1 5/30/14

Biotalouden uudet innovaatiot - Lisäarvoiset kuitutuotteet

Janne Poranen 2.6.2014 VTT Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus

2 5/30/14

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 5/30/14

Biotalous – lisäarvon laajentaminen

20.10.2010 Modified from the source: Metsäteollisuus ry

3

Korjuu ja logistiikka

Bioenergia - l ä mp ö ja s ä hk ö teollisuudelle ja kotitalouksille

Biopolttoaineet liikenteeseen

Biokemikaalit

Biomateriaalit

L ää kkeet ja kosmetiikka

Arvo

Volymi Sellu, paperi ja kartonki viestint ää n, pakkaamiseen ja

pehmopapereihin sek ä puutuotteet mm. rakentamiseen

Pinnoittet liimat…

Nykyisten tuotteiden kilpailukyky

Uuden osaamisen kerrytt ä minen

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 5/30/14

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…

+ Nano Biopolymeeri

5 5/30/14

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 5/30/14

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, Biomacromolecules, 8(2007)1934

6

7 5/30/14

Nanoselluloosa

Ennen jauhatusta Jauhatuksen jälkeen 7

VTT, UPM, Aalto Jauhatuksen vaikutus sellukuituihin

8 5/30/14

Nanoselluloosa filmit §  HDPE filmin kaltainen – puupohjainen §  Ei sähköisty §  Biohajoava §  Painettava

§  Myös painettu elektroniikka

NASEVA 2011 - 2013

9 5/30/14

•  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 5/30/14

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 5/30/14

Materiaalit rakentamiseen, eristykseen, pakkauksiin

The best thermal conductivities are comparable to mineral and stone wool insulation materials

Sample   Thickness

mm  

Grammage

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 5/30/14

Vaahtorainatut äänieristysmateriaalit

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0 20 40 60 80 100

Abs

orpt

ion

coef

ficie

nt a

t 500

Hz

Weight, kg per cubic meter

Commercial soundabsorber products

VTT foam formedmanufacturingdemonstrator

§ 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 5/30/14

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 5/30/14

Paperi ja Puu, 2013, Creating bioeconomy, s. 36-37

15 5/30/14

33 km of yarn from 1€ of Northern Pine pulp

VTT – Kuidusta lankaa teknologia

FROM THIS TO THIS!

16 5/30/14

Demo product from VTT- fibre yarn

17 5/30/14

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 5/30/14

100% Bio-pohjaiset pakkaukset

§ Kierrätettävät kuitumateriaalit ja biopolymeerit § Yhteensopivuus pakkaus arvoketjuun § Tehokkaat valmistusratkaisut pakkaussovelluksissa §  Joustavat työtavat

19 5/30/14

Muokattava raina § Tray packaging demo, Drupa 2012

§ 4 keksintöä: §  Vaahtorainaus §  Dispersiot §  Lämpömuokattavuus §  Läpinäkyvyys

§ Seuraavaksi:

§ Puupohjainen läpinäkyvä syvävedetty pakkaus

20 5/30/14

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 5/30/14

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 5/30/14

•  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 5/30/14

24 5/30/14

TECHNOLOGY FOR BUSINESS