Tutkijat tekivät japanilaiselta kaatopaikalta löydön, joka sai heidät hämilleen – Näin jätteistä tulee tulevaisuudessa arvokasta raaka-ainetta - Tiede | HS.fi

Jätteestä lämpöä ja lääkkeitä

On mahdollista, että tämän vuosisadan aikana jäte katoaa maapallolta kokonaan. Hajonnut tietokone muuttuu romusta kultasuoneksi ja kulahtanut vaate lumpusta kuiduksi. Jätteistä tulee arvokasta raaka-ainetta.

Roskapussin sisällöstä voi valmistaa vaikka mitä.

25.12.2021 2:00 | Päivitetty 25.12.2021 18:11

Joka vuosi ihmiset tuottavat miljardeja tonneja jätettä. Niistä päätyy kierrätykseen ja poltettavaksi vajaa neljännes, loput kipataan kaatopaikoille ja luontoon.

Muutos on kuitenkin jo alkanut. Euroopan unioni pyrkii täydelliseen kiertotalouteen vuoteen 2050 mennessä. Pohjois-Amerikassa moni iso yritys on esitellyt kiertotalouteen liittyviä tavoitteitaan. Japanista löytyy kaupunki, joka kierrättää jo yli 80 prosenttia jätteistään.

Suomessa sekajätteen vieminen kaatopaikalle kiellettiin vuonna 2016. Ennen lakimuutosta yli puolet jätteistämme päätyi kaatopaikalle. Nyt sekajätteeseen heitetty roskapussi muuttuu jätteenpolttolaitoksessa energiaksi.

Vaasalainen kasvuyritys Woima hahmottelee tulevaisuutta, jossa jätteet haalitaan hyötykäyttöön sataprosenttisesti. Yhtiön suunnittelemissa jätelaitoksissa voitaisiin polttaa mitä tahansa roinaa kalastusverkoista koronamaskeihin. Lopputuotteena syntyy lämpöä, höyryä ja juomakelpoista vettä.

”Noin viisi prosenttia maapallolla käytettävästä energiasta voitaisiin tuottaa jätteistä”, kertoo yhtiön toimitusjohtaja Henri Kinnunen.

Poltetusta jätteestä jää jäljelle tuhkaa, mutta sitäkään ei tarvitse viedä kaatopaikalle. Tuhkalla voi sitoa polttamisesta aiheutuvia hiilidioksidipäästöjä mineraaleiksi, joista voi valmistaa esimerkiksi tiiliä. Kinnunen arvioi, että tulevaisuudessa yhä suurempi osa jätteestä kelpaa uusiokäyttöön.

”Peukalosäännön mukaan kolmannes jätteistä kannattaa kierrättää materiaaleina, kolmannes raaka-aineina ja kolmannes energiana.”

Muoviroskasta uutta muovia

Liukuhihnalla kiitää vinhaa vauhtia pusseja, pakkauksia ja muuta muovijätettä. Lajittelun jälkeen jäte pestään, silputaan ja rouhitaan. Muoviroskien sekamelskasta syntyy harmahtavia rakeita, granuliitteja.

Energiayhtiö Fortumin muovinjalostamolla Riihimäellä kierrätetään suurin osa suomalaisten kotitalouksien muovijätteestä. Kierrätyksen ansiosta muoviroska voi muuttua vaikkapa vessaharjaksi, muovipussiksi, kastelukannuksi tai ämpäriksi.

Suomalaiset kotitaloudet kierrättävät nykyisin vajaan kolmanneksen muovijätteestään. Erityisen suurta kierrätysinto on pantillisissa juomapulloissa, joista päätyy kierrätykseen yli 90 prosenttia.

Tyhjäksi juotu muovipullo voi päätyä yllättäviinkin paikkoihin. Tamperelaisen yhtiön Intermediuksen käsissä pullot muuttuvat hattaraa muistuttavaksi polyesterihuovaksi, josta valmistetaan huonekaluja, autojen verhoiluja ja äänieristettyjä työtiloja.

Jätettä rikotaan auringonvalolla ja mikrobeilla.

Hajotetaan molekyyleiksi

Muovi muodostaa yhden maailman merkittävimmistä jäteongelmista. 1950-luvulta lähtien ihmiset ovat tutkimuksen mukaan tuottaneet yli kahdeksan miljardia tonnia muovia, ja lisää tuotetaan 300 miljoonaa tonnia joka vuosi. Tonni on tuhat kilogrammaa.

Noin kymmenen prosenttia muovista käytetään uudelleen, ja loput päätyy kaatopaikoille, luontoon ja poltettavaksi.

Vaikka tahtoa ja resursseja olisi rajattomasti, kaikkea muovijätettä ei voi kierrättää mekaanisesti. Osa jätteestä on liian huonolaatuista uusiokäyttöön, ja kierrätyksessä muovin ominaisuudet heikkenevät entisestään. Tutkimuksissa on lisäksi osoitettu, että kierrätettyyn muoviin voi jäädä puhdistuksesta huolimatta haitallisia mikrobeja.

Ratkaisu kaikkiin näihin ongelmiin on kemiallinen kierrätys. Siinä muovi pilkotaan takaisin lähtöaineisiinsa eli monomeereiksi. Monomeereista valmistettu muovi on neitseellisen materiaalin veroista.

Kemistit suorastaan rakastavat muovipullojen ja muun muoviroinan hajottamista. Lämpökemian alalla muovia altistetaan niin korkealle lämpötilalle, että se hajoaa molekyylitasolle. Tärkeimmät menetelmät ovat pyrolyysi ja kaasutus, joissa muovi muuttuu joko nestemäiseksi aineeksi tai synteesikaasuksi.

Kolme vuotta sitten brittiläisten Cambridgen ja Walesin yliopistojen kemistit esittelivät uudenlaisen menetelmän muovin hajottamiseen, nimittäin auringonvalon. Menetelmässä muovikappaleet pudotetaan alkaliseen liuokseen, ja kemiallista reaktiota joudutetaan kadmiumsulfidiksi kutsutulla kemiallisella yhdisteellä.

Aurinko hoitaa loput, ilman suuria paineita tai lämpötiloja. Säteily muuttaa muoviliuoksen vedyksi ja orgaanisiksi yhdisteiksi.

Kemiallinen kierrätys on toistaiseksi raskasta ja kallista, minkä vuoksi se ei ole juuri levinnyt laboratorioiden ulkopuolelle. Brittitutkijoiden keksintö toimii vasta koeputkessa, mutta heillä on tulevaisuuden varalle suuria suunnitelmia. Pientalojen takapihoille voisi pystyttää mikrokokoisia muovijalostamoita, jotka muuttavat muovijätteen kodin lämmittäjäksi ja auton polttoaineeksi.

Syötetään mikrobeille

Viisi vuotta sitten tutkijat tekivät japanilaiselta kaatopaikalta yllättävän löydön. Jätteiden seassa asusteli bakteeri, joka söi muovipulloja. Ideonella sakaiensis -bakteeri otti muovista ravintoa erittämänsä entsyymin avulla.

Tutkijat olivat löydöstä hämillään, sillä muovipullojen valmistuksessa käytettävää pet-muovia pidettiin aikaisemmin biohajoamattomana. Tavallisesti pet-muovi säilyy luonnossa satoja vuosia, mutta bakteerien käsittelyssä se hajosi muutamassa viikossa.

Muovia syövän bakteerin evoluutio on ollut vauhdikasta, sillä öljyperäisiä muoveja on ollut käytössä vasta 70 vuotta. Mikrobeja sen sijaan on esiintynyt maapallolla jo miljardeja vuosia.

Tutkijoiden mukaan nopea kehitys on mahdollista, koska mikrobit ovat äärimmäisen sopeutumiskykyisiä. Kun bakteeri pannaan ympäristöön, jossa sillä on käytössään vain yksi ravinnonlähde, se oppii nopeasti sitä hyödyntämään.

Yllätykset eivät päättyneet bakteerin löytymiseen. Kun kansainvälinen tutkimusryhmä eristi sen entsyymiä tutkittavakseen, he kehittivät vahingossa entistä tehokkaamman muovia hajottavan yhdisteen.

Tutkijat jatkoivat entsyymin kehittämistä, ja vuonna 2020 he esittelivät tuoreimpia tuloksiaan Pnas-tiedelehdessä. Superentsyymiksi kutsuttu yhdiste pilkkoo muovia kuusi kertaa alkuperäistä entsyymiä nopeammin. Viikkojen hajotuksen sijaan puhutaan enää päivistä.

Muovia syöviä mikrobeja on tutkittu myös Suomessa. Jyväskylän yliopistossa tehdyssä tutkimuksessa havaittiin, että mikrobit eivät pelkästään hajota muovia vaan tuottavat siitä myös hyödyllisiä rasvahappoja eläinplanktonien käyttöön.

Tutkimuksessa tarkasteltiin maailman käytetyintä muovia, polyeteeniä. Mikrobit ottivat muovista hiiltä ja muuttivat sen omega 3 -rasvahapoiksi. Samalla ne poistivat muovista liukenevia haitallisia kemikaaleja.

Tutkijoiden mukaan tällaisia mikrobeja voisi hyödyntää tulevaisuudessa jätevesien ja merien puhdistuksessa. Kehitystyötä kuitenkin riittää. Maailman meriin on kertynyt yli sata miljoonaa tonnia muovijätettä, ja nykytekniikalla mikrobit pystyvät nielemään niistä vain murto-osan.

Sähkölaitteista kultaa

Muovi ei ole ainoa materiaali, jota mikrobit osaavat kierrättää. Singaporelaiset ja uusiseelantilaiset tutkijat ovat valjastaneet bakteerit kullankaivajiksi.

Bakteerien tuottamien entsyymien avulla elektroniikkajätteestä on mahdollista erotella kultaa ja muita arvometalleja. Menetelmät vaihtelevat bakteerin mukaan: osa liuottaa metalleja romusta ja osa sitoo tai imee niitä itseensä.

Elektroniikkajäte on maailman nopeimmin kasvava jätemuoto. Joka vuosi ihmiset heittävät pois yli 50 miljoonaa tonnia tietokoneita, puhelimia, kodinkoneita ja muita sähkölaitteita. Kierrätykseen kaikesta maailman romusta päätyy alle viidennes.

Samaan aikaan elektroniikan kysyntä kasvaa ja uusia kaivoksia täytyy avata ympäri maailmaa. Metallien louhimisen sijaan raaka-aineita onkin ryhdytty etsimään yhä useammin jätteestä.

Tärkeitä metalleja löytyy etenkin piirilevyistä, tietokoneen kiintolevyistä, puhelimien komponenteista ja katalysaattoreista. Esimerkiksi tonnissa matkapuhelinroinaa on sata kertaa enemmän kultaa kuin tonnissa kultamalmia. Älypuhelimesta irtoaa lisäksi hopeaa, alumiinia, platinaa, kuparia ja palladiumia.

Ympäristölle ystävällistä

Vaikka romu on arvokasta, metallien erottelu jätteestä vaatii runsaasti energiaa, korkeita lämpötiloja ja myrkyllisiä kemikaaleja. Lämpökäsittelyssä romu kuumennetaan yli tuhanteen asteeseen, mikä vapauttaa ilmaan haitallisia kaasuja. Kemiallisessa käsittelyssä käytetään rikkihappoa ja syanidia, jotka jättävät jälkeensä myrkyllisiä päästöjä.

Bakteerikäsittely ei aiheuta haittaa ympäristölle, mutta se on perinteisiä menetelmiä hitaampi ja tehottomampi. Tutkijoiden mukaan bakteerien tuottamia entsyymejä on kuitenkin mahdollista tehostaa geenitekniikan avulla. Singaporelaiset tutkijat onnistuivat entsyymiä muokkaamalla lähes seitsenkertaistamaan romusta irronneen kullan määrän.

Ympäristöystävällisiä ratkaisuja on tutkittu myös Suomessa. Jyväskylän yliopistossa kehitettiin metallisieppari, joka nappaa romusta metalleja erilaisten happoliuosten avulla.

Kehitystyö on edennyt siihen vaiheeseen, että tutkimusta tehdään koeputkien sijaan ämpärimitassa.

Maankuoren kaivamiseen verrattuna uusi liuotusmenetelmä tuottaa kymmenen kertaa vähemmän päästöjä. Suomalaiskeksintö erottelee romusta myös harvinaisia alkuaineita, kuten neodyymiä, praseodyymiä ja germaniumia. Ne ovat teollisuudelle kriittisen tärkeitä metalleja, joiden saatavuus on Euroopan unionin mukaan uhattuna.

Viemäreistä etsitään uusia antibiootteja.

Lääkkeitä likavedestä

Jätteistä voi olla hyötyä jopa lääkekehityksessä. Kompostien ja jätevesilietteen uumenista etsitään nyt ratkaisua antibiooteille vastustuskykyisten superbakteerien torjuntaan.

Antibiooteille vastustuskykyiset bakteerit ovat yksi maailman suurimmista terveysuhista. Tätä nykyä vastustuskykyisten bakteerien aiheuttamiin infektioihin kuolee yli 700 000 ihmistä vuodessa, ja vuosisadan puoliväliin mennessä lukema voi kasvaa kymmeneen miljoonaan.

Uusia lääkkeitä tarvitaan kiireesti, mutta kolmen viime vuosikymmenen aikana markkinoille on tuotu vain kaksi uutta antibioottityyppiä. Monet lääkeyritykset ovat jo kokonaan luopuneet antibioottien kehittämisestä suurten kustannusten ja korkean riskin takia.

Bakteerien jäljillä

Suomalaistutkijat Helsingin yliopistosta ja Åbo Akademista päättivät selvittää, löytyisikö uudenlaisia antibiootteja jätteiden seasta.

”Siellä, missä on bakteereita, lienee myös antibakteriaalisia yhdisteitä tuottavia mikro-organismeja”, selittää ympäristötekniikan yliopistonlehtori Merja Kontro Helsingin yliopistosta.

Hankkeen ensimmäisessä vaiheessa tutkijat kehittivät erilaisia välineitä mikrobien etsimiseksi. Biofilmisensorin avulla voidaan kartoittaa jätevesien mikrobiyhteisöjä, ja mikrokuoppalevyillä mikrobit napataan talteen niiden kasvatusta varten.

Seuraavaksi uudet menetelmät on tarkoitus valjastaa käytäntöön. Kontron mukaan antibiootteja etsitään jätteistä, joissa on havaittu Staphylococcus aureus - ja Pseudomonas aeruginosa -nimisiä bakteereita.

Nämä bakteerit aiheuttavat yleisinfektioiden lisäksi muun muassa virtsatietulehduksia ja keuhkokuumetta. Molemmista bakteereista löytyy myös antibiooteille vastustuskykyinen superbakteerikanta, joten niihin tehoavan lääkkeen löytyminen olisi merkittävä edistysaskel.

Kiertokuitu käy tekstiiliksi tai jätteeksi.

Vanha vaate uudeksi

Kun vaate kulahtaa tai menee rikki, se heitetään useimmiten sekajätteeseen. Nykyään kaikesta maailman tekstiilijätteestä lähes kolme neljäsosaa päätyy kaatopaikoille ja poltettavaksi.

Suomessa syntyy joka vuosi 70–100 miljoonaa kiloa tekstiilijätettä, josta suurin osa katoaa savuna ilmaan. Neljän vuoden päästä EU:ssa tulee voimaan laki, jonka mukaan tekstiileitä ei saa polttaa sekajätteen seassa, vaan ne täytyy kierrättää erikseen. Näin arvokasta materiaalia ei mene hukkaan.

Mitä vanhoille vaatteille aiotaan sitten tehdä?

Aivan kuten muovia, myös tekstiilejä voidaan kierrättää mekaanisesti tai kemiallisesti. Mekaanisessa kierrätyksessä tekstiilien kangas- ja lankarakenteet puretaan takaisin kuiduiksi, jotka kelpaavat esimerkiksi räteiksi, eristysmateriaaleiksi tai patjojen ja peittojen täytteiksi.

Jotta tekstiili säilyisi hyvälaatuisena, se pitää kierrättää kemiallisesti. Silloin tekstiili muutetaan takaisin kuidun rakenneaineiksi eli polymeereiksi ja monomeereiksi. Niistä voi valmistaa uudenveroista tekstiiliä tai vaikkapa muovia.

Tekstiilin kierrättämistä vaikeuttaa se, että suurin osa vaatteista koostuu useiden kuitujen sekoituksista. Mitä enemmän erilaisia kuituja vaatteen valmistuksessa on käytetty, sitä vaikeampaa se on kierrättää. Myös napit, vetoketjut ja ompelulangat pitää poistaa vaatteista ennen kuitujen kierrätystä.

Uusia kemiallisen kierrätyksen menetelmiä kehitetään nyt muun muassa Aalto-yliopiston ja Helsingin yliopiston Ioncell-hankkeessa. Lähes kymmenen vuotta kestäneen tutkimustyön keskiössä on ioninen neste, joka hajottaa tekstiilin hyvälaatuisiksi kuiduiksi.

Tutkijoiden mukaan nesteellä voi kierrättää kaikkein kuluneimpien tekstiilien lisäksi jopa jätepahvia.

Ydinjäämistä puristetaan timantteja.

Ydinjätteestä akkuja

Jos pitäisi nimetä maailman hankalimmin kierrätettävä jäte, sormi osoittaa luultavasti ydinreaktoreiden suuntaan. Maailmasta löytyy noin 300 000 tonnia korkeasti radioaktiivista ydinjätettä, joka odottaa yhä väliaikaisissa varastoissa loppusijoitustaan.

Jätettä on tarkoitus varastoida satojen metrien syvyyteen kallioperään tai muualle maan uumeniin, missä sitä pidetään eristyksissä vähintään satatuhatta vuotta. Viime vuosina tutkijat ovat etsineet vaaralliselle jätteelle myös uusia käyttökohteita.

Brittiläisen Sussexin yliopiston tutkijat havaitsivat tuoreessa tutkimuksessaan, että köyhdytetystä uraanista voisi olla hyötyä kemianteollisuuden katalyyttinä eli kemiallisen reaktion kiihdyttäjänä. Tutkimuksessa uraania käytettiin muuttamaan etaania eteeniksi. Eteeni on kemianteollisuuden tärkeä yhdiste, josta valmistetaan muun muassa maailman käytetyintä muovia, polyeteeniä.

Kemiallisia yhdisteitä on muokattu vastaavalla tavalla iät ja ajat, mutta uraanin hyödyntäminen on tässä prosessissa täysin uutta. Tutkijoiden mukaan uraanin hyötykäyttö kemianteollisuudessa auttaa pienentämään ydinjätteestä koituvaa kuormaa.

Timanttinen virtalähde

Ydinjäte kelpaa myös virtalähteeksi. Viisi vuotta sitten brittiläisen Bristolin yliopiston tutkijat kehittivät menetelmän, jolla radioaktiivisesta jätteestä voitaisiin valmistaa pitkäkestoisia akkuja.

Akun materiaalina käytettiin ydinvoimaloissa syntyvää grafiittia ja sen radioaktiivisinta osaa, hiili-14-isotooppia. Kun hiili-isotooppi poistetaan grafiitista, jäljelle jäänyt jäte on turvallisempi kierrättää.

Kokeessa tutkijat muuttivat hiili-isotoopin keinotekoiseksi timantiksi, jonka kiderakenne varastoi ja välittää hiili-isotoopin hajoamisesta syntyviä elektroneja. Tutkijoiden mukaan timanttiakusta riittää virtaa yli 5 000 vuodeksi.

Akkua voisi hyödyntää esimerkiksi satelliiteissa ja sydämentahdistimissa. Sille on povattu käyttöä myös kaukomatkalle suuntaavissa avaruusaluksissa.

Lannasta kolmannes on selluloosaa.

Uloste materiaaleiksi

Miltä kuulostaisi vaate, jonka raaka-aine on tullut ulos lehmän peräpäästä? Lannankäsittelyn mahtimaassa Hollannissa kehitettiin teknologia, jolla lehmän jätöksistä voidaan erotella selluloosaa.

Lehmät syövät ruohokasveja, joiden selluloosa muuttuu vatsahappojen ja entsyymien käsittelyssä ulosteeksi. Lehmän lannasta selluloosaa on yli kolmannes.

Hollantilainen kasvuyritys Inspidere erottelee lannasta selluloosaa erilaisten liuotteiden avulla. Lopputuote on tismalleen samaa tavaraa kuin vaikkapa puuvillasta saatava selluloosa.

Siitä voidaan valmistaa esimerkiksi tekstiiliä, paperia ja biomuovia.

”Näemme lannan ällöttävänä ja haisevana jätteenä, mutta eihän vaatekuitujen valmistuksessa käytettävä öljy ole yhtään sen puhtaampaa ja kauniimpaa”, sanoi yrityksen perustaja Jalila Essaïdi The Guardian -lehden haastattelussa.

Lannan avulla Essaïdi aikoo luoda tekstiiliteollisuutta kotimaahansa. Nykyisin karjankasvattajat joutuvat maksamaan päästäkseen lannasta eroon, joten tekstiiliyhtiölle raaka-aine olisi ilmaista.

Typpi ja fosfori talteen

Tuotantoeläinten kakkaa on jo pitkään hyödynnetty lannoitteina ja biokaasuna, mutta myös ihmisen ulosteita kannattaisi ryhtyä kierrättämään.

Meistä jokainen tuottaa virtsassa ja ulosteessa lähes viisi kiloa typpeä ja puoli kiloa fosforia vuodessa. Louhittavasta fosforista uhkaa tulla tulevaisuudessa pulaa, ja typpilannoitteiden tuotanto kuluttaa paljon energiaa.

Nykyisessä viemärijärjestelmässä suurin osa näistä ravinteista karkaa kuitenkin hyödyntämättömänä veteen, ilmaan ja jätelietteeseen.

Tutkijat ovat laskeneet, että kaksi kolmasosaa typestä ja puolet fosforista on mahdollista saada talteen niin sanottujen erottelevien vessojen avulla.

Suomessa viemäriteknologian edelläkävijäksi on noussut Tampereen kaupunki. Kaksi vuotta sitten alkaneessa tutkimushankkeessa Hiedanrannan alueen asukkaat pääsivät kokeilemaan ravinteita kierrättäviä alipainekäymälöitä, kuivakäymäläistuimia ja vedettömiä urinaaleja.

Talteen otettua fosforia ja typpeä voi hyödyntää esimerkiksi pelloilla ja lannoitteiden valmistamisessa.

Kalevi Rantanen on vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 11/2021

Oikaisu 25.12.2021 kello 7.24: Jutussa puhuttiin virheellisesti Hiedanniemen alueesta Tampereella. Alueen oikea nimi on Hiedanranta.

Artikkeliin liittyviä aiheita

Osaston uusimmat

Luitko jo nämä?

Osaston luetuimmat