Saila Seppo

Saila Seppo: Metallien kierrätys vaatii tutkimusta

3.12.2020

Tarvitsemme kiertotaloutta ja siihen liittyvää tutkimusta, jotta voimme jatkuvasti saada metalleja lisääntyneeseen tarpeeseemme.

Metallit liittyvät elämäämme kiinteästi ja kulutamme niitä. Metallien kierrätykseen on otettava mukaan myös epämiellyttäviä metalleja, kuten lyijy. Metallit sitoutuvat toistensa rakenteisiin. Kierrätyksessä ei voi valita rusinoita pullasta, vaan kaikki materiaalit pitää kierrättää.

Aiemmin syksyllä professori Markus Reuter SMS Groupista Saksasta kertoi Kaupunkien kiertotalous -ohjelman Foresight Thursday – The Future of Circular Economy in Cities -etätilaisuudessa metalleista sekä niiden yhteisesiintymisistä ja kierrättämisestä. Reuter totesi, ettei mitään kännykkää tai kahvinkeitintä pysty kierrättämään 100-prosenttisesti takaisin itsekseen, eikä uutta autoa pysty rakentamaan 100-prosenttisesti kierrätetystä materiaalista. Syytä tähän voi etsiä tutkimuksen avulla.

Kaupunkien kiertotalouden prosessien tutkiminen on tärkeää, sillä osasta metalleista on tullut kriittisiä materiaaleja

Kiertotalouden arkipuheissa käsitellään nykyisin harvinaisia maametalleja, jotka kemian ja fysiikan tieteessä löydettiin vasta noin sata vuotta sitten. Metallien maailma on muuttunut nopeasti. Vesirattaiden, tuulimyllyjen ja lyijyvalkoisen aikaan 1700-luvulla tarvittiin lähinnä lyijyä, sinkkiä, tinaa, rautaa ja kuparia. Vesiturbiinien ja teollisten koneiden aikaan 1800-luvulla tarvittiin edellisten lisäksi lähinnä kobolttia, mangaania ja kalsiumia. Vesivoimalaitosten, sähkölamppujen ja titaanidioksidivalkoisen aikaan 1900-luvulla tarvittiin puolestaan uusina metalleina platinaa, wolframia, kultaa, vanadiinia, magnesiumia, molybdeenia, piitä, titaania, alumiinia, kromia ja nikkeliä.

2000-luvulla aurinkokennot, sähköiset tuulimyllyt, led-lamput ja sähköautot luovat kysyntää edellisten lisäksi uusille metalleille, kuten kadmium, rutenium, palladium, iridium, rodium, osmium, arseeni, zirkonium, tantaali, niobium, cerium, gallium, germanium, indium, telluuri, hopea, uraani, vismutti, kalium, antimoni, litium ja harvinaiset maametallit. Yllä mainituista metalleista kursivoidut ovat Suomen huoltovarmuuskeskuksen määrittelemiä kriittisiä materiaaleja.

Metallien kriittisyyden syynä on, että niitä ei ole vapailla markkinoilla tarvetta vastaavaa määrää. Monien metallien tarve on noussut miltei eksponentiaalisesti 1900-luvulla. Toisaalta maapallon tunnetut mineraalivarannot hupenevat tai varannot sijaitsevat poliittisesti tai muuten kiistanalaisella alueella.

Metallien kiertotalous on välttämättömyys

Kaupunkien kiertotaloudessa kriittiset materiaalit ovat niitä materiaaleja, joita tarvitaan. Toisella logiikalla kriittisiä ovat ne materiaalit, joita emme halua elämäämme. Jotkut metallit ovat vaarallisia ihmisille. Näihin lukeutuvat muun muassa lyijy, kromi tai radioaktiiviset metallit kuten uraani. Vaikka ne ovat ihmisille haitallisia, toiset metallit pitävät niistä, ja yhdessä metallit sekoittuvat toisiinsa.

Metallien korvaaminen on vaikeaa, sillä luonto on antanut metalleille ja niiden yhdistelle sellaisia ominaisuuksia mitä tuotteisiin halutaan. Esimerkiksi titaanidioksidin taitekerroin on korkea ja sen vuoksi se on ylivoimainen valkoinen väriaine. 

Kierrätyksessä vaaditaan äärimmäistä tarkkuutta, kun yksi miljoonasosa vierasta ainetta voi saastuttaa metallin tai sen yhdisteen. Vaadimme tuotteiltamme tasalaatuisuutta ja huomaamme helposti poikkeaman, joka aiheutuu noin pienestä epäpuhtaudesta. Tuotteet ovat usein niin monimutkaisia, ettei valmistaja pysty erottelemaan metalleja puhtaasti tuotteestaan niin, että ne voitaisiin käyttää samanlaisissa tuotteissa uudestaan.

Reaalimaailmassa kierrätyksessä tapahtuu usein muutakin kuin suunniteltu kierrätys. Kemiran Porin titaanidioksiditehtaalla kierrätettiin rikkihappovesiä. Muistan, kun lopputuotteen saostuslietteen natrium-pitoisuus kasvoi kasvamistaan. Natrium, jolla on hyvä liukoisuus, ei saostunut matkan varrella liuoksesta pois, vaan se kiersi loopissa happoveden mukana.

Kierrätys on kompleksista, ja kierrätyksessä epäpuhtaus kasvaa kierros kierrokselta, kuten natrium happovedessä. Siksi on myös tutkittava, miten monta kertaa voidaan kierrättää.

”Kierrätyssykli ei voi kääntyä ilman tiettyjä metallurgian haaroja.”, professori Reuter muistutti syksyllä. Esimerkiksi lyijyn tai tinan kieltämisellä olisi valtavia vaikutuksia kiertotalouteen. Metallit ovat sidoksissa toisiinsa ja metallurgiaa pitää tuntea, jotta ei päädy ikäviin yllätyksiin metallien kierrätyksessä. 

Suomen Akatemia on aloittamassa uuden akatemiaohjelman ”Kriittiset materiaalit kaupunkien kiertotaloudessa (2022-2025)”. Akatemian hallitus on varannut yhteensä enintään 8 miljoonaa euroa vuoden 2021 myöntövaltuutta kyseisen akatemiaohjelman tutkimushankkeiden rahoittamiseen.

Lue myös: Uusi akatemiaohjelma kriittisistä materiaaleista kaupunkien kiertotaloudessa

Onko sinulla kysyttävää tai haluatko antaa meille palautetta?

Verkkoasioinnissa (SARA) on käyttökatko perjantaista 29.1.2021 klo 18:30 - maanantaihin 1.2.2021 klo 08:00.