ekodesign - kestävät materiaali- ja valmistuskonseptit
DESCRIPTION
Luonnonvarojen kestävää käyttöä voidaan edesauttaa aineen kiertokulun eri vaiheissa. Avainasemassa on valmistava teollisuus, niin resurssien käyttäjänä kuin uusien ratkaisujen kehittäjänä. VTT:n tutkimusjohtajan Erja Turusen mukaan ekotehokkuuden kannalta olennaista on pyrkiä hallitsemaan tuotteen koko elinkaarta. VTT:n ekodesign-konsepti on työkalupakki, joka sitoo yhteen digitaaliseen suunnitteluketjuun niin materiaalivirrat, uudet materiaaliratkaisut, valmistusteknologiat kuin tuotteen käytön ja kierrätyksen.TRANSCRIPT
Ekodesign - kestävät materiaali- javalmistuskonseptit
Lehdistötilaisuus 29.8.2012Professori, tekn.tri Erja TurunenTutkimusjohtaja, sovelletut materiaalitStrateginen tutkimus, VTT
228.8.2012
Kierrätyksen rooli kuparin kulutuksessa
Käyttö kasvaaTuulienergia – isoissaturbiineissa tonni kupariaAurinkoenergia –aurinkokennojenvalmistukseen on kehitettykuparia käyttävääteknologiaaKuparimoottoritsähköhybridi-ajoneuvoissaRaiteilla kulkevienkevyiden kulkuneuvojenmoottoreissa jakaapeleissaTiedonsiirto
328.8.2012
Valmistuksessa käytettävä primäärinikkeli
Building&Infrastructure
Transportation
Industrial machinery
Appliances&Electronic
Metal goods
• Maailman nikkelin kulutusta dominoi Kiinan (40 %) ja Intian ruostumattoman teräksen markkinat
• 5 % kasvu odotettavissa seuraavien viiden vuoden aikana
• Nikkelin hinnanvaihtelut suuria jo tällä hetkellä, heijastuu ruostumattoman teräksen hintaan
• Kasvua akkuteollisuudessa (sähköhybridi-ajoneuvot)
428.8.2012
Muutostekijät tulevaisuudessa yritysten businekselle
Uudentyyppiset lainsäädännön ja regulaatioiden kautta tulevat maksut, rajoitukset ja mahdollisuudet (esim sivuvirtojen jätestatuksen poistaminen)Raaka-aineiden hinnan vaihtelut entistä rajumpia. Raaka-aineiden keskinäisriippuvuudet, perusesimerkkinä nikkeli, joka heiluttaa teräksen hintaa. Kestävä raaka-ainehankinta legitimoi toimintaa. Raaka-aineteollisuuteen kohdistuvat ympäristötoimet nähdään tulevaisuudessa yhä enemmän liiketoimintapotentiaalina kuin kiusallisena haittana tai PR-toimintana.
528.8.2012
Ener
gia,
resu
rssi
t
CO2
Vesi
Tyypillinen materiaalin elinkaari
Raaka-aine
Alku-tuotanto
Puolivalmis-teet
Tuotanto
Käyttö
Kierrätys
Jätteet
628/08/2012
Ener
gia,
res
urss
it
CO2
Water
Keinoja ekotehokkuudenparantamiseksi:
VTT:n ekodesign-konsepti
Raaka-aine
Alkutuotan-to
Puolivalmis-teet
Tuotanto
Käyttö
Kierrätys
Jätteet
Materiaalit ja rakenteetsuunnitellaan
KorvattaviksiKestäviksiKierrätettäviksi
Tuotteiden valmistusValmistusjärjestelmät jaautomaatioUudet valmistus-konseptitDigitaalinen valmistus
Materiaalivirtojen optimointiUudetkierrätysteknologiatTeollinen symbioosiNollajäteyhteisö
728.8.2012En
ergi
a, r
esur
ssit
KOMPONENTTI & JÄRJESTELMÄ & TEOLLINEN
Raaka-aine
Primaryproduction
Puolivalmis-teet
Tuotanto
Käyttö
Kierrätys
Jauheet, tahnat, levitys
Ainetta lis. valmistus
CO2
Vesi
Automaatio
Monitorointi
Operatiivinen ICT
Teolliset palvelut
Teollinen symbioosi
Tuotanto Globaalit verkostot
Bio
Mineral
Ekodesign on laajennettava teolliselle tasolle
828.8.2012
Tarve: Kohti energiatehokasta liikennettäKuparin saatavuus
Sähköautossa kuparia 100-200 kgMaailmalla miljardi yksityisautoa (2010)
Lisäksi neodyymiä, kobolttia, samariumia ja litiumia magneetteihin ja akkuihinRatkaisu
Kuparin korvaaminen, esim.:Hiilikuitu, nanoteknologia (moottori)Langaton tiedonsiirto (kaapelit)
Kevyet materiaaliratkaisut alustassaKompakti, kevyt voimajohtoAkkumateriaalit
Edut:Energiatehokkaampi liikenne [kg/W]Energiaa käytetään liikenteeseen, ei raskaanajoneuvon kuljettamiseenNeodyymin, koboltin, samariumin ja litiumin käyttö vähenee
Case 1: Kupari sähkömoottorissa
VTT:n ekodesign-ratkaisu: Mallinnusavusteinensuunnittelu & uudenmoottorin optimointi sekämuut konseptitSuorituskyvyn, elinkaaren, ylläpitostrategian jasysteemitason linkitys
928.8.2012
Case 2: Nikkeli polttokattilassaTarve:
Vaativammat polttoaineet (jäte, biomassa, jne.) aikaansaavatagressiivisemman käyttöympäristön ja vaativammat olosuhteet käytetyillemateriaaleilleTavoitteena myös korkeammat polttolämpötilat ja tätä kautta korkeammanhyötysuhteen kattila
Tällä hetkellä vaativimpiin paikkoihin sovelletaan päällehitsattua pinnoitetta, jossaon suuret määrät nikkeliä. Myös niobia ja tantaalia löytyy tästä ratkaisusta.
RatkaisuTermisesti ruiskutettu toiminnallinen
klooria kaappaava pinnoite
Hyödyt:Vähemmät ei-toivottuja raaka-aineita
Ni xx%, Nb 100%, Ta 100%Alhaisemmat kustannukset (raaka-aineet,
valmistus, kunnossapito)
VTT:n ekodesign-ratkaisu : Mallinnusavusteinen materiaali-ja pinnoiterakennesuunnitteluSystemaattinen linkkisuorituskyvyn, eliniän, kunnossapitostrategioiden jaenergiatehokkaansysteemitason suunnittelun jaoperoinnin kanssa
1028.8.2012
Case 3: Painettu älykkyysOrgaaniset aurinkokennot – monikerrosrakenne, jossa orgaaniset ja epäorgaaniset kerrokset vuorottelevat eri paksuisina ohut/paksukalvoina. Valmistettu rullalta-rullalle-painotekniikoilla.
Haasteet:Sähköinen kontakti – yleensä käytetään hopeaseosteista pastaa, joka on hinnaltaan korkea ja ympäristön kannalta ei optimaalinenLäpinäkyvä sähköinen kontakti – tyypillisesti käytetään ITOa(IndiumTinOxide), missä indium on harvinainen ja kallis raaka-aine
VTT on kehittänyt alumiinipohjaisen johdekerroksen, joka mahdollistaa hinnaltaan edullisemmat ja
ympäristön kannalta suotuisamman rakenteen.
VTT on kehittänyt kemiallisen kuviointiprosessin,joka mahdollistaa materiaalin kierrätyksen normaalin jätteen
mukana. Lisäksi on mahdollista kerätä indium talteensuuremmista tuotantoeristä.
1128.8.2012
Yhteenveto
Uudet suunnittelu- ja valmistuskonseptit ovat tulevaisuudessa merkittävässä roolissa teollisuuden kilpailukyvyssä ja tarjoavat uusia mahdollisuuksia pk-sektorille. Ainetta lisäävä valmistus avaa mahdollisuuksia luoda uudentyyppisiä tuotteita, liiketoimintaa, liiketoimintamalleja sekä työpaikkoja. Materiaalit ja niiden prosessointi sekä valmistusteknologiat ovat yksi ketjun kriittisistä osista ja niiden tuominen osaksi digitaalista valmistusketjua on ehdoton edellytys syklin toimimiseksi teollisessa mielessä.Uusien suunnittelutyökalujen avulla pystytään ketterästi vastaamaan raaka-aineiden määrän, sijainnin ja hinnan tuomiin globaaleihin haasteisiin.Tulevaisuuden yhteiskunta perustuu kestävään kehitykseen, jossa uudelleenkäyttö on keskeisessä asemassa. Materiaalien uudelleenkäyttö, jälkivirtojen tehokas hyödyntäminen sekä tehokkaammat talteenottoteknologiat ovat luonnonvarojen kestävän käytön perusta.
1228.8.2012
VTT - 70 years oftechnology for business
and society