25.8.2014 Hankesuunnitelma 1 (10) Hanke Hakija ja vastuullinen johtaja Työryhmä Männyn sydänpuun uuteaineiden tehokas mittaus ainespuun jalostuksen tueksi (TUIKEPUU) Anni Harju, FT, Dos., vastuututkija (anni.harju@metla.fi) Martti Venäläinen (MMT, metsänjalostus, Metla), Jukka Antikainen (FT, tietojenkäsittelytiede, Metla), Tarja Tapanila (FM, kemia, Metla), Susanna Pulkka (DI, kemiantekniikka, määräaikainen tutkija, Metla) Hankkeen kesto ja toteutusaika 24 kk ajalla 1.1.2015-31.12.2016 Kokonaisbudjetti 300720 euroa 1. Hankkeen tausta ja tavoitteet Ympäristöministeri Ville Niinistö totesi Yle Radio Suomessa 30.6.2014 esitetyssä Metsäradion jaksossa Ville Niinistön mietteitä metsistämme, että metsiä on hyödynnettävä ekotehokkaasti, mikä tarkoittaa puun eri osien jakamista eri käyttötarkoituksiin niiden jalostusarvojen mukaan. Suuren luontaisen uuteainepitoisuutensa vuoksi männyn sydänpuu on arvokas uusiutuva luonnonvara, jonka hyötykäyttöä olisi edistettävä varsinkin nyt, kun etsitään uusia puuraaka-aineesta saatavia lisäarvotuotteita ja kun ympäristölle haitallisten supertehokkaiden kyllästysaineiden aika alkaa olla ohitse. Uuteaineiden pitoisuudessa on kuitenkin suuri perinnöllinen vaihtelu yksittäisten runkojen välillä, mikä vaikeuttaa sydänpuun täysipainoista hyödyntämistä mutta joka toisaalta on metsänjalostuksen kannalta hyvä asia, sillä sen ansiosta ainespuun laatuun kohdistuva valintajalostus on tuloksellista. Perinteisessä valintaan perustuvassa metsänjalostuksessa ollaan vähitellen siirtymässä merkkiavusteiseen valintaan, jonka menetelmät jatkuvasti halpenevat ja nopeutuvat. Ne eivät kuitenkaan yksin riitä, vaan tarvitaan myös puiden ominaisuuksien ilmiasun tunnistamista ja mittaamista, mikä on varsinkin puun laatuominaisuuksien kohdalla valitettavan hidasta ja vaikeaa. Tällä hetkellä kansainvälisestikin jalostuksen kehittämistarpeet kohdistuvat voimallisesti puuyksilöiden toivotun ilmiasun kustannustehokkaaseen, helppoon, nopeaan ja varmaan tunnistamiseen. Jotta sydänpuuta voitaisiin lajitella ja valikoida uuteainepitoisuutensa perusteella, tarvittaisiin nopea ja luotettava mittausmenetelmä uuteainepitoisuuden määrittämiseksi. Tässä hankkeessa kehitettävän mittausteknologian avulla tavoitellaan huomattavasti tehostettua puuaineksen uuteainepitoisuuden mittausta. Varsinkin fenolisiin uuteaineisiin kuuluvien stilbeenien (kuva 1) pitoisuuden mittaus olisi tärkeää. Ne ovat nimittäin männyn sydänpuussa luontaisesti esiintyviä, puuta ja puutavaraa lahoamiselta suojaavia uuteaineita. Eristetyillä stilbeeneillä on myös todettu olevan antibakteerisia ja lääketieteellisiä vaikutuksia. Tällä hetkellä käytössä oleva paras stilbeenien pitoisuuden mittausmenetelmä on kemiallinen analyysi, joka on käytännön lajittelu- ja valintasovellusten kannalta hidas ja työläs, sillä se vaatii runsaasti näytteen esikäsittelytoimenpiteitä, mm. näytteen jauhamisen hienojakoiseksi jauheeksi, uuttamisen ja johdannaisen tekemisen. Sydänpuun kemiallisen laadun jalostamista ja monipuolista hyödyntämistä varten tarvitaan selvästikin mittausteknologian kehitystyötä. Kuva 1. Stilbeenien pinosylviini (PS) ja pinosylviini monometyylieetterin (PSM) kemialliset rakenteet.
2 (10) METLA on jo useamman vuoden ajan tehnyt yhteistyötä Aalto yliopiston, Kajaanin mittalaitelaboratorion ja Itä-Suomen yliopiston (UEF) kanssa tavoitteenaan löytää kemiallisen määrityksen korvaavaa optiikkaan perustuvaa teknologiaa, jota voitaisiin soveltaa uuteaineiden pitoisuuden mittaamiseen kiinteistä puunäytteistä. Tähän mennessä kolmesta testatusta menetelmästä lähi-infrapunaspektriin perustuva NIR-menetelmä on antanut parhaita tuloksia verrattuna UV-resonanssi Raman spektroskopiaan perustuvaan UVRRSmenetelmään ja sähköiseen impedanssiin perustuvaan EIS-menetelmään. Valitettavasti metsänjalostajilla ei kuitenkaan ole vielä käytössään mittaustarpeita vastaavaa optista stilbeenien mittausteknologiaa. Vastikään avautui aivan uusi mahdollisuus, joka perustuu stilbeeneille luonteenomaiseen fluoresenssiominaisuuteen (Antikainen et al. 2012). Puhutaan UV-fluoresenssi -spektroskopiasta. Kun stilbeenejä sisältävää puunäytettä valaistaan UV-valolla, se alkaa hehkua/fluoresoida tietyn aallonpituuden omaavaa sinistä valoa (kuva 2), jonka voimakkuus voidaan mitata. Sinisen valon voimakkuus kuvaa puunäytteen sisältämien stilbeenien määrää. Fluoresenssi on sitä voimakkaampi mitä enemmän puunäytteessä on stilbeenejä. Ilmiö on jo vanhastaan tuttu, mutta markkinoilla ei ole saatavissa valmista laitetta, jota voitaisiin hyödyntää tässä hakemuksessa kuvattuun tarkoitukseen. Optisista mittausteknologioista fluoresenssimenetelmän vahvuutena on se, että muut sydänpuun yhdisteet eivät fluoresoi samalla aallonpituudella kuin stilbeenit. Kuva 2. Stilbeenien fluoresenssi-ilmiö. Vasemmalla on UV valolla valaistu männyn rungon kappale, jonka oikeassa laidassa ja sisäoksassa on havaittavissa vaalean sinisenä hohtava fluoresenssi. Oikeanpuoleinen kappale on kuvattu normaalissa huonevalaistuksessa. Työryhmämme on tutkinut puun fluoresenssi-ilmiötä ja rakentanut UV-fluoresenssia mittaavan laitteen prototyyppiä yhteistyössä Savonlinnalaisen Elektroniikan 3K-tehtaan kanssa. Yhteistyötä prototyypin rakentamisessa on tehty myös savonlinnalaisten yritysten M-koneistuksen ja Muovi Team S & H Kontinen Oy:n kanssa. Tämän hetkinen prototyypin tilanne on esitetty kuvassa 3. Työn käytännön toteuttaja DI Susanna Pulkka on työskennellyt Elektroniikan 3K-tehtaalla Savonlinnassa Metlan tekemän ostopalvelun kautta 1.12.-31.12.2013, SMS-projektissa 1.1.-10.4.2014 sekä Metlassa vanhemman tutkijan vuorotteluvapaan sijaisena 14.4.-15.8.2014. Hänelle on myös allekirjoitettu EU:n Trees4Future -hankkeen rahoittama työsopimus Metlassa ajalle 16.8.-15.11.2014. Kyseisen työsuhteen aikana hän käy viiden viikon vierailulla Ranskassa GENOBOIS INRAn laboratoriossa tekemässä NIR-mittauksia puunäytteistä. Tutkijavierailun aikana UVfluoresenssia mittavan laitteiston prototyypin kehitystyö ei etene, mutta tuolloin kertyy mittauslaitteistojen kalibrointiosaamista, jota hyödynnetään TUIKEPUU -hankkeessa. Olemme hakeneet rahoitusta Marjatta ja Eino Kollin säätiöltä puoleksi vuodeksi, jotta jo hyvin alkanut työ voisi jatkua ilman katkosta (päätös annetaan syyskuussa 2014). Säätiörahoituksen aikana prototyyppi kehitetään vaiheeseen, jossa se tunnistaa stilbeenit puunäytteestä ja mittaustulos toistuu riittävän usein samanlaisena. Tässä vaiheessa ei vielä päästä stilbeenien pitoisuuden mittaukseen. Säätiölle tehty rahoitushakemus ei ole päällekkäinen/rinnakkainen EAKRhankesuunnitelman kanssa.
3 (10) TUIKEPUU -hanke on jatkoa edellä mainitulle mittauslaitteiston prototyypin kehitystyölle. Hankkeen innovatiivisuus liittyy LED:ien käyttöön UV-valolähteenä, valon kohdistamiseen pieneen pisteeseen ja fluoresenssin mittaamiseen. UV-valo on terveydelle haitallista ja LED:ien käyttö mahdollistaa työturvallisen laboratoriomittauslaitteiston rakentamisen. LED:it eivät myöskään kuumene samalla tavoin kuin UV-valon tuottamiseen käytettävät loisteputket. Kuva 3. Puuaineksen sisältämien stilbeenien UV-fluoresenssin mittauslaitteen alustava prototyyppi 1.7.2014. UVvalo kohdistetaan kairanlastuun kuidun ja linssin kautta. Oikean puoleinen kuitu ja linssi keräävät puun pinnassa tapahtuvan fluoresenssin detektorille. Kuvassa edessä vasemmalla on referenssivalkoinen. Tämä poikkitieteellinen hanke edistää merkittävästi metsänjalostukselle ja puuntutkimukselle tärkeän mittausmenetelmän kehittämistä ja käyttöönottoa ja se on kansainvälisestikin merkittävää, sillä missään ei ole vielä käytössä nopeaa mittausteknologiaa puun kemian laatujalostuksen apuvälineenä. Prototyypin rakentamisessa saatua kokemusta ja tietoa hyödynnetään varsinaisen mittauslaitteiston kehitystyössä ja luotettavalle mittaukselle tarpeellisen kalibrointimenetelmän kehittämisessä. Erityisesti kalibrointimenetelmän kehittämisessä tarvitaan voimallista tutkimuksellista otetta ja se onkin tämän hankkeen haastavin osuus. Kansainvälisestikin erilaisten optisten mittausmenetelmien kohdalla nimenomaan mittauksen kalibrointiin liittyy kehittämistarpeita. Hankkeen puitteissa kokeillaan vaihtoehtoisia väliaineita sekä mitataan suuri määrä oikeisiin aineistoihin liittyviä testinäytteitä. Haemme rahoitusta stilbeenien fluoresenssia hyödyntävän mittausteknologian kehittämistä ja rakentamista, automatisointia, kalibrointimenetelmän kehittämistä ja testinäytteiden mittausta varten. Varsinaisen työohjeen laatimisen lisäksi hankkeen aikana tehdään riskianalyysi ja laaditaan ohjeet mittauslaitteiston turvalliselle käytölle. Hanke toteutetaan yhteistyössä Savonlinnan Yrityspalvelu Oy:n Elektroniikan 3K-tehtaan ja MAMK/Kuitulaboratorion laatimien rinnakkaishankkeiden kanssa. Hankkeen toteuttaminen ei ole mahdollista ilman ulkopuolista rahoitusta. Myönnettävä rahoitus tukee hankkeen johtavaa asemaa ainespuun stilbeenipitoisuuden jalostamiseen liittyvän mittausteknologian kehitystyössä. 2. Tulosten hyödyntäminen Kehitettävää mittausteknologiaa tullaan ensimmäisessä vaiheessa käyttämään männyn ainespuun laadun jalostuksessa, jossa uutta menetelmää tarvitaan tällä hetkellä kipeimmin suuren mittausmäärän vuoksi. Metsänjalostuksella parannetaan tulevaisuuden puiden kasvua ja puutavaran ominaisuuksia valikoidun metsänviljelymateriaalin kautta. Jalostuksen toimenpiteissä mittausten määrä on valtavan suuri tuhansista kymmeniin tuhansiin mittauksiin, joten kemiallisten määritysten tekeminen on mahdotonta. Metsänjalostus voi hyödyntää mittauslaitteistoa ja menetelmää myös männyn siemenviljelyksillä tutkimalla siemenviljelysvartteiden sydänpuuta ja keräämällä valikoidusti siemeniä sellaisista klooneista, joiden tiedetään tuottavan paljon stilbeenejä sydänpuuhunsa. Metsänjalostusta tehdään Metlassa ja tulevaisuudessa Lukessa MMM:n rahoit-
4 (10) tamana viranomaistoimintana. Siemenviljelykset omistaa pääosin valtion liikelaitos Metsähallitus ja käytännön siemenviljelystoiminta on Siemen Forelian vastuulla, mutta Tapiollakin on omistuksessaan männyn siemenviljelyksiä. Tällä tutkimuksella vahvistetaan Etelä-Savossa sijaitsevan Metsäntutkimuslaitoksen Punkaharjun toimipaikan osaamista ja tekniikkaa männyn sydänpuun stilbeenien optisen mittaus- ja kalibrointimenetelmän kehittämisessä ja käyttöönotossa. Tavoitteena on, että kehitettävä stilbeenien mittausmenetelmä on nopea, kustannustehokas ja luotettava. Kehittämällä laitetta ja mittausmenetelmää edelleen, sitä voitaisiin hyödyntää myös olemassa olevan puutavaran lajittelussa stilbeenirikkaaseen/-köyhään. Stilbeenirikasta puuta käyttämällä pystytään vähentämään EU:ssa viranomaismääräyksillä rajoitettujen, myrkyllisten kyllästysaineiden käyttöä. Stilbeeniköyhää puuta hyödyntämällä voitaisiin puolestaan keventää prosesseja kuten sellunkeittoa, jossa puun korkea stilbeenipitoisuus on haitaksi. Toisaalta uuteainerikas männyn sydänpuu on myös biopolttoaineen, kemian- ja kosmetiikkateollisuuden raaka-ainetta. Olemme vakuuttuneita siitä, että männylle luontaisena piirteenä sydänpuun stilbeeneihin liittyy tulevaisuudessa monenlaisia hyödyntämismahdollisuuksia, joita ei vielä osata edes kuvitella. Pelkkä sydänpuun tunnistaminen ja erottaminen pintapuusta eivät riitä, vaan sydänpuuraaka-aineesta on pystyttävä valikoimaan pois esim. hyvin vähän stilbeenejä sisältävät kappaleet, mikäli haetaan lahonkestävyyttä. Mittausteknologian kehittämisen ansiosta arvokkaan luonnonvaramme käyttö tehostuu, sillä tekniikan jatkokehittäminen antaa mahdollisuuden puuraaka-aineen lajitteluun jo hakkuun yhteydessä tai viimeistään sahalla. Käyttökohteen vaatimusten mukaisesti valittua stilbeenirikasta puuta käyttämällä pystytään vähentämään EU:ssa viranomaismääräyksillä rajoitettujen, myrkyllisten kyllästysaineiden käyttöä. Mittauslaitteisto olisi mahdollista virittää myös muiden uuteaineiden kuin stilbeenien mittaukseen. Oikea ja sopivin ainespuun uuteainepitoisuuden mittausmenetelmä kuhunkin mittaustilanteeseen löytyy lopulta vertailevien mittausten kautta, jotka tehdään pääosin jatkotutkimuksissa. Jatkotutkimuksissa on mitattava suuri määrä metsänjalostuksen aineistoja, laskettava metsänjalostajien tarvitsemia tunnuslukuja ja tehtävä ekonomisia tarkasteluja, jotta eri mittausteknologioiden käyttökelpoisuus ja luotettavuus saadaan selville. Siinä yhteydessä on tehtävä kansainvälistä yhteistyötä mm. GENOBOIS INRAn (Ranska) ja Innventian kanssa (Ruotsi). 3. Hankkeen liittyminen Suomen rakennerahasto-ohjelmaan Metsät ovat olennainen osa Etelä-Savon elinkeinoelämää. Tämä hanke tavoittelee tuon tärkeän uusiutuvan luonnonvaramme kestävää, tehokasta ja älykästä hyödyntämistä sekä metsätoimialan vahvistamista edelleen tarjoamalla uutta tietoa ja osaamista liittyen puuaineksen laatuominaisuuksien mittausteknologian kehittämiseen ja tutkimiseen. Tavoitteena on myös turvata tulevaisuuden männiköille hyvä puuaineksen kemiallinen laatu soveltamalla mittausteknologiaa männyn jalostusaineiston mittauksessa. Kyseessä on kehitys- ja pilotointihanke, jonka aikana rakennamme puuaineksen uuteainepitoisuutta mittaavan laitteen, jonka käyttöä testataan oikean tutkimusaineiston mittaamisella. Hankkeen aikana kertyy mittauslaitteiston rakentamisen ohella sekä teknologista että puuraaka-aineen ominaisuuksiin ja kalibrointiin liittyvää osaamista, jota voidaan myöhemmin mahdollisesti jopa markkinoida. Tavoitteena on soveltaa mittauslaitteistoa siten, että tietämys männyn sydänpuun ominaisuuksista ja käyttömahdollisuuksista lisääntyisi ja sydänpuulle löytyisi käyttökohteita sekä sahatavarana että esimerkiksi uuteaineiden lähteenä erilaisiin metsäbiomassasta saataviin tulevaisuuden tuotteisiin.
5 (10) Materiaalitehokkuus on olennaista vähähiilisyyden edistämisessä. Materiaalitehokkuus paranee huomattavasti, kun metsäbiomassaa osataan mahdollisesti jo hakkuuvaiheessa entistä tarkemmin mitata ja lajitella tärkeimpien ominaisuuksien suhteen sekä ohjata lajitteet niille parhaiten soveltuviin käyttökohteisiin. Alueen yhteisen innovaatioympäristön ja tutkimusinfrastruktuurin juurruttamista edistetään tekemällä laitteen rakennusvaiheessa maakunnallista TKI yhteistyötä Savonlinnan Yrityskeskus Oy/Elektroniikan 3Ktehtaan ja MAMK/Kuitulaboratorion sekä savonlinnalaisten yritysten M-koneistuksen ja Muovi Team S & H Kontinen Oy:n kanssa. Kalibrointinäytteiden mittaukset tehostavat TKI-toimintaa, sillä mittauslaitteiston kalibroinnin luotettavuutta arvioidaan mittaamalla sama kalibrointinäytesarja kemiallisella analyysillä (referenssimenetelmä) ja mahdollisesti myös yhteistyökumppaneiden laitteistoilla (FT-NIR-, NMR- tai kuvantava mittauslaitteisto). Valmiuksia mittauslaitteiston kaupalliseen hyödyntämiseen haetaan yhteistyöprojektien keskinäisessä hyödyntämistyöpajassa vuoden 2015 lopulla, jolloin suunnitellaan myös seuraavana vuonna pidettävää puunlaatuominaisuuksien mittaamiseen liittyvää pienimuotoista kansainvälistä kokousta. 4. Horisontaaliset periaatteet Hankkeessa otetaan huomioon kestävän kehityksen näkökulmia kehittämällä laitteita ja tekniikkaa, joilla arvokkaan luonnonvaramme kestävää ja materiaalitehokasta hyödyntämistä voidaan edistää. Luontaisesti lahonkestävä männyn sydänpuu tarjoaa ekologisen vaihtoehdon tiettyihin puurakentamisen kohteisiin. Sydänpuu ei missään tilanteessa muodostu ongelmajätteeksi, millä on suotuisat kokonaisvaikutukset ympäristöön ja ihmisten hyvinvointiin. Uuteainerikas männyn sydänpuu palvelee vähähiilistä taloutta sitomalla hiilen itseensä tai toimimalla esimerkiksi biopolttoaineen tai kemianteollisuuden raaka-aineena. Parasta olisi tietenkin, että kaikki arvoketjun vaiheet metsästä lopputuotteeseen ja lopulta sen kierrätykseen sijaitsisivat Itä-Suomen alueella edistäen alueen luonnonvarojen kestävää hyödyntämistä. Hankkeessa kertyvää tutkimus- ja tuotekehityksen osaamista voidaan hyödyntää luonnonvaroja käyttävien yritysten tuotteiden tuotannossa sekä tuotantoprosessien kehittämisessä. Kun mittausmenetelmä on metsänjalostuksen käytössä, tarvitaan lisähenkilöstöä näytteiden keräämistä, käsittelyä, mittausta sekä aineistojen käsittelyä ja raportointia varten (tutkimuksessa avustavaa henkilökuntaa 2-4 kpl + tutkija). Hanke tukee Metsäntutkimuslaitoksen / Luonnonvarakeskuksen tutkimustoiminnan ja työpaikkojen säilymistä Etelä-Savossa (2 vakinaista tutkijaa ja 2 tutkimusta avustavaa henkilöä). Hankkeessa työllistetään vastavalmistunut diplomi-insinööri kahdeksi vuodeksi. Hankkeen toimenpiteet eivät pääsääntöisesti kohdistu ihmisiin. Tutkimustyössä työntekijän osaaminen ja työstä innostuminen ovat tärkeämpiä tekijöitä kuin sukupuoli, sukupuoli-identiteetti, ihonväri tai henkilön terveydentila. Metlan Punkaharjun toimipaikassa toteutetaan yhdenvertaisuusperiaatetta ja sukupuolten välistä tasa-arvoa noudattaen Metsäntutkimuslaitoksen tasa-arvosuunnitelmaa (2006). 5. Hankkeen toteuttajat Tällä työryhmällä on erittäin suuri tarve ja voimakas motivaatio tutkimussuunnitelman toteuttamiseksi. Työryhmään kuuluvat sen vastuullisen johtajan Anni Harjun lisäksi Martti Venäläinen, Jukka Antikainen, Tarja Tapanila sekä Susanna Pulkka. Ryhmän kaksi ensin mainittua tutkijaa ovat työskennelleet jo 15 vuotta männyn sydänpuun parissa tutkien ja testaten sen laatuominaisuuksia mm. lahonkestävyyttä ja siihen vaikuttavia tekijöitä. Koulutustaustamme ja kokemuksemme ansiosta meillä on ammattitaitoa, joka liittyy puiden ominaisuuksien luontaisen vaihtelun hahmottamiseen, mikä puolestaan on ensiarvoisen tärkeää koesuunnittelus-
6 (10) sa ja otannassa sekä aineistojen analysoinnissa, tulosten tulkinnassa ja käytäntöön viennissä. Tarja Tapanila on vastuussa orgaanisesta kaasukromatografisesta kemiallisesta analyysistä. Jukka Antikainen puolestaan on tehnyt väitöskirjansa spektrianalyysiin liittyen ja on tutkinut mm. männyn sydänpuun UV-fluoresenssia. Hän hallitsee myös ohjelmoinnin, jota tarvitaan mittauksen automatisoinnissa. Susanna Pulkka on vastavalmistunut kemiantekniikan diplomi-insinööri, joka on kehittänyt stilbeenit puunäytteestä tunnistavan mittauslaitteen prototyyppiä ja on siten jo hyvin perillä laitteen rakentamiseen sekä uuteainepitoisuuden mittaukseen liittyvistä tarpeista ja ongelmista. Työryhmä on tehnyt vuosien aikana yhteistyötä monien kansallisten ja kansainvälisten tahojen kuten yliopistojen, ammattikorkeakoulujen ja tutkimuslaitosten kanssa mm. Helsingin, Oulun ja Joensuun yliopistojen, Aalto yliopiston (TKK:n), Mikkelin amk:n, Ruotsin maatalousyliopiston, VTT:n ja Kajaanin mittalaitelaboratorion kanssa. Mukana yhteistyössä on ollut mm. molekyyligeneetikkoja, kemistejä, biokemistejä, fyysikkoja, metsätieteilijöitä sekä insinöörejä, joten tutkimus on ollut hyvin poikkitieteellistä. Rahoitusta on saatu Suomen Akatemialta (WoodWisdom 1998-2001), Metsäklusterilta, FIBICiltä ja TEKESiltä (EffTech 2008-2010, EffFibre 2010-2013). Kansainvälisiä yhteyksiä olemme pitäneet yllä mm. WSE, EcoWood ja EU:n puiteohjelmiin liittyvien verkostojen kautta (Trees4Future 2011-2015, Susanna Pulkan tutkijavierailu Ranskaan v. 2014). Prototyypin rakentamisessa Susanna Pulkka on tehnyt yhteistyötä savonlinnalaisen Elektroniikan 3K-tehtaan kanssa. Näiden yhteistyökuvioiden myötä tietämys männyn sydänpuun ominaisuuksista ja erityisesti stilbeeneistä on lisääntynyt valtavasti samoin kuin tekninen osaaminen. Metlalla on käynnissä 2014-2018 tutkimus-, kehittämis- ja innovaatio-ohjelma Puumateriaalit ja -tuotteet biotalouden rakentamisessa (MAT), johon kuuluu Anni Harjun () vetämänä hanke Puun laatuominaisuudet ja niiden fenotyypitys metsänjalostuksen tarpeisiin. Tässä hakemuksessa esitetty hankesuunnitelma liittyy läheisesti Metlan hankkeeseen, mutta sen toteuttamiseksi tarvitaan ulkopuolista rahoitusta asiantuntijan palkkausta ja tarvikehankintoja varten. Savonlinnan Yrityspalvelut Oy / Elektroniikan 3K-tehdas ja MAMK:in Kuitulaboratorio tekevät rinnakkaishankkeissaan kanssamme asiantuntijayhteistyötä, joten emme ole varanneet rahoitusta heidän työaikaansa kyseisten työtehtävien toteuttamiseksi alihankintana tai ostopalveluna. Tarvittavat materiaalit on budjetoitu Metlan tekemään EAKR -hankesuunnitelmaan. Tässä työryhmässä on yhteistyötahojen tuella tarpeellinen osaaminen ja kokemus, jotta männyn sydänpuun fenolisten uuteaineiden pitoisuuden määritystä varten on mahdollista kehittää toimiva mittauslaitteisto ja mittausmenetelmä. 6. Hankkeen kustannusarvio ja rahoitussuunnitelma Hankkeen kesto on 2 vuotta (1.1.2015-31.12.2016). Flat rate, 24 %, mukaan lukien hankkeen kokonaisbudjetti on 300 720. Budjetoidut kuluerät Hinta, Palkkakustanukset sivukuluineen (1,8 htv/vuosi) 203000 Aineet, tarvikkeet ja tavarat 44000 Muut kustannukset (esim. tilintarkastus, markkinointi ja tiedotus) 5000 Flat rate, 24% palkkakustannuksista 48720 Yhteensä 300720
7 (10) EAKR rahoitusta haetaan 210504, Savonlinnan kaupungin osuus on 30072 ja METLAn osuus on 60144. 7. Hankkeen työpaketit I) Mittauslaitteiston kehittäminen: A) mittauslaitteiston komponenttien soveltuvuuden arviointi ja hienosäätö puun fluoresenssin mittaukseen, B) kiinteän mittauskammion rakentaminen, C) mittauslaitteiston herkkyyden parantaminen. Tuloksena on: virtalähde-, UV-LED-valo- ja linssiratkaisuiltaan puun fluoresenssin mittaukseen soveltuva laitteisto, ympäristön häiriötekijöiltä suojaava ja turvallinen mittauslaitteisto. Toteuttajat: Savonlinnan Yrityspalvelut Oy / Elektroniikan 3K-tehdas ja Susanna Pulkka (Metla) II) III) IV) Mittauslaitteiston automatisointi: A) askelmoottoreiden ja ohjainohjelmistojen asennus, B) mittauslaitteiston ohjelmointi, C) tulosten käsittelyssä käytettävän Matlab-koodin kirjoitus ja sen liittäminen osaksi mittauslaitteiston ohjelmistoa. Tuloksena syntyy laajennettu mittauslaitteiston ohjelmisto, jolla voidaan seurata mittauksen kulkua sekä nopeuttaa ja yhdenmukaistaa tulosten käsittelyä. Lisäksi automatisoinnin ansiosta jokaiseen mittauspisteeseen ohjatun UV-valon määrä ja mittausaika pysyvät vakioina, mikä on tärkeää mittausten toistettavuuden ja luotettavuuden kannalta. Toteuttaja: Jukka Antikainen, (Metla) Mittauslaitteiston turvallinen käyttö: A) riskianalyysi. Tuloksena on raportti, jossa tunnistetaan mahdolliset riskit ja kuvataan turvallisen työskentelyn edellyttämät suojavälineet ja toimintatavat sekä toimenpiteet vahingon mahdollisesti sattuessa. Toteuttajat: Susanna Pulkka (Metla), Anni Harju (Metla) ja Martti Venäläinen (Metla) Kalibrointimenetelmän suunnittelu: A) uuteaineiden uuttaminen sydänpuusta (itse/yhteistyökumppani), B) sopivan kalibrointiväliaineen etsiminen (itse/yhteistyökumppani), C) kalibrointiväliaineen painekyllästys uuteaineilla (itse/yhteistyökumppani), D) kalibrointisuoran ja testiaineiston mittaus (50 näytettä). Tuloksina ovat kalibrointimenetelmän suuntaviivat. Toteuttajat: Susanna Pulkka (Metla), Anni Harju (Metla), Martti Venäläinen (Metla), Tarja Tapanila (Metla) ja Yrjö Hiltunen (MAMK Kuitulaboratorio)
8 (10) V) Mittaustyöohje: Tuloksena on mittauslaitteistolle laadittu mittaustyöohje. Toteuttajat: Susanna Pulkka (Metla), Anni Harju (Metla), Martti Venäläinen (Metla), Jukka Antikainen (Metla) ja Tarja Tapanila (Metla) VI) VII) Vertailumittaukset: A) Metlalla tehtävät kemialliset analyysit (referenssimittaus), B) mahdolliset yhteistyökumppaneiden tekemät vertailumittaukset heidän laitteistollaan (FT- NIR-, NMR- tai kuvantava mittauslaitteisto) C) fluoresenssimenetelmän kalibroinnin laadun arviointi vertailemalla kehitetyn mittauslaitteiston antamia tuloksia eri menetelmillä saatuihin kalibrointi- ja testiaineiston (40 50 näytettä) tuloksiin. Tuloksena on mahdollisimman toistettava ja luotettava kalibrointimenetelmä. Toteuttajat: Susanna Pulkka (Metla), Anni Harju (Metla), Martti Venäläinen (Metla), Tarja Tapanila (Metla) ja Yrjö Hiltunen (MAMK Kuitulaboratorio) Männyn sydänpuunäytteistä koostuvan aineiston mittaus: A) mittaustyöohjeen päivittäminen, B) mittauslaitteiston luotettavuuden testaus männyn sydänpuunäytteillä (50 100 näytettä), C) tulosten käsittely ja raportointi. Tuloksena on tutkimukseen sovellettava mittauslaitteisto työohjeineen. Toteuttajat: Susanna Pulkka (Metla), Anni Harju (Metla), Martti Venäläinen (Metla), Jukka Antikainen (Metla) ja Tarja Tapanila (Metla) 8. Hankkeen toimenpiteiden ja työpakettien aikataulusuunnitelma I II III IV V VI VII Työpaketti/kk Aloituspalaveri Laitteisto Automaatio Käyttöturvallisuus Kalibrointi Työohje Vertailumittaukset Oikea aineisto Ohjausryhmäkok. Hyödyntämistyöpaja Kv. kokous Loppuraportti 2015 2016 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
25.8.2014 Hankesuunnitelma 9 (10) Kirjallisuus Antikainen, J., Hirvonen, T., Kinnunen, J. & Hauta-Kasari, M. 2012. Heartwood detection for Scotch pine by fluorescense image analysis. Holzforschung 66(7): 877-881. Fries, A., T. Ericsson and R. Gref. 2000. High heritability of wood extractives in Pinus sylvestris progeny tests. Can. J. For. Res. 30: 1707 1713. Haataja, M.-L., Leinonen. E. & Mustakallio, S. 2011. Sukupuolten tasa-arvon edistäminen ja valtavirtaistaminen. (Valtava) kehittämisohjelman Koulutus- ja konsultointihanke. KoulutusAvain Oy. WoM Oy. Työ- ja elinkeinoministeriö. ISBN 978-952-92-9980-5 (rengaskirja). ISBN 978-952-92-9981-2 (PDF). Kopijyvä Oy, Jyväskylä. Harju, A.M. & Venäläinen, M. 2002. Genetic parameters regarding the decay resistance of Scots pine heartwood to decay caused by Coniophora puteana. Scand. J. For. Res. 17(3): 199-205. Harju, A.M., Kainulainen, P., Venäläinen, M., Tiitta, M. & Viitanen, H. 2002. Differences in resin acid concentration between brown-rot resistant and susceptible Scots pine heartwood. Holz-forschung 56(5): 479-486. Harju, A.M., Venäläinen, M., Anttonen, S., Viitanen, H., Kainulainen, P., Saranpää, P. & Vapaa-vuori, E. 2003. Chemical factors affecting brown-rot decay resistance of Scots pine heart-wood. Trees 17: 263-268. Harju, A.M. & Venäläinen, M. 2006 Measuring the decay resistance of Scots pine heartwood indi-rectly by the Folin-Ciocalteu assay. Can. J. For. Res. 36: 1797-1804. Hyvärinen, H. (toim.) 2001. Kasviperäiset biomolekyylit fenoliset yhdisteet ja terpeenit. Kirjallisuuskatsaus. MTT:n julkaisuja. Sarja A 100. Jokioinen: MTT. 97 p. Johansson, I. 2003. Förfarande för kvalitetsbestämning av trämaterial. Patentskrift. Patent- och registreringsverket. Sverige. Jääskeläinen, A.-S., Hatakka, R., Kivioja, A., Harju, A., Partanen, J. & Venäläinen, M. 2010. Pi-nosylvin distribution in wood as studied by UV resonance Raman spectroscopy. In: European Workshop on Lignocellulosics and Pulp. Hamburg, Germany, August 16-19, 2010. Procee-dings. p. 465-468 Leinonen, A., Harju, A.M., Venäläinen, M., Saranpää, P. & Laakso, T. 2008. FT-NIR spectroscopy in predicting the decay resistance related characteristics of solid Scots pine (Pinus sylvestris L.) heartwood. Holzforschung 62: 284-288. Metsäntutkimuslaitos. 2006. Tasa-arvosuunnitelma. Partanen, J., Harju, A.M., Venäläinen, M. & Kärkkäinen, K. 2011. Highly heritable heartwood properties of Scots pine: possibilities for selective seed harvest in seed orchards. Canadian Journal of Forest Research 41(10): 1993-2000. Teeri, T., Kangasjärvi, J., Helariutta, Y., Fagerstedt, K. & Harju, A. 2014. Functional Genomics of Wood Formation. In: FIBIC (ed.). Value Through Intensive and Efficient Fibre Supply. Programme Report 2010-2013. FIBIC, Suomi. p. 14-27. Tomppo, L., Tiitta, M., Laakso, T., Harju, A., Venäläinen, M. & Lappalainen, R. 2011. Study of stilbene and resin acid content of Scots pine heartwood by electrical impedance spectroscopy (EIS). Holzforschung 65(5): 643-649. Venäläinen, M., Harju, A.M., Kainulainen, P., Viitanen, H. & Nikulainen, H. 2003. Variation in the decay resistance and its relationship with other wood characteristics in old Scots pines. Annals For. Sci. 60(5): 409-417.
10 (10) Venäläinen, M., Harju, A.M., Saranpää, P., Kainulainen, P., Tiitta, M. & Velling, P. 2004. The concentration of phenolics in brown-rot decay resistant and susceptible Scots pine heartwood. Wood Science and Technology 38(2): 109-118.