Teksti: Pirjo Pietikäinen, Muoviteollisuus ry
Tässä kirjoituksessa tuon tervehdyksen Composites United Switzerlandin kesällä järjestämästä webinaarista, jonka otsikkona oli Composites and Sustainablity. Kolmen päivän webinaarissa raapaistiin tätä laajaa aihealuetta pääosin tuotesuunnittelun ja tekniikkakehityksen näkökulmista unohtamatta biopohjaisten raaka-aineiden käyttömahdollisuuksia.
Muovikomposiittialan kestävän kehityksen haasteet liittyvät sekä kuituihin että matriisihartseihin. Kuitujen laatu heikkenee merkittävästi kierrätettäessä ja esimerkiksi hiilikuidun valmistaminen vaatii paljon energiaa. Lisäksi hiilikuidun raaka-aine PAN ei ole ekologinen ratkaisu. Kertamuovihartsien haasteina voidaan pitää sitä, että niitä on vaikea korjata, työstää uudelleen tai kierrättää. Muovikomposiittituotteiden kierrättämistä niin, että tuote/rakenne säilyy, mietitään myös jatkuvasti.
Espanjalaisen AIMPLAS-tutkimuskeskuksen esitys käsitteli suurten, käyttöikänsä loppuun tulevien muovikomposiittituotteiden kierrätysproblematiikkaa. Lasketaan, että Euroopassa tulee puolet 146 GW:n tuulimyllyistä käyttöikänsä päähän vuonna 2030. Samaan aikaan maailman laajuisesti 10 000 lentokonetta poistuu käytöstä. Tämä tarkoittaa sitä, että alle kymmenen vuoden kuluttua maailmassa on todella suuri määrä komposiittijätettä, jonka kierrätyskäsittelyyn ei tänä päivänä vielä ole olemassa ratkaisua riittävän suuressa mittakaavassa.
Yhtenä kierrätysratkaisuna esitettiin komposiittijätteen käyttämistä keraamisten laattojen, lasitteiden ja musteiden raaka-aineina. Ensimmäinen vaihe on mekaaninen kierrätys, joka tässä tapauksessa näyttäytyy tuotejätteen pilkkomisena ja jauhamisena jatkokäsittelyä varten. Solvolyysireitissä joko kuitu puhdistetaan hartsista hydrolyysillä tai hartsi puretaan (depolymerointi) alkoholi- tai glykolikäsittelyllä kemikaaleiksi (musteet, lasitteet) jatkokäyttöä varten. Pyrolyysissä syntyy pyrolyysilöjyä ja kuituja, joita voidaan käyttää osana keraamisten laattojen raaka-aineita.
Eindhovenin teknillisessä yliopiston (Eindhoven University of Technology) opiskelijat ovat suunnitelleet ja toteuttaneet kampukselle kävelysillan, jonka materiaaleina ovat PLA ja pellavan ja hampun seos. Tavoitteena oli, että PLA olisi kokonaan biopohjaista, mutta kaupallisesti on saatavilla vain 56 % biopohjaista laatua. Kuituraaka-aine siltaan tuli hollantilaisilta viljelijöiltä. Komposiitin lisäksi sillan rakenteessa käytettiin PLA-vaahtoa.
Ennen asentamista silta testattiin vesitankeilla, joilla saatiin aikaa 500 kg/m2 kuorma. Siltaan on asennettu lukuisia sensoreita, joiden avulla materiaalin kestävyyttä (lämpötila, UV-säteilyn määrä, kosteus) tutkitaan jatkuvasti. Rakennusmateriaalin taipumus absorboida kosteutta oli odotettu tulos ja vaativampiin rakennuskohteisiin sen ominaisuudet eivät riitä, mutta tulosten toivotaan edistävän uusien rakenneratkaisuiden kehittymistä.
Muovikomposiittien biopohjaisia raaka-aineita tutkitaan laajasti. Yksi tapa arvioida materiaalin ekologisuutta on sen sisältämän hiilen biopohjaisuus. Tässä seminaarissa itävaltalainen tutkimusryhmä (Montanuniversität Leoben) kertoi muovikomposiitista, jonka sisältämä hiili on 100 % biopohjaista. Kuituna käytettiin hamppua ja hartsi valmistettiin epoksoidusta pellavaöljystä ja sitruunahaposta. Tässäkin tutkimuksessa tavoiteltiin komposiitille matalampaa veden absorptiota ja parannuksia saatiin varioimalla sekoitustekniikkaa.
Esimerkkinä toteutetusta komposiittikierrätyksestä kuultiin italialaisen Gees Recycling srl:n kierrätystehtaasta, jossa voidaan käyttää raaka-aineena monenlaista komposiittituotannon jätettä, jäykkiä vaahtoja (polyuretaanivaahto, vaahdotettu PVC ja PET) ja autoteollisuuden kestomuovikomposiitteja. Recomplax-tuotemerkin alla on myynnissä erilaisia levyrakenteita, joiden valmistuksessa käytetään vain 3 % neitseellistä raaka-ainetta. Näitä levyjä käytetään sellaisenaan, kerroslevyrakenteiden sisäosina tai teknisissä laminaateissa. Yritys satsaa myös levytuotteiden ulkonäköön ja valmistaa myös sisustustarkoituksiin sopivia levyä sekä ulko- että sisäkäyttöön. Tehdas valmistui vuonna 2018 ja sen kierrätyskapasiteetti on 3 000 t/a.
Johtopäätöksenä voitaneen todeta, että muovikomposiittien kehittämisessä luonnon kannalta ekologisemmiksi ja niiden kierrätysratkaisujen tutkimisessa on vielä paljon tehtävää ja etenkin kierrätyshaasteiden ratkaisemisella on jo kiire. Toki samalla on hyvä muistaa, että suuri osa muovikomposiittituotteista on käytössä kymmeniä vuosia, mikä tekee niiden käytöstä monessa mielessä varsin kestävän ratkaisun.
