Lappeenrannassa kehitetään uudenlaista komposiittimateriaalia teollisuuden sivuvirroista. 3d-tulostettavasta materiaalista toivotaan betonin korvaajaa rakennusteollisuuteen.
Katja Pulkkinen
Voimmeko tulevaisuudessa asua rakennuksissa, joiden elementit tulevat 3d-tulostimesta ja jotka ovat alkujaan peräisin teollisuuden hukkamateriaaleista?
Todennäköisesti kyllä, sanoo liiketoimintajohtaja Antti Korhonen Fimatec Oy:stä.
”Maailmalla ollaan menossa siihen suuntaan, että betonin käyttöä rakentamisessa pyritään vähentämään. Betoni halutaan korvata ympäristöystävällisemmillä vaihtoehdoilla, joilla voidaan vähentää ilmastopäästöjä ja neitseellisten luonnonvarojen käyttöä”, Korhonen toteaa.
Hän uskoo, että uudet rakennusmateriaalit muuttavat maailmaa merkittävästi jo lähitulevaisuudessa.
Fimatec on mukana uuden polven materiaalituotannon Urban Infra Revolution -hankkeessa, jota koordinoi Lappeenrannan kaupunki. Projektiin osallistuu useita muitakin yrityksiä sekä tutkijoita ja oppilaitoksia.
Hankkeen tavoitteena ovat uudet geopolymeerikomposiitit, joita voidaan valmistaa teollisesti 3d-tulostamalla.
Geopolymeeri on nopeasti kovettuva betoninkaltainen aine, jota saadaan monista teollisuuden sivuvirroista ja jätteistä. Komposiitilla tarkoitetaan materiaalien yhdistelmää, jossa materiaalit eivät liukene tai sekoitu toisiinsa.
Fimatec toimii hankkeessa laitevalmistajan roolissa. Yritys kehittää teollisuudelle tarkoitettua 3d-tulostinta, jolla voidaan perinteisten rakennuselementtien lisäksi tulostaa mitä mielikuvituksellisimpia muotoja.
Laitteen kehitystyö on Korhosen mukaan hyvässä vauhdissa. Enää odotellaan sellaista materiaalia, jonka teollinen tuotanto olisi mahdollisimman sujuvaa.
”Esimerkiksi kovetusvaiheessa ei saa tulla pitkiä taukoja”, Korhonen kuvailee materiaalille asetettavia vaatimuksia.
Tulostettaviksi käyvät tosin ehkä myös vanhemmat materiaalit, kunhan niitä ensin hieman käsitellään.
”Nykyisiä geokomposiitteja voidaan mahdollisesti muokata tulostukseen soveltuviksi sopivalla reseptiikalla.”
Materiaalikuorma kevenee
Uuden geokomposiitin reseptiikkaa kehittävät kiertotalouden ja materiaalikemian asiantuntijayritys Apila Group sekä Lappeenrannan teknillinen yliopisto LUT.
”Meillä on työn alla materiaaliyhdistelmä, jonka sideaineena voi toimia esimerkiksi tuhkasta silikaatin avulla valmistettava geopolymeeri”, kertoo Apila Groupin toimitusjohtaja, epäorgaanisesta kemiasta tohtoriksi väitellyt Mervi Matilainen.
Polymeerin valmistuksessa käytettävä natriumsilikaatti eli vesilasi on tuttu lisäaine myös betonin tuotannossa.
Materiaaliyhdistelmän täyteaineena ja lujitteena voidaan hyödyntää monenlaisia teollisuuden sivuvirtoja. Lopputulos on tietynlainen keinotekoinen kivi.
”Geokomposiitit ovat materiaaliteollisuudessa tuttu juttu, mutta nyt haetaan nimenomaan sellaista uutta komposiittia, joka soveltuu 3d-tulostukseen”, tähdentää professori Timo Kärki Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta.
Kärjen tausta on erilaisten kuitukomposiittien ja kierrätysmateriaaleista valmistettavien komposiittien kehittämisessä.
Hän kertoo toimivansa materiaalikehityksen ja pilotoinnin välimaastossa.
”Tässä hankkeessa meidän tutkimusryhmämme rooli on materiaalikehityksen siinä kohdassa, jossa materiaalia skaalataan laboratoriosta teolliseen mittaan.”
Uuden geokomposiitin raaka-aineina käytettäviä sivuvirtoja ovat esimerkiksi metsäteollisuuden viherlipeä- eli soodasakka, kaivosteollisuudesta saatava rikastushiekka sekä rakennusjätteestä muodostuva betonimurska ja teollisuuden sivuvirtana syntyvät erilaiset puukuidut.
Kärjen ryhmä paneutuu parhaillaan raaka-aineiden ominaisuuksiin ja siihen, minkälaisilla lisäaineilla uusi komposiitti saadaan tulostuskelpoiseksi.
Lisäksi materiaalin on sovittava nimenomaan rakennusteollisuuden käyttöön.
Jos kaikki menee suunnitelmien mukaan, syntyy komposiitti, joka keventää asumisen hiilijalanjälkeä ja materiaalikuormaa.
Betonin pääraaka-aine on sementti, jonka tuotanto aiheuttaa tätä nykyä seitsemän prosenttia maailman hiilidioksidipäästöistä.
Sivuvirtojen hyödyntäminen pienentää neitseellisten luonnonvarojen tarvetta. Komposiitista valmistetut tuotteet ovat yleensä myös pitkäikäisiä, ja ne voidaan kierrättää vielä käytön jälkeenkin.
Liikkeelle skeittirampista
Uuden materiaalin ja uusien laitteiden myötä on ehkä mahdollista vapautua rakentamisen kaavamaisesta muotokielestä.
Sen tilalle voivat tulla kaarevat, funktionaaliset muodot. Näin saataisiin aikaan vaikkapa entistä esteettisempiä meluvalleja tai puistonpenkkejä.
Materiaalin ja etenkin sen olosuhdekestävyyden testaaminen aloitetaan kokeilemalla sitä erilaisiin kaupunkirakenteisiin.
Tätä varten järjestettiin kilpailu, jossa etsittiin uusia rakenneideoita. Tuomaristo valitsi ideoista viisi parasta, joista kaikki kaupunkilaiset saivat keväällä 2018 äänestää suosikkiaan.
Ylivoimaisen voiton 87 prosentin äänisaaliilla vei tulostettu skeittiparkki. Lappeenrannan kaupunki hakee nyt sille paikkaa ydinkeskustasta.
Ehdotus työstetään valmiiksi skeittiparkki-idean esittäjien ja lajin harrastajien kanssa. Parkin tulostaa Fimatec.
Taloja uudesta materiaalista voidaan alkaa tehdä vasta pienempien pilottirakenteiden jälkeen.
Komposiitin laajamittaisempi käyttö vaatii vielä monenlaista lisätestausta, jotta rakennusmateriaaleilta edellytettävät ominaisuudet, kuten paloturvallisuus- ja lujuusvaatimukset, täyttyvät.
Myös materiaalin päästöt ja kierrätettävyys on tutkittava.
Timo Kärjen mukaan hankkeessa tuotetaan tietoa materiaalin ja sen turvallisuuden määrittelyä varten.
”Tuotteen varsinaisesta hyväksynnästä ja sertifioinnista vastaavat hankkeen jälkeen yritykset, jotka ottavat materiaalin tuotantoonsa.”
Juttu on ilmestynyt ensimmäisen kerran Kemia-lehdessä 6/2018.
Urban Infra Revolution
- Lappeenrannan kaupungin johtama kolmivuotinen hanke käynnistyi marraskuussa 2017.
- Hankkeessa kehitetään betonin korvaajaksi materiaalia, jonka raaka-aineina käytetään teollisuuden jätteitä ja sivuvirtoja.
- Osallistujina Lappeenrannan teknillinen yliopisto LUT, Saimaan ammattikorkeakoulu, Imatran seudun kehitysyhtiö, Apila Group, Design Reform, Fimatec, Metsäliitto, Nordkalk, Outotec, Total Design ja UPM.
- Hankkeen rahoituksesta 80 prosenttia eli 3,4 miljoonaa euroa tulee EU:lta. Lopusta rahoituksesta vastaavat mukana olevat organisaatiot.
(Havainnekuva Design Reform Oy) Kaupunkilaisten päätöksellä uudesta materiaalista rakennetaan ensimmäiseksi skeittiparkki. Lopullinen toteutus saattaa poiketa havainnekuvasta.
Lue myös: Geopolymeerista syntyy melueste
