Kaivosjätteellä on potentiaalia kestävän kehityksen rakennusmateriaalina

Betonilla on puolensa. Se on vahva ja helposti muokattava materiaali, joka kestää satoja vuosia. Sen tekeminen on yksinkertaista ja huokeaa. Betonin tekeminen vaatii kuitenkin luonnonvaroja, joita ei ole saatavilla rajattomasti. Siksi Oulun yliopiston apulaisprofessori Priyadharshini Perumal tutkii voidaanko muiden teollisuudenalojen jätevirroista saada materiaaleja, joilla rakentamisesta saisi ekologisempaa.

“Betonia ei tarvitse hylätä kokonaan, mutta meidän on löydettävä parempia keinoja valmistaa sitä”, Perumal sanoo.

Perumal on tutkija Oulun yliopiston Kuitu- ja partikkelitekniikan yksikössä, jonne hän saapui vuonna 2018 saatuaan arvostetun Marie Curie -stipendin. Tätä nykyä Perumal vetää 12 tutkijan yksikköä, jonka tarkoituksena on löytää käytännön ratkaisuja kestävän kehityksen materiaalihaasteisiin.

“Vaikka perustutkimus on minusta todella mielenkiintoista, haluan aina löytää ratkaisuja, joita voi ottaa heti käyttöön käytännön elämässä. Siksi teemmekin suuren osan hankkeistamme yhteistyössä teollisuuden kanssa ja pyrimme tekemään paljon pilotteja”, Perumal selittää.

Perumalin ryhmä keskittyy kaivosalan ja kunnallistekniikan tuottamiin jätevirtoihin. Suomessa on merkittävää kaivosteollisuutta, jonka prosesseissa tulee paljon jäämiä. Kaivostoiminta tuottaa yleensä suhteessa pienen määrän kiinnostavia tai taloudellisesti merkittäviä aineita kuten jalometalleja, ja loput ovat jätettä. Perumalin mukaan jäte ei kuitenkaan ole pelkkää jätettä, vaan siitä voi löytää raaka-aineita muiden teollisuudenalojen tarpeisiin, erityisesti rakennusmateriaaleihin.

“Yritämme määrittää erilaisten jätevirtojen kemiallisen koostumuksen ja olemuksen tarkasti ja löytää niille parhaan mahdollisen sovelluksen. Tietyillä materiaaleilla voisi korvata rakentamiseen käytettäviä luonnonvaroja kuten hiekkaa tai kalkkikiveä. Joitain materiaaleja voi esimerkiksi käyttää sementin sijasta, jonka valmistamiseen menee paljon energiaa. Vaihtoehtoisilla materiaaleilla voidaan vähentää energiantarvetta ja hiilidioksidipäästöjä.”

Tällaisten materiaalien löytämisellä ja hyödyntämisellä on suuri merkitys ympäristön kannalta. Sementin valmistaminen tuottaa kahdeksan prosenttia maailman hiilidioksidipäästöistä. Vähäpäästöiset tai jopa täysin hiilineutraalit prosessit voivat laskea tuota osuutta merkittävästi.

“T-Capsules -hankkeessa tutkimme kaivosalan tuottamaa jätettä, wollastoniittimineraaleja, joissa on paljon kalsiumsilikaattia. Se pystyy luonnostaan imemään itseensä paljon hiilidioksidia. Siitä valmistettuja huokoisia rakeita voidaan käyttää eri teollisuudenaloilla vangitsemaan hiilidioksidia tehtaiden savusta. Hiilidioksidilla kyllästettyjä rakeita voidaan käyttää betonissa kiven sijasta ja siten vangita kasvihuonekaasuja”, Perumal kertoo.

Joissain tapauksissa tällaiset materiaalit voivat päätyä sisätiloihin, jolloin on tärkeää tutkia kestävyyden ja muiden perusominaisuuksien lisäksi sitä, millainen vaikutus materiaalilla on lämmönhallinnalle ja ilmanlaadulle. Sellaisissa tapauksissa tärkeäksi nousee myös se, miten ihmiset viihtyisivät kyseisen materiaalin kanssa: miltä se näyttää ja tuntuu vaikkapa kodissa tai toimistossa?

Materiaalien käsinkosketeltavuus viehättää tutkijaa

Perumal oli nuorempana kiinnostunut taiteesta ja askartelusta ja hän sanoo vieläkin maalaavansa aktiivisesti. Arkkitehtuuri kiehtoi häntä ja hän arveli, että rakennusinsinööri voisi olla hyvä tapa yhdistää mielenkiinnon alueita. Hän teki kandidaatin tutkintonsa rakennustekniikan parissa, mutta päätyikin töihin ohjelmistoyritykseen.

Ohjelmistofirmassa Perumal huomasi, että hän ei halua tehdä töitä pelkästään työpöydän ääressä. Häntä kiinnostavat käsinkosketeltavat materiaalit, joita voi tutkia fyysisesti eikä vain virtuaalisesti tietokoneen näytöllä. Perumal jatkoi opintojaan ja hän suoritti maisterintutkintonsa rakennustekniikasta ja geotekniikasta ennen kuin väitteli tohtoriksi rakennusmateriaalitutkimuksesta.

“Väitöskirjaohjaajani sanoi, että minun kannattaisi laajentaa opintojani myös Intian ulkopuolelle. Väitöskirjassani käsittelin myös geopolymeereja, ja huomasin, että nykyinen tutkimusyksikköni Oulussa on yksi maailman parhaista geopolymeereihin keskittyvistä tutkimusyksiköistä. Siksi päätin hakea Ouluun, kun täällä avautui paikka”, Perumal muistelee.

Perumalin piti alunperin olla Oulussa vain vuoden mittaisen pestin verran, mutta hän onnistui saamaan tutkimukselleen jatkorahoitusta. Suomi onkin osoittautunut hänelle oivaksi maaksi tehdä töitä. Hänen nykyinen tutkimusryhmänsä on hyvin kansainvälinen, ja siinä on tutkijoita Bangladeshista, Suomesta, Ghanasta, Iranista, Vietnamista, Turkista, Nigeriasta, Italiasta ja Intiasta.

“Tiimimme kansainvälisyys on johtanut myös siihen, että meillä on aina hyvä kattaus mahtavaa ruokaa, kun järjestämme nyyttikestejä”, Perumal naurahtaa.

“Minusta on myös hienoa voida näyttää myönteistä esimerkkiä kansainvälisille opiskelijoille, jotka saapuvat Ouluun tai pohtivat tulevansa tänne. Tutkimukseni ja sille annetut erinomaiset puitteet motivoivat minua valtavasti, mutta samaan aikaan on tärkeää näyttää, miten ulkomaisen tutkijan on mahdollista rakentaa uraansa Suomessa. Haluan erityisesti kannustaa naisia, jotka haaveilevat urasta materiaalitutkimuksen parissa”, Perumal sanoo.

Oulu tarjoaa paljon mahdollisuuksia

Perumal on asunut Oulussa seitsemän vuoden ajan ja hän viihtyy kaupungissa ja sen lähialueilla. Hän pitää luonnosta: ensimmäiset revontulet tekivät häneen aikanaan syvän vaikutuksen ja hän käy usein Koitelinkosken maastoissa. Perumalin tutkimus on myös hyvässä nosteessa. Hänellä on meneillään kolme EU-hanketta ja ryhmänsä rahoitus varmistettuna ainakin vuoteen 2027. Perumal sanoo, että hänellä on kylliksi resursseja sekä jatkaa nykyistä tutkimustaan että kehittää uusia hankkeita.

Kaivosalan lisäksi Perumal ryhmineen tutkii myös kaupunkilouhinnan jäämiä. Hän tekee yhteistyötä kunnallisen jätehuollon kanssa ja tutkii kotitalouksien jätteiden ja kunnallisen infra- ja maarakentamisen ylijäämien hyödyntämistä ja kierrättämistä rakennusmateriaaleissa.

Nopea teollistuminen, kaupungistuminen ja kasvava väestö lisäävät infrastruktuurin tarvetta. Samaan aikaan rakennusteollisuus painii merkittävän raaka-ainepulan kanssa, ja tähän Perumal yrittää löytää ratkaisuja. Perumalin mukaan nyt on oikea hetki tehdä tällaista tutkimusta monestakin syystä.

“Valtioilta ja päättäjiltä tulee paljon painetta kaikille teollisuudenaloille, joiden toiminnasta syntyy paljon jätettä. Sen lisäksi ihmisten suhtautumistapa on muuttunut ja yrityksetkin haluavat ratkaista näitä asioita. Meidän ei tarvitse vakuutella ketään siitä, että luonnonvaroja pitäisi säästää ja ympäristöä suojella, vaan se on kaikille selvää. Monet tulevatkin kysymään meiltä suoraan, että mitä meidän jätteelle voisi tehdä? Me yritämme sitten löytää siihen kestäviä ratkaisuja”, Perumal sanoo.

Priyadharshini Perumalin tutkijaprofiili (englanniksi)

T-Capsules -hanke (lisätiedot englanniksi)

Kvantum-instituutin Emerging projektit 2023-2026

Teksti ja kuvat: Janne-Pekka Manninen