Tiede tekee miljardin euron vientituotteesta ympäristöystävällisemmän

Heikki Remes:

Olen meritekniikan apulaisprofessori, ja tutkimusalani on kehittyneet laivarakenteet. Etsimme vastauksia esimerkiksi siihen, miten rakennamme ja ylläpidämme yhteiskunnan suuria infrarakenteita kestävästi ja energiatehokkaasti seuraaville sukupolville.

Ratkaisu on tiedelähtöinen rakennesuunnittelu, jossa yhdistyvät teoreettinen mallinnus, kokeellinen tutkimus ja digitaaliset teknologiat. Samaa periaatetta voidaan soveltaa muidenkin isojen teräsrakenteiden, kuten pilvenpiirtäjien ja terässiltojen suunnittelussa.

Risteilijälaiva on Suomen suurin yksittäinen vientituote. Sen hinta on yli miljardi euroa, ja se muodostaa noin 1,5 prosenttia Suomen ulkomaan viennistä. Laivojen koko on kasvanut 1970-luvulta alkaen tähän päivään asti, mutta seuraavan sukupolven laivat ovat kevyempiä, energiatehokkaampia, käyttäjäystävällisempiä ja kilpailukykyisempiä. Tällä hetkellä laivojen tuotekehityksen ja rakennesuunnittelun tavoitteena on tuottaa teräspainoltaan 20 prosenttia kevyempi laiva.

Meritekniikan tutkimusryhmässä tarkastelemme laivojen suunnittelun kannalta kolmea strategista tekijää: uudentyyppisiä rakenteellisia ratkaisuja, korkealujuusteräksen käyttöä ja tehokasta rakennesuunnittelua. Tiedelähtöisessä rakennesuunnittelussa nämä kolme aluetta yhdistyvät.

Eri mittakaavat käsittävällä teoreettisella mallinnuksella voimme havaita esimerkiksi, miten materiaalien ominaisuudet vaikuttavat rakenteen lujuuteen tai minkälaista materiaalia uudenlainen laivakonsepti vaatii, jotta se voidaan toteuttaa.

Digitaalisen mittausteknologian avulla voimme puolestaan määrittää valmiin rakenteen geometriset ja materiaaliominaisuudet haluamallamme tavalla. Hyvänä esimerkkinä ovat laivojen ohuet kansilevyrakenteet, joissa levyn vahvuutta on alennettu kuudesta millimetristä neljään. Millimetreissä pieni luku, mutta vaikutus aluksen painoon on suuri.

Vaikka laivojen luokitusäännökset eivät vielä salli korkealujuusteräksen hyödyntämistä alusten rakenteissa, olemme havainneet, että esimerkiksi korkealujuusteräksestä rakennettu laipiorakenne kestää paremmin siihen kohdistuvaa rasitusta kuin perinteinen teräsrakenne.

Korkealujuusteräksen käyttö yhdessä ohuempien kansirakenteiden kanssa mahdollistaa jopa 15–20 prosenttia kevyemmän runkopainon. Tällöin risteilijään voisi rakentaa yhden ylimääräisen hyttikannen tai vähentää laivan energiankulutusta. Uudet rakenteet mahdollistavat myös uudenlaisen hyttisuunnittelun: opiskelijamme ovat suunnitelleet esimerkiksi kaksikerroksisen hyttimoduulin, joka kiinnostaa laivanrakentajia kansainvälisestikin.

Teollisuudessa hyödynnettävät innovaatiot edellyttävät aina tieteellisiä läpimurtoja.

Siksi tieteellinen perustutkimus on vaikuttavuuden kivijalka. Mutta samalla, kun tuotetaan lisää tietoa ja innovaatioita, tarvitaan teollisuuteen lisää osaajia, jotka pystyvät jalkauttamaan tutkimusta käytäntöön. Tutkimusryhmässämme kasvaa jatkuvasti uusia meritekniikan tutkijoita, jotka työllistyvät erinomaisesti eri puolille maailmaa asiantuntijoiksi ja professoreiksi – tutkimaan ja kouluttamaan.