Water means life and smart water means better life

 

Water is the basis of life and essential for all life and processes we know. The availability of water and its purity have been considered self-evident, and that is what they used to be. In Finland, we have had plenty of water and, we have learnt how to purify and recycle it and redistribute it as clean water to consumers. Naturally, we have faced some challenges along the way, and there are good reasons to be concerned about water on a continuous basis.

The world around us is changing and we are facing new challenges, such as climate change, security threats, increase in water consumption and, consequently, the sufficiency of water supplies. At that point, the existing solutions will not suffice, and they will not guarantee functional and successful societies.

Worldwide, agriculture currently uses 70% of all pure water consumed for irrigation purposes. Cracked soil, dried vegetation and famine are matters we mostly know from news from Africa. However, climate change researchers are already warning us about the increasing aridity in Europe as well. The Iberian Peninsula is becoming desert. The areas north of the Mediterranean and even Central Europe have already suffered from lack of water.

According to climate forecasts, Finland will have areas suffering from drought as early as in the 2030s if and when the current development continues.

Still, the world mostly consists of water. To establish that, all we need to do is examine the Earth from the direction of the Pacific Ocean. What we primarily lack is potable fresh water. Within the EU, there has been talk that instead of addressing the status of water in general, we should discuss various levels of purity and water suited for different uses.

Industrial processes and irrigation do not always require water suited as drinking water. It is more sensible to recycle water from one use to another, and to purify it only when necessary. With consecutive uses, the same water suffices for several users. The condition for doing so is that it is possible to analyse the water quality rapidly and precisely, and that the necessary purification processes are sufficiently good for each need. Even as it is, it is already possible to purify poor-quality waste water or sea water into potable water, and closed-loop water recycling is also often possible.

The water raining on the fields is free of charge, but all other water bears costs in the form of pipes, pumps, valves and, first and foremost, the energy needed to transfer it. This has an impact on food prices. Of course, irrigation may bring some benefits as well. When the amount of water is optimised to meet the needs of the plants, and water is used for spreading nutrients and the necessary chemicals, the quantity and quality of the crops will improve. It also enables production in controlled indoor facilities and, for example, in urban environments close to the consumers in accordance with the concept of urban farming.

In irrigation, the current trend is to go towards needs-based irrigation. The objective is simple: irrigating where water is needed, when it is needed and only to the extent that plants can use it.  As a result, the plants will do better, the crops will get bigger and their quality will improve, and the water and energy consumption will decrease.

Unfortunately, this is not yet easy, nor sufficiently cost-effective. The amount of water needed by a plant and the timing of irrigation measures may vary greatly. Even in the same field, there may be areas requiring different treatment. Recognising such areas, monitoring the need of water of the plants grown in them and the planning of necessary irrigation taking also account of the impacts of weather is a highly demanding entity that requires extensive use of sensors and understanding of the data collected. A targeted supply of water also requires an adaptable irrigation system.

The hype words of the ICT world − IoT, artificial intelligence, big data and digitalisation − have made a very strong entry into the field of water management and irrigation control as well. They will bring intelligence and efficiency to the use and recycling of water that are necessary for saving fresh water.

Water is something the whole world has in common, and the EU is also paying increasing attention to it. VTT is involved in the EU’s ICT4Water cluster and the European Water Technology Platform (WssTP), defining common targets of development and a common roadmap for generating smart services related to water. In addition to technological development, the efforts include a lot of business activities and measures supporting the mainstreaming of solutions. Only technology that is in use matters. In the big picture, ensuring that everyone has access to sufficient amounts of water is one of our most essential things.

Practical measures are also needed. As part of the H2020 programme, VTT leads the SWAMP project (Smart Water Management Platform [for Precision Irrigation]), a joint venture between the EU and Brazil. It develops and tests automatic precision irrigation solutions and water management for different purposes in different environments on the shores of river Po in the Brazilian Highlands. The project develops solutions for measuring the situation of the soil and plants, analysing how much water the plants need and smart control of irrigation so that as many of the drops of water pumped to the fields as possible end up for the purpose of producing crops of higher quality and quantity.

Water is the basic condition of life. The sufficiency of fresh water is a challenge. Smart systems enhance the use of water to make smaller amount of high-quality water last for a larger group of people. Once the solutions can be rendered affordable and scalable, they can be made available to everyone. For providing a better life.

Read more:  VTT policy brief  – Towards a resilient society with smart water solutions

jpsoininen.jpg
Juha-Pekka Soininen
Principal Scientist
juha-pekka.soininen(a)vtt.fi

 

 

Vesi on elämä ja älykäs vesi on parempaa elämää

Vesi on elämän perusta ja välttämätöntä kaikelle tuntemallemme elämälle ja toiminnalle. Veden saatavuutta ja sen puhtautta on pidetty itsestään selvänä ja sitä se on ollutkin. Suomessa vettä on riittänyt ja sitä on opittu puhdistamaan, kierrättämään ja jakelemaan puhtaana kuluttajille. Haasteita on matkan varrella tietysti ollut ja vedestä onkin syytä olla jatkuvasti huolissaan.

Maailma ympärillä muuttuu ja uusia haasteita kuten esimerkiksi ilmastonmuutos, turvallisuusuhat, veden käytön kasvu ja sen mukaan riittävyys tulee vastaan. Nykyiset ratkaisut eivät silloin enää riitä, eivätkä ne takaa yhteiskunnan toimintaa ja menestystä.

Maailmanlaajuisesti maatalous käyttää kasteluun 70 % jo nyt käytetystä puhtaasta vedestä. Halkeilleet pellot, kuivuneet kasvit ja nälänhätä ovat meille tuttuja lähinnä uutisista Afrikasta. Ilmastonmuutoksen tutkijat ovat kuitenkin jo varoittamassa lisääntyvästä kuivuudesta myös Euroopassa. Iberian nimimaa on aavikoitumassa. Välimeren pohjoispuolella ja Keski-Euroopassakin on jo kärsitty vesipulasta.

Ilmastoennusteiden mukaan Suomeen on luvassa kuivuudesta kärsiviä alueita jo 2030-luvulla, jos ja kun nykymeno jatkuu.

Maailma on kuitenkin suurimmaksi osaksi vettä. Sen toteamiseksi riittää, kun katsoo maapalloa Tyynen valtameren suunnasta. Pulaa on lähinnä juomakelpoisesta makeasta vedestä. EU:n piirissä on puhuttu, että pelkän veden asemasta tulisi keskustella puhtausasteista ja eri tarkoituksiin käytettäväksi soveltuvasta vedestä.

Teollisissa prosesseissa ja maatalouden kastelussa ei tarvita läheskään aina juomavedeksi kelpaavaa vettä. On järkevämpää kierrättää vettä käyttötarkoituksesta toiseen ja puhdistaa sitä vain tarvittaessa. Peräkkäisellä käytöllä saadaan sama vesi riittämään monelle käyttäjälle. Edellytyksenä on, että veden laatu pystytään analysoimaan nopeasti ja tarkasti ja että tarvittavat puhdistusprosessit ovat kuhunkin tarpeeseen nähden riittävän hyviä. Sinällään jo nyt huonolaatuisestakin jätevedestä tai merivedestä puhdistetaan juomakelpoista vettä ja suljettu veden kierrätyskin on usein mahdollista.

Pellolle satava vesi on ilmaista, mutta kaikki muu vesi maksaa putkina, pumppuina, venttiileinä ja ennen kaikkea siirtämiseen kuluvana energiana. Tällä on vaikutusta ruuan hintaan. Keinokastelulla voidaan toki saada etuakin. Kun veden määrä optimoidaan kasvien tarpeita vastaavaksi ja vettä käytetään ravinteiden ja tarvittavien kemikaalien levitykseen, paranee sadon määrä ja laatu. Se myös mahdollistaa tuotannon kontrolloiduissa sisätiloissa ja vaikkapa kaupunkiympäristössä lähellä kuluttajia urbaanin maanviljelyn konseptin mukaisesti.

Trendinä keinokastelussa on mennä kohti tarpeen mukaista kastelua. Tavoite on yksinkertainen: kastellaan siellä missä vettä tarvitaan, silloin kun sitä tarvitaan ja vain sen verran kuin kasvit voivat vettä hyödyntää.  Tuloksena saadaan paremmin voivia kasveja, suurempi ja paremman laatuinen sato sekä säästöä käytetyn veden ja energian määrässä.

Valitettavasti tämä ei ole vielä helppoa eikä aina kustannuksiltaan riittävän edullista. Kasvin tarvitseman veden määrä ja kastelun ajoittaminen voivat vaihdella hyvinkin paljon. Saman pellon sisälläkin saattaa olla alueita, joita on hoidettava eri tavoin. Tällaisten alueiden tunnistaminen, niillä olevien kasvien veden tarpeen seuranta ja tarvittavan kastelun suunnittelu ennakoiden myös sään vaikutukset ovat vaativa kokonaisuus, joka edellyttää kattavaa anturointia ja kerättävän datan ymmärtämistä. Myös veden toimittaminen kohdennetusti edellyttää mukautuvaa kastelujärjestelmää.

ICT:n hype-sanat IoT, tekoäly, big data ja digitalisaatio ovat tulleet voimalla myös veden hallintaan ja keinokastelun ohjaamiseen. Niiden avulla saadaan veden käyttöön ja kierrätykseen älykkyyttä ja tehokkuutta, jota tarvitaan makean veden säästämiseksi.

Vesi on koko maailman yhteinen asia, joka on saamassa suurempaa huomiota myös EU:ssa. VTT on mukana EU:n ICT4Water-klusterissa ja WssTP:ssä (European Water Technology Platform) määrittelemässä yhteisiä kehityskohteita ja yhteistä tiekarttaa älykkäiden veteen liittyvien palvelujen aikaansaamiseksi. Teknologiakehityksen lisäksi tässä on mukana paljon liiketoimintaa ja ratkaisujen yleistymistä tukevia toimia. Vain käytössä olevalla teknologialla on merkitystä. Veden riittävyyden varmistaminen kaikille on isossa kuvassa yksi tärkeimmistä asioistamme.

Tarvitaan myös käytännönläheisiä toimia. VTT vetää H2020-ohjelmassa EU-Brasilia yhteishanketta SWAMP (Smart Water Management Platform [for Precision Irrigation]). Siinä kehitetään ja kokeillaan automaattisia täsmäkasteluratkaisuja ja veden hallintaa erilaisiin tarkoituksiin erilaisissa ympäristöissä Po-joen rannoilta Brasilian ylängöille. Hankkeesta saadaan ratkaisuja maaperän ja kasvien tilanteen mittaamiseen, kasvien veden tarpeen analysointiin ja kastelun älykkääseen ohjaamiseen niin, että mahdollisimman moni pellolle pumpattu vesipisara päätyy laadulta ja määrältä paremman sadon tuottamiseen.

Vesi on elämänehto. Makean veden riittävyys on haaste. Älykkäät järjestelmät tehostavat veden käyttöä, niin että vähempi ja parempilaatuinen vesi riittää isommalle joukolle ihmisiä. Kun ratkaisut saadaan edullisiksi ja skaalautuviksi, ne voidaan viedä kaikille. Tuottamaan parempaa elämää.

Lue lisää: VTT policy brief  – Towards a resilient society with smart water solutions

jpsoininen.jpg
Juha-Pekka Soininen
Principal Scientist
juha-pekka.soininen(a)vtt.fi

 

 

Mistä löytyvät tulevaisuuden kasvualueet Suomelle? VTT:n majakat näyttävät monta mahdollisuutta

Maailmalla seurataan ja tutkitaan paljon megatrendejä ja ilmiöitä sekä koetetaan arvioida tulevaisuuden kehityssuuntia. Rohkeimmat kertovat luovansa tulevaisuutta. Näin myös me VTT:llä teemme. Tässä blogissa strategiapäällikkö Sanna Tuominen kertoo, miten VTT on hakenut – ja löytänyt – tulevaisuuden kasvumahdollisuuksia Suomelle. Niistä hyötyy koko maailma.

VTT lähti liikkeelle megatrendeistä ja yhteiskunnan isoista haasteista. Näitä muutosvoimia on lukuisia, ja ne ovat eri lailla skaalautuvia. Esimerkiksi Yhdistyneet kansakunnat on listannut parisen kymmentä ihmiskunnan isoa haastetta ja sopinut monikansallisen konsortion kanssa 17 kestävän kehityksen tavoitetta. Suomella on paljon tarjottavaa tällaisiin tavoitteisiin, ja tietyt aihealueet tarjoavat suomalaiselle osaamiselle todellisia mahdollisuuksia elinkeinoelämän piristämiseen ja viennin kasvattamiseen. Mutta miten löytää ja valita kaikkein potentiaalisimmat kasvualueet?

Majakat valaisevat tietä kohti tulevaisuuden kasvua

Strategiatyössä tarkastelimme, miten yhteiskunnan haasteet muutetaan Suomen kasvun mahdollisuuksiksi. Mietimme yhdessä sidosryhmien kanssa, mitkä ovat Suomen vahvuuksia. Seuraavaksi pohdimme, miten kasvua voi kiihdyttää teknologisilla innovaatioilla.

Kuten visioommekin on kirjattu, me VTT:llä uskomme, että kirkkaampi tulevaisuus luodaan tieteeseen perustuvien innovaatioiden avulla. Strategiatyössä tunnistetuista mahdollisuuksista piirrettiin laajoja karttoja, jotka ryhmiteltiin uudelleen yhteiskunnan haastealueiden alle. Näin syntyi viisi fokusaluetta, joita kutsumme majakoiksi:

  • Tulevaisuuden ilmasto – puhdasta energiaa
  • Resurssien riittävyys – resurssiviisaus takaa menestyksen
  • Hyvä elämä – elämänlaatua ja hyvinvointia
  • Kokonaisturvallisuus – varmuutta muuttuvassa maailmassa
  • Teollisuuden uudistuminen – mahdollisuuksia innovaatioiden avulla
majakat_VTT

Kuva: VTT:n valitsemat majakat ja mahdollisuudet Suomelle.

Tule mukaan muuttamaan maailmaa

Yhteiskunnan suuria haasteita ei mikään toimija ratkaise yksin. VTT on majakkatyöllään valinnut fokusalueita, joilla se haluaa yhteistyössä elinkeinoelämän muiden toimijoiden kanssa ratkaista valittuja globaaleja haasteita. Näillä alueilla Suomella on kansallisia vahvuuksia. Ekosysteemit ja uudenlaiset yhteistyömallit mahdollistavat haastelähtöisen työmme kohti kestäviä ratkaisuja.

Majakoiden haasteita ja niistä löytyviä kasvun mahdollisuuksia kuvaamme VTT Lighthouses – growth opportunities for industry and society -julkaisussa. Se on vapaasti kaikkien luettavissa. Tutustu ajatuksiimme ja tule mukaan tekemään muutosta paremman tulevaisuuden luomiseksi.

Lisäksi meiltä on tulossa Suomen kasvun mahdollisuuksista podcast-sarja, joka avaa tarkemmin lähestymistapaamme ja mahdollisuuksien aihealueita. Seuraa VTT:n sosiaalisen median tilejä, niin kuulet tästä tarkemmin!

tuomistosanna
Sanna Tuominen

Strategiapäällikkö, VTT
sanna.tuominen(a)vtt.fi
Twitter: @SannaPTuominen

P.S. VTT järjestää viisi kutsuvierastilaisuutta (Beyond the Obvious – Growth Labs) majakkateemoista. Ensimmäinen tilaisuus 4.6.2018 käsittelee Tulevaisuuden Ilmasto -majakan haasteita ja mahdollisuuksia. Key note -puhujana on liikenne- ja viestintäministeri Anne Berner.

Teollisuuden vesitehokkuus varmistaa liiketoiminnan

Veteen liittyvä hyvinvointi on Suomessa korkeinta vuosituhannen alussa kehitetyn vesiköyhyysindeksin mukaan. Sen lisäksi että Suomi on maailman vesirikkaimpia maita ovat vesihuollon kattavuus, veden käyttö kotitalouksissa, teollisuudessa ja maataloudessa, ympäristöasiat sekä vesihuoltoon liittyvät sosio-ekonomiset tekijät maailman huippua.

Teollisuusrakenteemme heijastuu vedenkäytössä. Merkittävimmät sektorimme ovat vesi-intensiivinen metsäteollisuus ja kaivosteollisuus, ja teollisuus onkin suurin vedenkäyttäjä (Grön 2010 ): Kun yhdyskunta käyttää noin 460 miljoonaa kuutiota vuodessa, on teollisuuden vedenkäyttö melkein 20 kertaa isompi eli 8300 miljoonaa kuutiota vuodessa. Suomen teollisuus on kuitenkin vähentänyt esimerkillisesti vedenkulutustaan veden kierrätysratkaisuin ja optimoimalla jäte- ja käyttövesien päästöjä ympäristöön. Tuotetta kohti laskettuna metsäteollisuuden vedenkäyttö on vähentynyt viidenteen osaan 70-luvun vedenkulutuksesta. Suomen panimoteollisuuden vedenkäyttö tuotelitraa kohti laskettuna on tänään merkittävästi pienempi kuin kestävällä toiminnoillaan suuresti mainostavien globaalien panimoyritysten.

Yksi keskeinen hidaste veden kierrätyksessä on veden suhteellisesti edullinen hinta verrattuna vastaaviin kierrätysmateriaalien hintoihin. Vesi-intensiivisessä teollisuudessa isot vesivolyymit on kuitenkin jo merkittävä kustannuserä. Esimerkiksi Suomen metsäteollisuudessa veden kustannus on arviolta 5 prosenttia kokonaiskustannuksista, eli samaa tasoa kuin kemikaalien ja henkilökunnan.

Kierrättämällä vettä aikaansaadaan kustannushyötyä, ja samalla pienempi vedenoton tarve lisää vaihtoehtoja laitosten sijoituspaikalle sekä tarjoaa mahdollisuuksia tuotannon kasvattamiseen. Veden kierrätyksen lisäksi nyt kehitetään uusia ratkaisuja veden sisältämien epäpuhtauksien talteenottoon ja tuotteistamiseen jatkokäyttöön. Näistä voidaan luoda uusia arvoketjuja ja liiketoimintamalleja tulevaisuuden kiertotalouden yhteiskuntiin.

Ilmastonmuutos on nostanut puhtaan veden saatavuuden keskeiseksi riskiksi maailman taloudelle. Vaikutus on moninainen; samalla kuin kuivat alueet muuttuvat yhä kuivemmiksi, tulvat ja rankkasateet yleistyvät muualla. Rakennus- ja tuotevaurioiden lisäksi tulvivat viemärisysteemit ja padot voivat aiheuttaa tahattomia ympäristöpäästöjä.

Suomessa on maailman paras vesihuolto. Maailman ykkösasemasta olisi helppo ponnahtaa maailmalle  yhdistämällä vesiosaamiseen ja veteen liittyviin teknologisiin ratkaisuihin projektiosaamista sekä muita kompetensseja eri aloilta.

Pilotoidaan digitaaliset ratkaisut, energiatehokkuus ja sinisen talouden kaikki osa-alueet Suomessa ja viedään ne yhdessä maailmanmarkkinoille – alueille, joissa puhtaan veden saatavuus on jo selkeä liiketoimintariski teollisuustuotannolle!

mona_arnold
Mona Arnold

Principal Scientist
mona.arnold(a)vtt.fi



rajaus nelio2
Anna-Mari Heikkilä
Senior Scientist
anna-mari.heikkila(a)vtt.fi

Viite: The Water Powerty Index: An International Comparison, Keele Economics Research Papers. http://econwpa.repec.org/eps/dev/papers/0211/0211003.pdf
[1] Grön 2010 Vesi luonnonvarana globaalin liiketoiminnan mahdollistajana http://www.helsinki.fi/henvi/yvv/esitykset/gron.pdf