GeoBot - Robotics for geopolymer material research and manufacturing

Project description

EAKR GeoBot - Robotics for geopolymer material research and manufacturing

Most industrial mineral side streams, such as ashes, slags and mine tailings, are potential raw materials for
geopolymers. Geopolymers have several unique material properties, such as high compressive strength, low density,
resistance to high temperatures and an ability to immobilize heavy metals. Potential geopolymer products are for
example thermal panels, structural and insulation materials and water purification materials. GEOBOT-project seeks
for new business, growth and internationalisation for companies in Northern Ostrobothnia.

The properties of geopolymers are dependent on the raw materials, their mix compositions and preparation conditions.
The objective of the project is to speed up and automatize the material property search with robotics, intelligent
controlling, sensors and digital measurements. The new geopolymer materials and products are developed and
designed with the help of new digital manufacturing methods such as 3D-printing.

The main goal of this project is to build automatic system for geopolymer research and manufacturing and to study
their effect on special material properties. By optimizing the properties of geopolymers it is possible to replace
traditional materials such as ceramics, concrete and plastics. The project makes it possible to utilize a large portion of
industrial mineral side streams.

The knowledge and know-how acquired during the project will quickly open up new business opportunities for the
companies in Finland and Northern Ostrobothnia. It is expected that several micro and small cap companies will be
founded and new jobs created for national and international markets based on the results of this project.

GeoBot - Robotiikka geopolymeerimateriaalien tutkimuksessa ja valmistuksessa

GEOBOT-hankkeessa tavoitellaan uutta liiketoimintaa, kasvua ja kansainvälistymistä Pohjois-Pohjanmaan
materiaalitehokkuudesta hyötyville yrityksille. Mineraalisista teollisuuden sivuvirroista, kuten tuhkista, kuonista ja
rikastushiekoista, huomattava osa soveltuu potentiaalisesti geopolymeerien raaka-aineiksi. Geopolymeereilla on useita
ainutlaatuisia ominaisuuksia, kuten korkea lujuus, keveys, korkeiden lämpötilojen kesto sekä kyky stabiloida
raskasmetalleja. Mahdollisia geopolymeerituotteita voisivat olla esimerkiksi vedenpuhdistusmateriaalit, lämpökilvet
sekä rakenne- ja eristemateriaalit.

Geopolymeerimateriaalien ominaisuudet riippuvat käytetyistä raaka-aineista, niiden sekoitussuhteista sekä
valmistusolosuhteista. Hankkeen tavoitteena on nopeuttaa ja automatisoida geopolymeerien materiaaliominaisuuksien
hakua robotiikan, älykkään ohjauksen, sensoriikan ja mittauksen avulla. Materiaalien kehitystyössä tutkitaan ja
automatisoidaan seossuhteiden vaikutusta geopolymeerien ominaisuuksiin sekä materiaalien automaattista mittausta.
Geopolymeereista valmistettujen erikoismateriaalien ja -tuotteiden kehittämisessä ja valmistuksessa sovelletaan
uudenlaisten digitaalisten valmistusmenetelmien tarjoamia mahdollisuuksia, kuten 3D-tulostusta.

Tämän tutkimusavauksen päätavoitteena on kehittää automaattinen järjestelmä geopolymeerien valmistuksen eri
vaiheille ja tutkia niiden vaikutuksia loppumateriaalien ja -tuotteiden ominaisuuksiin. Optimoimalla geopolymeerien
ominaisuudet niillä voidaan korvata perinteisiä materiaaleja, kuten keraameja, muovia, metalleja tai betonia, ja
mahdollistaa laajamittainen teollisuuden mineraalisten jätteiden hyötykäyttö.

Hankkeessa saatavan tutkimustiedon ja osaamispääoman odotetaan avaavan nopeasti mahdollisuuksia uudelle
liiketoiminnalle joka perustuu Suomen ja Pohjois-Pohjanmaan teollisuuden sivutuotteiden monipuoliseen
hyödyntämiseen. Tuloksena odotetaan uusiin tuotteisiin pohjautuvien mikro- ja/tai PK-yritysten syntymistä alueelle ja
siten lisää suoria ja välillisiä työpaikkoja kotimaisille ja kansainvälisille markkinoille.

 

Project coordinator

University of Oulu

Project results

Projektin tavoitteena on kehittää automatisoitu geopolymeerien tutkimus- ja tuotantolaitteisto. GEOBOT-hankkeessa kehitetään kotimaisten teollisuuden sivuvirtojen
hyödyntämispotentiaalia ja siten toteuttaa kiertotalouden ideaa. Tavoitteena on, että hankkeessa löydetyt uudet materiaaliominaisuudet avaavat nopeasti mahdollisuuksia
uudelle liiketoiminnalle. Pidemmän aikavälin tavoitteena on muuttaa lineaariset tuotantotavat (cradle-to-grave) monimuotoisiksi materiaali- ja energiakierroiksi (cradle-tocradle).
Tavoitteena on löytää uusia tuote- ja palvelukonsepteja, joilla edistetään kestäviä liiketoimintamalleja, ja joilla kehitetään vaihtoehtoisia ratkaisuja neitseellisten
resurssien kulutukselle.

Konkreettisina tavoitteena on selvittää:
1) Millaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet eri sivuvirtajakeilla on ja miten ne pitää prosessoida, jotta niitä voidaan hyödyntää automaattisessa valmistuksessa
2) Mitä ominaisuuksia automaattisen tutkimuksen ja valmistuksen laitteistolta vaaditaan
3) Kuinka geopolymeerimateriaalien ominaisuudet (puristus- ja taivutuslujuus, lämmönkestö, huokoisuus, jne.) muuttuvat valmistusolosuhteiden (lämpötila, kosteus,
työstönopeus, jne.) ja lisäaineiden (alkali-aktivaattori, kuidut, täyteaineet, notkistimet) vaikutuksesta
4) Mitkä ovat potentiaalisimmat tuotteet valmistetuista geopolymeerimateriaaleista ja miten hankkeen tuloksia voidaan jatkokehittää

Partners

People