Tampereen yliopistossa tehdyssä diplomityössä selvitettiin, voiko yhdyskuntajätteen poltossa syntyvää pohjakuonaa käyttää uudentyyppisen maanrakennusmateriaalin raaka-aineena.
Teksti: Juho Lautala
Yhdyskuntajätteen poltossa syntyy pohjakuonaa, joka on sellaisenaan ympäristölle haitallinen materiaali. Yhdyskuntajätteen polton pohjakuona vaatii esikäsittelyä, minkä yhteydessä pyritään palauttamaan mahdollisimman paljon sen sisältämiä arvokkaita raaka-aineita, kuten metalleja, takaisin kiertoon.
Eräs haaste metallien talteenotossa on niiden pinnalle kiinnittyvä mineraalinen aines, joka häiritsee talteenottoprosesseja. Metallien talteenottoa voidaan tehostaa murskauksella, jolla metallit saadaan erotettua mineraalisesta aineksesta. Tämän seurauksena syntyy kuitenkin runsaasti hienorakeista mineraalista pohjakuonalajitetta, jonka hyödyntäminen on haastavaa.
Vuosien 2022–2023 aikana toteutetussa opinnäytetyössä haluttiin selvittää, voidaanko hienorakeista pohjakuonalajitetta käyttää uuden maanrakennusmateriaalin raaka-aineena.
Ongelmallinen aines otettiin hyötykäyttöön
Yhdyskuntajätteen polton pohjakuonasta voidaan valmistaa monenlaisia maanrakennuskäyttöön soveltuvia keinotekoisia kiviaineksia. Hienorakeinen yhdyskuntajätteen polton pohjakuona kuitenkin haastaa rakennusteollisuutta, sillä heikkojen teknis-mekaanisten ja kemiallisten ominaisuuksiensa vuoksi sillä ei ole paljoa potentiaalisia käyttökohteita.
Hienorakeista pohjakuonalajitetta voidaan käyttää keinotekoisten kiviainesten valmistuksessa, mutta murskausprosessin seurauksena sitä syntyy kuitenkin niin paljon, ettei sitä pystytä täysimääräisesti hyödyntämään kyseisessä käyttökohteessa.
Tässä opinnäytetyössä tutkittiin täysin uudenlaista käyttökohdetta hienorakeiselle yhdyskuntajätteen polton pohjakuonalle. Sitä testattiin keinotekoisen kevytkiviaineksen raaka-aineena.
Materiaali on nimeltään vaahtokuonamurske ja sitä valmistetaan eräänlaisella modifioidulla vaahtobetonireseptillä, jonka keskeisiä ainesosia ovat sideaine, täyteaine, vesi ja vaahdotusaine.
Jätemateriaalit korvasivat neitseelliset raaka-aineet
Hienorakeista pohjakuonaa käytettiin vaahtokuonamurskeen valmistuksessa täyteaineena eli fillerinä. Se korvasi täyteaineena tavallisesti käytettävän neitseellisen hiekan.
Myös sideaineena hyödynnettiin jätemateriaalia, kun puolet sementistä korvattiin energiatuotannon lentotuhkalla. Tällä tavoin pienennettiin tehokkaasti vaahtokuonamurskeen valmistuksen haitallisia ympäristövaikutuksia.
Vaahtokuonalle ominainen huokoinen rakenne saatiin aikaiseksi sekoittamalla massan joukkoon esivalmistettua vaahtoa.
Lopuksi vaahtokuonamassan annettiin kovettua, minkä jälkeen se murskattiin ja seulottiin sopivaan raekokoon.
Laboratoriokokeet antoivat tietoa materiaalin ominaisuuksista
Opinnäytetyön kokeellisessa osassa vaahtokuonamursketta testattiin laboratoriossa. Kokeilla haluttiin selvittää millaiset teknis-mekaaniset ja kemialliset ominaisuudet tällä uudella materiaalilla on.
Testejä tehtiin yhteensä reilusti yli kymmenen kappaletta. Teknis-mekaanisilla testeillä määritettiin esimerkiksi materiaalin rakeisuus, tiheys, puristuslujuus ja lämmönjohtavuus. Kemiallisilla testeillä saatiin selville muun muassa kokonaispitoisuudet ja liukoisuudet.
Kun laboratoriotestit valmistuivat, tuloksia verrattiin yleisimpien Suomessa käytettävien kaupallisten kevytkiviainesten, kuten Leca-soran ja vaahtolasimurskeen, ominaisuuksiin sekä potentiaalisten infrarakentamisen käyttökohteiden vaatimuksiin.
Ominaisuudet osin jopa parempia kuin tuttujen materiaalien
Työssä saatiin lupaavia tuloksia uuden innovatiivisen kevytkiviaineksen ominaisuuksista ja soveltuvuudesta erilaisiin infrarakentamisen käyttökohteisiin.
Teknis-mekaanisilta ominaisuuksiltaan vaahtokuonamurskeen havaittiin vastaavan yleisimpien Suomessa käytettävien keinotekoisten kevytkiviainesten suoritustasoa. Joissain testeissä uusi materiaali suoriutui jopa tuttuja materiaaleja paremmin.
Myös kemiallisten testien osalta saatiin lupaavia tuloksia. Vaahtokuonamurskeen liukoisuudet olivat huomattavasti pienemmät kuin sen raaka-aineina käytetyillä pohjakuonalla ja lentotuhkalla sellaisenaan.
Testatut vaahtokuonamurske-erät soveltuvat MARA-asetuksen (843/2017) mukaisiin päällystettyihin käyttökohteisiin.
Siirtyvätkö ominaisuudet laboratoriosta käytäntöön?
Opinnäytetyöhön kuuluvassa kirjallisuuskatsauksessa kevytkiviainesten tärkeimmiksi käyttökohteiksi tunnistettiin erilaiset kevennys-, kuivatus- ja routasuojausrakenteet. Teknis-mekaanisten ominaisuuksiensa puolesta vaahtokuonamurskeen havaittiin alustavasti soveltuvan edellä mainittuihin käyttökohteisiin.
Erityisesti pieni kuivairtotiheys, pieni lämmönjohtavuus, pieni vedenimeytymiskorkeus ja suuri vedenläpäisevyys tekevät vaahtokuonamurskeesta monikäyttöisen materiaalin. Suuren kitkakulman ansiosta sille tunnistettiin myös potentiaalinen käyttökohde jyrkissä luiskissa.
Infrarakenteilla on kuitenkin myös erilaisia toimivuusvaatimuksia, joiden täyttymistä ei tämän diplomityön puitteissa tutkittu. Täten vaahtokuonamurskeen soveltuvuutta edellä mainittuihin käyttökohteisiin ei vielä yksiselitteisesti voida todeta vaan tarvitaan vielä jatkotutkimuksia. Teknis-mekaanisista ominaisuuksista erityisesti hienoneminen ja jäätymis-sulamiskestävyys sekä kemiallisista ominaisuuksista liukoisuudet saattavat jonkin verran rajoittaa tulevia käyttökohteita.
Materiaalia koetellaan myös jatkotutkimuksissa
Koska tutkimustulokset olivat lupaavia, päätettiin vaahtokuomamurskeen tutkimuksia jatkaa.
Tärkeimpänä jatkotutkimuskohteena ovat koerakenteet, joiden avulla saadaan tietoa muun muassa rakenteiden toimivuusvaatimusten täyttymistä ja pitkäaikaiskestävyydestä. Lisäksi niiden yhteydessä pyritään kehittämään materiaalin käsittelyn työtekniikoita ja saamaan tietoa esimerkiksi materiaalin tiivistymisestä ja liukoisuuskäyttäytymisestä.
Fortum Waste Solutions Oy on valmistanut 300 tonnin erän vaahtokuonamursketta, josta on tarkoitus tehdä koerakenteet syksyllä 2024.
Kirjoittajan opinnäytetyö ’Jätteenpolton pohjakuonasta valmistettu kevytkiviainesmurske’ valmistui syksyllä 2023. Työtään varten hän sai Jätehuoltoyhdistyksen stipendin.