arvi Material Value Chains
MATERIAALIEN ARVOVIRRAT TU TK I M USTU LOK S IA KIE RTOTA LO U D E STA
TUTKIMUKSEN TAUSTA
Materiaalien kestävä kierrätys edellyttää korkeatasoista teknologiaa sekä selkeää näkemystä kokonaisuudesta – kiertotaloudesta. Tutkimusohjelma Materiaalien arvovirrat vahvisti molempia.
Kiertotalouden merkitys kasvaa koko maailmassa ilmaston lämmetessä, jätemäärien kasvaessa ja luonnonvarojen huvetessa. Kiertotaloudessa tuotteet saavat uusia käyttäjiä ja käyttötarkoituksia ennen kuin niistä luovutaan ja niiden materiaalit käytetään uudelleen. Tutkimusohjelma Materiaalien arvovirrat kohdistui ennen kaikkea materiaalien kestävään kierrätykseen. Ohjelma keräsi alan merkittävät suomalaiset teknologiaja palveluyritykset sekä tutkimuslaitokset ensimmäistä kertaa yhteisten tutkimuskysymysten ääreen. Yhteistyön ansiosta tutkijat pystyivät tarkastelemaan materiaalivirtoja systeemisestä näkökulmasta eli kokonaisuuksina ja selvittämään niiden merkitystä kiertotaloudessa niin Suomessa kuin ulkomaillakin. Ohjelmassa saavutetut tutkimustulokset tarjoavat keinoja edistää yksittäisten materiaalien talteenottomenetelmiä ja uusiokäyttöä. Lisäksi ohjelmassa luodut toimintamallit tukevat materiaalivirtojen alueellista analysointia ja edistävät siten materiaalien laajamittaista kierrätystä. Kaiken kaikkiaan ohjelma vahvisti alan kotimaista osaamista ja kilpailukykyä kasvavilla kansainvälisillä markkinoilla. Esittelemme tässä raportissa esimerkkejä tutkimustuloksista. Lähes kolme vuotta kestänyt tutkimusohjelma Materiaalien arvovirrat eli ARVI päättyi vuoden 2016 lopussa. Ohjelmaan osallistui 22 yritystä ja 10 tutkimuslaitosta. Tutkimuksen kokonaisarvo oli noin 10 miljoonaa euroa, josta yritykset rahoittivat 35 prosenttia, julkiset tutkimuslaitokset 15 prosenttia sekä Tekes 50 prosenttia. Tutkimusohjelma kuuluu CLIC Innovation Oy:n hankekokonaisuuteen. CLIC Innovation Oy syntyi, kun energia- ja ympäristöalan strategisen huippuosaamisen keskittymä CLEEN ja biotalouden keskittymä FIBIC yhdistyivät syyskuussa 2015. Pirjo Kaivos, ohjelmapäällikkö, CLIC Innovation Oy
3
SIS ÄLLYS TUTKIMUKSEN TAUSTA Materiaalien kierrätys lisääntyy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
TUTKIMUSALUEET JA HYÖDYT Materiaalivirrat hallintaan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Hyödyt osallistujille. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Kommentti tieteelliseltä neuvottelukunnalta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
TULOKSIA Materiaalivirrat osana alueellista kiertotaloutta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Systeeminen ratkaisu kierrätykseen – case Kiina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Yhteistyö jatkuu markkinoilla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Ravinteet talteen jätevesistä . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Pakkausmuovit kiertoon sekajätteestäkin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Kierrätysmateriaaleista syntyy muovikomposiitteja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Rakennusjäte hyötykäyttöön. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Puukuitu talteen sellutehtaasta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Nestepakkauskartongit terassilaudoiksi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Jätekumista sitkeyttä ja kitkaa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Arvokkaat metallit talteen yhä tarkemmin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Kierrätys huomioon laitteiden suunnittelussa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Tarkka tieto arvometallien määristä . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Voimalaitosten tuhkat ja kuonat hyödyksi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Arvometalleja pohjakuonista. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Tuhkan laatu selville heti. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Elinkaaritiedot avoimeen tietokantaan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Seurannalla tehoa jätekeräykseen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
6
TUTKIMUKSEN TAUSTA
Materiaalien kierrätys lisääntyy Materiaalit on saatava talteen ja kiertoon yhä tarkemmin. Tämä edellyttää panosta jokaiselta, joka osuu tuotteen tai materiaalin elinkaarelle. Tieto ilmastonmuutoksesta ja luonnonvarojen hupenemisesta on ohjaamassa ihmiskuntaa lineaarisesta taloudesta takaisin kiertotalouteen. Lineaarisessa taloudessa raaka-aineesta syntyy tuote ja tuotteesta lopulta jäte, kun taas kiertotaloudessa yhden jäte on toisen raaka-aine. Kiertotaloudessa tuotteet ja materiaalit kiertävät niin kauan kuin niillä on arvoa. Arvo puolestaan säilyy yhä pidempään, jos tuotteet valmistetaan jaettaviksi, uudelleen käytettäviksi ja materiaaleiltaan kierrätettäviksi. On joka tapauksessa odotettavissa, että materiaalien talteenotto vaatii lähivuosina entistä enemmän, koska talteen halutaan yhä pienempiä määriä ja toisaalta jätettä syntyy yhä enemmän elintason noustessa globaalisti. ”Kiertotalous koskee entistä selkeämmin jokaista teollisuuden toimijaa ja kuluttajaa”, painottaa Materiaalien arvovirrat -tutkimusohjelman ohjausryhmän puheenjohtaja Toni Andersson.
Lähtökohtana huolellinen lajittelu Suomalaisessa teollisuudessa on ollut varsin tavallista jo pitkään, että sivuvirtoja otetaan talteen ja hyödynnetään joko materiaaleina tai energiana. Kuluttajat puolestaan lajittelevat kotitalousjätteitään. Andersson toivoo, että kotitalousjätteen ja muun yhdyskuntajätteen syntypaikkalajittelu lisääntyy edelleen, koska varhainen lajittelu tuottaa entistä puhtaampia ja siten helpommin hyödynnettäviä jätejakeita. Hänen mukaansa lukuisten jätejakeiden erilliskeräys ei ole kuitenkaan aina logistisesti kannattavaa esimerkiksi haja-asutusalueilla, vaan teknistaloudellisesti tehokkaampaa voi olla laitosmainen sekajätteiden prosessointi ja lajittelu. ”Jätteenkäsittelyteknologiaa onkin kehitettävä siten, että myös sekajätteestä saadaan talteen entistä enemmän hyödyntämiskelpoisia materiaaleja.”
TUTKIMUKSEN TAUSTA
7
Kiertotalous koskee entistä selkeämmin jokaista teollisuuden toimijaa ja kuluttajaa.”
Sääntely ohjaa materiaalien kiertoa
Viime kädessä pelin ratkaisee kunkin materiaalin hinta markkinoilla.
Koska vain harvasta raaka-aineesta on vielä pulaa, jätteiden lajittelua ja materiaalivirtojen käsittelyä ohjaa ennen kaikkea kansallinen sääntely. EU:n etusijajärjestyksen mukaisesti jätteen syntymistä tulee välttää muun muassa uudelleenkäytön avulla, ja syntynyt jäte hyödynnetään ensisijaisesti materiaaleina ja toissijaisesti energiana. Loppusijoittaminen kaatopaikalle jää viimeiseksi vaihtoehdoksi.
”Metallien kierrätyksessä suurin liiketaloudellinen riski tulee siitä, että metallien maailmanmarkkinahinnat vaihtelevat paljon. Muovien hinta puolestaan seuraa kiinteästi öljyn hintaa.”
Vuoden 2016 alussa Suomi rajoitti viimeisten EU-maiden joukossa orgaanisen aineen sijoittamista kaatopaikoille. Tiukka rajoitus on johtanut jätteen energiahyödyntämisen kasvuun, ja kasvun myötä yhä tärkeämmäksi nousee poltettavan jätteen esikäsittely ja polttotekniikan kehittäminen.
Andersson ja Talja pitävät kiertotaloutta erittäin mielenkiintoisena Suomelle monestakin eri syystä. Sen lisäksi, että kiertotalous pidentää tuotteiden ja materiaalien elinkaarta, se voi osoittautua merkittäväksi uuden teknologian ja liiketoiminnan synnyttäjäksi sekä viennin kasvattajaksi. Samaa mieltä on Materiaalien arvovirrat -ohjelman ensimmäisenä ohjausryhmän puheenjohtajana toiminut Hannu Lepomäki.
”Äärimmäisen mielenkiintoisia ovat myös poltossa syntyneet tuhkat. Niissä on pieninä pitoisuuksina hyvinkin paljon metalleja, joita voisi tulevaisuudessa ottaa talteen”, toteaa Jyri Talja, joka toimi tutkimusohjelman ohjausryhmän puheenjohtajana ennen Anderssonia.
Uusia materiaalivirtoja ja liiketoimintamalleja Talja odottaa, että materiaalivirtojen käsittelyyn syntyy lähivuosina uusia menetelmiä sekä uusia liiketoimintamalleja. Yritys voisi esimerkiksi erikoistua yhden vaikeasti erotettavan materiaalivirran käsittelyyn. ”Materiaali ei välttämättä vaihda omistajaa, vaan yritys laskuttaa materiaalin jalostamisesta palveluna”, Talja visioi. Hän odottaa, että kiertotalouden kehittyessä syntyy uusia keräysmateriaalivirtoja, joita suomalainen teollisuus pystyy hyödyntämään kannattavasti. Kannattavuuteen vaikuttaa muun muassa se, määritteleekö laki materiaalin tuotteeksi vai jätteeksi, jonka hyödyntämiseen on haettava ympäristölupa.
Suomalainen teknologia kierrättää maailmalla
”Meillä on Suomessa valtavan hyvää teknologiaa ja paljon yrityksiä, jotka voivat harjoittaa vientitoimintaa suurilla ja erittäin nopeasti kasvavilla markkinoilla. Seuraavan 25 vuoden aikana alan investointimarkkinat ovat useita satoja miljardeja euroja ja laitosten huoltoon ja käyttöön liittyvät markkinat niin ikään satoja miljardeja”, Lepomäki toteaa. Hän odottaa, että vientiyritykset saavat kerättyä kokemusta rakentamalla täyden mittakaavan laitoksia myös Suomeen. ”Niiden kautta Suomeen syntyy uutta osaamista ja uusia työpaikkoja, ja tietenkin kiertotalous kehittyy”, Lepomäki sanoo. Puheenjohtajakolmikko korostaa yhteistyön merkitystä niin markkinoilla kuin tutkimuksessa ja tuotekehityksessäkin. ”Yhteistyöhankkeiden kautta kehitystyöhön saadaan mukaan alan parhaat osaajat suomalaisista ja kansainvälisistä yliopistoista, tutkimuslaitoksista ja yrityksistä”, Andersson summaa.
8
TUTKIMUKSEN TAUSTA
Materiaalien arvovirrat -tutkimusohjelman ohjausryhmän puheenjohtajat: 1) Eera Waste Refining Oy:n toimitusjohtaja Hannu Lepomäki, joka toimi tutkimusohjelman aikana teknologiajohtajana BMH Technology Oy:ssä 2) Jyri Talja, joka toimi tutkimusohjelman aikana teknologiajohtajana Kuusakoski Oy:ssä 3) Ekokem Oyj:n tutkimus- ja kehityspäällikkö Toni Andersson
TUTKIMUKSEN TAUSTA
9
10
TUTKIMUS ALUEE T JA HYÖDY T
Materiaalivirrat hallintaan ARVI-tutkimusohjelma syventyi materiaalivirtoihin systeemisestä näkökulmasta eli tarkastelemalla suuria kokonaisuuksia sekä niiden osien vuorovaikutusta. Ohjelmassa luotiin menetelmiä ja toimintamalleja, jotka edistävät materiaalien kestävää kierrätystä. Materiaalivirtojen alueellinen analysointi:
Käyttökohteita kierrätysmateriaaleille:
– Systeeminen perusta sekä esimerkit Suomesta, Kiinasta ja Brasiliasta, tuloksia s. 14-15
– Muovikomposiitit, tuloksia s. 22-23
Toimintamalleja markkinayhteistyöhön: – Yhteistyö tutkimusohjelman jälkeen, tuloksia s.16
Menetelmiä materiaalien talteenottoon: – Jätevesien ravinteet, tuloksia s. 18-19 – Sekajätteen pakkausmuovit, tuloksia s. 20-21 – Elektroniikkaromun metallit, tuloksia s. 24-25 – Tuhkien ja kuonien metallit, tuloksia s. 26-27
Tietojärjestelmiä kierrätyksen tueksi: – Elinkaaritietojen jakaminen, tuloksia s. 28 – Jätekeräyksen seuranta, tuloksia s. 29
11
TUTKIMUS ALUEE T JA HYÖDY T
Tuloksia
20
40
1
KO N F E R E N S S I JULK AISUA
V E R TA I S A R V I O I T U A T I E T E E L L I S TÄ LEHTIARTIKKELIA
VÄ I TÖ S K I R J A
9
K A N D I DA AT I N T YÖTÄ
22
D I P LO M I T YÖTÄ
41
9
T E K N I S TÄ R A P O R T T I A TEOLLISUUDEN TA R P E I S I I N A R V I -T I E TO K A N TA
T YÖ PA J A A K I E R TOTA LO U D E N L I I K E TO I M I N TA M A L L E I S TA
– Tuotettiin työkaluja ja menetelmiä, joilla tehostetaan materiaalien talteenottoa ja uusiokäyttöä – Rakennettiin tieteellistä pohjaa materiaalivirtojen systeemiselle tarkastelulle – Lisättiin osaamista, jolla kartoitetaan kiertotalouden liiketoimintamahdollisuuksia globaalisti – Käynnistettiin tuloksellista yhteistyötä yritysten ja tutkimuslaitosten välillä – Vahvistettiin kansainvälisiä yhteistyö- ja tutkimusverkostoja – Syvennettiin alan osaamista ja kilpailukykyä kansainvälisillä markkinoilla – Luotiin edellytyksiä kiertotalouteen siirtymiselle
12
TUTKIMUS ALUEE T JA HYÖDY T
Hyödyt osallistujille ”ARVI on ollut erittäin hyvä avaus. Olemme saaneet ryhmän kokoon ja aloittaneet laajamittaisen, valtakunnallisesti merkittävän tutkimuksen. Tämä poikii varmasti jatkotutkimushankkeita ja toivottavasti myös kansainvälistä kehitystyötä.” –Toni Andersson, tutkimus- ja kehityspäällikkö, Ekokem Oyj
”Meille syntyi ARVIn myötä uutta osaamista ja ymmärrystä siitä, miten voimme analysoida systeemistä toimintaa hyvinkin erilaisissa ympäristöissä kuin Suomi. Systeemisen toimintaympäristön ymmärtäminen edellyttää aina monipuolista yhteistyötä.” –Hannu Lepomäki, teknologiajohtaja, BMH Technology Oy
”Suomessa on ensimmäistä kertaa näin iso teollisuusyritysten ja tutkimuslaitosten konsortio tutkimassa kiertotaloutta yhdessä. ARVI lisää ymmärrystä kiertotaloudesta yhteiskunnan monella eri tasolla ja saa parhaimmillaan aikaan uutta liiketoimintaa. Kaiken kaikkiaan on tärkeää, että kiertotaloutta käsitellään kokonaisuutena. Silloin on helpompi tunnistaa eri toimijoiden vaikutus toisiinsa.” –Jyri Talja, teknologiajohtaja, Kuusakoski Oy
TUTKIMUS ALUEE T JA HYÖDY T
Kommentti tieteelliseltä neuvottelukunnalta ”Oli erittäin kaukonäköistä aloittaa laaja tutkimusohjelma kiertotaloudesta, jonka merkitys kasvaa jatkuvasti koko maailmassa. Siksi oli myös melkoinen pettymys huomata, että julkisen rahoituksen muutokset leikkasivat jo käynnistyneestä ohjelmasta pois vuoden. Näissä rajoissa saavutetut tulokset tekivät minuun silti suuren vaikutuksen. ARVI-tutkimusohjelma käynnisti tiiviin yhteistyön yritysten ja tutkimuslaitosten välillä monilla eri tasoilla, mikä on hyvin harvinaista. Sujuvan yhteistyön ansiosta eri materiaalivirtojen tutkijat pystyivät hahmottamaan kokonaisuuksia ja oppimaan toisiltaan. Poikkeuksellista oli myös se, että tutkimusohjelma otti huomioon materiaalivirtojen yhteiskunnallisen merkityksen eri maissa. Tutkijat varmistivat globaalin näkökulman ansiokkaasti kansainvälisen yhteistyön avulla. Kaiken kaikkiaan tutkimusohjelma tuotti akateemisesti ja kaupallisesti merkittäviä tuloksia, jotka vaikuttavat viime kädessä ympäristömme ja koko yhteiskuntamme tulevaisuuteen. Ohjelma vahvisti Suomen asemaa kiertotalouden edelläkävijöiden joukossa. Nyt on tärkeää pitää yhteistyöverkosto aktiivisena ja jatkaa laadukasta tutkimusta Suomessa sekä EU:n tutkimushankkeissa.” Professori Clemens Holzer Montanuniversität Leoben, Itävalta
ARVI-tutkimusohjelmaa valvoi ja arvioi tieteellinen neuvottelukunta, joka kokoontui kahdesti ohjelman aikana. Neuvottelukuntaan kuuluivat: Emeritusprofessori Alok Chakrabarti, New Jersey Institute of Technology, Yhdysvallat Professori Thomas Hatfield, California State University, Northridge, Yhdysvallat Professori Clemens Holzer, Montanuniversität Leoben, Itävalta Professori Xiaodong Li, Zhejiang University, Kiina Professori Helmut Rechberger, Vienna University of Technology, Itävalta
13
14
TULOKSIA
Materiaalivirrat osana alueellista kiertotaloutta Materiaalivirtojen laadut ja reitit vaihtelevat vahvasti maan ja kaupungin mukaan. Systeeminen ote auttaa kierrätysteknologian vientiyrityksiä tunnistamaan ympäristön, jossa niiden asiakkaat toimivat. Kun Euroopassa rakennetaan kiinteää kierrätyspolttoainetta käyttävä voimalaitos, alan eurooppalaisille yrityksille on jokseenkin selvää, millaisia laitteita ja palveluita laitos voisi tarvita ja kenelle niitä tarjotaan. Euroopan ulkopuolella teknologiatoimittajien on ensin selvitettävä, miten kiertotalous toimii kohdemaassa ja kaupungissa. On tiedettävä, miten yritysten, viranomaisten ja kuluttajien vastuut jakautuvat materiaalivirran varrella. On myös ennakoitava muun muassa tulevaa sääntelyä, kaatopaikan täyttymistä sekä elintason kehitystä. ”On ymmärrettävä paikalliset systeemit yhteiskunnan, liiketoiminnan sekä teknologian tasoilla. Esimerkiksi Brasiliassa on köyhiä ihmisiä, jotka keräävät työkseen arvokkaita materiaaleja kaatopaikoilta. Tämäkin on osa arvoketjua”, huomauttaa apulaisprofessori Leena Aarikka-Stenroos Tampereen teknillisestä yliopistosta.
ARVI-tutkimusohjelmassa analysoitiin materiaalivirtoja systeemisesti eli osana kokonaisuutta Suomessa, Brasilian São Paulossa sekä Kiinan Hangzhoussa. ”Loimme osaamista, jolla kykenemme kartoittamaan kiertotalouden liiketoimintamahdollisuudet periaatteessa missä päin maailmaa tahansa. Kartoittaminen edellyttää uudenlaista, systeemistä ajattelua”, sanoo teknologiajohtaja Hannu Lepomäki BMH Technology Oy:stä. Lepomäki painottaa systeemianalyysin merkitystä erityisesti silloin, kun suomalaisyritykset haluavat myydä laajoja ratkaisuja yksittäisten laitteiden sijaan. ”Jotta yritykset voivat myydä teknologiaratkaisuja yhdessä systeemisinä ratkaisuina, myös asiakkaiden on oltava systeemisiä, siis yritysten ja kenties myös viranomaisten muodostamia kokonaisuuksia.”
TULOKSIA
15
Yrityskontaktien kautta tutkijavaihtoon BMH Technology on luonut suhteita ja käynyt kauppaa kiinalaisten kanssa jo muutaman vuoden ajan. Tämän seurauksena BMH:n asiantuntijoilla oli kontakteja Hangzhoun kaupungissa sijaitsevaan Zhejiangin yliopistoon jo ARVI-ohjelman alkaessa. ”Kaupanteko Kiinassa edellyttää, että tuntee ihmisiä laajalti yrityksistä, hallinnosta ja yliopistoistakin”, BMH:n teknologiajohtaja Hannu Lepomäki sanoo. Kun Lepomäki esitteli kiinalaisprofessorin ARVI-ohjelmaan osallistuvalle suomalaisprofessorille, syntyi perusta uudelle yhteistyölle. Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta lähti tutkija Zhejiangin yliopistoon kolmeksi kuukaudeksi, ja tämän jälkeen kiinalaistutkijoita tuli vuorostaan Suomeen.
Tutkimusyhteistyö tuki bisnestä ”Lähdimme Kiinaan BMH Technologyn ja ARVI-ohjelman avaamaa reittiä. Tutustuimme oikeisiin henkilöihin ja saimme tietoa meille uudesta markkina-alueesta. Tämä kaikki vaikutti siihen, että saimme merkittävän avauksen uudelle markkina-alueelle. Myimme Kiinaan jätevoimalassa käytettävän kiertoleijukattilan.”
€
– tuotekehityspäällikkö Tero Joronen, Valmet
Systeeminen ratkaisu kierrätykseen – Case Kiina Hangzhoun kaupungissa jätemäärä on kasvanut viime vuosina voimakkaasti elintason myötä. Kuluttajien roskapusseista 40 prosenttia poltetaan kaupungin neljässä jätevoimalassa, ja loput päätyvät kaatopaikalle. Muuhun Kiinaan verrattuna tilanne on hyvä, mutta ympäristöä ajatellen edelleen huono. Yhdyskuntajätteestä peräti 60 prosenttia on keittiöjätettä, joka tuottaa kaatopaikalle sijoitettuna runsaasti kasvihuonekaasupäästöjä. Keittiöjäte haittaa myös polttoa, koska sen kosteus laskee energiajätteen lämpöarvoa. Siksi laitoksissa käytetään tavallisesti hiiltä tukipolttoaineena. Lappeenrannan teknillisen yliopiston ja Hangzhoussa sijaitsevan Zhejiangin yliopiston tutkijat yhdistivät ARVI-hankkeessa voimansa ja selvittivät kaupungin kiertotalouden peruslinjat ja etsivät kehittämisen kohteita jätteenkeräyksestä ja -käsittelystä. ”Yhteistyö oli erittäin antoisaa. Meidän tutkimuksemme keskittyy polttoteknologiaan ja päästöjen hallintaan, kun taas Suomesta tuli jätteenkäsittelyn ja elinkaarianalyysin osaamista”, kertoo professori Xiaodong Li Zhejiangin yliopistosta.
Suomalaistutkijat puolestaan saivat kiinalaiskollegoiden avulla sujuvasti tietoa niin viranomaisilta kuin paikallisilta yrityksiltäkin. Lappeenrannan teknillisen yliopiston professori Mika Horttanainen luonnehtii yhteistyötä erittäin kiinnostavaksi ja monipuoliseksi. ”Rakensimme tulevaisuusskenaarioita, joissa suomalainen teknologia auttaa pienentämään jätteenpolton ympäristövaikutuksia jätteenkäsittelyn eri vaiheissa”, Horttanainen kertoo. Sen lisäksi, että tutkimusmenetelmiä voidaan käyttää jatkossa muissa kaupungeissa ja maissa, tutkimuksella voi Horttanaisen mukaan olla myös käytännön seurauksia Hangzhoussa. ”Kiinassa jätteenpoltto kasvaa hurjaa vauhtia, ja samalla kasvaa väestön tietoisuus jätteenpolton riskeistä. Kiinassa etsitään valtion hallinnon tasolla keinoja tehdä jätteenpoltosta ympäristöystävällisempää ja hyväksytympää”, Horttanainen sanoo. ”On erittäin tärkeää, että kannustamme kaupunkiamme parantamaan jätteiden lajittelua ennen niiden käsittelyä. Uskon, että voimme ehdottaa hyviä toimintatapoja tutkimuksemme perusteella”, Li toteaa.
16
TULOKSIA
Yhteistyö jatkuu markkinoilla Onnistuneen tutkimusyhteistyön tulokset siirtyvät ennen pitkää laboratoriosta markkinoille. Parhaimmillaan markkinoille siirtyy myös yhteistyö. Kiertotaloudessa se voi olla jopa välttämätöntä. Kansainvälinen menestys kiertotaloudessa edellyttää paikallistuntemusta ja vahvaa näkemystä kokonaisuudesta. Teknologia- ja palveluyritysten on hahmotettava, miten materiaalit eri alueilla kiertävät, miten lainsäädäntö kehittyy ja millaisia toimijoita kiertotalouteen osallistuu. Menestyjä tarjoaa yksittäisen tuotteen tai laajan kokonaisratkaisun tilanteen mukaan.
likkö Pirjo Kaivos CLIC Innovationista. Työpajoissa hyödynnettiin tunnettuja liiketoimintamallien ja arvolupausten kehittämisvälineitä.
”On tärkeää ymmärtää syvällisesti potentiaalisia asiakkaita ja seurata jatkuvasti näiden toimintaympäristöä. Markkinaymmärryksen luominen on pitkän aikavälin investointi”, summaa innovaatiojohtaja Jatta Jussila-Suokas Haaga-Helia-ammattikorkeakoulusta. Hän peräänkuuluttaa joustavan liiketoimintaekosysteemin mallia, jonka avulla yritykset voisivat yhdistää tarpeen mukaan niin paikallisen läsnäolonsa kuin tarjoomansakin. Ajatusta hauduteltiin ARVI-ohjelman loppupuolella järjestetyissä työpajoissa.
”Esille tuli hienoja ajatuksia tarjoomasta ja pilottihankkeista. Esimerkiksi sekajätevirtojen työpajassa ideoitiin jätehuoltoa Brasilian faveloihin ja käsiteltiin samalla jätehuoltoon liittyviä sosiaalisia kysymyksiä, jotka ovat merkittäviä erityisesti kehittyvissä yhteiskunnissa kasvumarkkinoilla”, työpajoja fasilitoinut Jussila-Suokas kertoo. Hän toivoo yhteistyön synnyttävän myös uusia tapoja lähestyä asiakkaita. Kun nykypäivän kuluttajat suunnittelevat keittiöitään verkkokauppojen visuaalisilla työkaluilla, mitä tekee yritysasiakas? Mitä työkaluja on tarjolla innostuneelle virkamiehelle, joka haluaisi esitellä uskottavasti jätehuollon mahdollisuuksia päättäjilleen?
”Osallistujat pohtivat työpajoissa, miten yritysten ja tutkimuslaitosten yhteistyö voisi jatkua tutkimusohjelman päätyttyä kunkin materiaalivirran osalta. He ideoivat, mitä he voisivat tehdä markkinoilla yhdessä ja millaisin liiketoimintamallein”, kertoo ohjelmapääl-
Kaivoksen mukaan yksi kynnyskysymyksistä on löytää veturiyritys, joka on valmis edustamaan yritysten verkostoa markkinoilla. Bisnesideoita sen sijaan syntyi jo työpajoissa.
”Uudet digitaaliset palvelut voisivat täydentää paikallista läsnäoloa”, Jussila-Suokas sanoo.
TULOKSIA
17
Yksi kynnyskysymyksistä on löytää veturiyritys, joka on valmis edustamaan yritysten verkostoa markkinoilla.
18
TULOKSIA
Ravinteet talteen jätevesistä Haitta-aineita sisältävä jätevesiliete on tapana polttaa sellaisenaan, vaikka se sisältää arvokkaita ravinteita. On kuitenkin mahdollista ottaa ravinteet talteen ennen polttoa. Suomalaisissa jätevedenpuhdistamoissa on yhä useammin tapana mädättää jäteveden liete ja ottaa talteen mädätyksessä syntynyt biokaasu. Jäljelle jäävä ravinteikas mädätejäännös sopii lannoitteeksi jopa paremmin kuin alkuperäinen liete, koska ravinteet, kuten typpi, ovat siinä helppokäyttöisessä muodossa.
”Tärkeä tulos oli se, että talteen otettava typpi säilyi ammoniumtyppenä, jota kasvien on helppo hyödyntää”, Horttanainen huomauttaa. Tutkijat selvittivät lisäksi, millaiseen materiaaliin ammoniumtypen voisi sitoa, jotta se säilyisi varastoitaessa ja vapautuisi aikanaan kasvien käyttöön.
”Liete ei sovi kuitenkaan kaikkialla suoraan lannoitteeksi. Suomen ulkopuolella monissa suurkaupungeissa ja varsinkin kehittyvissä maissa jätevesiverkostoon päätyy myös teollisuuden jätevesiä. Silloin jätevedestä erotettu liete voi sisältää haitallisia raskasmetalleja ja öljypitoisia materiaaleja, ja liete päädytään polttamaan”, kertoo professori Mika Horttanainen Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta. ARVI-tutkimusohjelmassa selvitettiin, miten typpi voidaan erottaa ja ottaa talteen poltettavista jätevesilietteistä.
Tutkimukseen osallistui UPM, joka tuottaa biolietteitä sellun ja paperin valmistuksen sivuvirtoina. Tavallisesti biolietteet poltetaan, mutta UPM:llä selvitetään myös mahdollisuuksia käyttää biolietteitä lannoitteina.
Tutkijat saivat jätevesilietteen ammoniumtypen ja veteen liuenneen ammoniakin suurelta osin talteen hyödyntämällä muussa teollisuudessa tunnettuja talteenottomenetelmiä lietteen lämpökuivauksen yhteydessä. Osa typestä jäi lietteeseen, sitoutuneena sen orgaanisiin yhdisteisiin.
”Meidän lietteissämme typpi on pääasiassa orgaanisessa muodossa, joka ei ole kasveille nopeasti käyttökelpoista. Tutkimme muun muassa, hajoaisiko orgaaninen typpi ammoniumtypeksi korkean lämpötilan vaikutuksesta, mutta sitä ei merkittävässä määrin tapahtunut”, kertoo tutkimus- ja tuotekehitysinsinööri Kati Mustonen UPM:ltä. Hän piti ARVI-ohjelmaa hyvänä mahdollisuutena kartoittaa sivuvirtoja ulkopuolisten asiantuntijoiden avulla. ”Tieto ja ymmärrys lannoitteiden maailmasta on meillä lisääntynyt, ja voimme jalostaa aihetta edelleen.”
TULOKSIA
19
Typpi maailmassa
Vapaana kaasuna ilmassa
Elintärkeä
proteiinien raaka-aineena
78 % ilmasta
Orgaanisina yhdisteinä kaikissa eliöissä
Tärkeä lannoitteena
mutta vesistöissä suuri määrä aiheuttaa rehevöitymistä
Typpi kasveissa –– Kasvit ottavat typpeä maaperästä ja lannoitteista ennen kaikkea nitraattityppenä (NO3-) ja ammoniumtyppenä (NH4+), joita vapautuu epäorgaanisista ammoniumja nitraattiyhdisteistä –– Muun muassa herneet ja pavut pystyvät sitomaan typpeä myös ilmakehästä
Epäorgaanisina yhdisteinä maaperässä ja vesistöissä
Biolietteen arvokas ammoniumtyppi Vaikka bioliete poltettaisiin, siitä kannattaa ottaa talteen typpeä, koska –– typpilannoitteita valmistetaan tavallisesti maakaasun sisältämästä vedystä ja ilmakehän typestä, jolloin ilmakehään vapautuu kasvihuonekaasuja. Syntynyttä ammoniakkia voidaan käyttää sellaisenaan lannoitteena tai sitä voidaan jalostaa esimerkiksi ammoniumnitraatiksi. Lietteessä sen sijaan suuri osa typestä on valmiiksi kasveille käyttökelpoisessa muodossa ammoniumtyppenä. –– lietteen poltto tuottaa tavallista vähemmän typenoksidien päästöjä, jos ammoniumtyppi erotetaan siitä ennen polttoa
20
TULOKSIA
Pakkausmuovit kiertoon sekajätteestäkin Puhtaita, lajiteltuja valtamuoveja on suorastaan helppo kierrättää, mutta muovin saa kiertoon sekajätteestäkin, jos säädetään koko ketjua tuotesuunnittelusta alkaen. Muovia käytetään eniten pakkauksiin, ja pakkaukset muodostavat myös suurimman osan muovijätteestä. Valtaosa muovipakkauksista päätyy yhä kotien roskapusseihin sekajätteeksi ja edelleen sekajätteenä poltettavaksi. ”Yleinen käsitys on, että sekajätteen muovia ei pystytä kierrättämään, koska se on niin heterogeenista ja likaista. ARVI-tutkimusohjelmassa osoitimme, että kierrättäminen on mahdollista”, tiivistää erikoistutkija Helena Dahlbo Suomen ympäristökeskuksesta. Tutkijat selvittivät kuluttajamuovipakkausten kulkua roskapusseista muoviraaka-aineeksi asti. Muovien tunnistamiseen ja lajitteluun käytettiin asiantuntijoiden tietämystä ja aisteja sekä optisia mittalaitteita. Yli 70 prosenttia tutkitun sekajätteen muoveista osoittautui yleisimmiksi valtamuoveiksi, joita ovat polyeteeni (PE), polypropeeni (PP), polyeteenitere ftalaatti (PET) sekä polystyreeni (PS). Nämä ovat kaikki kestomuoveja, mikä tarkoittaa sitä, että ne voidaan sulattaa ja muotoilla uudelleen. ”Niiden laatu kuitenkin heikkenee muutaman käyttökierroksen jälkeen. Siksi mukaan lisätään tavallisesti neitseellistä muovia”, kertoo yliopettaja Mirja Andersson ammattikorkeakoulu Arcadasta. Sekajätteestä erotetut valtamuovit osoittautuivat tutkimuksessa hyvälaatuisiksi ja helposti kierrätettä-
viksi, kun taas monikerrosmuovit tuottivat tutkijoille päänvaivaa. ”Kerroksia ei voi erottaa, joten tutkimme niistä syntyvän seoksen ominaisuuksia. Alustavien tulosten valossa vaikuttaa siltä, että joitakin monikerrosmuovipakkauksia voisi prosessoida uudelleen kierrätystarkoituksessa. Tämä tutkimussuunta vaatii kuitenkin vielä paljon jatkotyötä toimiakseen käytännössä”, Andersson sanoo. Hän uskoo, että ARVI-tutkimuksen tulokset auttavat pakkausmateriaalien suunnittelijoita huomioimaan kierrätystä nykyistä paremmin. Ekokemin projektipäällikkö Reetta Anderson odottaa muovien kierrätyksen lisääntyvän sitä mukaa, kun kuluttajille tarjotaan mahdollisuuksia muovien erilliskeräykseen. ”Olemme rakentaneet muovien käsittelyyn kaksi konseptia. Käsittelemme ja lajittelemme omina virtoinaan erilliskeräyksen muovit sekä sekajätteen sisältämät muovit. Niistä muovijakeista, joita emme pysty kierrättämään, valmistetaan kierrätyspolttoainetta”, Anderson kertoo. ARVI-ohjelmassa tutkittiin myös muovien värinpoistoon soveltuvia tekniikoita. ”Odotamme innolla, että pääsemme hyödyntämään niitä omille kierrätysmuoveillemme.”
TULOKSIA
21
Yleinen käsitys on, että sekajätteen muovia ei pystytä kierrättämään, koska se on niin heterogeenista ja likaista.”
Kierrätysmuoveja voitaisiin käyttää ––maarakentamisessa tarvittaviin kalvoihin ––ympäristöhuollon tuotteisiin, kuten jäteastioihin, säiliöihin ja suodattimiin ––aitoihin, terasseihin ja ulkokalusteisiin ––pienmuovituotteisiin ja roskapusseihin Tavoitteena on korvata turvallisesti uusiutumattomien luonnonvarojen käyttöä lisäämättä muovin käyttökohteita
ARVI-tutkimusohjelmassa osoitimme, että kierrättäminen on mahdollista.”
22
TULOKSIA
Kierrätysmateriaaleista syntyy muovikomposiitteja Notkeaa muovia lujitetaan esimerkiksi puu- tai lasikuiduilla. Tällaisia muovikomposiitteja voidaan tuottaa myös jätteestä ja teollisuuden sivuvirroista. Purkutyömailla rakennuksista poistetaan hyvälaatuisia muoviputkia, joiden muovityyppi on helppo tunnistaa. On myös helposti luokiteltavia levyjä ja eristemateriaaleja. Rakennusjätteiden hyödyntäminen on kuitenkin vaikeaa, koska kierrätysmateriaalin laatu ei ole koskaan täsmälleen uuden veroista. Sopiva käyttökohde voikin löytyä paremmin komposiitille, siis yhdistelmämateriaalille, jossa esimerkiksi puu- tai lasikuidut jäykistävät ja lujittavat kevyttä ja notkeaa muovia. Komposiitin ominaisuuksia voidaan säätää helposti muokkaamalla sen koostumusta. ”Ensin on kuitenkin selvitettävä, miten jätejakeet erotetaan toisistaan, ja tutkittava niiden ominai-
suudet lujuudesta ja kosteuden kestosta alkaen. On myös selvitettävä, onko materiaaleissa haitta-aineita”, luettelee professori Timo Kärki Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta. Kun raaka-aineista on kehitetty komposiitti, kokeillaan, miten sitä voidaan muotoilla esimerkiksi ruiskuvalun tai suulakepuristuksen keinoin, ja selvitetään, minkälaisiin tuotteisiin sitä voidaan käyttää. ARVI-tutkimusohjelmassa jätteitä ja teollisuuden sivuvirtoja käsittelevät yritykset hyödynsivät korkeakoulujen asiantuntemusta ja laboratorioita kierrätysmateriaalien ja niistä valmistettujen kuituvahvisteisten komposiittien tutkimiseen.
TULOKSIA
Rakennusjäte hyötykäyttöön Rakennus- ja pakkausjätettä kierrättävä Destaclean Oy tutki ARVI-ohjelmassa mahdollisuuksia käyttää muovijätettä ja muuta rakennusjätettä muovikomposiittien valmistamiseen. ”Esimerkiksi kivi- tai lasivillasta saatava kuitu voi korvata lujuutta ja kestävyyttä, jota muovi menettää kierrätettäessä”, toteaa toimitusjohtaja Kimmo Rinne Destacleanista. Hänen mukaansa tutkimusohjelma tarjosi tieteellisen perustan kiinnostaville materiaaleille, joita yhtiö voi myöhemmin testata omassa tuotannossaan. ”Tavoitteenamme on kehittää materiaaleja uusioraaka-aineiksi ja uusiotuotteiksi asti.”
Puukuitu talteen sellutehtaasta UPM:n sellu- ja paperitehtaiden sivuvirrat sisältävät selluloosakuituja, joita voisi käyttää jäykistämään notkeaa muovia. Sivuvirtojen sisältämä tuhkat ja pigmentit voivat kuitenkin haurastuttaa syntynyttä muovikomposiittia. UPM selvitti ARVI-ohjelmassa, mitä sivuvirrat sisältävät ja millaisia ominaisuuksia ne toisivat muoveihin. Tulosten perusteella jäteveden esikäsittelyssä syntyvää kuitupitoista primäärilietettä voidaan käyttää komposiitin raaka-aineena korvaamassa sahanpurua. Se jopa paransi joitain mekaanisia ominaisuuksia. ”Tavoitteenamme on hyödyntää sivuvirtoja tavalla tai toisella materiaaleissa sen sijaan, että ne poltetaan”, sanoo tutkimus- ja tuotekehitysinsinööri Kati Mustonen UPM:ltä.
23
Nestepakkauskartongit terassilaudoiksi Kun Stora Ensolla leikataan nestepakkauskartonkia, syntyy leikkuujätettä, joka sisältää puukuitua ja muovia. Koska kartonkia ja muovipinnoitetta on työlästä erottaa toisistaan, Stora Ensolla haluttiin selvittää, mitä näiden seoksesta voisi valmistaa. ARVI-ohjelmassa tutkittiin muovikomposiittia, jonka matriisina oli polypropeenimuovi ja lujitteena nestepakkauskartongin sisältämä kuitu ja PET-muovi. Seoksen mekaaniset ominaisuudet mitattiin ja materiaalista tuotettiin suulakepuristamalla terassilautoja. ”Stora Ensohan ei tuota puumuovikomposiittia, mutta tutkimus tarjoaa yleisen perustan, jos halutaan arvioida myös kuluttajilta kerätyn nestepakkauskartongin materiaalihyötykäyttöä”, kertoo tutkimus- ja tuotekehityspäällikkö Olli Väntsi Stora Ensosta.
Jätekumista sitkeyttä ja kitkaa Kestomuovi, kuten polyeteeni tai polypropeeni, sopii hyvin kierrätykseen, koska sitä voidaan sulattaa ja muotoilla uudelleen. Sen sijaan kertamuovi ja kumi kestävät kuumennuksen vain kerran. Siksi Kuusakoski Oy halusi selvittää ARVI-ohjelmassa, miten elektroniikkaromusta ja autonrenkaista saatavaa kumirouhetta voisi hyödyntää sellaisenaan raaka-aineena. ”Muovikomposiitin osana kumi voi tuoda muoviin sitkeyttä ja lämmönkestoa. Se voi vaikuttaa myös kitkaan ja akustiikkaan. Kiinnostavaa on myös se, miten tuotteen sisä- ja ulko-osiin voidaan tuoda erilaisia ominaisuuksia komposiittia kerrostamalla ja kumin määrää vaihtelemalla”, kertoo tutkimus- ja tuotekehitysinsinööri Tiina Malin Kuusakoskelta. Tutkimus eteni koevalmistukseen, ja tuotteet saatiin koekäyttöön. Malin odottaa komposiittien sopivan ennen kaikkea tierakentamiseen, esimerkiksi meluaitoihin ja törmäyssuojiin.
Arvokkaat metallit talteen yhä tarkemmin Sähkö- ja elektroniikkaromussa on harvinaisia ja arvokkaita metalleja, jotka halutaan yhä tarkemmin talteen. Tehtävä helpottuu, kun selviää, miten ja mihin metalleja häviää romua käsiteltäessä. Sähkö- ja elektroniikkaromua käsiteltäessä pyritään erottamaan metallit muoveista ja edelleen metallit toisistaan. Jokainen vaihe tuottaa hävikkiä. Esimerkiksi laitteita murskattaessa harvinaisia ja arvokkaita metalleja häviää pölyiksi, ja myöhemmin metalleja sulatettaessa osa harvinaisista metalleista päätyy sulatuskuonaan. Harvinaisten metallien häviämistä ei ole liiemmin tutkittu, koska niiden talteenottoa on pidetty lähinnä päämetallin, kuten kuparin, valmistuksen vähäpä-
töisenä sivuprosessina. On kuitenkin todennäköistä, että harvinaisten metallien talteenotosta tulee yhä tärkeämpää, jopa välttämätöntä. ARVI-tutkimusohjelmassa selvitettiin, kuinka paljon metalleja päätyy pölyihin ja kuoniin, jotta kierrättäjät voisivat kehittää materiaalien käsittelyä ja tehdä valistuneita päätöksiä kierrätysmateriaalia myydessään ja ostaessaan. Myös laitteiden valmistajat voivat vaikuttaa metallien kierrätettävyyteen jo suunnitteluvaiheessa.
TULOKSIA
25
Kierrätys huomioon laitteiden suunnittelussa
Tarkka tieto arvometallien määristä
Kännykkä on monimutkainen mutta myös arvokas laite kierrätyksessä, koska yhdessä laitteessa voi olla hyvinkin yli 40 alkuainetta ja runsaasti jalometalleja. Mikäli kännykkä syötetään perinteiseen mekaaniseen kierrätysprosessiin, se murskataan kokonaisena ilman akkua muutaman senttimetrin paloiksi. Tavoitteena on irrottaa pääkomponentit ja materiaalit karkeasti toisistaan ja valmistella niitä kullekin jakeelle sopiviin mekaanisiin ja kemiallisiin jatkoprosesseihin. Olennaista on saada ainakin muovit, rauta, alumiini ja kupari eri jakeisiin. Kuparin kanssa samaan jatkoprosessin sopivat jalometallit kullasta alkaen.
Murskattu sähkö- ja elektroniikkaromu etenee mekaanisen erottelun jälkeen kullekin päämetallille sopivaan sulatusprosessiin. Pieninä pitoisuuksina esiintyvät, harvinaiset ja arvokkaat metallit saadaan talteen kuparia sulatettaessa, koska ne liukenevat hyvin kuparisulaan. Ei-toivotut aineet päätyvät puolestaan sulatuskuonaan. On kuitenkin riski, että epäedullisissa olosuhteissa myös suuri osa arvometalleista päätyy kuonaan.
”Mitä pienempään kokoon murskaamme laitteita, sen puhtaampia partikkeleita saamme, mutta silloin syntyy myös enemmän pölyjä, joihin häviää arvokkaita metalleja”, toteaa tutkija John Bachér VTT:ltä. Kun ARVI-ohjelmassa verrattiin kahden kännykkämallin murskaamista, tuli ilmi, että metalliset kuoret ja tukirakenteet suojelevat piirilevyä liialta kulumiselta paremmin kuin muovikuoret ja hillitsevät siten arvokkaiden metallien, kuten kullan ja palladiumin, jauhautumista pölyksi. Toisaalta, pölyyntymistä hillitsee myös se, että osat irtoavat toisistaan helposti. ”Vaikuttaa siltä, että laitteiden modulaarisuus voisi olla hyväksi kierrätyksen kannalta”, Bachér sanoo. Laboratoriotutkimusta täydensivät Kuusakoski Oy:ssä toteutetut koeajot erilaisilla murskausmenetelmillä. ”On tärkeää selvittää koko ketjussa, missä vaiheessa ja mihin kutakin metallia häviää. Sen jälkeen pystymme kehittämään kunkin metallin talteenottoa edelleen”, sanoo teknologiajohtaja Jyri Talja Kuusakoskelta. Hän pitää yhtenä ARVI-ohjelman merkittävistä saavutuksista sitä, että ohjelmassa mallinnettiin elektroniikkaromun kierrätys keräyksestä ja lajittelusta metallien tuottamiseen asti.
ARVI-tutkimusohjelmassa mitattiin ja mallinnettiin, miten metallit jakautuvat metallisulan ja sulatuskuonan välillä eri olosuhteissa. ”Suuruusluokat on tiedetty aiemminkin, mutta nyt tarjolla on luotettavat lukuarvot, joita esimerkiksi metallia myyvät ja ostavat osapuolet voivat hyödyntää”, sanoo professori Pekka Taskinen Aaltoyliopistolta. Hän korostaa, että tutkimuksessa tuotetut jakaumakertoimet ovat sulatusprosessista riippumattomia, joten kaikki sulatot pystyvät hyödyntämään tietoa. ”Tässä oli erinomainen tilaisuus hankkia lisää tietoa prosessisuunnittelumme perustaksi ja asiakkaittemme avuksi. On selvää, että kiinnostus harvinaisten metallien talteenottoon lisääntyy ja siihen on hyvä olla valmiudet”, toteaa ympäristön ja kestävän kehityksen johtaja Ilkka Kojo Outoteciltä, joka kehittää muun muassa kuparinjalostuksessa käytettäviä menetelmiä.
26
TULOKSIA
Voimalaitosten tuhkat ja kuonat hyödyksi Voimalaitokset tuottavat kiinteinä jätteinään tuhkia ja kuonia, jotka ovat yhä kiinnostavampia raakaaineina. Entistä tarkempi tieto tuhkien ja kuonien koostumuksesta helpottaa niiden hyötykäyttöä. Kun sekajätettä poltetaan jätevoimalassa, orgaaninen aines, kuten muovit ja tekstiilit, palaa täysin, ja noin viidennes jätteestä jää palamattomaksi pohjatuhkaksi, jota kutsutaan pohjakuonaksi. Lisäksi, osa palamattomasta aineksesta päätyy kevyeksi lentotuhkaksi, joka suodatetaan savukaasuista ja otetaan talteen. Tuhkat sisältävät metalleja ja suoloja, ja pohjakuonassa on myös kiviä sekä lasia ja muita keraameja. Tuhkista ja kuonista voidaan ottaa talteen arvokkaita metalleja, ja sopivasti käsiteltyinä tuhkat sopivat esimerkiksi maarakentamiseen. Taloudellisesti
kannattavaa hyötykäyttöä hillitsee aikaa vievän lupamenettelyn ohella se, että tuhkan tarkkaa koostumusta ei pystytä selvittämään riittävän helposti ja nopeasti eikä arvometalleja saada talteen riittävän tehokkaasti. ARVI-tutkimusohjelmassa selvitettiin jätteenpoltossa syntyvän pohjakuonan koostumusta ja tapoja saada sen sisältämät arvometallit talteen nykyistä paremmin. Lisäksi, ohjelmassa perehdyttiin menetelmiin, jotka voisivat sopia lentotuhkien ajantasaiseen analysointiin jäteperäisiä tai muita polttoaineita poltettaessa.
TULOKSIA
27
Laserin avulla pystytään tunnistamaan melkein kaikki alkuaineet kiinteästä aineesta.” Arvometalleja pohjakuonista
Tuhkan laatu selville heti
Jätteenpoltossa syntyvää pohjakuonaa murskataan ja käsitellään erilaisin erotusmenetelmin, kunnes ainakin suurimmat rauta-, alumiini- ja kuparirakeet on saatu talteen. Jäljelle jää raekoon mukaan lajiteltua mineraaliainesta. Suurimpia rakeita voidaan hyödyntää esimerkiksi soran tapaan tierakenteissa ja betonin täyteaineena. Sen sijaan kuonan hienoin osuus, jonka raekoko on alle neljä millimetriä, jää usein hyödyntämättä, koska siihen rikastuu ympäristölle haitallisia aineita, kuten raskasmetalleja eikä se ole myöskään teknisiltä ominaisuuksiltaan houkutteleva materiaali maarakentamiseen. Se voi kuitenkin sisältää arvokkaita metalleja.
Voimalaitoksilla otetaan säännöllisesti näytteitä lentotuhkasta ja ne lähetetään laboratorioon analysoitaviksi. Näin saadaan selville lentotuhkan keskimääräinen koostumus, joka ohjaa jatkokäsittelyn valintaa. Mikäli tuhkien laatu ei täytä esimerkiksi maarakentamisen tai lannoitekäytön vaatimuksia, ne ohjataan loppusijoitukseen tai jopa vaarallisen jätteen käsittelylaitokselle. Tuhkan laatu vaihtelee kuitenkin päivittäin polttoaineen laadun mukaan. Jos tuhkan laatu selviäisi jo polton aikana, hyvä- ja huonolaatuiset tuhkat voitaisiin ohjata eri reiteille.
ARVI-tutkimusohjelmassa etsittiin keinoja erotella arvokkaat ja haitalliset aineet kuonan hienoimmasta osasta. Tutkijat selvittivät kuonanäytteiden koostumuksen ja ominaisuudet, minkä jälkeen he pystyivät valitsemaan kokeisiinsa lupaavimmat erotusmenetelmät malminrikastuksessa käytettävien menetelmien joukosta. ”Perinteiset rikastusmenetelmät ovat kehittyneet sellaiseen suuntaan, että pystyimme käsittelemään niillä melko hyvin tällaista hienoakin pohjakuonaa”, kertoo erikoistutkija Tommi Kaartinen VTT:ltä. Hienon kuonan kupari- ja sinkkipitoisuudet osoittautuivat sen verran suuriksi, että metallien rikastaminen kannattaisi, jos olisi kyse malmista. ”Suuri haaste on kuitenkin se, että pohjakuonaa syntyy jätteenpolttolaitoksissa vaatimaton määrä verrattuna kaivosten malmimääriin”, Kaartinen sanoo. Jätteenpoltosta syntyy Suomessa pohjakuonaa lähes 300 000 tonnia vuodessa, ja tästä hienoa kuonaa on noin puolet. ”Meitä kiinnostaa, pystytäänkö pohjakuonan käsittely hoitamaan talteen otettavista metalleista saatavilla tuotoilla, sanoo liiketoimintajohtaja Riina Rantsi Suomen Erityisjätteestä. Hän pitää tärkeänä, että pohjakuonien käsittelyyn on tuotettu ARVI-ohjelmassa lisätietoa, jonka avulla yritykset voivat edistää uusiomateriaalien käsittelyä.
ARVI-tutkimusohjelmassa selvitettiin, miten lentotuhkien laatua voitaisiin seurata voimalaitoksilla. Kiinnostavimmaksi tutkimuskohteeksi nousi LIBS-analysaattori, jonka toiminta perustuu laserspektroskopiaan. ”Laserin avulla pystytään tunnistamaan melkein kaikki alkuaineet kiinteästä aineesta. Ongelmatonta se ei kuitenkaan ole, ja tuhka on erityisen haastava, koska siinä on melkein kaikkia epäorgaanisia alkuaineita, ja niiden spektrit häiritsevät toisiaan”, kertoo professori Juha Toivonen Tampereen teknillisestä yliopistosta. Tutkijat vertasivat erilaisia näytteenoton menetelmiä laboratorio-olosuhteissa ja huomasivat, että LIBS-analysaattori pystyy osoittamaan kiinnostavat alkuaineet jatkuvasti liikkuvasta tuhkanäytteiden virrasta. ”Tulos on hyvin mielenkiintoinen. Sen lisäksi, että tieto tuhkan laadusta ohjaa sen jatkokäsittelyä, tietoa voidaan hyödyntää ehkä myös polton optimoinnissa” toteaa tuotekehityspäällikkö Tero Joronen Valmetilta. Hän uskoo, että tuhkien laatutarkkailu lisääntyy maailmassa alue alueelta sitä mukaa, kun kiertotalouden tavoitteet kiristyvät.
28
TULOKSIA
Elinkaaritiedot avoimeen tietokantaan Tuotteet ja materiaalit virtaavat ketjussa, jossa kukin yritys ja yksilö vaikuttaa kokonaisuuteen ja siten kiertotalouden onnistumiseen. Onnistumista tukee avoin tietokanta, joka jakaa tietoa kunkin materiaalin elinkaaresta eri ympäristöissä. Elinkaaritiedot auttavat arvioimaan tuotteiden ja palveluiden ekologista kestävyyttä. Esimerkiksi yksittäisen raaka-aineen elinkaari kertoo, onko se neitseellistä vai jo muutaman kierroksen kiertänyttä. On kuitenkin mahdotonta määritellä yleispätevästi, miten vaikkapa metallin tai muovin keräys, talteenotto ja erottaminen vaikuttavat ympäristöön. ”Kansainvälisissä tietokannoissa voi olla kuvattuna esimerkiksi keskieurooppalainen jätehuollon prosessi, mutta se ei vastaa suomalaista”, kertoo ryhmäpäällikkö Tuuli Myllymaa Suomen ympäristökeskus SYKEstä. ARVI-tutkimusohjelmassa selvitettiin, miten ja missä suomalaista elinkaaritietoa kannattaisi julkistaa ja jakaa. Tutkijat perehtyivät kansainväliseen OpenLCA -sovellukseen ja totesivat sen hyväksi alustaksi myös suomalaisen elinkaaritiedon julkaisulle. Toiseksi kohteeksi valikoitui avoimelle tutkimustiedolle tarkoitettu SYKEn metatietopalvelu. ”Molempien sovellusten ja niiden sisältämien tietokantojen käyttö on ilmaista”, Myllymaa painottaa.
ARVI-ohjelmassa ehdittiin tuottaa ja syöttää tietokantoihin tiedot suomalaisista jätteenkäsittely- ja jätteenpolttoprosesseista sekä ohjelmassa tutkituista komposiittilaudoista, jotka on valmistettu kierrätetystä muovista ja puukuidusta. ”Komposiittilaudoista julkistettiin täysi elinkaariarviointi, mikä on poikkeuksellista. Mukana on kaikki tiedot alkaen energian käytöstä, kemikaalien valmistuksesta ja kuljetuksista”, Myllymaa kertoo. Sovellukset ohjaavat tiedon syöttäjiä kuvaamaan yksityiskohtaisesti, mistä tiedot ovat peräisin, ja erottamaan mittaustulokset, laskelmat ja arviot toisistaan. Näin tiedon hyödyntäjät voivat arvioida muiden syöttämien tietojen luotettavuutta. Myllymaa toivoo, että ARVI-ohjelmassa tuotetut elinkaaritiedot kannustavat suomalaisia yrityksiä ja tutkimuslaitoksia jakamaan elinkaaritietojaan. Jakaminen vaatii luonnollisesti työtä, mutta Myllymaa uskoo sen palkitsevan myös jakajaa. ”Suomessa on jätehuoltoon ja jätteenpolttoon liittyviä prosesseja, jotka voisivat kiinnostaa myös ulkomaisia yrityksiä. Kattavat elinkaaritiedot auttavat varmasti markkinoinnissa.”
TULOKSIA
29
Seurannalla tehoa jätekeräykseen Jätekeräyksen seuranta tehostaa jätehuoltoa ja kannustaa kiinteistöjä vaikuttamaan jätehuollon kustannuksiin. Yhdyskuntajätteen määrällä on entistä enemmän väliä. Yhdyskuntajätteen keräys perustuu tyypillisesti siihen, että kiinteistöyhtiö ja jätehuollosta vastaava jätelaitos sopivat jäteastioiden määrästä ja tyhjennystiheydestä. Asetelma ei erityisesti kannusta kiinteistöjä jätteiden lajitteluun ja vähentämiseen eikä auta jätelaitoksia keräyksen tehostamisessa. Kiinteistöhän maksaa saman, oli astia puolillaan tai täysi, ja keräysauto varautuu keräämään täysiä astioita. Tilanne olisi toinen, jos astiat punnittaisiin, kuten teollisuudessa on tapana. ARVI-tutkimusohjelmassa selvitettiin, miten jäteastiat voidaan punnita tyhjennyksen yhteydessä ja miten punnitustietoa voidaan analysoida. Punnitusta testattiin neljässä jätelaitoksessa jäteautojen nostimiin asennetuin vaaoin, joista tieto siirtyi auton ajo-ohjausjärjestelmän kautta jätelaitoksen tietokantaan. ”Punnituksen avulla taloyhtiöt ja muut kiinteistöt pystyvät seuraamaan tuottamansa jätteen määrää. Jätelaitokset puolestaan pystyvät tehostamaan jätekeräystä, kun heillä on tarkka tieto alueella syntyvän jätteen määrästä. Kaiken kaikkiaan jätehuollon kustannukset pystytään jakamaan oikeudenmukaisemmin kuin ennen. Se, joka tuottaa, myös maksaa”, sanoo johtava tutkija Ari Serkkola Aalto-yliopistosta. ARVI-ohjelmassa perehdyttiin myös astioiden tunnistamiseen RFID-, QR- ja NFC-tunnisteilla,
ja sitä testattiin tietoturva-aineiston keräyksissä. Tunnistetietoja hyödynnettiin jätelaitoksien tilausja ajo-ohjausjärjestelmien kehittämisessä. Lisäksi ARVI-ohjelmassa tutkittiin, miten jätelaitokset voisivat kehittää raportointiaan asiakkaille päin. ”Selvitimme isännöitsijöiden näkemyksiä ja kehitimme uudenlaisen tietomallinnuksen avulla palvelua, joka tiedottaa jätteen tuottajille muun muassa astiatyhjennysten ajankohdista ja jätemääristä”, Serkkola kertoo. ”Meidän järjestelmämme ovat käsitelleet painoja ja tunnistetietoja ennenkin, mutta on hyvä luoda yhteinen perusta, jotta seuranta yleistyisi myös yhdyskuntajätteen käsittelyssä”, toteaa toimitusjohtaja Timo Sivula Tietomitta Oy:stä. Hän pitää yhä tärkeämpänä, että jätelaitokset pystyvät osoittamaan asiakkailleen jätteiden läpinäkyvän polun jätelajista riippumatta. Merkittävänä yksittäisenä saavutuksena Sivula pitää ARVI-ohjelmassa luotua sähköistä siirtoasiakirjaa. Jätelain mukaan siirtoasiakirja on laadittava aina, kun luovutetaan ja siirretään muun muassa vaarallisia jätteitä sekä rakennus- ja purkujätteitä. Kuljettajan on hankittava paperiin jätteen tuottajan allekirjoitus ja toimitettava se jätelaitoksen tietojärjestelmään. Sähköisen siirtoasiakirjan voi allekirjoittaa mobiilisovelluksessa, ja sovellus siirtää sen suoraan jätelaitoksen järjestelmään.
http://arvifinalreport.fi
YRITYKSE T A B S TO R M O SS E N OY AM PP C F I N L A N D OY (1. rahoituskausi) B M H T E C H N O LO G Y OY B O R E A L I S P O LYM E R S OY D E STAC L E A N OY (2. rahoituskausi) E KO K E M OYJ H E L S I N G I N K AU PU N K I H S Y H E L S I N G I N SE U D U N YM PÄ R I S TÖ PA LV E LU T K U U SA KO SK I OY KYM E N L A A K SO N J ÄT E OY LO I M I - H ÄM E E N J ÄT E H U O LTO OY LO U N A I S -S U O M E N J ÄT E H U O LTO OY O U TOT E C OYJ O U TOT E C ( F I N L A N D ) OY PA PE R R A OY (1. rahoituskausi) ST E N A T E C H N O W O R L D OY (1. rahoituskausi) STO R A E N S O W O O D PR O D U C TS OY LT D S U O M E N E R I T YI SJ ÄT E OY (2. rahoituskausi) T I E TO M I T TA OY (2. rahoituskausi) U PM -KYM M E N E OYJ (2. rahoituskausi) VA L M E T T E C H N O LO G I E S OY Å F -CO N S U LT OY (1. rahoituskausi)
TUTKIMUSL AITOKSE T A A LTO -YL I O P I STO A R C A DA I TÄ - S U O M E N YL I O PI S TO J Y VÄ SKYL Ä N AM MAT T I KO R K E A KO U LU L A P PE E N R A N N A N T E K N I L L I N E N YL I O P I STO S U O M E N YM PÄ R I S TÖ K E S K U S ( S YK E ) T E K N O LO G I A N T U T K I M U SK E SK U S V T T OY TAM PE R E E N T E K N I L L I N E N YL I O P I STO T U R U N YL I O PI S TO ÅBO AKADEMI
PIRJO K AIVOS Ohjelmapäällikkö pirjo.kaivos@clicinnovation.fi / +358 40 5401 796 PIA SAARI Teknologiajohtaja, CLIC Innovation Oy (2016–) pia.saari@clicinnovation.fi / +358 40 1949 932 J AT TA J U S S I L A -S U O K A S Teknologiajohtaja, CLEEN Oy / CLIC Innovation Oy (2008–2015)
Ohjelman kaikki julkaisut: http://arvifinalreport.fi