Varo viherpesua! Kestäville innovaatioille löytyy päteviä mittareita

Juuri alkaneella kestävän kehityksen viikolla on hyvä hetki kerrata, miten innovaatioiden ja hankkeiden kestävyys kannattaa varmistaa. Yritys saattaa sortua tahattomasti viherpesuun, mikä voi nykypäivän toimintaympäristössä vaarantaa koko innovaation läpimurron. Tieteellisesti hyväksytyt kestävyyden arviointimenetelmät auttavat viestimään ympäristövaikutuksista läpinäkyvästi.

Lämpötilan nousun on arvioitu kiihtyvän eniten pohjoisten leveysasteiden maa-alueilla talvisin. Joidenkin arvioiden mukaan nykyinen päästökehitys näyttää johtavan Helsingissä jopa yli kuuden asteen lämpenemiseen. Harva suomalainen lienee innoissaan visiosta, jonka mukaan saamme tulevaisuudessa nauttia nollakeleistä lokakuusta toukokuulle. Vain valon määrä erottaisi joulukuun huhtikuusta. Ja tämäkin on vain murheista pienimpiä lämpötilan muutoksen aiheuttamien globaalien ruokatuotantoon, veden riittävyyteen, hyönteisten ja kasvien levinneisyyteen, terveyteen ja muihin ääri-ilmiöihin liittyvien ongelmien rinnalla.

Haaste on valtaisa, mutta siihen on tartuttu

Yhä useamman valtion ja yrityksen strategian tärkeimpien tavoitteiden joukkoon on noussut kasvihuonekaasupäästöjen hillitseminen ja muut kestävää kehitystä edistävät toimet. Osana YK:n kestävän kehityksen toimintaohjelmaa Agenda 2030:tä on määritetty 17 kansainvälistä tavoitetta, jotka sisältävät globaaleja teemoja, kuten puhdas vesi ja energia sekä kestävä tuotanto. Maapallon keskilämpötilan nousu pyritään Pariisin ilmastositoumuksen mukaisesti rajoittamaan enintään kahteen asteeseen.

Tällä viikolla vietämme Euroopan kestävän kehityksen viikkoa teemanaan edellä mainittu 2030-agenda. Suomikin toteuttaa ohjelmaa monin eri tavoin. Sinäkin voit tehdä oman toimenpidesitoumuksesi valtioneuvoston kanslian kautta ja haastaa muita.

Käytännön toimissa yritykset ovat jo hallitusten edellä

Innovointi ja riskinotto ovat tehokkaampi tie kuin säädökset. Muutos saa vauhtia kiertotaloudesta, clean techistä ja biotaloudesta, joiden toteuttamisessa VTT:llä on merkittävä rooli uusien ratkaisujen kehittäjänä. Varomaton voi kuitenkin mennä vipuun, sillä kaikki kierrätystä lisäävä tai biomateriaaleja hyödyntävä liiketoiminta ei ole kestävää. Sivu- ja jätevirtojen prosessointi hyötykäyttöön tai biomateriaalien valmistus saattaa vaatia monimutkaisia ja runsaasti energiaa kuluttavia prosesseja, energiaintensiivisiä tai haitallisia kemikaaleja tai pitkiä kuljetusmatkoja, eikä raaka-aineiden saatavuuskaan ole aina taattu. Taloudellisten kysymysten lisäksi ympäristö- ja sosiaaliset vaikutukset kiinnostavat yhä laajenevaa joukkoa sidosryhmiä mukaan lukien valtionjohto, rahoittajat ja yritysten asiakkaat.

Miten kestävyys mitataan?

Tuotteiden ja liiketoimintamallien aiheuttamien todellisten vaikutusten selvittämiseksi ja niistä viestimiseksi tarvitaan tieteeseen pohjautuvia mittareita. Tällaisiin kuuluvat elinkaari- ja systeemiajatteluun perustuvat ympäristövaikutuksia määrittelevät menetelmät, kuten LCA (life cycle assessment), joka tarkastelee vaikutuksia kokonaisvaltaisesti. Lähestymistapa varmistaa sen, ettei osaoptimoimalla siirretä ongelmia tai päästöjä arvoketjussa paikasta toiseen tai vaihdeta ongelmaa toiseksi. Samalla voimme viestiä vaikutuksista läpinäkyvästi ja vältymme viherpesulta.

Elinkaariarviointiin perustuvaa tarkastelua vaaditaan jo laajasti tuotekehityksessä ja viestinnässä. Seuraava Horizon 2020 PPP-SPIRE -haku edellyttää läpinäkyvän, elinkaariajatteluun ja mahdollisimman pitkälle standardoituihin menetelmiin perustuvan kestävän kehityksen arvioinnin jokaisessa projektissa. Euroopan komissiolla on valmisteilla tuotteiden LCA-pohjainen ympäristöjalanjäljen laskentaohje (product environmental footprint – PEF), jonka tavoitteena on luoda sisämarkkinat vihreille tuotteille. Komissio suosittelee käytettävän jalanjälkeä jatkossa niin tuotteiden ympäristövaikutusten mittaamiseen kuin yritysviestintään.

Yritykset, jotka käyttävät elinkaarilaskentaa tuotekehityksessään, hyötyvät asiakasrajapinnassa, kun vastuullisuus on noussut avainkysymykseksi ja koko toimitusketjun tunteminen on tärkeää. Näiden yritysten on esimerkiksi helpompi lähteä mukaan uusimpaan tapaan osoittaa vastuullisuutta, Science Based Target (SBT)  -aloitteeseen, ja määritellä sen mukaiset kasvihuonekaasupäästövähennykset toiminnalleen. SBT-aloitteen tavoitteet määräytyvät Pariisin ilmastosopimuksen edellyttämien päästövähennyksien perusteella ja edellyttävät koko arvoketjun huomioimista. Mukana on jo lähes 300 yritystä.

Kädenjälki nousee jalanjäljen rinnalle

Eri tilanteisiin ja teollisuuden aloille tarvitaan erilaisia indikaattoreita, jotta kestävyyden kannalta olennaisimmat näkökohdat tulevat huomioiduksi. VTT:n asiantuntijat ovat olleet yli 20 vuotta kansainvälisessä kärjessä kehittämässä elinkaariajatteluun perustuvia arviointimenetelmiä ja indikaattoreita. Tiedon ja tiedontarpeen lisääntyessä menetelmiä kehitetään edelleen. Esimerkkinä mainittakoon kädenjälki, jota ollaan lanseeraamassa erilaisten jalanjälkien rinnalle: Kaikilla tuotteilla on niiden valmistusprosessin aiheuttama ympäristöä kuormittava vaikutus eli jalanjälki, joka tulisi pyrkiä minimoimaan. Sen lisäksi monien tuotteiden avulla voidaan vähentää ympäristökuormitusta toisaalla (esim. vesikemikaalit), jolloin tuotteella on myös positiivinen vaikutus ympäristöön. Näiden vaikutusten mittaamisen ja viestinnän mahdollistamiseksi VTT on käynnistänyt Tekes-kehityshankkeen kädenjäljen määrittelemiseksi.

Sovellamme kestävän kehityksen arviointimenetelmiä niin tuotekehitysvaiheessa olevien ratkaisujen kuin valmiiden tuotteiden ja niiden kehityspotentiaalin arviointiin. Kun haluat löytää oikeat mittarit ja jalostaa ne kestävää kehitystä tukevaksi näkemykseksi, autamme mielellämme!

Lisälukemista:

Tiina Pajula VTT

Tiina Pajula
johtava tutkija

Beware of greenwash! Reliable indicators exist for sustainable innovations

Now, at the beginning of Sustainable Development Week, is the ideal time to recount how we can best ensure the sustainability of innovations and projects. Companies can unintentionally slide into greenwashing which, in today’s business environment, can jeopardise an entire innovation breakthrough. Scientifically approved methods of assessing sustainability help firms to communicate transparently on environmental impacts.

The rise in temperatures is forecast to accelerate most in the northern hemisphere’s land areas during winter. According to some estimates, current emission trends will lead to warming by up to six degrees in Helsinki. Few Finns are enthused by a vision which sees us ‘enjoying’ temperatures hovering around zero from October to May. Only the light levels will distinguish April from December. And this is the most minor of issues compared to the effects of global warming on world food production, water sufficiency, the distribution of insects and plants, health-related problems and other issues related to extreme phenomena.

The challenge is huge but action is being taken

The mitigation of greenhouse gases and taking other action promoting sustainable development are now among the key strategic objectives of more and more states and companies. A total of 17 international objectives are listed in the UN’s sustainable development action plan for Agenda 2030. These goals include global themes such as clean water and sustainable production. The aim is to limit the global average temperature rise to a maximum of two degrees, in accordance with the Paris Climate Agreement.

During European Sustainable Development Week, we will explore the theme of the aforementioned Agenda 2030. Finland is implementing the programme in a number of ways. You can make your own commitment to take action via the Prime Minister’s Office, and challenge others to do so.

Companies still ahead of governments in taking practical actions

Innovation and risk-taking are more effective than regulation. Change is accelerating via the circular economy, cleantech and the bio economy, in which VTT is playing a major role as a developer of solutions. However, it is easy to be misled, since not all businesses that increase recycling or use biomaterials are sustainable. The processing of side and waste streams for reuse or the manufacture of biomaterials can require complex and energy-consuming processes, energy-intensive or harmful chemicals, or long transportations, and the availability of raw materials is not always guaranteed. A growing group of stakeholders, including national leaders, financiers and corporate customers are becoming more interested in environmental and social impacts alongside economic issues.

How is sustainability measured?

Science-based indicators are needed when assessing and communicating on the real impact of products and business models. These indicators include life cycle and system-based methods of measuring environmental impacts, such as LCA (life cycle assessment), which examines the overall effects. This approach ensures that sub optimisation does not lead to the shifting of problems from one part of the value chain to another, or exchanging them for others. It also enables us to communicate transparently on the impacts and avoid greenwashing.

LCA is already widely required in product development and communications. The next Horizon PPP-SPIRE call demands the transparent sustainability assessment for all projects, based on life cycle thinking and the most standardised methods possible. The European Commission is preparing an LCA-based guide for calculating product environmental footprints, or PEFs, in order to create an internal market for green products. The Commission recommends the future use of the footprint when measuring the environmental impact of products and in corporate communications.

Companies using LCA in product development will benefit at the customer interface, where responsibility has become a key issue and knowledge of the entire supply chain is important. For example, such companies find it easier to participate in the newest way of demonstrating corporate responsibility, the Science Based Target (SBT) initiative, and to define emission reductions in their operations accordingly. Targets under the SBT initiative are based on the emission reductions set by the Paris Convention on Climate Change and require consideration of the entire value chain. Almost 300 companies are committed.

Handprint as well as footprint

A range of indicators are needed for different situations and industries, to ensure that account is taken of the key aspects of sustainability. For over 20 years, VTT’s experts have been pioneers in developing LCA-based assessment methods and indicators. These methods are being developed further as information and the need for it increases. For example, we are launching a so-called handprint alongside various kinds of footprint. Due to their manufacturing processes, all products have an impact on the environment, i.e., a footprint, which should be minimised. In addition, many products can be used to reduce the environmental load elsewhere (e.g., water treatment chemicals), in which case the product also has a positive environmental impact. To enable the measurement and communication of such impacts, VTT has begun a Tekes development project to define an environmental handprint.

We are applying sustainability assessment methods to evaluating solutions at the product development stage, as well as finished products and their development potential. We will be delighted to help you if you are seeking the right indicators and intend to refine them for a clearer view of sustainable development.

Further reading:

Tiina Pajula VTT

Tiina Pajula
Principal Scientist

Mooren laki – onko se tuottavuuden lähde?

Tärkeintä on puutarhanhoito, eikä sekään ole kovin tärkeää, sanoo vanha sananlasku. Tärkeää on myös tuottavuus. Kasvu ei ole välttämättä liiketoiminnan itseisarvo, mutta tuottavuus on. Tuottavuus tarkoittaa, että vähemmällä saadaan aikaan enemmän. Tuottavuus on keskeinen kilpailutekijä markkinataloudessa. Tuottavuuden tavoittelu synnyttää ideat, arvolupaukset, kysynnän, kasvun ja kannattavuuden. Sen tavoittelu ja sen luoma kilpailu pakottaa investoimaan. Se luo työtä ja kilpailukykyä.

Digitaalisuus on ehkä keskeisin tuottavuuden tekijä ja mahdollistaja. Tyypillisinä sen tuottavuutta lisäävinä keinoina nostetaan muuntuvat tuotteet, uudet liiketoimintamallit ja prosessien optimointi. Keskeisinä mahdollistajina elektroniikan laitteet ja niihin perustuen hajautetut toiminnot, automaatio, laskentakapasiteetin saavutettavuus ja datan luomat liiketoimintamahdollisuudet.

Digitaalisuuden tuottavuuslisän mahdollistavat elektroniikan laitteet perustuvat viime kädessä Mooren lakiin. Laki on jatkumo jo 1960-luvulta ja todistettu toimivan. Toisaalta sen jatkumista on kyseenalaistettu niin kauan kuin kukaan jaksaa muistaa (itse n. 20 vuotta) ja aina se on vaan löytänyt jatkumon. Mooren laki tarkoittaa alun perin, että transistorien tiheys neliömillimetrillä tuplaantuu joka 18-24 kk. Komponentteja kutistamalla saadaan aikaan elektronisiin laitteisiin aina vaan parempaa suorituskykyä ja energiatehokkuutta kustannustehokkaasti eli vähemmällä enemmän. Tämä kehitys mahdollistaa digitaalisuuden tuottavuuden, vaikka puutarhanhoidon tehokkuutta ja mukavuutta lisäämään – tai mihin tahansa muullekin talouden sektorille.

Mooren laki vai kirjottamaton sopimus?

Mooren laki on itse asiassa eräänlainen kirjoittamaton ja yleisesti hyväksytty sopimus elektroniikkateollisuuden ja maailman talouden välillä. Sen seurauksena puolijohdeteollisuus tekee jatkuvaa T&K-investointia n. 17 % liikevaihdostaan. Jos se ei toimisi näin, kaikki edistys tapahtuisi paljon hitaammin ja maailman talouden kasvu vaarantuisi. Usko lain jatkumoon ja sen ennustettavuus luovat uskalluksen investointeihin ja tuottavat tarvittavat innovaatiot. Näköalattomuus Mooren lain jatkumolle on iso päänsärky koko maailman taloudelle.

Sanotaan, että Mooren lain on jo ainakin kerran pelastanut Suomessa kehitetty ALD-teknologia. Se mahdollisti hallitun valmistusteknologian ultra ohuiden high-k-eristemateriaalien käyttöönotolle puolijohdetuotannossa ja ratkaisi silloisen päänsäryn eli vuotovirtaongelman pakkaustiheyden kasvaessa. Intel oli edelläkävijä aloittaessaan ensimmäisenä ALD:ta hyödyntävän tuotannon vuonna 2007. Suomessa ALD-teknologian osaaminen on edelleen vahvaa ja tunnustettua.

Tulevaisuus kolmannessa ulottuvuudessa

Tänään transistorit on pakattu neliölle jo niin pieniksi, että kutistamista tehdään yhä kiihtyvämpään tahtiin 3-ulottuvuuteen. Esimerkiksi mittakaava suhteutettuna 4 miljardia pilvenpiirtäjää kolikolla mahdollistaa 256 Gb:n muistipiirin.

ALD:n keskeinen arvolupaus on ratkaista valmistustekniikka 3-ulottuvuuden komponenteille. Kehityksen suurin pullonkaula on kuitenkin hitaus, ja Mooren lakihan on aikasidonnainen. VTT:llä asiaa on pohdittu ja olemme kehittäneet lupaavan ratkaisun.

VTT:n PillarHall-testirakenteet nopeuttavat merkittävästi valmistusprosessien kehittämistä ja hallittavuutta 3-ulotteisiin rakenteisiin. Siitä hyötyvät ALD-teknologian kehittäjät ja koko elektroniikkateollisuuden arvoverkko.  PillarHall on innovaatio niille, jotka innovoivat uusia polkuja Mooren lain jatkumiselle. PillarHall on todellinen Mooren lain mahdollistaja.  Voiko olla varmempaa lupausta luoda tuottavuutta ja vaikuttavuutta?

PillarHall VTTLisätietoja: http://www.pillarhall.com/

Mikko Utriainen VTT

Mikko Utriainen
erityisasiantuntija, liiketoiminnan kehittäminen
Twitter: @MikkoUtriainen

Moore’s law – is it a spring of productivity?

The most important thing in life is gardening, and that again is not very important, goes the old saying.  Productivity is also important. Growth is not an absolute value for business, but productivity is. Productivity means that we gain more with less. Productivity brings essential competitive advantages in the market economy. Aiming at productivity creates ideas, value propositions, demand, growth and profits. Pursuit of productivity and resulting competition force the market players to invest. Productivity creates jobs and competitiveness.

Digitalization is probably the most essential element and enabler to increase productivity. Typical routes are transformation of products, new business models and process optimization. Core enablers are electronic devices, and based on those, distributed functionalities, automation, accessible computing capacity and data-driven business opportunities.

The electronic devices enabling productivity growth are eventually based on Moore’s law. The law is a continuation from the 1960’s and proven to work. On the other hand, the extension of Moore’s law has been questioned as long as man can remember (personally >20 years), and always the continuation has taken place. Moore’s law means originally that density of transistors on a square millimeter doubles every 18–24 months. The shrinking of components enables continuously better performance and power efficiency in a cost-effective way i.e. more with less. This development enables productivity growth by digitalization, for example, more effective and convenient gardening or any other economic sector.

Moore’s law or unwritten agreement?

Moore’s law is actually a kind of unwritten and generally accepted agreement between the electronics industry and world economy. As a consequence, the semiconductor industry continuously invests c. 17% of its revenue in R&D. If this was not done, all development would be much slower and world economic growth would be in danger. The belief that Moore’s law continues and its predictivity create boldness to invest and eventually produces necessary resources and innovations. Lack of sight for continuation is a major headache for the world economy.

It is said that the originally Finnish invention, ALD-technology, has saved Moore’s law at least once. ALD technology enabled controlled manufacturing of ultra-thin high-k insulator materials and solved the leakage current issue which was a major headache of its time. Intel was a forerunner and first adopted ALD for semiconductor production in 2007. ALD expertise is still strong in Finland.

Future in third dimension

Today, the transistors have been packed in so small and dense that shrinking is carried out in an increasing pace in 3-dimensions. For example, a 256 Gb Flash memory circuit compares figuratively to the difficulty of approximately 4 billion 72-storey skyscrapers on a dime.

An important value proposition of ALD is to solve manufacturing challenges for 3-dimensional components.

A major issue in this development is slow speed, and Moore’s law is time-dependent. At VTT, we have considered this issue, and developed a promising solution. The PillarHall test structures by VTT significantly accelerate development and control of thin films and related manufacturing processes in 3-D microstructures. The beneficiaries are ALD-technology and other process developers, as well as the whole electronics value network. PillarHall is an innovation for those who innovate an extension to Moore’s law. A true enabler for Moore’s law. Can there be any better value proposition to create productivity and impact?

PillarHall VTT

Turn your thinking 90 degrees – PillarHall compares to a 100 km wide hall on a size of a coin. See more at: http://www.pillarhall.com/

Mikko Utriainen VTTMikko Utriainen
Senior Specialist, Business Development
Twitter: @MikkoUtriainen

Getting lost among hype and buzzwords or finding future success in outcome economy?

Fast browsing through blogs and short articles on the outcome economy could provide terms and sentences that already sound very familiar – some of them you believe and perhaps some of you have already turned down. What’s new then? It depends. It is related to where you are now and where you have been – and more importantly where you would like to be.

What could we do better to realize the potential – and support competitiveness and the competitive advantage of the company and its ecosystem? There are – of course – multiple ways to do that. In this blog, I’ll take a mindset perspective – which to my mind means the way an organization continuously learns to take care of its core task in the changing activity environment and records it into its cultural heritage.

Keep on pursuing something new and if you find it, do not lose it!

Any hype or buzzword is not a bubble or success in the first place, but they all do carry renewal and innovation potential and thus new paths to create value for and with your customer. Adopting a cynical attitude towards yet another buzzword might sometimes be tempting. But do not let it prevent you from discovering something that is new for you or helps you to rediscover an old beloved idea (this might sometimes feel like meeting a good old friend), the timing of which just wasn’t right in the past, and strengthen it. (By the way, this applies both to business and to research).

Then again, if the hype or buzzwords just remain buzz, even though inspiring for a while, their real impact might even turn negative by preventing any forthcoming efforts to enliven people and get them interested. So you get impact, sure, but the direction is the opposite to that intended. The strengthened mindset might be like: “let’s play along but do not change anything important, they’ll turn around, right?”. Turning the hype and buzzwords into real guidance for strategic choices on business and actions, such as where to invest, what development and research programs to launch etc., in a particular firm in a particular situation with particular heritage, is not an easy task.

Drafting the idea of transformation in terms of business perceptions, R&D and management practices, technologies and customer relationships etc., as mirrors of the present and targeted culture provides the basis for discussions on the present and the preferred future. There might turn out to be a need for a proper critical evaluation of the present state of the business and development practices to start with. “Stealing” ideas and technologies from outside your industry and experimenting with those could be a good awakening. Stretching the idea of the “end-customer or end-user” of the whole system as far as possible and thinking of the preferred outcome in terms of experience offers a good framework for turning old thinking inside out. (See examples or a recent blog). Scanning potential business models together with your present rivals could take you even further into unexplored territory.

What could a new hype term or buzzword offer – what should you look for when starting the process?

  1. Open your eyes wide: Rethink your business – threats and opportunities. There is always room to do things differently.
  2. Scanning new technologies as enablers for renewing your business – particularly, you could seek ways to provide extraordinary experiences to end-users and customers or to demonstrate the outcomes to pursue in order to boost the construction of the business ecosystem.
  3. Redefine your identity and rethink your partners through new eyes. If you’d like to proceed, then it would be a good idea to share this openly and thus awake the interest of the others to join in.

Looking back: Finding your path for the treasure?

To demonstrate possible paths guided by the new buzzwords, I just picked up examples of related to user experience to illustrate possible lessons learned.

User experience (UX)

  • End-users and their experiences are also really important in B2B although the users are not normally the same people who make decisions on buying.
  • Experience driven development provides multiple ways to enhance your competitiveness.
  • Value is multidimensional, it includes subjective, personal and emotional aspects.

The typical progress could include UX strengthening the role of industrial design within the company and UX being first used for getting customer interest, sometimes with rather superficial solutions. One conclusion to be drawn is that becoming a market leader or staying in that position requires more than good products with more functions than your rivals, reasonable usability or more power, and better energy efficiency etc. This leads to discovering that focusing on end-user experiences opens up endless sources for innovations and differentiation. This is a good track to develop new collaborative and open methods to co-innovate with users and customers for future solutions. This way it could challenge the mindset to accept that there are still many people related issues (H2H) to work with, however practically unmeasurable (with reasonable costs), they are relevant in business and could be systemically developed for.

For an outcome economy, this provides good grounding to proceed and discover your way.  There is still huge treasure to be found for Finland’s export industry in robotization, automation and digitalization if looked at with new eyes – together!

If you are interested in considering this more, you can directly contact or meet us at Manufacturing Performance Days 2017, join or follow our seminar Creating the Future Success, Creating the Future Success” Tuesday 30th of May, at 8:30-12:00 and its results.

Maaria Nuutinen VTT

Maaria Nuutinen
Vice President, Business, innovation and foresight
Twitter: @MaariaNuutinen

How wind energy sensors behave in icing conditions?

Wind energy in cold climates is growing rapidly around the world [1] but measuring the different phases of icing with weather sensors and ice detectors is not an easy task. See a Youtube testing video here.

Sensors and ice detectors are needed to evaluate the risks on wind farm icing in pre-constructions energy assessments and safety as well as to control operational wind turbines during icing events. Some outdoor, full-scale ice detector benchmark tests have been performed in the past two decades but little focus has been put so far on controlled laboratory testing in realistic icing conditions [2] [3] [4]. Thus there is a large need from the industry to develop and test ice detectors for wind power purposes and potentially other industry sectors.

Testing 5 winter seasons in one week

VTT has over 25 years of experience working with icing challenges within wind power sector and today, one high priority topic is revolving around VTT Icing Wind Tunnel (Figure 1) testing. Based on the industry needs and VTT knowhow, VTT has initiated and coordinates an industry consortium project with aim to increase ice detector reliability and substantially reduce time-to-market of new ice detector products. The goal is to shift from current slow ”winter season” outdoor full-scale testing of ice detectors to accelerated, controlled and repeatable laboratory “5 winters in one week” testing at VTT Icing Wind Tunnel. The novelty content of this project is high and the results will benefit both industry and research community.

Project industry partners are Vattenfall AB, Statkraft AS and Labkotec Oy.

Icing Wind Tunnel

Figure 1. Layout of VTT Icing Wind Tunnel, operational since 2008.

So far 6 wind energy sensors have been tested at VTT Icing Wind Tunnel ranging from ice detectors (Labkotec LID) to standard cup anemometers and other “normal” weather sensors used for ice detection today by the wind industry. See some ice cool results in this Youtube video.

See also more information and pictures from WinterWind 2017 presentation “Standardizing ice detector tests in icing wind tunnel”.

As future plans, further analysis of already performed tests will take place. The project continues until end of 2017 and key results and inter-comparisons of sensor behaviour and performance in icing conditions will be presented at WinterWind 2018 conference.

For more information please do not hesitate to contact me.

Ville Lehtomäki VTT

Ville Lehtomäki
Senior Scientist, Wind power
Mobile: +358 50 370 7669
Email: ville.lehtomaki (a) vtt.fi

References:

[1]: http://www.windpowermonthly.com/article/1403504/emerging-cold

[2]: B. Tammelin and a. et, “Wind Turbines in Icing Environment: Improvement of Tools for Siting, Certification and Operation – NEW ICETOOLS,” Finnish Meteorological Institute, Helsinki, Finland, 2005.

[3]: S. Fikke, G. Ronsten, A. Heimo, S. Kunz, M. Ostrozlik, P. E. Persson, J. Sabata, B. Wareing, B. Wichura, J. Chum, T. Laakso, K. Säntti and L. Makkonen, “COST 727: Atmospheric Icing on Structures Measurements and data collection on icing:,” MeteoSwiss, Zurich, 2007.

[4]: H. Wickman, “Evaluation of field tests of different ice measurement methods for wind power,” Uppsala Univ (MSc thesis), 2013.

T&K-kumppani voi olla myös hyvä IoT-antureiden tuotantokumppani

”Miljardi anturia, miljoona sovellusta ja pirstaloituneet markkinat”

Pitkälle verkottuneessa esineiden internetin (IoT) maailmassa on helppo kuvitella, kuinka miljoonat anturit keräävät suuria määriä dataa, jonka avulla muodostetaan uutta tietoa. Tämä muokkaa sitä, miten elämme älykkäissä kodeissamme tai matkustamme itseohjautuvissa autoissamme. Ei ole todellakaan pulaa markkinatutkimuksista, jotka ennustavat anturien markkinoiden huomattavaa kasvua. Tämä puolestaan on synnyttänyt runsaasti keskustelua siitä, kuinka valtavia anturimääriä voisi valmistaa taloudellisesti ja tulisiko tätä tarvetta varten kehittää uusia tuotantoteknologioita, kuten rullalta rullalle -painamista.

Vaikka joitain sovelluksia varten varmasti tarvitaankin suuria määriä antureita, tilanne on varsin erilainen, kun markkinaennusteita tarkastellaan lähemmin. Ne kertovat enemmänkin suuresta pirstaloitumisesta, sillä sekä itse markkinat että niillä olevat sovellukset ovat valtavan moninaisia. Elektronisten antureiden markkinapotentiaali koostuu pohjimmiltaan tuhansista markkinaraoista, joiden vuosivolyymit voivat vaihdella sadoista tuhansiin antureihin. Sellaiset sovellukset, joissa tarvittaisiin miljoonia tai miljardeja täysin samantyyppisiä antureita, ovat hyvin harvassa.

Miksi tällä on merkitystä?

Nykyiset puolijohteiden prosessointi- ja pakkaustekniikat pystyvät enimmäkseen täyttämään uusien antureiden kysynnän, ja itse asiassa monia sovelluksia varten kiekkoja tarvitaan varsin vähän. Jos otetaan esimerkiksi tyypillinen 150 mm kiekko, jossa anturin koko on 4 mm2, yhdessä 25 kiekon erässä pystytään tuottamaan lähes 90 000 anturia (olettaen, että saanto on 80 %). Määrä on riittävä tyydyttämään useammankin yrityksen vuotuiset tarpeet. Useimpia sopimusvalmistajia näin alhaiset kiekkomäärät eivät edes kiinnosta. Lisäksi varsinaiset tuotantokustannukset kutistuvat sen rinnalla, mitä anturin kehittämisen vaatima t&k-työ sekä mahdollinen teknologiansiirto uuteen tuotantolaitokseen maksavat.

Wafers

Anturin kehitystyö vs. tuotantokustannukset

Uusien MEMS-, mikro- tai nanoelektronisten anturien kehitysprosessi voi olla varsin kallis. Anturin monimutkaisuudesta ja teknologia-alustan kypsyydestä riippuen kehityskustannukset voivat nousta miljooniin euroihin ja työ voi viedä kaksi vuotta tai kauemmin. Vaikka jotkin yritykset tekevät kaiken kehitystyön itse, useat tekevät yhteistyötä t&k-organisaatioiden kanssa. Näin ne voivat hyödyntää julkista rahoitusta ja kansallista infrastruktuuria kehittääkseen teknologia-alustan sellaiseksi, että on mahdollista tehdä useita yksittäisiä tuotteita.

Havainnollistetaan asiaa VTT:n esimerkin avulla: hyperspektrisen MEMS-anturin tuotantoalustan kolme vuotta kestänyt kehitystyö on voinut maksaa 5 miljoonaa euroa, ja kuitenkin yhden 25 kiekon erän valmistus tiettyä sovellusta varten saattaa maksaa 50 000–100 000 euroa ja tuottaa yli 50 000 anturia. Jos kyseiset anturit sitten integroidaan laitteeseen, jota myydään 1 000 euron kappalehintaan, 50 miljoonan euron liiketoiminnan ylläpitämiseksi riittää varsin pieni kiekkojen tuotantovolyymi.

Traditional cost model

Vallitsevana logiikkana on ollut viedä kehitetty prosessi mukanaan ja siirtää se tuotantolaitokseen, mutta onko siinä aina järkeä? MEMS-antureiden tuotantoprosessit ovat surullisenkuuluisia siitä, että niissä prosessinkulku, sovellettu resepti ja kehityksessä käytetty laitteisto ovat erittäin yksilöllisiä. Tällöin teknologiansiirtohankkeeseen ryhtyminen voi olla kallista ja aikaa vievää. Jos tuotantovolyymit ovat tämän jälkeen pieniä, ei ole taloudellisesti järkevää kehittää prosessia uudelleen uutta tuotantolaitosta varten, sillä kyseiset kustannukset voivat helposti ylittää käynnissä olevan pienvalmistuksen kulut.

Paljon antureita, mutta vain vähän kiekkoja – käytä t&k-kumppanin tuotantopalvelua

Kun jatkuva tuotannontarve on suhteellisen pieni (<1 000 kiekkoa vuodessa), kannattaa harkita t&k-kumppanin ottamista ensi- tai toissijaiseksi antureiden valmistajaksi. Se tarjoaa suoran tien tuotannon aloittamiseen sekä merkittäviä etuja. Se, että pystyy välttämään kalliin ja mahdollisesti riskialttiin teknologiansiirtohankkeen, kompensoi todennäköisesti minkä tahansa komponenttituotannossa saavutettavan hintaedun, jonka siirtyminen puhtaasti tuotantolaitokseen saattaisi tarjota.

New cost model

Näin pystytään myös nopeuttamaan markkinoillepääsyä useilla kuukausilla, mikä voi olla erityisen hyödyllistä pk-yrityksille, joille kassavirta on ratkaisevan tärkeä ja ajan tuhlaaminen tarkoittaa tulonmenetystä. On myös syytä huomata, että vaikka anturi onkin se tärkein osatekijä useissa järjestelmissä, tuotteen arvo syntyy useimmiten järjestelmä-/palvelumallitasolla ja itse anturin osuus koko järjestelmän kustannuksista on suhteellisen pieni. Miksi ryhtyä riskialttiiseen teknologiansiirtoon laskeakseen 10 euron anturin tuotantokustannuksia 3 eurolla, kun koko järjestelmää myydään 300 tai peräti 3000 eurolla?

Key question

Liiketoimintastrategian näkökulmasta on tärkeää kysyä, riittääkö tuleva marginaalikustannussäästö, joka tuotantolaitoksessa tapahtuvan valmistuksen avulla saavutetaan, korvaamaan kaikki ne kulut, jotka tuotannon viivästyminen, riskitekijät ja teknologiansiirron kustannukset aiheuttavat? Jokaisella teknologiansiirrolla tulisi olla vahvat taloudelliset perusteet, jotka mitataan odotetun valmistusajan ja järjestelmän kokonaiskustannusten kautta.

Saumaton tie t&k-vaiheesta sarjatuotantoon

Erinäiset tutkimus- ja teknologiaorganisaatiot, kuten VTT, tarjoavat tuotantopalveluita, sillä se on hyvä tapa hyödyntää kalliita tuotantojärjestelmiä ja varmistaa näin taloudellinen kestävyys ja tulevat investoinnit. Voi olla hyödyllistä, että myös tuotteen kehittäneet tutkijat ovat helposti saatavilla ratkaisemaan mahdollisia tuotannon aikana ilmeneviä ongelmia. Tästä huolimatta tiettyjä karikoita on syytä vältellä (erityisesti puhtaasti t&k-toimintaan suunnattuja toimintatapoja ja laadunvalvontamenetelmiä), ja tulisi aina varmistaa, että t&k-kumppanilla on sellainen organisaatio, joka hoitaa tuotantotoiminnan ammattimaisella tavalla, jotta taataan sekä prosessinhallinta että toistettavuus.

Mikäli t&k-kumppanisi pystyy tarjoamaan tarvittavat toimintavalmiudet ja laatusertifikaatit, se voisi olla myös uskottava tuotevalmistajasi, joka tarjoaa antureille saumattoman reitin t&k-vaiheesta sarjatuotantoon.

Howard Rupprecht VTT

Howard Rupprect
Vice President, Micronova manufacturing services