5. Puun ja metsien arvoketjuissa uusia mahdollisuuksia
5.4. Biojalostamiseen perustuvat arvoketjut
5.4. Biojalostamiseen perustuvat arvoketjut
Puupohjaiset biojalosteet ovat paperin tavoin välijalosteita ja niitä hyödyn-netään monenlaisissa asiakasarvoketjuissa osana palveluita, tuotteita tai tuotantoprosesseja. Useiden puupohjaisten biojalosteiden kohdalla on kyse uuteen teknologiaan liittyvistä tuotantomahdollisuuksista ja arvoketjuista.
Yksi lupaavimmista puupohjaisista biojalosteista on liikenteen biopoltto-nesteiden valmistus, joka voidaan toteuttaa esimerkiksi sellutehtaan yhtey-teen rakennettavassa yksikössä (biojalostamossa).
Puupohjaisia liikennepolttonesteitä ja muita biojalosteita tarkastellees-sa delfoi-kyselyssä koottiin asiantuntijoiden näkemyksiä siitä, millaisten uusien tuotteiden valmistamiseen puuraaka-ainetta voitaisiin hyödyntää tulevaisuudessa ja miten uusia tuotantoprosesseja voidaan sovittaa osaksi metsäalaa.
Vastausten perusteella puupohjaisilla biojalosteilla näyttäisi olevan run-saasti erilaisia käyttömahdollisuuksia materiaaleina tai tuotteina (taulukko 5.2). Volyyminsa puolesta lupaavimpana biojalosteena pidettiin biodiese-liä. Sen lisäksi puusta voitaisiin jalostaa volyymiltaan pienempiä tuotanto-eriä, mutta jalosteen arvolla mitattuna kalliimpia tuotteita. Biomateriaalien kehityksessä keskeisinä mahdollisuuksina nostettiin esiin erilaiset selluloo-sasta, hemisellulooselluloo-sasta, pektiinistä ja ligniinistä valmistetut jalosteet ja uu-teaineet.
Monilla puupohjaisilla biojalosteilla voidaan korvata ympäristölle hai-tallisia materiaaleja tai kemikaaleja, kuten fossiilista öljyä muovin raaka-ai-neena. Asiantuntijavastauksissa ennakoitiin, että raakaöljyn hinnan nousu ja öljyvarojen hupeneminen lisäävät tarvetta ryhtyä kehittämään puuraaka-aineen käyttöä erilaisiin kemianteollisuuden sovelluksiin.
Teknologisen kehityksen myötä puun biokemiallisten käyttömahdol-lisuuksien arvioitiin laajenevan. Asiantuntijat olivat erityisen optimistisia bioenergiamarkkinoiden kasvusta. Korkeista odotuksista huolimatta ky-selyn ensimmäisen kierroksen vastauksissa asiantuntijoiden arviot uuden teknologian kaupallisten sovellutusten leviämisen nopeudesta vaihtelivat hyvin paljon. Optimistisimmissa arvioissa biopolttoaineiden tuotannon käynnistymistä pidettiin mahdollisena jo 2010-luvulla. Sen sijaan pessimis-Asiantuntijat arvioivat puun energiakäytön ja biokemiallisten käyttömahdollisuuk-sien laajenevan teknologisen kehityksen myötä. Euroopan Unionin biopolttones-teiden käyttötavoitteet luovat uutta kysyntää puusta valmistetuille polttonesteille.
Biojalosteiden tuotantoprosessi on mahdollista organisoida massatehtaiden, kun-nallisten yhdistettyjen lämmön- ja sähköntuotantovoimaloiden tai öljynjalostamoi-den yhteyteen. Jos kilpailu puuraaka-aineesta kasvaa merkittävästi, voi raaka-aineen hallinnasta syntyä kiistaa metsäteollisuuden ja energiateollisuuden välille.
tisimmän arvion mukaan liikenteen biopolttoaineiden tuotanto käynnistyy metsäteollisuudessa vasta 2050-luvulla. Pessimistisin vastaaja kuitenkin piti kaupallista valmistusta periaatteessa mahdollisena paljon aikaisemminkin;
tämä kuitenkin edellyttäisi hänen mukaansa nopeita strategisia päätöksiä metsäteollisuusyrityksissä.m
Hitaampaa kehitystä ennakoineissa vastauksissa metsäteollisuuden uudistumiskyky kyseenalaistettiin, koska nähtiin, että metsäteollisuus on erittäin konservatiivinen ja historiassa on ollut erittäin pitkiä viiveitä tek-nologian kaupallistamisen ja tuotannollisen diffuusion välillä, esimerkiksi soodakattiloiden käyttöönotossa. Osa vastaajista kuitenkin arvioi metsäte-ollisuuden muutoshalukkuutta lisäävän sen, että valtiovallan mahdollisuu-det vaikuttaa esimerkiksi devalvaation avulla teollisuuden menestykseen ovat kaventuneet. Tämän takia metsäteollisuuden olisi pakko kehittää uut-ta liiketoiminuut-taa pienenevän paperintuouut-tannon tilalle. Vasuut-tauksiin saattoi vaikuttaa se, että UPM ilmoitti kyselyn ensimmäisen ja toisen kierroksen välillä kiinnostuksestaan käynnistää biodieselin tuotanto.n
m Kyselyt toteutettiin syksyllä 2006, jolloin metsäteollisuuden ilmoitukset biodieselin tuo-tannon käynnistämisestä eivät olleet vielä tulleet julki.
n Kyselyn ensimmäinen kierros oli käynnissä lokakuussa 2006, jolloin UPM:n periaatteellis-ta ilmoitusperiaatteellis-ta biodieselin tuoperiaatteellis-tannon käynnistämisestä ei ollut vielä anperiaatteellis-tanut. Biojalosperiaatteellis-tamises- Biojalostamises-ta oli kyselyjen välillä käynnissä hyvin voimakas julkinen keskustelu, joka saattoi vaikutBiojalostamises-taa asiantuntija-arvioihin kyselyn toisella kierroksella marras-joulukuussa 2006.
Taulukko 5.2. Delfoi-kyselyssä esiin tulleita puupohjaisia biojalosteita.
Polttonesteet Muut puupohjaiset biojalosteet Biodiesel
Etanoli
Lääketeollisuuden raaka-aineet, (funktionaaliset) elintarvikeet, elintarvikelisät esim. hitaat hiilihydraatit Muovit
Kosmetiikka Paperin lisäaineet Maalit
Puhdas selluloosa biomateriaalina lääketieteellisissä sovellutuksissa
Antioksidantit
”D-pillerin poistuminen markkinoilta kannustaa pakkoluovuuteen.”
[D=devalvaatio]
Metsäteollisuuden uudistumiskyvyn lisäksi vastaajat kokivat EU-politiikan täytäntöönpanon epävarmuuden estävän uusien tuotteiden kehittämistä ja kaupallistamista. Periaatteessa EU:n energiapolitiikan linjaukset, jotka painottavat uusiutuvien energialähteiden hyödyntämistä ja ohjeellinen bio-polttonestedirektiivi synnyttävät markkinat biodieselin tai puusta valmiste-tun etanolin kaltaisille tuotteille. Koska EU:n liikenteen biopolttonesteitä koskeva direktiivi on vain ohjeellinen, se ei välttämättä luo pakkoa käyttää biopolttoaineita. Pitkäaikaisen pakotteen puuttuminen ei puolestaan anna yrityksille varmuutta markkinoiden olemassa olosta ja vaikeuttaa niiden sitoutumista investoida biopolttonesteitä tuottaviin laitoksiin. Näkemys on samansuuntainen myös VTT:n biopolttoaineiden tuotantoa koskevan esiselvityksen62 sekä Metsäalan tulevaisuusfoorumin VTT:lta ja Metlalta tilaaman metsätalouden energialiiketoiminnan mahdollisuuksia koskevan selvityksen tulosten kanssa21.
Kun asiantuntijoita pyydettiin kuvailemaan puuhun perustuvien bioja-losteiden tuotteistamista ja menestystuotteiden synnyttämisen edellytyk-siä, korostui vastauksissa markkinoiden (kysynnän) ja liiketoimintamallien määrittämisen tärkeys. Onko uudelle tuotteelle tarvetta, millaiset ovat tuot-teelle synnytettävissä olevat markkinat ja mitkä ovat kilpailevat tuotteet?
Tuotteiden kehitystoiminnassa ja tuotantomahdollisuuksien arvioin-nissa tarvitaan monipuolista osaamista. Useat asiantuntijat korostivat sitä, että uusia biojalosteita kehitettäessä on kyettävä yhdistämään sekä teknistä, tieteellistä että projektin johtamisosaamista sekä politiikkaa. Tieteellinen kehitystyö on asiantuntijoiden mukaan vain osa uuden tuotteen kehitys- ja markkinointiprosessia. Ennen tuotannon käynnistämistä on myös ratkais-tava monia tuotannon teolliseen mittakaavaan liittyviä teknis-taloudellisia kysymyksiä.
Jos biojalosteiden tuotantoprosessi kyetään sovittamaan osaksi mas-sa- ja paperitehtaiden tuotantoa, voidaan hyödyntää metsäteollisuuden jo olemassa olevaa raaka-aineen hankintalogistiikkaa. Eri tuotantoprosessien yhteensovittaminen nousi esiin myös Tekesin huhtikuussa vuonna 2007 käynnistämän Biorefine-ohjelman valmistelevassa työpajassa. Työpajaan osallistuneiden asiantuntijoiden mukaan biojalostamon kannattavuutta ei ratkaise pelkästään yksittäisten biojalosteiden kannattavuus ja markkinapo-tentiaali, vaan sopivat tuotekombinaatiot.
Yksi kyselyn ensimmäisen kierroksen vastauksissa esille noussut huo-li koski sitä, kuka on lopulta halukas investoimaan biojalosteiden tuote-kehityksen kaupallistamiseen. Kyselyn toisella kierroksella asiantuntijoita pyydettiin vastaamaan kysymykseen, mistä löytyvät yritykset, jotka ovat val-miita investoimaan biojalostamisessa tarvittavaan tutkimukseen ja
tykseen sekä ensimmäisiin tuotantolaitoksiin? Suurin osa vastaajista koki, että metsäteollisuuden tulee olla toiminnan kehittämisessä mukana, mutta se todennäköisesti osallistuu kehittämiseen vasta yhdessä joidenkin muiden teollisuuden alojen kanssa (Kuva 5.3).
Kuva 5.3. Biojalosteiden tuotannon toteuttamisvaihtoehdot.
Samansuuntaisen tuloksen antoi marraskuussa 2006 järjestetyn Metsä-alan tulevaisuusseminaarin osallistujille lähetetty ennakkokysymys, jossa tiedusteltiin, mikä on konkreettisin keino, jolla uusia puunjalostustuotteita sekä niihin liittyvää liiketoimintaa voidaan kehittää? Kysymykseen vastasi 65 henkilöä, joista 26 prosenttia koki, että keskeisintä ovat metsäteolli-suuden omat investoinnit. Vastaajista 34 % näki, että Metsäklusteri Oy:
n toiminnan käynnistäminen ja 18 %, että Tekesin ja Suomen Akatemian ohjelmat ovat keskeisimpiä keinoja uusien puunjalostustuotteiden sekä nii-hin liittyvän liiketoiminnan kehittämiseksi. Osaamiskeskusohjelma (3 %), yliopistojen ja korkeakoulujen tutkimuksen ja opetuksen suuntaaminen (6
%) ja kansallisen metsäohjelman toimet (6 %) saivat näitä vaihtoehtoja huomattavasti vähemmän kannatusta.
Kun arvoketjuselvityksen yhteydessä kysyttiin puupohjaisten biopoltto-nesteiden tuotannon toteuttamisvaihtoehdoista, asiantuntijat pitivät mah-dollisena, että esimerkiksi biodieselin valmistuksessa tarvittavia kaasuttimia rakennetaan tulevaisuudessa sellutehtaiden yhteyteen, jolloin voidaan hyö-tyä näiden raaka-ainelogistiikasta. Toisaalta tuotanto voidaan myös eriyttää omiin laitoksiin tai muun bioresurssiteollisuuden, kunnallisten yhdistetty-jen lämmön- ja sähköntuotantovoimaloiden tai öljynjalostamoiden yhtey-teen.
Liikennepolttonesteiden tuotannossa asiantuntijat katsoivat olennai-seksi tuotantokustannusten minimoimisen. Tämä onnistuu parhaiten, jos laitokselle saadaan sellainen sijoituspaikka, että syntyvä jäähdytyslämpö saadaan mahdollisimman tehokkaasti hyödynnettyä lämmityksessä tai kui-vatuksessa. Integrointi metsäteollisuuteen tarjoaa tässäkin suhteessa yhden
Metsäteollisuudesta Metsäteollisuuden uusista liiketoimintayksiköistä
Metsäteollisuuden ja muun teollisuuden yhteisyrityksistä
Muusta teollisuudesta 2 / 20%
5 / 50%
1 / 10%
2 / 20%
2 / 20%
1 / 10%
5/ 50%
2 / 20%
0
lupaavan mahdollisuuden. Useat vastaajat korostivat, että liikennepoltto-nesteiden tuotannon organisoimisessa tarvitaan eri toimialojen välistä yh-teistyötä. Metsäalan osaamista on yhdistettävä öljynjalostusosaamiseen sekä laiterakentamiseen.
Yhtenä suurimmista puupohjaisten liikennepolttonesteiden tuotantoon liittyvistä haasteista asiantuntijat näkivät puun saatavuuden. Vastauksissa ennakoitiin, että metsäteollisuus ei halua puulle lisäkysyntää, koska tämä vaikuttaa nykyisten tuotantolaitosten puuhuoltoon ja puun hintaan. Teol-lisuus on myös ollut julkisuudessa huolissaan puun energiakäytön lisäämi-sestä.
Monet asiantuntijat mainitsivat, että liikennepolttoneisteiden tuotan-non tarkoitus ei ole kilpailla samoista raaka-aineista paperintuotantuotan-non tai sahateollisuuden kanssa, vaan pyrkiä käyttämään raaka-aineena teollisuu-den sivutuotteita ja metsätähteitä. Siitä huolimatta on arvioitava, riittävätkö metsäteollisuuden tuotannon ulkopuoliset raaka-aineet uuden toiminnan Biodieseliä kokeillaan 2007–2010 pääkaupunkiseudun busseissa.
Kuva: Eeva Mehto / Kuvaliiteri
kehittämiseen ja mikä on eri tavoin puuta jalostavien teollisuudenalojen puustamaksukyky. Kysymys raaka-aineesta nousee erityisen tärkeäksi sii-täkin syystä, että metsäteollisuuden sivuvirrat, niin metsätähteet kuin pro-sessissa syntyvät jätteetkin, ovat jo nyt varsin kilpailtu raaka-aine sähkön, lämmön ja pellettien tuotannossa.
”Vanha koira makaa luun päällä, ei syö, mutta ei anna poiskaan.”
Raaka-ainekysymyksen nouseminen esiin on yksi esimerkki niistä ongel-mista ja haasteista, joita syntyy kun uudet tuotantomahdollisuudet liittyvät osaksi olemassa olevaa tuotantorakennetta ja toimintakenttää. Asiantun-tijavastauksissa korostui, että uusien puupohjaisten biojalosteiden kehit-täminen edellyttää metsäalan toimijoilta avarakatseisuutta: esimerkiksi massateollisuus tulisi nähdä monialaisena kemianteollisuutena eikä vain puukuitua tuottavana teollisuutena. Vaikka uusien tuotantoprosessien tar-ve jo selkeästi tunnistetaan metsäsektorilla, on silti paljon epävarmuutta siitä, panostetaanko metsäteollisuudessa aidosti oman tuotantorakenteen muuttamiseen29.
Esimerkki onnistuneesta tuotteistamisen prosessista Syöpälääkkeen tarina – HMRlignan™
Bjarne Holmbom, Åbo Akademi
Åbo Akademin puukemian laboratoriossa on pitkät perinteet puun uu-teaineiden tutkimuksessa. Jo 1970-luvulla Rainer Ekman tutki kuusen lignaaneja väitöskirjatyössään. Tutkimus liittyi kuusen maannousema -lahotautiin. Hän tutki puuta, juuria ja ulko-oksia, mutta sisäoksat jäi-vät tutkimatta. Mukana oli myös jo silloin Rainer Sjöholm, nykyään Åbo Akademin orgaanisen kemian professori. Jo vuonna 1957 pro-fessori Karl Freudenberg Heidelbergistä oli todennut HMR:n olevan tärkein lignaani.
Lignaanitutkimus jatkui 1980-luvulla, jolloin niitä tutkittiin pa-peritehtaiden kiertovesistä. Vuonna 1991 anatomian professori Risto Santti Turun yliopistosta otti yhteyttä Åbo Akademiin ja oli kiinnos-tunut puun eri uuteaineiden mahdollisista estrogeenivaikutuksista.
HMR-lignaani valittiin yhdeksi testattavaksi aineeksi. Åbo Akademissa eristettiin noin 2 grammaa puhdasta HMR:ää puun ulko-oksista, jois-sa on 1–2 prosenttia lignaaneja. Estrogeenivaikutuksia ei kuitenkaan todettu. Hyllylle jäänyt HMR otettiin taas esiin, kun Santin laborato-riossa oli saatu uusi rintasyöpä in vitro -testi. HMR antoi positiivisen tuloksen. Siitä alkoi Niina Saarisen väitöskirjatyö HMR:stä Risto San-tin ja tohtori Sari Mäkelän ohjauksessa.
Hormos Medical kiinnostui HMR:stä ja käynnisti tuotekehityspro-jektin vuosina 1996–1997. Markku Reunanen, Åbo Akademin labo-ratoriomestari, pystyi identifioimaan enterolaktonia rottien virtsasta GC-MS analyysillä. Tämä lignaanien keskeinen metaboliitti muodos-tuu HMR:stä. Hormos Medical teki ensimmäisen patenttihakemuksen vuonna 1998. Sen jälkeen on haettu useita lisäpatentteja.
Miten HMR:ää voitaisiin tuottaa teollisessa mittakaavassa? Vuon-na 1998 pohdittiin paperitehtaiden vesien uuttoa ja oksien keräämistä metsistä. Sitten kävi eräänlainen sattuma. Åbo Akademin professori Bjarne Holmbom oli jo talvella ottanut näytteen kuusen sisäoksista saariston mökillään, koska sisäoksista oli aina välillä ollut puhetta tut-kimusryhmässä. Analyysi osoitti, että näytteessä oli 10 prosenttia lig-naaneja ja noin 7 prosenttia HMR:ää. Erinomaisen rikas HMR-lähde oli löytynyt.
Sisäoksat tulevat puiden rungoissa tehtaille. Tutkija Christer Ecker-manin kanssa selvitettiin, miten sisäoksia voisi erottaa hakkeesta. Mo-nenlaisten kokeiden jälkeen löytyi menetelmä: ensin otetaan ylipak-su hake talteen tehtaan hakeseulonnasta, se jauhetaan, kuivatetaan ja erotetaan lopuksi vedessä. Oksat laskeutuvat pohjalle ja normaali puu nousee pinnalle. Patenttihakemus jätettiin elokuussa 2000 (Eckerman ja Holmbom). Erotuspatentti siirrettiin osakeyhtiöön, Oy Separati-on Research Ab (SR), joka oli perustettu muuta tuotantoa varten jo vuonna 1975. SR haki Keksintösäätiöltä tukea ja rakensi pilottiyksikön vuonna 2001. Seuraavana vuonna tuotanto oli noin 4 tonnia puhtaita oksia Hormos Medicalille.
Hormos Medical haki vuonna 2003 US FDA:lta (Food and Drug Administration) lupaa myydä HMR:ää elintarvikelisänä. Lupa myön-nettiin toukokuussa 2004. Huhtikuussa 2005 Hormos Medical myi HMR-lisenssin sveitsiläiselle yritykselle, Linnea SA:lle. Linnea SA oli valmis tilaamaan SR:ltä oksia 10 tonnin verran vuodessa.
SR otti yhteyttä maanviljelijään, joka kiinnostui yhteistyöstä. Se neuvotteli myös UPM:n kanssa, joka oli valmis toimittamaan ylipaksua kuusihaketta. Tuotanto alkoi maatilalla Kemiössä kesällä 2005. Linnea hoitaa HMR:n uuton ja puhdistuksen Sveitsissä. HMRlignan™ tuli markkinoille keväällä 2006.
5.5. Puurakentamisen arvoketjun