Puutarhatalouden sivuvirtoina saadaan esim. kurkun varsia, joita ei hyödynnetä juuri ollenkaan. Kuva: Arvobio-hanke.
Muovipakkauksia päätyy ympäristöön roskaamisen ja puutteellisen jätehuollon seurauksena. Luonnossa muovi hajoaa hitaasti, aiheuttaa mikromuovisaastetta ja kuormittaa ekosysteemejä. PlastLIFE-hankkeessa kehitetään fossiilista muoviraaka-ainetta korvaavia pakkausmateriaaleja sekä tutkitaan, kuinka uusiutuvat kuitupohjaiset katemateriaalit voisivat korvata muovia puutarhakäytössä ja millaisia liiketoimintamahdollisuuksia niihin liittyy.
Muovipakkaukset ovat merkittävä osa maailmanlaajuista muovisaasteongelmaa. Ne päätyvät usein luontoon, missä ne voivat kestää satoja vuosia hajoamatta, ja aiheuttavat merkittävää haittaa eläimille, jotka voivat niellä muovia tai sotkeutua siihen.
Muovipakkaukset hajoavat ajan myötä pienemmiksi paloiksi, joita kutsutaan mikromuoveiksi. Nämä mikroskooppiset muovihiukkaset voivat päätyä vesistöihin ja ravintoketjuun, mikä voi vaikuttaa sekä eläinten että ihmisten terveyteen. Monet muovipakkaukset ovat kertakäyttöisiä, mikä lisää jätteen määrää. Kertakäyttömuovin vähentäminen on tärkeää, sillä suuri osa ympäristöön päätyvästä muoviroskasta on peräisin juuri kertakäyttöisistä tuotteista.
Vaikka muovia voidaan kierrättää, kaikki muovipakkaukset eivät päädy kierrätykseen. Kierrätysjärjestelmät eivät ole kaikkialla yhtä kehittyneitä, ja suuri osa muovista päätyy kaatopaikoille tai poltettavaksi, mikä tuottaa hiilidioksidia ja voi vapauttaa haitallisia aineita ilmakehään. Muovin valmistus vaatii fossiilisia polttoaineita, kuten öljyä ja maakaasua, mikä kasvattaa kasvihuonekaasupäästöjä ja kiihdyttää ilmastonmuutosta.
Näihin haasteisiin vastatakseen PlastLIFE-hankkeessa selvitetään uusiutuvien kuitupohjaisten materiaalien mahdollisuuksia korvata perinteistä muovia.
Puutarhatalouden sivuvirrat korvaamaan neitseellisen raaka-aineen osuutta kartongissa
Lipeäkäsiteltyä tomaatin vartta. Kuva: Risto Korpinen.
Kasvihuoneissa kurkun ja tomaatin tuotannossa hyödyntämättä jäävien varsien ja lehtien osuus on tyypillisesti sadon painoon suhteutettuna noin 25 prosenttia sadon massasta. Kasvihuonevihannesten tuotanto oli vuonna 2023 noin 90 miljoonaa kiloa, eli hyödyntämättömien varsien ja lehtien määrä oli 22 500 tonnia. Tämä materiaali menee yleensä kompostiin tai polttoon, koska niillä ei ole ollut muuta käyttöä.
PlastLIFE-hankkeessa on tutkittu, miten materiaali sopisi muovia korvaaviin kuitupohjaisiin pakkausratkaisuihin. Myös humalan varsien soveltuvuutta on tutkittu. Tutkimus on vielä laboratoriomittakaavassa mutta projektin aikana on tarkoitus tuottaa suurempia prototyyppejä ja testata niiden soveltuvuutta pakkausmateriaalina. Arkkitestien tulokset ovat kuitenkin lupaavia ja niiden teosta kerrotaan seuraavaksi.
Kurkun, tomaatin ja humalan varret voidaan kuiduttaa helposti. Ensin niitä keitetään lievästi emäksisessä vesiliuoksessa, jotta varret pehmenevät. Sen jälkeen varret käsitellään mekaanisesti hiertämällä ja saatu massa pestään. Sivuvirtamassa sekoitetaan valkaistun havupuusellun mukaan ja tehdään kartonkia. Puutarhatalouden sivuvirtoja hyödyntämällä voidaan vähentää neitseellisen raaka-aineen osuutta kartongissa. Lisäksi luodaan materiaali, joka itsessään kertoo kiertotalouden sanomaa.
Teimme kartonkiarkkeja laboratoriossa ns. arkkimuotilla. Arkkimuottiin kaadettiin massasulppu, jossa oli 80 % valkaistua havuselluja ja 20 % tomaatin tai humalan vartta. Verrokkina teimme arkkeja myös pelkästä sellusta.
Arkkimuotin viiran päälle muodostunut kuituverkko, jossa tomaatin varren kuidut näkyvät selvästi sekäe tomaatin ja humalan varren sisältäviä arkkeja. Kuvat: Risto Korpinen.
Muodostunut kuituverkko irrotettiin viirasta kaulinnan jälkeen. Kaulinnan tarkoituksena on poistaa vettä muodostuneesta kuituverkosta.
Lopuksi arkit märkäpuristettiin, kuivattiin ja leikattiin. Osaan arkeista lisättiin Luonnonvarakeskuksessa kalan sivuvirroista kehitettyä gelatiinia. Gelatiinin avulla on tarkoitus tutkia, saadaanko kartonkiin lisää lujuusominaisuuksia ja parantaako se kartongin lämpömuovailtavuutta.
Valmiita kartonkiarkkeja menossa kalanterointiin ja lujuusominaisuuksien mittaamiseen. Kalanteroinnissa kartonki kulkee kahden tai useamman telan välistä, jolloin siihen kohdistuu puristusvoimaa. Tämä prosessi tasoittaa paperin paksuutta ja parantaa sen pintalaatua, kuten kiiltoa ja sileyttä. Kuva: Risto Korpinen.
Uusia liiketoimintamahdollisuuksia biopohjaisilla tuotteilla?
Puutarhavihreää sisältävien kartonkipakkausten lisäksi tutkimme PlastLIFE-hankkeessa myös uudentyyppistä puutarhakatetta, joka tarjoaa tehokkaan vaihtoehdon muovin ja rikkakasvien torjuntaan tarkoitetun kemikaalin glyfosaatin korvaajaksi. Kestäviä ja ympäristöystävällisiä rikkakasvien hallintaratkaisuja tarvitaan kipeästi kasvintuotannossa, taimitarhoilla ja viherrakentamisessa erityisesti nyt, kun ilmastonmuutos tuo pohjoisille alueille uusia tuholaisia ja rikkakasveja. Samalla torjunta-aineiden ja mustan polyeteenikatteen (PE) käyttöä pyritään vähentämään haitallisten vaikutusten vuoksi.
Kestäviä vaihtoehtoja on vielä vähän, mutta markkinat kasvavat tasaisesti, ja Luonnonvarakeskuksen kehittämä nestemäinen kate vastaa tähän tarpeeseen.
Nestemäinen kateratkaisu perustuu puu- ja kasviperäisiin materiaaleihin, kuten puuperäiseen kuituun, veteen ja pyrolyysinesteeseen. Tämä biohajoava kate ei jätä maaperään jäämiä muoveista tai kemikaaleista, mikä tekee siitä ympäristöystävällisen vaihtoehdon. Luonnonvarakeskuksen nestemäinen kate on pitänyt kasvuston kurissa jopa kolme kuukautta ilman huolta mikromuovijäämistä.
PlastLIFE-hankkeessa arvioidaan ehdotettujen muovia korvaavien ratkaisujen teknistä ja taloudellista kannattavuutta (Techno-Economic Assessment, TEA), mikä on tärkeää kartoitettaessa uusia liiketoimintamahdollisuuksia.
Vaikka TEA tähtääkin viime kädessä lopullisen tuotteen kannattavuuden arviointiin, menetelmän käyttö innovoinnin alkuvaiheista lähtien on tärkeää, koska näin voidaan ohjata tuotteen valmistusprosessia mahdollisimman materiaali- ja energiatehokkaaksi.
Laskelmat ovat jo tässä vaiheessa osoittaneet, että nestemäinen kate on taloudellisesti ja teknisesti toimiva ratkaisu erityisesti siksi, että raaka-aineet ovat teollisuuden vähäarvoisia sivuvirtoja. Luonnonvarakeskuksen kateratkaisu näyttääkin tarjoavan merkittäviä liiketoimintamahdollisuuksia biopohjaisten lopputuotteiden markkinoilla.
Kirjoittajista
TkT Risto Korpinen on Luonnonvarakeskuksen erikoistutkija ja Åbo Akademin biomassan jalostustekniikan dosentti. PlastLIFE-hankkeessa hän tutkii kuitupohjaisia materiaaleja, joilla voitaisiin korvata muovisia pakkauksia.
FT Kyösti Ruuttunen on Luonnonvarakeskuksen erikoistutkija. Hän tutkii muovia korvaavien ratkaisujen teknistä ja taloudellista kannattavuutta PlastLIFE-hankkeessa.