sustainable chemistry

Kierrätystä kemian keinoin

Oulun yliopiston Kestävän kemian tutkimusyksikkö tähtää teollisuuden sivutuotteiden hyödyntämiseen. Parhaassa tapauksessa jätteestä jalostetaan ympäristöystävällinen tuote: esimerkiksi alkaliparistomassasta syntyy lannoitetta.

Kemia ja teollisuus. Yhdistelmä tuo mieleen raa’an hyödyntavoittelun, joka viittaa kintaalla ympäristölle. Kestävän kemian tutkimusyksikön johtaja, professori Ulla Lassi päivittää käsityksen.

”Vihreän kemian periaatteita luotiin jo 1980-luvulla. Nykyään lähes kaikki alan tutkimus tähtää kestävyyteen, esimerkiksi öljypohjaisten raaka-aineiden korvaamiseen biopohjaisilla.”

 Muutos havainnollistuu Kestävän kemian tutkimusyksikössä. Se perustettiin nimellisesti 2015, mutta ensimmäiset tutkimusprojektit alkoivat jo kymmenisen vuotta sitten. Nyt niitä on takana kymmeniä.

”Kehitämme teollisuuden sivutuotteista hyödyntämiskelpoisia tuotteita, lähinnä akkukemikaaleja, vedenpuhdistuskemikaaleja ja katalyyttimateriaaleja. Aika harvoin poikkeamme näiden ulkopuolelle”, professori kertoo.

Kyse on siis kierrätyksestä kemian keinoin. Tarve ja aloite kumpuavat yleensä elinkeinoelämän piiristä; tutkimusyksikkö tekee paljon yhteistyötä kaivannais-, metalli- ja kemianteollisuuden kanssa.  

Taustalla on yritysten halu hyödyntää sivutuotteita taloudellisesti ja jalostaa niitä omaan käyttöön tai myyntiin. Myös yhteiskunnalliset ohjauskeinot vaikuttavat: uusiokäytöllä voi välttää jäteveron, kun vaikkapa jäteluokitellusta kuonasta jalostuu uusi tuote.

Lassi kutsuu yksikön työtä ”tieteellisten tutkimustulosten tuotteistamiseksi”. ”Tuloksena ei aina ole jokin aine, vaan tuote voi olla myös menetelmä tai prosessi. Esimerkiksi jos yrityksen prosessiin kuuluu kallis ja ympäristölle haitallinen kemikaali, haemme korvaavan kemikaalin, joka säästää kustannuksia ja tuo yritykselle vihreää imagoa.”

 

Sivutuotteen kierrätyksessä myös kannattavuus ratkaisee

 

Sivutuotteiden kierrätys edistää jo sinänsä kestävyyttä: se säästää raaka-aineita ja niiden primäärituotantoon tarvittavaa energiaa. Eräs esimerkki on teräksen valmistuksessa syntyvä vanadiinipitoinen kuona, josta saatavan vanadiinin voi uusiokäyttää terästeollisuudessa sekä akuissa.

Vanadiini ja muut metallit kuuluvat yksikön pääasialliseen tutkimusalaan, epäorgaaniseen materiaali- ja prosessikemiaan. Orgaanista kemiaa edustaa esimerkiksi sahanpurusta kehitettävä vedenpuhdistusmateriaali. Orgaanisella puolella kestävyys liittyy usein siihen, miten välttää jätebiomateriaalin polttaminen energiaksi. Aihe näkyy nyt tutkimustrendinä, Lassi sanoo.

”Monia biopohjaisia massoja, joita menee polttokattiloihin, on otettu uudelleen tutkittaviksi, jotta niille löytyisi hyödyllisempiä käyttötapoja. Tunnetuimpia esimerkkejä tästä ovat biokomposiitit, joita valmistetaan sellu- ja sahateollisuuden sivuvirroista. Energiakäytön pitäisi olla toissijainen vaihtoehto, jos arvokkaampaa käyttöä ei löydy.”

Joskus tutkimuksen tulos voi olla se, että tulokseen ei päästä: vesien lääkeainejäämien käsittelyssä välituote onkin lähtömateriaalia myrkyllisempi, vedenpuhdistuskemikaalista liukenee haitta-aineita, stabiiliuden kanssa on ongelmia… tai tuote ei yksinkertaisesti ole kannattava.

”Yrityksen on otettava huomioon lupaviidakko ja prosessin ylösajo. Lisäksi sivuvirrat ovat teollisuudessa yleensä valtavia, ja niistä valmistettavien tuotteiden kysynnän pitäisi olla samassa suuruusluokassa. Puhutaan tonneista, kilot eivät useinkaan kiinnosta. Tässä mennään joskus eri suuntiin: tieteessä pyritään löytämään uusi tulos, mutta se mikä on julkaisun arvoista, ei välttämättä kiinnosta yrityksiä.”

 

Uusi alkaliparistojen kierrätystapa voi levitä maailmalle

 

Metallien talteenottoon liittyviä hankkeita on Suomessa useita. Esimerkiksi Raaheen suunnitellaan talteenottolaitosta, joka tuottaisi ferrovanadiinia terästehtaan kuonasta. Kärsämäelle vastikään perustettu Tracegrow puolestaan hyödyntää alkaliparistomassaa.

Kestävän kemian yksikön tutkimuksella on ollut keskeinen rooli Tracegrow’n synnyssä. Yhteistyö juontaa juurensa kymmenen vuoden takaiseen akkukemiatutkimukseen, johon liittyi kysymys alkaliparistojen kierrätyksestä: tuolloin ne sulatettiin yleensä kuonaksi sen kummemmin hyödyntämättä. Sulatus vaatii kuitenkin paljon energiaa, ja Keski-Euroopassa sulattoja on suljettu ympäristösyistä.

Paristoja ja akkuja lajitteleva Akkuser Oy esitti tutkijoille ongelman: alkaliparistomassalle ei ollut hyödyntämistapaa, mitä tehdä? Usein kestävän kemian projekteissa tiedetään jo alussa, mitä sivutuotteesta halutaan, mutta selkeän päämäärän puuttuessa suurennuslasin alle otetaan helpoimmin erotettavat ainesosat ja niiden käyttötavat. Tässä tapauksessa aineet olivat sinkki ja mangaani, mutta käyttötapoja piti pähkäillä.

”Kehitimme konsepteja, jotka olivat toimivia, mutta eivät kovin kustannustehokkaita. Yhdellä junamatkalla mietin, missä olen törmännyt tuotteeseen, jossa on sekä sinkkiä että mangaania. Sitten muistin: ne ovat hivenainekomponentti… lannoitteessa! Olimme ajatelleet liian mutkikkaasti. Prosessi oli yksinkertainen eikä tuottanut sellaisia jätevesiä kuin aiemmat konseptit.”

Yksinkertainen prosessi (paristojen murskaus, jauhatus, liuotus ja liuospuhdistus) on nyt Tracegrow’n markkinoitavissa siinä missä paristoista erotettu sinkki-mangaani-lannoitetuotekin. Ihannetapauksessa alkaliparistojen uusi kierrätystapa leviää Suomesta maailmalle.

Paristoissa on silti myös muita komponentteja, esimerkiksi rautaa, ja sinkillä ja mangaanilla voisi olla kysyntää toisistaan eroteltuinakin. ”Muunlaista hyödyntämistä kannattaa edelleen miettiä, mutta kun haluttiin päästä nopeasti teolliseen tuotantoon, tämä oli hyvä ratkaisu”, Lassi sanoo.

Paristomassan kierrätys lähti liikkeelle Oulun yliopiston litiumioniakkututkimuksesta, ja litiumioniakut ovat pysyneet tutkimusyksikön vahvana alueena jo kymmenen vuoden ajan.

”Parhaillaan aiheeseen liittyy mm. yhteistyö Keliber Oy:n kanssa koskien Euroopan ensimmäistä litiumkaivoshanketta. Kehitämme primääriä litiumakkukemikaalituotantoa tutkimuksen näkökulmasta ja mietimme sivutuotteiden hyödyntämistä.”

 

Esimerkkejä teollisten sivutuotteiden hyödyntämisestä

 

Sivutuote/jäte  

Hyödyntämispotentiaali 

Esimerkkejä

teollisuuden kuonat

metallien talteenotto ja uudelleenkäyttö

ferrovanadiinin valmistus vanadiinikuonasta, masuunikuonan alkaliaktivointi ja tuotteistaminen

paperiteollisuuden lietteet

saostuskemikaalina jätevesien käsittelyssä, saostuskemikaalina ravinteiden talteenotossa

sulfaatin poisto kaivosvesistä kalkkisaostuksella, fosforin sidonta kemiallisesti

biokaasulaitoksen ravinnepitoiset rejektivedet

ravinteiden talteenotto

ammoniumtypen talteenotto, fosforin sidonta kemiallisesti

akku- ja paristomurska

metallien talteenotto liuotuksen ja liuospuhdistuksen kautta

sinkki- ja mangaanipitoisten tuotteiden valmistaminen alkaliparistoista, litiumioniakuista koboltin ja nikkelin hyödyntäminen uusiokäyttöön

voimalaitostuhka

saostuskemikaalina ja ravinteiden talteenotossa

maa-alkaliaktivoitu tuhka fosforin saostuksessa, alkaliaktivoidun tuhkan tuotteistaminen (useita käyttökohteita)

 

Teksti: Jarno Mällinen

Viimeksi päivitetty: 1.10.2018