Kaupunkirakentamiseen soveltuvia, teollisuuden sivuvirroista valmistettuja ja 3D-tulostettavia geopolymeerikomposiittimateriaaleja on kehitetty LUTin, Lappeenrannan kaupungin ja alueen yritysten sekä LAB-ammattikorkeakoulun yhteisessä Urban Infra Revolution -hankkeessa. Tavoite on ollut saada aikaan vähähiilistä rakennusmateriaalia, jonka lujuusominaisuudet ovat vähintään betoninkaltaisia. Tällaisen materiaalin avulla voitaisiin osittain kompensoida sementtiteollisuuden aiheuttamaa ympäristökuormitusta, sillä kahdeksan prosenttia maailman hiilidioksidipäästöistä syntyy sementtiteollisuudessa.

- Voidaan sanoa, että potentiaalinen ekologinen rakennusmateriaali on syntynyt. Olemme testanneet useampaakin reseptiä, ja parhaassa seoksessa 99,6 prosenttia on teollisuuden sivuvirtoja. Parhaimman reseptin hiilidioksidipäästöt ovat 98 prosenttia alemmat tavalliseen betoniin verrattuna, LUTin professori Antti Häkkinen sanoo yliopiston verkkosivustolla.

Geopolymeeri – kuin keinotekoinen kivi

Häkkinen tutkimusryhmineen karakterisoi sivuainevirtoja kymmenellä analyysitekniikalla. Hankkeessa mukana oleva Apila Group kehitti erilaisia seosreseptejä Etelä-Karjalan teollisuuden jäämistä, kuten rakennusjätteestä, kaivosteollisuuden rikastushiekasta ja metsäteollisuudesta tulevasta tuhkasta.

- Testasimme hankkeessa 23 erilaista teollisuuden sivuvirtaa. Ajatus oli se, että emme käytä sidoskemikaaleja vaan ainekset reagoivat keskenään ja näin syntyy geopolymeerikomposiitti, Häkkinen sanoo.

Geopolymeerit ovat alkujaan tarkoittaneet epäorgaanisia, tyypillisesti keraamisia materiaaleja, jotka muodostavat kovalenttisesti sitoutuneita lujia verkostorakenteita. Niiden raaka-aineina käytetään yleisesti geologista alkuperää olevia kiviaineksia, josta johtuu nimi geopolymeeri. Kun geopolymeerin kanssa seostetaan muita ainesosia, kuten aktivaattori, täyteaineet ja mahdolliset lujitteet, saadaan geopolymeerikomposiitti.

Raudoittamisen korvaava sisäinen lujitus sekä 3D-tulostus mahdollistavat geopolymeerikomposiitilla betonia monimuotoisemman muotokielen toteuttamisen. LUTilla hankekoordinaattorina toimiva dosentti Jutta Nuortila-Jokinen huomauttaa, että se avaa uusia sovelluskohteita kyseisille ekologisille materiaaleille rakennusteollisuuden ulkopuoleltakin.

Lisäksi sivuainevirroista tehty materiaali säästää merkittävästi neitseellisiä raaka-aineita ja edistää siirtymistä kiertotalouteen, Nuortila-Jokinen painottaa.

Uusia liiketoimintamalleja

UIR-hankkeessa kehitettyjen potentiaalisimpien seosten säänkestävyyttä testataan luonnollisissa olosuhteissa Lappeenrannan Pontuksen alueella. Junaradan varteen loppuvuodesta 2020 rakentuvassa meluesteessä on betoniosien lisäksi uusiomateriaalin muutamalla eri seoksella toteutettuja geopolymeerikomposiittiosioita.

Valmistus- ja tulostustekniikoiden lisäksi LUT tarkasteli hankkeessa sementti- ja betoniteollisuuden ympäristöinnovaatioiden liiketoimintamahdollisuuksia. Antti Häkkinen sanoo, ettei ole aiemmin törmännyt Suomessa puhtaasti sivuainevirtoihin keskittyvään geopolymeeritutkimukseen tässä mittakaavassa.

Ekologisen geopolymeerikomposiitin tuotanto on monistettavissa joka puolelle, missä on saatavilla vastaavanlaisia sivuainevirtoja, Häkkinen kertoo.

Jotta aiempaa ekologisemmat materiaalit päätyvät käyttöön, tarvitaan niiden ympärille kannattava liiketoimintaekosysteemi. Sellainen syntyy tutkimuksen, testaamisen ja lainsäädännön sekä innovaatiomyönteisten toimijoiden kautta.

- Jos tarkoitus on tuottaa omaan kaupunkiin uusiomateriaalia alle sadan kilometrin säteellä saaduista ylijäämäraaka-aineista, on lähituottajien ekosysteemien oltava vakiintuneita, Jutta Nuortila-Jokinen täsmentää.

Urban Infra Revolution - hankkeen loppuseminaari, jossa käsitellään kestävää kaupunkirakentamista sekä teollisuuden kiertotaloutta, järjestetään 27.10 virtuaalisena, LUT kertoo.