Raaka-aine- ja energiatehokkuuden parantaminen Oras Oy:n valimossa

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia toimintatapoja ja edellytyksiä parantaa Oras Oy:n valimon raaka-aine- ja energiatehokkuutta. Tarkastelu suoritettiin ekotehokkuusajattelun näkökulmasta. Valimon ekotehokkuutta mitattiin metallin saannon sekä valu-uunien energiatehokkuuden avulla. Tutkimustyö suoritettiin valitsemalla tarkastelun kohteeksi 20 valutuotetta. Metallin saantoa selvitettäessä punnittiin tuotteita eri työvaiheissa,jolloin saatiin selville valukanavien sekä koneistus- ja hiontavarojen osuudet valutuotteisiin panostetusta messingistä. Saantoa laskettaessa tuli myös huomioida vuosittain hylättävien tuotteiden määrät sekä messingin raaka-ainekierto kokonaisuudessaan. Valu-uunien osalta selvitettiin toiminta-ajan ja energiankulutuksen jakautuminen messingin sulattamisen ja sulan kuumanapidon kesken. Työssä tarkasteltiin, kuinka paljon metallin saantoa voitaisiin parantaa pienentämällä valukanavien ja työvarojen osuutta valoksissa sekä vähentämällähylkyjen määrää. Lisäksi tarkasteltiin muutosten vaikutuksia raaka-ainekustannuksiin sekä jätteiden määrään. Valu-uunien energiatehokkuuden parantamisen osaltatarkasteltiin käyttöasteen nostamisen eli viikoittaisen käyntiajan lisäämisen vaikutuksia energiankulutukseen ja -kustannuksiin sekä edellytyksiä pitää osa uuneista kylmänä.

Toisen jäte on toisen raaka-aine – Kierrätys ja uudelleenvalmistus taloudellisesti ja ekologisesti kestävänä liiketoimintamahdollisuutena

Toisen jäte on toisen raaka-aine – Kierrätys ja uudelleenvalmistus taloudellisesti ja ekologisesti kestävänä liiketoimintamahdollisuutena Väitöskirjatutkimus tarkastelee kierrätystä ja uudelleenvalmistusta sekä siihen perustuvaa kierrätysliiketoimintaa taloudellisesti ja ekologisesti kestävänä liiketoimintamahdollisuutena. Tässä kestävyys tarkoittaa jätekysymysten ratkaisemista tavalla, joka mahdollistaa kestävän kehityksen periaatteiden mukaisen yhteiskunnan kehittymisen. Jätteisiin liittyvät taloudelliset ja ekolo- giset kysymykset ovat merkittävä yhteiskunnallinen haaste. Tämä luo tarpeen tutkimukselle, jonka lähtökohtana on jätekysymysten moniulotteinen tarkas- telu ja yksittäisen yrityksen toiminnan suhteuttaminen osaksi laajempaa kokonaisuutta. Tässä tutkimuksessa jätteen hyödyntämistä materiaalina lähestytään sekä empiirisesti yrityksen näkökulmasta että teoreettisesti systeemiajattelun tarjoamasta laajemmasta perspektiivistä. Tutkimuksen tavoitteena on ymmär- tää kierrätystä ja uudelleenvalmistusta liiketoimintamahdollisuutena, niiden merkitystä yrityksessä, alueella ja kierrätystaloudessa sekä näiden vuorovai- kutteista suhdetta taloudelliseen ja ekologiseen kestävyyteen nähden. Tutki- muskysymys on tärkeä, koska siihen vastaamalla syvennetään ymmärrystä yrityksissä tapahtuvan kierrätyksen ja uudelleenvalmistuksen merkityksestä kestävämmän yhteiskunnan rakentumisessa. Tutkimuksen teoriaperusta pohjautuu teollisen ekologian kirjallisuuteen ja ekoteollisen kehityksen tutkimukseen. Kierrätysliiketoiminnan kestävyyden tarkastelu rakentuu tutkimuksessa teollisen ekologian ja ekoteollisen kehityk- sen lähtökohtana olevaan win-win-ajatteluun, jonka mukaan hyvä ympäristö- suorituskyky ja hyvä taloudellinen suorituskyky voivat vahvistaa toisiaan. Kierrätysliiketoiminnan teoreettisessa tarkastelussa keskeisiä elementtejä ovat kierrätystalouden malli, teollisen ekologian alueelliset systeemit, ekoteolliset verkostot ja yrityksen rooli teollista ekologiaa soveltavana toimijana. Tutki- muksen keskeisenä kontribuutiona on yritysnäkökulman integroiminen aiem- paa vahvemmin osaksi teollisen ekologian diskursseja. Kierrätysliiketoiminnan taloudelliseen ja ekologiseen kannattavuuteen ja sen myötä kestävyyteen liittyviä kysymyksiä on lähestytty tekemällä yritys- haastatteluja ja hyödyntämällä valmista haastatteluaineistoa. Tutkimusta varten haastattelin 10 kierrätysliiketoimintaa harjoittavaa yritystä vuosina 2007 ja 2008. Tämän lisäksi tutkimuksessa on hyödynnetty Turun ammatti- korkeakoulun ja Turku Science Parkin toteuttamassa RESU-hankkeessa (Kierrätysliiketoiminta ja resurssitehokkuus Varsinais-Suomen vahvuudeksi – RESU) vuosina 2013 ja 2014 kerättyä aineistoa. Hankkeessa haastateltiin yhteensä 25 jätemateriaalia hyödyntävää ja/tai tuottavaa yritystä. Aineistojen analysointimenetelmänä on sisällönanalyysi. Analyysin tulok- sena muodostettiin yhteensä viisi pääteemaa ja 12 alateemaa. Teemat kuvaavat kierrätysliiketoimintaa aiempaa moniulotteisemmin ja näin syventävät ymmär- rystä ilmiön merkityksestä kestävämmän yhteiskunnan rakentumisessa. Teolli- sen ekologian alaan kuuluvat kvalitatiiviset tutkimukset ovat melko harvinai- sia, joten tämän väitöstutkimuksen ilmeisenä vahvuutena on laadullisen tutkimusmenetelmän hyödyntäminen. Tutkimuksen tuloksena voidaan todeta, että kierrätystalouden kehittymistä edistävä kierrätysliiketoiminta on monimuotoista ja sisältää erilaisia liiketoi- mintamahdollisuuksia sekä arvoketjuja. Paikallistuntemus ja keskeinen sijainti jätemateriaalien tuottajien suhteen on tärkeä kriteeri kierrätysliiketoiminnassa, mutta jätemateriaaleja myös kuljetetaan pitkiä matkoja. Paikallisia tai alueelli- sia jätevirtoja hyödyntävä kierrätysliiketoiminta voi tukea alueellista kestä- vyyttä, mutta toisinaan myös keskitetty hyödyntäminen voi olla kestävä vaih- toehto. Yhteistyöverkostot ovat tärkeitä jätemateriaalin laadun ja saatavuuden näkökulmasta. Tutkimus osoittaa, että kierrätysliiketoimintaa harjoittavat yritykset ovat samalla sekä kierrätystalouden käytännön toimeenpanijoita että uuden toimintakulttuurin luojia. Tutkimuksen tulosten perusteella voidaan esittää johtopäätös, että kierrä- tysliiketoiminta on taloudellisesti ja ekologisesti kannattava liiketoimintamah- dollisuus. Win-win-ratkaisut eivät kuitenkaan takaa kierrätysliiketoiminnan kestävyyttä. Kierrätysliiketoiminnan kestävyyden arvioiminen edellyttää laajaa perspektiiviä ja toiminnan vaikutusten suhteuttamista mittakaavaan, ajalliseen ulottuvuuteen, interventioon ja sosiaalisiin kysymyksiin. Teolliseen ekologiaan perustuva kierrätysliiketoiminta luo mahdollisuuksia edistää kestävyyttä, joten tällä perusteella kierrätystä ja uudelleenvalmistusta voidaan pitää kestävänä liiketoimintamahdollisuutena. Avainsanat: kierrätysliiketoiminta, kierrätys, uudelleenvalmistus, systeemiajattelu, teollinen ekologia, ekoteollinen kehitys, kierrätystalous, win-win-ajattelu, kestävyys One company's waste is another's raw material –Recycling and remanufacturing as an economically and environmentally sustainable business opportunity The thesis investigates whether product recycling and remanufacturing can serve as a business opportunity that is economically and ecologically sustaina- ble. In this effort, my idea is to contribute to solving the waste issue in a manner that makes it possible to strive toward sustainable societal develop- ment. The economic and ecological questions associated with waste flows are a significant challenge. The complexity of the issue requires a multidimen- sional approach in which the operation of an individual company is viewed in the context of the larger societal system. In this thesis waste utilization as a resource with value is considered both from an empirical perspective on the firm as well as from a more general viewpoint offered by systems analysis. The objective of the thesis is to under- stand recycling and remanufacturing as a business opportunity. The thesis considers the meaning of recycling and remanufacturing for a single company, for the region the company is located and for the recycling economy. The objective of this study is important for it enhances the understanding of the product recycling and remanufacturing processes that take place within busi- ness organizations and how these processes affect societal sustainable development. The theoretical basis arises from industrial ecology and from the literature on eco-industrial development. The business-economic win-win situation and this vision serve as the basic position from which recycling business is inves- tigated in the thesis. In the theoretical discussion, key elements are recycling economy model, regional and local industrial ecosystems, eco-industrial networks and the role of a company as an actor that applies industrial ecology in practice. The main contribution of this study lies in integrating the company perspective more strongly into the industrial ecology discourses. The recycling business has been studied by conducting interviews in companies and by secondary analysis of an existing interview material. During 2007 and 2008 I made 10 interviews in companies that are active in recycling business. In addition, I used interview material gathered for the project “Recycling business and resource efficiency as the strength of Southwest Finland” (RESU) by Turku University of Applied Sciences and Turku Science Park during the period 2013–2014. This data covers altogether 25 businesses that either utilize and/or produce waste materials. The data has been analyzed using the content analysis method. This process led to the development of 5 main themes and 12 sub-themes. These themes describe the recycling business multi-dimensionally and thus understanding of the phenomenon and its role in building a sustainable society are substantially deepened in this research. In the field of industrial ecology qualitative studies are relatively rare and therefore the qualitative research approach is an evident strength of the thesis. The results show that the recycling business activity supporting recycling economy has diverse dimensions including various business opportunities and diverse value chains. The results show that for waste producers it is important to know the local situational factors and to have a central geographical location. Waste materials are, however, transported over long distances as well. The study indicates that local waste flow utilization can support regional sustainability, while occasionally a more centralized utilization can be sustain- able. Collaboration networks are important to secure the quality and availabil- ity of utilizable waste materials. The thesis demonstrates that the companies practicing recycling business serve simultaneously as actors that implement recycling economy and enhance a new operation culture within the business community. The overall conclusion of the thesis argues that recycling business is a business opportunity that can support both an economically and environmen- tally viable business operation. However, win-win solutions do not secure the sustainability of recycling business. The sustainability evaluation of recycling business requires a holistic systems perspective. The actions undertaken need to be considered with changing spatial and temporal system boundaries, societal intervention and placed in the context of relevant societal issues. Industrial ecology -based recycling business creates opportunities for sustain- ability and thus recycling and remanufacturing present an opportunity for sustainable business. Keywords: Recycling business; Recycling; Remanufacturing, Systems thinking; Industrial ecology; Eco-industrial development; Recycling Economy; Win-Win thinking; Sustainability

Metsäsektorin kehityksen vaikutus raaka-ainetarpeeseen ja rakenteeseen

Tutkimuksen tavoitteena on selvittää kuinka raakapuumarkkinat muodostuvat ja mitkä tekijät vaikuttavat raakapuun tarjontaan ja hankintaan. Lisäksi tarkastellaan onko tuontipuu korvaava vai täydentävä raaka-aine ja millainen rooli valtiovallalla on luodessaan yrityksille toimintaympäristöä. Työ on voimakkaasti teoreettispainotteinen. Teorian tarkoituksena on esittää se tieteellinen perusta, jolle raakapuumarkkinat sijoittuvat. Lisäksi on hyväksikäytetty aiemmin tehtyjä tutkimuksia, joiden tarkoituksena on valaista asiaa hieman käytännönläheisemmin. Työn tuloksena saadaan vastaukset tutkimuksen tavoitteisiin. Tulosten perusteella on ilmeistä, että keskeisin tarjontaan vaikuttava tekijä on puun hinta ja etenkin siihen liittyvät hintaodotukset. Kysyntään on puolestaan vaikuttanut teollisuuden kapasiteetin kehitys, tuotteiden menekki ja tuontipuun saatavuus. Tuotu koivukuitu on pikemminkin täydentänyt kuin korvannut kotimaan koivukuitua teollisuuden puun hankinnassa. Tuotu mäntykuitu toimii korvaavana tuotteena, mutta kuusikuidun kohdalla kotimaan hinnalla ei ole vaikutusta tuonnin määrään, ainoastaan tuontipuun omalla hinnalla näyttää olevan vaikutus tuontimäärään.

Raaka-aineen käytön tehostaminen

Diplomityön tavoitteena oli kehittää kohdeyrityksen puuraaka-aineen käyttöä. Kohdeyritys on massiivipuuparkettia valmistava yritys, jonka tuotantotoiminta oli diplomityön aloitushetkellä noin vuoden ikäinen. Parkettituotannossa uutta tekniikkaa hyödyntävä valmistuslinja sekä uuden tuotantolaitoksen käytännön ongelmat ovat vaatineet henkilöstöltä paljon aikaa. Puuraaka-aineen hankintaan ja käyttöön liittyville tutkimus- ja kehitystoimille olikin yrityksessä selvä tarve. Projektin aikana tutkittiin erilaisin kokein puuraaka-aineen kulutusta parketin valmistuksen eri vaiheissa. Kokeissa keskityttiin materiaalin kulutuksen kannalta kriittisimpiin työvaiheisiin, jotka kohdeyrityksen tuotannossa ovat vannesahaus, jyrsintä, särmäys ja laatulajittelu. Lisäksi suoritettiin kuivauskokeita tuotteessa käytettävillä erityyppisillä puumateriaaleilla. Suoritetuilla kokeilla saatiin selville työvaiheiden puun kulutus sekä merkittävimmät syyt eri vaiheissa syntyvälle materiaalihukalle. Tulosten pohjalta on esitetty tekijöitä, joihin keskittymällä yrityksen puuraaka-aineen hankintaa ja käyttöä voidaan tehostaa. Työn aikana kehitettiin myös erityyppisten puuraaka-aineiden vastaanottoon ja laadun seurantaan liittyvää dokumentointia.

Pellettien laatu ja ominaisuudet eri raaka-aineilla ja niiden seoksilla

Diplomityö tehtiin osana Vapon toteuttamaa monivuotista pelletin kehitysohjelmaa. Kehitysohjelma koostuu useista pienemmistä osaprojekteista, jotka täydentävät toinen toisiaan. Pellettien raaka-ainepohjan laajentaminen on eräs näistä osaprojekteista. Tutkimustyön tavoitteena oli selvittää erilaisten potentiaalisten bioraaka-aineiden soveltuvuutta pelletointiin joko sellaisenaan tai erilaisina seoksina. Raaka-aineiden pelletoitavuutta tutkittiin kenttäolosuhteissa mobiilipelletointilaitoksella. Laitoksen pääkomponentit muodostivat Kahl C 38–780 tasomatriisipuristin, jäähdytin ja täryseula. Pelletointikokeissa tutkittuja raaka-aineita olivat mäntysahanpuru, männynkuori, harvennusranka, haapa, koivu, jyrsinturve ja ruokohelpi. Raaka-aineiden irtotiheys käyttökosteudessa vaihteli välillä 73–244 kg/m3 ja keskimääräinen kosteuspitoisuus 6,5–15 %. Useissa tapauksissa säkitettyjä raaka-aineita säkkikostutettiin haluttuun kosteuspitoisuuteen ennen pelletointia. Säkkikostutettujen raaka-aineiden kosteuspitoisuudet vaihtelivat tällöin välillä 12–14 m- %. Valtaosa tutkituista raaka-aineista ja niiden seoksista pystyttiin pelletoimaan puristimen matriisilla 8/40 mm, jossa puristuskanavan halkaisija oli 8 mm ja kanavan suoran osan pituus 40 mm. Vaikeuksia tuotti ainoastaan pelkän koivupurun ja ruokohelven pelletointi. Käytetty matriisi oli kanavapituudeltaan liian pitkä koivupurun pelletointiin nostaen puristusvastuksen suureksi. Ruokohelven pelletoinnin vaikeudet johtuivat pääasiassa pelletointiin liian karkeasta raaka-aineesta. Myös matriisia 8/55 mm kokeiltiin, mutta se osoittautui liian ”tiukaksi” valtaosalle puuraaka-aineista. Ainoastaan jyrsinturpeen pelletointi onnistui tällä matriisilla. Männynkuoren pelletointia ei matriisilla 8/55 mm yritetty. Kenttäkokeissa valmistetuista pelleteistä määritettiin erilaisia ominaisuuksia, kuten keskipituus, kosteuspitoisuus, irtotiheys, hienoaineksen määrä ja käsittelykestävyys. Lujuus mitattiin sekä Ligno-testillä että CEN-rummutuslujuuden määrityksellä. Lisäksi pelleteille määritettiin alkuaineanalyysi, tuhkapitoisuus ja lämpöarvo ENAS Oy:n laboratoriossa Jyväskylässä. Ligno-testauksessa parhaimman luokan pelletin tulee yltää arvoon 97,5 %. Pelletoitaessa raaka-aineita ja niiden seoksia tasomatriisikoneella sopivalla matriisilla yllettiin usein näihin tai parempiin tuloksiin. Puumateriaaleilla raaka-aineen optimaalinen lähtökosteus oli välillä 12–14 m- % ja turpeella sekä ruokohelvellä 14–16 m- %. Pelletointi onnistui tällöin vaivattomasti, kunhan sopivat puristimen ajoparametrit oli löydetty. Pellettiä alkoi muodostua matriisin puristuskanavien lämpötilan kohotessa noin 70 ºC. Pellettien lämpötila stabiilitilanteessa heti pelletoinnin jälkeen oli useissa tapauksissa 80–90 ºC. Pelletoinnin aikainen tehontarve vaihteli välillä 90–150 kWh/t, ollen suurimmillaan irtotiheydeltään keveillä materiaaleilla. Raaka-aineen suuri partikkelikoko kasvatti puristimen tehontarvetta. Tämä havaittiin selvästi lisättäessä karkeaa ruokohelpisilppua eri raaka-aineiden joukkoon. Kestävyydeltään erinomaisia pellettejä saatiin, kun raaka-aineena oli jyrsinturve, harvennusranka tai mäntypuru. Varsinkin jyrsinturpeen ja harvennusrangan seoksesta valmistetut pelletit osoittautuivat erittäin kestäviksi. Myös jyrsinturpeen ja ruokohelven sekä mäntypurun ja ruokohelven seoksien pelleteille määritettiin hyviä kestävyysarvoja. Männynkuoresta valmistetut pelletit jäivät Ligno-testauksessa kestävyydeltään alle 97,5 % rajan. Pääsyynä tähän oli kuoren pelletointiin käytetyn matriisin 8/40 mm liian lyhyet puristuskanavat.

Sormijatketun rakennesahatavaran lujuuteen vaikuttavat tekijät puun jatkojalostuksessa

Diplomityö tehtiin Stora Enson Kiteen sahalla, tuotantokäytössä olevaa sormijatkoslinjaa tutkien. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää raaka-aineen keskikosteuden, kosteusgradientin, mitallistamishöyläyksen ja liitettävien aihioiden pituuden vaikutus jatketun tuotteen laatuun. Koekappaleita valmistettiin viisi höylättyä ja viisi sahapintaista luokkaa. Luokat valmistettiin eripituisista aihioista, puolen metrin jaolla. Koekappaleiden taivutuslujuus mitattiin nelipistetaivutuksella, standardin EN 408 mukaan. Taivutuskokeen jälkeen kappaleista mitattiin keskikosteus ja sahattiin koepalat kosteusgradientin mittaamiseksi. Koekappaleita valmistettiin yhteensä 37.8 m3. Tutkimuksissa selvisi, että kappaleiden keskikosteuden ja taivutuslujuuden välillä vallitsee heikko positiivinen riippuvuus. Kosteusgradientin ja taivutuslujuuden välillä riippuvuus on selkeämpi, kosteusgradientin kasvaessa myös taivutuslujuus lisääntyy. Tämä selittyy kappaleiden tiheyden vaihtelulla. Tiheämpiin kappaleisiin jää kuivauksessa suurempi kosteusgradientti. Aihioiden mitallistaminen pienentää taivutuslujuuden hajontaa ja vähentää raaka-aineen mittaheittojen aiheuttamia häiriöitä tuotannossa. Aihionpituus vaikuttaa murtumatyyppien jakaumiin ja aihioiden kierouteen. Sopivin aihionpituus on tässä tapauksessa 0.8-1.0 m. Puolet kappaleista murtui liitoksen ulkopuolelta, useimmiten oksan kohdalta. Paras tapa parantaa kappaleiden lujuutta on lujuuslajitella raaka-aine.

Strategisesti tärkeän tuotteen toimitusvarmuussuunnitelma

Suolahappo kuuluu peruskemianteollisuuden tuotteisiin ja on monen eri kemianteollisuuden tuotteen raaka-aine, jota ilman tuotantoprosessi keskeytyy. Suolahapontuottajia on vain muutama Suomessa ja näiden tuottajien varassa toimii lukuisia jatkojalostusteollisuuslaitoksia. Työssä lähdettiin kehittämään suolahapontoimitusvarmuutta logistiikan keinoin. Toimitusvarmuutta haluttiin kehittää sesonkivaihteluiden ja tuotantokatkosten aikana. Työssä etsitään sopiva sesonkivarastointikapasiteetti ja varmuusvarastotaso sekä järkevä sijainti varastolle. Varastointia kehitetään kuljetukset ja tuotannon luonne huomioiden. Työn alussa esitellään yritys ja tuotantoprosessi. Tämän jälkeen analysoidaan kysyntätietoja ja kasataan ongelmat toimitusvarmuudessa. Näiden pohjalta lähdetään kehittämään teoriapohjaisia ratkaisuvaihtoehtoja, jonka jälkeen ne sovelletaan yritykselle sopivaan muotoon. Työn tuloksena saatiin esitys varastointitarpeesta sekä siitä aiheutuvista kustannuksista. Työssäesitetään myös järkevä varaston sijainti ja soveltuva kuljetuskäytäntö tähän varastoon.

Muurahaishapon käyttö etikkahapon ja propionihapon sovelluksissa

Työssä tutkittiin muurahais-, etikka- ja propionihapon sekä näiden johdannaisten teollisia sovelluskohteita. Työn tarkoituksena oli löytää muurahaishapolle tai sen johdannaisille potentiaalisia käyttökohteita etikka- ja propionihapon sekä näiden johdannaisten teollisista sovelluskohteista. Työssä on laaja kirjallisuuskatsaus, jossa käsitellään muurahais-, etikka- ja propionihapon kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia, ekologisia ja korroosiovaikutuksia sekä yleensä orgaanisten happojen antimikrobisia ominaisuuksia. Tämän lisäksi työssä esitellään tarkasteltavien happojen sekä happojohdannaisten markkinat teollisissa sovelluksissa Yhdysvalloissa, Länsi-Euroopassa ja Japanissa. Korvaavuuksien syventävän analyysin avulla pyrittiin löytämään ne sovelluskohteet muurahaishapolle tai sen johdannaisille, joissa ne voisivat olla hinnaltaan kilpailukykyisiä vastaavien etikka-ja propionihapposovellusten kanssa. Mahdollisen korvaavuuden rajaksi asetettiin5 000 tonnia sovelluskohdetta kohti. Kirjallisuustutkimuksen perusteella etikkahapon estereiden (asetaattiestereiden) käyttökohde liuottimien komponentteinavoisi olla potentiaalisin käyttökohde vastaaville muurahaishapon estereille (formiaattiestereille). Asetaattiestereitä on ennustettu käytettävän maailmalla 2 808 000 tonnia vuonna 2006. Niiden pääkäyttöalueet ovat liuottimina pintapäällysteissä kuten maaleissa, lakoissa sekä painomusteissa ja -väreissä. Toistaiseksi formiaattiestereitä on hyödynnetty vain muutamia satoja tonneja lähinnä lääketeollisuuden sovelluksissa välituotteena. Työssä tehtyjen alustavien laskelmien perusteella muurahaishapon esterit ovat hintatasoltaan kilpailukykyinen vaihtoehto vastaaville asetaattiestereille. Diplomityön kokeellisessa osassa etyyliformiaattia valmistettiin menestyksekkäästi laboratoriomittakaavassa. Toinen potentiaalinen uusi tuote on selluloosaformiaattikuitu (SF-kuitu). Selluloosa-asetaattikuitua käytettiin vuonna 2001 845 000 tonnia, josta 79 % kului savukefilttereiden valmistukseen. SF-kuitu on kirjallisuuden mukaan vaihtoehtoinen raaka-aine savukefilttereiden valmistukseen.

Hiokkeen laatuvaihteluja aiheuttavat tekijät ja vaihteluiden vaimentamismahdollisuudet

Myllykoski Paper Oy:n hiokkeen laadussa ja prosessivesien ominaisuuksissa tapahtuu vaihtelua ajan suhteen. Tämä käy ilmi useiden vuosien aikana kerätyistä laatuseurantatiedoista. Diplomityön tavoitteena oli selvittää hiokkeen ja kierto-vesien laatuun vaikuttavat tekijät ja kehittää laadunvaihtelua hillitseviä toimenpi-teitä. Työn kirjallisuusosassa pyrittiin löytämään tekijöitä, jotka voivat aiheuttaa valmiin hiokkeen laatuun vaihtelua. Lähtökohtaisesti laatuvaihteluita aiheuttavat tekijät jaettiin raaka-aine- tai prosessivaihteluksi. Työn kokeellisessa osassa selvitettiin eri hioke- ja prosessivesiominaisuuksien kehittymistä tarkastelemalla eri mittaussuureista kerättyjä aineistoja erilaisin aika-välein. Aluksi tarkasteltiin hiokkeen ja vesien ominaisuuksia viiden vuoden ajan-jaksolla, josta siirryttiin tarkastelemaan lyhyempiä aikavälejä. Käytetty mittausaineisto oli peräisin DW-tietovarastosta ja PHD-reaaliaikatietokannasta. Työn tuloksista kävi muun muassa ilmi, että painehiokkeen lujuusominaisuudet ovat hienoisesti alentuneet viimeisen viiden vuoden aikana. Muutos selittyy hiokkeen pitkäkuituosuuden ja kuitupuun keskimääräisen läpimitan alenemisella. Lisäksi valkaisemattomien hiokkeiden vaaleudet ovat alentuneet samallakun prosessivedet ovat muuttuneet likaisemmiksi. Kehitykseen on vaikuttanut vesikiertojen kasvanut sulkemisaste ja uusi peroksidivalkaisulaitos. Jatkotoimenpide-ehdotukset painottuvat pääosin vesiajotilanteiden hallintaan. Vesiajoaiheuttaa aina suuria muutoksia niin hiokkeen kuin myös kiertovesien laatuun.

Tuotannonsuunnittelun analysointi ja kehittäminen eräällä sahalaitoksella

Diplomityön tavoitteena oli analysoida ja kehittää työn toimeksiantajan UPM-Kymmene Wood Oy Korkeakosken sahan tuotannonsuunnittelua. Työn tärkein tavoite on saada selkeä toimintamalli tuotannonsuunnitteluun, jonka avulla pystytään läpäisemään 300 000 m3:n tai jopa tulevaisuudessa 320 000 m3:n vuosituotanto. Tuotannonsuunnittelulle asetettavat perusvaatimukset ovat raaka-aineen, tuotannon ja myynnin yhteensovittaminen, tilausten oikea-aikainen valmistus ja toimitus, asiakastyytyväisyys, laadun tasaisuus, reklamaatioiden minimointi ja ajosarjojen pituuden maksimointi. Tuotannon suunnittelussa on tärkeää tuntea raaka-aine- ja tuotejakaumat, varastot sekä materiaalivirrat. Tärkeitä osa-alueita tässä tutkimuksessaovat raaka-aine- sekä väli- ja valmisvarastojen seuranta, kierto sekä tuotannonohjaus. Tutkimuksessa perehdytään tuotantoon ja tuotannonsuunnittelun nykyiseen toimintaan ja apuvälineisiin. Tutkimuksen tuloksena kehitettiin tuotannonsuunnitteluun toimintamalli. Se vaatii tuotannonsuunnittelijalta tarkkaa analysointia ja tuotteiden läpimenoaikojen tuntemusta sekä kuivauksen maksimikapasiteetin hyödyntämistä.

Monitoring of crystallization processes by using infrared spectroscopy and multivariate methods

Väitöstutkimuksessa on tarkasteltuinfrapunaspektroskopian ja monimuuttujaisten aineistonkäsittelymenetelmien soveltamista kiteytysprosessin monitoroinnissa ja kidemäisen tuotteen analysoinnissa. Parhaillaan kiteytysprosessitutkimuksessa maailmanlaajuisesti tutkitaan intensiivisesti erilaisten mittausmenetelmien soveltamista kiteytysprosessin ilmiöidenjatkuvaan mittaamiseen niin nestefaasista kuin syntyvistä kiteistäkin. Lisäksi tuotteen karakterisointi on välttämätöntä tuotteen laadun varmistamiseksi. Erityisesti lääkeaineiden valmistuksessa kiinnostusta tämäntyyppiseen tutkimukseen edistää Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkeaineviraston (FDA) prosessianalyyttisiintekniikoihin (PAT) liittyvä ohjeistus, jossa määritellään laajasti vaatimukset lääkeaineiden valmistuksessa ja tuotteen karakterisoinnissa tarvittaville mittauksille turvallisten valmistusprosessien takaamiseksi. Jäähdytyskiteytyson erityisesti lääketeollisuudessa paljon käytetty erotusmenetelmä kiinteän raakatuotteen puhdistuksessa. Menetelmässä puhdistettava kiinteä raaka-aine liuotetaan sopivaan liuottimeen suhteellisen korkeassa lämpötilassa. Puhdistettavan aineen liukoisuus käytettävään liuottimeen laskee lämpötilan laskiessa, joten systeemiä jäähdytettäessä liuenneen aineen konsentraatio prosessissa ylittää liukoisuuskonsentraation. Tällaiseen ylikylläiseen systeemiin pyrkii muodostumaan uusia kiteitä tai olemassa olevat kiteet kasvavat. Ylikylläisyys on yksi tärkeimmistä kidetuotteen laatuun vaikuttavista tekijöistä. Jäähdytyskiteytyksessä syntyvän tuotteen ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa mm. liuottimen valinnalla, jäähdytyprofiililla ja sekoituksella. Lisäksi kiteytysprosessin käynnistymisvaihe eli ensimmäisten kiteiden muodostumishetki vaikuttaa tuotteen ominaisuuksiin. Kidemäisen tuotteen laatu määritellään kiteiden keskimääräisen koon, koko- ja muotojakaumansekä puhtauden perusteella. Lääketeollisuudessa on usein vaatimuksena, että tuote edustaa tiettyä polymorfimuotoa, mikä tarkoittaa molekyylien kykyä järjestäytyä kidehilassa usealla eri tavalla. Edellä mainitut ominaisuudet vaikuttavat tuotteen jatkokäsiteltävyyteen, kuten mm. suodattuvuuteen, jauhautuvuuteen ja tabletoitavuuteen. Lisäksi polymorfiamuodolla on vaikutusta moniin tuotteen käytettävyysominaisuuksiin, kuten esim. lääkeaineen liukenemisnopeuteen elimistössä. Väitöstyössä on tutkittu sulfatiatsolin jäähdytyskiteytystä käyttäen useita eri liuotinseoksia ja jäähdytysprofiileja sekä tarkasteltu näiden tekijöiden vaikutustatuotteen laatuominaisuuksiin. Infrapunaspektroskopia on laajalti kemian alan tutkimuksissa sovellettava menetelmä. Siinä mitataan tutkittavan näytteenmolekyylien värähtelyjen aiheuttamia spektrimuutoksia IR alueella. Tutkimuksessa prosessinaikaiset mittaukset toteutettiin in-situ reaktoriin sijoitettavalla uppoanturilla käyttäen vaimennettuun kokonaisheijastukseen (ATR) perustuvaa Fourier muunnettua infrapuna (FTIR) spektroskopiaa. Jauhemaiset näytteet mitattiin off-line diffuusioheijastukseen (DRIFT) perustuvalla FTIR spektroskopialla. Monimuuttujamenetelmillä (kemometria) voidaan useita satoja, jopa tuhansia muuttujia käsittävä spektridata jalostaa kvalitatiiviseksi (laadulliseksi) tai kvantitatiiviseksi (määrälliseksi) prosessia kuvaavaksi informaatioksi. Väitöstyössä tarkasteltiin laajasti erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltamista mahdollisimman monipuolisen prosessia kuvaavan informaation saamiseksi mitatusta spektriaineistosta. Väitöstyön tuloksena on ehdotettu kalibrointirutiini liuenneen aineen konsentraation ja edelleen ylikylläisyystason mittaamiseksi kiteytysprosessin aikana. Kalibrointirutiinin kehittämiseen kuuluivat aineiston hyvyyden tarkastelumenetelmät, aineiston esikäsittelymenetelmät, varsinainen kalibrointimallinnus sekä mallin validointi. Näin saadaan reaaliaikaista informaatiota kiteytysprosessin ajavasta voimasta, mikä edelleen parantaa kyseisen prosessin tuntemusta ja hallittavuutta. Ylikylläisyystason vaikutuksia syntyvän kidetuotteen laatuun seurattiin usein kiteytyskokein. Työssä on esitetty myös monimuuttujaiseen tilastolliseen prosessinseurantaan perustuva menetelmä, jolla voidaan ennustaa spontaania primääristä ytimenmuodostumishetkeä mitatusta spektriaineistosta sekä mahdollisesti päätellä ydintymisessä syntyvä polymorfimuoto. Ehdotettua menetelmää hyödyntäen voidaan paitsi ennakoida kideytimien muodostumista myös havaita mahdolliset häiriötilanteet kiteytysprosessin alkuhetkillä. Syntyvää polymorfimuotoa ennustamalla voidaan havaita ei-toivotun polymorfin ydintyminen,ja mahdollisesti muuttaa kiteytyksen ohjausta halutun polymorfimuodon saavuttamiseksi. Monimuuttujamenetelmiä sovellettiin myös kiteytyspanosten välisen vaihtelun määrittämiseen mitatusta spektriaineistosta. Tämäntyyppisestä analyysistä saatua informaatiota voidaan hyödyntää kiteytysprosessien suunnittelussa ja optimoinnissa. Väitöstyössä testattiin IR spektroskopian ja erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltuvuutta kidetuotteen polymorfikoostumuksen nopeaan määritykseen. Jauhemaisten näytteiden luokittelu eri polymorfeja sisältäviin näytteisiin voitiin tehdä käyttäen tarkoitukseen soveltuvia monimuuttujaisia luokittelumenetelmiä. Tämä tarjoaa nopean menetelmän jauhemaisen näytteen polymorfikoostumuksen karkeaan arviointiin, eli siihen mitä yksittäistä polymorfia kyseinen näyte pääasiassa sisältää. Varsinainen kvantitatiivinen analyysi, eli sen selvittäminen paljonko esim. painoprosentteina näyte sisältää eri polymorfeja, vaatii kaikki polymorfit kattavan fysikaalisen kalibrointisarjan, mikä voi olla puhtaiden polymorfien huonon saatavuuden takia hankalaa.

Ekologisen kuorilevyn valmistaminen puunjalostusteollisuuden sivutuotteista

Puunjalostusteollisuudessa syntyy huomattavia määriä sivutuotteita, joiden hyödyntäminen on vielä vajavaista. Sahajauhon ja puukuoren pääasiallinen käyttö rajoittuu energiantuotantoon eli polttamiseen voimalaitoksissa. Selostettavassa tutkimustyössä, joka on tehty Lappeenrannan teknillisen yliopiston puunjalostustekniikan levylaboratoriossa, on pyritty selvittämään kotimaisten kuusi-, mänty- ja koivukuorten käyttömahdollisuuksia raaka-aineina lastulevyn tapaan ns. ekologisen kuorilevyn valmistamisessa, mutta ilman liimaa. Tutkimusmateriaalina käytettiin puunjalostusteollisuudesta hankittua tuoretta kuusen ja männyn rumpukuorintajätettä sekä koivun roottorikuorintajätettä, joista kukin raaka-aine pienennettiin kahteen eri partikkelikokoon käyttäen oksasilppuria ja vasaramyllyä. Raaka-ainemäärät mitattiin ja kaadettiin viiran päällä olevaan puusta valmistettuun muottiin ja muotin poisnostamisen jälkeen levyaihio puristettiin 1-välikuumapuristimessa sykleittäin. Valmistetut kuorilevyt olivat 1 -kerroksisia. Koelevyistä tutkittiin kosteuspitoisuus, tilavuuspaino, taivutuslujuus ja Brinell -kovuus.Saadut tulokset osoittavat, että kuusen, männyn ja koivun kuoresta voidaan valmistaa kuorilevyä ilman liima-ainetta, sillä puukuoren sisältämät omat liimaavuutta parantavat uuteaineet antavat riittävän vaikutuksen kuorilevyn rakenteen stabiloimiseksi. Tällaisen kuorilevyn taivutuslujuus on kuitenkin huomattavasti heikompi kuin puulastulevyllä. Kaikki jauhetusta raaka-aineesta sekä pelkästään silputusta koivuraaka-aineesta valmistetut kuorilevyt täyttävät taivutuslujuuden osalta kuitenkin huokoiselle, A-lujuusluokan standardi-kuitulevylle asetetut vaatimukset. Tarkasteltaessa eri raaka-aineista valmistettujen levyjen ominaisuuksia, voidaan todeta, että tilavuuspainoltaan suurinta sekä kovuudeltaan ja taivutuslujuudeltaan parasta levyä saadaan valmistettua jauhetusta koivukuoresta. Jokaisen valmistetun kuorilevyn kovuusarvo ylittää Suomen johtavan lastulevyn valmistajan lastulevyn kovuusarvon lukuun ottamatta pelkästään silputuista kuusi- ja mäntykuorista valmistettuja levyjä.Vaikka tulokset ovat suuntaa-antavia, osoittavat ne selvästi millaisia mahdollisuuksia tarjoaa puun kuoren tai sahajauhon käyttäminen lastulevyn tapaan valmistettavien levyjen raaka-aineena. Koko tutkimuskenttä on tässä käsiteltävänä olevalla alueella varsin laaja, ja tässä tutkimuksessa selvitetyt asiat ovat siitä vain pieni osa antaen kuitenkin suunnan useille tärkeille jatkossa selvitettäville asioille. Näistä mainittakoon mm. ekologisen levyn jatkojalostus ja tuotesuunnittelu, levyn valmistuksen taloudellisuus ja tuotteiden markkinointi, kuorilevyn valmistusprosessin kehittäminen sekä eri raaka-aineyhdistelmien kokeilu kuorilevyn raaka-aineena.

ELEKTRONIIKKATEHTAAN PAIKALLISESTIVALMISTETTUJEN KOMPONENTTIEN HANKINTAKETJUN KEHITTÄMINEN

Varastojen vähentämiseksi ehdotetaan usein eräkokojen pienentämistä. Tämä sopii sellaiseen toimintaympäristöön, jossa voidaan ostaa nimikkeitä oman valmistuksen ja myynnin tahdissa. Kun kiihkeärytmisessä elektroniikkabisneksessä alihankkijoilta ja varustetoimittajilta sitovasti tilataan hyvin lyhyellä toimitusajalla, ei oston eräkokojen pienentäminen kevennä materiaalivirtaa. Täytyy ottaa löysät pois hankintaketjun toimitusajoista. Monessa toimitusketjussa jalostava työ vaatii vain murto-osan toimitusajasta, ja loppuaika kuluu varastoissa odotteluun, kuljettamiseen ja moninkertaiseen tarkastamiseen. Hukka-ajan leikkaamisen ohessa haetaan muita kustannussäästöjä. Korkeiden työvoimakustannusten rasittama teollisuus on pyrkinyt teknisillä ratkaisuilla korvaamaan palkkatyövoiman erilaisilla mekaanisilla järjestelmillä. Pisimmällä ollaan pienerä- ja yksittäisvalmistusta harjoittavissa konepajoissa, joissa on investoitu FM-järjestelmiin. Diplomityössä on esitetty kaksi nivoutuvaa tutkimusprojektia, joista ensimmäinen keskittyy miehittämättömän käytön kehittämiseen ja toinen keventää hankintaketjun materiaalivirtaa. Ensin esiteltävä projekti on elektroniikkateollisuudelle uusi aluevaltaus. Siksi asiassa on jouduttu tekemään runsaasti perustutkimusta ja etenemään etappi kerrallaan. Projektin tuloksena on saatu aikaan automaattinen, joustava kuljetin, joka yksinään pystyy toimimaan ilman työvoimaa niin pitkään kunnes sen akut pitää ladata. Joustavan kuljettimen sisältävän järjestelmän muita elementtejä ei projektissa nostettu samalle miehittämättömän käytön tasolle, vaan ensin päätettiin hankkia kokemuksia kuljettimen toiminnasta. Toinen projekti syventää yhteistyötä yrityksen alihankkijan kanssa. Alihankkija on yksi harvojen Suomesta hankittavien komponenttien toimittaja. Siksi on pidetty tärkeänä tiivistää toimitusaikaa lähemmäs yrityksen sitovan tilauskannan pituutta. Tutkittavaksi valittiin mahdollisuus siirtää alihankkijan tuotantolaite yrityksen välittömään läheisyyteen, jolloin yrityksen tuotanto voisi tilata komponenttierän alihankkijan koneelta, kun se lähtötilanteessa tilataan komponenttivarastosta. Ennusteen perusteella tilattaisiin vain raaka-aine, mutta arvoa lisäävä työ tehtäisiin vain ja ainoastaan tilauksen mukaisesti.

State of Logistics and Operations Management in Finnish and Swedish Companies – Survey Research Findings

In this research we are examining what is the status of logistics and operations management in Finnish and Swedish companies. Empirical data is based on the web based questionnaire, which was completed in the end of 2007 and early 2008. Our examination consists of roughly 30 answers from largest manufacturing (highest representation in our sample), trade and logistics/distribution companies. Generally it could be argued that these companies operate in complex environment, where number of products, raw materials/components and suppliers is high. However, usually companies rely on small amount of suppliers per raw material/component (highest frequency is 2), and this was especially the case among Swedish companies, and among those companies, which favoured overseas sourcing. Sample consisted of companies which mostly are operating in an international environment, and are quite often multinationals. Our survey findings reveal that companies in general have taken logistics and information technology as part of their strategy process; utilization of performance measures as well as system implementations have followed the strategy decisions. In the transportation mode side we identify that road transports dominate all transport flow classes (inbound, internal and outbound), followed by sea and air. Surprisingly small amount of companies use railways, but in general we could argue that Swedish companies prefer this mode over Finnish counterparts. With respect of operations outsourcing, we found that more traditional areas of logistics outsourcing are driving factors in company's performance measurement priority. In contrary to previous research, our results indicate that the scope of outsourcing is not that wide in logistics/operations management area, and companies are not planning to outsource more in the near future. Some support is found for more international operations and increased outsourcing activity. From the increased time pressure of companies, we find evidence that local as well as overseas customers expect deliveries within days or weeks, but suppliers usually supply within weeks or months. So, basically this leads into considerable inventory holding. Interestingly local and overseas sourcing strategy does not have that great influence on lead time performance of these particular sourcing areas - local strategy is anyway considerably better in responding on market changes due to shorter supply lead times. In the end of our research work we have completed correlation analysis concerning items asked with Likert scale. Our analysis shows that seeing logistics more like a process rather than function, applying time based management, favouring partnerships and measuring logistics within different performance dimensions results on preferred features and performance found in logistics literature.