Kiertotalouden vallankumous?

MERVI: Urban Infra Revolution (UIR) -hankkeessa lähtökohtainen ajatus oli, että kehitetään paikallisista sivuvirroista kestävämpää, ekologisempaa materiaalia tulevaisuuden rakentamiseen. Tavoitteena on tehdä materiaalia, joka voidaan kansankielisesti 3D-tulostaa lopulliseen muotoonsa eli muotteja ei enää tarvita. Samalla materiaalilta edellytetään tämän printtaustekniikan kannalta tiettyä rheologiaa ja juoksevuutta, jotta lopputuote saadaan pinnaltaan sileäksi ja esteettiseksi. Materiaali on nyt olemassa ja sen nimi on geposiitti.

Rakennusmateriaalien vai rakentamisen vallankumous?

HEIKKI: Kehitettävä tekniikka ja aineet tulevat vääjäämättä muuttamaan rakennusten muotokieltä, rakennustapoja ja myös sisäistä ja ulkoista olemusta. Kaikilla materiaaleilla ja valmistustekniikoilla on muotoilijan näkökulmasta ihan oma kädenjälki. Jos muotoilija tai tässä tapauksessa arkkitehti, suunnittelee tuotteen vastoin tuota luonnollista kädenjälkeä, syntyy yleensä kalliimpi ja jotenkin epäaito tulos. Esimerkiksi muoveilla imitoitiin pitkään nahkaisia, meripihkaisia tai puumaisia tuotteita ja nyt, kun muoveja osataan muotoilla sen omilla ehdoillaan, tuotteet ovat luontevampia, rehellisempiä ja huomattavasti kustannustehokkaampia.

Esimerkiksi kehitettävälle printtaustekniikalle terävät nurkat olisivat ”pitkän tavaran” -, louhitun kiven - tai elementtirakenteiden imitaatioita. Siivoustakin silmällä pitäen nurkat joutavat kriittisesti arvioitavien asioiden listalle. Samoin erilaiset kerrostekniikat tyyppiä kipsilevy-kitti-kangastapetti-seinäpinnat, parketti-, klinkkeri-, kattopaneeli, moni-aine- ja kerrosratkaisut tuntuvat hyvin vierailta, kun geposiitti itsessään voi parhaimmillaan toteuttaa sekä ulkopuolen, sisäpuolen, lämpöeristeiden että kosteiden tilojen vaateet. 

Fysiikkaa, kemiaa, designia vai ympäristötekniikkaa?

MERVI: UIR hankkeessa materiaalin reseptin luominen perustui pitkälti kemian tuntemukseen. Meidän tuli löytää kierrätysperäisistä raaka-aineista ne, joiden kemiallinen koostumus sopii geposiitin kemiallisiin reaktioihin. Ja toisaalta kemiallinen koostumus pakotti luopumaan tietyistä raaka-ainelähteistä kokonaan sideainekäytössä. Tietyt sivuvirtaraaka-aineiden haasteet täytyi myös taklata kemiallisilla reaktioilla. Kierrätysperäisiä raaka-aineita hyödyntämällä voidaan kuitenkin saavuttaa niin merkittävää ympäristöetua, että tämä on ollut kannattavaa tuotekehitystä.

Fysiikkaa ja ympäristötekniikkaa tässä kehityksessä edustaa lisäksi se, kuinka printtaustekniikkaa voidaan hyödyntää funktionaalisten eli toiminnallisten rakenteiden tuotannossa. Voimme esimerkiksi printata samaan aikaan kahden sileän seinäpinnan väliin huokoisen, kolmiulotteisen ilmaa sitovan eristekerroksen. Lujuutta voimme rakenteisiin antaa kuiduilla, joiden käyttöä printattavan massan seassa kehitetään parasta aikaa.

HEIKKI: Lujuus on tärkeää rakentamisessa, ja siitä ei voi tinkiä! Nykyisellään kivitalolla tarkoitetaan useimmiten teräsbetonitaloa. Betoni on tosiasiassa sementin, hiekan, veden ja teräksen komposiittia. Korvaamalla teräs selluloosa- tai muilla luonnonmukaisilla kuiduilla, oletuksena saadaan vähintäänkin yhtä luja mutta lämpimämpi, kevyempi, kosteutta siirtävämpi (=hengittävämpi) ja erittäin helposti kierrätettävä rakennus. Lisäksi selluloosa, basaltti tai tietyt lasikuidut eivät ruostu eli niitä ei tarvitse suojata viiden sentin laastikerroksella. Myös ympäristönäkökulmasta katsottuna teräksen rooli betonirakentamisessa tuppaa usein asiantuntijoiltakin unohtumaan: Se edustaa noin kahta kolmasosaa rakentamisen kustannuksista, kasvattaa kokonaisuuden hiilijalanjälkeä ja on kierrätettäessä hankalahko erikseen kerättävä lajike. Sinällään teräs kiertää maapallolla kyllä kiitettävästi!

Minun näkemykseni mukaan uusi luonnonkuitulujitettu geopolymeerikomposiitti yhdistettynä tulostustekniikkaan yhdistää puun ja kiven parhaat ominaisuudet.  Geposiitti voidaan täysin palvelleena palauttaa joko prosessiin uusiksi rakenteiksi tai käyttää turvallisesti maan parannukseen. Kiertotaloutta parhaimmillaan?

Futurologiaa vai lähitulevaisuutta?

MERVI: Geopolymeeri ja sitä sideaineena hyödyntävät kiviainesseokset ovat itsessään jo melkoisen tuttuja ja hyväksi havaittuja materiaaleja: historia alkaa jo 70-luvulta. Materiaalien rantautuminen Suomeen on vain ottanut aikansa.

Samalla tavalla sivuvirtamateriaalien hyödyntäminen tuotantoteollisuudessa on ottanut aikansa. Muutamia pitkän linjan kulkijoita kyllä on: Durat®-massiivimateriaalissa hyödynnetään muovisivuvirtoja ja Tulikiven uunien sisäosissa posliinimursketta. Vielä sivuvirroista ei kuitenkaan kilpailla. Tänä vuonna liike sillä saralla on selvästi lisääntynyt, ja tulemme varmasti näkemään enemmän kiertotalousmateriaaleja sisältäviä tuotteita käytössä ihan lähitulevaisuudessa. Kunhan tuotteistaminen saadaan onnistumaan lainsäädännön puitteissa.

HEIKKI: Rakennusala on täynnä erilaisia normeja, sääntöjä ja standardeja, joiden alkuperäisenä ajatuksena on ollut turvata tasalaatuinen ja käyttäjilleen turvallinen rakennus. Tästä, monen mielestä säädösviidakosta on tullut alan kehittymistä hidastava voima. Esimerkiksi CLT (Cross Laminated Timber) kehitettiin suurin piirtein nykyiseen kuntoonsa joskus 90-luvun puolessa välissä ja vasta nyt se aloittelee tuloaan markkinoille. 

Teknisesti kuitulujitteiset, printattavat geopolymeerikomposiitit voisivat tulla rakennusteollisuudenkin käyttöön muutamassa vuodessa, mutta normien vastaavuuden osoittaminen ja uusien - ja uutta alaa standardoivien normien rakentelu vie varmaan saman ajan kuin CLT:lläkin, eli 15–25 vuotta.

Sitä ennen markkinoilla tullaan varmaan näkemään sinällään teknisesti huomattavasti vaativampiakin sovelluksia kuten grillejä, upokkaita, savukaasupesureita, kadunkalusteita, erilaisia pylväitä ja pyloneja sekä ajoneuvoteollisuuden paloa ja ääntä eristäviä tuliseiniä, enkä pitäisi ballistisia rakenteita, ydinturvallisuuteen tai avaruustekniikkaan liittyviä erityisrakenteitakaan liian vaativina kohteina.

JUHA: Normeja on, joskus tuskastuttavankin paljon, eikä ihmismieli aina ihan ymmärrä kaikkea. Rakennuspuolella tavallaan ymmärrän tarpeen. Aika tarkkaan on mielessä aluminaattisementti ja sillä tehdyt putoilevat parvekkeet. Nykyään osattaisiin ehkä moista ainetta paremmin käyttää myös kantavissa rakenteissa, mutta jos riski on olemassa niin se pitää tiedostaa. Taitaa mennä raksapuolella vielä tässä vaiheessa sinne futurologian puolelle.

Jos katsotaan lähitulevaisuutta, testausmielessä kannattaisikin katsoa Heikin mainitsemien kaltaisia, vähemmän reguloituja tuotteita, joilla saisi pitkäaikaistestauksen päälle. Jos ja kun onnistumisia tulisi niin geopolymeerejä hyödyntävät ratkaisut olisivat jo kiinnostavampia muuallekin.

Entisenä keramiikkakemistinä en malta olla tarttumatta noihin tulisiin tuotteisiin, kun niihin on aina vähän kytö. Klassinen geopolymeeri kestää lämmintä hieman toista tuhatta astetta, samalla tavalla kuin maasälvät, joita käytetään posliinimassojen raaka-aineina. Siitä huolimatta posliinin lämmönkesto on maasälpään nähden kevyesti parisataa astetta suurempi. – Mitä, miksei se sula aiemmin? No siksi kun siellä on suurin osa muita täytteitä, jotka pääosin määräävät termisen keston. Näitä pystyy aina vähän tuunaamaan, jos on rajoittamaton valikoima raakileita.

Palataksemme urbaanin rakentamisen vallankumoukseen UIR hankkeessa…

JUHA: Tällä hetkellä näyttää ihan hyvältä tämä projekti. Raaka-aineista on opittu tunnistamaan käyttökelpoiset, se kemia mitä ne tottelevat ja missä määrin. Ja tunnetaan myös sitä kemiaa mikä saa ne suuttumaan, mikä on oikeastaan aika tärkeää.

Apilan pienellä printterillä on saatu tulostettua useampaakin testimuotoa. Alkuaika meni opetellessa ja ylöspäin skaalatessakin on ollut pientä säätöä. Lujuudet on tulosteissa olleet samoilla ruippeilla valujen kanssa eli puristuslujuuden suhteen puhutaan rakennebetonin numeroista, taivutuslujuuden suhteen betonia paremmista. Lienee siis geopolymeeri sitkeämpää kuin sementti.

Oikeastaan aika hyvillä mielin laitan tuohon jatkoksi yhden kuvan tekeleistä. Hyvä tästä vielä tulee.

HEIKKI: Koska olen oikeastaan ”muovimies” niin en millään tahdo vapautua muottien ja modulaarisuuden maailmasta. Kaikkein vaikeinta oli ja on yhä ymmärtää, että hankkeen tavoitteena olevassa tulostamalla muovattavassa geopolymeerikomposiitissa ei ole kyse vain ”sementin vaihtamista geopolymeeriin” vaan se luo ihan oikean mahdollisuuden siirtyä käsityöhön perustuvasta ”tilataiteesta” puoliteollisiin prosesseihin. Vieläpä niin, että yksilölliset ratkaisut eivät välttämättä nosta lopputuotteen hintaa. Jos nyt ei olla tekemässä ihan vallankumousta, niin ainakin ”kämmenten- ” ja ”hiilijalanjälkien” radikaalia vähentämistä…

MERVI: Tämä on ollut mahtava hanke. Ja käsissä meillä on mahtava materiaali ja tekniikka. Tulevaisuuden skenaariot näyttävät siltä, että 3D-printtaus on yksi merkittävä osa tulevaisuuden tuotantoteollisuutta. Tärkeää on kuitenkin muistaa, että kyseessä ei ole joko-tai-tulevaisuus, vaan tarvitsemme sekä perinteistä että uudenlaista tekniikkaa ja materiaaleja. Kuten vaikkapa rakentamisessa: puutalossa tulee aina olemaan kiviainespohja ja kivitalossa on aina puutakin mukana.

Kaikkein tärkeimpänä pidän tässä hankkeessa sitä, että kykenemme paikallisesti hyödyntämään sellaisia materiaalivirtoja, jotka muuten päätyisivät kasoiksi, samaan aikaan kun toisaalla kaivetaan kuoppaa, josta nostetaan luonnonainesta käyttöön. Luonnonvaroja säästävä materiaaliviisas käyttö on se, mihin kiertotaloudessa tulee pyrkiä kaikin keinoin.