Metakaoliinipohjainen geopolymeeritiili suomalaisesta savesta
Perinteisen hiilenvalmistuksen hiilijalanjälki on merkittävä, mutta sille voi löytyä vaihtoehto geopolymeereistä. Polttamisen sijaan tiilen lujuuden aiheuttaa kemiallinen reaktio, mikä voi olla yksi ratkaisu rakennusteollisuuden mittavan hiilijalanjäljen pienentämiselle.
Rakentamisessa tarvitaan vähähiilisempiä vaihtoehtoja
Hiilineutraalius ja päästöjen vähentäminen ovat ajankohtaisia aiheita joka alalla, eikä rakennusala ole poikkeus. Uusien tekniikoiden ja materiaalien keksiminen on itseasiassa rakentamisessa hyvin tärkeää, koska sen päästöt ovat jättimäiset – Euroopan tasolla se kuluttaa jopa puolet kaikesta materiaalista ja energiasta, ja kaikesta jätteestä se tuottaa kolmanneksen. Suomen pyrkimys hiilineutraaliuteen vuoteen 2035 mennessä vaatii kaikkien päästöjen kriittistä tarkastelua. Rakennusteollisuuden päästöihin on tulossa tiukennuksia jo huomattavasti aiemmin.
Suomalaisesta savesta geopolymeerejä
Näistä lähtökohdista opinnäytetyössä ryhdyttiin valmistamaan geopolymeerimateriaalia tiilien raaka-aineeksi. Tarkoituksena oli korvata perinteisen tiilen poltto yli tuhannessa asteessa kemiallisella reaktiolla, mikä kovettaisi tiilen lujaksi ja kestäväksi. Korkea lämpötila aiheuttaa suurimman osan tiilen päästöistä, kun taas geopolymeerien päästöt jäävät selvästi tiiltä pienemmiksi, mutta vaihtelevat paljon käytetyiden raaka-aineiden mukaan. Materiaali valmistettiin saviseoksesta, metakaoliinista, natriumhydroksidista ja vesilasista. Suomessa tiilien raaka-ainetta savea on runsaasti ja sitä riittää reilusti yli tiiliteollisuuden tarpeiden.
Massan vaivaamisesta testikappaleisiin
Varsinainen laboratoriotyö oli materiaalien sekoittamista yleiskoneella erilaisissa suhteissa savimassaksi, sekä sen muotoilua testikappaleiksi. Näytteistä testattiin vetokoneella niiden puristuslujuus ja taivutuslujuus, joista varsinkin suuri puristuslujuus on tiilelle tärkeä ominaisuus. Yhdestä massasta testattiin myös kuivumisajan vaikutus materiaaliin, koska geopolymeeri vahvistuu ajan kuluessa vielä kovettumisen jälkeenkin.
Laboratoriotyössä oli haasteena saven käyttäytyminen eri aineiden kanssa, jotta massasta tuli muovailtavaa, sekä syövyttävän natriumhydroksidin käyttö, minkä vuoksi työ täytyi tehdä huolellisesti vetokaapissa suojavarusteiden kanssa. Natriumhydroksidi on kuitenkin tarpeellista reaktion muodostumiselle. Myös aineiden sekoitusjärjestystä ja sekoituksen tasaisuutta täytyi alkuun hiukan etsiä.
Tutkimuksen ennakko-odotus oli, että helposti reagoiva metakaoliini saisi savimassassa aikaan reaktion ja materiaalista tulisi lujaa, mutta jostain syystä näin ei käynyt ja materiaalin lujuus jäi hyvin alhaiseksi. Reseptinkehitys ei ole välttämättä nopeaa hommaa, varsinkin kun eri aineiden täytyy olla oikeassa suhteessa toisiinsa kemiallisen reaktion tapahtumiseksi. Ehkä metakaoliinia oli liian vähän, tai ehkä aineiden suhde oli väärä.
Lentotuhkalla eteenpäin?
Tutkimuksen loppupäätelmissä päädyttiin ehdotukseen, että metakaoliinin voisi kokeilla vaihtaa vähäpäästöisempään lentotuhkaan, ja lisätä sen määrää savimassassa. Myös metakaoliinia voidaan kokeilla vielä suurilla ainemäärillä, ja käytettyjen aineiden kemiallista koostumusta ja raekokoa kannattaa vielä tutkia tarkemmin reaktion ymmärtämiseksi. Geopolymeeritiiliä on valmistettu aiemminkin muualla päin maailmaa, eikä siis ole syytä vielä tässä vaiheessa tutkimusta olettaa, ettei niitä saataisi valmistettua myös suomalaisesta peltosavesta. Tutkimuksesta saatiin lisää tietoa, jonka avulla voidaan kehittää prosessia paremmaksi.
Lähde:
Tuhkanen, E. 2023. Metakaoliinipohjainen geopolymeeritiili suomalaisesta peltosavijauheesta – Theseus, Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö.