan tunnistaa esimerkiksi pieniä haitallisia sinilevätoksiinipitoisuuksia ja fenolisia, hormoninkaltaisia yhdisteitä. Teknologia on valmis markkinoille lähivuosina.

JäTevedesTä voidaan saada biokaasUa, meTalleJa, lannoiTTeiTa Ja biomaTeriaaleJa.

vTT Impulssi 79

Tuomme älykkäät ratkaisut

teollisuuteen.

Kehitämme tulevaisuuden tehdasta, teollista

palvelu liiketoimintaa, ekotehokkaita tuotteita

ja älykkäitä energia­ratkaisuja.

Ota yhteyttä!Teijo Salmi, markkinointijohtaja

teijo.salmi@vtt.fi

vTT Blog

TIEDE

Automaatio tuo älyä

liikenteeseen

TEKNOLOGIA

Terahertsikamera näkee

etäältä säteilyttämättä

LIIKETOIMINTA

Jätevedessä on bisnes-

mahdollisuuksia

BIOENERGIA-TEKNOLOGIOITA

KOHTI TOISEN

SUKUPOLVEN

1/20

14M

CI

VTT

VTT on Pohjois-Euroopan suurin sovelta-vaa tutkimusta tekevä organisaatio, joka tuottaa monipuolisia teknologia- ja tutki-muspalveluja sekä kotimaisille että kansain-välisille asiakkailleen, yrityksille ja julkiselle sektorille. Laaja-alaista osaamista yhdistä-mällä VTT voi auttaa asiakkaitaan ja yhteis-työkumppaneitaan luomaan uusia tuotteita, tuotantoprosesseja ja -menetelmiä sekä palveluja ja näin lisätä elinkeinoelämän kan-sainvälistä kilpailukykyä sekä yhteiskunnan hyvinvointia. Laajan kotimaisen ja kan-sainvälisen 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, Anne-Christine 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.

VTTwww.vtt.fi

Facebookfacebook.com/VTTFinland

Twitter@VTTFinland

VTT Blogvttblog.com

Youtubeyoutube.com/VTTFinland

Slideshareslideshare.net/VTTFinland

seuraa VTT:tä eri kanavista:

Kolmen askeleen polku verkkokyselyyn1. Mene osoitteeseen www.mcipress.fi /impulssi. 2. Merkitse numerosarja 7853623. Tämän jälkeen pääset lukijakyselyyn klikkaamalla

lähetä-painiketta.

Vastaa ja voita jollan puhelin!

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.

Kerro mielipiteesi lehdestä ja osallistu arvontaan.

ISO 14001

vTT Impulssi 81

VTT

VTT:n osaamista on joka kolmannessa suomalaisessa innovaatiossa.

Kehitämme myös tulevaisuuden

tärkeimpiä teknologioita:

Big data3D-tulostusBiosensorit

PilvilaskentaRobotiikka

Painettavat sensoritAurinkoenergia

NanoselluLikaahylkivät pinnat

Ihmisten tunnistusLaajennettu todellisuus

Lähde: VTT:n vaikuttavuustutkimus 2013 ja eduskunnan tulevaisuusvaliokunnan julkaisu 6/2013: Suomen sata uutta mahdollisuutta: radikaalit teknologiset ratkaisut.

VTTTekniikantie 4 A, EspooPL 1000, 02044 VTTPuh. 020 722 111www.vtt.fi