Artikkelit

Röntgentomografialla tärkeää perustietoa stabiloiduista maamassoista

Stabiloituja maamassoja testataan laajasti. Röntgentomografialla voidaan selvittää massojen sisäinen rakenne ja määrittää tarkemmin syitä testituloksille.

Massan stabiloinnilla tarkoitetaan prosessia, jossa sellaisenaan hyötykäyttöön kelpaamaton massa, esim. merialtaan ruoppausmassa, pyritään saamaan kiinteään ja vakaaseen muotoon, jolloin sitä voitaisiin hyödyntää esimerkiksi täyttömaana. Ennen kuin löydetään toimiva resepti massan stabilointiin, on kokeiltava useita eri ainesosia ja niiden välisiä suhteita. Näin saadaan koemassoja, joiden suorituskykyä voidaan testata esimerkiksi mittaamalla niiden puristuslujuutta tai säänkestävyyttä.

Tällaiset testit kertovat massan suorituskyvystä, mutta eivät kovin paljoa muista tekijöistä mitatun tuloksen takana. Kun halutaan löytää paras mahdollinen resepti, on myös hyödyllistä tietää, miksi joku lopputuote suoriutuu hyvin ja joku toinen huonosti tietystä testistä. CircVol-projektissa Geologian tutkimuskeskus (GTK) on tutkinut stabiloituja ruoppausmassoja röntgentomografialla, jolla voidaan näytettä vahingoittamatta selvittää tarkemmin stabiloidun kappaleen rakennetta ja tämän avulla syitä testitulosten takana (kuva 1).

Kuva 1. Stabiloidun massanäytteen tutkimista röntgentomografialla.

Röntgentomografiassa näytettä pyöritetään yksi täysi kierros ja siitä otetaan varjokuvia, eli perinteisiä 2D röntgenkuvia, yleensä noin 2000-2500 eri suunnasta. Näistä kuvista voidaan matemaattisesti muodostaa 3D röntgenkuva, eli käytännössä 3D tiheyskartta näytteestä (kuva 2). Näin saatu 3D-kuva avaa mahdollisuudet moninaisiin analyyseihin. Kuvasta voidaan vaivattomasti määrittää mm. huokoisuus ja huokosrakenteen eri ominaisuuksia, kuten huokoskokojakauma, huokosten muoto, sekä huokosten sijoittuminen näytteessä.

Kuva 2. 3D-kuva massanäytteestä leikattuna digitaalisesti vinoa pintaa pitkin. Vaaleammat pisteet ovat ympäristöään tiheämpiä rakeita.

 

3D-kuvaa tarkastelemalla voidaan myös helposti selvittää, miten homogeeninen näyte on (kuva 3). Näin voidaan esimerkiksi huomata jos massaa on sekoitettu riittämättömästi, mikä puolestaan voi johtaa huonoihin testituloksiin ja ei-toivottuihin ominaisuuksiin stabiloidussa kappaleessa. 3D-kuvan avulla voidaan varmistaa, että testitulokset vastaavat todella sitä, mihin kyseisellä reseptillä pystytään.

Kuva 3. Kolme poikkileikekuvaa ja näiden yhdistelmä massanäytteestä, jossa keskellä näytettä on huonommin kiinteytynyt osa. Kuvasta nähdään, että näytteen homogenisointi ei ole onnistunut.

 

Röntgentomografia on usein parhaimmillaan, kun se yhdistetään muihin menetelmiin – niin tässäkin tapauksessa. Paras hyöty kuvauksista saadaan, kun kuvataan sama näyte ennen ja jälkeen esimerkiksi mekaanisen puristuslujuustestin. Näin otetuista kuvista voidaan nähdä tarkalleen, mistä kohtaa massan rakenne on antanut periksi, mikä auttaa ymmärtämään kyseisen reseptin vahvuuksia ja heikkouksia. GTK:lla näytteet voidaan myös pitää kylmänä koko kuvauksen ajan käyttämällä erityistä viilennettyä näytekammiota (kuva 4), joten näyte lähtee tomografiasta muihin kokeisiin täsmälleen siinä kunnossa kuin se on laboratorioon tullut.

Kuva 4. Viilennetty näytekammio GTK:n röntgentomografialaitteessa. Näytettä ympäröi musta hiilivahvistettu lasi, joka läpäisee hyvin röntgeniä.

 Kirjoittaja FT Jukka Kuva toimii tutkijana Geologian tutkimuskeskuksessa, jossa hän vastaa röntgentomografialaboratorion toiminnasta ja kehityksestä.

Geologian tutkimuskeskus (GTK) on geologisten luonnonvarojen ja niiden kestävän käytön eurooppalainen huippuosaaja. CircVol-projektissa GTK on mukana tukemassa kaivettujen maamassojen turvallista ja taloudellista hyötykäyttöä tarjoamalla asiantuntemusta ja uusia innovaatioita maamassojen karakterisointiin.

Ympäristövelat voitoiksi Innovatiivisen hankintastrategian avulla

Tampereen Hiedanrannan hankkeeseen kiteytyy monessa mielessä nykyaikaisen kaupunkikehittämisen haasteet. Entisenä tehdasalueena se kytkeytyy brownfield-kehittämisen keskusteluun, jossa reuna-alueille aiemmin sijoittuneista tehdasalueista muodostuu kasvavan kaupungin sisään, jolloin vapautuvista alueista muodostuu keskeisen sijaintinsa vuoksi houkuttelevia kaupunkikehittämisen kohteita. Teollisuuden rakennemuutos ja kaupungistuminen ovat globaaleja megatrendejä, joten ilmiö on kansainvälisesti tunnettu. Tyypillistä myös on, että aiempi teollinen toiminta on jättänyt brownfield-alueelle jälkeensä ympäristövelkaa. Tampereen tapauksessa tämä ympäristövelka on 1,5 miljoonaa kuutiota järveen dumpattua 0-kuitua, eli puukuitua, joka oli sellutehtaissa hyödyntämätön sivuvirta. Biomassana 0-kuitu hajoaa sopivissa olosuhteissa ja tuottaa pahanhajuisia kaasuja, joten dumppaamisesta madaltunut järvenlahti ei sovellu tulevan asuinympäristön siltä edellyttämään virkistyskäyttöön.

Tampereella ollaan ensimmäistä kertaa tilanteessa, jossa tämän mittaluokan haasteeseen pyritään löytämään älykäs ja laadukas ratkaisu. Rantojen kunnostamiseen on olemassa vakiintuneita menetelmiä, kuten ruoppaus ja stabilointi. Haasteen aiheuttaa kymmenien miljoonien kustannukset, jotka ovat seurausta toisaalta alueen laajuudesta ja toisaalta käsittelyä edellyttävästä ruoppausjätteestä. Tällä hetkellä näyttäisi siltä, että haasteeseen on löytymässä kiertotalouden mukainen ratkaisu. Biomassasta voitaisiin esimerkiksi tuottaa arvokkaita kemikaaleja, joiden myynnillä voisi alustavien arvioiden mukaan kattaa suuren osan lahden kunnostamisen kustannuksista. Tässä yhteydessä kiertotalousajattelun soveltamiseen ja siihen liittyviin teknisiin sovelluksiin ei kuitenkaan ole markkinoilla valmiita ratkaisuja, vaan niitä on täytynyt kehittää hankkeen yhteydessä. Tällaisen lupaavan, mutta poikkeuksellisen ratkaisun löytäminen on edellyttänyt kaupungilta poikkeuksellisia toimintamalleja ja niitä edellytetään myös edettäessä kohti käytännön toteutusta ja lopullista hankintapäätöstä.

Innovatiivisuutta edistävä hankintaprosessi

Syrjimättömyyden ja resurssitehokkuuden lisäksi hankintalain päätavoitteita ovat innovatiivisuus, sosiaalinen ja ekologinen kestävyys sekä resurssitehokkuus. Hankintalakiin on kirjattu toimintamallit sellaisia tilanteita varten, jolloin markkinoilta saatavilla olevat ratkaisut eivät ole hankintayksikön strategisten linjausten mukaisia. Hankintalaki ei sinänsä takaa, että hankinnat välttämättä toteuttaisivat lain tavoitteita, vaan lain tarjoamia mahdollisuuksia täytyy myös osata soveltaa. Hankintojen käyttämisestä strategisten päämäärien saavuttamisessa on käyty viime aikoina Suomessa runsasta keskustelua. Esimerkiksi Tampereen kaupunki on julkaissut monipuolisen ohjeistuksensa innovatiivisten hankintojen soveltamisesta. Innovatiivinen hankinta perustuu samaan hankintaprosessiin, joka perustuu hankintastrategiaan, alkaa suunnittelusta, jossa selvitetään esimerkiksi tavoitteet, vertailuperusteet ja parhaat ratkaisut, sekä jatkuu hankinnan toteuttamisella kilpailullisella menettelyllä. Innovatiivisen hankinnan keskeinen ero tavanomaiseen hankintaprosessiin on, että prosessia on täydennetty vuorovaikutteisilla käytännöillä, kuten kokeilut suunnitteluvaiheessa, neuvottelumenettely hankintavaiheessa ja allianssimalli kannusteineen toimintavaiheessa. Tampereen kaupungin ansiokas ohjeistus ei kuitenkaan vielä anna valmista toimintamallia, vaan sen tarjoamia työkaluja sovelletaan hankekohtaisesti muodostetussa hankintaprosessissa. CircVol-hankkeen Tampereen työpaketissa yhtenä tehtävänä on tukea innovatiivisuutta tukevan hankintamallin rakentamista ja toisaalta levittää Hiedanrannan nollakuituhankkeessa saatujen kokemusten jakamista muiden vastaavanlaisten tapausten ratkaisun tukemiseksi. Ideana on innovatiivisen hankinnan työkaluihin tukeutuen ja nollakuituhaasteeseen liittyvät erityispiirteet huomioiden muodostaa hankekohtainen hankintasuunnitelma.

Hiedanrannan nollakuituhaaste muistuttaa yleisellä tasolla infrastruktuuri- tai rakentamishanketta, jossa keskeisimmät kustannuksiin ja päästöihin vaikuttavat ratkaisut haarukoidaan jo yleissuunnitelman tasolla.
Kuten infrastruktuurihankkeissa on tyypillistä, hankkeen laajuuden vuoksi yksi toimija ei pysty vastaamaan toteutuksen tarpeisiin yksinään, joten urakointiin osallistuvien on todennäköisesti rakennettavia
monialaisia konsortioita. Hiedanrannan tapaukseen sisältyvien erityisten tavoitteiden vuoksi hankkeen suunnittelun on samanaikaisesti kytkeydyttävä sekä markkinoilla tarjolla oleviin toimiviin ratkaisumalleihin, että pystymään tuottamaan täysin uusia innovatiivisia ratkaisuja. Toisaalta vedessä sijaitsevan suuren biomassan laajamittainen käsittely muodostaa järviluonnolle ja muuhun ympäristöön liittyviä riskejä, joiden hallinta edellyttää huolellista arviointia. Näistä syistä nollakuituhaasteen ratkaisuun tähtäävä yleissuunnitelma on tarpeen kehittää ja arvioida osallisten kesken mahdollisimman toimivan vuorovaikutuksen avulla. Tämän vuoksi hankintasuunnitelman keskiöön nostetaan yhteissuunnitteluprojekti, johon sitoutetaan avaintoimijoiden joukko potentiaalisia toteuttajia, hankkeen kannalta keskeisiä virkamiehiä, suunnittelevia asiantuntijoita ja olennaiset tilaajan edustajat. Yhteissuunnitteluprojekti toimii siis innovaatioalustana, jonka tavoitteena on mahdollisimman hyvin hankintayksikön tavoitteet täyttävä yleisratkaisu ennen hankkeen toteuttamista.

 

Kirjoittaja:

Tuomo Joensuu
Tohtorikoulutettava
Tampereen yliopisto, Rakennetun ympäristön tiedekunta

Kannattavaa kiertotaloutta

Suomessa on jo vuosikymmenten ajan edistytty resurssien kestävässä hyödyntämisessä. Tuotteiden ja materiaalien elinkaaren pidentämisellä saavutetaan nykyisellään merkittäviä taloudellisia ja ilmastollisia hyötyjä. Kiertotalouden mahdollistaminen otetaan huomioon jo tuotteiden ja teollisten prosessien suunnittelussa sekä materiaalien valinnassa. Tässä mielessä kiertotalous ei ole teollisuudessa uusi konsepti. Toki jätejakeiden hyödyntäminen ilman taloudellista hyötyä on ollut vaatimattomampaa ennen ympäristölainsäädännön kehitystä, mutta jätejakeiden ja hukkaenergian hyödyntäminen on ollut perusolettamus aina kun se on taloudellisesti ollut kannattavaa.

Kiertotalous tulee kuitenkin nähdä yhtä paljon taloudellisena kuin ympäristöllisenäkin mahdollisuutena. Suuryritysten tulee ottaa nykyaikaisia kiertotalouden mukaisia ratkaisuja ennakkoluulottomasti käyttöön, mikä helpottaa ratkaisuja kehittävien pk-yritysten kasvua. Nämä ratkaisut vaativat toteutuakseen mittaviakin investointeja, ja tällöin tulee tukea liiketoiminta- ja investointimalleja, jotka jakavat kasvaviin yrityksiin ja uusiin teknologioihin liittyviä riskejä. Usean yrityksen yhteishankkeet edellyttävät luottamuksen syntymistä arvoketjun osapuolten välille, mikä puolestaan sitouttaa osapuolet yhteisten tavoitteiden saavuttamiseen.

Suuremmilla yrityksillä on käytössään laajempi valikoima rahoitusvaihtoehtoja kiertotalouden mukaisiin investointeihin. Esimerkiksi vihreiden ja vastuullisten rahoitusmuotojen osuus rahastomarkkinoista on kasvanut merkittävästi viime vuosina ja esimerkiksi Japanin ja Norjan mittavat eläkerahastot kohdennetaan nykyisin vain ympäristöllisesti ja yhteiskunnallisesti kestäviin kohteisiin. Clenantech- ja kiertotaloussijoitukset vaativat usein kärsivällistä kasvu- ja tuotto-odotusta, mikä sopiikin hyvin eläkerahastojen toimintamalliin. Toisaalta uudet teknologiat mahdollistavat myös erittäin kilpailukykyisiä tuottoja rahoittajille ja osakkeenomistajille.

Kasvuvaiheen yrittäjät näkevät usein heille tarjolla olevissa rahoitusvaihtoehdoissa riskejä. Usein pelätään rahoittajien vievän hallinnan yrityksen kehityksestä ja pakottavan yrityksen myyntiin lähitulevaisuudessa. Moni rahoitusmuoto ei kuitenkaan vaadi enemmistöosakkuutta sijoituskohteestaan, vaan tavoite on ennemminkin neuvoa yrityksen johtoa, jonka nimenomaan toivotaan jatkavan enemmistöomistajana. Tällöin osaaminen ja motivaatio yrityksen uuden ratkaisun markkinoille saamiseen säilyvät voimakkaina. Oleellista on löytää kullekin yritykselle sopiva yhdistelmä esimerkiksi lainaa, pääomasijoituksia ja limiittiä. Usein sopivan rahoitusyhdistelmän löytämiseen kannattaa etsiä ulkopuolista apua. Rahoituskonsultointikulut ovat pieni hinta luotettavasta ja liiketoiminnallista lisäarvoa tuovasta rahoitusratkaisusta. Rahoituskeskustelujen aikana yritysten tuote- ja palvelutarjooma, liiketoimintamalli, ansaintalogiikka, asiakaskohdennus sekä henkilöresurssien jakautuminen joutuvat tarkkaan analyysiin, ja yritys voi kehittyä huomattavasti jo ennen rahoituksen saamista. Mikäli rahoituskeskustelut kerta toisensa jälkeen katkeavat, voi olla syytä katsoa peiliin ja puhdistaa korvat.

Onnistuneet sijoitukset kestäviin kohteisiin parantavat myös muiden kiertotalouden mukaisten investointien rahoituksen saantia. Koska vastuullinen sijoittaminen vaikuttaisi olevan pitkän ajan trendi, sitoutumalla kestäviin ratkaisuihin yrityksillä on mahdollisuus vähentää epävakaiden markkinatilanteiden aiheuttamia riskejä. Näin ollen kiertotalous ja kestävät ratkaisut ovat yrityksille ja rahoittajille turvallinen ja kannattava strateginen suunta.