1 5/30/14
Biotalouden uudet innovaatiot - Lisäarvoiset kuitutuotteet
Janne Poranen 2.6.2014 VTT Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus
2 5/30/14
Metsän riittävyys Suomessa
• Metsän inventaari, tilavuus 2300 milj. m3 • Vuosittain:
• Kasvu 100 – Ilmaston muutos kiihdyttää • Runkopuu 60
• Sahaaminen 28 • Massan valmistus 32
30-40 milj m3 lisää puuta saatavissa
3 5/30/14
Biotalous – lisäarvon laajentaminen
20.10.2010 Modified from the source: Metsäteollisuus ry
3
Korjuu ja logistiikka
Bioenergia - l ä mp ö ja s ä hk ö teollisuudelle ja kotitalouksille
Biopolttoaineet liikenteeseen
Biokemikaalit
Biomateriaalit
L ää kkeet ja kosmetiikka
Arvo
Volymi Sellu, paperi ja kartonki viestint ää n, pakkaamiseen ja
pehmopapereihin sek ä puutuotteet mm. rakentamiseen
Pinnoittet liimat…
Nykyisten tuotteiden kilpailukyky
Uuden osaamisen kerrytt ä minen
Investoinnit uuteen teknologiaan ja liiketoimintoihin
Globaali verkostoituminen T&K ja innovaatiot
Bioenergia, lämpö ja Sähkö teollisuudelle ja talouksille
Biopolttonesteet
Biokemikaalit
Biomaterialit
Lääke Kosmetiikka
Puutuotteet, sellu, paperi and kartonki
Hake, pelletit, kaasutus…
Biopolymeerit, komposiitit… Uudet materiaalit, tuotteet ja palvelut
Bioenergia tuotteet
4 5/30/14
Biokomposiittien kehitys Ø Komposiiteista on tullut merkittävää teollista toimintaa
Muovi Puu +
Biopolymeeri +
+ Luonnonkuitu
Luonnonkuitu
Puu-muovi, WPC
§ Synteettinen muovi + puu + lisäaine
Luonnonkuitu komposiitti, NFC § Synteettinen hartsi + luonnonkuitu + lisäaine.
Biokomposiitti § Biopolymeeri + luonnonkuitu + lisäaine.
Luontaisesti lujitettu komposiitti, NRPC
§ Hartsi + puu/luonnonkuitu + lisäaine.
Standardontitarpeita • terminologia • tuotteet • testaus • LCA
Muovi
Bio-based Composites
Green Composites
Natural Composites…
+ Nano Biopolymeeri
5 5/30/14
Ekotehokkaat materiaalisovellukset huonekaluvalmistuksessa
Kuinka yhdistää taloudellisuus ja ekologisuus? § Vähennä - Uusiokäytä - Kierrätä – Käytä pitkään § Yhdistä käytettävyys ja toiminnallisuus ekologisuuteen § Raaka-aine -tehokkuus = valmistuksen talous paranee Ekotehokkuus § Biomuovi- ja luonnonkuitukomposiitit § Sovelletaan muovintyöstön tekniikoita § -35% painoa ja -45% CO2
Helposti huollettavat ja kestävät pinnat § Ohut ja käpinäkyvä AddSol® sooli-geeli pinnoite § Likaa hylkivä ja helppo puhdistaa § Metalleille, puulle, muoville, komposiiteille ja tekstiileille
CASE: Puustelli Ecokitchen 2012 Ethical and sustainabale production, fact based and sertified (ISO 14025) kitchen, which life-cycle impact is markedly lighter that typical today
6 5/30/14
Nanoselluloosa
Kuidut • Leveys 30-40 µm • Length 1-3 mm
Fibrillit • Width 5-30 nm • Length over 1 µm Esau, Anatomy of
seed plants, 1977, Wiley, NY
Aalto University School of Science and Technology, Myllytie
Pääkkö et al, Biomacromolecules, 8(2007)1934
6
7 5/30/14
Nanoselluloosa
Ennen jauhatusta Jauhatuksen jälkeen 7
VTT, UPM, Aalto Jauhatuksen vaikutus sellukuituihin
8 5/30/14
Nanoselluloosa filmit § HDPE filmin kaltainen – puupohjainen § Ei sähköisty § Biohajoava § Painettava
§ Myös painettu elektroniikka
NASEVA 2011 - 2013
9 5/30/14
• Kovia vaahtoja biomateriaaleista • Öljyn korvaaminen
• Keveys
• Eristyskyky
• Sovelluksissa pakkaamisesta rakentamiseen.
Nanokuituinen selluloosa
Pääkkö et al, Biomacromolecules, 8(2007)1934
Nanoselluloosa vaahto
Keveät materiaalit - Selluloosa vaahto
10 5/30/14
Vaahtorainaus – Laboratoriosta Pilot-mittaan FOAM FORMING Potential production technology for
§ New fiber-based products § Insulation materials § Hygienic products § Wood fibre composites § Nanomaterial applications
SUORA - Technical specifications: Forming unit Press Gap/Hybrid/Fourdrinier Web speed 2500 m/min Max line load 2000 kN/m Headbox flowrate 240 l/s/m Web width 250 mm Web width 300 mm Belt width 700 mm Fabric width 500 mm
2012-2013
11 5/30/14
Materiaalit rakentamiseen, eristykseen, pakkauksiin
The best thermal conductivities are comparable to mineral and stone wool insulation materials
Sample Thickness
mm
Grammage
g/m3
Density
kg/m3
Bulk
cm3/g
Thermal conductivity
λ10 W/(m·K)
100 CTMP 32.0 800 25 40 0.0403
100 Pine pulp 33.8 885 26 38 0.0354
80/20 CTMP/NFC 33.7 820 24 41 0.0357
80/20 CTMP/PCC 59.3 760 13 78 0.0362
50/50 CTMP/pine 38.7 845 22 46 0.0372
80/20 CTMP/PCC 1) 87.0 720 8.3 120 -
Styrofoam 25.3 530 21 48 0.033-0.038
12 5/30/14
Vaahtorainatut äänieristysmateriaalit
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0 20 40 60 80 100
Abs
orpt
ion
coef
ficie
nt a
t 500
Hz
Weight, kg per cubic meter
Commercial soundabsorber products
VTT foam formedmanufacturingdemonstrator
§ Challenges under 500 Hz § Sound absorption 500 Hz:
§ 0.3 VTT’s foams § 0.1-0.6 commercial
products § Encouraging results; no
structural optimization was done.
13 5/30/14
Selluloosamuuntokuidun mahdollisuus - puuvillan korvaaminen
Maailman puuvillan tuotanto § 40% kaikista tekstiileistä § Kasvatusala 335 000km2 § 21,7 Mtn (94,2 miljoonaa paalia) § 256 Gm3 vettä (2,6% juomavedestä = joet) § 757 Gtn CO2 § 560 Mtn N2O
Suomen hakkuuylijäämä § 25 Mm3 puuta § 5 Mtn muuntokuitua § 20% maailman puuvillasta § 10% aavikoitumisesta § 120 Gtn CO2 § Ruokaa 18-25 mijoonalle ihmiselle § 8-10 miljardin tuotantoarvo Myös kiertokuitujen hyödyntäminen
14 5/30/14
Paperi ja Puu, 2013, Creating bioeconomy, s. 36-37
15 5/30/14
33 km of yarn from 1€ of Northern Pine pulp
VTT – Kuidusta lankaa teknologia
FROM THIS TO THIS!
16 5/30/14
Demo product from VTT- fibre yarn
17 5/30/14
Demonstraattoreita 5/2014
PulPaper 3-5.6.2014 - panel structure demonstrators
Foam formed decoration panel (30 cm x x30 cm) with smooth 3D design pattern.
Nonwoven composite textile (produced by foam forming) in lampshade
Spinning of recycled material: 1. Thermomechanical pulp (TMP) 2. Refined office paper and card board (VTT) 3. Recycled textiles: old, discarded bed sheets (Uudenmaan sairaalapesula)
62 meters long fibre yarn sample
18 5/30/14
100% Bio-pohjaiset pakkaukset
§ Kierrätettävät kuitumateriaalit ja biopolymeerit § Yhteensopivuus pakkaus arvoketjuun § Tehokkaat valmistusratkaisut pakkaussovelluksissa § Joustavat työtavat
19 5/30/14
Muokattava raina § Tray packaging demo, Drupa 2012
§ 4 keksintöä: § Vaahtorainaus § Dispersiot § Lämpömuokattavuus § Läpinäkyvyys
§ Seuraavaksi:
§ Puupohjainen läpinäkyvä syvävedetty pakkaus
20 5/30/14
20
Tuotemahdollisuuksia § Dispersiot happi ja rasvabarrier pinnoitteisiin § Läpinäkyvät ja taipuisat filmit § Muokattava filmi § Hydrogeelit § Aktiiviset filmit
Hemicellulose hydrogel (Aca/VTT) Heat-activated cellulose film
(FC/VTT) Flexible hemicellulose film (FC/VTT) Hemicellulose barrier
dispersion (KCL/VTT)
Muokattu hemiselluloosa
Mouldable hemicellulose film (VTT)
21 5/30/14
VTT:n TESTAA – konsepti § Toiminnan tavoitteena löytää uusia PK-sektorin innovaatioita
metsäteollisuuden uudistumisen tueksi. § Konsepti mahdollistaa VTT:n tutkimus- ja kehitysympäristöjen
hyödyntämisen PK-yritysten omien tuotteiden kehittämisessä ja niiden soveltuvuuden todentamisessa metsäsektorin prosesseissa yhdessä veturiyritysten ja tutkimuslaitosten kanssa.
§ Toiminnan avulla on mahdollista edistää pk-sektorin liiketoiminnan kasvua sekä uusien vientituotteiden kehittämistä.
§ Käynnissä olevassa TESTAA- hankkeessa (6/2012-12/2014) on ollut aktiivisesti mukana 20-30 PK-yritystä ja 5 suuryritystä.
22 5/30/14
• Meillä on käsissämme ainutlaatuinen raaka-aine, joka kasvaa/uusiutuu enemmän kuin ehditään käyttää
• Puusta valmistettavat tuotteet ovat ympäristöystävällisiä, kierrätettäviä, hintakilpailukykyisiä, ominaisuuksiltaan erinomaisia ja kuluttajia miellyttäviä
• On olemassa lukematon määrä mahdollisuuksia ja uusia innovaatioalkuja, joihin pohjautuen pystymme kehittämään uutta liiketoimintaa.
• Kansainvälinen kilpailu on äärimäisen kovaa – on parempi johtaa kuin seurata perässä.
YHTEENVETO
23 5/30/14
24 5/30/14
TECHNOLOGY FOR BUSINESS