Kolmannen teollisen vallankumouksen määrittäjänä on digitalisaatio. The Economist -lehden mukaan materiaalia lisäävä valmistus eli 3D-tulostus mullistaa teollisuustuotannon uudelle tasolle.

Kun suunnittelija luo kolmiulotteisen mallin tai vaikkapa ihmisen osan, insinööri tai radiologi ohjelmoi sen tietokoneelle ja kappale voidaan putkauttaa ulos 3D-tulostimesta missä päin maailmaa hyvänsä. Keksintö sinänsä ei ole uusi: teollisuudessa on 3D-prototyyppejä valmistettu 30 vuotta.

Suomessa erilaisia implantteja on tulosteltu jo jonkin aikaa ja hyödynnetty kallon alueen kirurgiassa. Kiinalaisfirma puolestaan printtaa kymmenen taloa vuorokaudessa. Auton- ja lentokoneen osiakin saa nopeasti tulostamalla.

Nano-nano!

Myös nanoteknologialla on mullistavia mahdollisuuksia, joilla voidaan vaikuttaa teollisiin tuotantoprosesseihin. Isossa on kyse pienestä: yksi nanometri on vain metrin miljardisosa.

Teollisuudessa hyödynnetään jo lukuisia nanoteknologiaan perustuvia raaka-aineita. Nanomateriaaleja löytyy muun muassa kodinkoneista, tekstiileistä, elektroniikasta, ajoneuvoista ja urheiluvälineistä sekä aurinkovoiteista ja jopa laastareista.

Nanotekniikkaa käytetään hyväksi esimerkiksi vettä hylkivissä, steriileissä tai kovissa pinnoissa, lämpöä kestävissä komponenteissa, aurinkokennoissa, sensoreissa ja katalyyteissä. Lääketieteessä nanopartikkelit mahdollistavat täsmähoidon: lääkeaineita pystytään kohdentamaan haluttuun kudokseen tai solun osaan.

Näkymättömät riskit

Vaikka uudet teknologiat helpottavat jokapäiväistä elämää, nopeuttavat ja tehostavat työprosesseja sekä vähentävät tuotantokuluja, ne tuovat mukanaan myös uusia haasteita.

EU:n Riskiluotain-hankkeessa nanopartikkeleille ja pienhiukkasille altistuminen nostettiin uusien riskien kärkeen. Mahdollisista terveys- tai ympäristöriskeistä on kuitenkin vielä vähän tietoa. Tuoreet tutkimukset Suomessa tähtäävät uusien riskien havaitsemiseen, arvioimiseen ja hallitsemiseen.

Vastikään päättyneessä Työterveyslaitoksen (TTL) ja Helsingin yliopiston tutkimuksessa perehdyttiin nanohiukkasiin. Edellisten lisäksi Aalto-yliopisto on mukana hankkeessa, jossa tutkitaan eri työvaiheiden hiukkas- ja kaasupäästöjä 3D-tulostuksessa.

Sekä 3D-tulostuksessa että nanoteknologiassa vaarana ovat ultrapienet hiukkaset, joille voivat altistua niin työntekijät kuin tuotteiden loppukäyttäjät. Nanopartikkelit ovat alle sata nanometriä pienempiä hiukkasia, joten niitä on mahdoton havaita. Ne voivat kulkeutua helposti elimistöön tai ympäristöön hengityksen, ihon tai jonkin materiaalin kautta.

Ilman kautta elimistöön

Nanotutkimuksessa selvitettiin hiukkaslähteitä ja ilman hiukkaspitoisuuksia hiilinanoputkien tuotannossa, maalien ja vieheiden valmistuksessa sekä kukkakaupassa. Mittauksien mukaan hiukkasia syntyy prosesseissa, joissa hyödynnetään korkeita lämpötiloja. Tulosten perusteella nanohiukkaslähteet voivat huonontaa koko työympäristön ilmanlaatua.

Ilmassa leijailevien nanohiukkasten määrä lisääntyy uusien polttoaineiden, katalysaattorien ja teollisuusprosessien myötä. Ulkoilmasta peräisin olevat päästöt kulkeutuvat sisätiloihin, jos tuloilmaa ei suodateta. Tutkimuksen mukaan perinteiset pölyntorjuntakeinot vähentävät nanohiukkasille altistumista.

Myös 3D-tulostimet suoltavat ilmaan ultrapieniä hiukkasia. Tulostusmateriaalina käytetään muovia, metallia, keraamia tai lasia. Se johdetaan nauhana tai jauheena tulostuspäähän, joka sulattaa tai liuottaa materiaalin nesteeseen ja suihkuttaa sen kerroksittain tulostinalustalle. Työvaiheita on lukuisia, niistä jokainen voi aiheuttaa erilaisia riskejä.

Hiukkas- ja kaasupäästöjä tutkitaan kolmessa yrityksessä. Kaksi niistä soveltaa 3D-tulostustekniikkaa ja eri materiaaleja teollisuudessa, yksi on laitevalmistaja. Tulosten perusteella laaditaan ohjeistus, jonka avulla työskentely turvataan ja riskejä pystytään hallitsemaan.

Uhka terveydelle?

Elimistössä nanohiukkaset voivat johtaa vakaviin sairauksiin kuten keuhkotulehduksiin, verenkiertoelimistön häiriöihin ja syöpäriskiin. Lisäksi mangaani- ja titaanioksidihiukkaset pääsevät aivoihin nenässä olevien hajuhermosäikeiden kautta. Hiukkaset saattavat kerätä ympärilleen proteiiniplakkia, jonka on todettu olevan yhteydessä Alzheimerin tautiin.

Parhaillaan TTL:ssa on meneillään tutkimus, jossa selvitetään Alzheimerin ja Parkinsonin tautien ja työelämän yhteyttä. Yleistyvät aivojen rappeumasairaudet kehittyvät hitaasti, ja siksi tutkimustieto työperäisistä altistumis- ja sairastumisriskeistä on vielä vähäistä.

Tavoitteena on tutkia, lisääkö sairastumisriskiä pitkäaikainen altistuminen hermostolle myrkyllisille aineille. Laaja-alainen tutkimus koskee lisäksi lämmön, melun, säteilyn ja tärinän vaikutuksia sekä ergonomisia, psykososiaalisia tai elintapaan liittyviä tekijöitä. Olennaista on myös saada selville, sairastuvatko riskiryhmäläiset nuorempina kuin ne, jotka eivät ole altistuneet.

Ihmisluonteeseen kuuluu, että uusista teknologioista hullaannutaan ennen kuin uhkakuvia edes ajatellaan.

Hiukkaskylläs huominen

Kun tulevaisuudessa yhä enemmän arkea parannetaan 3D-tulostein ja nanomateriaalein, riskien lisääntyminen on selvää. Ihmisluonteeseen kuuluu, että uusista teknologioista hullaannutaan ennen kuin uhkakuvia edes ajatellaan.

Suomessa pyritään olemaan tutkimuksen eturintamassa. TTL:n Nanoturvallisuuskeskus on toiminut viitisen vuotta. Turvallisuustalkoissa ovat lisäksi mukana Terveyden ja hyvinvoinnin laitos, Ilmatieteen laitos, Suomen ympäristökeskus
ja Elintarviketurvallisuusvirasto.

Nanokomponentteja sisältäviä elintarvikkeita on jo markkinoilla USA:ssa ja Kiinassa, joten Evirakin on kiinnostunut uusista tuulista. Nanoteknologian avulla on mahdollista pidentää elintarvikkeiden elinikää ja parantaa tuotteiden laatua.

Tulevaisuudessa popsimme ruokaa, joiden pinnalla on näkymätön kalvo. Muovin kaltaisen nanomateriaalin ansiosta elintarvikkeen hyllyikä pitenee ja kauppias iloitsee vähäisestä hävikistä. Nanohiukkasiin perustuvat sensorit puolestaan estävät ruoan pilaantumisen kokonaan.

Science fiction ei ole enää kuvitteellista vaan hyvin lähellä todellisuutta. Mutta onko niin, että yhä sairaammat ihmiset elävät ikuista elämää?

Lähteitä ja kirjallisuutta:

The Economist 21.4.2012; Helsingin Sanomat 23.3.2013 & 30.4.2014; Nanoteknologia – innovaatioita huomisen hyväksi, Euroopan komissio 2007; Työ ja terveys Suomessa 2006, TTL 2007: Nanotekniikka ja turvallisuus, TTL 2015; Jätealan megatrendit ja haasteet Euroopassa, Tulevaisuuden tutkimuskeskus 2006; eluova.fi