Tutkimuksia puun kierrätyksestä

Kirjoittaja: Kristiina Lillqvist

Haastavat puujätejakeet

Suomessa syntyy useita miljoonia tonneja puujätettä vuosittain. Puujäte voidaan jakaa ”puhtausasteen” mukaisesti neljään eri luokkaan; A, B, C ja D. Haastavin näistä jakeista on D-luokan puujäte, joka sisältää kyllästysaineilla käsitellyn puun, kuten kestopuutuotteet sekä sähkö- ja puhelinpylväät. Käytöstä poistettu kyllästepuu luokitellaan vaaralliseksi jätteeksi siinä esiintyvien nykyisin kiellettyjen aineiden (kuten CCA-kyllästetyssä puussa arseeni) vuoksi ja se tuleekin toimittaa esimerkiksi jäteasemille erikseen lajiteltuna. EU:n jätedirektiivin mukaisesti jäsenmaiden on kierrätettävä 70 % rakennus- ja purkujätteistä materiaalina, mutta tällä hetkellä Suomessa käytöstä poistettu puu poltetaan käytännössä energiaksi. (Alakangas et al. 2014; Häkämies et al. 2019)

LUT-yliopiston, LAB-ammattikorkeakoulun ja Demolite Oy:n Rakennus- ja purkupuusta valmistettujen tuotteiden tuoteturvallisuus (RAPUPUU) –hankkeessa (2020-2021) selvitettiin puupohjaisten rakennus- ja purkujätteestä sekä kyllästetystä puusta valmistettujen tuotteiden tuoteturvallisuutta sekä materiaalin jalostusmahdollisuuksia eri käyttökohteissa (LAB 2021). Hankkeen julkisena päärahoittajana toimi Ympäristöministeriö ja sen Puurakentamisen ohjelman Kasvua ja kehitystä puusta ‑tukiohjelma.

Kyllästeaineiden pitoisuuksien mittaukset

Ymmärtääksemme paremmin käytöstä poistetun kyllästepuun kyllästeainepitoisuuksia, niitä analysoitiin alkuainekoostumusta mittaavalla röntgenfluoresenssi (X-ray fluorecence, XRF) -analysaattorilla 26 laudasta, kustakin kahdesta koekappaleesta. Mittauspisteitä (noin 1 cm³ alue) oli kolme, molemmista reunoista ja keskeltä. Tuloksista esimerkkinä on esitelty kuparin pitoisuudet kuvaajassa 1.

Kuvaaja 1. Keskimääräiset kuparipitoisuudet kyllästepuunäytteiden eri osissa XRF-teknologialla mitattuna (n=52).

Kuvaajan 1 mukaisesti koekappaleet oli jaoteltu kyllästepuun AB- ja A-luokkiin lautojen paksuuksien perusteella, sillä kaikki 48mm paksut (ja paksummat) Kestopuut suojataan kuparikyllästeillä vaativampien käyttöolosuhteiden NTR A-luokkaan ja alle 48mm paksut tuotteet, esim. terassilaudat ja rimat, suojataan aina NTR AB -luokkaan, joka on tarkoitettu maan yläpuolisiin rakenteisiin (Kestopuuteollisuus ry 2021). Tuloksissa oli runsaasti hajontaa, mutta niiden perusteella A-luokan koekappaleissa mitattiin selvästi korkeampia kuparipitoisuuksia, mikä on johdonmukaista vaativamman luokan materiaalille.

Tuloksissa oli havaittavissa, että kappaleen keskiosan pitoisuudet olivat lähes aina alhaisempia reunoihin verrattuna. Kyllästysprosessissa puuhun saatetaan kyllästeaineet paineen avulla ja luonnollisesti tästä syystä sekä puun solurakenteen vuoksi pitoisuudet ovat pienempiä puun sisäosissa. Puussa on myös luonnostaan maaperästä imeytynyttä kuparia mutta merkittävästi pienempiä pitoisuuksia. Verrokkimittauksissa (n=6) käsittelemättömän männyn pitoisuudet olivat keskimäärin 6 ppm (vasen reuna), 5 ppm (keskellä) ja 14 ppm (oikea reuna).

Käytön rajoituksia ja ratkaisuja

Kyllästeaineet voivat kulkeutua puukappaleen pinnalle ja irrota siitä esimerkiksi iholle tai huuhtoutua kosteuden mukana ympäristöön (ATSDR 2011). Suomessa nykyisin kuluttajille Kestopuu-tuotemerkillä myytävä kyllästepuu on turvallisempaa, vain kupariyhdisteitä sisältävää C-kyllästettyä mäntyä, mutta kuluttajilta kiellettyä CCA-kyllästettyä puutavaraa on kuitenkin edelleen käytössä ja näitä kahta ei pystytä vielä teollisin menetelmin erottelemaan.

Joona Ikosen (2021) opinnäytetyössä Kierrätyspuun pintakäsittelyominaisuudet tutkittiin pintakäsittelyn potentiaalia hillitä CCA-kyllästeaineiden liukenemista käytöstä poistetusta kyllästepuusta veteen. Pintakäsittely onnistui erityisesti kalvoa muodostavilla pintakäsittelyaineilla, joilla pystyttiin myös merkittävästi hillitsemään kyllästeaineen liukenemista uittoveteen.

Kyllästepuun liimaus

Käytöstä poistetun kyllästepuun liimausominaisuuksia tutkittiin, jotta jätepuuta voitaisiin hyödyntää monipuolisemmin materiaalina. Liimauskokeissa käytettiin polyuretaani (PUR) -liimaa (Kiilto), jota käytetään erityisesti sormijatkosten, kantavien rakenteiden, kuten liimapuun, lamellihirren ja CLT:n valmistukseen. Toisena liimana testattiin kaksikomponenttista resorsinoliformaldehydi-(RF)-liimaa (Prefere), eli fenoliliimaa, jota käytetään erityisesti vanerin ja LVL:n tuotannossa niiden säänkestävyyden takia. Liimasauman lujuus mitattiin mukaillen vanerin liimauksessa käytettäviä standardeja niin, että koekappaleisiin saatiin mahdollisimman laaja liimapinta-ala kierrätyspuun vaihtelevan laadun vuoksi (kuva 1).

Kuva 1. Liimasauman lujuusmittausasetelma (Kuva: Juhani Kakriainen)

Liimasauman koko oli 100 x 100 mm² ja koestukseen valikoitiin C-kyllästettyä puutavaraa (ei CCA). Puutavara otettiin ulkosäilytyksestä sisätiloihin tasaantumaan seitsemän vuorokauden ajaksi ja puusta sahattiin ja höylättiin koekappaleet sekä huoneilmassa että uiton (vesiliotus 20°C/48h + kuivaus 103°C/24h) jälkeen mitattavaan liimasauman leikkauslujuuteen. RF-liimatut (200 g/m²) koekappaleet puristettiin 1,3 N/mm² paineessa 80°C:ssa kunnes liimasauman lämpötila oli 80°C 5 min ajan. PUR-liimatut (230g/m²) koekappaleet puristettiin 1,0 N/mm² paineessa huoneilmassa 3h puristusajalla.

Liimasauman leikkauslujuudet huoneilmassa sekä uiton jälkeen on esitetty taulukossa 1. Lisäksi on silmämääräisesti arvioitu standardin SFS- EN314- 1 ohjeen mukaisesti puustamurtuma-%, joka kuvaa liimasauman laatua. Korkea puustamurtuma-% kertoo liiman tunkeutuneen ja kiinnittyneen puuhun tehokkaasti, jolloin murtuminen tapahtuu puumateriaalissa eikä liimassa tai liiman ja puun rajapinnassa.

	Lujuus N/mm2	hajonta	Kuivana	hajonta	Märkänä	hajonta	Puusta-murtuma-%	Kuivana	Märkänä
PUR-liima	2,63	0,79	2,83	0,94	2,41	0,53	78.09	93,96	61,52
RF-liima	2,68	0,96	2,79	0,95	2,58	0,96	85,43	88,75	81,96
AB-luokka	2,49	0,72	2,52	0,69	2,47	0,75	85,39	87,10	86,02
A-luokka	2,85	1,01	3,16	1,07	2,53	0,82	77,44	76,00	75,00

Taulukko 1. Liimasauman lujuudet sekä puustamurtuma-% eri liimoille ja eri kyllästepuuluokille mitattuna kuiville (huoneilma) sekä vesiliotetuille (48h) kappaleille.

Tässä tapauksessa puun laatu oli vaihtelevaa, joten puu todennäköisesti murtui helpommin kuin ei-kierrätetty puu. Toisaalta lujuusarvoissa päästiin samalle tasolle käsittelemättömän männyn verrokkiryhmää, joten tuloksia voidaan pitää onnistuneina ja kierrätyspuun liimausta potentiaalisena keinona lisätä sen materiaalihyödyntämisen mahdollisuuksia.

Lähteet

Alakangas, E, Kurki-Suonio, K, Tikka, T & Fredriksson, T. 2017. Käytöstä poistetun puun luokittelun soveltaminen käytäntöön: VTT-M-01931-14. VTT. [Viitattu 23.4.2020]. Saatavissa: http://www.vtt.fi/inf/julkaisut/muut/2014/VTT-M-01931-14.pdf

ATSDR. 2011. CCA-Treated Wood. [Viitattu 30.8.2021]. Saatavissa: https://www.atsdr.cdc.gov/CCA-Treated_Wood_Factsheet.pdf

Häkämies, S, Lähdesmäki-Josefsson, K, Pitkämäki, A & Lehtonen, K. 2019. Puupohjaisen rakennus- ja purkujätteen kiertotalous: Loppuraportti 20.12.2019. Gaia Consulting Oy & Ytekki Oy. [Viitattu 28.4.2020]. Saatavissa: https://www.ym.fi/download/noname/%7B03D4B199-2FF6-43DA-93A3-96C19B5B78E0%7D/155463

Ikonen, J. 2021. Kierrätyspuun pintakäsittelyominaisuudet: RAPUPUU-hanke. AMK-opinnäytetyö. LAB-ammattikorkeakoulu, tekniikan ala. [Viitattu 31.8.2021]. Saatavissa: http://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2021053112715

Inkiläinen, N. 2020. Kierrätetyn puun liimausominaisuudet. AMK-opinnäytetyö. Lahden ammattikorkeakoulu, tekniikan ala. [Viitattu 31.8.2021]. Saatavissa: http://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2020111322777

Kestopuuteollisuus ry. 2021. [Viitattu 31.8.2020]. Saatavissa: https://www.kestopuu.fi/tuotteet/kestopuu-materiaalina.html

LAB. 2021. RAPUPUU-hanke. [Viitattu 31.8.2021]. Saatavissa: https://lab.fi/fi/projekti/rapupuu

Tukes. 2018. Arseenilla käsitellyn puutavaran käyttörajoitusten soveltaminen. [Viitattu 13.6.2020]. Saatavissa: https://tukes.fi/documents/5470659/6372697/Arseenilla+k%C3%A4sitellyn+puutavaran+k%C3%A4ytt%C3%B6rajoitukset/2a2e376b-a5b6-4c81-b2d5-4306bf7b38de/Arseenilla+k%C3%A4sitellyn+puutavaran+k%C3%A4ytt%C3%B6rajoitukset.pdf

Kirjoittaja

Kristiina Lillqvist on puutekniikan yliopettaja, joka toimi LAB-ammattikorkeakoulussa RAPUPUU-hankkeen projektijohtajana.

Artikkelikuva: Kristiina Lillqvist

Julkaistu 30.11.2021

Viittausohje

Lillqvist, K. 2021. Tutkimuksia puun kierrätyksestä. LAB Pro. [Viitattu ja pvm]. Saatavissa: https://www.labopen.fi/lab-pro/tutkimuksia-puun-kierratyksesta/