ProMine kehittää mineraaleista nanotuotteita

GTK on keskeisenä osallistujana kansainvälisessä ProMine-hankkeessa. Hankkeen tavoitteena on muun muassa vähentää EU:n riippuvuutta metallien tuonnista, mutta myös auttaa yrityksiä kehittämään mineraaleista uusia, nanoteknologiaan perustuvia tuotteita.

Syvällä EU-maiden kallioperässä on valtavasti toistaiseksi hyödyntämättömiä mineraaleja. Noin 500–1 000 metrin syvyydeltä löytämättömien mineraalien in situ -arvoksi on arvioitu noin sata miljardia euroa. Hyödynnettävyys riippuu sekä uusista tekniikoista että metallien maailmanmarkkinahinnasta. Jotta mineraalivarannot olisivat tarpeen tullen käytettävissä mahdollisimman järkevästi ja tehokkaasti, niistä tarvitaan kunnollinen tietokanta.

– Euroopan laajuisen GIS-pohjaisen mineraalitietokannan rakentaminen on yksi ProMine-hankkeen päätavoitteista. Yhtä tärkeitä tavoitteita ovat hyödyntämiskelpoisten kaivosjätteiden sekä strategisten mineraalien ja metallien määrien arvioinnit. Samalla lailla keskeisiä päämääriä ovat uusien ekotehokkaiden rikastusmenetelmien kehittäminen sekä uusien mineraalipohjaisten high tech -tuotteiden kehittäminen. Nanoteknologia liittyy oleellisesti viime mainittuun, kertoo ProMinen hankepäällikkö, tutkija Juha Kaija.

GTK koordinoi 11 maan asiantuntijoista koostuvaa hankeryhmää, jossa on edustettuina niin tutkimuslaitosten kuin teollisuudenkin asiantuntijoita. Suomesta mukana ovat GTK:n lisäksi VTT ja KCL, Pyhäsalmi Mine Oy sekä KWH-Mirka Oy. Ruotsista on mukana muun muassa kaivosjätti Boliden. ProMinessa kaivannaisteollisuutta edustavat kumppanit vastaavatkin noin 70 prosenttia EU:n metallituotannosta. GTK:n eurooppalaisista sisarorganisaatioista mukana ovat Ranskan, Espanjan, Kreikan ja Portugalin geologian tutkimuskeskukset. Juha Kaija pitää toukokuussa käynnistynyttä nelivuotista hanketta sekä merkittävänä että vaativana. Budjetiltaan runsaan 18 miljoonan euron ProMine on suurin EU:n seitsemännen puiteohjelman nanotieteeseen ja -materiaaleihin painottuvan tutkimusohjelman hankkeista ja yksi harvoista, joissa EU tukee Euroopan kaivannais- ja metalliteollisuutta. Vaativuus taas tulee siitä, että rahoittaja odottaa hankkeelta runsaasti konkreettisia, kaupallisiin tuotteisiin johtavia tuloksia.

– Kyseessä on toki tutkimushanke, mutta tuotteistamisen näkökulmasta pitkälle menevä sellainen, Kaija täsmentää.

Uudenlaista paperia ja maalia

ProMinessa on asetettu selkeät tavoitteet kehittää Euroopan kaivannaisteollisuudelta saatavista raaka-aineista nanoskaalan tuotteita. Nanoteknologian hyödyntämisestä löytyy jo paljon arkipäivän esimerkkejä kuten itsepuhdistuvat lasit, erikoismaalit ja paperiteollisuuden käyttämät pigmentit.

Suomessa papereiden uudenlaista pinnoittamista ovat kehittäneet erityisesti VTT ja siihen kesäkuussa fuusioituva, metsäteollisuuden keskuslaboratoriona aiemmin tunnettu KCL.

Autoteollisuus puolestaan on kiinnostunut uudentyyppisistä hiontamateriaaleista, joiden avulla on saatavissa aikaan entistä lujempi ja tasaisempi maalipinnoite. Nanoteknologiaa hyödyntäviä pinnoitteita on käytetty esimerkiksi Mercedesin S-sarjan autoissa ennenkin, mutta hiljattaisen kehitystyön myötä hiontamateriaalien valmistus on paljon kustannustehokkaampaa ja mahdollistaa nanoteknologian hyödyntämisen paljon aiempaa laajemmin.

– Tässä on kyseessä metsäteollisuuden sivuvirtojen uudentyyppinen hyödyntäminen erotettaessa metalleja kaivosteollisuuden happamista jäteliemistä. Konsepti on uusi ja haastava, mutta se avaa erittäin mielenkiintoisia mahdollisuuksia, kertoo tekniikan tohtori, nanoteknologian asiantuntija Ali Harlin VTT:stä.

Lisäksi ProMinen yhteydessä on kehitteillä teknologiaa, joilla voi hyödyntää kaivosten sivukiven emäksisiä silikaattimineraaleja. Näiden mineraalien käytöstä on se seuraus, että hiilidioksidia sitova komponentti päätyy tuotekierron jälkeen pysyvästi maantäyttöön.

ProMinen tavoitteiden valossa yhtä tärkeä tutkimusaihe on, kuinka hyödyntää kaivosvesien sisältämiä metalleja entistä tehokkaammin. Kun kaivos suljetaan, sinne jää tyypillisesti useita kuutiokilometrejä hyvin metallipitoista jätevettä. Kaivosvesien puhdistamiseen voi käyttää puunjalostusteollisuuden sivuvirroissa olevia komponentteja. Ne kelatoivat metallia eli muodostavat metallikompleksin. Tämän jälkeen bakteerit käyttävät orgaanisen aineen; jäljelle jää rikas, nanohiukkasista koostuva metallipitoinen sakka, joka on käyttökelpoista metallien raaka-ainetta. Tunnettu esimerkki tällaisesta prosessista on Espanjasta, jossa Rio Tinto -joen punertava väri on peräisin jo pronssikaudella toimineesta, jokeen yhteydessä olevasta kuparikaivoksesta.

Entistä lujempaa betonia

Arkipäivän sovelluksia nanoteknologialla on paljon muitakin. Myös perinteinen betonituotanto hyötyy nanoteknologiasta. Betonin ominaisuuksia voi parantaa kaivossivukivestä saatavaan nanomateriaaliin, joka parantaa sementin huokoisuutta ja juoksevuutta valettaessa. Näin saadaan samalla määrällä lujempaa betonia – tai vaihtoehtoisesti yhtä lujaa vähemmällä massamäärällä. Tähän liittyvää kehitystyötä ProMinessa tekee etenkin Twenten yliopiston tutkimusryhmä yhteistyössä Selorin ja rakennusmateriaaleihin erikoistuneen kansainvälisen CRH:n kanssa.

– Tällaisia betoneja on ollut saatavilla jo jonkin aikaa uusia synteettisiä lisäaineita käyttäen, mutta aika korkeaan hintaan. Kaivosainesta käyttämällä saadaan yhtä korkealaatuisia ja lujia erikoisbetoneja, mutta mitä ilmeisimmin paljon halvemmalla, Ali Harlin arvioi.

Paljon, paljon muutakin uutta nanotutkimus ja ProMine-hanke ovat tuomassa arkipäivän tuotteisiin. Esimerkiksi lentokoneen turbiinien pinnassa käytettävä, suurta kuumuutta kestävää renium-metallia voinee jatkossa hyödyntää entistä tehokkaammin. Tämä tukee myös tavoitetta parantaa EU-maiden omavaraisuutta strategisesti tärkeissä metalleissa.

TEKSTI Vesa Tompuri