LUT-yliopiston kehittämällä teknologialla rakennus- ja purkujätteistä syntyy uusia komposiittituotteita

LUT-yliopistolla on tutkittu Circwaste-hankkeessa jo kuuden vuoden ajan, miten vaikeasti kierrätettävää sekalaista muovijätettä voitaisiin uusiokäyttää eikä vain polttaa jätteenä.

"Sekalaista muovia on paljon esimerkiksi yhdyskunta-, rakennus- ja purkujätteen joukossa, ja arvioiden mukaan rakennus- ja purkujäte kattaa 30–40 prosenttia kokonaisjätteen määrästä EU:ssa", toteaa LUT-yliopiston kestävyystutkimuksen apulaisprofessori ja Circwaste-hankkeen projektipäällikkö Jouni Havukainen. Suomessa rakennus- ja purkujätteen kierrätyksessä on päästy tähän mennessä runsaaseen 50 prosenttiin. "EU:n jätedirektiivin tavoitteena oli, että kierrätysaste olisi ollut 70 prosenttia jo vuoden 2020 loppuun mennessä."

Wimaon kierrätyslaitos hyödyntää uutta teknologiaa

Tutkimus on keskittynyt sekalaisen muovin lisäksi muihinkin vaikeasti hyödynnettäviin jätejakeisiin sekä niiden käyttöön komposiittien valmistuksessa. Wimao hyödyntää LUT-yliopistossa kehitettyä ekstruusiopuristusteknologiaa pilottilaitoksessaan Lappeenrannassa ja vuonna 2021 Riihimäelle avatussa kierrätyslaitoksessa.

"Prosessissa jätemateriaalit murskataan, murskeesta poistetaan metallit ja materiaaliseosta kuumennetaan ja jäähdytetään, kunnes se on yhdenmukaista", Havukainen kertoo. Sitten materiaaliin lisätään sidos- ja kytkentäaineita, ja lopuksi seos puristetaan lieriöiksi, rakeiksi tai pelleteiksi, joita on helpompi käyttää komposiittituotteiden valmistuksessa.

Kehitettyä teknologiaa hyödyntävien laitosten etuna on mahdollisuus tehdä jätteenpolttolaitoksia pienempiä yksiköitä, mikä laskee investointikustannuksia. "Sen ansiosta jätemateriaaleja on tulevaisuudessa mahdollista kierrättää mahdollisimman paikallisesti, mikä vähentää kaatopaikoille kerääntyvää muovijätettä ja vesistöihin päätyvää muovia", Havukainen sanoo.

Komposiitti taipuu moneen käyttöön

Komposiittimateriaalista valmistettuja kuormalavoja. © Wimao

Prosessin pääraaka-aineena käytetään jätemuoveja, kuten polypropeenia (PP), polyeteeniä (PE) ja polyvinyylikloridia (PVC). Puukuitua saadaan puolestaan esimerkiksi sellun valmistuksesta tai murskatusta jätepuusta. Lisäksi komposiittituotteissa voidaan käyttää muita hukkamateriaaleja, kuten mineraaleja, kipsiä, mineraalivillaa ja jopa tekstiilijätettä.

"Komposiitti taipuu hyvin erilaisiksi lopputuotteiksi, ja uusia käyttökohteita löydetään koko ajan", Havukainen sanoo. Komposiiteista voidaan valmistaa esimerkiksi kuormalavoja ja erilaisia rakennustuotteita terassikalusteista lautoihin ja maaliastioihin. Ominaisuuksiltaan puu-muovikomposiitti ei ole yhtä vahvaa kuin puu, mutta esimerkiksi veto- ja taivutuslujuuteen voidaan vaikuttaa käyttämällä eri täyteaineita.

Elinkaarianalyysi paljasti komposiittien päästövaikutukset

LUT-yliopistossa tehtyjen tutkimusten mukaan puu-muovikomposiittien tuotannolla vähennetään rakennus- ja purkujätteiden käsittelyn ympäristövaikutuksia, varsinkin jos jätteillä korvataan muovi- ja alumiinimateriaaleja. LUTissa toteutettiin elinkaarianalyysi kahdelle erilaiselle komposiittireseptille.

Ensimmäisessä reseptissä käytettiin enemmän jätepuuta (53 %) kuin toisessa (24 %), mutta jätemuovia oli molemmissa 40 prosenttia ja lisäaineita 6 prosenttia. Vähemmän puuta sisältävään reseptiin lisättiin kipsilevy- ja mineraalivillajätettä. "Päästövähennys on rakennus- ja purkujätetonnia kohden 1900 kg CO2,eq./t, kun korvataan muovia, ja 2200 kgCO2,eq./t, kun korvataan alumiinia", Havukainen kertoo.

Jos puu-muovikomposiitilla korvataan puutuotteita, päästövähennys on pienempi. "Kipsiä ja mineraalivillaa sisältävä resepti oli ilmastonmuutoksen torjunnan kannalta parempi vaihtoehto, ja lisäksi sillä oli paremmat fyysiset ja mekaaniset ominaisuudet", Havukainen toteaa. Suurimmat päästöhyödyt tulevat siitä, että muovijätettä poltetaan vähemmän ja tuotteilla voidaan korvata neitseellisesti valmistettuja muovituotteita.

Valmiiden tuotteiden eli kuormalavojen elinkaarianalyysi antaa samansuuntaisia tuloksia. "Puu-polymeerikomposiitti-kuormalavat ovat parempi vaihtoehto muovisille kuormalavoille, ja useimmissa tapauksissa ne päihittävät myös puiset kuormalavat", Havukainen sanoo. Päästöihin vaikuttaa muun muassa kuormalavojen paino ja se, minkälaista sähkön- ja lämmöntuotantoa poltettavalla jätteellä korvataan.

Havukainen korostaa, että ympäristövaikutusten arvioinnin pitää kattaa laajasti koko järjestelmä. "Esimerkiksi jätteeksi päätyvien puulavojen energiahyödyntämisen voi tällä hetkellä ajatella vähentävän maakaasun ja kivihiilen käyttöä energiantuotannossa, mutta kun energiantuotanto muuttuu puhtaammaksi, komposiittituotteiden ympäristövaikutukset ovat entistäkin paremmat puulavoihin verrattuna." 

Seuraavaksi LUT-yliopistossa tutkitaan lisää vaikeasti kierrätettäviä muoveja. "Työn alla on esimerkiksi Musharof Khanin väitöskirja muovia sisältävien jätteiden, kuten nestepakkausmuovien, hyödyntämisen ympäristövaikutuksista", Havukainen kertoo. Lisäksi Mohammad Naji työstää artikkelia sähkö- ja elektroniikkajätteen sisältämän muovin kierrätysmahdollisuuksista ja Elisa Salmi tutkii muovin yhteiskeräystä haja-asutusalueilla.

LUT-yliopiston tutkimus liittyy Circwaste-hankkeeseen "Planning for re-materialization: Developing composite fibre products and processing machinery for municipal, industrial and C&D waste fractions". Tutkimus jatkuu 7-vuotisessa PlastLIFE-projektissa, jossa on tarkoitus edistää kansallisen muovitiekartan toimeenpanoa.

Lisätietoa

• apulaisprofessori Jouni Havukainen, LUT-yliopisto, jouni.havukainen@lut.fi
• professori Timo Kärki, LUT-yliopisto, timo.karki@lut.fi
• professori Mika Horttanainen, LUT-yliopisto, mika.horttanainen@lut.fi

Lisää aiheesta

• Uusia komposiittituotteita muoveista ja kuitujätteestä

Tutkimusartikkelit

• Construction and demolition waste as a raw material for wood polymer composites – Assessment of environmental impacts
• Khan, M.H., Deviatkin, I., Havukainen, J. et al. Environmental impacts of wooden, plastic, and wood-polymer composite pallet: a life cycle assessment approach. Int J Life Cycle Assess 26, 1607–1622 (2021).
• Miia Liikanen, Kaisa Grönman, Ivan Deviatkin, Jouni Havukainen, Marko Hyvärinen, Timo Kärki, Juha Varis, Risto Soukka, Mika Horttanainen, Construction and demolition waste as a raw material for wood polymer composites – Assessment of environmental impacts, Journal of Cleaner Production, Volume 225, 2019, Pages 716-727, ISSN 0959-6526
• Khan M., Laitinen V., Havukainen J., Horttanainen M., Environmental impacts of different recovery options of the repulping reject from liquid packaging board waste treatment process. Waste Management, 2021
• Sormunen P., Deviatkin I., Kärki T., Horttanainen M., An Evaluation of Thermoplastic Composite Fillers Derived form Consrtuction and Demolition Waste Based on Their Economic and Environmental Characteristics. Journal of Cleaner production, Volume 280, Part 2, 20 January 2021.
• Mustonen K., Deviatkin I., Horttanainen M., Kärki T., Implications of pulp and paper mill primary sludge incineration versus use in composites production: decision-making based on life cycle assessment. Journal of Environmental Informatics Letters, 4(2) 88-92 (2020).
• Gopalraj, S.K., Deviatkin, I., Horttanainen, M., Kärki, T., Life cycle assessment of a thermal recycling process as an alternative to existing cfrp and gfrp composite wastes management options. Polymers, 2021, 13(24), 4430.
• Deviatkin I., Khan M., Ernst E., Horttanainen M., Wooden and plastic pallets: A review of life cycle assessment (LCA) studies. Sustainability 2019, 11(20), 2019.