|
|
|
Hankekoodi: A74335
Hankkeen nimi: Optiseen mittaukseen perustuva männyn sydänpuun laatuluokittelu (OPTIMI)
Toimintalinja: 2. Uusimman tiedon ja osaamisen tuottaminen ja hyödyntäminen
Erityistavoite: 4.1. Tutkimus-, osaamis- ja innovaatiokeskittymien kehittäminen alueellisten vahvuuksien pohjalta
Suunnitelman mukainen toteutusaika: Alkaa 1.9.2018 ja päättyy 31.8.2020
Toiminnan tila: Toiminta päättynyt
Vastuuviranomainen: Etelä-Savon maakuntaliitto
Hakijan virallinen nimi: Luonnonvarakeskus
Organisaatiotyyppi: Tutkimuslaitos
Y-tunnus: 0244629-2
Jakeluosoite: Vipusenkuja 6
Puhelinnumero: 0295326000
Postinumero: 57200
Postitoimipaikka: Savonlinna
WWW-osoite: https://www.luke.fi/
Hankkeen yhteyshenkilön nimi: Anni Maria Harju
Yhteyshenkilön asema hakijaorganisaatiossa: Erikoistutkija
Yhteyshenkilön sähköpostisoite: anni.harju(at)luke.fi
Yhteyshenkilön puhelinnumero: 0295325116
Hakijoiden lukumäärä tai tuen siirto -menettely:
Kestävän biotalouden tavoitteisiin kuuluu luonnonvarojen älykäs ja resurssitehokas käyttö. Tämän tavoitteen saavuttamiseksi Etelä-Savossa painotetaan maakunnan metsävarojen entistä monipuolisempaa hyödyntämistä ja paikalliseen puuraaka-aineeseen perustuvien korkean jalostusarvon tuotteiden kehittämistä.
Männyn sydänpuu on arvokas uusiutuva luonnonvara, koska se soveltuu käyttäjille ja ympäristölle turvallisten ja ekologisesti kestävien tuotteiden raaka-aineeksi. Korkean uuteainepitoisuutensa ansiosta männyn sydänpuusta valmistettu puutuote säilyttää toiminnallisuutensa myös muuttuvissa kosteusolosuhteissa. Uuteaineet, niistä erityisesti stilbeenit, toimivat sydänpuussa luontaisina homeelta ja lahoamiselta suojaavina aineina. Stilbeenipitoisuudessa ja siitä riippuvaisessa lahonkestävyydessä on kuitenkin suuri luontainen vaihtelu eri puista sahattujen sydänpuukappaleiden välillä. Jotta puutavaraa voitaisiin lajitella odotettavissa olevan kestävyyden perusteella, olisi sen lahonkestävyyttä pystyttävä ennustamaan. Ennustaminen olisi mahdollista sydänpuun stilbeenipitoisuuden perusteella, jos käytössä olisi nopea, kustannustehokas ja luotettava stilbeenien mittausmenetelmä.
OPTIMI-hankkeessa testataan, kuinka hyvin männyn sydänpuun lahonkestävyyttä voidaan ennustaa stilbeenien UV-fluoresenssiin perustuvalla mittausmenetelmällä. Mittauksessa käytetään aikaisemmassa TUIKEPUU-hankkeessa rakennettua optista mittalaitteistoa. Sen tiedetään tunnistavan riittävän hyvin erilaisia stilbeenipitoisuuksia ja mittalaitteiston soveltaminen lahonkestävyyden ennustamiseen vaikuttaa lupaavalta. Lisäksi tutkitaan, voidaanko mittaukset tehdä tuoreesta puutavarasta, mikä laajentaisi laitteiston käyttösovelluksia huomattavasti.
Hankkeen tuloksia voidaan hyödyntää teollisen mittakaavan lajittelumenetelmän kehitystyössä. Lajittelulla erotellaan runsaimmin luontaisia lahonsuoja-aineita sisältävä puutavara vaativien käyttökohteiden tuotteisiin ja niitä vähiten sisältävä puutavara muuhun käyttöön. Tasalaatuisuus ja käyttökohteen optimointi tuovat lisäarvoa koko tuotantoketjulle raaka-aineesta lopputuotteeseen saakka. Tasalaatuinen raaka-aine edistää sydänpuutuotteiden innovatiivista muotoilua ja korkean jalostusasteen tuotteiden kehitystyötä. Tämä luo mahdollisuuden männyn sydänpuun käytön lisäämiselle puutuoteteollisuudessa ja uuden liiketoiminnan kehittämiselle sekä kotimaan että kansainvälisille markkinoille. Lisäksi välittämällä tietoa hankkeen tuloksista edistetään männyn sydänpuun ja sen komponenttien tunnettuutta ja käyttöä.
OPTIMI-hanke pyrkii luomaan kilpailukykyä ja resurssitehokkuutta optimoimalla uusiutuvan paikallisen luonnonvaran käyttöä. Mitä pitempään puurakenteet kestävät lahoamatta, sitä pitempään niihin sitoutunut hiili pysyy pois luonnon kierrosta vähentäen ilmastonmuutoksen aiheuttamia riskejä. Puumateriaalin ohjaaminen sen laadun kannalta sopivimpaan käyttökohteeseen edistää luonnonvaroja ja materiaaleja säästeliäästi ja tehokkaasti käyttävää vihreää biotaloutta. Käyttämällä kyllästetyn puutavaran asemesta luontaisesti lahonkestävää männyn sydänpuuta sille sopivissa kohteissa, vähennetään maaperään ja vesistöihin joutuvien teolliseen kyllästykseen käytettävien haitallisten aineiden määrää. Sydänpuu ei missään tilanteessa muodostu ongelmajätteeksi, millä on suotuisat kokonaisvaikutukset ympäristöön ja ihmisten hyvinvointiin.
Hankkeen toimenpiteet eivät pääsääntöisesti kohdistu ihmisiin. Lukessa ja niin myös Savonlinnan strategisessa toimipaikassa noudatetaan yhdenvertaisuusperiaatetta ja sukupuolten välistä tasa-arvoa (Hyvän toimintatavan periaatteet, 2017). Hanke edistää Luonnonvarakeskuksen tutkimustoiminnan ja työpaikkojen säilymistä Etelä-Savossa.
Kehitystyön varsinaisena kohderyhmänä ovat mäntytukkia ostavat ja sahaavat ja siitä saatua sahatavaraa koti- ja ulkomaan markkinoille myyvät yritykset sekä sydänpuutavaraa erilaisiksi tuotteiksi jalostavat pk-yritykset. Puutuoteteollisuuden tutkimusagenda 2015:ssa todetaan, että arvokkaan tukkipuun käytön edistäminen liittyy olennaisesti kuiduttavan teollisuuden kasvusuunnitelmiin.
Toinen olennainen kohderyhmä ovat teknisesti korkealaatuisia optisia mittauslaitteita ja niiden komponentteja suunnittelevat ja valmistavat yritykset. Laite- ja menetelmäkehitystyö on välttämätön askel kohti sydänpuun tehokasta hyödyntämistä.
Kolmantena keskeisenä kohderyhmänä ovat valtakunnallista männynjalostustyötä sekä metsägenetiikan ja puutieteen tutkimus- ja kehitystyötä harjoittavat toimijat ja metsänviljelyyn männynsiementä tuottavat toimijat. Männyn viljelyaineiston jalostusta tehdään Lukessa MMM:n rahoittamana viranomaistoimintana. Siemenviljelykset omistaa pääosin valtion liikelaitos Metsähallitus ja käytännön siemenviljelystoiminta on Siemen Forelian vastuulla. Lisäksi Tapio Silva Oy:llä on omistuksessaan männyn siemenviljelyksiä.
Välillisesti tuloksista hyötyvät raakapuuta tuottavat metsänomistajat mutta ennen kaikkea turvallisia ja kestäviä puutuotteita käyttöönsä saavat kuluttajat sekä vähemmälle rasitukselle joutuva ympäristö. Välillisiin hyötyjiin kuuluvat myös puun muotoilu- ja tuotekehitysala, puutavaran vähittäiskauppa, puurakennusala ja puutuoteteollisuus. Stilbeeneillä on antimikrobisia ja antioksidatiivisia vaikutuksia, joita voidaan hyödyntää kemian-, lääke-, kosmetiikka- ja elintarviketeollisuudessa. Oletetaan myös, että metsäbiotuotteita valmistavat yritykset voivat soveltaa mittausteknologiaa tuotteidensa laadunvalvontaan.
Hankkeen myötä Luken uusi Savonlinnaan muodostettu strateginen toimipaikka pystyy entistä joustavammin ja asiakaslähtöisemmin tarjoamaan palveluja pk-yritysten tutkimus-, kehitys- ja innovaatiotoimintaan yhdessä Savonlinnan kampuksen muiden toimijoiden kanssa (XAMK, Kuitulaboratorio, Nohevaan sijoittuneet yritykset), mikä hyödyttää alueen elinkeinoelämää.
Myönnetty EU- ja valtion rahoitus: 176 047
Toteutunut EU- ja valtion rahoitus: 159 731
Suunniteltu julkinen rahoitus yhteensä: 251 496
Toteutunut julkinen rahoitus yhteensä: 228 189
Maakunnat: Etelä-Savo
Seutukunnat: Savonlinnan
Kunnat: Savonlinna
Jakeluosoite: Vipusenkuja 6
Postinumero: 57200
Postitoimipaikka: Savonlinna
Suunniteltu: 1, joihin työllistyvät naiset 1
Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joihin työllistyvät naiset 0.00
Suunniteltu: 0, joista naisten perustamia 0
Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joista naisten perustamia 0.00
| Välitön | Välillinen | |
| Ekologinen kestävyys | ||
| Luonnonvarojen käytön kestävyys | 2 | 8 |
| OPTIMI-hankkeessa kehitetään menetelmää, jolla puuraaka-aine voidaan ohjata pitkäaikaiskestävyyden kannalta optimaaliseen käyttökohteeseen. Tällaisella uusiutuvan luonnonvaran resurssitehokkaalla ja optimaaliseen käyttöikään tähtäävällä hyödyntämisellä on suora vaikutus siihen, kuinka paljon primaarista metsänhakkuuta tarvitaan. Mitä pienemmältä talousmetsäalueelta tarvittava ainespuu saadaan, sitä enemmän metsää jää muun monikäytön piiriin, mukaan lukien täydellinen suojelu. | ||
| Ilmastonmuutoksen aiheuttamien riskien vähentäminen | 2 | 7 |
| Hiilineutraalilla puulla tulisi pystyä mahdollisimman paljon korvaamaan suuria CO2-päästöjä aiheuttavia terästä ja betonia. Edelleen, mitä pitempään puurakenteet kestävät käytössä ja lahoamatta, sitä pitempään niihin sitoutunut hiili pysyy pois luonnon kierrosta. Runsaasti luontaisia lahonsuoja-aineita sisältävä männyn sydänpuutavara on hyvin kestävä raaka-aine monissa käyttökohteissa. Vielä kasvavien puiden osalta on viitteitä siitä, että paljon uuteaineita sydänpuuhunsa tuottavat männyt ovat myös parempia puolustautumaan taudinaiheuttajia ja ulkoisia häiriöitä vastaan muuttuvissa olosuhteissa. | ||
| Kasvillisuus, eliöt ja luonnon monimuotoisuus | 1 | 5 |
| Puuraaka-aineen lajittelu ja oikeaan käyttökohteeseen ohjaus sekä hyväkasvuiseksi ja -laatuiseksi jalostettu metsänviljelymateriaali tehostavat metsävarojen käyttöä ja jättävät enemmän maapinta-alaa luontaisille ekosysteemeille. Luotettavalla ja nopealla optisella menetelmällä voidaan tutkia laajoja luonnonmetsistä kerättyjä sydänpuuaineistoja ja kartoittaa uuteainepitoisuuksissa ja lahonkestävyydessä ilmenevää luontaista vaihtelua. | ||
| Pinta- ja pohjavedet, maaperä sekä ilma (ja kasvihuonekaasujen väheneminen) | 9 | 8 |
| Korvaamalla luontaisesti lahonkestävällä männyn sydänpuulla teollisesti kyllästettyä puutavaraa, vältetään kyllästysaineiden joutuminen pinta- ja pohjavesiin sekä maaperään niiden valmistusprosessin, varastoinnin, käytön ja ongelmajätehävityksen aikana. Pitkäikäisen luontaisesti kestävän sydänpuun käyttö vähentää kasvihuonepäästöjä. | ||
| Natura 2000 -ohjelman kohteet | 0 | 0 |
| Hankkeen vaikutus ei kohdistu Natura-alueisiin. | ||
| Taloudellinen kestävyys | ||
| Materiaalit ja jätteet | 9 | 6 |
| Puuraaka-aineen ohjaaminen sen laadun kannalta sopivimpaan käyttökohteeseen edistää luonnonvarojen ja materiaalien säästeliästä ja tehokasta käyttöä. Lahonkestävällä männyn sydänpuulla vähennetään kyllästetyn puutavaran käyttöä kohteissa, joissa luontainen lahonkestävyys on riittävä. Männyn sydänpuusta ei muodostu valmistus- tai jatkojalostusprosessien aikana eikä käytön jälkeen ongelmajätettä. | ||
| Uusiutuvien energialähteiden käyttö | 0 | 3 |
| Hankkeen vaikutus voi kanavoitua myös biopolttoaineiden tuottamiseen, koska se on suoraan riippuvaista käytettävän raaka-aineen uuteainepitoisuudesta. Mitä enemmän uuteaineita on, sitä enemmän biopolttoainetta saadaan. | ||
| Paikallisen elinkeinorakenteen kestävä kehittäminen | 6 | 9 |
| Hanke tähtää Etelä-Savon elinkeinorakenteelle tärkeän uusiutuvan metsävaran älykkääseen ja lisäarvoa tuotavaan hyödyntämiseen. Paikallisten yritysten elinvoimaisuutta parannetaan luomalla niille ansaintamahdollisuuksia ja kilpailuetua, jotka syntyvät kun lajiteltu puuraaka-aine mahdollistaa uusien tai aiempaa korkealaatuisempien tuotteiden valmistuksen. Uusia työpaikkoja voi syntyä laitevalmistukseen, puurakentamisen alalle ja puusepänteollisuuteen. Kekseliäillä puun uuteaineiden käyttömuodoilla voidaan luoda uusia työpaikkoja lähelle raaka-ainelähteitä. | ||
| Aineettomien tuotteiden ja palvelujen kehittäminen | 9 | 8 |
| Hankkeen aikana kertyy teknistä tietotaitoa sekä mittaus- ja analysointiosaamista, joita voidaan tarjota puumateriaalitieteen erikoiskursseina yliopistoille ja ammattikorkeakouluille. Tietoa välitetään puutuotealan yrityksille yrityiskohtaisilla käynneillä ja puutuotealan messuilla. Tuotettua uutta tietoa puuaineksen materiaalitutkimuksesta lisätään Openmetsä -portaaliin. | ||
| Liikkuminen ja logistiikka | 0 | 6 |
| Paikallisen raaka-aineen käyttäminen lyhentää raaka-aineen kuljetusmatkaa alueen yrityksiin. Toisaalta paikallisen raaka-aineen jalostaminen korkean lisäarvon tuotteeksi vähentää kuljetustarvetta verrattuna raaka-aineen rahtaamiseen. | ||
| Sosiaalinen ja kulttuurinen kestävyys sekä yhdenvertaisuus | ||
| Hyvinvoinnin edistäminen | 2 | 7 |
| Luontaisesti lahonkestävän männyn sydänpuun käyttö rakentamisessa lisää hyvinvointia luonnollisuutensa ja miellyttävän ulkonäkönsä ansiosta. Eristettyjä ja puhdistettuja männyn sydänpuun uuteaineita voidaan hyödyntää mm. terveyttä edistävissä tuotteissa. | ||
| Tasa-arvon edistäminen | 0 | 0 |
| Lukessa ja niin myös Savonlinnan strategisessa toimipaikassa noudatetaan yhdenvertaisuusperiaatetta ja sukupuolten välistä tasa-arvoa (Hyvän toimintatavan periaatteet, 2017). Hankkeen tavoitteena ei ole tasa-arvon edistäminen | ||
| Yhteiskunnallinen ja kulttuurinen yhdenvertaisuus | 0 | 0 |
| Lukessa ja niin myös Savonlinnan strategisessa toimipaikassa noudatetaan yhdenvertaisuusperiaatetta ja sukupuolten välistä tasa-arvoa (Hyvän toimintatavan periaatteet, 2017). Hankkeen tavoitteena ei ole yhteiskunnallisen ja kulttuurisen yhdenvertaisuuden edistäminen. | ||
| Kulttuuriympäristö | 3 | 8 |
| Hanke edistää välillisesti suomalaiseen kulttuurimaisemaan ja rakennettuun ympäristöön kuuluvan puun käytön lisäämistä. Pitkällä aikavälillä sydänpuun tuottamisella voi olla vaikutuksia mäntyjen kasvattamiseen nykyistä vanhemmiksi, jolloin männiköiden järeytyminen ja kiertoajan pidentyminen vaikuttavat metsämaisemaan myönteisesti. | ||
| Ympäristöosaaminen | 9 | 9 |
| Tiedonvälityksellä voidaan lisätä kuluttajien ympäristöosaamista sekä tietoisuutta kulutusvalintojen vaikutuksesta mm. ongelmajätteiden kertymiseen (käyttämällä luontaisesti kestävää männyn sydänpuuta, vältät ongelmajätteen tuottamisen). | ||
Männyn sydänpuu on erinomainen raaka-aine lahonkestävyyttä ja muotopysyvyyttä vaativiin käyttötarkoituksiin kuten esimerkiksi ikkunapuitteisiin. Kaikkein vaativimmissa sydänpuun käyttökohteissa on kuitenkin otettava huomioon mäntyrunkojen sisäinen ja välinen vaihtelu sydänpuun laatuominaisuuksissa. Kunkin mäntyrungon sisällä on vaihtelua sekä säteen- että pituusakselin suuntaisesti. Latvatukin sydänpuu on monilta ominaisuuksiltaan heikkolaatuista nuorpuuta, kun taas tyvitukissa sydänpuun ulko-osat ovat jo kypsää ja ominaisuuksiltaan kaikkein parasta sydänpuuta. Esimerkiksi lahonkestävyyttä edistävien luontaisten lahonsuoja-aineiden pitoisuus on korkeimmillaan nimenomaan varttuneen mäntyrungon sydänpuun ulko-osissa.
Metsikön sisällä on kuitenkin suuri vaihtelu puuyksilöiden välillä myös tuon kaikkein parhaimman sydänpuun laatuominaisuuksissa. Sydänpuutavarassa ilmenevän vaihtelun vuoksi olisi tärkeää taata sydänpuutuotteille paras mahdollinen laatu käyttämällä sydänpuutavaraa, joka olisi lajiteltu myös kemiallisen laadun mukaan. Lajittelun mahdollistamiseksi menetelmän on oltava ainetta rikkomaton, luotettava ja riittävän nopea.
Tässä hankkeessa tutkittiin, voitaisiinko männyn sydänpuuta lajitella fluoresenssi-ilmiöön perustuvalla optisella menetelmällä. UV säteilyn herättämän fluoresenssin voimakkuus männyn sydänpuunäytteissä mitattiin varta vasten laboratoriomittauksia varten rakennetulla mittauslaitteen prototyypillä. Männyn sydänpuunäytteiden todettiin fluoresoivan sitä voimakkaammin, mitä enemmän niissä oli luontaisia lahonsuoja-aineita, stilbeenejä. Yhteys oli yhtä voimakas sekä tuoreena että kuivattuna mitatuissa näytteissä.
Suuren stilbeenipitoisuuden ja voimakkaan fluoresenssin todettiin ennustavan hyvää lahonkestävyyttä. Tosin stilbeenipitoisuuden yhteys painohäviöön oli suurempi kuin fluoresenssin voimakkuuden. Fluoresenssi mitattiin puun pinnasta, missä stilbeenit voivat olla sijoittuneet eri tavoin kuin puun sisällä, mikä osaltaan selitti saatua tulosta. Mitatun fluoresenssin perusteella pystyttiin kuitenkin erottelemaan kestävät ja lahoamiselle herkät näytteet keskimääräisen lahonkestävyyden näytteistä.
Tässä hankkeessa saadut tutkimustulokset rohkaisevat kehittämään edelleen männyn sydänpuun fluoresenssiin perustuvaa mittausmenetelmää, jota voitaisiin hyödyntää sekä männyn sydänpuun stilbeenipitoisuuden että lahonkestävyyden ennustamisessa ja puutavaran lajittelussa. Koska tuore- ja kuivamittausten välillä havaittiin tasoero, on eri yhteyksissä tehtävälle lajittelulle oltava omat ennustemallinsa.
Puutavaran lajittelun lisäksi nopeasta menetelmästä lahonkestävyyden ennustamiseksi olisi hyötyä myös metsänjalostukseen liittyvässä valinnassa. Lahonkestävyyden ennustamisen ohella menetelmällä voitaisiin ennustaa männyn sydänpuun stilbeenipitoisuutta, mikä puolestaan hyödyttäisi mm. antimikrobisten puutuotteiden valmistamista.