Laser-spektrometrin avulla kierrätetään arvokkaat teknologiametallit oikein

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.

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.

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.

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