Kunnianhimoiset kestävän kehityksen tavoitteet ovat arkipäivää myös kaivos- ja akkuteollisuudessa. Kun raaka-ainekustannuksetkin kohoavat, on etsittävä uusia tapoja kierrättää tuotannon sivuvirtoja. Suomen Malmijalostus teki yhteistyötä VTT:n kanssa löytääkseen kiertotalousratkaisun natriumsulfaattia sisältävien purkuvesien käsittelyyn. Projektitiimi kehitti elektrodialyysiin pohjautuvan ratkaisun, jonka avulla voidaan hajottaa natriumsulfaatti muiksi teollisiksi kemikaaleiksi ja siten vähentää tarvetta ostaa ja kuljettaa kemikaaleja.
Lyhyesti
Elektrodialyysi tarjoaa teknis-taloudellisesti järkevän tavan kierrättää natriumsulfaattipitoisia vesiä.
Natriumsulfaatin kierrättäminen pienentää ympäristöön kohdistuvaa natriumsulfaattikuormaa, vähentää kustannuksia ja pienentää hiilijalanjälkeä.
Suomen Malmijalostus suunnittelee parhaillaan yhdessä Adven Oy:n kanssa tehdasmittakaavan hanketta, jonka tavoitteena on kaupallistaa ratkaisu.
Suomen Malmijalostus Oy on valtion kokonaan omistama erityistehtäväyhtiö. Sen tavoite on kehittää kaivos- ja akkutoimialaa Suomessa ja maksimoida kotimaisten mineraalien arvo vastuullisesti.
Purkuvesien natriumsulfaattipitoisuudet ovat kasvava huolenaihe
Kaivos-, akku- ja metsäteollisuuden tuotantoprosesseissa syntyy runsaasti natriumsulfaattia sisältävää purkuvettä. Vaikka purkuvedet eivät yleensä ole myrkyllisiä tai vaarallisia, niitä ei voi johtaa vesistöihin jäteveden pitoisuuksia koskevien tiukkojen rajoitusten vuoksi.
Natriumsulfaatin päätymistä luontoon on vuosien varrella pyritty rajoittamaan erilaisilla ketjun loppupäähän keskittyvillä ratkaisuilla. Nyt kunnianhimoiset kestävän kehityksen tavoitteet ja kohonneet raaka-ainekustannukset ovat kuitenkin saaneet tutkijat ja yritykset etsimään uusia kiertotalousratkaisuja natriumsulfaatin käsittelyyn.
Akkujen ja akkukemikaalien kysynnän kasvaessa erityisesti akkuteollisuus haluaa löytää purkuvesihaasteeseen kiertotalousratkaisun.
Suomen Malmijalostus yhdisti voimansa VTT:n kanssa löytääkseen kustannustehokkaan tavan hallita teollisuuden purkuvesien natriumsulfaattipitoisuuksia ja minimoidakseen natriumsulfaattijätteen syntymisen. Sen sijaan, että natriumsulfaatista hankkiuduttaisiin vain eroon, Suomen Malmijalostus halusi saada kyseisen sivuvirran hyötykäyttöön.
Elektrodialyysi tekee natriumsulfaatin kierrättämisestä tehokasta
VTT:n tutkija Eliisa Järvelän mukaan natriumsulfaattiongelmaan ei ole olemassa yhtä ainoaa ratkaisua. Huolelliset analyysit ja lukuisten menetelmien kattava testaaminen kuitenkin osoittivat elektrodialyysin yhdeksi toimivimmista ratkaisuista silloin, kun käsitellään erittäin väkeviä liuoksia.
”Elektrodialyysin avulla purkuveden natriumsulfaatti voidaan hajottaa ja regeneroida uusiksi, laadukkaiksi kemikaaleiksi, kuten lipeäksi ja rikkihapoksi. Nämä ovat arvokkaita kemikaaleja, joita tarvitaan usein teollisuuslaitoksissa”, Järvelä sanoo.
”Elektrodialyysi mahdollistaa näiden tarpeellisten ainesosien kierrättämisen ja vähentää tarvetta ostaa uusia kemikaaleja.”
Kun yritysten ei enää tarvitse kuljettaa kemikaaleja edestakaisin, vähentää natriumsulfaattijätteen kierrätys myös hiilidioksidipäästöjä.
”Elektrodialyysia on jo tovi pidetty varteenotettavana vaihtoehtona”, kertoo VTT:n tutkimusryhmän johtaja Tuomas van der Meer.
”Nyt teknologia on kypsynyt toteuttamiskelpoiseksi ratkaisuksi teknisen kehityksen, parempien kalvojen ja lisääntyneen teknisen ymmärryksen ansiosta. Myös meneillään oleva akkubuumi ja tarve kehittää innovatiivisia kestävän kehityksen ratkaisuja tukevat osaltaan elektrodialyysin käyttöä.”
Ainutlaatuinen infrastruktuuri ja osaaminen tekevät VTT:stä ihanteellisen tutkimuskumppanin
VTT:n ainutlaatuinen infrastruktuuri ja sähkökemiallinen asiantuntemus mahdollistivat elektrodialyysiprosessin optimoinnin ja konseptin toimivuuden todentamisen. Hyödyntämällä VTT:n kattavia bench- ja pilottimittakaavan valmiuksia Suomen Malmijalostus sai tarpeellista soveltuvuustestitietoa ja pystyi nopeuttamaan kehitysprosessiaan.
Alustava konseptointi ja teknologian seulonta toteutettiin VTT:n bench-mittakaavan elektrodialyysijärjestelmän avulla, kun taas soveltuvuuden todentamiseen käytettiin suuremman mittakaavan automatisoitua elektrodialyysi-infrastruktuuria. VTT auttoi myös ratkaisun eri prosessivaiheiden optimoinnissa.
Pitkä yhteinen historia teki VTT:stä luonnollisen valinnan Suomen Malmijalostuksen tutkimuskumppaniksi. Suomen Malmijalostus perustettiin vuonna 2015, ja siitä lähtien yritykset ovat tutkineet natriumsulfaattijätteen käsittelyä yhdessä. Pitkäjänteinen tutkimuskumppanuus on sisältänyt erilaisten teknologioiden pilotointia ja teknis-taloudellisten vertailujen toteutuksia.
”Suomen Malmijalostuksella oli hyvä käsitys tarpeistaan ja siitä, kuinka me voisimme tukea heitä”, sanoo VTT:n ohjelmapäällikkö Pauliina Tukiainen.
”He tiesivät, että VTT:llä on tarvittava infrastruktuuri ja asiantuntemus teoreettisten ja kokeellisten tutkimusten tekemiseen, räätälöityjen konseptien rakentamiseen sekä tulosten todentamiseen. Voimme tukea heitä myös ratkaisun skaalauksen aikana.”
Tavoitteena kaupallinen ratkaisu
Kiertotalousratkaisu, joka mahdollistaa natriumsulfaattipitoisten purkuvesien muuttamisen lisäkustannuksesta raaka-aineeksi, voi mullistaa koko akkuteollisuuden.
Seuraavaksi Suomen Malmijalostus aikoo toteuttaa tehdasmittakaavan hankkeen ja kehittää kaupallisen ratkaisun yhdessä Adven Oy:n kanssa. Yhteisyritys on saanut Business Finlandilta 15 miljoonan euron tukipäätöksen hankkeelle.
”VTT:n kanssa kehittämämme konsepti ei ratko ainoastaan ajankohtaisia ympäristöhaasteita, vaan tarjoaa myös lupaavan takaisinmaksumekanismin ja mahdollisuuksia laajamittaiseen virtauskierron optimointiin”, sanoo Suomen Malmijalostuksen raaka-aineiden liiketoiminta-alueen johtaja Jani Kiuru.
”Pitkäjänteinen yhteistyömme VTT:n kanssa on ollut yksi tärkeimmistä mahdollistajista matkalla kohti teollisia sovelluksia.”
”Purkuvesien natriumsulfaattipitoisuuksien hallinta on koko teollisuutta koskeva haaste”, VTT:n Tuomas van der Meer muistuttaa.
”Viimeaikaisen kehityksen ansiosta natriumsulfaatin kierrätystä on nyt mahdollista parantaa teollisuudenaloilla, jotka kamppailevat päästöjen kanssa. VTT voi tukea eri virtausten teknologia-arvioinneissa ja auttaa kehittämään toteuttamiskelpoisen ratkaisun eri tilanteisiin.”
Pitkäjänteinen yhteistyömme VTT:n kanssa on ollut yksi tärkeimmistä mahdollistajista matkalla kohti teollisia sovelluksia.
