Materiaalivalintojen suuri merkitys
Materiaalivalinta on tärkeä osa tuotteen luontiprosessia. Sillä voidaan vaikuttaa useisiin eri tekijöihin, kuten valmiin tuotteen mekaanisiin ominaisuuksiin, korjattavuuteen ja kierrätettävyyteen, ympäristövaikutuksiin, kustannuksiin sekä sosiaaliseen kestävyyteen. Yhteiskunnan ja ympäristöolojen muuttuessa materiaalivalinnat ovat yhä tärkeämmässä asemassa.
Meriteollisuus kehittelee jatkuvasti uusia materiaaleja, joilla vähentää aluksien kuormaa, energiankulutusta ja sitä kautta ilmakehään vapautuvia päästöjä. Laivatuotannossa yksi käytetyimmistä materiaaleista on teräs, joka on kestävä, vahva ja palamaton materiaali. Teräs kuitenkin painaa paljon, ja sen vuoksi uusia materiaalivaihtoehtoja tutkitaan jatkuvasti. Laivojen pieniä metalliosia, kuten mastoja, kaiteita, lattia- ja seinäelementtejä sekä erilaisia kiinnikkeitä on aloitettu korvaamaan metallia kevyemmillä materiaaleilla. Pääsääntöisesti nämä materiaalit ovat komposiitteja eli kahdesta tai useammasta eri materiaalista muodostuvia kokonaisuuksia. Yksi yleisimmin käytetyistä komposiiteista on lasikuitukomposiitti, jossa lasikuituelementtien ympärille on kovetettu esimerkiksi jokin muovimateriaali.
Lasikuidun tuotanto on kuitenkin melko päästörikasta ja sen uudelleenkäyttöä kierrätyksen jälkeen vaikeuttavat olemattomat markkinat ja lasikuidun ominaisuuksien heikkeneminen kierrätyksen jälkeen. Metallin tavoin myös lasikuidulle on potentiaalisia vastineita, joiden soveltuvuutta tutkitaan. Yhtenä esimerkkinä toimivat kasvikuidut, joiden viljely on kestävää ja lopullinen jätemäärä matala.
Materiaalivalinnan tarkastelu aloitetaan käytettävien raaka-aineiden tasolta. Neitseellisten uusiutumattomien raaka-aineiden käyttö on kuluttavaa, joten ympäristön puolesta on kannattavampaa käyttää uusiutuvia tai kierrätettyjä raaka-aineita. Esimerkiksi neitsellisen rautamalmin louhinta on työlästä, kallista ja joissakin tapauksissa vaarallista työntekijöille. Se myös aiheuttaa merkittäviä päästöjä. Metalleja voidaan ottaa talteen jätteistä ja kierrättää kestävällä tavalla, jolloin tarve neitseelliselle raaka-aineelle vähenee.
Tavat, joilla raaka-aineet tuotetaan tai kerätään, vaihtelevat. Raskaat metallit ja mineraalit vaativat tehokkaita koneita, jotka puolestaan vaativat energiaa. Materiaalivalinnat voidaan tehdä siten, että tuotantovaiheessa koneita ja työkaluja tarvitaan vähemmän, jolloin kustannukset ja ympäristöpäästöt ovat alhaisemmat. Myös materiaalien reagointi eri tuotannon vaiheissa tulee ottaa huomioon, esimerkiksi lasikuituteollisuus tarvitsee korkean lämpötilan tarvittavan ainemuodon saavuttamiseksi. Huokoisten kasvikuitujen tuotantovaiheet eivät vaadi metalliteollisuuden tasoisia raskaita koneita. Myös energiankulutus on pienempää, kun ei vaadita yli tuhannen asteen lämpötiloja. Tuotantovaiheiden aikaista vedenkulutusta on kuitenkin tärkeä vähentää, jotta ympäristön kuormitus pysyisi mahdollisimman matalana.
Tuotteen suunnittelussa tulee tarkastella käytön aikaista kulumista ja kestävyyttä, jotka vaihtelevat tuotteen materiaalin mukaan. Suurin osa käytön aikaisesta kulumisesta kohdistuu tuotteen pinnalle. Usein materiaalit katetaan pinnoitteilla, jotka suojaavat ja vahvistavat tuotetta sekä luovat muita haluttuja ominaisuuksia. Esimerkiksi paloherkkä materiaali saadaan palonkestäväksi käyttämällä oikeaa pinnoitetta tai eristettä, jolloin pääasiallinen materiaali säästyy suurimmilta pintavaikutuksilta. Kuluminen voi vaikuttaa myös syvemmälle tuotteen pinnan alle, jos tuotteeseen esimerkiksi kohdistuu suuri paine. Tällöin erilaiset lujuutta tuovat täyteaineet ovat hyvä vaihtoehto. Mitä enemmän tuote kuluu, sitä useammin sitä täytyy korjata tai korvata kokonaan uudella tuotteella, mikä puolestaan lisää raaka-aineiden kulutusta, kustannuksia ja hiilidioksidipäästöjä.
Tuotteen käyttöiän päättyessä lopulliseen hiilijalanjälkeen vaikuttaa myös sen käsittelytapa jätteenä. Ensisijaisesti tuotesuunnittelun avulla pyritään ehkäisemään jätteen synty kokonaan, mutta yleensä erilaisia jätevirtoja syntyy siitä huolimatta. Ympäristöystävällisin tapa on uusiokäyttää tuote korjauksen jälkeen, jolloin sen arvo pysyy samana, eivätkä sen ominaisuudet huonone. Tämä ei ole aina mahdollista, jolloin jäte voidaan kierrättää. Tällöin tuote kierrätetään mekaanisesti tai kemiallisesti takaisin raaka-ainetasolle uusien tuotteiden valmistusta varten. Joskus raaka-aineiden erottelu ei ole kannattavaa, ja silloin jäte voidaan käyttää energiantuotannossa polton yhteydessä. Ympäristön kannalta huonoin jätteen käsittelytapa on sen sijoittaminen kaatopaikalle.
Lasikuitukomposiittien jätekäsittely on useimmiten ollut energiapolttoa tai kaatopaikkasijoitusta. Nykyään kaatopaikkasijoitus on kuitenkin useilla alueilla kielletty. Nimenomaan komposiittien lasikuitu on vaikeuttanut komposiittien tehokkaampaa kierrätystä, ja sen vuoksi uudet materiaalivalinnat ovat ajankohtaisia. Kasvikuitujen käyttö komposiiteissa vähentäisi tuotannon aikaisten päästöjen lisäksi myös lopullisen jätteen määrää. Kasvikuidut ovat orgaanisia eli maatuvia materiaaleja, ja samalla ne toimivat pitkäikäisinä hiilivarastoina koko käyttöikänsä ajan.
Lähde:
- Kolkkanen Heili, 2022. Lasikuidun korvaaminen ympäristöystävällisemmillä kuiduilla komposiiteissa – Mahdollisten arvoketjujen kartoitus, Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö.