1 Ettevõtete lisandväärtus töötaja kohta materjalitehnoloogia jaoks olulistes töötleva tööstuse alamsektorites





Joonistel esitatud ettevõtted on vähemalt viie registreeritud töötajaga, parema ülevaate saamiseks on andmetest jäetud välja üksikud suurettevõtted.

2 Koostöö ettevõtete vahel ja teiste sektoritega

Töötleva tööstuse mitmekesisuse tõttu puudub sektoril üks ühine ettevõtteid koondav katusorganisatsioon, vaid loodud on pigem mitu tööstusharu arendavat ja esindavat erialaliitu, nt Eesti Masinatööstuse Liit (EML, 41 liiget); Mehhatroonika Assotsiatsioon (MECA, 12 liiget);Eesti Plastitööstuse Liit (37 liiget); Keemiatööstuse Liit (52 liiget); Eesti Elektroonikatööstuse Liit (34 liiget); Tuuleenergia Assotsiatsioon (22 liiget + klaster); Eesti Materjalitehnika Ühing (EMÜ) jne.

Peamisteks koostöökeskusteks uutele tehnoloogiaettevõtetele ja idufirmadele on kujunemas teaduspargid (Tehnopol, Tartu Teaduspark, Põlevkivi Kompetentsikeskus), inkubaatorid ja kiirendid (Garage 48, TÜ ideelabor, Prototron, TTÜ Mectory jne), pakkudes nii infrastruktuuri võimalusi kui ka konsultatsioone tootearenduse ja ettevõtluse vallas.

Ettevõtete või sektorite omavahelise koostöö ja selle vormide kohta on raske üldistust tuua, kuid probleemiks võib pidada ekspordile suunatud ettevõtete vähest huvi jagada teavet oma tehnoloogilise võimekuse ja toodangu kohta. Samuti on sektoris oluline roll välisomanduses ettevõtetel, millel on väga tugev side emaettevõttega. Seetõttu ei ole ettevõtted tihti huvitatud kohalike ettevõtetega koostööst ning seda ei toetata ka kontserni tasandil. Teiseks koostööd takistavaks teguriks on laialdaste teadmistega kvalifitseeritud tööjõu nappus, mis pärsib uute sektorivaheliste koostööideede levikut ja uute tehnoloogiate sektoritevahelist ülevõtmist.

Nutika spetsialiseerumise raames avanevad uued võimalused nii valdkonnasiseseks kui ka valdkondadevaheliseks koostööks. Näiteks IKT-lahenduste rakendamisel töötlevas tööstuses ning uue materjalitehnoloogia kasutuselevõtul on väga suur roll nii tööstusautomaatika kui ka erinevate rakenduste väljatöötamisel (nt sensortehnoloogiad, erinevad turva- ja jälgimistehnoloogiad jms). Valdkonnaüleses koostöös on oluline roll nn targa maja tehnoloogiate arendamises, mis ühendavad endas eri seadmete töörežiimide juhtimises kasutatavad IKT-lahendused, uudsed materjalid taastuvenergia tootmises, kogumises ja sihipärases kasutamises ning konstruktsioonielementide lahendustes, valgustuses, viimistlusmaterjalides jpm.

Teatavaid spetsiifilisemaid võimalusi avaneb koostööks ka teistes valdkondades, näiteks paremate omadustega pakendimaterjalid tervisliku toidu säilitamiseks ja transportimiseks, sensortehnoloogiad biomeditsiini rakendusteks jms. Nano-biotehnoloogiad on globaalses mõttes väga kiiresti arenev suure potentsiaaliga, aga samas ka väga pikaajaline ja väga suuri ressursse ja kompetentsi nõudev valdkond, mida tuleb alati silmas pidada, kui vastavate arendustegevuste ja koostööprojektidega alustada.

3 Peamised teadus- arendustegevuse suunad ning koostööpartnerid

TA põhisuunad põlevkivisektoris:

  1. Põlevkivitööstust käsitlevate õigusnormide, keskkonnatasude ja -piirangute optimaalse struktuuri loomine. Arvestatakse Euroopa Liidu õigusakte.
  2. Põlevloodusvarade maksupoliitika arendamine. Arvestatakse Euroopa Liidu maksupoliitikat. Paindliku loodusvarade maksupoliitika loomisega oleks võimalik arendada põlevkivist energia tootmist kui ka muid tooteid, samas hoida keskkonda, luues töökohti ja saades kasu maksude näol.
  3. Uuenduslikud põlevkivitehnoloogiad energeetikas, keemiatööstuses ja ehitusmaterjalitööstuses. Põlevkivist toodetakse põlevkiviõli, mille vääristamine on väga oluline, arvestades fossiilkütustele seatavaid piiranguid. Praegu kasutatakse põlevkiviõli kütusena. Põlevkiviõli väärindamiseks on kaks alternatiivi: toota diislikütust või toota kõrgema lisandväärtusega tooteid.
  4. Põlevkivituha kasutusvaldkondade laiendamise uuring. Rakendusuuringu eesmärk on leida põlevkivituhale rohkem kasutusvõimalusi nii materjalitööstuses, elamuehituses kui ka teedeehituses. Uuringu eestvedajaks võiks olla Majandus- ja Kommunikatsiooniministeeriumi Maanteeamet ja ettevõtjad. Tuha kasutamine elamu- ja teedeehituses haakub elamumajanduse ja transpordivaldkonnaga.
  5. Poolkoksi kasutamine elektri tootmiseks. Poolkoksi kasutamine elektri ning elektri ja soojuse koostootmiseks olemasolevates elektrijaamades vajab rakendusuuringuid. Rakendusuuringu eestvedajaks on põlevkiviõli tootvad ettevõtjad.
  6. Uttegaasi töötlemine kasutamiseks elektri tootmisel gaasiturbiinis või gaasimootoris. Põlevkiviõli tootmise kõrvalsaaduse, uttegaasi efektiivsem kasutamine sõltub selle kvaliteedi vastavusse viimisest elektritootmisseadmetes ja torutranspordis kasutamiseks. Kuna uttegaasi koostisest ja selle ebastabiilsusest tulenevad probleemid ei võimalda hetkel uttegaasi kasutada gaasiturbiinides ja torutranspordil pika vahemaa taha, on vajalik läbi viia vastavad rakendusuuringud. Gaasimootoris ja gaasiturbiinis uttegaasi kasutamiseks on oluline uttegaasi puhastamine tasemele, mis võimaldab nende seadmete kasutamist, ning täiendavalt on vajalik uurida heitgaaside puhastamise võimalusi. Tegevus selles vallas kuulub ettevõtjate vastutusalasse. Rakendusuuringu eesmärk on leida uttegaasi kasutusvõimalused põletamiseks gaasiturbiinis, gaasimootoris ja gaasikatlas ning töötada välja suitsugaaside puhastusseadmed.
  7. Põlevkiviõli kesk- ja/või raskfraktsioonidest tehnoloogilise aktiivsöe tootmisvõimaluste väljaarendamine. Spetsiaalselt disainitud omadustega mikromesopoorne süsinik on praegu ja ka tulevikus kasutatav madaltemperatuursete kütuseelementide ja elektrolüüserite, superkondensaatorite ning liitium- ja naatriumioonpatareide elektroodide põhikoostiselement, mida vajatakse ülisuurtes kogustes. 5-metüülresortsiinist (põlevkiviõlidest toodetud reagent) toodetud süsinikaerogeel (koos disainitud omadustega mikromesopoorse süsinikuga) sobib ülihästi superkondensaatoritesse. (TÜ patendi kinnitamine on hetkel lõppjärgus.)
  8. Põlevkivi väärtuspüramiidi loomine. Ressursi kasutustõhususe suurendamiseks oleks seda vaja vääristada maksimaalselt, st toota suurema lisandväärtusega tooteid. Põlevkivi jaoks tuleks kujundada välja väärtuspüramiid, kus oleks näha tooted, mille eest saaks põlevkivist maksimaalset hinda.

4 Valitud materjalitehnoloogia rakendamise valdkonnad ja TA hetkeolukord

1. Nanotehnoloogiate rakendamine uutes materjalides

a) Nanostruktuursed materjalid on töötleva tööstuse seisukohalt kõige laiem ja samas suurimaid võimalusi pakkuv valdkond. Nanotehnoloogiate rakendamise eesmärk on täiustada või luua täiesti uute omadustega ja kasutusvõimalustega materjale väga erinevatele tööstusharudele. Juba olemasolevate toodete väärindamine nanotehnoloogiate kasutuselevõtuga võimaldab ettevõtetel oluliselt säästa tootmisel tooraine ja energiakulu (CO2-heite vähendamine kui ELi ja globaalne eesmärk). Nanotehnoloogiate arendamine ja rakendamine koostöös teadus- ja arendustegevusega võimaldab luua konkurentsieelise (intellektuaalomandi kommertskasutus) uute toodete, teenuste jms näol. Nanomaterjalide koostise alusel võib välja tuua kolm tulevikuväljavaatega suunda:

  • süsinikupõhised materjalid – rakendused seotud nanotorude (sensoorika, katalüütilised keskkonnad, elektroonika), 3D-süsinikstruktuuride, sh aerogeelide jt suure eripinnaga süsiniku vormide kasutamisega (suure mahutavusega akud, patareid, kütuseelemendid, superkondensaatorid, PV-paneelid jne). Lisaks fullereeni (ravimite transport, DNA manipulatsioonid), grafeeni (sensoorika, mikro- ja nanoelektroonika seadmed) ja sünteetilise teemandi kasutusvaldkonnad (triboloogia jne). Enim lisandväärtust võib oodata ettevõtetelt, mis on seotud meditsiini/biotehnoloogia, (opto)elektroonika, energeetikaga ning seadmete arendamise ja/või tootmisega;
  • metallipõhised materjalid – rakendused seotud erinevate metallioksiidide ja sulamite kasutuselevõtuga olemasolevates või uutes tehnoloogiates ja toodetes. Peamiselt elektriliste, optiliste ja mehhaaniliste omaduste manipulatsioonid. Uudsed või parendatud elektrijuhid (elektroonika), isolaatorid (elektroonika, optika), pooljuhid (sensoorika, PV-paneelid), katalüütilised (nn isepuhastuvad klaasid) ja antibakteriaalsed materjalid. Enim lisandväärtust võib oodata ettevõtetelt, mis on seotud (opto)elektroonika, energeetika ning masinaehitusega, samuti meditsiini (diagnostika, markermaterjalid, ravimite transport jne) ja kosmeetikaga (UV-kiirguskaitse);
  • komposiitmaterjalid, hübriidmaterjalid, polümeerid ja nanoosakesed – lahendused ja rakendused hõlmavad väga erinevaid valdkondi alates elektroonikast, ehitusest, energeetikast ja masinaehitusest kuni kosmeetika ja kodukeemiani välja. Olemasoleva või uue tehnoloogia ja toodete omaduste väärindamine nanomõõtmeliste osakeste ja struktuuride kasutuselevõtuga. Innovatsiooni rakendamisel võib lisandväärtust oodata kõigilt töötleva tööstuse ettevõtetelt.

b) Mikro- ja nanofiibrid ning -kiud – sarnaselt komposiit- ja hübriidmaterjalidele on lahenduste arendamise ja rakenduste valdkond äärmiselt lai. Täpsustavalt võib välja tuua keemiatööstuse (filtrid, membraanid, ehituskeemia), ehituse (ehitusmaterjalid, segud jms) ning sensoorika (fiibrite ja kiudude selektiivne modifitseerimine).

c) Haruldased muldmetallid – nanotehnoloogiate rakendamine on äärmiselt oluline looduslikult piiratud tooraine kättesaadavuse tõttu. Lahenduste arendamine ja rakenduste väljatöötamine enamasti (opto)elektroonikas (magnetmälud, -salvestus, IKT, optiline side), energeetikas (päikesepaneelid, energia salvestamine, püsimagnetid elektrimootoritele, sh tuulegeneraatoritele, autotööstusele) ja meditsiinis (magnettomograafia, diagnostika, markerid). Enim lisandväärtust võib oodata ettevõtetelt, mis on seotud elektroonika, energeetika, meditsiini/biotehnoloogiaga ning seadmete arendamise ja/või tootmisega.

2. Pinnakattetehnoloogiate rakendamine

Pinnakattetehnoloogiate arendamise ja rakendamise eesmärk on tooraine- ja energiamahukate töötlemisviiside asendamine meetoditega, mis võimaldavad lokaalset pindade funktsionaliseerimist eraldiseisvate pinnakatetena või komplekssete kihiliste kilestruktuuridena (sh nanolaminaadid ja segumaterjalid). Peamised töötleva tööstuse valdkonnad, kus nutikas spetsialiseerumine erinevate pinnakatete rakendamise abil võiks enim kasu tuua, on järgmised:

a) metallitööstus, masina- ja seadmeehitus jt seotud valdkonnad – korrosiooni- ja hõõrdekindlad katted, kõvapinded jne;

b) energeetika – taastuvenergia lahendustes päikeseaktiivsed ja kaitsvad katted (nn difusiooni barjäärid) nii PV-paneelide kui ka soojakollektorite jaoks;

c) (opto)elektroonika ja optika – juhtivad või isoleerivad pinded komponentidele, seadistele, elektro-optilised katted/keskkonnad, selgendavad ja peegeldavad pinnakatted; 

d) keemiatööstus – UV- ja kulumiskindlad värvid, lakid jms, täidismaterjalid ja adhesiooni parandavad pinnakatted, nanostruktuursed membraanid gaasidele ja vedelikele, difusiooni barjäärid jne;

e) puidutööstus ja ehitus – valmistoodete või ehitusmaterjalide pinnakatted vee- ja tulekindluse suurendamiseks. Ehitusmaterjalide antibakteriaalsed pinnakatted seente ja hallituse vastu;

f) meditsiin – bioühilduvad pinnakatted implantaatidele ja muudele mittekehaomastele detailidele, nt liigesproteesid. Antibakteriaalsed katted meditsiinitarvikutele, tööriistadele jne. Dekoratiivsed pinnakatted esteetilise välimuse parandamiseks;

g) kergetööstus – kanga hüdrofoobsuse või hüdrofiilsuse varieerimine (nn plekivaba riie). Kangakiudude modifitseerimisel ka muude omaduste muutmine, nt elastsus, vastupidavus, hingavus jne;

h) toiduainetööstus – õhutihedam pakendamine ja antibakteriaalsete katetega pakendimaterjalide (erinevad polümeerid, paberid, alumiiniumfoolium jne) kasutamine toiduainete pikemaks säilitamiseks. Antibakteriaalsed katted toiduainete tootmisel ning käitlemisel kasutatavatel seadistel ja liiniosistel;

i) muud pindade modifitseerimised – profileerimine, nanotasandil struktureeritud pindade loomine, erinevate litografeerimismeetodite kasutamine.

Tabelis 1 kasutatavad lühendid: TAK – tehnoloogiaarenduskeskus; RU – rakendusuuring; TOA – tootearendus; FU – fundamentaaluuring; KL – klaster.

Tabel 1. Valitud materjalitehnoloogia rakendamise valdkonnad ja TA hetkeolukord


ValdkondRakendus-
valdkond
Valdkonna praegune majanduslik tähtsusValdkonna
majanduslik
tulevikupotentsiaal
TA aktiivsusRahvus-
vahelised trendid
Võimalik rakenduslik meede
Nano-
tehnoloogiate
rakendamine uutes materjalides

Nanostruktuursed süsinikmaterjalid

Kütuseelemendid

Väga väike. Sisuliselt tegeleb valdkonnaga üks väikefirma

Suur, aga riskantne. Sõltub suurel määral energeetika üldistest trendidest

Stabiilne. On üks kõrge-
tasemeline grupp

Stabiilne

RU, FU


Haruldased muldmetallid








Nanostruktuursed süsinikmaterjalid

Superkondensaatorid

Väga väike. Sisuliselt tegeleb valdkonnaga üks väikefirma

Suur, aga riskantne. Sõltub suurel määral energeetika üldistest trendidest

Stabiilne. On üks kõrge-
tasemeline grupp

Stabiilne

RU, TOA


Nanostruktuursed süsinikmaterjalid

Süsinik-  ja polümeerfiibrite rakendamine polümeer-
komposiitides (laevaehitus, ehitus, sõidukite varuosad, militaartehnoloogia, lennundus jms)

Keskmine. On hulk väiksemaid firmasid, mis tegelevad polümeer-komposiitide rakendamisega

Väga suur.
Metallosade asendamine kergkaaluliste komposiit-
materjalidega on kiiresti kasvav trend väga paljudes valdkondades

Kasvav

Kasvav

TAK, RU, TOA, KL (nt laevaehituse klaster)


Mikro- ja nanofiibrid








Nanostruktuursed süsinikmaterjalid

Elektroonika

Väga väike (olematu)

Kõrge riskiga ja ennustamatu

Suur

Väga kiiresti kasvav

FU

Nanostruktuursed süsinikmaterjalid

Süsinikstruktuuride ja fiibrite rakendamine tekstiilimaterjalides (tehnilised tekstiilid, militaartehnoloogia jms)

Suur. Tekstiilitööstus on jätkuvalt oluline majandussektor

Väga suur.
Tehnilised tekstiilid on väga kiiresti kasvav valdkond

Kasvav

Kasvav

TAK, RU, TOA, KL (nt tekstiili-
materjalide klaster)


Mikro- ja nanofiibrid








Nanostruktuursed süsinikmaterjalid

Süsinik-  ja polümeerfiibrite ja teiste süsinikstruktuuride rakendamine komposiitsetes ehitusmaterjalides

Väga suur. Ehitusmaterjalide tööstus on väga oluline sektor

Stabiilselt kasvav.
Komposiitmaterjalid võimaldavad oluliselt mitmekesistada ehitusmaterjalide valikut

Stabiilne

Stabiilne

TAK, RU, TOA, KL (nt ehitusmaterjalide klaster)


Mikro- ja nanofiibrid








Komposiit-
materjalid

Kulumiskindel keraamika

Keskmine

Stabiilne

Stabiilne

Stabiilne

TAK, RU, TOA, KL (nt tööriistade või masinatööstuse klaster)


Haruldased muldmetallid 

Magnetmaterjalid

Väga väike

Kõrge riskiga ja ennustamatu

Väike 

Kasvav

FU, RU

Pinnakatte-
tehnoloogiate rakendamine funktsionaalsete pindade valmistamiseks

Korrosiooni-
kindlad pinnakatted

Metalli- ja masinatööstuses kasutatavad kõrgtehnoloogilised pinnakatted või -kiled

Suur. Valdkonnast on huvitatud suur osa metalli- ja masinatööstusest, mis on väga oluline sektor

Stabiilselt kasvav

Stabiilne

Stabiilne

TAK, RU, TOA, KL (nt tööriistade või masinatööstuse klaster)



Reaktiivsetes keskkondades kasutatavad pinnakatted

Keskmine

Stabiilselt kasvav

Kasvav

Stabiilne

FU, RU


Elektrooptilised pinnakatted

Klaasitööstuses kasutatavad funktsionaalsed pinnakatted

Keskmine

Suur. Klaasi kasutamine ehitusmaterjalina on kasvav trend ja valitseb suur nõudlus funktsionaalse klaasi järele

Kasvav

Kasvav

FU, TAK, RU, TOA


Kulumisvastased pinnatehnoloogiad

Metalli- ja masinatööstuses kasutatavad kõrgtehnoloogilised pinnakatted või -kiled

Suur. Valdkonnast on huvitatud suur osa metalli- ja masinatööstusest, mis on väga oluline sektor

Suur

Stabiilne

Stabiilne

FU, RU, TAK


Muud funktsionaalsed pinnakatted

Väga lai spekter võimalikke valdkondi

Ennustamatu

Ennustamatu

Kiiresti kasvav

Kiiresti kasvav

FU, RU


5 Niššide valiku kriteeriumi täpsustused

Olulisemad aspektid materjalitehnoloogia niššide valikus

  • Uute kõrgtehnoloogiliste materjalitehnoloogiate arendamine ja rakendamine on üks olulisi võimalusi töötleva tööstuse ja muude majandussektorite arendamiseks.
  • Töötlev tööstus on Eesti majandussektoritest üks kõige olulisemaid ja kõige suurem, mis moodustab märkimisväärse osa SKPst, tööhõivest ja ekspordipotentsiaalist.
  • Materjalitehnoloogia arendamine on Euroopa arendusprogrammide üks võtmevaldkond 1.
  • Materjalitehnoloogia kasutuselevõtu kaudu suureneb ettevõtluse lisandväärtus ja efektiivsus.
  • Uute materjalitehnoloogia kasutuselevõtu abil on võimalik saavutada üleeuroopaliste sotsiaal-majanduslike poliitikavaldkondade eesmärke (CO2-heite vähendamine, heaolu suurendamine, ressursisäästlik tõhus majandus jne).
  • Eesti TA-asutustes on väga hea materjaliteaduse ja -tehnoloogia alase uurimistöö võimekus ja kompetents ning materjaliteadused on seatud esmatähtsaks uurimisvaldkonnaks.
  • Töötleva tööstuse ettevõtetes kasvab huvi materjalitehnoloogia alase arendustöö vastu.

Materjalitehnoloogia töötleva tööstuse määratlus

Materjalitehnoloogia on seotud traditsiooniliste ja uute materjalide rakendamisega väga erinevates toodetes ja tehnoloogiates. Kuigi tänapäeval leiavad uued materjalid rakendamist eri valdkondades, alates toiduainetööstusest lõpetades IKTga, on materjalitehnoloogia peamine ja kõige olulisem rakendusvaldkond töötlev tööstus. Töötlev tööstus on Eesti majandussektoritest siiani üks kõige olulisemaid ja kõige suurem sektor, mis 2014. aasta I kvartalis moodustas 629,4 miljoni euroga 13,1% SKPst 2. Töötleva tööstuse toodang moodustab samuti suurema osa Eesti ekspordist ja olulise osa Eesti tööhõivest ning lisandväärtusest. Peamised töötleva tööstuse valdkonnad (EMTAK 2008 järgi) on järgmised:

  • tekstiili- ja nahktooted
  • metalltooted ja masinad, sõidukid ning seadmed
  • puidutöötlemine ja puittooted, paber ja pabertooted
  • plastik- ja kummitooted
  • keemiatooted
  • mittemetalsetest mineraalidest tooted
  • toiduained ja joogid
  • elektriseadmed
  • mööbel

Materjalitehnoloogia seisukohalt on olulised esimesed kuus loetletud valdkonda. Kuigi eelnevalt on mainitud ka toiduaine- ja joogitööstuse võimalikku huvi uute materjalide vastu, eeskätt näiteks seoses uute innovaatiliste pakendite kasutamisega, hõlmab vastav temaatika polümeeride, tselluloosi- või näiteks tekstiilitehnoloogiaid ning on seetõttu seotud ka vastavate tööstusharudega. Peamised kodumaised looduslikud toormaterjalid on põlevkivi, ehitusmaterjalitööstuses kasutatavad mineraalid (savi, lubjakivi, dolomiit ja liiv), haruldased muldmetallid ning puit.

6 Eestvedavad piirkonnad

Materjalitehnoloogia globaalsete liidritena võib vaadelda kõiki suuri majanduspiirkondi ja riike nii Ameerika Ühendriikides, Aasias kui ka Euroopas. Tehnoloogia võimekuse, investeerimismahtude ja TAI-kompetentside osas eristuvad selgelt USA, Lõuna-Korea, Jaapan ning Saksamaa. Väga kiiresti on viimastel aastatel arenenud Hiina materjalitehnoloogiline võimekus ja materjalide tootmine nii toodete kvantiteedi kui ka kvaliteedi osas.

Valdkonna ettevõtluse mitmekesisus ei võimalda üldistada globaalseid suundumusi ja eri sektorites on erinevad globaalsed liidrid ja eeskujud. 

Eesti teadus- ja arendustegevuse (TA) ning ettevõtluse tugisüsteem on paljuski eeskujuks seadnud Skandinaavia vastavad struktuurid. Skandinaavia positsioon materjaliteaduse ja -tehnoloogiate valdkonnas on kahtlemata väga tugev ja arenev. Samas on areng seal viimastel aastatel mõnevõrra aeglustunud, mistõttu on otstarbekas jälgida arenguid ka mujal Euroopas ja teistes piirkondades. Kuigi kõige efektiivsem ja ettevõtlusele suunatud TA- ja tehnoloogiaarendustegevus toimub USAs, seavad suured vahemaad ja TA-süsteemide erinevus sealsele koostööle teatavad piirangud. Peamiseks üldiseks suunanäitajaks teadus- ja arendustegevuses on ELi poliitika, millega haakumine annab meie tegevusele kõige tugevama ja efektiivsema rahvusvahelise väljundi. Sidemed Euroopa arengusuundadega annavad kaudselt ka ettevõtlusele teatavaid eeliseid rahastamisvõimaluste, partnerite ja turgude leidmisel. Lähinaabritest ei tohiks ignoreerida ka arenguid Venemaal, kus TA moderniseerimisprogrammide ja Rosnano programmi toel on viimastel aastatel investeeritud väga palju TA infrastruktuuri ja ka inimressursside arendamisse. Vene teadus- ja arendustegevuse gruppidega koostöö rõhuasetus on aga eeskätt teadusprojektidel, mis on ajalooliselt nende tugevam külg, ja vähem tehnoloogia, eriti tööstustehnoloogia arendamisel. Ajalooliste sidemete ja sarnase taseme tõttu annab teatavaid võimalusi koostöö Balti riikide vahel, mis aga ilmselt ei kujune määravaks teguriks eelseisva perioodi materjaliteaduse ja -tehnoloogia arengusuundumustes.

7 Kasvuvaldkonna positsioon väärtusahelas

Väärtusahela kirjeldamisel on üldiseks probleemiks osapoolte vähene seotus ja koordineerimatu tegutsemine. Majandustegevuse lisandväärtuse tõhusaks suurendamiseks on otstarbekas keskenduda uute ja innovaatiliste materjalide kasutuselevõtu toetamise ja arendamise puhul valdkondadele, millel on piisavalt võimekust tehnoloogiate rakendamiseks, st keerulisemad ja kallimad tehnoloogiad peaksid olema orienteeritud eeskätt traditsioonilistele sektoritele, kus ettevõtted on keskmiselt suuremad ja suurema majandusliku võimekusega. Edukuse peamiseks kriteeriumiks tuleb pidada lisandvääruse mahtu ja dünaamikat, sõltumata sellest, kas tegemist on allhanke või lõpptarbijale suunatud tootega. Töötleva tööstuse valdkonnas ei ole otstarbekas teha nende vahel ranget vahet, sest on piisavalt näiteid väga kasumlikust allhanketegevusest ja kiratsemisest lõpptarbijale suunatud turul. Seetõttu on traditsioonilises mõttes toote või teenuse määratlus mõnevõrra eksitav ning see ei anna tõest pilti ettevõtte võimekusest. Toote või teenuse eristamine mahulise skaleeritavusena (skaleeritavuse all peame silmas võimet kasvatada müügi- ja tootmismahtu nii, et tootmiskulud kasvavad müügimahu kasvuga võrreldes olulisemalt aeglasemas tempos) ei ole piisavalt asjakohane, sest tööstuse seisukohalt peab väljund olema igal juhul skaleeritav. TA-valdkonna olukorda Eestis võib pidada suhteliselt rahuldavaks. Tänu avaliku sektori suurtele investeeringutele viimasel kümnendil eesmärgiga toetada materjaliteaduse ja -tehnoloogia alast teadus- ja arendustegevust on vastav valdkond konkurentsivõimeline ka Skandinaavia ja Euroopa Liidu keskmisega võrreldes. Probleemideks on TA vähene orienteeritus ettevõtlusele ja kõrgelt kvalifitseeritud tööjõu vähesus. Eestis on edukaid ettevõtteid, kes on juba jõudmas/jõudnud väärtusahela tippu, kuid suur osa ettevõtetest tegutseb veel algfaasis teadus- ja arendustegevusega.

Põlevkivisektori ettevõtetel on suund keerukamate väärtusahelate (elekter → soojus → õli → keemiatooted → ehitusmaterjalid jne) kasutuselevõtuks ning põlevkivi suuremale väärindamisele mitmekesisema ümbertöötluse kaudu erinevate kõrvalsaaduste saamiseks (vt põlevkivi väärindamise skeem).



Põlevkivi väärindamise skeem

Skeemil on toodud praegu töös olevad põlevkivi töötlemise ja väärindamise võimalused ning samuti katsetamise järgus olev põlevkivi hüdrogeenimine vesinikuga. Põlevkivi koksistamine oli kasutusel eelmisel sajandil ning skeemil on seda näidatud kui võimalikku hetkel mittekasutatavat lahendust.

8 Inimressursside täiendamine

Põlevkivi väärindamine

Põlevkivi kui ressursi väärindamiseks on vaja suurendada valdkonnas tegutsevate kõrgharidusega spetsialistide ja rakendusliku kõrgharidusega spetsialistide arvu. Eriti oluline on vastava hariduse andmine kaevandamise ja kütuste keemia- ja tehnoloogiaerialadel. Samuti on vajalik kasvatada uus põlvkond teadlasi põlevkivikeemia alal.

Suurendada tuleb rakendusliku kõrgharidusega töötajate arvu uute õlitootmisseadmete ehitamisel. Kasutada tuleb maksimaalselt TTÜ Virumaa Kolledžit ja Põlevkivi Kompetentsikeskust. Suurendama peaks kõrgharidusega spetsialistide arvu, kasutades TTÜ Mäeinstituudi ja Virumaa Kolledži õppebaasi.



(Allikas: „Energeetika tööjõu uuring“, Praxis, Tartu Ülikool, 2011)

Baasstsenaarium 1 – olemasolevate trendide jätkumine; baasstsenaarium 2 – põlevkiviõli mahtude kasv; positiivne stsenaarium – elektritootmine kasvab; negatiivne stsenaarium – elektritootmine väheneb.

Suurim muutus on tingitud kaevemahtudest. Eesti õlitootmise kasvu puhul on vaja vaadata positiivse stsenaariumi arvnäitajaid. Seega on perioodil 2010–2020 vaja 1288 uut töötajat ja asendamist vajab 6086 töötajat (Praxis 2011).

Kõrgtehnoloogilised materjalid

Uue materjalitehnoloogia rakendamise efektiivsus sõltub otseselt ettevõtluses osalevate vähemalt kõrgharidusega töötajate olemasolust. Võrreldes ELi keskmisega on meie kõrgkoolides matemaatika ja loodus- ning täppisteaduste valdkonna lõpetanud tudengite suhtarv üsna rahuldav (2012. aastal vastavalt 22,8% ja 22,1% Eurostati andmetel). Küll aga jääme märkimisväärselt maha arenenud tööstusriikidest (Soome 27,6%, Saksamaa 27,3%, Rootsi 26,7%, aga ka näiteks Sloveenia 24,7%). Seega peaks üheks peamiseks inimressursside arendamise tegevuseks olema kõrgkoolides loodus- ja täppisteaduste ning insenertehnilistel erialadel õppivate tudengite arvu suurendamine vähemalt 25%ni tudengite üldarvust. Suhteliselt sarnane on olukord ka kõrgema astme haridustasemetega. Näiteks moodustab loodus- ja täppisteaduste ning insenertehnilistel erialadel õppivate doktoriastme üliõpilaste koguarv 0,62% 20–29aastaste inimeste koguarvust (ELi keskmine 0,49%). Samas aga juhtivates tööstusriikides on vastav näitaja märkimisväärselt kõrgem: Saksamaa 0,99%, Soome 1,3%, Šveits 0,84% ja ka näiteks Tšehhi 0,87%. Kuna just doktorikraadiga tööjõud aitab kõige efektiivsemalt kaasa n-ö läbimurdetehnoloogiate rakendamisele, on otstarbekas suurendada vastavate erialade doktoriõppes olevate üliõpilaste suhtarvu vähemalt 0,7%ni. Samas peaks sellele meetmele lisaks rakendatama eelkõige idufirma tüüpi innovaatiliste väikefirmade toetamise meetmeid, sest naaberriikide kogemus näitab, et välistatud ei ole nn ülekvalifitseeritud tööjõu tekkimine, sest traditsioonilise ettevõtluse võimekus doktorikraadiga tööjõu efektiivseks kasutamiseks ei ole väga suur.



Teadus- ja arendustegevusega seotud töötajad materjalitehnoloogiaga tegelevas ettevõtlussektoris (EMTAK 2008 alusel)

Ligikaudu 50% doktorikraadiga töötajatest kõnealuses valdkonnas on hõivatud arvutite, elektroonika- ja optikaseadmete tootmises. Ülejäänud sektorite doktorikraadiga inimeste osakaal kõigub aastate lõikes olulisel määral. Oluliseks teguriks tööjõuressursi arendamisel tuleb eelseisval perioodil pidada töötlevas tööstuses hõivatud teadus- ja arendustegevuse ning insener-tehnilise tööjõu täiendkoolitust. Nn elukestva õppe aktiivsuse poolest jääme arenenud tööstusriikidest maha 1,2–1,5 korda, olles enam-vähem ELi keskmisel tasemel. Arvestades materjalitehnoloogia väga kiiret ja kohati murrangulist arengut viimase paarikümne aasta jooksu, on täiendkoolituse läbiviimine hädavajalik, et tagada ettevõtluses piisavalt kiire uute tehnoloogiate rakendamine. Samas tuleb väga suurt rõhku panna täiendkoolituse kvaliteedile ja ettevõtlussektori jaoks sobivatele formaatidele, et tagada koolituste võimalikult suur tulemuslikkus. Samuti on otstarbekas toetada erinevaid teadmiste ja teabe vahetamise meetmeid, nagu infopäevad, messide külastamised, konverentsid, seminarid jms, mis soodustaksid teadlaste ja ettevõtete TA-valdkonna töötajate omavahelisi kontakte ja efektiivset teadmiste vahetust sektorite vahel.

9 EAS-i ja materjalitehnoloogia teadus- ja arendustegevuse programmi (MTAP) kaudu toetatud TA-projektid materjalitehnoloogia niššides

TA valdkond/teema

Teaduspartner

Ettevõtluspartner

TA rahastus

Nanostruktuursed süsinikmaterjalid

Functionalization of carbon nanomaterials: synthesis, characterization and application

TÜ, KBFI

Elcogen (4)

Estrotech(2)

MTAP

Li-Con

Skeleton Technologies, TTÜ

United Armaments International OÜ

MTAP

Smart aerogels based on the nanostructured wood Cellulose - SMaCell

TTÜ, TÜ, TLÜ, KBFI

Estonian Cell

Suva

MTAP

Electroactive nanoporous carbon composite films technology

TÜ, TTÜ

Estiko Plastar, Estrotech, Skeleton Technologies

 MTAP

Applications of carbon and other nanostructures

NanoTAK, TÜ

BaltOil AS, Haine Paelavabrik, CPS

EAS

Mikro- ja nanofiibrid

Carbon Nanotube Reinforced Electrospun Nano-fibres and Yarns

TTÜ, TÜ

Esfil Tehno

Estiko Plastar AS

Fein-Elast Estonia

MTAP

Applications of micro- and nanofibres

TÜ, NanoTak

Estiko Plastar, Haine Paelavabrik, Samelin

EAS

Komposiitmaterjalid

NanoCom – Nano-geometry and entanglement for design and prototyping of ceramic-based high-performance nano-composites

TTÜ, TÜ

Metallurg Engineering

Sumar

Desintegraator Tootmise

MTAP

Smart Composites – Design and Manufacturing

TTÜ

Defendec OÜ, Goliath Wind OÜ, Kasse Paadid OÜ, Lindvart OÜ, Luksusjaht AS, MMG Taastusravi OÜ

MTAP

Haruldased muldmetallid

Permanent magnets for sustainable energy application (MagMat)

TTÜ, KBFI

Molycorp Silmet, ABB

MTAP

Synthesis, characterisation and application of activated rare-earth compounds in synthetic

fuel synthesis reactors and other high-tech devices

Elcogen (4)

MTAP

Energiatehnoloogiate materjalid

Efficient plasmonic absorbers for solar cells

TTÜ, TÜ

Naps Solar Estonia OÜ

MTAP

Advanced material technologies for GaAs-based electronic devices

Clifton AS

MTAP

Novel smart glass concept for energy efficient buildings

Andrese Klaas OÜ

MTAP

Kesterite materials for PV: investigation of mechanism and kinetics of formation of materials and their fundamental properties

TTÜ, TÜ

Crystalsol OÜ

MTAP

Kuluefektiivse päikesepatarei väljaarendamine

TTÜ

Crystalsol OÜ

EAS

Increasing the efficiency of CZTS semiconductor material

TTÜ

Crystalsol OÜ

EAS

Applied research on the opportunities of using ALD method for SOFC production

 

Elcogen

EAS

SOFC tööstusliku prototüübi väljatöötamine

 

Elcogen

EAS

Nanoscale materials for sensor applications

NanoTAK, TÜ

Estiko Plastar, Printcenter Eesti

EAS

Elektro-optilised pinnakatted

Läbipaistvust muutva klaasi tootmistehnoloogia väljatöötamine

TÜ, NanoTak

Andrese klaasid AS

EAS

Passiivne elektripinge mõjul värvust muutev materjal – laboratoorne ekraanimudel

Visitret Displays

EAS

Kulumisvastased pinnatehnoloogiad

Development of advanced coatings and polymer-ceramic composites for road construction machinery wear parts (WearHard)

TTÜ

Paide Masinatehas

Meiren engineering

MTAP

Advanced Thin Hard Coatings in tooling

TTÜ, EMÜ

Metaprint, Norma, MP & Partners Engineering Terätoimituse Eesti, Kitman

MTAP

High-tech anti-wear coatings based on nanoparticles/ionic liquid combination for metal and engineering industries (TRIBOFILM)

TÜ, TTÜ

BaltOil

MTAP

Multifunktsionaalsed (sh bioühilduvad ja antibakteriaalsed) pinnakatted

New luminescent materials in monitoring of dialysis

Ldiamon

MTAP

Soft materials for miniaturizable wearable sensory and feedback applications in sports and rehabilitation

Sportlyzer

MTAP

Thin nanomaterial coating for functionalising and protection of metal surfaces

Micro Fix OÜ

MTAP

9 Kaasamine

Eesti Arengufondi nutika spetsialiseerumise (NS) kaasamine toimub kolmel tasemel: individuaalsed kohtumised, fookusgruppide (FG) kohtumised, üldine teavitamine ja tagasiside küsimine (nt kodulehel). Koosseisud muutuvad vastavalt vajadusele.

Fookusgruppide kaudu on kaasatud nii ettevõtjaid, teadusasutuste esindajaid, riigi esindajaid kui ka teisi osapooli.

Kaasamistegevuse tulemusena kogutud sisend viiakse NS juhtkomiteesse:



Joonis 1: Nutika spetsialiseerumise kaasamistegevused

Ressursside väärindamise valdkonnas toimuvad kaasamistegevused järgneva loogika alusel:



Joonis 2: Ressursside väärdinamise kaasamistegevused

Fookusgruppide koosseisud materjalitehnoloogiate ja põlevkivi teemadel olid järgnevad:

Põlevkivi FG

  1. Arvi Hamburg TTÜ
  2. Aargo Rosin TTÜ
  3. Kalle Pirk TTÜ K-J
  4. Erik Puura TÜ
  5. Sandor Liive EE
  6. Indrek Aarna EE
  7. Priit Rohumaa VKG
  8. Kalev Kallemets VKG
  9. Marti Hääl Alexela
  10. Meelis Münt KKM
  11. Timo Tatar MKM
  12. Hardo Lilleväli HTM
  13. Andre Lindvest Marbelinvest

Nanotehnoloogiate ja energeetika FG

  1. TÜ (Jaan Aarik, Väino Sammelselg, Enn Lust, Alvo Aabloo) 
  2. TTÜ (Enn Mellikov, Mihkel Koel) 
  3. Eesti Elektroonikatööstuse liit (Arno Kolk) 
  4. AS Elcogen (Enn Õunpuu) 
  5. Skeleton Technologies OÜ (Taavi Madiberk) 
  6. Haine Paelavabrik OÜ (Andres Hoop) 
  7. CPS OÜ, Sense OÜ (Tarmo Tamm)

Pinnakatete ja metalli FG

  1. TÜ (Jaan Aarik, Väino Sammelselg) 
  2. TTÜ (Tauno Otto, Jüri Riives, Renno Veinthal) 
  3. Eesti plastitööstuse liit (Jaanus Tärnov) 
  4. BLRT (Marina Mihejeva) 
  5. Deck Engineering (Dmitri Jekimov) 
  6. Norcar (Juhan Anvelt) 
  7. Metallieksperdid OÜ (Kaia Talvik)

Valdkonna-ülene FG

  1. Tehnopol (Kaija Valdmaa)
  2. Tartu Teaduspark (Karl Viiol)
  3. Kaitsetööstuse klastrijuht (Anu Eslas)
  4. Eesti Nanotehnoloogiate Arenduskeskus AS, ENCC (Rünno Lõhmus)
  5. Innovaatiliste Masinaehituslike Tootmissüsteemide Tehnoloogiate Arenduskeskus, IMECC (Tõnu Lelumees, Jüri Riives, Jaak Lavin)
  6. Eesti Keemiatööstuse Liit (Hallar Meybaum)
  7. ETAG (Raimo Uus)

LISAD