Tutkitaan: Spektroskopian hyödyntäminen kierrätysmateriaalivirtoihin
Vihreään siirtymään ja energian käyttöön liittyvät investoinnit kasvattavat teknologiametallien tarvetta nopeasti. Tuuliturbiinien, aurinkopaneelien, akkujen ja vedyn tuotantoon ja varastointiin tarvitaan paljon muun muassa metalleja. Yhteiskunnan sähköistyessä teknologiametallien saatavuus heikkenee ja kierrätys nousee tärkeään rooliin. Hyvin toimivalla kriittisten materiaalien kierrätyksellä olisi mahdollista pienentää kriittisten materiaalien saatavuusriskiä.
Satakunnan ammattikorkeakoulussa haetaan spektroskopiasta mahdollisuuksia teknologiametallien ja akkumateriaalien tehokkaampaan kierrätykseen. Mikäli kierrätysmateriaalivirtoja voitaisiin testata online-mittauksin spektroskopiaa hyödyntäen materiaaliprosessien säätäminen helpottuisi ja mahdollistaisi tehokkaammat materiaalivirrat. AIST- ja SUMEA -hankkeissa selvitetään spektroskopian soveltamista akkumateriaalien kierrätykseen ja sulan metallin analysointiin, mikä hyödyttäisi teollisuutta kierrätysmateriaaliprosessivirtoja tehostamalla.
EAKR:n ja Porin kaupungin rahoittamassa Satakunnan ammattikorkeakoulun Sulan metallin analysointimenetelmillä kansainväliseksi tiennäyttäjäksi (SUMEA) -hankkeessa selvitetään kuparisulattojen teknologiatasoa ja niiden primääri- ja kierrätysraaka-aineen käyttöä ja määriä sekä kierrätysmateriaalien käytön lisäämisen esteitä. Hankkeessa selvitetään tekniikan taso sulan metallin analysointiin soveltuviin menetelmiin liittyen ja tutkitaan sulan metallin analysointimahdollisuutta spektroskopiamenetelmin sekä selvitetään sovelluskohteita, joissa sulan metallin spektroskopiasta olisi teollisuudessa hyötyä.
AIST-hankkeessa tutkitaan, voidaanko tekoälyä hyödyntävällä laserspektroskopialla tunnistaa akkumateriaaleja ja niiden pitoisuuksia ja hyödyntää menetelmää kierrätyksessä. Perinteisesti laserspektroskooppi on kalibroitu etukäteen täsmällisesti sellaisilla näytteillä ja alkuaineilla, joista ollaan kiinnostuneita tutkittavissa näytteissä. Tekoälyn hyödyntämisen tavoitteena on pystyä ohittamaan näytekohtainen kalibrointi ja laajentaa siten laserspektroskopian käyttömahdollisuuksia.
SUMEA-hankkeessa selvitetään sulan metallin analysointiin soveltuvan spektroskopian taso ja menetelmät sekä suunnitellaan laboratoriomittaolosuhteissa koe sulan metallin analysoimiseksi spektroskopiaa hyödyntäen. Samalla käydään teollisuuden kanssa keskustelua ja kartoitetaan sovelluksia ja paikkoja, joissa sulan metallin spektroskopiaa olisi mahdollista pilotoida prosessiteollisuudessa myöhemmin.
AIST-hankkeessa tekoälyä opetetaan suurella määrällä alkuaineiden ja akkumateriaaliyhdisteiden spektridataa, jotka ovat peräisin sekä ns. julkisesta spektrikirjastosta että omista mittauksista. Systeemille pyritään opettamaan alkuaineiden tunnistaminen jopa sellaisistakin materiaaleista, joilla sitä ei ole etukäteen opetettu eikä laitetta kalibroitu juuri näillä näytteillä.
Sulan metallin analysointi spektroskopiamenetelmin antaisi paljon mahdollisuuksia prosessiteollisuuden materiaalivirtojen seurantaan ja mahdollistaisi paremman prosessitehokkuuden, jos prosessia olisi mahdollista säätää jatkuvatyyppisen koostumusseurannan perusteella. Käytettävissä olevan kierrätysraaka-aineen koostumus vaihtelee ja online-tyyppisellä analysoinnilla raaka-aineen koostumusmuutoksiin olisi mahdollista reagoida nopeasti.
Onnistuessaan AIST-hankkeessa kehitetyllä menetelmällä voitaisiin tunnistaa akkumateriaaleja suoraan kierrätysprosessin yhteydessä. Näin materiaaleja saataisiin ohjattua tehokkaammin oikeisiin jatkoprosesseihin ja kierrätysjakeiden laatua kontrolloitua.
Tiesitkö tämän?
- Spektroskopia on menetelmä, jolla analysoidaan tutkittavasta kohteesta vastaanotettua säteilyä (esim. valoa).
- Kriittisiä metalleja ovat mm. koboltti (Co), volframi (W), magnesium (Mg), litium (Li), antimoni (Sb), vanadiini (V), kupari (Cu) ja nikkeli (Ni).
- Arvio tällä hetkellä maailmanlaajuisesti käytössä olevan kuparin määrästä on 450 000 kilotonnia.
