Selluloosa sopii erinomaisesti sähköeristekomponenttien raaka-aineeksi, mutta tuotteiden valmistus vaatii paljon käsityötä. VTT:n koordinoimassa NOVUM-hankkeessa raaka-aineita ja valmistusmenetelmiä kehitetään rinnakkain, ja tavoitteena on muun muassa automatisoitu 3D-tulostuslinja. Ratkaisua pyritään hyödyntämään myös esimerkiksi risteilyaluksilla ja autoteollisuudessa, joissa halutaan korvata öljypohjaisia muoveja biopohjaisilla materiaaleilla.
Selluloosa on suosittu eristemateriaali sähkönjakelumuuntajissa, koska se on puhdasta, kestää korkeita lämpötiloja ja säilyy lujana öljyssä, jota käytetään muuntajissa sekä eristämiseen että jäähdyttämiseen. Raaka-aine joudutaan kuitenkin pakkaamaan muotteihin käsin, ja erilaisia muotteja tarvitaan lukuisia. Prosessi tuottaa myös runsaasti jätettä ja kuluttaa energiaa. Nykymenetelmillä tuotannon arvo on noin miljardi euroa vuodessa.
EU:n rahoittamassa, 4,5 vuotta kestävässä NOVUM-hankkeessa kehitetään automatisoituja menetelmiä selluloosapohjaisten sähköeristekomponenttien tuotantoon sekä muihin käyttökohteisiin, kuten autoteollisuuteen ja risteilyaluksille. Hanke alkoi lokakuussa 2017, ja kansainvälinen tutkimusryhmä on ehtinyt rajata valmistusmenetelmiä lupaavimpiin: 3D-tulostamiseen ja vaahtomuovaukseen. 3D-tulostaminen tarjoaa tehokkuuden ohella uudenlaisia vapauksia muotoiluun. Vaahtomuovaus puolestaan mahdollistaa energiansäästön valmistuksessa.
”Tavoitteenamme on rakentaa automatisoitu tuotantolinja NOVUM-projektipartnerin Brinterin tiloihin Suomeen ja testata sitä vielä ensi syksynä. Pyrimme tehokkuuden lisäksi energian ja materiaalin säästöön. Valmistusmenetelmien rinnalla kehitämme selluloosapohjaisia raaka-aineita, jotta ne sopisivat valittuihin menetelmiin ja sovelluskohteisiin parhaalla mahdollisella tavalla”, sanoo teknologiapäällikkö Heli Kangas VTT:ltä.
3D-tulostettuja osia muuntajiin, autoihin ja risteilyaluksiin
Samalla, kun tutkimusryhmä kehittää selluloosapohjaista materiaalia ja tuotteiden valmistusmenetelmiä, se selvittää, mihin muihin sovelluskohteisiin yhdistelmä sopisi muuntajien lisäksi. Hyvä lähtökohta sovelluksille on tarve tuottaa yksittäisiä tuotteita tai pieniä sarjoja helposti tai tarve korvata muoviosia uusiutuvalla materiaalilla.
Hankkeessa rakennettavaa automaattista tuotantolinjaa testataan sähköeristekomponenteilla sekä auton ja risteilylaivan sisustuksessa käytettävillä osilla. Sovelluskohteet kiinnostavat hankkeessa Hitachi ABB Power Gridsiä, joka valmistaa Puolassa sähköeristekomponentteja omiin muuntajiinsa sekä risteilyaluksia rakentavaa Meyer Turkua ja autonvalmistaja Fiatin tutkimusyhtiö CRF:ää Italiassa.
NOVUM-hankkeeseen osallistuvat lisäksi 3D-tulostusteknologiaa kehittävä Brinter Suomessa, tiede- ja teknologiayliopisto AGH Puolassa, automaatiota kehittävä ABIS Puolassa, uusiutuvia materiaaleja kehittävä JRS Saksassa sekä kestävän kehityksen arviointia tekevä Vertech Group Ranskassa.
Selluloosan ominaisuudet tallella – lämpömuovaus lisänä
VTT:n pääpaino hankkeessa on koordinointityön ohella materiaalin kehitys. Jotta selluloosaa voitaisiin 3D-tulostaa, se on saatava termoplastiseksi eli lämpömuovattavaksi. VTT:n muissa hankkeissa on jo kehitetty lämpömuovattavia selluloosapohjaisia materiaaleja, jotka muistuttavat ominaisuuksiltaan öljypohjaisia muoveja. NOVUM-hankkeen sovelluskohteissa on kuitenkin tärkeää, että selluloosamuovin joukossa on myös eristemateriaaleissa olennaista puhdasta selluloosaa.
Sen lisäksi, että materiaalia muokataan valmistusmenetelmiin sopivaksi, myös sen ominaisuuksia, kuten lujuutta ja lämmönkestoa, säädetään käyttökohteiden mukaan. Riippumatta materiaalin tarkasta koostumuksesta, on jo selvää, että tuotetut kappaleet voidaan rouhia ja käyttää raaka-aineena uudestaan samalla tuotantolinjalla peräti kahdeksan kertaa.
