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

 

 

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

 

Factories Are Becoming Innovation Platforms

Heavy industry with its rigid processes has a reputation of being an antithesis of dynamic startup world. People think that a factory does not exactly perform agile pilots but stays the course dictated by its huge investments. This image is somewhat outdated.

Factories are becoming innovation platforms where several stakeholders can develop and try out new things. One central enabler for these activities is the Internet of Things (IoT). Furthermore, wireless networks, augmented reality, big data, or even artificial intelligence can create significant added value in a factory setting. Bringing these technologies to factories in an agile fashion is very attractive for startups.

Cooperation between heavy industry and startups requires planning and facilitation. A large corporation operates differently than a small company of two or three people, there’s no denying of that. Investment capabilities are on a completely other level, planning cycles differ, as do the capabilities for pivots. The most important thing to address is whether the factory and the startup both can identify enough business potential in their cooperation.

It is crucial to reach a situation where the risks and the benefits of cooperation are in a good balance for all participants. This way the “factory – IoT company mismatch” can be avoided. Together the consortium can pinpoint the grand challenges and go about solving them together. This is a three-step process:

  1. Scale-in: identifying the grand challenges and solving them with new technologies and pilots
  2. Scale-up: expanding the pilot results and new operating models throughout the factory
  3. Scale-out: exporting the new processes and operating models to other factories in Finland and abroad

It is not free to set up this kind of a program. A common goal is necessary but not enough; funding and risk-taking is also needed. To get things rolling, funding for pilots and business model development is a must.

Running a program like this in one factory costs roughly a million euros annually. This lump sum includes factory’s own projects, project coordination, and research modules supporting the projects. Part of the investment comes from the factory itself, part from public funding institutions like Tekes. Coordination and research is carried out by VTT and universities.

If planned and constructed well, an ecosystem as described above would create a virtuous cycle: startups expand their operations and get important references, factories obtain new innovations and operating models, and research institutions have an environment for validating their technologies. Finally, Finland will have new business to export.

Read more at: www.vttresearch.com/services/smart-industry

Marko Jurvansuu

 

Marko Jurvansuu
Principal Scientist, VTT
marko.jurvansuu(a)vtt.fi

Tehtaista tulee kasvualustoja innovaatioille

Raskas teollisuus jähmeine prosesseineen on perinteisesti nähty dynaamisen startup-maailman vastakohtana. Ajatellaan, että tehdas ei juuri ketterästi pivotoi vaan pysyy miljoonainvestointiensa mukaisessa kurssissa. Tämä mielikuva on monelta osin vanhanaikainen.

Tehtaista on nimittäin yhä enemmän tulossa innovaatioiden hautomoja ja alustoja, joissa useat toimijat voivat yhdessä kehittää ja testata uutta. Eräs keskeinen mahdollistaja tälle toiminnalle on esineiden internet (engl. Internet of Things, IoT). Lisäksi kuluttajamarkkinasta tutut teknologiat kuten langattomuus, lisätty todellisuus, datan käsittely tai jopa tekoäly, voivat luoda suuren lisäarvon tehdasympäristössä. Näiden teknologioiden nopea soveltaminen tehtaaseen sopisi hyvin startup-yrityksille.

Raskaan teollisuuden ja startup-yritysten yhteispeli tarvitsee kuitenkin suunnittelua ja fasilitointia. Korporaation toiminta on monessa mielessä hyvin erilaista kuin muutaman kaverin nyrkkipajan, tätä on turha kieltää. Investointikyky on aivan eri suuruusluokkaa, toimintaa suunnitellaan erilaisissa sykleissä ja herkkyys suunnanmuutoksille vaihtelee kuin yö ja päivä. Tärkein kysymys lieneekin se, näkevätkö tehdas ja startup tässä kannattavaa liiketoimintaa puolin ja toisin.

On tärkeää saavuttaa tilanne, jossa liiketoimintariskit ja –potentiaali ovat kaikkien osapuolten kannalta tasapainossa. Tällä tavalla voidaan välttää tehtaan ja IoT-startupin yhteensopimattomuus. Yhdessä konsortio voi tunnistaa keskeisimmät haasteet ja lähteä ratkomaan niitä. Ratkominen tapahtuu kolmivaiheisesti:

  1. Sisäänajo: tärkeimpien haasteiden tunnistaminen ja niiden ratkominen uuden teknologian kokeiluilla ja piloteilla.
  2. Jalkautus: pilotin tulosten ja toimintatapojen laajentaminen koko tehtaaseen.
  3. Monistus: tehtaan uusien prosessien ja toimintamallien laajentaminen muihin tehtaisiin Suomessa ja ulkomailla.

Edellä kuvatun toiminnan pystyttäminen ja pyörittäminen ei ole ilmaista. Yhteinen tahtotila ei yksinään riitä, lisäksi tarvitaan rahoitusta ja riskinottokykyä. Jotta päästään liikkeelle, tarvitaan rahoitusta kokeiluille ja liiketoimintamallien kehittämiselle.

Karkeasti voidaan arvioida, yhtä tehdasta koskevan ohjelman pyörittäminen kustantaisi noin miljoona euroa vuosittain. Tämä summa pitää sisällään tehtaan omat projektit, yhteistyön muiden tehtaiden kanssa, projektikoordinaation ja tehtaiden projekteja tukevat tutkimusmodulit. Investoinnista osa tulee tehtaalta itseltään, osa on tarkoitus toteuttaa julkisella rahoituksella, esimerkiksi Tekesin avulla. Koordinoinnin ja tutkimustoiminnan suorittavat VTT ja yliopistot.

Hyvin toteutettuna ekosysteemi ruokkii itseään ja toiminnasta hyötyvät kaikki tahot: startup-yritykset pystyvät laajentamaan toimintaansa ja hankkimaan tärkeitä referenssejä, tehtaat saavat uusia innovaatioita ja toimintamalleja, tutkimustahot ympäristön validoida teknologioitaan ja lopulta Suomi uutta vientikelpoista liiketoimintaa.

Lue lisää: www.vttresearch.com/services/smart-industry/

Marko Jurvansuu

 

Marko Jurvansuu
Principal Scientist, VTT
marko.jurvansuu(a)vtt.fi

Teollisuus mullistuu – ota rohkeasti oma paikkasi!

Digitalisaatio, automaatio, IoT, AI, blockchain, 3D-tulostus – listaa voisi jatkaa vielä jokusella mehukkaalla termillä. Kuinka monta kertaa olet lukenut tai kuullut jonkin näistä sanoista viimeisen viikon aikana? Uskallan veikata, että lukuisia kertoja. Tietyt teemat nousevat pintaan ja pysyvät keskusteluissa, kunnes uusi trendisana nousee kaikkien huulille. Sen sijaan, että käytämme hirveästi aikaa ja energiaa jonkin yksittäisen käsitteen tai teknologian ympärillä, katse tulisi nostaa isossa kuvassa tapahtuvaan muutokseen ja siihen, millaisen tulevaisuuden voimme luoda erilaisten teknologisten mahdollistajien avulla.

Useat trendit pakottavat nykyisen toiminnan muutokseen

Pelkästään automaatio ja robotisaatio eivät riitä vastaamaan niihin haasteisiin, joita globaalit markkinat ja yhä vaativammat asiakastarpeet yrityksille asettavat. Yritykset joutuvat väkisinkin suhteuttamaan omaa kehitystään muun muassa seuraaviin trendeihin:

  • Älykkäät tuotteet, tuotantosysteemit, tuotanto ja toimitusketjut
  • Tuotteiden ja tuotannon suunnittelun uudistuminen digitalisaation ja automaation myötä
  • Tarpeeseen tehtävä valmistus, reaaliaikainen toimitusketju, hajautettu tuotanto
  • Robotisaatio ja joustava automaatio yhdistettynä keinoälyyn
  • Palveluliiketoiminta digitalisaation avulla (tai ilman)
  • Teolliset ekosysteemit ja alustatalous

Uskon väitteeseen, että tulevaisuuden älykkäät tuotteet ja palvelut luodaan teollisuuden uusissa ekosysteemeissä, joita tukee globaalisti kytkeytynyt alustatalous. Hyppy nykyhetkestä tuohon tulevaisuuden visioon tuntuu huimalta, ja monesti yritysten kyky nähdä omat askeleensa kohti tulevaisuutta joutuu koetukselle, kun konkreettinen seuraava askel puuttuu. Onkin ilahduttavaa, että ympäriltämme löytyy esimerkkejä, joissa yrityksen oma kehityshinku sysää liikkeelle täynnä kasvupotentiaalia olevan verkostohankkeen.

Laajenna toimintaa verkostojen avulla

Kun suomalainen keskisuuri konevalmistaja haluaa laventaa tarjoomaansa vahdittaakseen kasvua globaalilla markkinalla, perinteinen malli on lähteä suunnittelemaan yritysostoja. Ketterämpi tapa olisi välttää yritysostojen tuottamat riskit ja hitaus muodostamalla verkostorakenne, jossa joukko kyseiseen toimialaan kytkeytyviä yrityksiä sitoutuu yhteisen tarjooman rakentamiseen.

Ulospäin syntyy isoja globaaleja asiakkaita palveleva kokonaisuus, jossa verkoston sisällä tekeminen jaetaan kunkin toimijan oman ydinosaamisen mukaisesti. Tulevaisuutta suunnitellaan ja rakennetaan yhdessä toisiaan verkoston sisällä haastaen sekä valittujen avainasiakkaiden avulla.

Automaatio tehostaa ja mukauttaa tuotantoa

Suunnittelun, valmistuksen ja palveluliiketoiminnan radikaali uudistaminen digitalisaation avulla luo kilpailukykyä ja liiketoimintamahdollisuuksia teollisuudelle myös perinteisesti korkean kulurakenteen maissa. Robotiikka tarjoaa monia mahdollisuuksia valmistavan teollisuuden tuotannon tehostamiseen ja tuottavuuden nostamiseen.

Kyse ei kuitenkaan ole pelkästään robotisaatiosta vaan siitä, että teollisen yrityksen pitää pystyä lisäämään ketteryyttä ja joustavuutta, jotta sillä on mahdollista tuottaa asiakashyödyn maksimoivia ratkaisuja. Uudet valmistusprosessit ja niiden ympärille rakentuvat toimitusketjut tulevat viemään asiakaskohtaiset ratkaisut tasolle, jota emme ole ennen nähneet.

Tähän mennessä automaatio on enimmäkseen liitetty laitteisiin ja tuotantoprosesseihin. Todellinen tuottavuuden lisäys tulee kuitenkin tapahtumaan systeemitasolla, jolloin tarkastellaan koko toimitusketjua ja rohkeasti kyseenalaistetaan totutut toimintamallit. Tuleeko tuotteita tuottavalla yrityksellä olla omaa tuotantoa, vai voisiko se kytkeytyä tehdasverkoston muodostamaan alustaan ja tuottaa tarvitsemansa tuotteet kulloiseenkin tarpeeseen optimaalisimman tehtaan toimesta? Pidemmällä aikavälillä voisi ajatella, että tällainen systeemi on oppiva ja pystyy reaaliaikaisesti sopeutumaan kunkin brändin omistajan tuotantotarpeisiin. Jälleen kerran isoja kysymyksiä suomalaisen valmistavan teollisuuden näkökulmasta, haluammehan varmistaa, että meiltä löytyy vahvat kytkennät tuleviin verkostomalleihin.

Autamme yrityksiä rohkeiden ja kunnianhimoisten visioiden toteuttamisessa

VTT:llä on vankkaa osaamista edellä mainituissa teollisen uudistumisen teemoissa, ja olemme tälläkin hetkellä mukana mahdollistamassa useamman teollisen verkoston syntymistä. Teknologiatutkimuksen ja -kehityksen lisäksi olemme luonteva ja osaava kumppani myös uusien ekosysteemien luomiseen ja orkestrointiin.

Mika Toikka VTT

Mika Toikka
Myynti- ja liiketoiminnan kehitysjohtaja,
älykäs teollisuus ja energiajärjestelmät