Uutiset

Kaikkea muuta kuin tavallinen kasvihuone

Umpinainen puurakenteinen kasvihuone vie puolet vähemmän energiaa kuin lasinen. Ruoantuotannon lisäksi Pasi Herrasen keksintö voi tulevaisuudessa tuottaa sähköä ja ylimääräistä lämpöä.
Kuvassa Pasi Herranen, Orvokki Ihalainen ja Panu Miettinen
Kaikki alkoi Pasi Herrasen (kuvassa ylimmäisenä) keksinnöstä. Orvokki Ihalainen ja Panu Miettinen tuovat tiimiin kaupallistamiseen liittyvää osaamista. Kuvat: Mikko Raskinen.

Konepajassa on ahdasta. Seitsemänmetrinen koivuvanerilevy täyttää Puumiehenkujalla Otaniemessä sijaitsevan pajan koko lattian.

Kaksi puuseppää kyykistelee vanerilevyn vieressä ruuvinvääntimet käsissään. He kiinnittävät suureen vanerilevyyn ohuempia puulevyjä, joissa on soikeita aukkoja. 

Pajan ilmassa tuoksuu sekoitus puuta ja liimaa.

Projektipäällikkö Pasi Herranen seisoo ulko-oven vieressä ja seuraa puuseppien työtä. Vanerilevystä tulee kattoelementti kasvihuoneeseen, jota Herranen kutsuu ”Plant Factoryksi”.

Herrasen kasvihuone on kaikkea muuta kuin tavallinen kasvihuone. 

Yleensä kasveja kasvatetaan kosteutta kestävissä lasihalleissa. Tämä kasvihuone on lähes kokonaan puuta. Kasvit kasvavat useissa päällekkäisissä kerroksissa ilman päivänvaloa.

Perinteiseen lasiseen kasvihuoneeseen verrattuna Herrasen suunnittelema kasvihuone säästää energiaa, vettä, maaperää ja ravinteita. Uusi keksintö kuluttaa puolet vähemmän energiaa Suomen kaltaisissa olosuhteissa ympärivuotisessa viljelyssä. Keksintö soveltuu niin Suomen pakkasiin kuin Saharan polttavan auringon alle. 

”Vesi kierrätetään täysin. Kasveissa olevan veden lisäksi kasvihuoneesta ei poistu muuta vettä”, Pasi Herranen sanoo.

Kestävä kasvintuotanto kaipaa umpinaisen puurakenteisen kasvihuoneen tapaisia keksintöjä. Lisäksi Herrasen keksinnöllä voi olla kysyntää rakentamisessa laajemminkin.

Kuvassa salaattia uudenlaisen kasvihuoneen seinäelementin vieressä.
Seinäelementti on noin 36 senttiä paksu. Reunojen musta röpelöinen kumimassa auttaa pitämään seinät ilmatiiviinä.

Pokeri antoi itseluottamusta

Kaksi seinäelementtiä seisoo pajassa valmiina. Reunojen musta röpelöinen kumimassa auttaa pitämään seinät ilmatiiviinä.

Massiivisia elementtejä ei liikuteta noin vain. Seinien molemmille puolille on asennettu neljä metallirengasta nosturin kettinkiä varten. Tärkeä tekniikka on piilotettu vanerilevyjen sisään. Siellä anturit mittaavat puun kosteutta.

Tekniikka kiinnosti Pasi Herrasta jo nuorena. Hän oli jo ehtinyt saada ylioppilastodistuksen perusteella opiskelupaikan Tampereen teknillisestä yliopistosta, mutta lapsuudenystävä sai houkuteltua hänet hakemaan armeija-aikanaan Teknilliseen korkeakouluun Otaniemeen.

Pääaineeksi Herranen valitsi lujuusopin ja sivuaineeksi tuotantotekniikan. Molemmat ovat aloja, joiden osaaminen auttaa myös nykyisessä projektipäällikön työssä.

Kahvinjuonnin ja tikanheiton lisäksi otaniemeläisessä seitsemän hengen solussa pelattiin pokeria tietokoneella.

”Opiskelukaveri pärjäsi pelissä hyvin, joten minäkin päätin kokeilla”, Herranen sanoo. 

Nettipokeri oli suosittu harrastus 2000-luvun alussa. Jotkut onnistuivat tienaamaan sillä jopa elantonsa. Ammattimainen pokerinpeluu vei myös Herrasen mukanaan ja sai jättämään opinnot sivuosaan kymmeneksi vuodeksi. Hän pelasi tietokoneella, matkusti kasinoille ympäri maailmaa, voitti ja hävisi.

Herrasen tyyni luonteenlaatu antoi peliin hyvät lähtökohdat. Voittamaan auttoi matematiikan ja tilasto­tieteen osaaminen.

”Häviämiseen osasin suhtautua rauhallisesti. En antanut sen haitata keskittymistä pelaamiseen.”

Pärjääminen pokerissa kasvatti varmuutta omasta päätöksentekokyvystä. Herranen sanoo, että juuri pokerista saadun itseluottamuksen ansiosta hän uskalsi uskoa laskelmiinsa ja omaan keksintöönsä.

Salaatti kasvaa puisessa kasvihuoneessa, kuva: Mikko Raskinen.
Puinen kasvihuone toimii itsessään pitkäaikaisena hiilidioksidin varastona.

Puu päihitti metallin

Diplomityön aiheeksi Herrasella oli kolme eri vaihtoehtoa. Kaksi niistä liittyi konetekniikan opinnoista tuttuun metalliin. Vanerin ominaisuuksissa sen sijaan oli jotain uutta ja kiehtovaa.

Diplomityön aikana Otaniemen lujuusopin koehallissa Herranen teki vetokokeita. Niissä hän venytti vaneria, kunnes se katkesi. Lisäksi hän mallinsi tietokoneella
erimuotoisten vanerikappaleiden rasituksen kestoa. Hän vakuuttui puun omintakeisista ominaisuuksista.

”Puu on lujaa ja kestävää materiaalia, joka johtaa lämpöä hyvin vähän. Se on uusiutuvaa, edullista ja sitä voi muokata. Lisäksi sitä on hyvin saatavilla.”

Valmistumisen jälkeen Herrasen mielessä pyöri idea puisesta seinäelementistä, jossa hyödynnettäisiin tyhjiökuivaamista. Menetelmässä vesi poistetaan tyhjiössä höyrystämällä.

Puuta on tyhjiökuivattu jo yli sata vuotta. Uutta oli Herrasen idea soveltaa tekniikkaa kokonaisen seinäelementin kuivaamiseen. Tyhjiökuivaamisesta on saanut nimensä myös projektin virallinen nimi: Vacuum Insulation System (VIS).

Tyhjiökuivaamisessa vanerilevyihin kohdistuu kova paine. Herranen suunnitteli levyjen väliin erityisen puisen sisärakenteen. Siksi seinäelementti pysyisi kasassa suuresta paineesta huolimatta.

Pelkkä teoreettinen malli ei kuitenkaan riittänyt. Tarvittiin myös todisteita idean toimivuudesta.

Kaksi viikkoa venyi vuodeksi

Ensimmäiset vuodet Pasi Herranen työskenteli ilman palkkaa ja aluksi täysin yksin, kumppanina vain vahva usko omiin laskelmiin. Välillä laskupino kasvoi niin suureksi, että Herrasen oli pakko lähteä tienaamaan rahaa pokeripöydästä.

Myös prototyypin rakentaminen käsityönä kysyi hermoja. Herranen oli kuvitellut prototyypin valmistuvan kahdessa viikossa. Se arvio meni pahasti pieleen. Lujuusopin koehallissa Otaniemessä koettiin monta turhauttavaa yrityksen ja erehdyksen hetkeä.

”Vaikein osuus oli kehittää elementille oikea pinnoite, joka pitää sen ilmatiiviinä.”

Lopulta Herrasella oli käsissään toimiva prototyyppi, jonka VTT totesi eristävän lämpöä riittävästi.

Kahden viikon sijasta prototyypin teko oli vienyt ­vuoden.

Alun perin Herranen suunnitteli, että seinäelementeistä rakennettaisiin taloja ja toimistorakennuksia. Kun Herranen luki Luonnonvarakeskuksen raportin kurkun kasvattamisesta, hän keksi puisten elementtiensä sopivan loistavasti kasvihuonekäyttöön.

”Kaupallistamismahdollisuudet olivat paremmat kasvihuoneissa.”

Pokerista saadun itseluottamuksen ansiosta uskalsin uskoa laskelmiini ja omaan keksintööni.

Pasi Herranen

Kasvit kasvavat päällekkäin

Perinteiset lasirakenteiset kasvihuoneet hukkaavat p­aljon energiaa. Talvisin niitä pitää lämmittää erityisen paljon, sillä osa lämmöstä karkaa huonon eristyksen takia. Esimerkiksi kurkun kasvattaminen vaatii, että kasvihuoneen lämpötila on +27 astetta.

Ongelmat jatkuvat kesällä. Silloin lasinen kasvihuone kuumenee liikaa. Kattoluukkujen avaaminen auttaa, mutta samalla kasvihuoneesta häviää kasvien tarvitsemaa hiilidioksidia. Siksi kurkkusato on talvella kaksi kertaa suurempi kuin kesällä.

Pasi Herranen vertasi tietokoneella lasisten kasvihuoneiden lukuja oman keksintönsä lukuihin.

”Omat laskelmani näyttivät heti hyviltä”, hän kertoo.

Luonnonvalon korvaaminen tehokkailla led-valoilla paransi laskelmia entisestään.

”Auringonvalon ongelma on, että sitä on joko liikaa tai liian vähän”, Herranen jatkaa.

Led-valojen avulla kasvattajat voisivat säädellä valon määrää ja aallonpituutta, minkä seurauksena kasvit kasvaisivat tavallista nopeammin.

Uudenlainen kasvihuone puusta, kuva: Mikko Raskinen
Led-valo hyödynnetään maksimaalisesti kasvihuoneen sisällä. Elementtien pinnoitteena käytetty hopeinen alumiini heijastaa ledien valon kasveille.

Kasvihuoneen umpinaisesta rakenteesta on muutakin hyötyä. Esimerkiksi luontoa ja ihmisiä häiritsevää valosaastetta ei synny. Sen sijaan valo hyödynnetään maksimaalisesti kasvihuoneen sisällä. Elementtien pinnoitteena käytetty hopeinen alumiini heijastaa ledien valon kasveille.

Kaiken lisäksi ledit säästävät energiaa. Kun kasveja kasvatetaan päällekkäin, kasvihuone ei tarvitse led-lamppujen lisäksi muuta lämmöntuojaa.

”Hyvin eristetyssä Plant Factoryssa led-valojen energia muuntuu kasvien välityksellä lämpöenergiaksi. Se riittää pitämään hallin lämpöisenä ankarimmillakin pakkasilla. Hukkalämpöä riittää jaettavaksi kaukolämpöverkon kautta muillekin.”

Pasi Herranen keksintönsä ääressä
Pasi Herranen keksintönsä vieressä. Kasvihuoneen ilmatiivis kuori estää kosteuden haihtumisen. Tämä vähentää vedenkulutusta 99 prosenttia perinteiseen maatalouteen verrattuna.

Uudenlainen kasvihuone Otaniemeen

Puusepät ovat saaneet pajalla ensimmäisen kattoelementin sisäkehikon lähes valmiiksi. Seuraavien kattoelementtien koivuvanerilevyt odottavat nojallaan pajan seinustalla.

Herranen neuvoo Aalto University Magazinen valokuvaajaa. Puinen sisäkehikko ei saa missään nimessä näkyä valokuvissa, sillä keksinnön patenttihakemusta käsitellään vielä.

Projektitiimin jäsenet asettautuvat Herrasen kanssa kahden metallikiiltoisen seinäelementin väliin kuvattavaksi. Kauppatieteilijät Panu Miettinen ja Orvokki Ihalainen ovat tuoneet hankkeeseen sen kaupallistamisessa tarvittavaa osaamista.

Kolmikon mukaan tulevaisuudessa heidän elementtinsä voisivat soveltua myös kotien ja toimistojen rakentamiseen. Keksinnöllä arvioidaan olevan miljardien arvoiset potentiaaliset markkinat.

VIS-seinäelementtiä siirretään pois pajalta.
Seinäelementit painavat 1600 kiloa. Ne ovat niin suuria, että mahtuvat juuri ja juuri konepajan ovista ulos. Kuva: Kalle Kataila.

Pajassa rakennetut elementit viedään keväällä Luonnonvarakeskuksen tutkimusasemalle Piikkiöön. Sinne nousee 65 neliömetrin kokoinen kasvihuone, jonka tasakatolle asennetaan aurinkopaneelit.

Ensimmäiset salaatit kasvavat Herrasen kasvihuoneessa jo ensi kesänä.

Seuraavana suunnitelmissa on rakentaa Plant Factory -kasvihuone Otaniemeen. Salaattituotannon lisäksi kasvihuonetta aiotaan kokeilla lämmöntuottajana. Hukkalämpö siirretään Otaniemeen rakennettavaan uuteen lämpöverkkoon.

Parhaimmillaan salaattien kasvattaminen voi Herrasen mukaan sitoa enemmän kasvihuonekaasupäästöjä kuin mitä niiden viljely aiheuttaa.

”Tällä tavoin vihanneksia on tulevaisuudessa mahdollista kasvattaa hiilinegatiivisesti.”

Artikkeli on julkaistu Aalto University Magazinen numerossa 26 huhtikuussa 2020.

Uudenlainen puinen ja umpinainen kasvihuone.
Umpinaista kasvihuonetta kutsutaan Plant Factoryksi tai vertikaalifarmiksi. Ala on niin uusi, että terminologia ei ole vielä vakiintunutta. Kuvitus: Jolanda Jokinen.

Tulevaisuudessa Vacuum Insulation System (VIS) -elementeistä rakennetut kasvihuoneet ovat sekä ruoan-, energian- että lämmöntuottajia.

Kestävä kasvintuotanto tarvitsee juuri tällaisia ratkaisuja.

Titta Kotilainen, erikoistutkija, Luonnonvarakeskus (Luke)

Keksinnöstä sanottua

Aalto on pärjännyt hyvin TUTLI-haussa

Kasvihuonekeksinnön kaupallistaminen oli mahdollista Business Finlandin Tutkimuksesta uutta liiketoimintaa (TUTLI) -rahoituksen avulla. Vacuum Insulation System -projekti sai rahoituksen vuoden 2019 alusta. 

TUTLI-rahoitusta on saanut vuosien 2012–2019 aikana 81 aaltolaista projektia, runsaat 41 miljoonaa euroa. Hakeneista yli puolet (52 %) on saanut rahoituksen. Vuoden 2020 alusta rahoituksen nimi on Research to Business.

Esimerkiksi nämä Aalto-taustaiset yritykset ovat aikanaan saaneet TUTLI-rahoituksen: Iceye, Surgify, Yieldsystems, Fractuscan, XFold Imaging, Elfys, Koite Health, Ladimo, Addcomposites, Agilefant, Unified Charges.

Katso videolta, miten massiivinen seinäelementti saadaan siirrettyä konepajasta ulos.

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

Felicia Aminoff, Anna Eriksson ja Amanda Rejström, kuva: Iiro Immonen
Aalto Magazine Julkaistu:

Kipinä muuttaa maailmaa - Aallon alumnien startup-yritys auttaa ihmisiä tekemään ilmastotekoja

Ilmastoteot ovat tulevaisuudessa yhtä arkisia kuin säästäminen.
Aalto University Magazine 27 -lehden englanninkielisiä ja suomenkielisiä numeroita vierekkäin pöydällä. Kuva: Anni Kääriä.
Aalto Magazine Julkaistu:

Magazinen teemana jäljen jättäminen

Juuri ilmestynyt Aalto University Magazine 27 tarkastelee, millaisia jälkiä aaltolaiset jättävät maailmaan.
Aallon alumni Riikka-Leena Leskelä seisoo purjevenetaulun edessä. Kuva: Mikko Raskinen
Aalto Magazine Julkaistu:

Alumni palasi Aaltoon opiskelijaksi – ”Keskustelun taso ja älykkyys yllätti”

Alumni Riikka-Leena Leskelä palasi koulunpenkille etsimään johtamiseen suuntaa. Yksi opeista oli, että hän olikin tehnyt juuri oikeita asioita.
Teemajutun kuvitus, kuva: Noora Typpö
Aalto Magazine Julkaistu:

Heikot signaalit tuovat viestejä tulevaisuudesta

Heikot signaalit auttavat näkemään nykypäivän tarkemmin ja rakentamaan parempia tulevaisuuksia.