Sekundäärimateriaaleissa piilee hyödyntämätön potentiaali

Kiertotalouden näkökulmasta suuressa osassa tuotteita olisi vielä merkittävästi parannettavaa erityisesti materiaalivalintojen ja suunnittelun osalta. Lisäksi sekundäärimateriaaleissa piilee hyödyntämätön potentiaali.

Trendit vaikuttavat tuotteen kiertoon

European Environment Agency[1] on tuoreessa raportissaan ”Circular by Design”[2] arvioinut tuotetrendien vaikutusta materiaalin kiertoon. Raportti tuo esiin positiivisena trendinä modulaarisen suunnittelun, joka lisää tuotteiden elinikää helpon uudelleenvalmistuksen ja korjattavuuden ansiosta. Muita kiertotaloutta tukevia trendejä ovat tuotteiden ympärille kehitettävät palvelut ja jaettu käyttö.

Kiertotaloutta taas hidastavat tuotteiden monimutkaisuus, kompleksisuus ja toiminnallisuus. Toisaalta toiminnalliset materiaalit saattavat tehostaa materiaalin käyttöä, mutta yleisesti heterogeeniset ja kompleksiset materiaalit ja rakenteet ovat haasteellisia käyttää uudelleen ja kierrättää. Toisin sanoen kompleksisuuden ja funktionaalisuuden lisääntyminen haittaa usein materiaalien kiertoa.

3D-tulostus, esineiden internet ja kierrätysmarkkinoiden kehitys ovat esimerkkejä ”kuumista” trendeistä, joiden kohdalla vaikutukset jäävät EEA:n raportin mukaan vielä epäselviksi. Näistä trendeistä löytyy sekä positiivisia että kiertotalouden kannalta haastavia tekijöitä:

  • 3D-tulostus eli ainetta lisäävä valmistus mahdollistaa paikallisen tuotannon ja lisää materiaalitehokkuutta, mutta toisaalta räätälöidyt tuotteet voivat vaikeuttaa jaettua käyttöä ja monimateriaalituotteet materiaalin kierrätystä.
  • Esineiden internet mahdollistaa esimerkiksi tuotteiden seurantaa ja tuoteinformaation hallinnan, mutta voi johtaa monimutkaisempiin tuotteisiin ja kriittisiin materiaaleihin.
  • Kierrätysmarkkinat tukevat kierrätykseen liittyviä liiketoimintamalleja, mutta voimavarojen kohdistaminen kierrätykseen voi vähentää kannustimia tuotteiden ja materiaalien uudelleenvalmistukseen ja uudelleenkäyttöön.

Ei unohdeta sekundäärimateriaaleja

Olisiko edellä mainittujen trendien lisäksi hyvä tunnistaa sekundäärimateriaalien potentiaali?

Sekundääriraaka-aineilla ei ole yleistä määritelmää, mutta tyypillisesti ryhmään luetaan jätteet (esim. kaivosteollisuuden rikastushiekat), sivuvirrat ja sivutuotteet (esimerkiksi kuonat ja tuhkat) sekä muun valmistuksen ja prosessoinnin jäännösmateriaalit, tuotteiden eliniän aikaiset poistomateriaalit ja elinkaaren lopussa olevat tuotteet ja niiden materiaalit.

Jätteetön tuotanto ei aina ole mahdollista, sillä nykyisillä tuotantoprosesseilla syntyy jätettä tai sivutuotetta. Yllättävää saattaa olla todellisen hukkamateriaalin suuri määrä, varsinkin jos tuotannossa syntyy paljon sivuvirtoja suhteessa päätuotteeseen. Esimerkiksi raportin ”Growth within: a circular economy vision for a competitive Europe”[3] mukaan tavoitamme vain 5 % alkuperäisestä raaka-aineen arvosta ensimmäisen käyttökierron jälkeen. Aiommeko todellakin unohtaa hukkamateriaalit? Kestävyydestä ja ilmastosta puhuttaessa kiinnostus keskittyy usein kaasumaisiin ilmakehän päästöihin. Mutta entä kiinteät ”päästöt”?

Kannattaisiko meidän muuttaa näkemystämme tästä ”hukkamateriaalista” ja kutsua sitä tästä lähtien raaka-aineeksi tai materiaaliksi?

Voimmeko nostaa samalla rimaa? Sen lisäksi, että käytämme sekundäärimateriaalia esimerkiksi maanparannuksessa, tienrakennuksessa ja täyteaineena, voimme tähdätä korkean arvon materiaaleihin ja tuotteisiin tasavertaiseksi primäärimateriaalien rinnalle.

Ajatus hukkamateriaalin käytöstä ja hyödyntämisestä varsinkin toiminnallisena materiaalina on hyvä, mutta toteuttamisessa on edelleen suuria haasteita ja jopa uhkia, kuten mahdolliset myrkylliset ja vaaralliset ainesosat.

Hyötykäyttö vaatii osin muutosta ajattelutapaan, tutkimusta ja kehitystyötä, tieteellistä osaamista sekä pilottilinjoja kehityksen kaupallistamiseksi. Yhtä tärkeää on innostus, sitoutuminen, turvallisuusnäkökohdat, riittävä osaaminen ja kyky nähdä uusien avausten mahdollisuudet markkinoilla.

Ideoinnin ja teknisten haasteiden lisäksi meillä on luottamukseen, lainsäädäntöön tai verotukseen liittyviä haasteita, joiden ratkaiseminen riippuu yhteisestä tahtotilasta.

Materiaalitiedettä CloseLoop-projektissa

Tutkimme VTT:llä ratkaisuja kiertotalouteen ja suunnittelustrategioihin Suomen Akatemian strategisen tutkimuksen neuvoston CloseLoop-projektissa[4]. Tehtävämme on etsiä sekundääriraaka-ainetta korkean lämpötilan kestävään materiaaliin, sähkönjohtavaan materiaaliin sekä huokoiseen keraamiin. Tutkimuksen kohteena näihin sovelluksiin on alumiiniteollisuuden sivuvirta ja sähkö- ja elektroniikkaromun metallien talteenotossa syntyvä liuos sekä jäännösmateriaali. Kaikilta edellä mainituilta sovelluskohteilta ja niissä käytettäviltä materiaaleilta vaaditaan erityisiä teknisiä ominaisuuksia ja toiminnallisuutta. Tutkimme ja myös demonstroimme, miten sekundäärimateriaaleilla päästään primäärimateriaalien ohella korkean arvonsovelluksiin, jotta voimme tulevaisuudessa nähdä nämä materiaalivirrat varallisuutena eikä vain hukkamateriaalina.

Päivi Kivikytö-Reponen VTT

Päivi Kivikytö-Reponen
erikoistutkija
Twitter: @PaiviKivikyto

[1] https://www.eea.europa.eu/

[2] https://www.eea.europa.eu/publications/circular-by-design

[3] https://www.ellenmacarthurfoundation.org/assets/downloads/publications/EllenMacArthurFoundation_Growth-Within_July15.pdf

[4] http://www.closeloop.fi/

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

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