Geopolymeerit muuttavat maailmaa

Jo lähitulevaisuudessa betonia voidaan korvata teollisuuden jätteistä tai sivutuotteista valmistetuilla geopolymeereillä. Geopolymeerit soveltuvat myös vaarallisten kemikaalijätteiden sitomiseen tai esimerkiksi leikkikenttien rakennusmateriaaliksi.

Pääkuva: Huokoisempi geopolymeeri soveltuu esimerkiksi eristeaineeksi. Aineen koostumusta voidaan säätää valmistusolosuhteita muuttamalla
 

Oulun yliopiston kuitu- ja partikkelitekniikan tutkimusyksikkö tekee uraauurtavaa tutkimustyötä bio- ja kiertotalouden vauhdittamisessa. Tavoitteena on löytää keinoja hyötykäyttää teollisuudessa syntyvää jätettä ja samalla vähentää teollisuuden ympäristölle aiheuttamaa kuormitusta. Uusimpana tutkimuskohteena ovat geopolymeerit.

Geopolymeeri on betonimainen aine, joka syntyy esimerkiksi teräs- ja kaivannaisteollisuuden pii- ja alumiinipitoisesta jäteaineesta tietyissä alkalisissa eli korkean pH:n olosuhteissa. Aineen koostumusta voidaan säätää olosuhteita muuttamalla.

 

Professori Mirja Illikainen uskoo, että betonia korvaavan geopolymeerin tehdastuotantoa päästään demonstroimaan isossa mittakaavassa jo lähitulevaisuudessa. Teollisuuden valtavia jätevirtoja hyödyntävä uusi rakennusmateriaali voisi olla markkinoilla viidessä – kymmenessä vuodessa.

 

Näin syntyvää geopolymeeriä voidaan käyttää esimerkiksi korvaamaan betonia. Geopolymeeri kestää erittäin korkeita lämpötiloja, joten se voi soveltua esimerkiksi katalyyttien tukirakenteisiin ja takkojen ja uunien osiksi. Huokoisempi geopolymeeri soveltuu eristemateriaaliksi.

Ainetta voidaan käyttää lisäksi muun muassa haitallisten kemikaalien stabiloinnissa ja vedenpuhdistuksessa. Muottien avulla geopolymeeristä voidaan valaa lähes mitä tahansa säilytyskoteloista vaikkapa meluvalleihin.

”Uskon, että geopolymeerit muuttavat maailmaa”, professori Mirja Illikainen Oulun yliopistosta arvioi. ”Menetelmän avulla voidaan käsitellä isojakin teollisuudessa syntyviä sivuvirtoja, ja lisäksi voimme löytää vielä paljon pieniä uusia sovellusmahdollisuuksia.”

Geopolymeerin valmistus kuormittaa luontoa jopa 80 prosenttia vähemmän kuin betonin valmistus

Geopolymeeritekniikka on ollut olemassa jo pitkään; jotkut uskovat, että jopa Egyptin pyramidit olisikin valmistettu valamalla geopolymeeristä. Nimityksen keksi ranskalainen tutkija 1970-luvulla. Ainakin Australiassa ainetta hyödynnetään jo kaupallisesti.

”Juuri nyt geopolymeerit ovat nouseva tutkimuksen ala”, Illikainen kertoo. Oulun yliopistossa ensimmäinen tutkimusprojekti aloitettiin vuonna 2012. Oululaistutkijat keskittyvät selvittämään geopolymeerin mahdollisuuksia betonin korvaajana.

”Toiveissamme on saada EU-hanke, jossa olisi tarkoitus demonstroida betonia korvaavan aineen tehdastuotantoa isossa mittakaavassa. Mikäli hankehakemuksemme hyväksytään, uusi rakennusmateriaali voisi olla markkinoilla ehkä viidessä - kymmenessä vuodessa.”

Myös kustannuksiltaan geopolymeeritekniikalla valmistettu betoni pystyy kilpailemaan perinteisen betonin kanssa.

Oulun yliopisto tutkii ja kehittää geopolymeerien lukuisia sovellusmahdollisuuksia. Betonitutkimuksen lisäksi Oulun yliopiston tutkijat selvittävät geopolymeerin mahdollisuuksia raskasmetallien stabiloimisessa, kaivosteollisuudessa syntyvän rikastushiekan käsittelyssä ja eristemateriaalien valmistuksessa.

”Lisäksi meillä on pieniä kansainvälisten vaihto-opiskelijoiden voimin eteneviä tutkimushankkeita. Yksi niistä selvittää geopolymeerin soveltuvuutta 3D-printtaukseen.”

”Teemme tutkimustyötä suomalaisen teollisuuden lähtökohdista tavoitteena löytää järkevää käyttöä teollisuusjätteelle”

Oulun yliopiston kuitu- ja partikkelitekniikan tutkimusyksikössä työskentelee noin 30 tutkijaa, joista kolmasosa geopolymeerien parissa.

”Vaikka olemme tutkimuksessa aika alussa, olemme hyvin verkottuneita”, Illikainen kertoo. Geopolymeerejä tutkitaan yhteistyössä muun muassa Italian, Puolan, Portugalin, Englannin ja Hollannin yliopistojen kanssa. Italialaisia kollegojaan Illikainen kiittää maailman parhaiksi geopolymeerien soveltamisessa raskasmetallien sitomiseen.

”Meidän erityisyytemme on leijupetipoltossa syntyvän tuhkan käyttö geopolymeerin rakennusaineena. Toinen erikoisalamme on rakennusteollisuudessa syntyvän eristevillajätteen käytön tutkiminen.”

”Teemme tutkimustyötä suomalaisen teollisuuden lähtökohdista tavoitteena löytää järkevää käyttöä teollisuusjätteelle. Lisäksi meillä on myös yksi akatemiahanke, jonka avulla voimme päästä syvemmällä geopolymeerien rakenteen ymmärtämisessä.”

 

Teräs- ja kaivannaisteollisuuden pii- ja alumiinipitoisesta jäteaineesta voidaan prosessoida erittäin kestävää geopolymeeriä ja valaa se minkälaiseen muotoon tahansa, harkoiksi tai vaikka 3D tulosteeksi saakka.

 

Lapin yliopiston kanssa oululaistutkijoilla alkoi vuoden alussa yhteinen Tekes-rahoitteinen Geodesign-hanke. Hankkeen tavoitteena on löytää teollisuusjätteelle hyötykäyttöä geopolymeerimateriaalin avulla, ja vahvistaa suomalaisten myönteistä asennetta kierrätykseen. Samalla pyritään löytämään jätteestä valmistetulle geopolymeerille käyttäjien avulla mielekkäitä ja esteettisesti kauniita käyttötarkoituksia, esimerkiksi ympäristötaidetta.

Hanketta rahoittavat mineraalivillaa valmistava Paroc Group, metalliteollisuusyritys Boliden Harjavalta, lasivillaa valmistava Saint-Gobain Rakennustuotteet, energiayritys Fortum Power and Heat ja jätteenpolton pohjakuonia käsittelevä Suomen Erityisjäte. Hankkeessa on mukana myös rakennusjätteitä tuotannossaan hyödyntävä Destaclean.

Challenge Finland -hankkeen avulla haetaan parhaillaan uusia yrityksiä käyttämään geopolymeeriä tuotannossaan.

Kiertotalous on suuren mittakaavan kierrätystä ja luonnonvarojen kestävää käyttöä

Kuitu- ja partikkelitekniikan yksikön tutkimuksen painopiste on siirtynyt vuosien varrella kaivos- ja paperiteollisuuden prosessitekniikasta bio- ja kiertotalouden tutkimukseen. Muutos on tapahtunut ympäröivän yhteiskunnan tarpeiden muuttuessa, ja sitä on vauhdittanut esimerkiksi vuoden 2011 jäteveron uudistaminen.

Geopolymeerien lisäksi tutkimusyksikkö kehittää uusia, korkea-arvoisia biomateriaaleja ja biokemikaaleja puusta ja selluloosasta. Myös tällä tutkimusalueella jätteiden ja sivutuotteiden hyödyntäminen on keskeistä.

”Kiertotaloutta edistetään voimakkaasti sekä lainsäädännön, että kannustimien avulla: Euroopan Unionin Horisontti 2020 -ohjelmasta 650 miljoonaa euroa on osoitettu kiertotalouden aihepiireihin. Teollisuuden sivuvirtoja hyödyntämällä voidaan vähentää rajallisten luonnonvarojemme käyttöä ja hillitä ilmastonmuutosta. Tämä on tärkeää, jotta tulevilla sukupolvilla olisi yhtä hyvät edellytykset elää kuin meillä nyt on.”

 

Teksti: Raija Tuominen
Kuvat: Joel Karppanen ja kuitu- ja partikkelitekniikan tutkimusyksikkö

 

Viimeksi päivitetty: 16.8.2016