Biotuotetehtaan infotilaisuus 2.6.2014 Jyväskylässä: Janne Poranen, VTT: Biotalouden uudet innovaatiot

1. 15/30/14
Biotalouden uudet innovaatiot
- Lisäarvoiset kuitutuotteet
Janne Poranen
2.6.2014
VTT Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus

2. 25/30/14
Metsän riittävyys Suomessa
• Metsän inventaari, tilavuus 2300 milj. m3
• Vuosittain:
• Kasvu 100 – Ilmaston muutos kiihdyttää
• Runkopuu 60
• Sahaaminen 28
• Massan valmistus 32
30-40 milj m3
lisää puuta saatavissa

3. 35/30/14
Biotalous – lisäarvon laajentaminen
20.10.2010
Modified from the source: Metsäteollisuus ry
3
Korjuu ja logistiikka
Bioenergia- lämpö ja sähkö
teollisuudelle ja kotitalouksille
Biopolttoaineet liikenteeseen
Biokemikaalit
Biomateriaalit
Lääkkeet ja
kosmetiikka
Arvo
Volymi
Sellu, paperi ja kartonki viestintään, pakkaamiseen ja
pehmopapereihin sekä puutuotteet mm. rakentamiseen
Pinnoittet
liimat…
Nykyisten
tuotteiden
kilpailukyky
Uuden osaamisen
kerryttäminen
Investoinnit uuteen
teknologiaan ja
liiketoimintoihin
Globaali verkostoituminen
T&K ja innovaatiot
Bioenergia, lämpö ja
Sähkö teollisuudelle ja talouksille
Biopolttonesteet
Biokemikaalit
Biomaterialit
Lääke
Kosmetiikka
Puutuotteet, sellu,
paperi and kartonki
Hake, pelletit,
kaasutus…
Biopolymeerit, komposiitit… Uudet materiaalit,
tuotteet ja palvelut
Bioenergia
tuotteet

4. 45/30/14
Biokomposiittien kehitys
Ø Komposiiteista on tullut merkittävää teollista toimintaa
Muovi Puu+
Biopolymeeri
+
+ Luonnonkuitu
Luonnonkuitu
Puu-muovi, WPC
§ Synteettinen muovi + puu + lisäaine
Luonnonkuitu komposiitti, NFC
§ Synteettinen hartsi + luonnonkuitu + lisäaine.
Biokomposiitti
§ Biopolymeeri + luonnonkuitu + lisäaine.
Luontaisesti lujitettu komposiitti, NRPC
§ Hartsi + puu/luonnonkuitu + lisäaine.
Standardontitarpeita
• terminologia
• tuotteet
• testaus
• LCA
Muovi
Bio-based Composites
Green Composites
Natural Composites…
+ NanoBiopolymeeri

5. 55/30/14
Ekotehokkaat materiaalisovellukset
huonekaluvalmistuksessa
Kuinka yhdistää taloudellisuus ja ekologisuus?
§ Vähennä - Uusiokäytä - Kierrätä – Käytä pitkään
§ Yhdistä käytettävyys ja toiminnallisuus ekologisuuteen
§ Raaka-aine -tehokkuus = valmistuksen talous paranee
Ekotehokkuus
§ Biomuovi- ja luonnonkuitukomposiitit
§ Sovelletaan muovintyöstön tekniikoita
§ -35% painoa ja -45% CO2
Helposti huollettavat ja kestävät pinnat
§ Ohut ja käpinäkyvä AddSol® sooli-geeli pinnoite
§ Likaa hylkivä ja helppo puhdistaa
§ Metalleille, puulle, muoville, komposiiteille ja tekstiileille
CASE: Puustelli Ecokitchen 2012
Ethical and sustainabale production,
fact based and sertified (ISO 14025)
kitchen, which life-cycle impact is
markedly lighter that typical today

6. 65/30/14
Nanoselluloosa
Kuidut
• Leveys 30-40 µm
• Length 1-3 mm
Fibrillit
• Width 5-30 nm
• Length over 1 µm
Esau, Anatomy of
seed plants, 1977,
Wiley, NY
Aalto
University
School of
Science and
Technology,
Myllytie
Pääkkö et al,
Biomacromolec
ules,
8(2007)1934
6

7. 75/30/14
Nanoselluloosa
Ennen jauhatusta Jauhatuksen jälkeen
7
VTT, UPM, AaltoJauhatuksen vaikutus sellukuituihin

8. 85/30/14
Nanoselluloosa filmit
§ HDPE filmin kaltainen – puupohjainen
§ Ei sähköisty
§ Biohajoava
§ Painettava
§ Myös painettu elektroniikka
NASEVA 2011 - 2013

9. 95/30/14
• Kovia vaahtoja biomateriaaleista
• Öljyn korvaaminen
• Keveys
• Eristyskyky
• Sovelluksissa pakkaamisesta rakentamiseen.
Nanokuituinen selluloosa
Pääkkö et al,
Biomacromolecules, 8(2007)1934
Nanoselluloosa vaahto
Keveät materiaalit - Selluloosa vaahto

10. 105/30/14
Vaahtorainaus – Laboratoriosta Pilot-mittaan
FOAM FORMING
Potential production technology for
§ New fiber-based products
§ Insulation materials
§ Hygienic products
§ Wood fibre composites
§ Nanomaterial applications
SUORA - Technical specifications:
Forming unit Press
Gap/Hybrid/Fourdrinier
Web speed 2500 m/min Max line load 2000 kN/m
Headbox flowrate 240 l/s/m Web width 250 mm
Web width 300 mm Belt width 700 mm
Fabric width 500 mm
2012-2013

11. 115/30/14
Materiaalit rakentamiseen, eristykseen, pakkauksiin
The best thermal conductivities are comparable
to mineral and stone wool insulation materials
Sample
Thickness
mm
Grammag
e
g/m3
Density
kg/m3
Bulk
cm3/g
Thermal
conductivity
λ10
W/(m·K)
100
CTMP
32.0 800 25 40 0.0403
100
Pine pulp
33.8 885 26 38 0.0354
80/20
CTMP/NFC
33.7 820 24 41 0.0357
80/20
CTMP/PCC
59.3 760 13 78 0.0362
50/50
CTMP/pine
38.7 845 22 46 0.0372
80/20 CTMP/PCC
1) 87.0 720 8.3 120 -
Styrofoam 25.3 530 21 48 0.033-0.038

12. 125/30/14
Vaahtorainatut äänieristysmateriaalit
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0 20 40 60 80 100
Absorptioncoefficientat500Hz
Weight, kg per cubic meter
Commercial sound
absorber products
VTT foam formed
manufacturing
demonstrator
§ Challenges under 500 Hz
§ Sound absorption 500 Hz:
§ 0.3 VTT’s foams
§ 0.1-0.6 commercial
products
§ Encouraging results; no
structural optimization was
done.

13. 135/30/14
Selluloosamuuntokuidun mahdollisuus -
puuvillan korvaaminen
Maailman puuvillan tuotanto
§ 40% kaikista tekstiileistä
§ Kasvatusala 335 000km2
§ 21,7 Mtn (94,2 miljoonaa paalia)
§ 256 Gm3 vettä (2,6% juomavedestä = joet)
§ 757 Gtn CO2
§ 560 Mtn N2O
Suomen hakkuuylijäämä
§ 25 Mm3 puuta
§ 5 Mtn muuntokuitua
§ 20% maailman puuvillasta
§ 10% aavikoitumisesta
§ 120 Gtn CO2
§ Ruokaa 18-25 mijoonalle ihmiselle
§ 8-10 miljardin tuotantoarvo
Myös kiertokuitujen hyödyntäminen

14. 145/30/14
Paperi ja Puu, 2013, Creating bioeconomy, s. 36-37

15. 155/30/14
33 km of yarn from 1€ of Northern
Pine pulp
VTT – Kuidusta lankaa teknologia
FROM THIS TO THIS!

16. 165/30/14
Demo product from VTT- fibre yarn

17. 175/30/14
Demonstraattoreita 5/2014
PulPaper 3-5.6.2014
- panel structure demonstrators
Foam formed decoration panel
(30 cm x x30 cm) with smooth 3D design pattern.
Nonwoven composite
textile (produced
by foam forming) in
lampshade
Spinning of recycled material:
1. Thermomechanical pulp (TMP)
2. Refined office paper and card board (VTT)
3. Recycled textiles: old, discarded bed sheets
(Uudenmaan sairaalapesula)
62 meters long fibre yarn sample

18. 185/30/14
100% Bio-pohjaiset pakkaukset
§ Kierrätettävät kuitumateriaalit ja biopolymeerit
§ Yhteensopivuus pakkaus arvoketjuun
§ Tehokkaat valmistusratkaisut pakkaussovelluksissa
§ Joustavat työtavat

19. 195/30/14
Muokattava raina
§ Tray packaging demo, Drupa 2012
§ 4 keksintöä:
§ Vaahtorainaus
§ Dispersiot
§ Lämpömuokattavuus
§ Läpinäkyvyys
§ Seuraavaksi:
§ Puupohjainen läpinäkyvä syvävedetty
pakkaus

20. 205/30/14
20
Tuotemahdollisuuksia
§ Dispersiot happi ja rasvabarrier pinnoitteisiin
§ Läpinäkyvät ja taipuisat filmit
§ Muokattava filmi
§ Hydrogeelit
§ Aktiiviset filmit
Hemicellulose hydrogel (Aca/
VTT)
Heat-activated cellulose film
(FC/VTT)
Flexible hemicellulose film (FC/
VTT)
Hemicellulose barrier
dispersion (KCL/VTT)
Muokattu hemiselluloosa
Mouldable hemicellulose film
(VTT)

21. 215/30/14
VTT:n TESTAA – konsepti
§ Toiminnan tavoitteena löytää uusia PK-sektorin innovaatioita
metsäteollisuuden uudistumisen tueksi.
§ Konsepti mahdollistaa VTT:n tutkimus- ja kehitysympäristöjen
hyödyntämisen PK-yritysten omien tuotteiden kehittämisessä ja
niiden soveltuvuuden todentamisessa metsäsektorin
prosesseissa yhdessä veturiyritysten ja tutkimuslaitosten
kanssa.
§ Toiminnan avulla on mahdollista edistää pk-sektorin
liiketoiminnan kasvua sekä uusien vientituotteiden kehittämistä.
§ Käynnissä olevassa TESTAA- hankkeessa (6/2012-12/2014)
on ollut aktiivisesti mukana 20-30 PK-yritystä ja 5 suuryritystä.

22. 225/30/14
• Meillä on käsissämme ainutlaatuinen raaka-aine, joka kasvaa/
uusiutuu enemmän kuin ehditään käyttää
• Puusta valmistettavat tuotteet ovat ympäristöystävällisiä,
kierrätettäviä, hintakilpailukykyisiä, ominaisuuksiltaan erinomaisia ja
kuluttajia miellyttäviä
• On olemassa lukematon määrä mahdollisuuksia ja uusia
innovaatioalkuja, joihin pohjautuen pystymme kehittämään uutta
liiketoimintaa.
• Kansainvälinen kilpailu on äärimäisen kovaa – on parempi johtaa kuin
seurata perässä.
YHTEENVETO

23. 235/30/14

24. 245/30/14
TECHNOLOGY FOR BUSINESS