Nya material och produkter från förnyelsebara råvaror

Transkript

1 Nya material och produkter från förnyelsebara råvaror En framtidsbild och vägen dit VINNOVA Rapport VR 2004:2 (Kortversion av VR 2004:1) Mars 2004

2 TITEL (svensk): Nya material och produkter från förnyelsebara råvaror. En framtidsbild och vägen dit. (Kortversion av VINNOVA Rapport VR 2004:1) FÖRFATTARE/AUTHOR: Leif Magnusson, EnerGia (red.) SERIE/SERIES: VINNOVA Rapport VR 2004:2 (ersätter VR 2002:22) ISBN ISSN PUBLICERINGSDATUM/DATE PUBLISHED: Mars 2004 UTGIVARE/PUBLISHER: VINNOVA Verket för Innovationssystem/ Swedish Agency for Innovation Systems, Stockholm REFERAT (syfte, metod, resultat) Panel 2 inom Teknisk Framsyn, som behandlade biologiska naturresurser, lyfte i sin slutrapport fram den biologiska revolutionen och dess möjligheter. Där föreslogs en strategi med kraftsamling på utveckling av nya användningar av biologiska material samt på forskning om naturens egna lösningar eller material för olika funktioner. VINNOVA har nu tagit initiativ till en fördjupad analys av dessa nya möjligheter till en utveckling av förnyelsebara material och produkter. Med bistånd från specialister från forskning, näringsliv och forskningsfinansiärer har vi utarbetat ett förslag till långsiktig utvecklingsplan, en så kallad Roadmap. Förslaget i sin helhet presenteras i VINNOVA Rapport VR 2004:1. Förslaget till strategi innebär en satsning på både baskunskaper och tillämpningar, en satsning på hela innovationssystemet. Förslaget syftar till att vi på sikt ska få till stånd en starkt ökad användning av förnyelsebara råvaror i material och produkter, både i helt nya tillämpningar och för att ersätta de material som nu tillverkas med fossil råvara. På lång sikt är siktet inställt på att utveckla innovativa produkter med speciella kvaliteter. Avsikten är att förslaget ska kunna tjäna som en gemensam vägvisare för olika aktörer, både forskningsfinansiärer och näringsliv och vara ett underlag för olika typer av beslut och insatser. I VINNOVAs Verket för innovationssystem - publikationsserier redovisar forskare, utredare och analytiker sina projekt. Publiceringen innebär inte att VINNOVA tar ställning till framförda åsikter, slutsatser och resultat. De flesta VINNOVA-publikationer finns att läsa eller ladda ner via VINNOVA s Swedish Agency for Innovation Systems publications are published at Figuren på omslaget: Växter och träd hämtar koldioxid (CO 2) ur luften för sin tillväxt. Genom att odla och utnyttja sådana råvaror påverkas inte koldioxidbalansen, eftersom produkter som är tillverkade av förnyelsebara råvaror ingår i ett naturligt kretslopp för kol och koldioxid. När vi utnyttjar fossil olja för att tillverka material, fordonsbränsle o.s.v., så lyfter vi däremot upp kol (C) som lagrats miljontals år i jorden. Via vår hantering hamnar det mesta i atmosfären som koldioxid, och bidrar där till en ökande koldioxidhalt.

3 Nya material och produkter från förnyelsebara råvaror En framtidsbild och vägen dit Leif Magnusson, EnerGia (redaktör) VINNOVA Rapport VR 2004:2 (Kortversion av VR 04:1) Mars 2004

4 Innehåll Inledning 3 Visionen 5 Goda svenska förutsä ningar 5 En satsning på nya unika lösningar 6 Utgångspunkter 7 Tre nyckelsatsningar 9 Demonstratorer för kra samling och inspiration 10 Möten mellan vetenskaper i forskningspla formar för ökad kunskap 10 Nya tillämpningar i samverkan mellan akademi och industri

5 V påverkar miljö, klimat och människors hälsa, och det finns en stor enighet om a vi behöver växla över till långsiktigt hållbara sä a leva och utny ja naturen. Den fråga som hi ills få störst uppmärksamhet är användningen av fossil energi och dess konsekvenser för klimat och miljö. Men även vår användning av olika material som råvaror och i produkter har stor betydelse. Med ökad användning av råvaror från jordbruk och skogar kan vi minska användningen av olja som råvara för olika bränslen, material och produkter. Naturen har en unik förmåga a bilda kemiska strukturer med intressanta egenskaper. Några exempel är den exceptionella styrkan hos fibrerna från lin eller i spindelväv samt filmer med anmärkningsvärd styrka eller täthet. Det finns biologiska material som är överlägsna konstgjorda syntetiska material med unika mekaniska egenskaper och låg vikt. Vi har dock inte ha tillräckliga kunskaper för a ta fram och producera material som utny jar naturens lösningar och som möter krav på exempelvis enhetlighet eller tålighet mot fukt och röta. Förutsä ningarna har ändrats de senaste åren. Dagens biologiska revolution med snabbt ökande ny kunskap om - 3 -

6 det biologiska systemets uppbyggnad och funktion öppnar nya vägar a skapa innovativa och kunskapsintensiva produkter från biologiska råvaror. Framstegen inom nanoteknik och den dramatiskt ökande kunskapen inom gränsområdet mellan biologi, kemi och fysik bidrar också med nya kra fulla verktyg. De a var e huvudbudskap från panelen för Biologiska naturresurser (panel 2) i Teknisk Framsyn. VINNOVA har nu tagit inititiv till en fördjupad analys av dessa nya möjligheter till en utveckling av förnyelsebara material och produkter. Med engagerat bistånd från ca fyrtio specialister från forskning, näringsliv och forskningsfinansiärer har vi utarbetat e förslag till långsiktig utvecklingsplan. Förslaget i sin helhet finns presenterat i VINNOVA Rapport VR 2004:1. Avsikten är a förslaget ska kunna tjäna som en gemensam vägvisare för olika aktörer, både forskningsfinansiärer och näringsliv, och a det skall vara e underlag för olika typer av beslut och insatser. Förslaget täcker e bre område och har tagits fram utgående från en analys av behoven, men utan a hänsyn tagits till hur, och av vem, de ska finansieras

7 Visionen År 2020 har vi lärt oss utny ja de biologiska naturresurserna på e uthålligt sä och användningen av dem ökar snabbt. Utveckling och användning av nya produkter och material samt nya tekniker för a producera och utvinna råvara och tillverka materialen ökar starkt och ger ekonomisk tillväxt och sysselsä ning både i Sverige och i andra länder. Vi har lärt oss a använda biologiska system för a utvinna olika material och energi i integrerade förädlingskedjor och processer. Kretsloppen har slutits genom återvinning av material och energi ur organiska avfall. Vi har lärt oss a e erlikna naturens egna lösningar och tagit fram material som är överlägsna de traditionella materialen. Goda svenska förutsättningar Sverige har mycket goda förutsä ningar a utveckla kunskap och nya produkter inom bioteknik och materialteknik, och a skapa framtida sysselsä ning och försörjning inom dessa viktiga framtidsområden. Vi har en god grund i vår forskning och vårt kunnande inom biologi, fysik, kemi och materialteknik. Det gäller speciellt inom massa- och pappersområdet där Sverige tillsammans med Finland är ledande, men även inom många andra områden, som genteknik, ytkemi, och materialteknik i vid mening. Vi har också en stark industriell bas med lång tradition inom utveckling och användning av material. Självklara styrkeområden är skogsindustrin och förpackningsindustrin som båda är världsledande. Det finns därför en mycket god pla form för tillämpningar där cellulosafibrer används för utveckling av kompositer i vid mening samt förpackningar med ökad funktionalitet. Även inom kemiindustrin, - 5 -

8 färgindustrin och smörjmedelsindustrin finns det goda industriella förutsä ningar. Vi har slutligen god tillgång till mark och utvecklade system för skörd, hantering och logistik. De vanliga jordbruksgrödorna vete, korn, havre, raps, potatis mm lämpar sig som råvara för industriella processer. Skogen har med vårt klimat lång omloppstid vilket ger kvalitetsmässiga fördelar, med relativt långfibrig ved. En satsning på nya unika lösningar Förslaget till strategi innebär en satsning på både baskunskaper och tillämpningar, en satsning på hela innovationssystemet. Förslaget sy ar till a vi på sikt ska få till stånd en starkt ökad användning av förnyelsebara råvaror i material och produkter, både i helt nya tillämpningar och för a ersä a de material som nu tillverkas med fossil råvara. Siktet ska vara inställt på a utveckla innovativa produkter med speciella kvaliteter, inte a bara ersä a fossil råvara i dagens material och produkter. Det är svårt a slå ut de etablerade fossila materialen genom enbart lägre pris eller miljöfördelar, det krävs nya och unika kvaliteter eller tekniska lösningar. På kort sikt är det nödvändigt a både börja bygga kunskapspla formar och a börja en industriell utveckling grundad i dagens kunskap, teknik och träd/växter. Det långsiktiga målet är a år 2020 ha utvecklat det svenska innovationssystemet från innovation till produkt till a vara världsledande inom förädling av träd och vissa växtslag, inom kompositer och 3D-strukturer baserade på cellulosafibrer och förnyelsebara plaster, samt inom ytskikt och barriärer från förnyelsebar råvara

9 Utgångspunkter En självklar utgångspunkt är a vi ska utgå från områden där vi har kunskap och etablerad verksamhet, som passar in i etablerade svenska odlings- och förädlingssystem och som lämpar sig för svensk industri. En annan är a insatserna ska bidra till en hållbar utveckling. De utvecklade materialen ska ersä a fossila material genom a erbjuda mervärde, bä re funktion, eller lägre totala kostnader för hela livscykeln, inklusive materialens användning i produkter. En viktig faktor är också livslängden. Material som t ex inte klarar rötangrepp måste ju ersä as eller underhållas. Aspekter som varit vägledande i arbetet med förslaget är: Det är angeläget a starta denna utveckling nu, även om priskonkurrensen från de fossila materialen är svår. Bland annat växtförädling och enzymutveckling kräver e mångårigt arbete. Då det i hög grad handlar om a utveckla helt nya innovativa produkter och processer där vi idag inte har tydliga industriella intressen är det viktigt med stimulanser till industriellt deltagande och risktagande. Det behövs kra fulla satsningar på a visa och pröva idéer i e tidigt skede. Det finns e antal utmaningar som måste klaras av för a de förnyelsebara materialen ska uppfylla förväntningarna i olika användningar. För a möta dessa utmaningar behövs forskning och utveckling i gränsöverskridande mångvetenskapliga forskningspla formar, i samverkan mellan akademi och industri. Utvecklingen kräver inte bara kunskaper och innovationer inom den nya biologin och genteknik det handlar också om a utveckla ny kunskap som bygger på kemi, fysik, nanoteknik, processteknik och materialteknik

10 Det finns en allmän oro för de tänkbara risker som är förknippade med användningen av gentekniken. Därför är det viktigt med en öppen diskussion och information om etik samt om resultat och ny a i förhållande till risker för a bygga trovärdighet, och det är nödvändigt a genomföra riskanalyser kring tillämpning av genteknologi inom jord- och skogsbruket. I dagens system för träd och grödor är det i hög grad en produkt som utvinns. Ambitionen är a utforma systemen så a det blir möjligt a utvinna alla värdefulla komponenter. Systemen måste slutas så a u jänta material och produkter tas tillvara för ny användning eller som energiråvara, och tillverkningsprocesserna måste utformas för minimal energianvändning och utan utsläpp. En väg a öka effektiviteten är a utveckla biokombinat för a utvinna flera komponenter och/eller energi på e effektivt sä. I kombinatet integreras olika typer av verksamheter, som till exempel processer för a tillvarata lignin, extraktivämnen och energi för avsalu i anslutning till skogsindustri, eller för att utvinna värdefulla material och förädlade bränslen i anslutning till en energianläggning för kra - och värmeproduktion. A i olika led tillvarata energi och energiprodukter är starkt prioriterat både i Sverige och i EU som helhet, som en viktig del i klimatarbetet och för a öka säkerheten i energiförsörjningen

11 Tre nyckelsatsningar Den strategi som föreslås innebär en satsning på e gränsöverskridande samarbete mellan många vetenskaper och mellan forskning och industri i hela kedjan från växt till färdiga material och produkter, genom en satsning på e antal utvalda demonstratorer, på mångvetenskapliga forskningspla formar, samt på produkter och tillämpningar

12 Demonstratorer för kraftsamling och inspiration En central del i förslaget är en satsning på e antal demonstratorer, inspirationsprojekt för a knyta samman forskare och industri kring gemensamma satsningar. Demonstratorerna ska visa möjligheter eller genomförbarhet för ny teknologi, nya produktidéer och nya processer. De ska ge möjligheter för forskning och industri a mötas i tidiga utvecklingsskeden och bidra till a hjälpa innovationer a ta det svåra steget över från forskning och idé till en industrialisering. Möten mellan vetenskaper i forskningsplattformar för ökad kunskap Den kunskapsorienterade delen av förslaget innehåller satsningar på e antal mångvetenskapliga forskningspla formar. Forskningspla formarna ska ge grunderna för a utveckla de nya materialen för a klara de krav som ställs vid användning i framtida produkter. En annan viktig uppgi är a utveckla nya, effektiva processer som kan ersä a dagens produktionsteknik, som ju har utvecklats för en petroleumbaserad kemi och för traditionell användning av biologiska råvaror i material och produkter. Nya tillämpningar i samverkan mellan akademi och industri För tillämpningen av kunskaperna i nya material och produkter föreslås en satsning på främst områden som har koppling till områden med svensk kompetens och industriell tradition: cellulosateknik och pappers- och massaindustri, samt stärkelse- och fe syrebaserade produkter. Det bör ske genom en stark satsning på a använda dagens kunskaper och forskning för en utveckling av mer marknadsnära tillämpningar av förnyelsebara material i olika produkter tillsammans med industrin

13 En utveckling i samverkan mellan akademi, industri och samhälle måste bygga på e industriellt engagemang och industriella resurser som byggs upp med en start i dagens teknik och kunskaper

14

15 Hur följer jag VINNOVAs verksamhet? Här är några förslag: Regelbundna besök på Där finns många av VINNOVAs publikationer som gratis nerladdningsbara PDF-filer Nyhetsbladet VINNOVA-Ny VINNOVA-Ny VINNOVA-Ny VINNOVA-Ny VINNOVA-Ny VINNOVA-Ny (du prenumererar gratis)

16 VINNOVAs uppgift är att främja hållbar tillväxt genom utveckling av effektiva innovationssystem och finansiering av behovsmotiverad forskning. VERKET FÖR INNOVATIONSSYSTEM SWEDISH AGENCY FOR INNOVATION SYSTEMS Post: VINNOVA, SE Stockholm Besöksadress: Mäster Samuelsgatan 56 Leveransadress: Klara Norra Kyrkogata 14 Telefon: +46 (0) Telefax: +46 (0) E-post: