Kontturi kuvaa hankettaan seuraavasti:

"Geometrinen maailma käsitetään yleensä kolmiulotteisena, mutta monet kemistit ja fyysikot ovat jo pitkään rakentaneet kaksiulotteisia malleja, joiden tarkoitus on yksinkertaistaa ja helpottaa monimutkaisten kolmiulotteisten rakenteiden ja vuorovaikutusten ymmärtämistä. Tällaiset 2D mallit voivat olla esimerkiksi yksittäisiä molekyylejä tai molekyyliaggregaatteja hyvin tasaisella pinnalla.

Tutkimukseni ideana on käyttää tätä 2D kemiaa kasvin soluseinän polymeerien välisten vuorovaikutusten ja hierarkkisen rakenteen ymmärtämiseen erilaisissa olosuhteissa. Monet kasvien fysiologiset funktiot riippuvat soluseinän rakenteesta, ja tätä yhteyttä ei aina tunneta tarkasti. Myös kasviperäisten tuotteiden ominaisuudet ovat suoraan riippuvaisia kasvikuidun soluseinän rakenteesta ja ominaisuuksista. Kokeellisten 2D mallien rakentaminen soluseinän vuorovaikutussuhteita mukaillen on täysin uusi perustutkimuksellinen lähestymistapa näihin ongelmiin.

Koska 2D rakenteilla on myös monia sovelluskohteita modernissa materiaalitieteessä, 2D mallien rakenteiden syvällinen ymmärtäminen auttaa luomaan myös täysin uusia materiaaleja, joissa voidaan hyödyntää luonnonpolymeerien erikoisominaisuuksia."

Eero Kontturi on valmistunut diplomi-insinööriksi vuonna 2001 silloisesta TKK:sta. Tohtoriksi hän väitteli vuonna 2005 Eindhoven University of Technologysta. Hän toimi dosenttina vuodesta 2009 silloisella TKK:lla ja vuoden 2012 alusta hän on toiminut vanhempana tutkijana puunjalostustekniikan laitoksella. Kontturilla on noin n. 40 referoitua tieteellistä julkaisua ja hän on toiminut ohjaajana 3 loppuunsaatetulle väitöskirjatyölle (TKK/Aalto). Hänellä on kaksi edeltävää henkilökohtaista rahoitusta: Suomen Akatemian tutkijatohtoriprojekti 2009-2011 sekä Aalto Starting Grant 2011-2013.

Neste Oil lanseerasi vuodelle 2012 uuden kesätyön ja palkkasi Nesteen kesäpressan, jonka hakuprosessi on saanut huomiota eri medioissa. Kesäpressa toimii yhtiön viestinnässä tutustumalla eri toimipisteisiin ja raportoimalla niistä verkossa blogin ja sosiaalisen median välityksellä. Työn hakeminen oli kuukauden kestävä rutistus, jonka aikana Mikko Laine teki hakemuksestaan musiikkivideon ja keräsi kannattajia facebookissa. Kahdesta eniten nettikannattajia keränneestä työnhakijasta Neste Oil palkkasi Laineen.

Mikko Laine opiskelee kolmatta vuotta kemian tekniikkaa pääaineenaan bio- ja elintarviketekniikka. Monilahjakas mies harkitsi myös teatterikorkeakouluun hakemista ja matematiikan opettajan virkaa, mutta kiinnostus bioprosessitekniikkaan ja diplomi-insinöörin tittelin arvo työelämässä vievät biotekniikan ja kemian tekniikan laitokselle.

Monialaisen osaamisen malliesimerkki

Opiskelun ohella Mikko Laine työskentelee osa-aikaisesti MTV3 Juniori -lastenkanavan juontajana ja harrastaa näyttelemistä, laulamista ja kirjoittamista. Lisäksi hän toimii aktiivisesti myös Kemistikillassa ja Aalto-yliopiston ylioppilaskunnan edustajistossa. Tänä talvena aikaa on vienyt myös rooli teekkarispeksissä.

Kesäpressan työstä Laine kuuli kaveriltaan, jonka mukaan eläväinen nuorukainen sopisi työhön kuin nakutettu.  Laine kertoo päätyneensä harrastuksiinsa ja töihinsä välillä melkein puolivahingossa, kiinnostuksensa ja tuttujen vinkkien kautta.  Esimerkiksi Nesteellä vaadittua bloggaamista hän teki viime kesänä harrastusmielessä kesätyönantajalleen Linnanmäen huvipuistolle.

Eikö kiireinen elämä käy raskaaksi? ”Kun on paljon hommia, osaa vapaa-ajalla ottaa niin rennosti kuin vain ikinä, todella laid back -asenteella”, Laine hymyilee.

Monitaitoisen Laineen tulevaisuuden suunnitelmat ovat vielä avoinna. Hänestä on tärkeää kokeilla ja oppia tekemään erilaisia töitä ja hän naurahtaa esikuvansakin olevan renessanssinero Leonardo da Vinci. On mielenkiintoista nähdä, mihin nuorukainen päätyy, kun kädessä on diplomi-insinöörin paperit ja takana hurja määrä kokemusta viestinnästä, esiintymisestä ja kirjoittamisesta.

Tuotepakkauskaan ei ole pelkkä käytännöllinen suojakotelo, jossa tuote kannetaan kaupasta kotiin.

̶ Pakkaukset ovat myös viestinnän välineitä, brändinrakentajia ja osa tuotteeseen liittyvää elämystä, toteaa Markus Joutsela, median laitoksen tutkija ja PACK AGE -pakkaussuunnittelukurssin vetäjä.

Kurssilla opiskelijaryhmät suunnittelevat innovatiivisia tuotepakkauksia. Opiskelijat valittiin kurssille kirjallisten hakemusten perusteella siten, että suunnittelutiimeihin saatiin osaamista monelta eri alalta: muotoilusta, viestinnästä, markkinoinnista, insinööritaidoista ja projektihallinnasta. Tehtävänannot opiskelijaryhmät saivat yrityksiltä, muun muassa Nokialta, Saarioiselta ja Valiolta.

̶ ̶ Tulevaisuuden tuotepakkauksissa ekologisuus, käyttäjälähtöisyys ja elämyksellisyys muuttuvat yhä keskeisemmiksi. Ne ovat hyvin tärkeässä roolissa myös kurssilla. Yrityksille PACK AGE -kurssi tarjoaa tilaisuuden kokeilla uudenlaisia ratkaisuja.

Kännykkä puetaan vaneriin

Luovalla ajattelulla pakkaukset voidaan valmistaa yllättävistä materiaaleista. Team Nokia -opiskelijaryhmä konseptoi Nokian älypuhelimelle monikäyttöistä ja kestävää pakkausta UPM:n lanseeraamasta muotoiltavasta vanerista, Gradasta.

Tällaista tuotepakkausta kuluttaja ei heittäisi pois, vaan käyttäisi sitä vaikkapa säilytysastiana. Yhdessä konseptissa kauniiseen pakkaukseen suunniteltiin koristeeksi lumihiutalekuvioita.

̶ Myös esimerkiksi paperi voi tulevaisuudessa korvata muovin monissa pakkauksissa. Uudet materiaalit ovat kurssilla keskeisiä.

15.3. – 16.5. järjestettävän PACK-AGE -kurssin toteutuksesta vastaavat yhteistyössä Taiteiden ja suunnittelun korkeakoulu, Kauppakorkeakoulu ja Kemian tekniikan korkeakoulu sekä Lahden ammattikorkeakoulun Muotoilu- ja taideinstituutti.

Teksti: Tea Kalska

Kuvat: Mikko Raskinen

Lisätietoja:

Markus Joutsela
+358 504 094 405
markus.joutsela@aalto.fi

http://pack-age.mlog.taik.fi/

Kuvien tuotteet ja tekstissä mainitut konseptit eivät liity yritysten linjauksiin, vaan ne toteutetaan PACK AGE -kurssin opiskelijaprojekteissa.  

Voittajatyössä huolellinen insinöörimäinen suunnittelu yhdistyi arkkitehtuuriin, asukaslähtöisyyteen ja viihtyisyyteen, selvittää kurssin koordinaattori Mikko Martikka. Työ osoitti sekä innovatiivista ajattelua että olemassa olevan infrastruktuurin hyödyntämistä.

̶ Halusimme tehdä alueesta mahdollisimman valoisan, energiatehokkaan ja kauniin. Meillä oli Laajasalon Kruunuvuorenrannan alueen pohjapiirros, jota muutimme lisätäksemme valoa alueella, kertoo parhaaksi palkitun suunnitelman tehneen ryhmän jäsen, vesitekniikan opiskelija Hanna Vellonen.

Talojen pyramidin mallinen muoto mahdollistaisi asuntojen valoisuuden, kun ikkunat osoittaisivat etelään. Pyramiditalot olisivat keskenään erikorkuisia, jotta alueelle pääsisi enemmän valoa. Korkeuserot myös helpottaisivat alueella suunnistamista.

Sisäpihoja, tunneleita ja autottomuutta

Kruunuvuorenranta sijaitsee meren läheisyydessä ja siellä on usein tuulista ja kylmää. Sen suoksi talojen väliin suunniteltiin katettuja sisäpihoja, jotka ovat talvellakin mukavia oleilupaikkoja.

̶ Suunnittelimme alueelle myös maanalaisia tunneleita ja parkkipaikkoja, joista voi nousta hissillä suoraan asuintaloon.

Muuten alue olisi autoton, joten siellä olisi helppoa liikkua kävellen tai pyörällä. Vellonen kertoo ryhmän ideoineen myös Helsingissä ennen näkemätöntä liikkumisen tapaa – ilmateitse kulkevaa kaapelirataa, jota pitkin kulkeva vaunu veisi matkustajat Helsingin keskustaan tai lähisaarille.

Jätetietoisuus ylös, jätemäärä alas

Arkkitehtuuristen ratkaisujen lisäksi ryhmä pohti, kuinka jätteiden lajittelu alueella hoidettaisiin.

̶ Jätteenlajittelussa tärkeintä olisi tietoisuuden lisääminen. Esimerkiksi talojen sekajäteroskiksissa voisi olla jokaiselle asunnolle koodit, jotka näppäiltäisiin aina kun astiaan heitettäisiin roskia. Asukkaat saisivat kuukausittain tiedon tuottamansa jätteen määrästä.

Tietoisuus kulutuksesta liittyisi myös energiankäyttöön. Asuntoihin tulisi energiapaneeli, joka näyttäisi asukkaalle sähkönkulutuksen ja hinnan. Energia alueelle tulisi osittain aurinko- ja tuulivoimasta.

 ̶ Ideoimme myös jäteveden hallintaa. Likaisin vesi menisi suoraan jätevedenpuhdistamoon, mutta astetta puhtaammasta vedestä, kuten pyykinpesuvedestä, voisi ottaa lämpöä talteen lämpöpumpulla ja käyttää sitä asuinalueen talojen lämmittämiseen.

Voittajaryhmään kuului Hanna Vellosen lisäksi viisi opiskelijaa: Rinze Pietersma Hollannista, Yann Le Moing Ranskasta, Marco Ottavio Tarquini ja Sergio Chirivi Italiasta ja Ines Stefanec Sloveniasta.  Ryhmän ohjaajana toimi tutkija Gary Watkins Kemian tekniikan korkeakoulusta.

Teksti: Tea Kalska

NEPTUNE-verkoston kurssi Aalto-yliopistossa

Energiatehokas asuinalue suunniteltiin NEPTUNE-verkoston järjestämällä kansainvälisellä kurssilla. Verkosto järjestää vuosittain ryhmäprojekteja, joissa ympäristöalaan liittyviä tehtäviä ratkotaan kansainvälisissä ja monialaisissa opiskelijaryhmissä. Tänä vuonna kurssi järjestettiin Aalto-yliopistossa, jossa hanketta isännöi Kemian tekniikan korkeakoulun Puhtaat teknologiat -tutkimusryhmä johtajanaan professori Olli Dahl. Projekti toteutettiin yhteistyössä vesihuoltotekniikan professori Riku Vahalan ryhmän kanssa. Asiantuntijaroolissa hankkeessa toimi FiDiPro-professori Stefan Winter.

Metallisia ohutlevyjä tarvitaan yhteiskunnassa mitä erilaisimpiin tarkoituksiin, ja niitä tuotetaan valtavia määriä suurissa valssauskeskuksissa. Levyjen muovauksessa käytetään pääasiassa perinteisiä syväveto- ja venytysmuovausmenetelmiä. Ne edellyttävät kalliita laitteita ja muotteja, joten samanlaisia kappaleita pitää valmistaa suuria määriä. Muotin suunnittelulla alkava tuotantoprosessi voi kestää kaikkine vaiheineen jopa kuukausia.

Mutta entä jos tahdotaan tehdä mahdollisimman nopeasti prototyyppi, yksilöllinen kappale, tai pieni erä tuotteita? Niitä varten on kehitetty uusi ohutlevyn muovaamismenetelmä nimeltä numeerinen painomuovaus. Keksintö syntyi Japanissa autoteollisuuden tarpeisiin.  Materiaalitekniikan laitoksella on tutkittu laajasti painomuovatun materiaalin ominaisuuksia sekä käyttömahdollisuuksia. Arto Komulainen esimerkiksi on tehnyt laitokselle diplomityön painomuovauksesta, työssä tutkittiin myös menetelmän soveltamista sisustuselementtien valmistukseen.

-Moni meistä on tehnyt veistotunnilla löylykauhan takomalla ohutta, pyöreää metallilevyä alustan päällä, havainnollistaa Aalto-yliopiston materiaalitekniikan laitoksen tutkija, DI Tuomas Katajarinne.

-Me emme pakota vasaralla, vaan käytämme apuna tavallista teollisuusrobottia, hän kertoo, ja näyttää miten levyn pinnalla CAM-ohjelmalla tietokoneohjatusti liukuva muovauskärki muovaa ohutlevyä haluttuun muotoon, tällä kertaa kulhoksi. Positiivisessa painomuovauksessa muoto suuntautuu ylöspäin levyn pinnasta, ja negatiivisessa muovauksessa alaspäin. Voitelu alentaa kitkaa ja parantaa pinnan laatua.

Muovauskärkien sijasta robotti voisi käyttää periaatteessa mitä tahansa haluttua työkalua, vaikkapa kuulakärkikynää, alle millimetrin tarkkuudella. Valmistus suunnitelmasta tuotteeksi sujuu nopeimmillaan jopa alle tunnissa. Toteutus onnistuu levynpitimen ja yksinkertaisen muotin avulla, tai joissain tapauksissa jopa muotitta, mikä säästää aikaa ja kustannuksia.

Perinteisiin menetelmiin verrattuna numeerisella painomuovauksella muovattu metalli myös venyy enemmän ilman että se vikaantuu. Se muovautuu eri lailla, joten sillä voi valmistaa monipuolisempia tuotteita. Menetelmän joustavuus mahdollistaa uusia metallin käyttömahdollisuuksia muun muassa sisustussuunnittelijoille ja taiteilijoille.

-Materiaalitekniikan laitos selvittää, mihin painomuovaus soveltuu, mutta taloudelliset resurssit omaavat tahot päättävät, mihin sitä ryhdytään käyttämään, toteaa Katajarinne realistisesti.

Hän näkee menetelmässä paljon mahdollisuuksia. Esimerkiksi sairaalat voisivat siirtyä käyttämään muovattuja kuparisia seinäpintoja ja sisustuselementtejä, koska kupari tappaa bakteereja. Metallisilla, painomuovatuilla julkisivuelementeillä voi puolestaan loihtia uutta ilmettä ankeisiin lähiöiden sementtikerrostaloihin.  Samalla ne toimivat eristeenä ja sääsuojana.

-On silti vielä paljon tehtävää ennen kuin painomuovaus lähtee valloittamaan maailmaa, huomauttaa Katajarinne.

Hän muistuttaa, että tutkijat kiistelevät edelleen metallin painomuovauksessa tapahtuvista muodonmuutosmekanismeista. On erityisen tärkeää tutkia painomuovattujen kappaleiden käyttäytymistä myös kriittisissä ympäristöissä. Jos esimerkiksi lentokoneiden siivissä alettaisiin käyttää painomuovattuja komponentteja, olisi niiden osoittauduttava ominaisuuksiltaan vähintään nykyisten veroisiksi.

Lisätietoja:

Tutkija Tuomas Katajarinne

Aalto-yliopisto
Kemian tekniikan korkeakoulu
Materiaalitekniikan laitos
tuomas.katajarinne@aalto.fi

Maaöljyvarastojen pikku hiljaa huvetessa on uusiutuviin polttoaineisiin liittyvää kehitystyötä ja tuotantoa jatkuvasti lisätty. Perinteisiä biopolttoaineita ovat bioetanoli, jota valmistetaan maissista, vehnästä ja sokeriruo'osta, sekä biodiesel, jonka raaka-aineina käytetään öljypalmua ja jäterasvoja. Näin saatujen polttoaineiden koostumus on kuitenkin erilainen kuin vastaavien fossiilisten polttoaineiden ja lisäksi käytettävät raaka-aineet ovat poissa elintarvikekäytöstä.

Uusiutuva diesel sen sijaan on fossiilisen dieselin kaltainen huippulaatuinen biopolttoaine, jonka valmistamiseen käytetään kasviöljyjä sekä jäte-eläinrasvoja. Lisäämällä niihin tehdasprosessissa vetyä saadaan korkealaatuista polttoainetta, hiilivetyjen seosta, joka on ominaisuuksiltaan jopa fossiilista dieseliä parempaa.

Uusiutuvaa ja poissa ruokaketjusta

Mikrobiöljyiksi kutsutaan öljyä joka on tuotettu mikro-organismeilla orgaanisista yhdisteistä, esimerkiksi sokereista. Öljyä tuottavat mikrobit voivat olla bakteereita hiivoja, homeita tai mikroleviä. Mikrobiöljystä voidaan edelleen jatkojalostaa halutunlaista polttoainetta.

"Tämän tutkimustyön lähtökohtana on ollut käyttää mikrobiöljyn raaka-aineena täysin uusiutuvia raaka-aineita, jotka ovat jätteitä tai tähteitä ja poissa ruokaketjusta. Käytännössä tämä tarkoittaa lignoselluloosaa, jota kasvibiomassassa on eniten. Käyttökelpoisia ovat muun muassa maatalouden korjuujätteet, energiakasvit, puuperäiset saha- ja paperiteollisuuden tähteet sekä paperijäte. Tavoitteena on saada raaka-aineiden sisältämä hiili mahdollisimman suurilta osin hyötykäyttöön", kertoo professori  Simo Laakso.

Neste Oililla ja Aalto-yliopistolla on tutkimuksen tuloksena patenttihakemuksia öljynvalmistuksesta hiivan ja homeitten avulla. "Käytämme yleisistä, julkisista ja kaupallisista kokoelmista saatavia turvallisia hiivoja ja homeita”, korostaa Laakso.

Mikrobit tuottavat öljyä jopa 60 - 70 prosenttia kuivapainostaan. Mikrobiöljystä valmistetun uusiutuvan dieselin hiilivetykoostumusta voidaan jalostuksen prosessoinnin avulla muunnella, jolloin saadaan erilaisia lopputuotteita, kuten dieseliä tai kerosiinia. Prosessiin liittyy vain vähän päästöjä ja kemikaalien käyttö on minimaalista. Käytettäessä jätteitä ja tähteitä mikrobiöljyn raaka-aineena saavutetaan korkea kasvihuonekaasuvähenemä. Näiden lisäksi laajamittaiseen mikrobiöljyyn siirtymiseen liittyisi muitakin etuja. Professori Laakso antaa kaksi esimerkkiä: "Maaöljyyn liittyvät rikkipäästöt katoavat, koska mikrobiöljy on täysin rikitöntä. Maatalouden tähteiden käytöllä voidaan vähentää kasvihuonekaasujen, kuten metaanin, muodostusta maaperässä, kun tähteet mädäntymisen sijasta käytetään mikrobiöljyn tuottoon. Maapallon viljelypinta-alasta noin kymmenellä prosentilla viljellään riisiä. Sadon korjaamisen jälkeen korret kynnetään peltoon, jossa ne mätänevät ja tuottavat metaania. Tämä on hiilidioksidia paljon voimakkaampi kasvihuonekaasu. Öljyntuotantoon käytettynä tämäkin päästölähde poistuisi".

Suomi edelläkävijänä

Professori Laakson mukaan yliopistolla yhteistyöprojektissa Neste Oilin kanssa on kuluneiden neljän vuoden aikana edetty perustutkimuksesta aina koelaitoksen suunnitteluun. "Kaikki perustutkimuksen asiantuntemus on meillä ollut saman katon alla. Eri alojen asiantuntijoita on projektissa ollut mukana tusinan verran, ja tänä aikana on työhön lisäksi osallistunut viisi jatko-opiskelijaa".

Kaupallisessa tuotannossa mikrobiöljy on aikaisintaan vuonna 2015. Neste Oilin jo käytössä olevien uusiutuvan dieselin laitosten kapasiteetti Porvoossa, Rotterdamissa ja Singaporessa on 2 miljoonaa tonnia vuodessa

Neste Oilin ja Aalto-yliopiston yhteistyö on nostanut Suomen mikrobiöljyn hyödyntäjänä edelläkävijöiden joukkoon. Professori Simo Laakso on tyytyväinen yhteistyöhön ja saavutettuihin tuloksiin. "Neste Oil antoi tutkimuksen toteuttamiseen vapaat kädet, ja yhtiön erityisosaamisensa on aina tarvittaessa ollut käytettävissä".

Lisätietoja:

Professori Simo Laakso
Aalto-yliopisto
Kemian tekniikan korkeakoulu
Biotekniikan ja kemian tekniikan laitos
simo.laakso@aalto.fi

It is estimated that in 2050 the annual demand of textile fibers ranges between 120 and 130 million tons owing to the growth of population and living standards. Because of the environmental and agricultural restrictions for cotton production, cotton cannot keep the present share of 31% from global fiber production. Thus, it can be predicted that in 2050 the gap of cellulose-based fibers is ranging between 7 and 10 million tons.  However, the growing demand for highly purified cellulose pulps is not only limited to textile applications, but also concerns the manufacture of cellulose acetate for high value-added films, plastics and coatings as well as cellulose mixed ethers for lacquers and printing, cellulose ethers and cellulose powder which have found important applications in food and pharmaceutical industries. Moreover, dissolving pulps seem to be the preferred substrate for the manufacture of nanofibrillated cellulose (NFC), a future precursor of advanced materials. Currently, dissolving wood pulps are produced by the acid sulfite and the vapor-phase prehydrolysis kraft processes which were both developed in the 1950s. While the former remained technically largely unchanged, a modern displacement cooking procedure was adopted to the vapor-phase prehydrolysis kraft process, known as Visbatch®,  VisCBC processes as well as other displacement cooking techniques developed by Metso and GL&V, respectively.

The growing demand of high purity dissolving pulps, however, requires the development of novel process concepts which allow both the realization of advanced biorefinery concepts and the manufacture of pure cellulose pulps, revealing a quality profile comparable to that of cotton linters.

Our innovation strategy with regard to dissolving pulp comprises both the further development of existing technologies as well as radical innovations.

Principally, acid sulfite pulping offers a good basis for the realization of the biorefinery concept in that the three lignocellulosic polymers, cellulose, hemicellulose and lignin may be recovered as dissolving pulp, monomeric sugars and lignosulfonate in economically attractive quantities. However, a lot of drawbacks are associated with the present acid sulfite pulping technology: low flexibility in the selection of raw material sources, long overall cooking time due to very slow impregnation of wood chips, inefficient and costly recovery of cooking chemicals, conversion of substantial amounts of released monomeric sugars to aldonic acids which reduces and hinders the recovery of the former and finally the low cellulose purity of the resulting dissolving pulps. SO₂-ethanol-water pulping (SEW) has the potential to be a viable alternative to metal-based acid sulfite cooking. Yet the former process has certain distinct advantages over the latter in terms of rational biomass use and operational efficiency.  The ethanol present in the cooking liquor allows fast transport of the pulping agents to the reaction sites inside the wood, which eliminates the need for a separate impregnation step and decreases substantially the overall cooking duration. Further, ethanol is known to be a better solvent for lignin and lignosulfonate than water. The absence of a base in the process reduces the recovery cycle to simple distillation of ethanol and unreacted SO₂. Ethanol does not participate in the reactions and can thus be recovered almost quantitatively. The presence of ethanol and the absence of a base reduce the amount of hydrosulfite anions, which are responsible for the oxidation of monosaccharides to aldonic acids, a wasteful pathway seen in conventional acid sulfite pulping.

Together with the pioneers of SEW pulping, Professor Adriaan van Heiningen and Dr. Mikhail Iakovlev, the SEW fractionation concept is currently investigated with regard to the manufacture of dissolving pulp from spruce wood.  The experimental work is largely done by You Xiang within the framework of her Master’s thesis. The preliminary results confirm the above mentioned advantages of the SEW process over the Mg-based process. However, the yield and the purity of the resulting dissolving pulp are comparable to those of the Mg-based acid sulfite process.

The limitations in terms of cellulose purity as revealed for the SEW process may be overcome by the following two developments: The first concept envisions hydrothermolysis as a pre-fractionation process where hemicelluloses may be removed quantitatively, if required. At the same time large amounts of lignin are degraded, presumably by the cleavage of LCC bonds and, moreover, by homolytic cleavage of arylether bonds. The final delignification may be accomplished by subsequent mild alkaline delignification or by dissolution in an appropriate solvent. To minimize secondary side reactions, e.g. recondensation reactions, hydrothermolysis will be carried out in a flow-through reactor system. As a first reactor system we pursue a flow-through reactor with combined recirculation and percolation mode as shown in Figure 1.

.

Figure 1:     Equipment for hydrothermal pretreatment and Soda anthraquinone cooking (W = water; SAQ = Soda-AQ cooking; H = hydrolysate)

Following this concept, the sugar concentration reaches a level which ensures a cost-effective conversion to value-added products. By applying appropriate conditions, the hemicellulose content of the wood may be lowered to 1-2% on odw, while the cellulose content remains basically unchanged.

The second technical concept of hydrothermal treatment constitutes a shrinking-bed reactor. It is a percolation-type reactor, capable of reaching temperatures up to 300 °C and pressures up to 130 bars. The reactor is characterized by a piston that moves downwards and compresses the woody biomass along with its degradation and dissolution. This allows for a constant packing density within the reactor chamber, as well as for a reduction of the liquid retention time at a given flow-rate. This novel technology is expected to be very efficient and selective in the removal of hemicelluloses.  Figure 2 shows an image of the core part of the reactor system.

Figure 2: Lab-scale shrinking-bed reactor

As already mentioned, the residual lignin remaining after the hydrothermal treatment is removed either by mild Soda-Anthraquinone (SAQ) treatment or by dissolution in a selective lignin solvent. The addition of an appropriate stabilizer during SAQ cooking has shown to preserve pulp yield efficiently. The sulfur-free lignin released during SAQ cooking or solvent extraction is isolated and purified following known protocols.

The second approach for the manufacture of a high-purity cellulose pulp envisages pre-alkaline extraction followed by SAQ cooking and post-alkaline extraction treatment. This fractionation scheme aims at producing cellulose pulp and hemicelluloses both of high molar mass and purity. Quite recently we could show that pre-alkaline extraction of hardwood allows the removal of about one third of the wood xylan as a high molar mass polymer while only small amounts of lignin are removed concomitantly which cheapens subsequent xylan isolation and purification procedures.  Pre-alkaline extraction of wood does not significantly lower the hemicellulose content of the unbleached pulp. However, it contributes to a higher lignin purity of the black liquor which in turn simplifies the recovery of sulfur-free lignin. Thus, the final pulp purity is accomplished by cold caustic extraction (CCE), typically applied after oxygen delignification.  This treatment is particularly suited for the removal of xylan, while it is less efficient for the separation of glucomannan, the main hemicellulose component of a softwood pulp. For the refining of the latter we suggested to add borates to the alkaline extraction solution which is known to facilitate the removal of glucomannans. The final bleached pulp is subjected to an endoglucanase (EG) treatment for the adjustment of pulp viscosity to the desired level and to improve the accessibility of the individual cellulose molecules. The latter is important for subsequent dissolution or derivatization reactions of a dissolving pulp. The technical concept is visualized in Figure 2.

Figure 3: Scheme of the manufacture of high molar mass, high-purity cellulose pulp and the separation of hemicelluloses and sulfur-free lignin. 

All the mentioned concepts of dissolving pulp manufacture are based on existing pulping technologies.  However, a completely new concept for the preparation of a pure cellulose pulp is currently under investigation. Unfortunately, it is too early to disclose this ground-breaking technology due to a pending patent application.

Last but not least it is my pleasure to introduce my dissolving pulp research team:

From left to right: Dr. Marc Borrega, MSc. Lidia Testova, Xiang You and Dr. Mikhail Iakovlev.

Herbert Sixta, Biorefineries Research, Department of Forest Products Technology, School of Chemical Technology

 ̶ Väitöstutkimukseni taustalla on halu vähentää katkojen määrää paperikoneella. Usein toistuvat katkot tarkoittavat käytännössä tuotantoajan menettämistä, Ora selvittää.

Oran väitöstyössä tutkittiin paperin rakenteen vaikutusta märän rainan lujuuteen ajamalla uudelleen kostutettuja tehdasvalmisteisia paperirullia ajettavuuspilotissa ja mittaamalla märän rainan lujuutta suoraan pilotpaperikoneen puristinosalla. Rainan eli paperikoneessa ajettavan kuituverkoston lujuus puolestaan vaikuttaa katkojen määrään koneella. 

̶ Paperikoneen ajettavuuteen vaikuttavat monenlaiset asiat, mutta paperin rakenteen vaikutusta märän rainan lujuuteen ja ajettavuuteen ei juurikaan ole aiemmin tutkittu.

Paperiteollisuuden kustannukset halvemmiksi

Oran väitöstutkimuksessa paperin rakennetta kuvattiin muun muassa formaatiolla.  Paperin formaatio on huono, silloin kun paperin pienimittakaavainen neliömassavaihtelu on voimakasta. Tällä tarkoitetaan sitä, että paperissa on paljon pinta-alaltaan pieniä sekä ohuita että paksuja kohtia.

̶ Tutkimuksessani paljastui, että toisin kuin vanhoissa tasoviirakoneissa, moderneissa paperikoneissa formaation parantaminen ei lisää märän rainan keskiarvolujuutta. Sen sijaan sillä olikin vaikutusta märän rainan vetolujuusvaihteluun.

Oran mukaan vetolujuusvaihtelulla on merkitystä paperiteollisuuden kustannuksille. Jos lujuusvaihtelu saadaan alhaisemmaksi, paperia pystytään valmistamaan heikommista ja halvemmista raaka-aineista vähemmillä katkoilla. 

̶ Jos formaatiota voidaan parantaa, myös lujuusvaihtelua voidaan vähentää. Silloin katkojakin tulee vähemmän eli paperikoneen ajettavuus paranee.

Paperin formaation vaikutus lujuusvaihteluun riippui paperin kuiva-ainepitoisuudesta ja formaation mittakaavasta. Märissä papereissa voimakkain vaikutus oli suurimittakaavaisella formaatiolla ja kuivissa papereissa pienimittakaavaisella. Mitä huonompi formaatio on, sitä alemmassa kuiva-ainepitoisuudessa lujuusvaihtelu formaation vaikutuksesta alkaa.

Väitöstilaisuus

Diplomi-insinööri Markku Oran väitöskirja "The effect of web structure on wet web runnability" tarkistetaan 20.4.2012 kello 12 Kemian tekniikan korkeakoulussa, Puu2 Auditoriossa, Tekniikantie 3, Espoo.

 Lisätietoja Markku Ora:

markku.ora@upm.com

Ohjelma yhdistää alakohtaisen ja poikkitieteellisen mentoroinnin ja tänä vuonna myös kansainvälisen verkostoitumisen.  Haku ohjelmaan on parhaillaan käynnissä AlumniNETissä.

Opiskelija-alumni-mentorointi edistää opiskelijoiden työelämävalmiuksia ja  opiskelijoiden sekä mentorina toimivien alumnien verkostoitumista sekä tiedon ja taitojen vuorovaikutusta. Opiskelijan ja alumnin kahdenkeskisten tapaamisten ohella tärkeä osa ohjelmaa ovat osallistujille yhteiset seminaarit, temaattiset pienryhmätapaamiset ja yritysvierailut.

Mentoriksi voivat hakea kaikki Aalto-yliopiston edeltäjäkorkeakouluissa opiskelleet alumnit, joilla on vähintään viiden vuoden työkokemus. Mentoroitavaksi voivat hakea maisterivaiheen opiskelijat.

Hakuaika ohjelmaan jatkuu 15. toukokuuta asti. Ohjelma kestää lukuvuoden 2012–2013.

Kuva vuoden 2011 mentoroinnista, kuvaaja Mikko Raskinen

Mentorointiohjelmalla on pitkät juuret Aalto-yliopistossa. Opiskelija-alumni-mentorointia on järjestetty Kauppakorkeakoulussa vuodesta 1999 ja Tekniikan korkeakouluissa vuodesta 2000 lähtien. Taiteiden ja suunnittelun korkeakoulu on syksyllä ensimmäistä kertaa ohjelmassa mukana.

Vuoden 2011 mentorointiohjelmaan osallistuneet opiskelijat kiittävät ohjelmaa tulevaisuuden tuesta, alumneille ohjelma tarjosi mahdollisuuden haastaa omat näkökulmansa ja vakiintuneet käsityksensä työelämästä. Ohjelma synnytti osallistujissa muun muassa seuraavia ajatuksia:  

 ”Sain mentoroinnista todella hyvin tukea ja itseluottamukseni tulevaisuudesta vahvistui. Nyt tiedän, mitä haluan tehdä opintojen jälkeen.” (mentoroitava 2011)

”Sain mentoroinnista hyviä vinkkejä työelämän haasteita varten ja etenkin omaa työssäjaksamista ajatellen.” (mentoroitava 2011)

”Opin katsomaan työelämää laajemmalla näkökulmalla ja huolestuneisuuteni tulevaisuutta kohtaan väheni.” (mentoroitava 2011)

”Sain mentoroinnista paljon uusia kontakteja ja ymmärrystä opiskelijoiden nykytilanteesta ja pinnalla olevista asioista.” (mentori 2011)

”Olen saanut uusia näkökulmia mentoroitavan puolelta ja olen myös joutunut/saanut tarkastelemaan omia mielipiteitäni ja asenteitani kriiittisesti.” (mentori 2011)

”Tapaamalla nuoria pystyy itsekin kasvamaan.” (mentori 2011)

Lisätietoja alumnien sivuilla.

Kemian laitoksella tehtävä tutkimus alkoi vuoden 2012 alussa ja liittyy eSINi-tutkimusprojektiin. Tutkijatohtori Tanja Kallion mukaan hankkeessa selvitetään miten lataus vaikuttaa eri akkutyyppeihin ja niiden kestävyyteen. Sähköautossa akku on kallis ja tärkeä komponentti. Sen luovuttaminen ulkopuoliselle taholle, kuten energiayhtiölle, lataamista ja purkamista varten edellyttää varmuutta tapahtuman vaikutuksista akkuun. Kallio aprikoi, että akun vapaa käyttö voisi kiinnostaa energiayhtiöitä. Ennen tällaisen käytännön luomista tulee kuitenkin varmistua siitä, että akku ei moisesta vahingoitu.

– Litium-ioniakuissa on niiden turvallisuudesta vastaava BMS eli battery management system, joka normaalisti ohjaa akun latautumista eli estää ylilatautumiset ja muut virhetilanteet. Jos ulkopuolisen tahon ja BMS:n yhteensopivuudesta ei ole varmuutta, BMS-järjestelmä pitää jättää akusta pois. Silti akun turvallisuus pitää pystyä varmistamaan, kertoo Kallio.  

Kirjan kokoinen kenno kylmäkaapissa

Koska eSINi:n piirissä tutkittavia litium-ioniakkujen valmistajia on monta ja ne koostuvat monesta eri kemiasta, tarjoaa kemian laitos osaamistaan akkutyyppien välisten erojen analyysiin. Laitoksella tehdään samalla myös omaa akkumateriaalitutkimusta mutta eSINi-tutkimusprojektin kohteena ovat jo markkinoilla olevat akut. Tutkimuksessa selvitetään, voiko Suomessa käyttää vaikkapa Espanjassa tuotettua autoa, jossa on litium-ioniakku.

Professori Kyösti Kontturin mukaan samantyyppisiä tutkimusprojekteja on ollut maailmalla jo aiemminkin, mutta Suomen pitkä talvi ja kylmä ilmasto luovat tutkimukseen uuden näkökulman. Näin ollen muualla saadut tulokset eivät ole suoraan yleistettävissä tänne.

– Käytännössä kemian laitoksen laboratoriossa tutkitaan kokonaisen malliakun sijaan sen yhtä kennoa, joka edustaa koko akkua järkevissä virran, jännitteen ja tehon rajoissa, kertoo Kallio. Noin kirjan kokoisen kennon materiaalikemiaa tutkitaan esimerkiksi säädeltävän lämpötilan ilmastokaapissa, jotta pakkasen vaikutus akkuun selviäisi. Jos kylmän ilman seurauksena tietty akkutyyppi hajoaa tai alkaa toimia huonosti, sitä puretaan osiin ja pyritään selvittämään, miksi se ei toimi. 

eSINi-tutkimusprojekti (Electrical Vehicle Charging Infrastructure for Urban Environments) pyrkii mahdollistamaan sähköautojen laajaa käyttöönottoa etenkin pääkaupunkiseudulla. Projektissa suunnitellaan ja tutkitaan erilaisten latauspisteiden ja muun autoihin liittyvän infrastruktuurin tarvetta.

eSINi-tutkimusprojekti on osa laajaa sähköisen liikenteen suunnittelukokonaisuutta. Se on rinnakkaistutkimusprojekti Pääkaupungin sähköinen liikenne -hankkeelle ja sen päärahoittajat ovat Tekesin EVE- ja Helsingin kaupungin Innovatiivinen kaupunki -ohjelmat.

Lue lisää Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulussa tehtävästä sähköautojen tutkimuksesta.

Lauri Holappa on vasta kolmas eurooppalainen palkinnonsaaja. Palkinto jaetaan sekä teollisuuden tutkimus- ja kehitystehtävissä että akateemisessa tehtävissä toimiville  ”in recognition of distinguished contributions in chemical process metallurgy and materials chemistry to the iron and steel industry”.

Lauri Holappa valmistui diplomi-insinööriksi vuonna 1964. Tekniikan tohtoriksi hän väitteli vuonna 1970. Väittelemisen jälkeen hän toimi 9 vuotta teollisuudessa ja vuonna 1979 hänet nimitettiin metallurgian professoriksi. 1980-luvulla hän toimi laitoksen johtajana kuuden vuoden ajan.

Lauri Holappa jäi eläkkeelle vuonna 2009 metallurgian professorin työstä, mutta hän on edelleen hyvin aktiivisesti mukana laitoksen toiminnassa.

Kuvassa Lauri Holappa ja hänen vieressään 1960-luvulta peräisin oleva uuni. 1800-asteeseen lämpenevää uunia Lauri Holappa käytti diplomityötä tehdessään vuonna 1963.

Professori Mika Sillanpää johtaa LUT Savossa Vihreän kemian laboratoriota, joka ratkoo ympäristöongelmia kemiallisin analyysi- ja käsittelymenetelmin sekä kehittää ympäristöteknologian sovelluksia hyödyntäen uusia materiaaleja, kuten hiilinanokuituja, nanoputkia sekä toiminnallisia pinnoitteita. Muita laboratorion vahvoja tutkimusalueita ovat ioniliikkuvuusspektrometria, sähkökemialliset vedenpuhdistustekniikat ja ympäristöanalytiikka. 

Kuvassa toimitusjohtaja Tapani Järvinen ja professori Mika Sillanpää.

Professori Mika Sillanpää on Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulun alumni. Hän on valmistunut diplomi-insinööriksi vuonna 1992 ja väitellyt tekniikan tohtoriksi vuonna 1997 silloisesta Teknillisestä korkeakoulusta. Professori Sillanpää on toiminut useissa tutkimustehtävissä mm. Teknillisessä korkeakoulussa, Oulun yliopistossa, Kuopion yliopistossa sekä Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa.

Rahasto edistää tutkimustulosten hyödyntämistä

Ympäristöteknologiarahaston apurahan tarkoituksena on edistää teollisuuden ympäristöteknologian tutkimusta ja tutkimustulosten hyödyntämistä teknologiatuotteina ja -palveluina.  Se jakaa vuosittain apurahan ansioituneelle osaajalle alan tutkimus- ja kehitystyöhön. 

Outotec Oyj:stä eläkkeelle jääneen toimitusjohtaja Tapani Järvisen nimeä kantava rahaston on perustanut Aalto-yliopiston teknillisen korkeakoulun hallitus vuonna 2009 ja sen peruspääoman lahjoitti Outotec Oyj. Rahasto vahvistaa osaltaan Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulun metallien valmistukseen ja prosessiteknologiaan liittyvän ympäristöteknologian tutkimusta ja parantaa siten suomalaisen teollisuuden kansainvälistä kilpailukykyä.

Lisätietoja:

Professori Mika Sillanpää
LUT Savo
Vihreän kemian laboratorio
Puh. 0400 205215
mika.sillanpaa@lut.fi

Lisätietoja Toimitusjohtaja Tapani Järvisen ympäristöteknologiarahastosta:

Professori Simo-Pekka Hannula

Aalto-yliopisto
Puh. 040 552 6605
simo-pekka.hannula@aalto.fi

Professori Olli Dahl

Aalto-yliopisto
Puh. 040 540 1070
olli.dahl@aalto.fi

Kuvassa Outi Toikkanen, Juha Erkkilä ja Ville Pihlajaniemi

Väitöskirjapalkintoa jaettaessa arvioitiin väitöstutkimuksen tieteellistä tasoa, tohtorin tutkinnon suorittamiseen käytettyä aikaa ja opintomenestystä. Korkeakoulun tohtorinkoulutusneuvosto päätti myöntää palkinnon TkT Outi Toikkaselle väitöskirjasta ”Synthesis, Surface Assembly, Characterizati-on and Electrochemistry of Gold Nanoparticles”. Väitöskirjatyön kokeellinen osa oli erittäin vaativa. Tekijä osoitti pystyvänsä kokeellisesti syntetisoimaan ja hyödyntämään kymmenien atomien klustereita, mikä luo mahdollisuuden löytää ja tutkia uusia ilmiöitä. Väitöstutkimuksen valvojana toimi professori Kyösti Kontturi.

Diplomitöiden arvioinnissa painotettiin korkeaa tieteellistä tasoa

Diplomityöpalkinnon osalta, arviointiperusteina olivat diplomityön arviointilausunto, ylemmän korkeakoulututkinnon suorittamiseen käytetty aika ja opintomenestys. Koulutusohjelmien johtajat tekivät esityksensä, jotka koulutusneuvoston puheenjohtaja, professori Tapani Vuorinen päätti. Palkittujen diplomitöiden arviointilausunnossa korostuvat töiden korkea tieteellinen taso tai teollinen merkittävyys, aiheen kokonaisvaltainen hallinta sekä moitteeton kieliasu.

Ville Pihlajaniemen työssä ”New acidic fungal cutinases from Sirococcus conigenus and Aspergillus niger” tavoitteena oli puhdistaa, identifioida, kloonata, tuottaa ja karakterisoida uusia happamia kutinaaseja. Kutinaasit ovat entsyymejä, jotka hajottavat kasvien pintakelmun vahamaista ainetta. Työn tulokset ovat tieteellisesti merkittäviä, työssä pystyttiin ensimmäistä kertaa osoittamaan, että on olemassa happamissa olosuhteissa toimivia kutinaaseja. Tulokset on tarkoitus raportoida tieteellisinä julkaisuina. Pihlajaniemen työtä luonnehdittiin arvioinnissa korkeatasoiseksi tieteelliseksi kokonaisuudeksi, sekä suunnittelun että toteutuksen puolesta. Diplomityön valvojana toimi professori Matti Leisola.

Juha Erkkilän työssä ”Suorasammutettujen kulutusterästen karkenevuus ja päästönkestävyys” tavoitteena oli tutkia suorasammutettujen kulutusterästen karkenevuutta ja päästönkestoa sekä näiden ilmiöiden taustalla vaikuttavia tekijöitä. Erkkilä on rajannut laajasta sisällöstä onnistuneen kokonaisuuden. Kattava kirjallisuuskatsaus selvittää sammutusterästen valmistusta ja niiden ominaisuuksia. Lisäksi työssä on esitetty huomattavan laaja määrä kokeellisia tuloksia, joiden raportointi ja suhteutus kirjallisuusosion tietoihin on johdonmukaista. Työn tuloksilla on teollista merkittävyyttä. Diplomityön valvojana toimi professori Simo-Pekka Hannula.

Valtteri Schildtin työn ”The effect of converting parameters on final product properties” tavoitteena oli selvittää tissue-tuotteiden jalostuksessa käytettävien yksikköoperaatioiden optimaaliset parametrit toiminnallisten ominaisuuksien parantamiseksi. Schildt löysi työssään lopputuotteen toiminnallisiin ominaisuuksiin vaikuttavat tekijät ja osoitti niiden vaikutuksen ja luotettavuuden, mikä edesauttaa alan kehityksen ohjaamisessa systemaattisen tutkimuksen kautta oikeaan suuntaan. Työ oli lähtökohdiltaan haastava, sillä tissue-tuotteiden valmistus ja jalostus ovat teollisuuden ala, josta sekä teoreettista tietoa että soveltavaa tutkimusta käsittävää kirjallisuutta on hyvin vähäisesti. Diplomityön valvojana toimi professori Jouni Paltakari.

 Kuva: Tuike Lehko

Muutaman opiskelijan muodostamissa ryhmissä ollaan työn touhussa. Styse Van Der Molen (Alankomaat), Juho Purhonen (Aalto-yliopisto), Palash Sarkar (Aalto-yliopisto), Pauline Fatiga (Ranska), Gianmaria Vitale (Italia) muodostavat kahden slovenialaisen opiskelijan kanssa asuinaluetta suunnittelevan tutkimusryhmän ja pohtivat miten naapurustosta saataisiin mahdollisimman ympäristöystävällinen.

– Ideoimme yhdessä, mutta ryhmässä on työnjako asuinalueen teemojen mukaan veden, energian ja jätteidenhoidon osalta, kertoo Palash Sarkar.

Seuraavaksi ryhmä miettii julkisten tilojen tekemistä ja sitä, miten annettu energiankulutuksen kokonaismäärä jaetaan alueella.  Työtä riittää perjantain 15 minuutin esitystä ja arviointia varten. – Voitto ei kuitenkaan ole tärkeintä, vaan työskentely kansainvälisessä ryhmässä ja lopulta muiden ryhmien ideoiden näkeminen, toteaa Gianmaria Vitale.

Asuinalueen suunnittelu noudattanee samaa kaavaa kaikissa ryhmissä, otaksuvat opiskelijat. Juho Purhosen mukaan eroja syntyy lähinnä siitä, keskitytäänkö lyhyessä esitelmässä enemmän asuinalueen kokonaisuuteen vai valittuihin yksityiskohtiin ja pieniin innovaatioihin. – Me painotamme asuinalueen suunnittelun kokonaiskuvaa, mutta huomioimme yksityiskohtia myös jonkin verran, tiivistää Sarkar.

Opiskelijat ovat innoissaan projektista, vaikka se ei kaikkien kohdalla vastaakaan omaa koulutusta. Esimerkiksi Vitale valmistuu maa- ja vesirakennusinsinööriksi, mutta Purhosen pääaineena on paperitekniikka. Kaikki ryhmän jäsenet painottavatkin kokemusta sen sosiaalisen ja kansainvälisen vuoksi. Iltaisin opiskelijat unohtavat suunnittelutyön ja tutustuvat toisiinsa, toisten maiden keittiöön ja kulttuuriin. Osa on hankkeen myötä ensimmäistä kertaa Suomessa. – Täällä on hienoa, mutta kauhean kylmä, toteavat Vitale ja Fatiga kuin yhdestä suusta.

Lue lisää projektista täältä.

Kestävää kehitystä ja kansainvälisyyttä

Projektitehtävä koostuu Helsingin kaupungin meneillään olevasta rakennus- ja suunnitteluhankkeesta Laajasalon Kruunuvuorenrannassa, johon opiskelijat ideoivat asuinaluetta kestävän kehityksen lähtökohdista. Projektissa kohtaavat ympäristö- ja vesihuoltotekniikan ohella liikennesuunnittelu ja arkkitehtuuri, ja siinä pyritään vaihtoehtoisiin menetelmiin esimerkiksi alueen energiantuotannossa ja jätekäytännöissä.

NEPTUNE-verkosto (Network for Environmental Projects in Technology, United in Europe) tuo Otaniemeen Alankomaista, Italiasta, Ranskasta ja Sloveniasta opiskelijoita, jotka ovat valmistautuneet hankkeeseen esitehtävillä kotimaassaan. Otaniemessä opiskelijat jaetaan ryhmiin, joilla on reilu viikko aikaa kehittää suunnitelmaansa asuinalueesta. Orientaatioviikonloppu Nuuksion kansallispuistossa aloittaa työskentelyn, joka jakautuu Otaniemessä Puunjalostustekniikan laitokselle ja Design Factoryyn. Suunnitelmat arvioidaan ja niiden voittaja julistetaan projektin päätösseminaarissa.

Hanketta isännöi Kemian tekniikan korkeakoulun Puhtaat teknologiat -tutkimusryhmä, joka opettaa teollisuuden ympäristöasioiden hallintaa johtajanaan professori Olli Dahl. Viime vuosina ryhmä on keskittynyt opetuksen kehittämiseen oppimisen edistämiseksi ja NEPTUNE-verkoston jäsenyys on tarjonnut mahdollisuuden soveltaa menetelmiä monipuolisesti. Verkosto järjestää vuosittain ryhmäprojekteja, joissa ympäristöalaan liittyviä tehtäviä ratkotaan kansainvälisissä ja monialaisissa opiskelijaryhmissä. Projekti toteutetaan yhteistyössä vesihuoltotekniikan professori Riku Vahalan ryhmän kanssa. Asiantuntijaroolissa hankkeessa toimii FiDiPro-professori Stefan Winter.

Luentoja kaikille

Projektin aikana järjestetään aihepiireittäin yleisölle avoimia luentoja Puunjalostustekniikan laitoksella. Puu2-rakennus, Tekniikantie 3, Otaniemi.

12.3. (ma) 9:00–10:00. Prof. Stefan Winter (Aalto-yliopisto / Münchenin teknillinen yliopisto): “Multi-Storey Timber Structures – Construction, examples”

14.3. (ke) 9:15–10:00. Prof. Pekka Heikkinen (Aalto-yliopisto, arkkitehtuurin laitos): “Architectural considerations for zero-energy wood construction”

15.3. (to) 10:00–11:00. Kerkko Vanhanen (HSL): “Kruunuvuorenranta: Short Distance to the City Centre – A Birdseye View “

Yhteistyötahot mahdollistavat projektin 

“Design for Living Environment, From Micro to Macro” -tapahtuman on mahdollistanut laaja yhteistyö eri tahojen kanssa. – Neptune 2012 Helsinki -tapahtuman järjestävä ryhmä haluaa kiittää erinomaisesta tuesta tahoja tuesta, toteaa Mikko Martikka projektin järjestelytiimistä.

– Haluamme nostaa esiin Helsingin seudun ympäristöpalvelut, joka järjesti paikallisen vierailun ja jakoi vesien käsittelyyn liittyvää teknistä tietoa. Kiitos myös arvokkaista kommenteista ja seminaarimuotoisesta yhteistyöstä asukaslähtöisessä yhdyskuntasuunnitteluprojektissa Suburb 2072- ja Aalto 365 Wellbeing-projekteille, jotka ovat Aalto-yliopiston taiteiden ja suunnittelun korkeakoulussa osana Helsinki World Design Capital 2012 -hanketta. Lisäksi suuri kiitos kuuluu vararehtori Martti Raevaaralle inspiraatiosta ja rohkaisusta Aalto-yliopiston opetuksen kehityksessä, sanoo Martikka.

Lisäksi projektissa ovat mukana Maa- ja vesitekniikan Tuki Ry, Helsingin kaupungin kaupunkisuunnitteluvirasto, Helsingin seudun liikennelaitos ja Design Museo Helsinki.

Neptune järjestelytiimissä toimivat Mao Ono, Gary Watkins ja Mikko Martikka.

Lisätietoa: blogs.aalto.fi/neptune ja facebook.com/neptune2012helsinki

Faasi on aineen olomuoto: esimerkiksi systeemissä, jossa on jäätä, vettä ja höyryä, on kolme faasia. Faasitasapainotilanteessa kaksi faasia, kuten neste ja kaasu, ovat keskenään samassa lämpötilassa ja paineessa, ja faasien koostumus ei enää muutu.

Hiilidioksidin talteenottoon tarvitaan tietynlainen kemiallinen prosessi-yksikkö, jossa esimerkiksi alkanoliamiinin vesiliuos kaappaa hiilidioksidin kaasuvirrasta. Suuri osa Dell’Eran väitöstutkimuksesta liittyi nimenomaan siihen, kuinka hiilidioksidi liukenee alkanoliamiinin vesiliuoksiin. Lisäksi Dell’Era mittasi näiden seoksien faasitasapainoja.

̶  Voimalaitokset ovat hiilidioksidin suurtuottajia, joten niiden viereen kannattaa rakentaa hiilidioksidin talteenottoyksikkö. Sellaisen rakentaminen maksaa kuitenkin todella paljon. Jos olemassa on tarkka malli, voidaan prosessien kehityksessä vähentää kalliiden pilottiyksiköiden rakentamista. Mallitus siis säästää rahaa ja yksikkö saadaan nopeammin rakennusvaiheeseen, Dell’Era kertoo.

– Lisäksi malleilla voidaan optimoida kemiallisten prosessien ajo-olosuhteita. Sen ansiosta säästetään rahaa myös sen jälkeen, kun yksikkö on rakennettu. Kun mallit ovat tarpeeksi tarkkoja, tiedetään miten yksikkö toimii ja miten sitä voidaan käyttää parhaalla mahdollisella tavalla.

Työkalu kemianteollisuuden erotusprosessien suunnitteluun

̶  Kemianteollisuudessa tarvitaan erotusprosesseja, Dell’Era kuvaa. – Esimerkiksi bensiini tehdään raakaöljystä erotetuista komponenteista. Erotusprosesseja käytetään myös puhdistamisessa: seoksista erotetaan usein muun muassa ympäristölle haitallisia komponentteja, kuten rikkiyhdisteitä bensiinistä.

Seosten komponentteja voidaan erottaa toisistaan hyödyntäen faasitasapainoja. Esimerkiksi nesteestä on helppo poistaa kiinteää faasia. Dell’Eran kehittämät termodynaamiset faasitasapainomallit ovat työkaluja kemianteollisuuden erotusprosessien suunnitteluun.
̶  Erotusprosessia suunniteltaessa on tiedettävä, kuinka eri seokset käyttäytyvät ja miten ne erottuvat eri faaseihin. Kun faasitasapaino mallinnetaan, prosessisimulaattorilla voidaan laskea paras lämpötila tai paine, jotta jokin komponentti menisi esimerkiksi kiinteään faasiin.

Dell’Era mittasi väitöstutkimuksessaan runsaasti teollisuudelle kiinnostavien kemiallisten seosten faasitasapainoja. Erityisenä kiinnostuksen kohteena olivat lyhytketjuiset hiilivedyt, alkoholit ja rikkikomponentit. Mittausten tulosten pohjalta kehitettiin näille tietyille kemiallisille seoksille sopivia malleja.
─ Termodynaamisia malleja on olemassa todella monia, mutta mallit tarvitsevat mittauksia, jotta ne pystyisivät kuvaamaan todellisuutta. Väitöstutkimuksessani olen kehittänyt tietyille seoksille sopivia malleja.

Väitöstilaisuus

DI Claudia Dell’Eran väitöskirja ”Phase equilibrium measurements and modelling for separation process design” tarkistetaan Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulussa perjantaina 16.3.2012 kello 12, Kemian tekniikan talo, Komppa-Sali, Kemistintie 1, Espoo.

Vastaväittelijänä toimii professori Cornelis J. (Cor) Peters, Petroleum Institute, Arabiemiraattien liitto.

Lisätietoja:
Claudia Dell’Era
Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu
claudia.dellera@aalto.fi

Kun mankeloiminen suoristaa puuvillaisen lakanan kuituja ja tekee pinnan sileäksi ja likaa hylkiväksi, massiivipuun pinnan puristaminen muuttaa sen pintaa kovemmaksi. Kovuus kasvaa noin sata prosenttia, riippuen puristuksen määrästä. Silloin massiivipuu vastaa kovuudeltaan ja kestävyydeltään sellaisia puulajeja kuten tammi tai pyökki.

Menetelmään kuuluu kolme hieman erilaista tapaa, joissa puun pintaa tiivistetään mekaanisesti puristaen, lämmön ja kosteuden avulla. Tiiviimpi, yhtenäinen pinta hylkii kosteutta. Puristaminen tuo lisäksi pihkan puun pinnalle. Syntyy suojaava kalvo, joka vielä osaltaan hylkii likaa ja kosteutta. Puu ei puristuksen jälkeen välttämättä kaipaa enää jälkikäsittelyä, joten tuotantokustannukset pienenevät. Menetelmä on lisäksi ympäristöystävällinen.

Tutkimustyötä Sveitsissä ja Yhdysvalloissa

Lauri Rautkari on tehnyt suuren osan tutkimuksestaan ulkomailla. Hän vietti ensin vuoden Sveitsissä, jossa hän käynnisti tutkimuksen, ja sen jälkeen puoli vuotta Yhdysvalloissa Oregonin yliopistossa, jossa on puun puristamisessa tarvittavaa harvinaista laitteistoa.

Rautkari huomauttaa, että tutkimus puristusmenetelmistä kaipaa vielä jatkoa, eikä tuloksia voi vielä sellaisenaan siirtää puunjalostusteollisuuden käyttöön.

Väitöstilaisuus

DI Lauri Rautkari väittelee Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulussa puunjalostustekniikan laitoksen auditoriossa perjantaina 24.2.2012 kello 12.00. Osoite on Tekniikantie 3, Espoo. Väitöksen nimi on suomeksi ”Massiivipuun modifiointi eri tekniikoilla”.

Vastaväittelijänä toimii Dr. Heiko Thömen (Bern University of Applied Sciences, Sveitsi).

Lisätietoja:

DI Lauri Rautkari

Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

lauri.rautkari@aalto.fi

puh. 050 569 3458

Tutkijatohtori Eero Kontturi Aalto-yliopiston puunjalostustekniikan laitokselta innostui nanoselluloosasta vähän yli viisi vuotta sitten ”Olen erityisen kiinnostunut nanokiteiden valmistukseen liittyvistä ilmiöistä sekä kiteistä valmistetuista ultraohuista kalvoista, joiden paksuus on alle 100 nm. Sellulloosananokiteistä koostuvat kalvot ovat hygroskooppisia eli vettä imeviä, mutta yksittäiset kiteet eivät liukene veteen eivätkä edes turpoa vedessä, minkä vuoksi niitä voisi mahdollisesti käyttää kosteusantureissa.”

”Valmistamme kalvot spin-coating-menetelmällä, jossa veteen sekoitettuja nanokiteitä pipetoidaan pyörivälle alustalle. Pyörimisen aikana liuotin haihtuu, ja nanokiteet jäävät alustan pinnalle ohueksi kalvoksi. Menetelmällä voidaan tehdä myös useita kalvoja päällekkäin. Olemme esimerkiksi tutkineet kerrosrakenteita, joissa hyvin ohuet amorfiset selluloosakerrokset vuorottelevat nanokidekerrosten kanssa.”

Elektroniikkateollisuus käyttää ohuita polymeerikalvoja muun muassa orgaanisissa transistoreissa ja heijastamattomina pintoina. Tällä hetkellä kalvot valmistetaan synteettisistä polymeereistä, mutta selluloosapohjaisilla kalvoilla olisi kysyntää.

Komposiittimateriaalit kunniaan

Ohutkalvojen lisäksi nanoselluloosasta voidaan valmistaa muun muassa erilaisia komposiittimateriaaleja. Lisäämällä sekaan esimerkiksi epäorgaanisia nanopartikkeleita, sähköä johtavia polymeerejä tai jotain muuta luonnonpolymeeriä kuten tärkkelystä voidaan säätää ominaisuuksia ja saada halutun lujaa, taipuisaa, sähköä johtavaa tai eristävää materiaalia.

Selluloosananokiteiden pinnalle jää valmistusvaiheeseen liittyvän rikkihappokäsittelyn jääminä negatiivisesti varautuneita sulfaattiryhmiä. Ryhmät estävät kiteiden aggregoitumista, mutta vaikeuttavat materiaalin sekoittamista poolittomiin aineisiin. Kontturin valmistamien nanokiteiden pintaan on professori Olli Ikkalan ryhmässä polymeroitu polyakrylihappoa.  Tällaisia modifioituja kiteitä on helpompi sekoittaa moniin muihin polymeereihin.

”Mitä pienempiin rakenneosiin pystytään vaikuttamaan, sitä tehokkaammin ja hallitummin aineen ominaisuuksia voidaan räätälöidä”, Kontturi toteaa. Pieniä rakenteita tutkitaan suurilla laitteilla. Kontturin nanokiteitä sisältävien ohutkalvojen röntgendiffraktiota ja neutronireflektanssia on tutkittu yhteistyössä professori Ritva Serimaan (Helsingin yliopisto) ja ranskalaisen CERMAV-tutkimusinstituutin kanssa Hampurin ja Grenoblen hiukkaskiihdyttimillä.

Nanoselluloosa on kuuma tutkimusaihe, ja alan julkaisuja syntyy kuin sieniä sateella. Teollisuus kaipaa uusiutuviin luonnonvaroihin pohjautuvia biohajoavia materiaaleja.  Suomen metsäteollisuus on uudistumassa ja sille nanoselluloosaan pohjautuvat uudet materiaalit avaisivat mahdollisuuksia uusiin markkinoihin. Otaniemessä toimiikin UPM:n, Aalto-yliopiston ja VTT:n vetämä nanoselluloosakeskus.

Visioita on paljon, mutta toistaiseksi nanoselluloosaan pohjautuvia materiaaleja ei ole markkinoilla.  ”Uuden materiaalin kaupallinen läpimurto edellyttää pitkäjänteistä ja korkeatasoista perustutkimusta”, professori Tapani Vuorisen ryhmässä Aalto-starting grantin turvin työskentelevä Kontturi muistuttaa.

teksti: Maija Pohjakallio

lisätietoja:

tutkijatohtori Eero Kontturi, eero.kontturi@aalto.fi

Nykyään ALD:lla on käyttöä elektroniikka- ja puolijohdeteollisuudessa, ja uusia sovelluskohteita tulee jatkuvasti lisää. Menetelmällä on yleensä kasvatettu epäorgaanisia kalvoja, esimerkiksi erilaisia oksidi- tai nitridikalvoja. Vasta aivan viime vuosina on ryhdytty tutkimaan hybridikalvoja eli epäorgaanisia ja orgaanisia kerroksia sisältävien kalvojen kasvatusta ALD:lla.

Tutkimus alkuvaiheessa

Ensimmäinen hybridirakenteiden tutkimusjulkaisu on vuodelta 2008, ja asiaa aktiivisti tutkivia ryhmiä on maailmalla toistaiseksi vain muutamia. Yksi niistä, ja ainoa Suomessa, toimii Aalto-yliopiston Kemian tekniikan korkeakoulussa akatemiaprofessori Maarit Karppisen ryhmässä. "Hybridikalvot ovat mielenkiintoisia, koska niissä voidaan monipuolisesti yhdistää erilaisia epäorgaanisilla ja orgaanisilla aineilla olevia ominaisuuksia", kertoo tutkija Pia Sundberg.

Ryhmä on valmistanut uudentyyppistä pinnoitetta titaanitetrakloridista ja 4,4’-oksidianiliinista. "Teoriassa kalvo muodostuu jaksottaisista titaani- ja dianiliinikerroksista, mutta käytännössä kerrokset menevät limittäin. Muodostuva kalvo on amorfinen ja erittäin tasainen sekä myös stabiili. Aiemmin julkistettujen hybridikalvojen paksuus on saattanut muuttua jopa parikymmentä prosenttia ilman kosteuden johdosta", kuvailee Sundberg saavutettuja tuloksia.

Tällä hetkellä ryhmässä keskitytään hybridikalvojen ominaisuuksien testaamiseen. "Tutkimme kuinka kalvon ominaisuudet muuttuvat, kun epäorgaanisten ja orgaanisten osien määrien suhteita muutetaan." Sundbergin mukaan epäorgaaninen atomikerros voi tuoda kalvoon esimerkiksi sähkönjohtavuutta sekä mekaanista ja termistä stabiiliutta, kun taas orgaaninen osa voi lisätä kalvon työstettävyyttä ja joustavuutta.

Sovellukset tulevaisuudessa

Hybridikalvot ovat niin uusi asia, että niille ei ole vielä ehditty kehittää käytännön sovelluksia. Mahdollisuuksia löytyy muun muassa sensoreista, katalyyteista, kehittyvästä orgaanisesta elektroniikasta ja erilaisista pinnoitesovelluksista.

Ryhmällä on ollut VTT:n kanssa yhteistyöprojekti, jossa pyrittiin parantamaan biopolymeerien kykyä toimia kosteuden ja hapen läpäisyn estokerroksena. "Tässä työssä ei käytetty titaanidianiliinikalvoa, koska sen valmistamisessa tarvittava lämpötila on liian korkea biopolymeereille. Sen sijaan biopolymeeri pinnoitettiin alumiinioksidilla ja ja niin kutsutulla alukonilla, tai oikeammin alumiinialkoksidipolymeerillä. Jälkimmäinen on hybridikalvo, joka muodostuu trimetyylialumiinista ja etyleeniglykolista matalassa lämpötilassa. Tutkimuksesta on jo kirjoitettu julkaisu ", Sundberg kertoo.

Kiinnostus hybridipinnoitteita kohtaan kasvaa maailmalla koko ajan. Tämä avaa ALD:lle uusia käyttömahdollisuuksia aina teollisuussovelluksiin asti. Aalto-yliopisto on ollut hybridikalvojen tutkimuksessa mukana alusta alkaen ja työ aiheen parissa jatkuu siellä edelleen aktiivisesti.

Lisätietoja:

tutkija Pia Sundberg
Aalto-yliopisto
Kemian tekniikan korkeakoulu
Kemian laitos
pia.sundberg@aalto.fi

”Tutkimme sitä, voiko jonkun teollisuuden jäte olla toisen teollisuuden raaka-aine”, summaa Puhtaat teknologiat -tutkimusryhmän johtaja, professori Olli Dahl.

Kun teollisuuden sivutuotteena syntyvät jätteet ovat sopivassa muodossa, ne voidaan hyödyntää uudelleen. Puhtaat teknologiat -tutkimusryhmässä on kehitetty symbioosituotteita, joissa useaa prosessiteollisuuden kiinteää jätettä yhdistämällä on saatu aikaiseksi toimiva lopputulos.

Maanparannuspelletti on eräs Puhtaat teknologiat -tutkimusryhmän aikaan saamista tuotteista, jonka kaupallistamista jo selvitetään.  Lisäksi on kehitteillä muun muassa lujuudeltaan ja kestävyydeltään neitseellistä betonia hieman ominaisuuksiltaan alempiarvoinen betoni, joka sopii useimpiin käyttötarkoituksiin.  Tuotteet on osoitettu teknisesti toimiviksi ja elinkaariarvioinnin mukaan myös erittäin ympäristöystävällisiksi.

Kiinteiden jätteiden määrän kasvattaminen ehkäisee osaltaan ilmastonmuutosta

Professori Dahlin mukaan prosessiteollisuuden kiinteiden jätteiden määrän lisääminen myös ehkäisee ilmastonmuutosta, koska ilmaan ja vesistöihin valuvat ainekset vähenevät tarkemman puhdistuksen seurauksena. Koska aine ei häviä, saadaan se talteen kiinteänä sivuainevirtana. Prosessiteollisuuden kiinteitä sivutuotteita yhdistämällä voidaan saada aikaan esimerkiksi hyödyllinen tuote metsien lannoitukseen ja yleiseen maanparannukseen.

Puhtaat teknologiat -ryhmän kehittämän maanparannuspelletin hiilidioksidipäästöt ovat myös keinotekoisesti valmistettuja tuotteita huomattavasti vähäisemmät. ”Kun maanparannuspellettiä eli kalkkikiveä valmistetaan keinotekoisesti tuhat kiloa, hiilidioksidipäästöt ovat 12,2 GWP (kg, CO2-Eqv). Teollisuuden sivuainevirroista valmistetulla pelletillä ne ovat vain 1,6 GWP (kg, CO2-Eqv)”, Dahl havainnollistaa.

Kaatopaikasta raaka-aineen lähteeksi?

Valitettavasti kaikki teollisuuden raaka-aineet eivät päädy lopputuotteeseen. Teollisuuden sivuainevirrat on siis järkevää hyödyntää uudelleen, sen sijaan että ne vietäisiin kaatopaikalle. Dahl painottaa kuitenkin, että tulevaisuuden teknologiat voivat mahdollistaa kaatopaikkojen toimimisen valmiina raaka-aineen lähteinä tai kaivoksina, joista saa arvokkaita alkuaineita kuten nikkeliä ja kuparia.

”Teollisuuden kaatopaikkojen ongelmana on ollut se, että jätteet ovat aikaisemmin menneet sekaisin. Nykyisin tiettyihin osiin kaatopaikkaa laitettaan tiettyjä jakeita tietyille jätteille, tulevaisuuden teknologioiden avulla nämäkin sivuainevirrat tullaan saamaan helpommin kiertoon. ”

Dahl uskoo, että tulevaisuudessa teollisuuden kiinteät sivuainevirrat tulevat lisääntymään räjähdysmäisesti. ”Tulevaisuudessa materiaalivirtojen hallinta on äärimmäisen tärkeää, koska ihmispopulaatio ja elintaso kasvavat koko ajan. Maapallolla on vain tietty määrä alkuaineita, eivätkä ne riitä ikuisesti. Siksi on tehostettava materiaalivirtoja ja arvoaineiden kiertoa.”

Kokonaisvaltaista ymmärrystä teollisuuden ympäristökuormituksesta

Dahlin mukaan erityisen tärkeää on ymmärtää kokonaisvaltaisesti tuotantoprosessien aiheuttamaa ympäristökuormitusta – jätevesiä, ilmapäästöjä ja kiinteitä jätteitä – ja siihen vaikuttavia tekijöitä. Esimerkiksi metsäteollisuudessa ei tiedetä, mitä metalliteollisuudessa tai kaivosteollisuudessa tapahtuu ja päinvastoin.  Puhtaat teknologiat -tutkimusryhmä pyrkii kuitenkin hallitsemaan teollisuuden laajaa kenttää, jotta sivuainevirrat saataisiin kiertoon ja luonnon arvokkaat varat säästyisivät. Toisaalta ryhmä tekee myös perinteistä jätevesien puhdistukseen liittyvää tutkimusta.

Jätevesi voidaan Dahlin mukaan puhdistaa täysin juomakelpoiseksi ja ilmapäästöt täysin puhtaiksi. Puhdistamiseen kuluu kuitenkin hyvin paljon energiaa, jolloin ympäristöä kuormittava vaikutus vain siirretään sähköä tuottavaan laitokseen.

”Tulevaisuuden insinöörin on tehtävä arvovalintoja ja päätettävä, missä muodossa prosessin ympäristökuormitus otetaan ulos. Päästetäänkö aineet ilmaan, jätevesiin vai viedäänkö se ne kaatopaikalle. Puhtaat teknologiat -tutkimusryhmässä asioita arvioidaan kokonaisvaltaisesti, jotta löydettäisiin ympäristön kannalta parhaat ratkaisut.”

Lisätietoja:

Professori Olli Dahl

olli.dahl@aalto.fi