Mistä löytyvät biotalouden uudet innovaatiot?

Väkiluvun kasvu, kaupungistuminen ja väestön vaurastuminen kuluttavat yhä enemmän luonnonvaroja. Tämä aiheuttaa yhteiskunnallisia haasteita ja on ongelma maapallon kantokyvylle. Liiketoiminta-alueen johtaja Jussi Manninen kertoo, mitä ratkaisuja biotalous tuo haasteisiin.

Jussi Manninen EVP SONE VTT

Luonnonvarojen riittävyyden varmistamiseksi meidän tulee siirtyä kiertotalouteen. Sen avulla lisätään kaikkien materiaalien käytön tehokkuutta ja korvataan uusiutumattomia luonnonvaroja uusiutuvilla.

Perinteiset keinot resurssitehokkuuden lisäämiseksi, kuten kierrätys, eivät riitä ratkaisemaan luonnonvarojen riittävyyshaastetta. Joudumme kyseenalaistamaan

  • miten ja mistä materiaaleista suunnittelemme ja rakennamme tuotteemme ja palvelumme
  • miten kasvatamme luonnonvarojen kiertoa ja arvontuottoa
  • miten korvaamme perinteiset, omistamiseen perustuvat liiketoiminta- ja käyttäytymismallit.

Suomi pärjää biotaloudessa

Uusiutuviin luonnonvaroihin perustuva biotalous on erityisen mielenkiintoinen Suomen kannalta, koska meillä on kilpailuetu moniin muihin maihin nähden. Kilpailuetu on raaka-ainevarojemme, osaamisemme ja teollisen rakenteemme ansiota.

Usein lähdemme tarkastelemaan biotaloutta juuri raaka-ainevarojen kautta. Meillä on kasvavat metsävarat, miksi emme siis hyödyntäisi niitä? Mielestäni kysymys tulisi esittää toisin – miten luomme biotaloudesta hyvinvointia, kasvua ja työllisyyttä pohjautuen osaamiseemme ja uusiin innovaatioihin? Tällöin näkökulma laajentuu Suomen rajojen ulkopuolelle ja teknologiset ratkaisut ja palvelut nousevat keskiöön.

Mistä löytyvät biotalouden uudet innovaatiot? Biomassa ei uusiutuvuudestaan huolimatta ole loputon resurssi. Itse asiassa sitä on rajallisesti verrattuna öljyyn ja muihin uusiutumattomiin luonnonvaroihin, joita sillä pitäisi korvata. Siksi kehitämme teknologioita biomassan tehokkaaseen hyödyntämiseen ja lisäarvoisia tuotteita, joissa arvo säilyy mahdollisimman pitkään.

Uudet biomateriaalit, kuten nanoselluloosa, ovat avanneet silmämme sille, mihin kaikkeen ne pystyvät. Raaka-aineen riittävyysongelman etsitään ratkaisuja nopeasti kasvavan biomassan, kuten levien, avulla ja hyödyntämällä jätteitä sekä hiilidioksidia. Uusiutuvuus ja kiertotalous yhdistyvät hienosti VTT:n kehittämässä karbamaattiteknologiassa, jossa käyttöön kelpaamattomasta puuvillasta tehdään uutta vastaavaa kuitua.

VTT:llä on vankkaa biotalousosaamista

VTT on panostanut biotalouden uusiin innovaatioihin lähes koko olemassaolonsa ajan. Ensimmäinen patenttimme vuodelta 1945 koski lignoselluloosalevyjen valmistamista. Viime vuosien aikana biotaloustutkimusta on tehty Tie biotalouteen -tutkimusohjelmassa, jonka loppuraportti julkaistiin 15.2.2017. Samalla käynnistimme Making of Tomorrow -kampanjan, jossa esittelemme biotalouden innovaatioita ja sitä, miten ne vaikuttavat jokapäiväiseen elämäämme.

Biotalouden tekee erityisen mielenkiintoiseksi ja haastavaksikin se, että bioenergia ja biopolttonesteet ovat merkittävä osa nykyistä ja tulevaisuuden uusiutuvan energian keinovalikoimaa. On hyvä kysymys, kuinka paljon biomassasta tulisi ohjata energiatuotteiksi verrattuna sen käyttöön materiaaleiksi ja kemikaaleiksi.

VTT julkaisee kevään aikana tuloksia tutkimushankkeesta, jossa skenaarioiden avulla hahmotettiin erilaisia biotalouden kehityspolkuja vuoteen 2050 asti. Tarkasteltavissa kehityspoluissa oli erilaisia painotuksia energiateknologioiden ja uusien biotuotteiden kehityksen suhteen, ja tuloksia tarkasteltiin kansantalouden ja ilmastotavoitteiden toteutumisen suhteen. Ensimmäisten tulosten perusteella voidaan jo sanoa, että panostamalla biotalouden uusiin tuotteisiin voidaan kiihdyttää kansantuotteen ja kokonaistuottavuuden kasvua sekä saavuttaa energia- ja ilmastotavoitteet.

Resurssien riittävyyden varmistamiseksi ei ole olemassa patenttiratkaisua. On kuitenkin varmaa, että luonnonvarojen käytön tulee olla merkittävästi nykyistä tehokkaampaa ja uusiutumattomia tulee korvata uusiutuvilla. Näihin liittyvissä haasteissa ja mahdollisuuksissa VTT auttaa yrityksiä ja yhteiskuntaa menestymään.

Jussi Manninen, liiketoiminta-alueen johtaja, luonnonvara- ja ympäristöratkaisut
Twitter: @jjmanninen

Metsäteollisuus on auringonnousun ala

Metsäteollisuus sai suotta auringonlaskun alan maineen, kun digitalisaatio pääsi vauhtiin. Perussyy ongelmiin oli paino- ja sanomalehtipaperin kysynnän väheneminen länsimaissa, mikä johti ylikapasiteettiin ja vanhimpien paperikoneiden sulkemiseen.

Muiden puupohjaisten tuotteiden – pehmopaperin, pakkausten, biopolttonesteiden ja metsäteollisuuden sivuvirtojen jatkojalosteiden – kulutus on kaiken aikaa kasvanut. Vaikka Kiinan kasvu hiipuukin, se ei näy pehmopapereissa eikä pakkauksissa, koska kiinalainen ei halua luopua saavutetusta mukavuudesta, ja koska digitalisaatio lisää entisestään laadukkaiden ja älykkäiden pakkausten tarvetta.

Suomen biotalouden mahdollistaja

Kansantalouden kannalta metsäsektori on noussut viennin kärkeen, ja kasvavan puuvarantomme hyödyntäminen vasta alussa. Ulkomaiset toimijat ovat havainneet tämän, hankkivat täältä metsiä sekä suunnittelevat uusia investointeja. Ilmapiiri on suotuisa, koska metsämme kasvavat selvästi enemmän kuin niiden käyttö ja hallitus on valinnut metsiemme hyödyntämisen tulevaisuuden kasvun lähteeksi.

Uusia biopohjaisia materiaaleja ja niistä valmistettuja tuotteita on työn alla ja juuri niiden avulla voimme hakea viennille merkittävää lisäarvoa.

Maailmalla vahvana trendinä on korvata öljypohjaiset tuotteet biopohjaisilla. Sellulla voi korvata ympäristön kannalta kestämättömän puuvillan. Siitä voi tehdä nanokuitujen kautta teräksenlujia materiaaleja ja tuottaa erilaisia biopohjaisia kemikaaleja. Ligniiniä voidaan erottaa huomattavia määriä, ja se on VTT:n uusimpien tulosten mukaan muokattavissa esimerkiksi betonin notkistimeksi, kemikaalien raaka-aineeksi ja ravintokuiduiksi.

Kohti puun hyödyntämistä biojalostamoissa

Pariisin ilmastosopimuksen jälkeen Suomi asetti itselleen kovan tavoitteen nostaa liikenteen uusiutuvien polttoaineiden osuus 40 prosenttiin vuoteen 2030 mennessä. VTT:n ja VATTin selvitysten mukaan kansantalouden kannalta paras ratkaisu on tuottaa biopolttonesteitä puuraaka-aineesta ja erityisesti metsätähteistä. Se on tehtävä kestävällä tavalla.

Puun käytössä on olennaista noudattaa hierarkiaa, jossa raaka-aineet käytetään lisäarvoa maksimoiden. Parhaat osat käytetään puurakentamiseen ja design-tuotteisiin, huonommat osat materiaaleihin ja kemikaaleihin ja loppu ylijäämä energiaksi. Tämä tarkoittaa sitä, että puun hyödyntämisen on tapahduttava kokonaisvaltaisesti biojalostamoissa. Puun hyödyntäminen yksinomaan energian tuottamiseen ei ole järkevää. Ilman puuraaka-aineen integroitua käyttöä ilmastotavoitteiden saavuttaminen jää haaveeksi.

Lisää demolaitoksia

Nyt on panostettava biopohjaisten jatkojalosteiden kehittämiseen. Tämän mahdollistaa VTT:n rakenteilla oleva Bioruukki, joka keskittyy bio- ja kiertotalouden tuotekehityksen ja pilotoinnin nopeuttamiseen. Tarvitsemme myös lisää Fortumin Joensuun bioöljylaitoksen kaltaisia teollisen mittakaavan demonstrointilaitoksia. Joensuussa on menestyksellisesti demonstroitu metsätähteiden nopea pyrolyysi bioöljyksi. Digitalisaation mahdollistama kilpailuetu on myös hyödynnettävä maksimaalisesti.

Teollisuudessa on julkisen sektorin tukemana syytä ottaa rohkeampia ja nopeampia askeleita bioraaka-aineen lisäarvotuotteiden kehittämisessä. Muuten auringonnousu ei ulotu Suomeen vaan valaisee enemmänkin idässä. Esimerkiksi Japani on jo panostamassa huomattavia summia nanoselluun pohjautuvien tuotteiden kehitykseen.

Meillä on Suomessa hyvät valmiudet pärjätä, mutta vauhtia on saatava lisää, ettei lisäarvon tuottopotentiaalia menetetä muille markkinoille.

Kari Larjava

liiketoiminta-alueen johtaja

Synteettiset supersienet mullistavat biotekniikan mahdollisuudet

Sienet ovat superruokaa, mutta harva tietää että niistä on moneen muuhunkin.

Sienillä on aivan oleellinen merkitys tulevaisuudellemme; ei ainoastaan luonnossa kasviaineksen hajottajina ja täten hiilen kiertokulun avittajina, mutta yhä enemmän myös teollisuudessa polttoaineiden, kemikaalien ja biomuovien tuottajina.

Syötävien sienten lisäksi on olemassa monenlaisia ominaisuuksia omaavia hiiva- ja homesieniä. Näillä mikrobeilla on luontainen kyky käyttää hyväkseen puuta, olkea, erilaista kasvijätettä sekä näistä saatavia sokereita ja muuttaa ne aineenvaihdunnassaan ihmiselle hyödyllisiksi tuotteiksi kuten antibiooteiksi, alkoholiksi, vitamiineiksi tai pesuaine-entsyymeiksi. Sienet ovat – tai olisivat mitä suurimmassa määrin – luonteva ja tärkeä osa biotaloutta.

Miksi sitten Suomessa biotalouden yhteydessä puhutaan vain ”herkkutattien myynnistä italialaisille”? Ja miksi biotalouden suunnitelmissa harvoin puhutaan itse bioteknologiasta ja sen antamista mahdollisuuksista tässä uudessa, fossiilisia raaka-aineita korvaavassa ja biologiseen kasviraaka-aineeseen perustuvassa taloudessa?

Kuluttaja yleensä tietää, että perinteiset biotekniikan tuotteet viini ja olut on valmistettu hiivaa käyttämällä. Harva kuitenkaan tietää, että insuliini on tuotettu geeniteknisesti muokatulla hiivalla ja että farkut ”kivipestään” entsyymeillä, joita homeet tuottavat suurissa suljetuissa astioissa, satojen tuhansien litrojen bioreaktoreissa. Biotaloudesta kiinnostuneilla teknologian soveltajilla ja päättäjillä tulisi kuitenkin olla käsitys modernin bioteknologian luonteesta ja niistä lukuisista mahdollisuuksista mitä se antaa tuotekirjon monipuolistajana.

Teollinen bioteknologia tarkoittaa elävien organismien käyttämistä hyödyksi teollisessa tuotannossa. Ala kehittyy erittäin nopeasti ja pohjautuu tutkimuksen viimeisimpiin saavutuksiin. Hiivat ja homeet eivät todellakaan ole mitään ”perässähiihtäjiä” teknologian maailmassa. Hiivatutkimus sai Nobel-palkinnon vuonna 2001, ja leivinhiivan genomin julkaiseminen vuonna 1996 oli ensimmäinen ihmisenkaltaisen solurakenteen omaavan (eukaryoottisen) organismin koko perintöaineksen selvitystyö. Myös eri homeiden genomeja on nyt määritetty satoja ja näistä tutkijat etsivät parhaita ehdokkaita geeneiksi, jotka esimerkiksi tuottavat entsyymejä biopolttoaineiden valmistamiseksi oljesta tai puujätteestä.

Tutkimuksen uusimpia saavutuksia on leivinhiivalle tehty ensimmäinen kokonainen synteettinen kromosomi vuonna 2014. Tutkimuksen nopeutta kuvaa se, että hiivan koko perimä, kaikki 16 kromosomia, aiotaan korvata ihmisen suunnittelemalla synteettisellä DNA:lla jo vuoteen 2018 mennessä. Tällöin käsissämme on ensimmäinen synteettinen eukaryoottinen eliö: Saccharomyces cerevisiae 2.0.

Synteettinen biologia mullistaa biotekniikan mahdollisuudet jo lähitulevaisuudessa

Synteettisen biologian työkalujen avulla voimme suunnitella ja valmistaa biologisia rakenteita ja eläviä soluja, joita ei ole luonnossa. Tutkija päättää, minkälaisia ominaisuuksia hän haluaa esimerkiksi tuotanto-organismilla olevan, suunnittelee tietokoneella niitä vastaavan uuden geneettisen koodin ja lähettää tämän yritykselle, joka syntetisoi koeputkessa vastaavat geenit, DNA:n. Lukuisia tällaisia synteettisiä DNA-pätkiä voidaan siirtää nopeasti ja tarkasti tuotantomikrobin perintöaineksen osaksi. Synteettiset geenit aktivoituvat ja periytyvät jälkeläisiin.

Tuhansista erilaisista synteettisistä soluista voidaan parissa viikossa seuloa esille parhaimmat haluttuun tarkoitukseen. Solua voidaan tarkastella matemaattisten mallien avulla, digitalisoida, ja synteettisen DNA:n ja organismien teossa käyttää apuna automaatiota ja robotiikkaa. Uusien entistä tehokkaampien ja uusia yhdisteitä tuottavien tuotanto-organismien rakentaminen nopeutuu suunnattomasti. Yritykset ja tutkimusryhmät, joilla on käytössään synteettisen biologian menetelmät, ovat etulyöntiasemassa uusien innovaatioden kehittämisessä ja patentoinnissa.

Monet maat, mukaan lukien EU, katsovat teollisen biotekniikan olevan erityisesti synteettisen biologian vauhdittamana yksi tärkeimmistä tulevaisuuden tekniikoista. Se mahdollistaa kestävän kehityksen mukaisien ratkaisujen kehittämisen laajasti useille eri teollisuuden aloille kuten energia-, kemian-, lääke- ja metsäteollisuudelle.

Mikrobit voidaan saada tuottamaan samoja tuotteita kasvijätteestä kuin nykyisin valmistetaan öljystä ja monia petrokemian tuotteita voidaan korvata mikrobien luonnostaan tuottamilla. Synteettinen biologia mahdollistaa mikrobien kehittämisen nopeasti supertehokkaiksi ja teolliseen tuotantoon sopiviksi. Biologisia ominaisuuksia voidaan siirtää hallitusti lajista toiseen ja suunnitella jopa aivan uudenlaisia toiminallisuuksia, joita elävät solut voidaan ohjelmoida ilmentämään.

Täysin uudenlaiset bisnesideat tulossa

Synteettinen biologia kiinnostaa matemaatikoita, kemisteja ja fyysikoita ja innostaa opiskelijoita ja nuoria yrittäjiä. Biologian toiminnallisuutta ja spesifisyyttä on käytetty vielä hämmästyttävän vähän hyväksi teollisessa tuotannossa.

Nyt bioteknologia mullistuu, ja jo muutamien vuosien kuluessa tullaan näkemään aivan uusia mielikuvituksellisiakin bisnesideoita.  Tärkein ja ensimmäinen sovelluskohde on kuitenkin bioekonomian ratkaisuissa: kemikaalien, polttoaineiden ja materiaalien valmistuksessa uusiutuvista raaka-aineista.

Sienet laajentamaan suomalaista teollisuuspohjaa!

Suomi on ollut edelläkävijä biotekniikan ja sen tärkeimpien tuotanto-organismien – hiivojen ja homeiden – teollisessa hyödyntämisessä ja modernien bioteknologisten menetelmien kehityksessä. Suomalaiset tutkijat voivat saada hiivan tuottamaan tehokkaasti polttoaineeksi soveltuvaa butanolia, homeen erittämään ihmisen vasta-aineita sekä hiivan valmistamaan maitohappoa, joka polymerisoidaan biomuoviksi. Monipuolinen tutkimus- ja kehitystyö on mahdollistunut pitkälti ulkomaisten yritysten kiinnostuksen vuoksi.

Bioteknologia ja synteettisen biologian menetelmin kehitetyt sienet voisivat luoda uusia mahdollisuuksia myös Suomessa korkea-arvoisten tuotteiden teolliseen tuotantoon ja laajentaa suomalaista teollisuuspohjaa.

Tekesin rahoittama ja VTT:n koordinoima synteettisen biologian projekti Living Factories pyrkii madaltamaan suomalaisen teollisuuden kynnystä ottaa käyttöön bioteknologisia tuotantoprosesseja.  Projekti on jo osoittanut, että synteettisen biologian menetelmillä (mm. genomin editointimenetelmä CRISPR) voidaan nopeuttaa tuotantokantojen rakentamista merkittävästi ja alentaa kustannuksia.

Bioteknologia on tällä hetkellä yksi nopeiten kehittyvistä teknologioista, ja on useimpien maiden teknologiastrategioiden kärjessä. Modernissa bioteknologiassa yhdistyvät myös Suomelle tärkeät menestystekijät: huippuosaaminen ja uusiutuvien biopohjaisten raaka-aineiden käyttö.

Merja Penttilä

Tutkimusprofessori

Kiertotalous täydentää biotaloutta

Ali Harlin_edit

Yhdistämällä kiertotalous ja biotalous syntyy kokonaisuus, joka on vahvempi kuin kumpikaan yksinään.  Kierrättämällä saamme ratkaistua biomassan riittävyysongelmia. Biomassasta saamme uusiutuvan raaka-ainelähteen loppuun kuluvien, fossiilisista raaka-aineista valmistettujen materiaalien korvaamiseksi.  

Biotalouden tavoitteena on käyttää uusiutuvia raaka-aineita. Etuna nähdään kestävyyden parantaminen hiilijalanjäljen pienentämisen tai jopa hiilineutraalisuuden kautta. Huolta aiheuttaa, miten raaka-ainevirrat saadaan riittämään ja soveltuvatko ne korvaamaan nykyisiä fossiilisia materiaaleja kuten synteettisiä polymeerejä. Puumassoja kierrättämällä voidaan kuitenkin lisätä kuitumateriaalien määrää.

Perinteisesti kierrätys yhdistetään jäteongelman ratkaisemiseen. Kiertotalouden ydin on kuitenkin raaka-aineiden riittävyysongelman ratkaiseminen parantamalla molekyylitaloutta, jossa minimoidaan neitseellisten atomien käyttöä. Materiaalia ei voida kuitenkaan kulumisen takia loputtomasti kierrättää.

Selluloosamassan valmistusmäärä on synteettisten polymeerien kanssa samaa suuruusluokkaa: Puumassoja valmistetaan noin 240 miljoonaa tonnia ja erilaisia fossiilisia polymeerejä yhteensä noin 350 miljoonaa tonnia. Puumassoja kierrätetään jopa 3-4 kertaa ennen kuin niiden kuitupituus alenee käyttökelvottomaksi. Puumassojen kierrätys siis lisää käytössä olevan kuitumateriaalin määrän merkittävästi fossiilisia polymeerimateriaaleja suuremmaksi.

Kierrätys voi alentaa raaka-ainekustannuksia

Biomateriaalien kaupallistumisen esteeksi on mainittu niiden 20 – 50 % korkeampi hinta. Kustannuksia voidaan alentaa kierrättämällä. Näin tehdään jo esimerkiksi painetussa mediassa ja pakkausteollisuudessa. Uusiomateriaaleja käyttämällä valmistaja välttyy neitseellisten materiaalien fraktiointikustannuksilta.

Biomateriaalien kumulatiivinen arvonmuodostus on varsin alkupainoinen verrattuna esimerkiksi öljypohjaisiin materiaaleihin. Biomassan korjuu ja kuljetus tehdään kappale- ja kuivatavarana, mikä on nestemäisen öljyn käsittelyyn verrattuna merkittävästi kalliimpaa; jopa kaksinkertainen. Lisäksi neitseellisten biomateriaalien käyttö raaka-aineina synnyttää sivuvirtoja, joita ei kierrätetylle materiaalille synny. Näin ollen kierrätysmateriaalien käytön pitäisi parantaa kilpailukykyä synteettisiin ratkaisuihin verrattuna.

Julkinen säätely, joilla tavoitellaan esimerkiksi biopolttoaineiden käytön lisäämistä tai biojätteiden kuljettamista kaatopaikoille, edistävät uusien kierrätyshankkeiden syntymistä. Biopolttoaineiden valmistus onnistuu kaikkein huonolaatuisimmasta biomassasta. Niiden valmistukseen voidaan käyttää termistä tai bioteknistä reittiä, joista erityisesti ensimmäinen vaatii suurimittaista prosessiteollisuutta. Polttonesteiden lisäarvo verrattuna vastaavasta raaka-aineesta valmistettuun materiaaliin ja erityisesti niistä valmistettuihin tuotteisiin on moninkertaisesti alempi, joten on mielekästä uusiokäyttää ja kierrättää biomateriaaleja mahdollisimman pitkään.

Kohti raaka-aineomavaraisuutta

Uusioraaka-aineet parantavat myös teollisuuden raaka-aineomavaraisuutta maailmassa, jossa neitseellisten raaka-aineiden hinnat vaihtelevat ja saatavuus vaihtelee. Kierrätyksen tehostaminen luo mahdollisuuksia uusille toimijoille ja liiketoiminnalle. Esimerkiksi yksistään Suomessa tekstiilien ja erityisesti puuvillan kierrätys vastaisi 3,5 miljardin kilon hiilidioksidipäästövähenemää. SYKEn Texjäte-projektin perusteella uudelleenkäyttö on kierrätystä tehokkaampaa, mutta niiden yhdistelmä on tehokkainta.

Ali Harlin

Tutkimusprofessori

Ruoan biopakkaaminen – Miten se liittyy maailman pelastamiseen?

Sara_Paunonen_2015-02-16-kuva2_final

Mitä tulee mieleesi elintarvikepakkaamisesta? Keino turvata ruoan kulku valmistus- ja kuljetusketjun läpi ja mahdollisuus vähentää yhteiskunnan riippuvuutta fossiilisista raaka-aineista, vai liiallinen pakkaaminen ja iso jätemäärä?

Konvehtipakkaus on klassinen esimerkki tuhlailevuudesta. Konvehdit pakataan yksittäin ja harvakseltaan muovialustan koloihin. Tämän jälkeen alustan päälle laitetaan muovisesta tai oikeasta aaltopahvista valmistettu suojuslevy. Muovitarjotin suojuslevyineen laitetaan kartonkilaatikkoon, ja koko komeus kääritään vielä sellofaaniin tai kirkkaaseen muovikääreeseen. Tuhlailevaa pakkaamista? Aivan varmasti. Fossiilisia polttoaineista tehtyjä materiaaleja? Sitäkin.

Pakkaamisen perustehtävä on eleetön ja unohtuu helposti. Pakkauksen elintärkeä rooli on varmistaa ruoan kulku tuottajalta kuluttajalle. Ensisijaisesti pakkaus suojelee ruokaa likaantumiselta, mekaanisilta kolhuilta ja muilta ympäristön vaikutuksilta läpi ruoan tuotannon, prosessoinnin, kuljetusten ja kaupan aina kuluttajan kotiin saakka. Pakkaus antaa tietoa tuotteen sisällöstä ja käytöstä sekä pidentää ratkaisevasti elintarvikkeen säilyvyyttä estämällä mikrobien pääsyn tai vähentämällä hapen tai kosteuden tunkeutumista ruokatuotteeseen.

Ympäristöystävällinen pakkaaminen, jossa pakataan resursseja ja luontoa säästäen riittävästi, mutta ei liikaa, ei ole ajatuksena uusi. Pakkaamisen järkeistämistä on harrastettu jo pitkään. Vuodesta 1970 jugurttipikari on keventynyt lähes 50 % ja alumiininen säilykepurkkikin 20 %[1]. Konvehtirasiaa voisi yksinkertaistaa esimerkiksi jättämällä erillisen suojuslevyn pois ja korvaamalla muovisen alustan kartonkisella ristikolla.

Kohti biopakkauksia

Ympäristöystävällisestä pakkaamisesta on lyhyt askel biopakkaamiseen, joka on kiinteä osa siirtymää kohti niin sanottua biotaloutta. Biotaloudessa maailmanjärjestys perustuu kokonaan uusiutuviin biologisiin resursseihin, eli niin ruoka, eläinten rehu, energia kuin materiaalitkin tuotetaan hyödyntämällä biomassaa ja biologisia prosesseja. Teollisen vallankumouksen jälkeen biotalous on askel takaisinpäin kohti luontoa, uusiutuvia materiaalien lähteitä, mutta uuden teknologian kyydittämänä.

Suurin ryhmä biopakkauksia ovat vanhat kunnon kartonki- ja pahvilaatikot ja muut kuitupohjaiset ruokapakkaustuotteet kuten paperipussit ja kuituvalokset, siis munakennomateriaalit, tai tekstiilisäkit. Kuitupakkauksilla on pienet hiilidioksidipäästöt, koska niiden valmistuksessa käytetään bioenergiaa ja biomassaa, siis kiertokuitua, puuta tai muuta kasvikuitua, ja pakkaukset voidaan kierrättää. Kerätyistä pahvipakkauksista kierrätetään Suomessa peräti 99 %[2]. Mikä parasta, kuitupakkaus on tiheyteensä nähden hyvin vahvaa ja sitkeää.

Muovista kohti biomuovia

Muovia käytetään paljon elintarvikepakkauksissa sen hyvien ominaisuuksien tähden. Muovit ovat sitkeitä, kevyitä, suhteellisen läpäisemättömiä ja läpinäkyviä. Perinteisesti muovit valmistetaan syntetisoimalla fossiilisista polttoaineista saatavia polymeerejä. Öljystä valmistettu muovi on niin kestävää, ettei se käytännössä hajoa luonnossa, vaan pilkkoutuu paloiksi ja kerääntyy meriin, kalojen ja lintujen mahaan ja kaatopaikoille. Muoviset elintarvikepakkaukset kärsivätkin kuluttajien keskuudessa vakavasta imago-ongelmasta.

Myös luonto valmistaa polymeerejä, jotka voidaan jalostaa muoveiksi. Tällöin puhutaan biomuoveista. Periaatteessa kaikki biologiset makromolekyylit kelpaavat biomuovien valmistukseen, mutta tällä hetkellä niitä tehdään eniten tärkkelyksestä, sokereista ja selluloosasta. Kaikesta tuotetusta muovista biomuoveja on vain 1 %[3], mutta osuus kasvaa nopeasti. Tunnettuja esimerkkejä ovat Coca Colan ja Pepsin bioPET-pullot, tai maitopurkkien sokeriruokoraaka-aineesta valmistetut biomuoviset korkit. Valmistustekniikoista riippuen biomuovi eroa paljon, jonkin verran tai ei ollenkaan perinteisestä muovista. Suurimmat haasteet ovat biomuovien kierrätyksen järjestämisessä yhdessä perinteisten muovien kanssa. VTT kehittää mm. “styroksin” eli paisutetun polystyreenin valmistamista PLA-biomuovista (polylaktidi).

Biotalouden haasteet, ja askeleita eteenpäin

Appelsiinilla on ideaalinen luonnon tekemä pakkaus; kuori. Kuori on niin luja, että se sallii appelsiinien kuljettamisen pitkiä matkoja ilman vaurioita ja suurempaa tarvetta heittää vaurioituneita hedelmiä pois. Samalla logiikalla pakkaus voidaan kasvattaa lähellä ruoan tuotantoa. Tämä on biopakkaamisen ydinajatuksia. Tulevaisuudessa maa- tai metsätalouden sivuvirrat voidaan jalostaa pakkauksiksi lähellä ruoan tuotantoa ja sen jalostusta, jolloin vältytään pitkiltä kuljetusmatkoilta, työllistetään paikallisesti ja hyödynnetään materiaalivirtoja.

VTT on juuri aloittamassa YK:n elintarvike- ja maatalousjärjestön (FAO) tilaamaa kansainvälistä projektia tähän teemaan liittyen. Projektin ajatuksena on valita ruokaketju ja analysoida sen ruokahävikki-, pakkausmateriaali- ja maatalouden sivuvirrat ja muotoilla näistä lähtökohdista eritasoisia ratkaisuja soveltaen biopakkaamista. Myös kansallisia projekteja on suunnitteilla.

Suurin haaste biomassaa hyödyntävälle biotaloudelle on se, että niin sanottua mustaa hiiltä ei voi korvata samassa mitassa vihreällä hiilellä. Luonnon kestokyky, monimuotoisuus ja biomassan määrä eivät salli sitä, että nykyisen kaltainen kulutus yritetään korvata biomassapohjaisilla energialla ja materiaaleilla. Luonto ei siis tuota kaikkia ihmiskunnan toivomia ja tarvitsemia aineita halutussa määrin tai ei ollenkaan. Siksi ollaan rakentamassa teknisillä menetelmillä synteettisiä organismeja, jotka pystyvät tähän tuotantoon teollisessa mittakaavassa. Tätä nousevaa alaa kutsutaan synteettiseksi biologiaksi, ja se jatkaa geeni- ja bioteknologian perinteitä. Synteettinen biologia ei kuitenkaan ratkaise perusongelmaa, liian suurta tarvetta suhteessa mahdollisuuksiin. Biomassa ei riitä kaikkeen, jollei kulutusta saada alas.

Jotta päästään aidosti kestävään biotalouteen, edessä on siis väistämättä elämänmenon paikallistuminen, vähäisempi kuluttaminen ja monella tavalla tehokkaampi resurssien käyttö. Uusiutuvia resursseja kuten biomassaa tullaan tulevaisuudessa käyttämään tehokkaammin, mutta käyttö ei saa olla rajoitteetonta. Kuluttajan on todellakin perusteltua vaatia, että konvehtipakkaus on yksinkertaisempi.

Sara Paunonen,

Erikoistutkija


Lue Sara Paunosen aikaisempi blogikirjoitus aiheesta: 
Ruokajäte on silkkaa resurssien tuhlausta

Lähteet:

[1] Pardos Marketing, Market trends and developments in packaging, EMAP, Brussels, 2001.

[2] Pakkausalan ympäristörekisteri PYR Oy, Pakkausten kierrätystilastot, 2012.

[3] The European Bioplastics, http://en.european-bioplastics.org/

Biotalous muuttaa lautasmallia – vai muuttaako?

Amu_Blogi

Ruoan ja rehun riittävyys ja hyvä laatu ovat globaaleja haasteita, joihin biotalouden näkökulmien avulla haetaan kestäviä ratkaisuja. Ulottuvatko biotalouden vaikutukset meidän jokaisen tavallisen kuluttajan lautaselle ja jääkaappiin?

Kun Suomessa puhutaan biotaloudesta, se harvemmin yhdistetään jokapäiväiseen leipäämme.

Täällä metsien keskellä unohtuu, että biotalousnäkökulmamme on eurooppalaista marginaalia. Suomea etelämpänä keskiössä ovat pellot, ruoan kestävä tuotanto ja agroketjun sivuvirtojen hyödyntäminen.

Mitkä ovat eurooppalaisen kuluttajan proteiinilähteet tulevaisuudessa? Millä ruokimme maatilojen eläimet?

Jotta ruoka riittäisi maapallon kasvavalle väestölle, tarvitaan tehokkaita ja uudistavia keinoja peltojen ja vesien valjastamiseksi ravinnon tuottoon. Pula proteiinista on maailmalaajuisesti suuri.  Kehittyvien maiden ruokatottumusten muuttuessa länsimaiseen suuntaan, lihan kulutus kasvaa. Tämä johtaa proteiinitasapainoa entistä huonompaan suuntaan: eläinperäisen proteiinikilon tuottaminen vaatii huomattavasti enemmän erilaisia panoksia kuin kasviperäisen proteiinikilon kasvattaminen.

Euroopassa vallitsee yltäkylläisyys, mutta olemme esimerkiksi eläinrehun proteiinin osalta hyvin paljon tuontitavaran varassa.  Eurooppalaisessa biotalousstrategiassa omavaraisuus ja huoltovarmuus ovat viimeaikaisten tapahtumien seurauksena nousseet keskeiseksi teemaksi.

Ruoka on tärkeä osa identiteettiämme.

Ruoka on muutakin kuin proteiinitankkausta ja muiden tarpeellisten rakennusaineiden kauhomista kehoon. Ruokaan liitetään intohimoja, arvoja, epäilyjä ja pelkoja. Moni länsimainen kuluttaja erottautuu ruokavalintojensa avulla ja tuo sen avulla esille omia arvojaan. Joillekin kuluttajille se merkitsee kivikautisen ruokavalion noudattamista, joillekin vegaaniruokavaliosta tai karppaamista. Ruokaan hartaasti suhtautuvia hifistelijöitä on jo iso joukko.

Toisaalta moni nappaa elintarvikkeet hyllyltä sen kummempia pohtimatta tai hinnan perusteella – valintaan ei vaikuta ruoan eettisyys, kotimaisuus, jäljitettävyys, terveellisyys tai ympäristöystävällisyys.

Jotain uutta, jotain vanhaa

Olen usein määritellyt biotalouden erilaisten arvojen kohtaamisalustana, jossa yhdistyvät teknologia, insinööritieteet, vihreät arvot sekä kestävä kehitys. Jälkimmäinen ei tarkoita vain ympäristöön liittyviä näkökulmia vaan myös sosiaalisesti ja taloudellisesti kestävää toimintaa.

Biotalousajattelussa minua kiehtoo uuden ja vanhan kietoutuminen yhteen.  Biotalouden kantavia voimia ovat raaka-aineiden entistä tehokkaampi käyttö sekä uudenlaiset raaka-ainevirrat ja -kierrot.  Uutta ovat myös yhteistyövaatimukset, jotka rikkovat perinteisiä toimialasektoreita.

Biotalous edellyttää aiempaa laajempaa yhteistyötä eri toimialasektoreiden välillä, jotta syntyy uusia arvoketjuja. Itse raaka-aine voi olla tuttu ja teknologia hyväksi havaittu.  Prosessit ja laitteet kaipaavat päivitystä biotaloutta varten, mutta arvoketjun perusprosessi voi toimia hyvin samalla tavalla kuin ennenkin.

Höttöhiilareista takaisin kivikauden ruokavalioon?

Luontaistalouden aikakaudella suomalaisten perusruokavalio koostui usein ohrasta valmistetusta puurosta ja vellistä, perunasta, juureksista, säilötyistä marjoista ja sienistä.  Liha, kala ja maitotuotteet olivat enemmänkin juhlien herkkuja.  Teollistumisen aikakaudella aina meidän päiviimme saakka, ruokavaliossa on lisääntynyt jalostetun ruoan määrä. Valkoinen jauho ja siitä leivottu leipä tai puristettu pasta olivat teollistumisen alussa luksusta ja maistuvat edelleenkin länsimaisessa ruokavaliossa.

Oma lukunsa ovat höttöhiilareita ja lohtua uupuneelle tarjoavat pikaruoat, virvoitusjuomat ja snack-tuotteet, jotka ovat valloittaneet tilaa ruokalautaselta. Nykyään kaikki hyvin tietävät, miltä terveellinen lautanen näyttää, mutta yhä edelleen vihannesten, hedelmien, marjojen ja kuidun osuus on ruokavaliossamme huomattavasti suosituksia pienempi.

Biotalouden malliruokalautanen nostaa ruokavalion perustaksi historiallisia elementtejä: viljat, marjat, siemenet ja pavut ovat biotalouden voimaruokaa.  Eettisesti tuotetut eläinkunnan tuotteet täydentävät ruokavaliota.  Eksoottisuutta eivät tuokaan enää uudenlaiset mausteet, vaan uudet proteiinilähteet, kuten hyönteiset ja levä- tai mikrobiperäinen proteiini.

Elintarviketeollisuuden haaste on valmistaa näistä kuluttajaa houkuttelevia tuotteita arjen ruokapöytään.

Terveellistä, turvallista ja kestävää mutta kuitenkin hyvänmakuista ruokaa

Yksi haaveistani on, että biotalous puhdistaa lisäaineiden maineen: yhä useampi tulevaisuuden lisäaine on kasviperäisen raaka-aineen luonnollinen komponentti, jota osataan älykkäästi käyttää elintarvikkeen laadun ja turvallisuuden parantamisessa.

Toinen haaveeni on, että ruokalautasellemme päätyy niitä terveellisiä kasvin osia, jotka nyt kuskataan possujen ja muiden tuotantoeläinten ravinnoksi.

Tämä kaikki kuitenkin niin, ettei tulevaisuudessa tarvitse hampaat irvessä syödä terveellisiä elintarvikkeita, vaan ne ovat suussa sulavia hyvän olon tuojia samalla, kun niiden perusta on terveellinen ja kestävä.

 

Anu Kaukovirta-Norja

Liiketoiminnan operatiivinen johtaja

 

Puusta pitkälle

Ali Harlin_edit

Muinaissuomalainen katsoi puuta ja etsi käteen sopivaa oksanhaaran muotoa, lankarullatehtailija oksatonta puuta, paperin tekijä pitkää kuitua ja kasvihuonekaasuja välttelevä insinööri biohiiltä. Tarpeiden muuttuessa voimme katsoa puuta jälleen uudella tavalla.

Tieteen avulla voimme ymmärtää puun rakenteen entistä syvällisemmin. Tekniikan tehtävänä on muuntaa tiede taloudelliseksi menestykseksi.

Hakkuuylijäämä euroiksi

Puun hakkuuylijäämää meillä on niin paljon, että jos ladomme sen kuusi metriä korkeana tukki- ja rankapinona Helsingin rautatieasemalta kiskoille toinen pää ohittaa Kemijärven aseman. Tuon pinon arvo polttopuuksi laskettuna vastaa viidenkympin seteleinä niputettuna kasaa, jolla voidaan tilkitä Eduskuntatalon pilareiden väli. Mutta jos teemme tuosta määrästä lisäarvoisia materiaaleja, voisimme peittää koko talon näkyvistä setelinipuilla.

Lisäksi puuvillaa korvaavia tekstiilejä valmistamalla vapauttaisimme peltoa 30 miljoonan ihmisen ruokkimiseen ja estäisimme parin maamme kokoisen aavikon syntymisen.

Selluloosan seinämät fibriileiksi tai kiteiksi

Selluloosan soluseinän rakenteen selviäminen on johtanut useisiin edistysaskeliin. Viimeisen vuosikymmenen nano-näkökulma avasi puusta fibriilien tason. Ne ovat elementtejä, jotka muodostavat kiertyen selluloosakuidun soluseinän.Rakenne tunnettiin jo aikaisemmin, mutta halu tuottaa nano-materiaaleja johti teknologian kehitykseen niin, että nyt voimme vapauttaa fibriilit mielekkäällä energiamäärällä.

Fibriilit mahdollistavat puusta aivan uudenlaisia tuotteita ja lisäaineita – esimerkiksi hienojakoista ja muovinkaltaista paperia, tai tekstiilikuitua vastaavaa maailman hienointa paperinarua. Pienetkin fibriili-määrät parantavat muovien sitkeyttä ja lujuutta. Ne estävät maalien ja mehujen laskeutumista sekä parantavat sementin koostumusta jne.

Syövyttämällä selluloosaa hallitusti saadaan talteen kuitujen seinämän nano-kokoiset kiteet. Ne osaavat järjestyä toisiinsa nähden ja rakentaa itsenäisesti uusia materiaaleja. Kiteet kääntävät valoa ja muodostavat värejä. Kiteinen materiaali voi parantaa vaikkapa seosten eristyskykyä ja lujuutta.

Puusta kierrätettävää tekstiiliä

Toinen esimerkki vihreän kemian kehityksestä liittyy selluloosan turvottamiseen ja liuottamiseen. Entsyymien kehittyminen on mahdollistanut erittäin tarkan tavan soluseinän rakenteen avaamiseen. Toisaalla ionisten ja eutektisten liuottimien kehitys mahdollistaa selluloosan erittäin tehokkaan ja ympäristöystävällisen muuttamisen juoksevaan muotoon. Tämä johtaa meidät harkitsemaan uudelleen tekstiilien valmistamista puusta. Uudet selluloosaliuottimet mahdollistavat esimerkiksi täysin kierrätettävät tekstiilit.

Soluseinämän hallittu turvottaminen mahdollistaa tehokkaan tavan viedä kemikaaleja rakenteen sisään ja muokata sitä. Esimerkiksi kytkemällä etikkahappo selluloosan runkoon saadaan lämmöllä sulavaa materiaalia eli selluloosapohjaista muovia. Toisilla kemikaaleilla voimme parantaa selluloosan vesiliukoisuutta tai halua sitoutua toisiin aineisiin, mikä mahdollistaa selluloosan käytön öljypohjaisten apuainepolymeerien tilalla.

Puretaan soluseinät sokereiksi

Kolmantena esimerkkinä soluseinä voidaan purkaa entsyymien avulla myös sokereihin, josta voi tuottaa alkoholia vaikkapa autojen polttoaineeksi puuttumatta ruokavarantoon. Puun sokerit mahdollistavat paljon korkeampiarvoistenkin molekyylien valmistuksen. Sellainen on esimerkiksi FDCA eli furaanidikarboksyylihappo, jolla voidaan korvata pakkausten ja tekstiilien polyesterin aromaattinen öljypohjainen pääkomponentti. Samalla saavutetaan muovi, jonka lujuus ja kyky pitää kaasut sisällään ovat nykyisiä parempia.

Metsäteollisuudesta kohti biotaloutta ja kiertotaloutta

Metsäteollisuutemme ei voi jatkaa pelkän volyymin varassa.  Uudet prosessit tarjoavat edullisia menetelmiä jalostaa puuta aivan uusiksi korkean lisäarvon omaaviksi tuotteiksi. Siinä sivussa tulemme muuttaneeksi myös talouden rakenteita. Mielemme on kääntymässä metsäteollisuudesta kohti biotaloutta. Tässä biotalous tarkoittaa bioraaka-aineesta saatavan hyödyn lisäämistä ja sen arvon maksimointia. Samalla myös kulutuskäyttäytymisemme voi muuttua enemmän kohti kiertotaloutta ja kulutuksen jalanjäljet pienentyä kestävämmälle tasolle.

Uuden talouden sijoitusmahdollisuudet ovat toki tuoneet useille suuriakin voittoja, mutta samaan aikaan meillä on vanhassa teollisuudessa kiinni pääomia, joiden tuotto vain heikkenee. Muutama yritys on selvästi jo heräämässä tähän ja ilmoittanut pitkästä aikaa investoinneista.

Lainatakseni Ensio Miettistä:

”Meillä on nyt tietoa ja pääomia enemmän kuin koskaan historiamme aikana, mutta me tarvitsemme vahvemman uskon tulevaisuuteen.”

Uuden teknologian hyödyntäminen on aina riski, mutta ilman riskiä ei ole myöskään voittoa. Nyt on taas aika siirtyä ajassa eteenpäin ja uudistua − kestävästi!

 

Ali Harlin

Tutkimusprofessori

VTT järjestää biotalous-aiheisen keskustelutilaisuuden Porissa 15.7. osana SuomiAreena-tapahtumaa. Miksi annamme maataloustuotteiden parhaat palat possuille? Kannattaako vihreä kulta polttaa poroksi? Miten biotalouden kassavirta käännetään Suomeen? Tule mukaan kuuntelemaan ja keskustelemaan!