|
|
|
Hankekoodi: A76939
Hankkeen nimi: Selluloosapohjaiset funktionaaliset suodattimet ilmanpuhdistukseen (Sesu)
Toimintalinja: 2. Uusimman tiedon ja osaamisen tuottaminen ja hyödyntäminen
Erityistavoite: 3.2. Uusiutuvan energian ja energiatehokkaiden ratkaisujen kehittäminen
Suunnitelman mukainen toteutusaika: Alkaa 1.4.2021 ja päättyy 28.2.2023
Toiminnan tila: Toiminta päättynyt
Vastuuviranomainen: Pohjois-Pohjanmaan liitto
Hakijan virallinen nimi: Oulun Yliopisto
Organisaatiotyyppi: Yliopisto
Y-tunnus: 0245895-5
Jakeluosoite: Pentti Kaiteran katu 1
Puhelinnumero: 0294 484108
Postinumero: 90014
Postitoimipaikka: Oulun yliopisto
WWW-osoite: http://www.oulu.fi/yliopisto
Hankkeen yhteyshenkilön nimi: Laitinen Ossi Tapio
Yhteyshenkilön asema hakijaorganisaatiossa: Yliopistotutkija
Yhteyshenkilön sähköpostisoite: ossi.laitinen(at)oulu.fi
Yhteyshenkilön puhelinnumero: 0503504960
Hakijoiden lukumäärä tai tuen siirto -menettely:
Hankkeen tavoitteena on luoda uusia toiminnallisia vähähiilisiä puupohjaisia materiaaleja, joilla korvataan nykyisin yleisesti käytettyjä synteettisiä kuitumaisia materiaaleja (mm. polyesteri ja viskoosi) ilmanpuhdistukseen liittyvissä sovelluksissa (mm. epäpuhtauksien, pienhiukkasten, virusten ja mikrobien puhdistus ympäröivästä hengitysilmasta). Aihe on erityisen ajankohtainen meneillään olevan koronapandemian myötä. Valtaosa näistä tuotteista on korvattavissa materiaalitehokkailla kotimaisilla puuperäisillä ja uusiutuviin materiaaleihin perustuvilla sovelluksilla. Idea on hyödyntää metsäteollisuuden biopohjaisia kuitulähteitä ja jatkojalostaa niitä uudentyyppisiksi suorituskykyisiksi huokoisiksi materiaaleiksi käytettäviksi ympäristö- ja ilmanpuhdistussovelluksissa. Hanke tukee alueellisia materiaalivirtojen hyödyntämistä koskevia verkostoja ja yhteistyömuotoja. Hanke koostuu neljästä työpaketista.
TP1: Hankkeessa käytettävät vähähiiliset puuraaka-aineet ja valittujen sovelluskohteiden vaatimukset,
TP2: Uusien vähähiilisten materiaalien valmistus valittuihin ilmanpuhdistussovelluskohteisiin,
TP3: Valmistettujen materiaalien testaus ja vertailu olemassa oleviin tuotteisiin,
TP4: Teknis-taloudellinen analyysi valmistuskonsepteista.
Hanke kehittää täysin uusia teknisiä konsepteja ilmanpuhdistukseen ja vahvistaa alueen vähähiilisyyttä ja biotalousosaamista sekä alueen liiketoiminnan kilpailukykyä. Hankkeessa kiinnitetään erityistä huomiota kehitettävien suodatinmateriaalien kestävyyteen, biopohjaisuuteen, toiminnallisuuteen ja valmistuskustannuksiin. Biopohjaiset, vähähiiliset ja tehokkaat ilmansuodattimet tarjoavat uutta liiketoimintaa raaka-ainetoimittajille ja erityisesti materiaalia hyödyntäville lopputuotevalmistajille. Ilman sisältämät epäpuhtaudet (esim. pienhiukkaset ja mikrobit kuten virukset ja bakteerit) ovat erityisen ajankohtainen ongelma koronapandemian aikana ja tarve tehokkaille, vähähiilisille ja edullisille hiukkas- ja aerosolisuodattimille kasvaa jatkuvasti (mm. ajoneuvot, julkiset rakennukset, kodit, laitteet ja henkilösuojaimet). Tarvetta on erityisesti suuren erotustehokkuuden edullisille ja energiatehokkaille suodattimille, jotka olisivat joko hävitettäviä tai kierrätettäviä. Erilaisten suodatintuotteiden ja suodatuslaitteiden markkinoiden on arvioitu olevan 10 mrd USD$ suuruiset vuoteen 2022 mennessä (Global Ind. Analyst Inc.). Globaaleilla markkinoilla toimii suuria kansainvälisiä yhtiöitä, mutta markkinoilla on tilaa myös alueella toimiville pienille yhtiöille, jotka voisivat kasvattaa markkinaosuuttaan ja liikevaihtoaan mm. innovatiivisten uusien tuotteiden ansioista.
Projektin varsinaisena kohderyhmänä on Oulun yliopisto ja erityisesti sen biotalousala. Muita kohderyhmiä ovat yleisesti biotalouden pk-yritystoimijat sekä suuryritykset, erityisesti bioraaka-aineiden tuottajat (selluloosapitoiset kuitutuotteet mm. neitseellinen kuitu, kierrätyskuitu ja pahvi, esimerkkeinä Metsä Fibre ja Kiertokaari), biojalostajat (uusia konsepteja kehittävät pk-yritykset kuten Chempolis ja Kaicell) ja suodatintuotteita valmistavat yritykset (mm. Teho Filter, Screentec, Eagle Filters ja Airfil). Hanke yhdistää Oulun yliopiston osaamista suurten ja pk-yritysten kanssa luomalla tuotteistusketjun, jossa esimerkiksi teollisuuslaitoksen selluloosapohjaisia kuitujakeita voidaan jalostaa pk-yritysten toimesta uusiksi vähähiilisiksi suodatinmateriaaleiksi ja edelleen korkean jalostusarvon biotuotteiksi.
Projektin välillisiä kohderyhmiä ovat materiaalin valmistukseen liittyvät yritykset kuten laitetoimittajat ja biomassojen tuottajat ja siihen liittyvä logistiikka sekä mittauspalvelujen tuottajat. Näiden toimijoiden intressit realisoituvat hankkeen jälkeisessä seuraavassa vaiheessa, jolloin menetelmät skaalataan pilot-/esikaupalliseen tuotantoon. Lisäksi hankkeen välilliseen kohderyhmään kuuluvat kunnalliset kehittämisorganisaatiot, oppilaitokset sekä näiden sidosryhmät.
Myönnetty EU- ja valtion rahoitus: 92 081
Toteutunut EU- ja valtion rahoitus: 91 950
Suunniteltu julkinen rahoitus yhteensä: 119 544
Toteutunut julkinen rahoitus yhteensä: 119 379
Maakunnat: Pohjois-Pohjanmaa
Seutukunnat: Oulun
Kunnat: Oulu
Jakeluosoite: Erkki Koiso-Kanttilankatu
Postinumero: 90014
Postitoimipaikka: Oulun yliopisto, Oulu
Suunniteltu: 0, joihin työllistyvät naiset 0
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 | 10 | 8 |
| Hanke kehittää vihreää vähähiilistä teknologiaa selluloosapitoisten kuitujen jatkojalostamiseksi. Sekä prosessi, raaka-aineet että lopputuotteet ovat ekologisesti kestäviä ja korvaavat nykyisiä haitallisia prosesseja ja moni öljypohjaisia materiaaleja. Hanke kohdentuu myös vähän hyödynnettyihin raaka-aineisiin, mikä edistää luonnonvarojen kestävää käyttöä. | ||
| Ilmastonmuutoksen aiheuttamien riskien vähentäminen | 6 | 4 |
| Hanke hyödyntää biopohjaisia, CO2-neutraaleja materiaaleja, joilla korvataan nykyisiä öljypohjaisia tuotteita. Suodattimien paikallinen tuotanto ja käyttö on logistisesti edullista, millä on positiivinen vaikutus hiilidioksidipäästöihin. | ||
| Kasvillisuus, eliöt ja luonnon monimuotoisuus | 5 | 5 |
| Hanke perustuu vihreisiin, vähähiilisiin ja kestäviin valmistusmenetelmiin, jotka eivät tuota merkittävästi haitallisia päästöjä luontoon. | ||
| Pinta- ja pohjavedet, maaperä sekä ilma (ja kasvihuonekaasujen väheneminen) | 4 | 6 |
| Hanke perustuu vihreisiin, kestäviin muokkaustekniikkoihin, jotka eivät tuota merkittävästi haitallisia päästöjä luontoon. Lisäksi valmistetut tuotteet ovat kohdistettu nimenomaan ilmassa olevien epäpuhtauksien puhdistukseen, joka tukee omalta osaltaan luonnonmonimuotoisuutta. | ||
| Natura 2000 -ohjelman kohteet | 0 | 0 |
| Hankkeella ei ole välillistä eikä välitöntä yhteyttä Natura2000-ohjelmaan. | ||
| Taloudellinen kestävyys | ||
| Materiaalit ja jätteet | 6 | 4 |
| Hankkeessa on mahdollista hyödyntää raaka-aineena tällä hetkellä vähän käytettyjä uusiutuvia biomassaraaka-aineita. Myös esim. maa- ja metsätalouden jätejakeita voitaneen jatkossa hyödyntää uusien tuotteiden lähteenä. | ||
| Uusiutuvien energialähteiden käyttö | 2 | 2 |
| Hanke ei suoranaisesti liity energiantuotantoon, mutta prosessissa kuluva energia voidaan tuottaa uusiutuvilla energialähteillä. | ||
| Paikallisen elinkeinorakenteen kestävä kehittäminen | 4 | 3 |
| Hankkeessa kehitettävät tuotteet ovat integroitavissa nykyisiin pienempiin laitoksiin tai ne voivat toimia pienenmittakaavan erillisinä laitoksina. Tämä luo alueelle uusia työpaikkoja ja yritystoimintaa. | ||
| Aineettomien tuotteiden ja palvelujen kehittäminen | 4 | 3 |
| Hankkeessa kehitettävä toimintamalli on mahdollista tuotteistaa ja markkinoida eteenpäin. | ||
| Liikkuminen ja logistiikka | 4 | 2 |
| Hankkeessa kehitettävät vähähiiliset tuotteet korvaavat olemassa olevia tuotteita, ja vähentää näiden tuotteiden kuljetukseen liittyviä kustannuksia. | ||
| Sosiaalinen ja kulttuurinen kestävyys sekä yhdenvertaisuus | ||
| Hyvinvoinnin edistäminen | 7 | 7 |
| Hanke edistää alueen työllisyyttä, luo uusia liiketoimintamahdollisuuksia ja kehittää biotalouden tutkimusta ja koulutusta Oulun yliopistossa. Puhdistettu hengitysilma edesauttaa merkittävästi hyvinvointia. | ||
| Tasa-arvon edistäminen | 0 | 0 |
| kts. edelliset kohdat | ||
| Yhteiskunnallinen ja kulttuurinen yhdenvertaisuus | 0 | 0 |
| Hankkeella ei oleteta olevan erityisiä yhteiskunnalliseen tai kulttuuriseen yhdenvertaisuuteen liittyviä vaikutuksia. | ||
| Kulttuuriympäristö | 0 | 0 |
| Hankkeella ei oleteta olevan erityisiä yhteyksiä kulttuuriympäristöön. | ||
| Ympäristöosaaminen | 5 | 3 |
| Hanke perustuu kestävien ympäristön kuormitusta minimoiviin tekniikoihin ja hyödyntää myös jäte-/sivuvirtoja. | ||
Hankkeen tavoitteena oli luoda uusia toiminnallisia vähähiilisiä puupohjaisia materiaaleja, joilla korvataan nykyisin yleisesti käytettyjä synteettisiä kuitumaisia materiaaleja (mm. polyesteri ja viskoosi) ilmanpuhdistukseen liittyvissä sovelluksissa (mm. epäpuhtauksien, pienhiukkasten, virusten ja mikrobien puhdistus ympäröivästä hengitysilmasta). Aihe on ollut erityisen ajankohtainen meneillään olevan koronapandemian myötä. Valtaosa olemassa olevista tuotteista on korvattavissa materiaalitehokkailla kotimaisilla puuperäisillä ja uusiutuviin materiaaleihin perustuvilla sovelluksilla. Idea oli hyödyntää metsäteollisuuden biopohjaisia kuitulähteitä ja jatkojalostaa niitä uudentyyppisiksi suorituskykyisiksi huokoisiksi materiaaleiksi käytettäviksi ympäristö- ja ilmanpuhdistussovelluksissa. Hanke on tukenut alueellisia materiaalivirtojen hyödyntämistä koskevia verkostoja ja yhteistyömuotoja.
Hankkeessa on kehitetty täysin uusia teknisiä konsepteja ilmanpuhdistukseen ja vahvistettu alueen vähähiilisyyttä ja biotalousosaamista sekä alueen liiketoiminnan kilpailukykyä. Hankkeessa kiinnitettiin erityistä huomiota kehitettävien suodatinmateriaalien kestävyyteen, biopohjaisuuteen, toiminnallisuuteen ja valmistuskustannuksiin. Biopohjaiset, vähähiiliset ja tehokkaat ilmansuodattimet tarjoavat uutta liiketoimintaa raaka-ainetoimittajille ja erityisesti materiaalia hyödyntäville lopputuotevalmistajille. Ilman sisältämät epäpuhtaudet (esim. pienhiukkaset ja mikrobit kuten virukset ja bakteerit) ovat erityisen ajankohtainen ongelma koronapandemian aikana ja tarve tehokkaille, vähähiilisille ja edullisille hiukkas- ja aerosolisuodattimille kasvaa jatkuvasti (mm. ajoneuvot, julkiset rakennukset, kodit, laitteet ja henkilösuojaimet). Tarvetta on erityisesti suuren erotustehokkuuden edullisille ja energiatehokkaille suodattimille, jotka olisivat joko hävitettäviä tai kierrätettäviä.
Valmistettavilla suodattimilla pitää olla hyvä suodatusteho, pieni painehäviö ja riittävän kestävä rakenne. Valmistettavien suodatinmateriaalien pitää olla halkaisijaltaan yli 160mm ja mittaukset on suoritettu Eagle Filtersillä Kotkassa. Tutkittavien materiaalien keskeiset ominaisuudet, joita mitataan ovat partikkelien suodatustehokkuus eri kokoluokissa ja painehäviö. Hankkeessa saatiin valmistettua 18.5cm suodatinmateriaaleja CNF (cellulose nanofibers) sellusta ja Chempoliksen toimittamasta massasta aerogeelirakenteella, joissa osa hydrogeelin sisältämästä vedestä on korvattu TBA:lla (Tert-butyl alcohol). TBA:n käyttämisellä aerogeeleihin muodostuu ns. ”spider network”-rakennetta, joka on tiiviimpää kuin pelkkää vettä käytettäessä. Lisäksi on lisätty kelatiinia, jonka avulla on saatu lujitettua suodattimien rakennetta. Eagle Filtersin mukaan suodatustehokkuuden pitäisi olla pienimmässä mitattavassa partikkelikokoluokassa (0.184 µm) yli 93% ja painehäviö ei saisi ylittää 200 Pa 5.3 cm/s virtausnopeudella.
Tutkimustulosten perusteella on havaittu, että CNF korkeampi konsentraatio parantaa suodatustehoa, mutta samalla myös painehäviö kasvaa. Veden osittainen korvaaminen TBA -> ”spider network” rakenne, parantaa suodatustehoa, mutta samalla myös painehäviö kasvaa. Kelatiinin suurempi määrä parantaa suodatustehoa, mutta samalla myös painehäviö kasvaa, mutta se kuitenkin lisää suodatinrakenteen lujuutta. Hankkeessa haettiin optimaalista pitoisuutta CNF-TBA-Kelatiini. Suodatustulosten perusteella paras pitoisuus on 1% CNF, 5% TBA ja 0,5% kelatiinia. Tässä näytteessä oli hyvä suodatusteho ja riittävän pieni painehäviö.
CNF koivusellusta ja Che2 massasta valmistettiin puristuslujuus kappaleita (30mm*30mm lieriöt) ja samalla tutkittiin kelatiinin määrän vaikutusta puristuslujuuteen. Huomattiin, että 5% annos kelatiinia parantaa huomattavasti aerogeelien puristusominaisuuksia (75-kertaiseksi), mutta samalla huokoisuus kuitenkin pieneni 2% (99% -> 97%). 2% kelatiinimäärällä saatiin n. 10-kertainen puristuslujuus. Suodatuskokeista huomattiin, että painehäviöt kasvavat nopeasti suuriksi kelatiini-pitoisuuden noustessa, joten suurempia yli 1% kelatiinipitoisuuksia ei kannata suodattimissa käyttää.
Hankkeen lopussa on määritetty kustannusarvio sellupohjaiselle lopputuotteelle ja koko valmistusprosessille. Laskelmien mukaan yksi kilogramma sellusuodatinmateriaalia maksaa 2,3 euroa. Jos suodatinmateriaalia valmistettaisiin kierrätyskuidusta putoaisi hinta 1,68 euroon. Yhdestä kilogrammasta sellusuodatinmateriaalia saadaan valmistettua 370 kpl 18,5 cm halkaisijaltaan olevia suodattimia. Kokeissa käytettyjen suodattimien kappalehinnaksi saatiin näin määritettyä 0,62 senttiä sellusta ja 0,45 senttiä kierrätyskuidusta valmistetusta materiaalista.
Yhteenvetona voidaan todeta, että hyvin toimivia ja edullisia suodattimia saatiin valmistettua selluloosapohjaisista materiaaleista. Nämä suodattimet olivat täysin biopohjaisia ja niitä voitaisiin valmistaa myös kierrätyskuiduista. Näin ollen hankkeessa löydettiin uusi vihreä vaihtoehto selluloosapohjaisten materiaalien jalostamiseksi uusiksi suodatintuotteiksi.