Aalto-yliopistossa kehitetyn menetelmän etuja ovat mm. pienet kemikaalimäärät ja vähäinen energiankulutus perinteisiin menetelmiin verrattuna. Lähitulevaisuudessa mikrokiteistä selluloosaa voidaan tuottaa suuressa mittakaavassa, järkevin tuotantokustannuksin ja pienin ympäristövaikutuksin. Tavoitteena on uuden MCC:tä valmistavan tehtaan avaaminen muutaman vuoden sisällä.

Mikrokiteistä selluloosaa voidaan hyödyntää mm. lankojen valmistuksessa, elintarvikkeissa, eläinrehuissa ja raaka-aineena arvokkaissa biopohjaisissa kemikaaleissa. Kuitua voidaan käyttää myös sellaisenaan korvaamaan fossiilisia raaka-aineita. 

Mikrokiteinen selluloosa keksittiin jo 1950-luvulla ja sitä on ollut markkinoilla siitä asti. Perinteisten menetelmien haasteena ovat olleet korkeat kemikaalikulutukset, pienet tuotantomäärät ja pienet markkinat. Yhdessä nämä tekijät ovat johtaneet siihen, että MCC:n hinta on aivan liian korkea, jotta uudet innovaatiot olisivat mahdollisia.

Räätälöityä mikrokiteistä selluloosaa uusiin tuotteisiin

Aalto-yliopiston Puhtaat teknologiat -tutkimusryhmä on kehittänyt uutta kuitutuotteiden tuotantoteknologiaa jo vuodesta 2008 lähtien professori Olli Dahlin johdolla. MCC:hen liittyvä innovaatio syntyi samana vuonna, minkä jälkeen Suomen Akatemian rahoituksella konseptia kehitettiin edelleen ja ymmärrys keksinnön merkittävyydestä lisääntyi.

Tuotantoteknologia on patentoitu ja parhaillaan on menossa kaksivuotinen TEKES-rahoitteinen tutkimuksesta liiketoimintaa -projekti, jonka avulla keksintö pyritään kaupallistamaan ja etsimään aivan uusia sovellusalueita ja tuotteita. Tavoitteena on luoda edellytykset rakentaa Suomeen MCC:tä 30 000 tonnia vuodessa valmistava tehdas. 

– Haasteena on uusien sovellusten kehittäminen, sillä globaali vuotuinen MCC:n-tuotanto on vain noin 130 000 tonnia. Uskomme vakaasti, että löydämme riittävästi uusia sovelluksia, jotka mahdollistavat tehtaan tekemisen Suomeen. Olemme avanneet kuitutuotteemme ns. open source -periaatteelle, jossa halukkaille tahoille olemme valmistaneet räätälöityä MCC:tä uusien innovaatioiden kehittämiseen ja tuotteistamiseen. Uudet innovaatiot ovat edelleen tervetulleita, professori Olli Dahl sanoo.

– Esimerkiksi jos 350 000 tonnia paperisellua tuottava sellutehdas valjastettaisiin tuottamaan MCC:tä, saataisiin prosessista 315 000 tonnia MCC:tä ja 35 000 tonnia sokereita. Sokereista voitaisiin valmistaa erillisessä prosessissa biopohjaisia kemikaaleja kuten etanolia. Edellä mainitussa tapauksessa syntyisi etanolia noin 20 miljoonaa litraa, mikä vastaisi yksistään vajaata prosenttia Suomessa kulutetun liikennebensiinin määrästä. Ensivaiheessa olisi toki järkevää, että MCC:n tuotanto olisi sellutehtaassa ns. sivutuotehaara, jolloin se ei häiritsisi varsinaista tuotantoa lainkaan, mutta toisi merkittävää lisätuloa tehtaalle päätuotteen ohella, professori Dahl havainnollistaa.

Lisätietoja:

Lisätietoa teknologiasta ja kuitutuotteen mahdollisuuksista uusissa sovelluksissa antavat tutkimushankkeeseen osallistuneet henkilöt:

Professori Olli Dahl
olli.dahl@aalto.fi
puh. 040 540 1070

Tutkija Kari Vanhatalo
kari.vanhatalo@aalto.fi
puh. 050 384 1645

Tutkija Heikki Hannukainen
heikki.hannukainen@aalto.fi
puh. 050 512 2697

Professorit Markus Linder ja Sami Franssila saivat tutkimusrahoituksen Suomen Akatemian synteettisen biologian (FinSynBio) tutkimusohjelman haussa. Tutkimushankkeen aiheena on "Synteettiset geneettiset piirit materiaalien rakenteen ohjelmoinnissa". Tutkimuskonsortioon kuuluu myös akatemiatutkija Robin Ras Perustieteiden korkeakoulusta. Projektia johtaa professori Markus Linder.

Tutkimushankkeen kuvaus: Bioteknisiä prosesseja kehitetään nykyään eri komponenttien, kuten proteiinien ja muiden funktionaalisten molekyylien tuottamiseen. Synteettisen biologian keinoja kehitetään myös tehokkaiden tuotantomenetelmien löytämiseksi näille komponenteille. Hankkeessa hyödynnetään näitä menetelmiä, mutta tavoitteena on myös jalostaa niitä pitemmälle. Tutkimushanke hyödyntää synteettistä biologiaa voidakseen saada aikaan korkeampia rakenteellisia toimintoja. 

Professori Ari Koskinen sai tutkimusrahoituksen Suomen Akatemian luonnontieteiden ja tekniikan toimikunnan akatemiahankepäätöksellä. Professori Koskisen tutkimushankkeen nimi on ”Luonnonaineiden inspiroimien kohdemolekyylien synteesi: Kalykuliinit solusignaloinnin ja kemiallisen genomiikan tutkimusvälineinä”.

Tutkimushankkeen kuvaus: Synteesimenetelmien käyttökelpoisuus riippuu niiden sovellettavuudesta. Siksi on oleellisen tärkeää testata menetelmiä mahdollisimman vaikeissa koeympäristöissä. Luonnonaineet ovat olleet ja ovat edelleen monimutkaisimpia kohdemolekyylejä, joita voidaan kuvitella kemialliselle synteesille. Usean kiraliakeskuksen selektiivinen muodostaminen mahdollisimman vähin synteesivaihein on uuden synteesikemian kovin haaste. Parhaatkin katalyyttiset asymmetriset synteesimenetelmät ovat edelleen vajavaisia näiden tavoitteiden saavuttamiseen taloudellisesti mielekkäällä tavalla. Ryhmässämme aiemmin kehitetty kemia antaa mahdollisuuden tavoitella monimutkaisten mutta tärkeiden biologisesti aktiivisten molekyylien kokonaissynteesiä. Valittuna kohteena on kalykuliini C, yksi tehokkaimmista ja selektiivisimmistä proteiinifosfataasi-inhibiittoreista, jota ei saada eristetyksi luonnosta riittävässä määrin, ja jota ei olla toistaiseksi onnistuttu valmistamaan synteettisesi kuin 0.4 milligrammaa.

Akatemiatutkija Akatemiatutkija Maria Sammalkorpi on saanut tutkimusrahoituksen Suomen Akatemian ja NSF:n Materials World Network -yhteishausta Tutkimusprojektin nimi on Lämpötilariippuvat rakennemuutokset polyelektrolyyttikomplekseissa ja kerroksittaisissa kalvoissa. Sammalkorven tutkimuksella on Yhdysvalloissa yhteistyöryhmä, jota johtaa Prof. Jodie Lutkenhaus (Texas A&M University).

Tutkimushankkeen kuvaus: Kerroksittaiset polyelektrolyyttikalvot ovat erittäin poikkeuksellisia ohutkalvoja. Ne voivat olla voimakkaasti vettähylkiviä, erittäin kestäviä tai ympäristöönsä reagoivia. Sovellutuksia näillä kalvoilla on älypinnotteista sensorikalvoihin ja lääkekuljetukseen. Tästä huolimatta niiden materiaaliominaisuuksia, erityisesti lämpötilariippuvia ominaisuuksia, tunnetaan huonosti vaikka tieto olisi kriittistä kalvojen tulevaisuuden sovellutuksille ja käytölle. Tässä tutkimuksessa päämääränä on selventää kerroksittaisten polyelektrolyyttikalvojen ja niihin läheisesti liittyvien polyelektrolyyttikompleksien termisiä ominaisuuksia hallitsevat perusmuuttujat ja niiden keskinäiset vuorovaikutukset. Tutkimus koostuu toisiinsakytketyistä kokeellisesta ja laskennallisesta polyelektrolyyttikompleksien karakterisoinnista ja kytkennästä vastaaviin polyelektrolyyttikalvoihin. Päämääränä on määrittää linjat kalvojen eri kasvualueille ja tarkentaa lasitransition luonnetta näissä systeemeissä.

Vuoden kestävän kurssin aikana opiskeltiin jaksoja Euroopan eri yliopistoissa. Tänä vuonna kurssin viimeinen jakso järjestettiin Aalto-yliopistossa tammikuusta toukokuuhun.

EMEC eli European Minerals Engineering Course käsittelee metallien elinkaarta kaivoksesta kierrätykseen. Kurssin taustalla toimii eurooppalaisten materiaalien tutkimuksen säätiö FEMP, jonka perustajajäsenenä toimi aikoinaan myös entinen Teknillinen korkeakoulu.  Kurssista vastaa Suomessa metallien valmistuksen ja kierrätyksen professori Kari Heiskanen. Hän on ollut mukana suunnittelemassa kurssia ja aloittamassa sitä vuonna 1998.

”EMEC alkoi ajatuksesta että toisensa tuntevat professorit ympäri Eurooppaa voisivat jakaa opetuskuormaa. Hyväksyimme kokonaisuuteen toistemme kurssit ja EMEC pyöri pitkään luottamusverkon varassa”, professori Heiskanen kertoo. Heiskasen mukaan kurssi on kehittynyt vuosien kuluessa systemaattisemmaksi ja vaativammaksi, sen sisällöt ovat muuttuneet ja mukana olevat partnerit ovat vaihtuneet.

Tämän vuoden EMEC-kurssi järjestettiin Englannissa, Puolassa ja Suomessa. Opiskelijat tulivat suurimmaksi osaksi ympäri Eurooppaa, mutta osa myös Euroopan ulkopuolelta. Kurssin 25:sta opiskelijasta kuusi oli tänä vuonna Aalto-yliopistosta.

Opiskelu pitää sisällään paljon ryhmätöitä, luentoja ja laboratoriotyöskentelyä. Opetustavat vaihtelevat maittain. ”Opiskelijat olivat tottuneet Puolassa istumaan luennoilla ja olivat aluksi järkyttyneitä, kun täällä käskimme heidät heti laboratorioihin”, Heiskanen kertoo. Aallon osuus kurssista on työläs ja suurin osa opiskelusta on itse soveltamista ja kokeilemista. EMEC on myös merkittävästi tiukempitahtinen kuin tavalliset kurssit, sillä siitä saa vuodessa 60 opintopistettä.

Kurssin arvokasta antia opiskelijoille on kansainvälisessä ryhmässä toimiminen, matkustaminen ja eri yliopistoihin tutustuminen.

Kurssi kehittää kansainvälisyyttä ja antaa mahtavat työnäkymät

Opiskelija Andrews Osei kiittää kurssissa erityisesti sen hands on -lähestymistavasta eli siitä, miten opinnoissa pääsee kokeilemaan ja tekemään itse paljon enemmän, kuin tavallisilla kursseilla. Ghanasta kotoisin oleva Osei tekee maisteriohjelmaa EMEC:lla. Toisin kuin monet kurssin eurooppalaisista opiskelijoista, Oseilla on edessä vielä toinen vuosi EMEC-opintoja.

 ”Kurssi on myös ollut mahtava mahdollisuus päästä matkustamaan ja saada kavereita eri maista. Odotan innolla myös ensi vuotta kurssin parissa”, Osei kertoo.

Juho Heikkilä opiskelee materiaalitekniikkaa Aalto-yliopistossa. ”Osallistuin EMEC-kurssille, koska minua kiinnosti sen aihe. Kokonaisuutena kurssi on ollut mahtava: tiiviissä kansainvälisessä ryhmässä toimiminen ja matkustaminen on aivan uusi kokemus ja kasvattanut omaa kansainvälisyyttäni uudelle tasolle”, hän kertoo.

Heikkilän mukaan kurssin vaikutti hänen tulevaisuudensuunnitelmiinsa. ”Aiemmin ajattelin, että haluan työllistyä ehdottomasti nyt vain Suomessa. Kurssin myötä minua on kuitenkin alkanut kiinnostaa työt joissa on mahdollisuus matkustaa paljon, ehkä jopa myös työskentely ulkomailla”. 

Työskentely ulkomailla ei ole mahdoton haave, sillä EMEC-kurssin läpikäyneitä ihmisiä on tähän mennessä jo reilut 600 ja heistä suurimpaan osaan voidaan pitää yhteyttä. Opiskelijoille kurssi onkin erittäin hyvä tapa saada myös kontakteja mineraalialan teollisuuden työpaikkoihin.

Lisätiedot EMEC-kurssista:

Prof. Kari Heiskanen
kari.heiskanen@aalto.fi

www.femp.org.

Ikkalan huippuyksikköön kuuluvat professori Markus Linderin ja professori Janne Laineen tutkimusryhmät. Yksikössä on mukana myös tutkimusprofessori Merja Penttilän tutkimusryhmä VTT:ltä.

Perustieteiden korkeakoulussa toimivan huippuyksikön hankkeessa kehitetään tulevaisuuden high-tech-materiaaleja sekä dynaamisia ja kompleksisia mallisysteemejä perustuen luonnon lähtöaineisiin, jotka muokataan ja tuotetaan biologisilla tuotantoprosesseilla. Tulevaisuuden teknologioissa uudistuvat lähtöaineet sekä ympäristöä ja energiaa säästävät prosessit tulevat olemaan keskeisiä, sillä näköpiirissä on öljypohjaisten materiaalien ja prosessien asteittainen korvaaminen bioteknisillä prosesseilla ja biologisilla materiaaleilla.

Suomen Akatemian hallitus valitsi uudet tutkimuksen huippuyksiköt kaudelle 2014--2019. Huippuyksikköohjelmaan valittiin kaikkiaan 14 uutta yksikköä, joissa työskentelee tutkimusryhmiä 12 yliopistosta tai tutkimuslaitoksesta. Akatemia on varannut ohjelmakauden kolmelle ensimmäiselle vuodelle rahoitusta yhteensä 45 miljoonaa euroa. Huippuyksikköhakuun tuli 128 aiehakemusta, joista varsinaiseen hakuun kutsuttiin 34 hakijaa. Hakemukset arvioitiin kansainvälisissä arviointipaneeleissa, ja huippuyksiköiksi hakevien yksiköiden edustajat myös haastateltiin.

Huippuyksiköt ovat suomalaisen tutkimuksen lippulaivoja. Oman tieteenalansa kansainvälisessä kärjessä olevat yksiköt uudistavat tutkimusta, kehittävät luovia tutkimusympäristöjä ja kouluttavat suomalaiseen tutkimus- ja elinkeinoelämään uusia lahjakkaita tutkijoita.

Huippuyksikkö on tutkimus- ja tutkijankoulutusympäristö, jolla on selkeät tutkimukselliset päämäärät ja yhteinen johto. Yksiköitä rahoitetaan kuuden vuoden ajan, mikä antaa mahdollisuudet pitkäjänteiseen tutkimukseen ja myös riskinottoon. Huippuyksiköitä rahoittavat Suomen Akatemia, yliopistot, tutkimuslaitokset ja yritykset. Lisäksi yksiköt saavat rahoitusta useista muista lähteistä. Suomen Akatemia on rahoittanut huippuyksiköitä vuodesta 1995.

Lisätietoa asiasta Suomen Akatemian sivuilta.

Laboratoriokokeissa tehtiin ensin havaintoja, minkä jälkeen mietittiin yhdessä mitä kokeissa tapahtui.

Hiilidioksidin valmistus sekä happamuuden ja emäksisyyden tunnistaminen pH-paperilla

Hiilidioksidin valmistuskokeessa kuultiin porinaa ja nähtiin kuohumista nesteessä, kun kaasua vapautui ja kertyi ilmapalloon. Lisäksi havaittiin liuoksen värin muuttuminen ja mitattiin sen happamuutta ja emäksisyyttä pH-paperilla.

Ilmapalloon kertynyt hiilidioksidi laskettiin lasiastiaan ja niin kauan kuin se pysyi astiassa, ei astian pohjalla ollutta kynttilää saatu syttymään.

Voikukka, ilmapallo ja nestetyppi

Harjoituksessa kastettiin voikukka ja ilmapallo -196 -asteiseen nestetyppeen ja seurattiin mitä niille tapahtuu sen jälkeen.

Voikukka jäätyi nestetypessä ja mureni pieniksi muruiksi kädessä rutistettaessa.

Nestetypessä ilmapallo kutistui ihan pieneksi, mutta palautui huoneenlämmössä ennalleen.

"Moikka! Oli kivaa", huikkasi yksi oppilaista vielä ovensuusta vierailun päättyessä.

Teksti ja kuvat: Heli Laukko

Hermoverkoston salat selville

Tutkijatohtori Ville Jokinen tutkii mikro- ja nanofluidistisia siruja ja niiden bioanalyyttisiä sovelluksia professori Sami Franssilan vetämässä Aalto-yliopiston mikrovalmistus-tutkimusryhmässä.

Siru valmistuu top-down, eli sen rakenteeseen kuuluvat mikro- tai nanokokoluokan kanavat etsataan pintaan esimerkiksi maskin avulla. Myös perinteistä levykromatografiaa voidaan pitää mikrofluidistiikkana. Mikrometrien kokoisia kanavia käytetään analyyttisen kemian sovelluksissa eniten, sillä monien nanokanaville spesifisten ilmiöiden ymmärtäminen on vielä tutkimusvaiheessa.

Yllä olevassa kuvassa polymeerimikrofluidistinen siru neurotieteiden käyttöön.

”Mikrosiruilla tehdään muun muassa vasta-ainekokeita verestä, jolloin voidaan käyttää hyvin pieniä näytemääriä. Pinta-alan ja tilavuuden suhde on suuri, jolloin analysoitavan aineen ja kanavien pintojen väliset vuorovaikutukset korostuvat ja ovat myös säädeltävissä.”

Ryhmän yhteistyökumppanit Helsingin yliopiston neurotieteen keskuksessa ovat kasvattaneet mikrokanaviin verkostoja hermosoluista, jolloin kyetään tutkimaan hermoverkoston toimintaa esimerkiksi lääkeaineiden vaikutuksen alaisena. Petrimaljalla hermosolut ovat muodottomana massana, jolloin verkoston toiminnan yksityiskohtainen analysointi ei onnistu.

Kuvassa Ville Jokinen tarkistaa polymeerimikrofluidistista sirua mikroskoopilla.

”Monissa muissakin sovelluksissa on etua siitä, että rakenteet ovat analyyttien kanssa samassa kokoluokassa. Yhdysvalloissa nanokanavissa on muun muassa kokeiltu dna-molekyylien sekvensointia eli emäsjärjestyksen lukemista.”

Sirulaboratoriosta polttokennoihin

Yksi alan tavoitteista on sirulaboratorioiden (lab on a chip) kehittäminen. Kyseessä on pieniä virtauskanavia sisältävä levy, jonka valmistus olisi halpaa ja jolla voitaisiin tehdä useita kemiallisia analyysejä samasta näytteestä. Vastaava sähkösovellus on integroitu sähköpiiri mikrolevyllä.

”Sovelluksia on monilla alueilla. Yksi ryhmämme tutkijoista esimerkiksi tutkii mikrorakenteiden hyödyntämistä polttokennoissa”, Jokinen kertoo.

Alla olevassa kuvassa on piikiekko mikromuotti polymeeristen mikrofluidististen sirujen valmistusta varten.

Tapahtuman järjesti opiskelijoille AFYE eli Aalto First Year Experience, joka keskittyy ensimmäisen opiskelijavuoden aikana tutustuttamaan uudet aaltolaiset yliopiston akateemiseen yhteisöön. AFYE järjestää orientaatiotapahtumia, tuutorointia ja erilaisia tapahtumia fuksien viihtyvyyden hyväksi, esimerkkinä juurikin tämä Linnanmäelle suuntautunut vierailu.

Kemistikillan Kia Lehti kertoi fuksivuotensa sujuneen aivan loistavasti. Hänen mielestään kemian laitetekniikka oli osoittautunut sekä mielenkiintoisimmaksi että haastavimmaksi opinnoissa.

Vuorimieskillan Timmi Tuutti kertoi kuluneen lukuvuoden menneen hyvin kivasti ja se oli ylittänyt odotukset. Hän piti oman laitoksensa eli materiaalitekniikan kursseja kaikista kiinnostavimpina ja mainitsi tietotekniikan perusteet kurssin esseen ”tietotekniikka ja minä” olleen suurin haaste tähänastisissa opinnoissa. Timmi piti ekskursiota mahtavana varsinkin kun se järjestetään vain CHEMin tuoreimmille opiskeiljoille. Hän myös kertoi halukkuutensa työskennellä Linnanmäellä, koska kyseessä on luovaa työtä, josta iloa saavat myös muut. 

Puunjalostajakillan Anna Nuotion ensimmäinen opiskeluvuosi on myös sujunut hyvin, vaikkakin railakkaasti. Anna kertoi pitävänsä kemian luentoja mielenkiintoisimpina, kun taas fysiikka aiheutti hänelle eniten päänvaivaa. ”Mahtavaa tapahtuma, toivottavasti tämänlainen ekskursio järjestetään ensi vuonna uudestaan”, Anna totesi kyseisestä ”luokkaretkestä”.

Linnanmäki-ekskursiolla huvipuiston teknisestä esittelystä vastasi DI Anssi Tamminen, joka toimii puiston teknisenä johtajana. Esittelypaikkana oli Peacock-teatteri, johon ekskursiolaiset kerääntyivät ennen ruokailua ja laitteissa kiertelyä. ”Mahtava paikka olla töissä”, vauhdista jo harrastustensa vuoksi nauttiva Tamminen hehkutti heti alussa. Nykyään linnanmäellä on 43 laitetta (eniten Pohjoismaissa).). Vuoden 2013 laiteuutuutta Kyöpelinvuoren Hotellia käsiteltiin teknisestä näkökulmasta ja selvisi kuinka monimutkainen prosessi laitteiden suunnittelu ja toteuttaminen oikeastaan on. Esittelyn jälkeen pääsi sitten itse testaamaan oliko uusi ”kummitusjuna” edeltäjänsä veroinen.

Teksti: Maria Leikola, Sipi Seisko. Kuvat: Maria Leikola, Sipi Seisko, Mikko Raskinen

Oppilaat työskentelivät tiimeinä Fazerin, Pyrollin ja Tillanderin toimeksiannoista luoden uusia pakkausratkaisuja suklaalle, koruille ja sushille.

Pack-age on kansainvälisesti ainutlaatuinen

Fazer antoi kurssille kaksi eri tehtävänantoa ja molemmissa brändinä oli Geisha. Toisessa tehtävänannossa rajoitteena oli rasian konepakattavuus ja toisessa tehtävänannossa fokuksena oli käsin pakattava 150 g Geisha lahjapakkaus. Konepakattavaa suklaarasiaa suunnitellut tiimi toteutti ihastuttavan, korurasiamaisen pakkauksen, jonka sisältä paljastuu vaihtuvasisältöinen koristeellinen reunus.

Emma Nermes opiskelee tuotantotaloutta Aalto-yliopiston
perustieteiden korkeakoulussa. Tiimin projektipäällikkönä hän sai käyttää organisointikykyään.

"Tiimimme oppi kuinka kone rajoittaa pakkausta. Se teki suunnittelun haastavaksi ja mielenkiintoiseksi", hän kertoo.

Fazer Geishan käsinpakattavaa pakkausta suunnitellut tiimi loi suklaalle herkät kukka- ja origamipakkaukset.

Italialainen Paola Montevecchi opiskelee grafiikkaa yliopistossa Firenzessä, ja on opiskelijavaihdossa Suomessa.

"Arvostan tätä kurssia, meillä Italiassa ei ole mitään vastaavaa. Oikea toimeksianto yritykseltä käytännön suunnittelutehtävineen on ainutlaatuinen juttu."

"Aloin ymmärtää pakkaussuunnitteluprosessia. Kiinnostuin niin, että aion opiskella sitä lisää", hän kertoo.

Madeleine Walcher Itävallasta suorittaa Aalto-yliopiston taiteiden ja suunnittelun korkeakoulussa MA-ohjelmaansa. Hän odotti paljon kurssilta.

"Ja se ylitti odotukseni", hän hehkuttaa.

"Opettajat, oppilaat, toimeksiantajat ja sponsorit olivat kaikki erilaisia taustoiltaan ja kokemuksiltaan. Hyödyimme jokainen niiden yhdistämisestä suunnitteluprojektissa, toimien yhtenä tiiminä", hän sanoo.

Eväitä tulevaisuuteen

Heidi Aitta-Oja Team Tillanderista opiskelee ensimmäistä vuotta Aalto-yliopiston taiteiden ja suunnittelun korkeakoulussa muotoilun maisteriohjelmassa. Hän uskoo yhteistyön tunnetun koruvalmistajan kanssa olevan hyvä referenssi.

"Varsinkin kun haen työpaikkaa. Ryhmätyökokemus on sekin suunnittelijalle plussaa", hän uskoo.

Chian-Ting Hsu tulee Taiwanista. Hän opiskelee Aalto-yliopistossa teollista suunnittelua.

"Tiimimme teki Tillanderille korupakkaukset kartongista, huovasta ja lasista. Sain vertailla niitä kuluttajan vinkkelistä. Käyttäjäystävällisyys on erikoisalaani, joten kurssi oli kuin minulle tehty", hän korostaa.

Philip Zeitler Saksasta opiskelee hänkin teollista muotoilua.

"Pack-age antoi hyvän pohjan pakkaussuunnitteluun. Tiimimme laajensi käsitettä tuotesuunnitteluun", hän kehaisee näyttäen upeaa lasista korupakkausta.

Team Pyroll sushi kehitti haastavalle ja herkälle tuotteelle pahvipakkauksen, jonka erikoisuus oli japanilaisen opiskelijan Koji Oganavin ideoimin aihein kuvitettu mausteliukuri sekä yksilölliset kuvioinnit.

Monialaiset ryhmät

Kurssilla hyödynnettiin Aalto-yliopiston FabLab:n mahdollistamia pikamallinnusmenetelmiä kuten laserleikkausta ja 3D-tulostusta sekä yliopiston erilaisia muotoilun pajoja.

Kussakin tiimissä oli mukana muotoilun, liiketoiminnan ja teknisen tuotannon osaajia. Ideana on käyttää oppilaiden erilaisia kykyjä ja taustoja luovan ryhmätyön resurssina. Monialaisuus yhdistää tietotaitoa, ja synnyttää toimivia ratkaisuja. Eri kansallisuuksia ja työkulttuureja edustavien tiimiläisten opiskelukieli oli englanti. Valinnat projektiryhmiin tehtiin motivaatiokirjeiden perusteella. Valituiksi tuli alle puolet hakijoista.

Projektimuotoista opiskelua tukivat teemaluennot, joissa pakkaussuunnittelua opetti useita opettajia ja asiantuntijoita kuudesta eri näkökulmasta.  Opetuksesta vastasivat yhteistyössä Aalto-yliopiston taiteiden ja suunnittelun korkeakoulu, Aalto-yliopiston kauppakorkeakoulu ja Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu sekä Lahden muotoilu- ja taideinstituutti.

"Pack-age kurssin luennoilla pakkausta ei ajatella suppeasti tuotannon kuluna, vaan alihyödynnettynä mediana, mahdollisuutena herättää kuluttajan mielenkiinto ja arvostus tuotetta kohtaan, parantaa käytettävyyttä ja palvella kuluttajaa vastuullisesti", painottaa kurssin kehittäjä ja koordinoija, designtutkija Markus Joutsela.

"Käyttäjäkeskeisesti suunniteltu pakkaus on hyvä strateginen päätös ja investointi tuotteen haluttavuuteen ja brändiin. Pakkaus on käyttöliittymä tuotteeseen ja se on osa tuotteen elämyksellisyyttä ja käyttökokemusta."

Markus Joutselan lisäksi kurssin opettajina toimivat Kai Rentola, Jouni Paltakari, Sanna Heiniö, Tarja Toikka ja Noora Nylander.  

Kurssin yhteistyökumppanit ja sponsorit olivat 2013 Lönnberg Print & Promo, Starcke, Metsä, BOCO Nordic Board Agents and Consultants Ltd., Tullis Russel, Abbey Sheetfeeding, James Cropper, ja SmellMe.

Pakkauskonseptit ja prototyypit julkaistiin päätösjuhlassa Media Factoryssa 17. toukokuuta.

− Nykyinen lainsäädäntö hankaloittaa kahden eri teollisuusalan sivuvirtojen hyödyntämistä uuden tuotteen kehittämisessä. Laissa muun muassa todetaan, että sivutuotteista kehitettävällä tuotteella pitää olla markkinat. Tämä on mielenkiintoinen yksityiskohta, koska muiden tuotteiden kohdalla lailla ei määrätä, että tuotteella pitää olla markkinat. Uusien tuotteiden kohdalla kysyntää ei voi etukäteen tietää. Tuotekehitys ja markkinointi tapahtuvat aina yrityksen omalla riskillä. On yrityksen vastuulla, että tuotteelle löytyy kysyntää, kertoo tohtorikoulutettava Nani Pajunen.

Teollisuudessa ollaan kiinnostuneita ympäristöasioista ja niihin paneudutaan huolella. Myös sivuvirtojen hyödyntämisen tuomat liiketoimintamahdollisuudet kiinnostavat, mutta tulosten pitää olla nähtävissä nopeasti. Tällä hetkellä ympäristölupaprosessi nähdään niin pitkänä ja resursseja vievänä, että siihen ei aina olla valmiita lähtemään. Sivuvirtojen jätestatuksen poistaminen on epävarmaa, se vie aikaa ja on tämän vuoksi kallis niin yritykselle kuin yhteiskunnalle.

Kevennetty prosessi lisäämään materiaalitehokkuutta

Tutkijat ehdottavat uutta kevennettyä menettelyä, joka muistuttaa ympäristövaikutusten arviointi (YVA) -prosessia. YVA-lain tavoitteena on selvittää suunnitteilla olevan toiminnan ympäristövaikutuksia jo etukäteen sekä lisätä sidosryhmien tiedonsaantia ja osallistumismahdollisuuksia. 
− Uusien teollisuuden sivuvirtoja yhdistävien tuotteiden kehittämiseen sopisi hyvin kevennetty YVA-prosessi. Se ei veisi niin paljon aikaa, vaivaa eikä rahaa kuin nykyinen ympäristölupaprosessi. Teollisuudessa on alan huippuosaajat, jotka pystyvät hyvin tekemään tarvittavat selvitykset, Nani Pajunen sanoo.

Kevennetty menettely tulisi toteuttaa siten, ettei jatkossakaan ympäristö- ja terveyshaittoja pääse syntymään eli tältä osin asiat selvitetään yhtä tarkasti kuten ennenkin.  Prosessista saataisiin päätöksenteon tueksi tarpeelliset ja keskeiset tiedot. Selvityksessä tulisi esille tietyn teollisuusjätteen käytön järkevyys ja oikeutus niin ympäristö- kuin taloudellisestakin näkökulmasta. Jos selvitysvaiheessa tulisi esille selkeitä ympäristö- tai terveysriskejä, prosessi voitaisiin suunnitella uudelleen, tai todeta, että kyseistä jätettä tai sivuvirtaa ei voida hyödyntää. Lisäksi tässä mallissa sidosryhmillä olisi mahdollisuus tutustua ehdotukseen jo etukäteen ja kommentoida sitä viranomaisille.

− Kierrätysyhteiskunnan saavuttaminen vaatii asennemuutosta, halua toimia kestävän kehityksen edistämiseksi. Se voi vaatia käytännön toimenpiteitä, kuten lainsäädännön kehittämistä ja yhteistyön lisäämistä yhteiskunnan eri toimijoiden välillä. Tavoitteena on, että laki ei ole esteenä materiaalin tehokkaammalle käyttämiselle vaan edistäisi sitä. Ensimmäinen eteenpäin vievä askel teollisten sivuvirtojen hyödyntämisessä eri teollisuusalojen välillä voisi olla YVA-tyyppisen prosessin käyttöön otto, Nani Pajunen toteaa.

Artikkeli on julkaistu Minerals Engineering -lehdessä.

N. Pajunen, G. Watkins, R. Husgafvel, K. Heiskanen, O. Dahl:  “The challenge to overcome institutional barriers in the development of industrial residue based novel symbiosis products – Experiences from Finnish process industry” http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0892687513000824

Lisätietoja:
TkL Nani Pajunen
puh. 050 301 0742
nani.pajunen@aalto.fi

Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu
Materiaalitekniikan laitos

Tekesin Toiminnalliset materiaalit -ohjelman yhdessä Aalto-yliopiston, VTT:n ja FIBIC Oy:n kanssa järjestämä tapahtuma ”Biomaterials – Towards Industrial Applications” kokosi 22.5.2013 yhteen alan merkittävimmät kotimaiset toimijat ja toi esiin tuoreita tutkimustuloksia ja uusiutuviin raaka-aineisiin pohjautuvia uusia tuotteita.

Nanoselluloosa – tutkimuksesta kohti teollistamista ja sovelluksia

Suomessa on tehty viime vuodet laajaa ja monipuolista tutkimusta nanoselluloosaan liittyen useissa eri hankkeissa ja ohjelmissa, niin yrityksissä kuin tutkimuslaitoksissa.

Äskettäin päättyneessä Tekesin ja useiden yritysten rahoittamassa Naseva-projektissa (Tailoring of Nanocellulose Structures for industrial applications, 2008-2013), joka toteutettiin Aalto-yliopiston ja VTT:n tutkimusyhteistyönä, syntyi noin 20 keksintöilmoitusta, kymmenen patenttia sekä kymmeniä tieteellisiä julkaisuja.

”Suurimmat läpimurrot liittyivät nanoselluloosan monipuoliseen funktionalisointiin sekä hyödyntämiseen kalvoissa, maaleissa sekä kuituvaahdoissa. Pääsaavutuksena voidaan mainita Aalto-yliopiston ja VTT:n yhteistyönä kehittämä nanoselluloosakalvon rullalta rullalle valmistusprosessi sekä tuotetun kalvon demonstroiminen painetun elektroniikan ja diagnostiikan alueella. Kyseistä aluetta viedään eteenpäin myös VTT:n ja Tekesin rahoittamalla nanoselluloosakalvon kaupallistamispotentiaalihankkeessa”, toteaa projektin vastuullinen johtaja professori Janne Laine Aalto-yliopiston puunjalostustekniikan laitokselta.

Tämän uuden mielenkiintoisen luonnonmateriaalin soveltaminen käytännön tuotteisiin on saanut merkittävän lisäsysäyksen, kun UPM on kehittänyt biofibrillien teollista valmistusta.

Tapahtuma oli osa Tekesin Toiminnalliset materiaalit -ohjelman viimeisen vuoden Functional Materials Four Seasons -tapahtumasarjaa.

Lähde: Tekesin verkkosivut

Kuitusen posteri "Modelling mass transfer in wood chips" esitteli tutkimusta, jossa vertailtiin kahta eri matemaattista menetelmää kemiallisten aineiden profiilien laskentaan hakepalassa. Toinen menetelmistä on yleisesti hyväksytty, mutta vaatii paljon tietokoneen muistia ja laskenta-aikaa. Tutkimuksessaan Kuitunen kehitti uuden ratkaisumenetelmän, joka on nopeampi ja vähemmän tietokoneen muistia tarvitseva.

Kuitusen tutkimuksessa kehitetty uusi matemaattinen menetelmä todettiin antavan samoja tuloksia kuin olemassa oleva menetelmä. Uusi ratkaisumenetelmä mahdollistaa sellun valmistuksen aiempaa tarkemman mutta silti nopean simuloinnin. Näin sellun keittämistä voidaan tehostaa entistä helpommin simulointien avulla. 

Työ kuuluu FIBIC:n (Finnish Bioeconomy Cluster) ohjelmiin EffFibre ja Fubio JR2.

Tutustu Susanna Kuitusen posteriin tästä.

Tryffelilajit ovat levinneet ympäri Aasiaa, Eurooppaa, Pohjois-Afrikkaa ja Pohjois-Amerikkaa. Euroopassa esiintyvien tryffelilajit vaihtelevat paljon muodoltaan. Tryffelit ovat ekologisesti symbioottisia sieniä, jotka voivat muodostaa symbioosisuhteen mm. männyn, koivun, kuusen tai tammen kanssa. Tryffelitutkimus on melko uutta Suomessa. Tähän mennessä Aalto-yliopisto ja Juvan tryffelikeskus on löytänyt vain muutamia villitryffeleitä, kuten mm. löyhkätryffeleitä ja tarhatryffeleitä . 

Tutkimusta bioreaktorilla

“Tällä haavaa tutkimme kuinka DNA-tekniikan tai sormenjälkitekniikan avulla voitaisiin todentaa suomalaisten villitryffelien lajit. Eri tryffelilajeilla on eri hinnat, jotka perustuvat mm. niiden saatavuuteen ja ravintoarvoihin”, Juvan Tryffelikeskuksen johtaja, Aalto-yliopiston tutkija TkT Salem Shamekh kertoo.

”Me tutkimme myös tryffeleiden homerihmastojen tuottamista bioreaktorilla sekä aromiaineiden ja antioksidanttien uuttamista. Teemme yhteistyötä Aalto-yliopiston orgaanisen kemian tutkijoiden kanssa, mm. professori Reija Jokelan ryhmän kanssa. ”

”Olemme onnistuneet ymppäämään suomalaisiin puihin tryffeli-itiöitä (esim. Black Diamondista ja kesätryffelistä saatavia), mikä saattaa mahdollistaa  taimitarhan perustamisen. Me olemme Suomen ensimmäinen tutkimusryhmä, joka on saanut aikaan tryffelien tarhakasvatuksen”, TkT Salem Shamekh kertoo.

Lisätietoja:

TkT Salem Shamekh
Aalto-yliopisto
Kemian tekniikan korkeakoulu
Biotekniikan ja kemian tekniikan laitos
salem.shamekh@aalto.fi
puh. 470 22545

Metric-projekti (Metrics of environmental efficiency for metal production technologies) toteutetaan yliopistojen ja yritysten yhteistyönä. Tutkimushanke käynnistyi vuonna 2009 ja se päättyy kuluvan vuoden lopussa. Hanke on toteutettu kirjallisuustutkimuksena, työpajoissa yhdessä teollisuusyritysten kanssa sekä tapaustutkimuksena.

Ekologisen kestävyyden mittaamiselle on olemassa selkeä ja kasvava tarve

− Teollisuuden prosessien ekologisen kestävyyden mittaamiselle on olemassa selkeä ja kasvava tarve. Yrityksen toiminnan kokonaisvaikutukset ovat toisistaan riippuvaisia, eikä pelkkien ympäristötekijöiden huomioiminen riitä. Kestävyysindeksillä saatava tieto parhaista toimintatavoista helpottaa myös viranomaisten työtä ja päätöksentekoa, toteaa professori Olli Dahl Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulusta. 

Yksittäisen ympäristön tilaa parantavan investoinnin lisäksi kehitettyä indeksiä voidaan käyttää myös muihin tarkoituksiin. Sillä voidaan mitata esimerkiksi konsernin yksittäisten tehtaiden kestävyyttä ja verrata niitä toisiinsa. Saadun informaation perusteella yrityksen johto voi osoittaa investointirahoja eri tehtaille tarpeen mukaan, kestävää kehitystä edistäen. Lisäksi indeksiä voidaan käyttää yritysostoissa, joissa pyritään minimoimaan riskejä ja varmistamaan ostettavan kohteen kestävyys.

Mitä, miten ja miksi mitataan?

Tutkimushankkeen tavoitteena on laatia yrityksen toiminnan kestävyyttä mittaava malli, joka huomio kaikki neljä edellä mainittua osa-aluetta. Näistä osa-alueista ympäristökuormituksen mittaaminen on yksinkertaisinta, koska asiat ovat pääsääntöisesti mitattavissa numeerisesti.

Haasteita muodostuu sosiaalisten ja juridisten asioiden mittaamisessa ja arvottamisessa, koska yksiselitteisiä numeraalisia indikaattoreita ei ole olemassa. Myös taloudellisten vaikutusten mittaaminen on haastavaa, koska osa vaikutuksista on välillisiä ja osa, kuten yrityksen imago erittäin vaikeasti arvioitavaa. Tämän lisäksi asioiden keskinäisen riippuvuuden ymmärtäminen on erittäin haasteellista.

Kehitetty indeksi on nyt testaamisvaiheessa. Saatu palaute ja kokemukset teollisuudesta auttavat kehittämään indeksiä eteenpäin. Testaus todellisin esimerkein tuo hyvin esille indeksin avulla saavutettavat edut.

Mittaamista havainnollistava esimerkkitapaus

Seuraava esimerkki havainnollistaa mitattavien tekijöiden riippuvuutta toisistaan sekä mittaamisen vaikeutta ja tarvetta.

Ympäristöluvan tarkastamisen yhteydessä yritykselle myönnettiin ympäristölupa, jossa määrättiin että sen toiminnan yhden avoimen prosessin kaasujen hiukkaspitoisuuksia on alennettava erillisellä ulkoisella suodattimella, jolla ulkoilmaan joutuvat hiukkaspäästöt saadaan puhdistettua. Tavoite on hyvä, mutta laajemmin tarkasteltuna asia ei ole aivan yksinkertainen.

Hiukkaspäästöjen puhdistaminen vaatii aina runsaasti energiaa, koska imettävien ja puhdistettavien kaasujen määrä on suuri ja hiukkaspitoisuudet alhaiset. Puhdistukseen vaadittava sähköenergia joudutaan tuottamaan pahimmassa tapauksessa viereisessä kivihiilivoimalaitoksessa, jolloin sähkön tuotannon ilmapäästöt kasvavat lisääntyneen energian tarpeen johdosta. Tehokkaampi hiukkasten puhdistaminen erillisellä laitteella vähentää hiukkasten määrää tehdasrakennuksen lähellä ja läheisessä taajamassa, mutta ilmavirtausten ja sekoittumisen takia hiukkasten määrä vähenee vain muutamia promilleja verrattuna alkuperäiseen tilanteeseen.

Ympäristöviranomaisten vaatimalla investoinnilla vähennettiin siis vähäisessä määrin paikallisia hiukkaspäästöjä, mutta lisättiin selvästi sähköntuotannon ilmapäästöjä. Investoinnin arvo oli miljoonia euroja, joten sen myötä yhtiön investointikustannukset kasvoivat hetkellisesti ja tuotantokustannukset pysyvästi. Sen lisäksi vaadittu järjestely lisäsi rakennuksessa työskentelevien ihmisten altistusta hiukkaspäästöille, koska suljetussa järjestelmässä sisäilman hiukkasten määrä kasvoi merkittävästi.  Eli yksittäisen päätöksen ja investoinnin vaikutukset ulottuivat ympäristöasioista, taloudellisten asioiden kautta sosiaalisiin vaikutuksiin.

Lisätietoja:

Professori Olli Dahl, Aalto-yliopisto, 040 540 1070
Johtaja Ilkka Kojo, Environment & Sustainability, Outotec Oyj, 040 758 7447
Johtaja Tuomas Haikka, Kestävä kehitys ja ympäristö, Outokumpu Oyj, 040 749 4218
Johtaja Harri Leppänen, Environment, Quality & Safety, Ruukki Metals Oy, 020 59 22389

****

Prosessiteollisuuden toiminnan kestävyyttä selvittävä Metric-hanke (Metrics of environmental efficiency for metal production technologies) on Tekes-rahoitteinen SHOK -projekti. Se kuuluu FIMECC OY:n hallinnoimaan ELEMET -tutkimusohjelmaan. Hankkeessa ovat mukana Aalto-yliopiston puhtaiden teknologioiden ja mekaanisen prosessi- ja kierrätystekniikan tutkimusryhmät, Helsingin yliopiston ympäristöjuridiikan tutkimusryhmä sekä Outotec Oyj, Outokumpu Oyj ja Ruukki Metals Oy.

Lisätietoa tiedeakatemista:

The National Academy of Sciences of Ukraine

Teknillistieteellisten alojen tulokset ovat luettavissa täällä.

Verkkosivuilla julkistetaan ainoastaan niiden hyväksyttyjen nimet, jotka ovat antaneet siihen erikseen luvan.

Hakija voi tarkistaa itseään koskevan valintapäätöksen kirjautumalla sähköiseen valintajärjestelmään apply.aalto.fi.

Hyväksytyille opiskelijoille postitetaan myös virallinen hyväksymiskirje.

Lisätietoja: 
Aalto-yliopiston Hakijapalvelut
hakijapalvelut@aalto.fi

Sellutehtaan tapauksessa selvitettiin suuren, vuodessa 600000 ilmakuivatonnia valkaistua havusellua tuottavan kemiallisen laitoksen tyypilliset tuotannolliset ja taloudelliset tekijät. Tuotantomäärän täyttääkseen sellutehtaalle pitää toimittaa noin neljä miljoonaa kuutiometriä mäntykuitupuuta. Paperin valmistuksen kustannusrakennetta selvitettiin 300000 tonnia aikakauslehtipaperia vuodessa tuottavan tehtaan tapauksessa. Paperitehdas tuottaa lämpömekaanisella (TMP) menetelmällä mekaanista massaa kuusikuitupuusta, jota kuluu vuodessa noin 500000 kuutiometriä.

Valkaistun havusulfaattisellun ja päällystämättömän aikakauslehtipaperin vientihinnat. Tammikuu 2006–tammikuu 2013. Lähde: Metlan Metsätilastollinen tietopalvelu.

Lopputuotteen hinta merkittävin

Molemmissa tutkimuksissa kustannusten mallintamismenetelmänä käytettiin toimintoperusteista kustannuslaskentaa (activity-based costing, ABC). Tuotantokustannukset voidaan kohdistaa päätuotteiden lisäksi myös sivutuotteille (sellutehtaalla mäntyöljy, tärpätti ja energia) ja puun ohella muille raaka-aineille (paperitehtaalla sellu ja paperin täyteaineet). Mallien toimivuutta testattiin esimerkkilaskelmilla. Laskelmien lähtötiedot perustuivat yleisiin kustannustietoihin, eikä olemassa olevan tehtaan toteutuneisiin kustannustasoihin, joten tuloksia voidaan pitää vain suuntaa-antavina. Kustannustaso sidottiin laskelmia tehtäessä vuoden 2010 yleisiin tilastoihin. Sellun ja paperin hintatilastoista (kuva 1) nähdään, että vuonna 2010 vientihintataso oli korkea, mikä heijastui hyvänä kannattavuutena molemmissa tapauksissa. Tutkimusten perusteella lopputuotteen, eli sellun tai paperin markkinahinta on tehtaan kannattavuuden kannalta merkittävin tekijä.

Esimerkkilaskelmat tehtaiden kannattavuuksista

Sellutehtaan tapauksessa markkinahavusellun hintana käytettiin 692 euroa/ilmakuivatonni, mäntykuitupuun tehdashinta kiintokuutiolta oli 41 euroa harvennuksilla ja 39 euroa päätehakkuulla. Paperitehtaan tapauksessa paperin markkinahintana oli 590 euroa/ilmakuivatonni ja kuusikuitupuun tehdashintoina käytettiin 43 euroa kuutiolta harvennuksella ja 38 päätehakkuulla. Sellutehtaan kallein tuotantoprosessi oli kemikaalikierto (mustalipeän poltto), josta aiheutui noin 39 prosentin vuosikustannukset, tosin kyseinen prosessi tuotti suurimman osan laitoksen tarvitsemasta energiasta. Paperitehtaan kallein osaprosessi oli TMP-massan tuotanto, joka aiheutti 35 prosenttia vuosikustannuksista. Sellun ja paperin kuivausprosessit olivat toiseksi kalleimmat tuotannonosat ja aiheuttivat molempien tehtaiden vuosikustannuksista noin 18 prosenttia.

Molemmat tehtaat olivat kannattavia

Molemmissa esimerkkitapauksissa tehtaat toimivat kannattavasti. Paperitehtaalla nettotuottoa kertyi vuodessa kuusikuitupuukuutiota kohden 53 euroa harvennuspuun osalta ja 63 euroa päätehakkuulla. Sellutehtaalla mäntykuitupuulle kertyi nettotuottoa 37 ja 42 euroa kuutiolle, riippuen siitä oliko kuitupuu hankittu harvennuksilta vai päätehakkuilta.

Vuoden 2010 yleisellä hintatasolla sellutehtaan kannattavuuden kriittinen piste oli laskennallisesti sellulla noin 400 euroa/ilmakuivatonni. Paperitehtaan mallilla kannattavuuden kriittinen piste löytyi hieman alle 500 euron paperitonnihinnan kohdalta. Tulokset ovat verottomia ja tutkimuksissa ei huomioitu sellun tai paperin myynti-, markkinointi- tai kuljetuskustannuksia.

Vaikka tulokset perustuvat esimerkinomaisiin laskelmiin, niistä voidaan päätellä, että sellun ja paperin kysyntä ja markkinahinnat määrittävät pitkälti kuiduttavan teollisuuden kannattavuuden. Hintatilastosta nähtävä tuotteiden markkinahintojen lasku kohti tutkimuksien kannattavuusrajoja on teollisuudenalalle selkeä uhka. Kuitenkin tulosten perusteella näyttää siltä, että tuotanto voi olla kannattavaa myös pohjoismaisissa oloissa.

Lisätietoja:

Professori Olli Dahl, Aalto-yliopisto, p. 040 540 1070, olli.dahl(a)aalto.fi

Professori Jouni Paltakari, Aalto-yliopisto, p. 0400 818 244, jouni.paltakari(a)aalto.fi

Tutkija Heikki Korpunen, Metla, p. 029 532 4087, heikki.korpunen(a)metla.fi

Korpunen, H., Virtanen, P., Dahl, O., Jylhä, P. & Uusitalo, J. An activity-based cost calculation for a kraft pulp mill. Tappi Journal. 2012. 11(9). s. 19–27.

Korpunen, H. & Paltakari, J. Testing an activity-based costing model with a virtual paper mill. Nordic Pulp and Paper Research Journal. Nordic Pulp & Paper Research Journal. 2013. 28(1) s. 146–155.

Lähde: Metlan tiedote

Keinoihoa on tarkoitus ensisijaisesti käyttää apuna farmasia- ja kosmetiikkateollisuudessa eläinkokeita korvaamaan. Lisäksi sitä voidaan hyödyntää kehitettäessä ihosiirteitä palovammojen ja niistä aiheutuneiden traumojen hoitoihin.

Keinokudos koostuu polymeereistä

Keskeisessä roolissa ovat uudet polymeeripohjaiset materiaalit, joista keinotekoiset kudokset koostuvat. Aalto-yliopiston akatemiaprofessori Jukka Seppälä (kuvassa) on materiaaleja koskevan työpaketin vetäjä.

– Tavoitteemme on kehittää biopolymeerejä, joissa voidaan tuottaa ihonkaltaisia kudoksia, hän kertoo.

Suuri haaste materiaalien kehittämisessä on saada niihin halutut ominaisuudet. Jotta niitä voidaan tulostaa 3D-tekniikoilla, niiden on oltava nestemäisiä mutta nopeasti kovettuvia. Lisäksi niistä valmistetun kudoksen on oltava elastinen ja sovelluttava elimistöön.

– Kehitettävät materiaalit jaetaan kolmeen pääryhmään, joita ovat valon vaikutuksesta kovettuvat polymeerit, lämmön tai paineen avulla työstettävät termoplastit sekä hydrogeelit. Jokaisella on oma roolinsa suunnitellussa kudosmallissa, projektissa työskentelevä Minna Malin biotekniikan ja kemian tekniikan laitokselta kertoo.

Suonia tulostetaan inkjet-tekniikalla

Aalto-yliopiston BIT-tutkimuskeskuksen johtaja Jouni Partanen on maailman johtavia 3D-tekniikoiden kehittäjiä.  Niiden avulla polymeeristä on mahdollista valmistaa alkuperäisiä kudoksia tai verisuonia muistuttava kudosmalli.

Toimivan verisuonituksen suunnittelu ja tuottaminen on haastavaa. Halkaisijaltaan sata mikrometriä olevat suonet valmistetaan inkjet- eli mustesuihkutekniikalla, sitä pienemmät hiussuonet korkean resoluution kaksifotonilaser-tekniikalla. 

Sen jälkeen verisuonirakenne ympäröidään hydrogeelillä ja nanokuiduista muodostetulla verkkorakenteella, jotka toimivat erityyppisten solujen kasvualustoina. Verisuonirakenteella mahdollistetaan keinoihon optimaalinen aineenvaihdunta ja ravinteiden saanti.

Projekti on alkanut vuonna 2011 ja sen on määrä päättyä lokakuussa 2015. Monitieteellisessä hankkeessa on mukana kaikkiaan 16 osapuolta Euroopasta. Aalto-yliopisto osallistuu yhteensä viiteen projektiin kuuluvaan työpakettiin. Aalto-yliopiston suurin rooli on uusien materiaalien kehittämisessä, karakterisoinnissa ja suonimallitiedostojen luomisessa.

Lisätietoa: www.artivasc.eu

TkL Minna Malin
Aalto-yliopisto
Kemian tekniikan korkeakoulu
Biotekniikan ja kemian tekniikan laitos
minna.malin@aalto.fi

Akatemiaprofessori Jukka Seppälä
Aalto-yliopisto
Kemian tekniikan korkeakoulu
Biotekniikan ja kemian tekniikan laitos
jukka.seppala@aalto.fi

”Tietty virus on aina samankokoinen ja -muotoinen, ja usein sen tarkka rakenne on saatu määritettyä röntgenkristallografian avulla. Tämä on suuri etu kun viruksia valjastetaan materiaalitieteiden avuksi. Kannattaa ruveta kavereiksi vanhojen vihollisten kanssa, niillä on tarjota mahdollisuuksia materiaalitieteille”, hän naurahtaa.

Professori Kostiainen kertoo esimerkkejä, miten viruksia voidaan käyttää materiaalitieteiden osana. Viruksen sisus voidaan tyhjentää ja näin saatu tyhjä pallo voidaan täyttää entsyymeillä, jolloin sitä voidaan käyttää pienenä nanoreaktorina. Sovelluksia on myös lääketieteessä. Viruksen sisälle voidaan laittaa nanohiukkasia, joita voidaan kuljettaa elimistöön. Myös synteettisten polymeerien valmistus on mahdollista virusten sisällä.

Viruksia voidaan käyttää myös nanopartikkeleiden valmistuksessa, jossa halutaan tuottaa tarkasti määriteltyjä partikkeleita. Kaikki partikkelit halutaan olevan samankokoisia ja -muotoisia, ja koska virus on muodoltaan aina samanlainen ja samankokoinen, voidaan virusta käyttää muottina partikkeleiden valmistamisessa.

Kolmas esimerkki, mihin viruksia voi materiaalitieteessä käyttää on kidemäisten materiaalien valmistus.  ”Haluamme saada aikaan binäärisiä kiteitä, joissa on kaksi eri komponenttia. Näin yhteen kidemateriaaliin voidaan tuoda useita eri toiminnallisuuksia”, Kostiainen kertoo.

Lehmäpavun kloroosiläikkävirus on pieni ikosahedrinen kasvivirus, jonka halkaisija on 28 nm. Viruksen kapsidi muodostuu 180 identtisestä kapsidiproteiinista RNA-genomin ympärille.	Virusten (siniset) ja kultananopartikkelien (keltaiset) pakkautuminen AB8fcc kiderakenteessa, joka ei vastaa mitään tunnettua atomi- tai molekyylikiderakennetta eikä sitä ole havaittu aiemmin nanokokoisten partikkeleiden rakenteissa.	Proteiinihäkit, kuten virukset (kuvassa siniset) ja ferritiinit (kuvassa punaiset), voivat muodostaa kultananopartikkelien (keltaiset) kanssa erilaisia kiderakenteita.

Paljon viruksia vielä löytämättä

Viruksiin Kostiainen tutustui post doc -tehtävässä Hollannissa. Radbound University Nijmegen -yliopistossa tutkittiin kemiallista virologiaa. Suomeen Kostiainen palasi viruksiin liittyvät tutkimusaiheet mukanaan pari vuotta sitten. 

”Viruksia on kaikkialla, mutta niistä tunnetaan vain hyvin pieni osa. Meidän tutkimuksessa käyttämämme virus on lehmäpavun kloroosiläikkävirus, jolla on paljon mielenkiintoisia ominaisuuksia. Esimerkiksi kapsidin ja yksittäisten kapsidiproteiinien rakenne tunnetaan erittäin tarkasti. Lisäksi kapsidi voidaan ja avata ja sulkea, joka mahdollistaa erilaisten aineiden sulkemisen viruksen sisään.

Puutarhatiedettäkin professori pääse harrastamaan, koska virusta ei ole saatavilla kaupallisesti vaan se on itse tuotettava. Kasvit pitää kasvattaa, niiden infektoimisen ja monen puhdistusvaiheen jälkeen saadaan tutkimukseen soveltuvaa virusliuosta.

Kun partikkeleiden ominaisuudet yhdistetään samaan pakettiin, syntyy rakenne, joka on sovellettavissa monin eri tavoin aina syöpähoidosta jäteveden puhdistamiseen. 

Mahmedin väitöskirjatutkimuksen tarkoituksena oli laajentaa ydinpartikkelien monitoiminnallisuutta yhdistämällä erilaisia nanopartikkeleita yhteen ja samaan järjestelmään. Tätä varten Mahmed keskittyi kehittämään mahdollisimman yksinkertaista, taloudellista ja tehokasta synteesimenetelmää eri nanopartikkelien yhdistämiseen ja monitoiminnallisten partikkelin rakentamiseen. Lisäksi väitöstutkimuksessa sintrattiin valmistettuja nanojauheita ja tutkittiin saatujen kiinteiden materiaalien ominaisuuksia.

Norsuria Mahmedin kehittämällä synteesitavalla voidaan valmistaa monitoiminnallisia magnetiittiytimisiä nanopartikkeleita. Niiden rakenteeseen kuuluu magnetiittiydin, suojakuori silikasta sekä hopea- ja hopeakloridipartikkeleita, joiden määrä vaikuttaa mahdollisiin sovelluksiin. Esimerkiksi piidioksidisuojakuoren rakentaminen esti syntetisoitua magnetiittia hapettumasta. Näin sen magneettiset ominaisuudet eivät huonontuneet ja magnetiittiydin oli mahdollista rakentaa.

Valmistettuja nanopartikkeleita yhdistettiin eri tavoin ja lisäksi niistä sintrattiin huokoisia tai läpinäkyviä hybridimateriaaleja.  Mahmed selvitti miten materiaalien ominaisuudet muuttuvat, kun erilaisia nanopartikkeleita sintrataan.

Kierrätettävät nanopartikkelit syöpähoidon ja jäteveden puhdistamisen apuna

Monitoiminnalliset materiaalit toimivat erilaisissa sovelluksissa tarpeiden mukaan. Mahmed vertaa monitoiminnallista nanopartikkelia huonekaluun, jolla on monta tehtävää: oikein rakennettu sänky voi toimia myös sohvana ja säilytystilana. Riippuen siitä, missä suhteessa ja millä tavoin magnetiitin, piidioksidin, hopean ja hopeakloridin nanopartikkeleita yhdistetään toisiinsa, on mahdollista rakentaa erilaisia sovelluksia. Esimerkeiksi Mahmed nimeää biolääketieteen, sekä fotokatalyyttiset että magneto-optiset sovellukset.

Magneettisen ytimen omaavia piidioksidi-nanohopea -hybridejä voitaisiin käyttää esimerkiksi proteiinirakenteen tai -molekyylien kantoaineena syöpäsoluja tuhoavien vasta-ainerakenteiden kehittämisessä.

− Magneettisen ytimen avulla partikkeleita voidaan liikutella. Näin esimerkiksi vasta-aine voidaan kohdentaa ensin infektoituneelle alueelle ja samoin poistaa aine kehosta magneettisuutensa avulla, Mahmed ideoi.

Kun nanopartikkeli rakentuu myös hopeakloridista, sitä voidaan käyttää fotokatalyysisovelluksissa esimerkiksi biokemialliseen jäteveden puhdistamiseen. Lisäksi magnetiittiytimellisten nanopartikkelien määrää säätämällä suhteessa piioksidiin pystytään tekemään läpinäkyviä oksidikeraameja, joilla on magneettisia ominaisuuksia. Niitä voidaan käyttää esimerkiksi magneto-optisissa tutkimuksissa.

Norsuria Mahmedin väitöskirja ”Development of multifunctional magnetic core nanoparticles"   tarkastetaan Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulussa (Auditorio V1, Vuorimiehentie 2, Espoo) perjantaina 26.4.2013 klo 12.15.

Lisätietoja:

Norsuria Mahmed
norsuria.mahmed@aalto.fi
puh. 050 460 2611                                                  

Professori Simo-Pekka Hannula
simo-pekka.hannula@aalto.fi

Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu