Savonian konetekniikan koulutusohjelman opintojaksolla Tuotantoyrityksen ympäristönhallinta vieraili dosentti Elias Hakalehto (Itä-Suomen yliopisto, Helsingin yliopisto ja Finnoflag Oy), mistä on muodostunut jo useiden vuosien perinne.

Elias Hakalehto on luennoinut Savonialla tai sitä edeltäneellä Kuopion teknillisellä oppilaitoksella 1980-luvulta lähtien jokaisella vuosikymmenellä Savonian järjestämissä seminaareissa ja muissa tilaisuuksissa. Edellä mainitun opintojakson lisäksi hän on pitänyt luentoja esimerkiksi ympäristötekniikan opiskelijoille energia- ja jätehuoltotekniikan kursseihin liittyen sekä biotalouden erikoistumiskoulutuksessa, jota Savonia-amk on ollut järjestämässä yhdessä itäsuomalaisten korkeakoulujen kanssa. Viimeksi mainitussa koulutuksessa on myös järjestetty lähipäivä yritysten edustajille Finnoflag Oy:n laboratoriossa Innocumissa Siilinjärvellä. Lähipäivän aiheena oli mikrobipohjaisen biojalostuksen opetus, eli orgaanisten jäte- ja sivuvirtojen jalostaminen biomateriaalien raaka-aineiksi ja energiajalosteiksi.

Elias Hakalehdon ja Savonian yhteistyö on jatkunut muutenkin kauan. Esimerkiksi hänen innovoimansa PMEU:n (Portable Microbe Enrichment Unit) eli kannettavan mikrobien rikastuslaitteen ensimmäiset prototyyppiversiot on kehitetty yhdessä Savonian kanssa. PMEU:ta on menestyksekkäästi testattu mm. Savonian ympäristötekniikan koehallissa osana kansallista POLARIS-hanketta (2009-2012) liittyen vedenjakelun puhtauden valvontaan.

Vierailuluennossaan Elias Hakalehto kertoi konetekniikan opiskelijoille havainnollisesti mikrobien (bakteerit, homeet, sienet, hiivat, jne.) roolista ja vaikutuksista luonnossa, arkielämässämme, elimistössämme ja terveydessämme sekä teollisuudessa. Esimerkiksi yhdessä jugurttilusikallisessa on saman verran mikrobeja kuin maapallolla on väestöä ja mitä lapsena olemme syöneet, tätä ravintoa käsittelevät mikrobit elävät koko elämämme ajan ruoansulatuskanavassamme.

Mikrobiologian ohella Elias Hakalehto avasi opiskelijoille muutenkin luonnon keskeisiä toimintaperiaatteita, kuten ravinnon tuottamista yhteyttämisen kautta, tärkeimpiä ravinteita ja niiden kiertoa, ravintoketjuja, aineenvaihduntaa sekä eloperäisen aineksen hajottamista. Myös koronasta hän kertoi hyvin asiantuntevasti ja selkeästi, mikä syvensi opiskelijoiden ymmärrystä COVID-19 -pandemian aiheuttajasta.

Mikrobien toiminnan ymmärtäminen on erittäin tarpeellista, jotta niitä voidaan käyttää laajasti esimerkiksi arvokkaiden tuotteiden tuottamiseen jätteistä ja sivuvirroista. Tämä Elias Hakalehdon ja Finnoflag Oy:n kehittämä biojalostusteknologia auttaa korvaamaan ja täydentämään fossiilisia raaka-aineita kemian teollisuudessa uusilla ympäristöystävällisillä lähteillä ja prosesseilla.

Elias Hakalehto ja Finnoflag Oy ovat pilotoineet biojalostusteknologiaa useissa projekteissa. Yksi niistä oli ABOWE-hanke, jossa Savonia, Finnoflag Oy sekä kuusi partneria kuudesta Itämeren alueen maasta tekivät yhteistyötä. EU:n Itämeren alueen ohjelman, Työ- ja elinkeinoministeriön sekä Pohjois-Savon liiton rahoittamassa hankkeessa suunniteltiin ja rakennettiin uudenlainen biojalostamo-pilottilaitos, jota testattiin Kuopiossa Powerfluten (Savon Sellu) kartonkitehtaalla sekä Puolassa ja Ruotsissa. Savonia toimi Lead Partnerina hankkeessa, ja teknologiatoimittajana toiminut Finnoflag Oy toi mikrobiologian ja bioteknologian osaamisen laitteiston suunnitteluun, rakentamiseen ja testaamiseen. Hankkeeseen osallistui toista sataa suomalaista eri alojen ammattikoulu-, amk- ja yliopisto-opiskelijaa, opettajaa, tutkimus- ja kehityshenkilöä sekä yritysten edustajaa. Vastaavasti mukana oli asiantuntijoita myös Saksasta, Puolasta, Ruotsista, Liettuasta ja Virosta. ABOWE:ssa järjestettiin seminaari ja esittelytilaisuus Tiedekeskus Heurekassa sekä päätösseminaari ja esittelytilaisuus Helsingin yliopiston Viikin kampuksella. ABOWE-hankkeen tuloksia on julkaistu lukuisissa kansainvälisissä julkaisuissa.

Biojalostamisen tuotteita ovat mm.

• energiakaasut (kuten vety ja metaani),
• biopolttoaineet (kuten etanoli ja butanoli),
• ”Platform Chemicals” (kuten valeriaanahappo, ja 2,3-butaanidioli), joilla on mahdollista korvata öljyä esimerkiksi muovin ja synteettisen kumin valmistuksessa,
• ravinteet ja elintarvikkeiden turvalliset lisäaineet (kuten maitohappo ja mannitoli),
• orgaaniset lannoitteet ja maanparannusaineet, joilla saadaan takaisin ravinnontuotantoon eroosion tai liiallisen kemikalisaation vuoksi pilaantuneita maatalousmaita,
• kosmeettiset terveysturvalliset tuotteet,
• lääketeollisuuden komponentit ja nk. eksipienttien raaka-aineet (tablettien yms. kantaja-aineet),
• puhdas ilma, vesi ja maaperä.
  

Elias Hakalehto kertoi myös muiden projektien, kuten Tampereen Hiedanranta -projektin kautta (ELY-hanke ”Zero Waste from Zero Fibre 2018-19) biojalostamisesta käytännössä. Siellä syötteenä käytettiin Näsijärven pohjasta nostettua pitkään (1913-2008) toimineen metsäteollisuuden dumppaamaa ns. nollakuitua. Enimmillään 10 metrin paksuinen sedimenttikerros sisältää vähintään 1,5 miljoonaa kuutiota selluloosapitoista kuitua, joka on kertynyt teollisuuden sivuvirtoina ympäristöön lähes sadan vuoden aikana. Hiedanrannan testiprojekteissa ovat mukana olleet lukuisat suomalaiset ja ruotsalaiset yliopistot ja yritykset. Nollakuidusta Finnoflag Oy sai mikrobien ja niiden entsyymien avulla tuotettua ennätystuottavuudella laktaattia ja mannitolia, joilla molemmilla on merkittävä arvo ja keskeinen asema mm. maailman elintarvike-, lääkeaine- ja kemianteollisuudessa.

Näiden myrkyttömien, food-grade kemikaalien maailmanmarkkinat kasvavat noin 10% vuosittain. Kuten Tampereen Hiedanrannan teollisissa pilotoinneissa todistettiin viiden vuoden aikana, voitaisiin näin toimien päästä yhä uudestaan maailmanennätystason tuottoon ja tuottavuuteen uuden sukupolven biojalostamoissa. Samalla olisi mahdollista merkittävällä tavalla valmistaa esimerkiksi biovetyä ja luomulannoitteita täydentämään nykyistä vajetta energian- ja ravinnontuotannossa. Vastaavia kohteita, joissa hajoamatonta teollisuuden materiaalia on vesistöjen pohjassa, on tuhansia ympäri maailmaa. Lisäksi esimerkiksi nollakuitua syntyy toimivissa tehtaissa koko ajan lisää, ja se on arvokas raaka-ainelähde.

Teollisuuden ei tarvitse saastuttaa, vaan se voisi mukailla luonnon kiertokulkuja. Kytkemällä sarjaan raaka-aineiden ja sivuvirtojen erilaisia käsittely- ja tuotantoprosesseja voidaan saavuttaa Zero Waste -tavoite. Elias Hakalehto kertoi myös tuotantoprosessien mittaamisesta ja toi esille kemikaali- ja työturvallisuusnäkökohtia, mitkä ovat erittäin tärkeitä koneinsinööreille.

Elias Hakalehto kertoi myös muista tulevaisuuden visioista, kuten vetytaloudesta ja ravinnon kasvattamisesta suurkaupungeissa (City Food). Helsingin yliopiston Viikin kampuksella hänen johdollaan tehdyissä kasvihuonekokeissa puolestaan on osoitettu, kuinka mikrobien avulla on mahdollista tehostaa ravinteiden (typpi, fosfori) sitomista kasveihin ja parantaa kasvua. Hän on luennoinut mikrobiologisen bioteknologian ja biojalostusteknologian mahdollisuuksista kuudella mantereella ja kirjoittanut lukuisia kirjoja ja kirjojen lukuja maailman johtaville tiedekustantajille.

Mikrobeihin ja niiden entsyymeihin perustuvat tuotantoprosessit sekä näitä varten tarvittavat laitteistot (hardware) tulee suunnitella saumattomassa yhteistyössä, jotta laitteisto tukee optimaalisella tavalla biojalostusta. Mikrobit toimivat aineenvaihdunnassaan erittäin nopeasti, kun vain olosuhteet ovat niiden kannalta suotuisat. Elias Hakalehto korosti konetekniikan osaamisen tärkeyttä, esimerkiksi suunniteltaessa ja valmistettaessa bioreaktoreita ja muita bio- ja jätemassojen käsittelylaitteistoja.

Luento oli erittäin mielenkiintoinen monipuolisin ja havainnollisin esimerkein, ja opiskelijat saivat siitä varmasti innoitusta ja aineksia pitkälle tulevaisuuteen ajatellen kestävää kehitystä ja sen huomiointia omalla työurallaan.
Lisätietoa EU:n Itämeren alueen ohjelman ABOWE-hankkeesta (2012-2014): www.abowe.eu

Kirjoittaja:

Ari Jääskeläinen, tuotantotalouden lehtori (DI, YTK), Savonia-ammattikorkeakoulu