Laser-spektrometrin avulla kierrätetään arvokkaat teknologiametallit oikein

– Satakunnan ammattikorkeakoulun RoboAI-laboratoriossa rakennettu metallijakeita tunnistava laser-spektrometri on saatu toimimaan halutulla tavalla ja ensimmäiset tutkimustulokset näyttävät erittäin lupaavilta, kertoo projektipäällikkö Pekka Suominen tyytyväisenä.

Kolme miestä seisoo laitteen vierellä.
Satakunnassa on ainutlaatuiset suurteollisuuspuistot Porissa ja Harjavallassa, missä kansainväliset suuryritykset jalostavat muuan muassa teknologiametalleja (kupari, nikkeli, kulta ja hopea) sekä valmistavat high-tech metallituotteita kuten harvinaisia maametalleja sisältäviä kestomagneetteja, suprajohteita ja akkukemikaaleja. RoboAI Greenin asiantuntijoiden kehittämästä laser-spektroskopiaan perustuvasta online-menetelmästä toivotaan teollisuudelle tulevaisuuden työkalua kierrätysraaka-aineen osuuden kasvattamiseen sekä prosessin valvontaan. Kuvassa Hannu Henttinen, Pekka Suominen ja Timo Santa-Nokki.

Satakunnassa on ainutlaatuiset suurteollisuuspuistot Porissa ja Harjavallassa, missä kansainväliset suuryritykset jalostavat muuan muassa teknologiametalleja (kupari, nikkeli, kulta ja hopea) sekä valmistavat high-tech metallituotteita kuten harvinaisia maametalleja sisältäviä kestomagneetteja, suprajohteita ja akkukemikaaleja. RoboAI Greenin asiantuntijoiden kehittämästä laser-spektroskopiaan perustuvasta online-menetelmästä toivotaan teollisuudelle tulevaisuuden työkalua kierrätysraaka-aineen osuuden kasvattamiseen sekä prosessin valvontaan. Kuvassa Hannu Henttinen, Pekka Suominen ja Timo Santa-Nokki.

Mies seisoo laser-spektrometrin vieressä.
Projektityöntekijä Hannu Henttisen vastuulla on ollut laser-spektrometrin mekaniikkasuunnittelu, rakentaminen ja ensimmäisten testien tekeminen yrityksiltä saaduista näytteistä. – Kokemus laborantin tehtävistä helpotti tehtävää, sillä spektrometrin toiminta ja näytteiden ottaminen on tuttua, Hannu kertoo. – Vain yksi sadasta pystyisi tehtävään vaaditussa ajassa, joten Hannulla on erityistä osaamista, kehuu Suominen.

Syksyllä 2021 aloittanut RoboAI tutkimus- ja tuotekehityskeskuksen osakokonaisuus RoboAI Green keskittyy teknologiametallien kiertotalouteen liittyvään tutkimukseen. RoboAI Greenissä toimivalla projektipäällikkö ja erityisasiantuntija Pekka Suomisella on pitkä tutkimus- ja tuotekehitystausta. Viimeiset 12 vuotta hän on toiminut perustamansa startup-yrityksen teknologiajohtajana ja tehnyt kansainvälistä kauppaa sekä teknologiakehitystä aasialaisten ja eurooppalaisten yhteistyökumppanien kanssa. Tätä ennen hän oli Fellow-tutkijana Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskus CERN:ssä Sveitsissä. Suominen on tehnyt samalla tiivistä yhteistyötä elinkeino- ja kehitysyhtiön Prizztechin sekä Satakunnan teollisuusyritysten kanssa.

 

Kierrätystä lisättävä teollisuudessa

Teknologiametallien kiertotalous kuuluu niin Satakunnan alueen teollisuusyritysten kuin myös yhteiskunnallisten toimijoiden keskeisiin painopistealueisiin. Erityisesti kupari-, nikkeli- ja akkumateriaaliteollisuudessa paine ympäristöystävällisempään tuotantoon kasvaa jatkuvasti ja lainsäädännön vaatimukset tiukentuvat. Esimerkiksi valmistelussa olevaan EU-direktiiviin on esitetty kierrätysperäisen raaka-aineen vähimmäistasoksi akkutuotannossa 12 % vuoteen 2035 mennessä. Metallien tarve lisääntyy jatkuvasti, joten tulevaisuudessa teollisuuden prosesseihin tuleville, erityisesti akuissa käytettäville teknologiametalleille, on kehitettävä tehokkaat kierrätysmenetelmät. Kierrätyksessä avainasemassa on eri metallijakeiden tunnistus ja sitä kautta oikeaoppinen kierrätys.

– Esimerkiksi pienakut voivat sisältää kierrätysprosessille haitallisia aineita. Käytännössä yksi kadmiumia sisältävä paristo voi pilata koko 10 000 kappaleen erän kierrätysparistoja, Suominen muistuttaa.

 

Metallien tarve lisääntyy jatkuvasti, joten tulevaisuudessa teollisuuden prosesseihin tuleville teknologiametalleille on kehitettävä tehokkaat kierrätysmenetelmät.

 

Lähikuvassa laser.
Laser-spektrometri on RoboAI Greenin asiantuntijoiden suunnittelema ja rakentama. Samanlaista ei ole saatavilla markkinoilla.

Aallonpituus paljastaa alkuaineet

RoboAI Greenin tutkijat ovat kehittäneet uutta laser-spektroskopiaan ja tekoälyyn perustuvaa online-menetelmää, joka mahdollistaa raaka-aineen kemiallisen koostumuksen analysoinnin kesken prosessin, esim. suoraan sulasta massasta. Näin vältetään haitalliset aineet, pystytään kontrolloimaan kierrätetyn metallin määrää ja optimoimaan prosessia.

Laite ampuu lyhyen ja voimakkaan laser-pulssin tutkittavaan aineeseen. Tehotiheys aineen pinnalla on niin suuri, että aine höyrystyy plasmaksi. Aine ionisoituu ja plasmassa vapaana olevat elektronit siirtyvät pois perustilalta eli virittyvät. Viritystilojen purkautuessa emittoituu sähkömagneettista säteilyä, jonka aallonpituus riippuu näytteen alkuaineista. Spektrometrin avulla aallonpituudet voidaan erotella ja mitata. Tekoäly tunnistaa valtavasta tietomassasta oleelliset signaalit, tulkitsee niitä nopeasti ja tarkasti ja näin saadaan selville analysoitavan kohteen alkuainepitoisuudet.

 

Tulevaisuudessa RoboAI Green tunnistetaan kansallisesti ja kansainvälisesti erityisesti metallien kierrätyksen asiantuntijaorganisaationa.

 

Metallin pinnalla on laserin tekemät jäljet.
Laserpulssin sulattamat jäljet alumiinilevyn pinnassa näkyvät vain mikroskoopilla, paljaalla silmällä niitä ei juurikaan näe.

Yhteistyöllä lisää kilpailukykyä

– Tutkimus ja yhteistyö yritysten kanssa on metallien kiertotaloudessa äärimmäisen tärkeää, ei pelkästään alueellisesti, mutta myös kansallisesti ja kansainvälisesti. Ensimmäisten tutkimustulosten jälkeen alueen teollisuusyritykset ovat erittäin kiinnostuneita kehittämästämme menetelmästä. Yrityksillä on lisäksi valtava pula osaavasta työvoimasta ja myös tätä asiaa yritän edistää. Mielikuvat metallialan suttuisista töistä ovat valitettavan vääriä ja alalla on paljon tuotekehitys- ja asiantuntijatehtäviä täyttämättä, Suominen kertoo.

Asia konkretisoituu jo nyt opintopolun kautta. SAMKin Energia- ja ympäristötekniikan prosessitekniikan opiskelijat voivat hakeutua suoraan maisteriopintoihin Aalto yliopistoon ja palata diplomi-insinöörinä Satakuntaan. RoboAI Greenin tulevaisuuden Suominen näkee kirkkaana.

– Tulevaisuudessa RoboAI Green tunnistetaan kansallisesti ja kansainvälisesti erityisesti metallien kierrätyksen asiantuntijaorganisaationa. Yritykset kääntyisivät meidän puoleemme halutessaan kehittää kierrätysprosessiaan, visioi Suominen.

 

RoboAI Green on Satakuntaliiton rahoittama REACT-EU -hanke, jonka osatoteuttajana toimii Prizztech Oy.

 

Lisätiedot:

Pekka Suominen
p. 044 710 3095
pekka.suominen@samk.fi

 

Logorivi.

Jaa tämä sivu

Naishenkilö pipetoi näytettä laboratoriossa valkoinen takki päällään.

Tutkimuskeskus WANDER – Innovaatioita ja ratkaisuja paikallisiin sekä globaaleihin haasteisiin

Huhtikuussa julkaistu Tutkimuskeskus WANDERin kokoomajulkaisu tarjoaa katsauksen keskuksen laaja-alaiseen tutkimus- ja kehitystyöhön.

Kaksi opiskelijaa katsoo robotin ohjainta.

Robotiikka Akatemia on jatkossa RoboAI-akatemia

Robotiikka Akatemia, joka on viimeiset kuusi vuotta tarjonnut opiskelijoilleen korkeatasoista koulutusta robotiikan alalla, uudistuu ja vaihtaa nimensä RoboAI-akatemiaksi tulevana keväänä.

Kankaanpään Honkajoella sijaitsevan Kirkkokallion ekoteollisuuspuiston kehittäminen on osa SAMKin resurssiviisauden tutkimuskokonaisuuteen kuuluvaa Pohjois-Satakunta vihreän siirtymän aalloilla -hanketta.

SAMKin käynyt kuvataiteilija kohtasi kiertotalouden

SAMKin Taidekoulun kampukselta Kankaanpäästä valmistunut kuvataiteen moniosaaja Mira Aro suunnitteli logon kiertotalouden edelläkävijälle, Kirkkokallion ekoteollisuuspuistolle. Logon vihreä väri ja pyöreä kiertoliike kuvaavat energiavirtojen jatkuvaa liikettä.