Luonnonvarojen kestävää käyttöä voidaan edesauttaa aineen kiertokulun eri vaiheissa. Avainasemassa on valmistava teollisuus, niin resurssien käyttäjänä kuin uusien ratkaisujen kehittäjänä. VTT:n tutkimusjohtajan Erja Turusen mukaan ekotehokkuuden kannalta olennaista on pyrkiä hallitsemaan tuotteen koko elinkaarta. VTT:n ekodesign-konsepti on työkalupakki, joka sitoo yhteen digitaaliseen suunnitteluketjuun niin materiaalivirrat, uudet materiaaliratkaisut, valmistusteknologiat kuin tuotteen käytön ja kierrätyksen.

1. Ekodesign - kestävät materiaali- ja
valmistuskonseptit
Lehdistötilaisuus 29.8.2012
Professori, tekn.tri Erja Turunen
Tutkimusjohtaja, sovelletut materiaalit
Strateginen tutkimus, VTT

2. 228.8.2012
Kierrätyksen rooli kuparin kulutuksessa
Käyttö kasvaa
Tuulienergia – isoissa
turbiineissa tonni kuparia
Aurinkoenergia –
aurinkokennojen
valmistukseen on kehitetty
kuparia käyttävää
teknologiaa
Kuparimoottorit
sähköhybridi-ajoneuvoissa
Raiteilla kulkevien
kevyiden kulkuneuvojen
moottoreissa ja
kaapeleissa
Tiedonsiirto

3. 328.8.2012
Valmistuksessa käytettävä primäärinikkeli
Building&Infrastructure
Transportation
Industrial machinery
Appliances&Electronic
Metal goods
• Maailman nikkelin kulutusta
dominoi Kiinan (40 %) ja
Intian ruostumattoman
teräksen markkinat
• 5 % kasvu odotettavissa
seuraavien viiden vuoden
aikana
• Nikkelin hinnanvaihtelut
suuria jo tällä hetkellä,
heijastuu ruostumattoman
teräksen hintaan
• Kasvua akkuteollisuudessa
(sähköhybridi-ajoneuvot)

4. 428.8.2012
Muutostekijät tulevaisuudessa yritysten businekselle
Uudentyyppiset lainsäädännön ja regulaatioiden kautta tulevat
maksut, rajoitukset ja mahdollisuudet (esim sivuvirtojen
jätestatuksen poistaminen)
Raaka-aineiden hinnan vaihtelut entistä rajumpia. Raaka-
aineiden keskinäisriippuvuudet, perusesimerkkinä nikkeli, joka
heiluttaa teräksen hintaa.
Kestävä raaka-ainehankinta legitimoi toimintaa. Raaka-
aineteollisuuteen kohdistuvat ympäristötoimet nähdään
tulevaisuudessa yhä enemmän liiketoimintapotentiaalina kuin
kiusallisena haittana tai PR-toimintana.

5. 528.8.2012
Energia,resurssit
CO2
Vesi
Tyypillinen materiaalin elinkaari
Raaka-
aine
Alku-
tuotanto
Puolivalmis-
teet
Tuotanto
Käyttö
Kierrätys
Jätteet

6. 628/08/2012
Energia,resurssit
CO2
Water
Keinoja ekotehokkuuden
parantamiseksi:
VTT:n ekodesign-konsepti
Raaka-
aine
Alkutuotan-
to
Puolivalmis-
teet
Tuotanto
Käyttö
Kierrätys
Jätteet
Materiaalit ja rakenteet
suunnitellaan
Korvattaviksi
Kestäviksi
Kierrätettäviksi
Tuotteiden valmistus
Valmistusjärjestelmät ja
automaatio
Uudet valmistus-
konseptit
Digitaalinen valmistus
Materiaalivirtojen optimointi
Uudet
kierrätysteknologiat
Teollinen symbioosi
Nollajäteyhteisö

7. 728.8.2012
Energia,resurssit
KOMPONENTTI & JÄRJESTELMÄ & TEOLLINEN
Raaka-
aine
Primary
production
Puolivalmis-
teet
Tuotanto
Käyttö
Kierrätys
Jauheet,
tahnat,
levitys
Ainetta lis.
valmistus
CO2
Vesi
Automaatio
Monitorointi
Operatiivinen
ICT
Teolliset
palvelut
Teollinen
symbioosi
Tuotanto
Globaalit
verkostot
Bio
Mineral
Ekodesign on laajennettava teolliselle tasolle

8. 828.8.2012
Tarve:
Kohti energiatehokasta liikennettä
Kuparin saatavuus
Sähköautossa kuparia 100-200 kg
Maailmalla miljardi yksityisautoa (2010)
Lisäksi neodyymiä, kobolttia, samariumia ja litiumia magneetteihin ja akkuihin
Ratkaisu
Kuparin korvaaminen, esim.:
Hiilikuitu, nanoteknologia (moottori)
Langaton tiedonsiirto (kaapelit)
Kevyet materiaaliratkaisut alustassa
Kompakti, kevyt voimajohto
Akkumateriaalit
Edut:
Energiatehokkaampi liikenne [kg/W]
Energiaa käytetään liikenteeseen, ei raskaan
ajoneuvon kuljettamiseen
Neodyymin, koboltin, samariumin ja litiumin käyttö vähenee
Case 1: Kupari sähkömoottorissa
VTT:n ekodesign-ratkaisu:
Mallinnusavusteinen
suunnittelu & uuden
moottorin optimointi sekä
muut konseptit
Suorituskyvyn, elinkaaren,
ylläpitostrategian ja
systeemitason linkitys

9. 928.8.2012
Case 2: Nikkeli polttokattilassa
Tarve:
Vaativammat polttoaineet (jäte, biomassa, jne.) aikaansaavat
agressiivisemman käyttöympäristön ja vaativammat olosuhteet käytetyille
materiaaleille
Tavoitteena myös korkeammat polttolämpötilat ja tätä kautta korkeamman
hyötysuhteen kattila
Tällä hetkellä vaativimpiin paikkoihin sovelletaan päällehitsattua pinnoitetta, jossa
on suuret määrät nikkeliä. Myös niobia ja tantaalia löytyy tästä ratkaisusta.
Ratkaisu
Termisesti ruiskutettu toiminnallinen
klooria kaappaava pinnoite
Hyödyt:
Vähemmät ei-toivottuja raaka-aineita
Ni xx%, Nb 100%, Ta 100%
Alhaisemmat kustannukset (raaka-aineet,
valmistus, kunnossapito)
VTT:n ekodesign-ratkaisu :
Mallinnusavusteinen materiaali-
ja pinnoiterakennesuunnittelu
Systemaattinen linkki
suorituskyvyn, eliniän,
kunnossapitostrategioiden ja
energiatehokkaan
systeemitason suunnittelun ja
operoinnin kanssa

10. 1028.8.2012
Case 3: Painettu älykkyys
Orgaaniset aurinkokennot – monikerrosrakenne, jossa orgaaniset ja
epäorgaaniset kerrokset vuorottelevat eri paksuisina ohut/paksukalvoina.
Valmistettu rullalta-rullalle-painotekniikoilla.
Haasteet:
Sähköinen kontakti – yleensä käytetään hopeaseosteista pastaa, joka on
hinnaltaan korkea ja ympäristön kannalta ei optimaalinen
Läpinäkyvä sähköinen kontakti – tyypillisesti käytetään ITOa
(IndiumTinOxide), missä indium on harvinainen ja kallis raaka-aine
VTT on kehittänyt alumiinipohjaisen johdekerroksen,
joka mahdollistaa hinnaltaan edullisemmat ja
ympäristön kannalta suotuisamman rakenteen.
VTT on kehittänyt kemiallisen kuviointiprosessin,
joka mahdollistaa materiaalin kierrätyksen normaalin jätteen
mukana. Lisäksi on mahdollista kerätä indium talteen
suuremmista tuotantoeristä.

11. 1128.8.2012
Yhteenveto
Uudet suunnittelu- ja valmistuskonseptit ovat tulevaisuudessa
merkittävässä roolissa teollisuuden kilpailukyvyssä ja tarjoavat uusia
mahdollisuuksia pk-sektorille. Ainetta lisäävä valmistus avaa
mahdollisuuksia luoda uudentyyppisiä tuotteita, liiketoimintaa,
liiketoimintamalleja sekä työpaikkoja.
Materiaalit ja niiden prosessointi sekä valmistusteknologiat ovat yksi ketjun
kriittisistä osista ja niiden tuominen osaksi digitaalista valmistusketjua on
ehdoton edellytys syklin toimimiseksi teollisessa mielessä.
Uusien suunnittelutyökalujen avulla pystytään ketterästi vastaamaan
raaka-aineiden määrän, sijainnin ja hinnan tuomiin globaaleihin
haasteisiin.
Tulevaisuuden yhteiskunta perustuu kestävään kehitykseen, jossa
uudelleenkäyttö on keskeisessä asemassa. Materiaalien uudelleenkäyttö,
jälkivirtojen tehokas hyödyntäminen sekä tehokkaammat
talteenottoteknologiat ovat luonnonvarojen kestävän käytön perusta.

12. 1228.8.2012
VTT - 70 years of
technology for business
and society