Rakennus liikuttaa räppänöitä säätilan mukaan itsestään – ”Kuulostaa scifiltä, mutta on täysin mahdollista”
Puuvaahdosta tulostettu rakennuksen julkisivuelementti voi säästää merkittävästi energiaa lämmityksessä ja jäähdytyksessä. Tutkimus on saanut miljoonarahoituksen, ja pilottitehdasta suunnitellaan.
Rakennus jäähtyy ja lämpenee, kun puuvaahdosta tehty julkisivuelementti supistuu ja laajenee lämpötilan ja ilmankosteuden mukaan. Liike saa julkisivun pyöreät ilma-aukot sulkeutumaan ja avautumaan, mikä vähentää lämmityksen tarvetta kylmällä ja jäähdytyksen tarvetta helteellä.
“Kuulostaa scifiltä, että ilmanvaihtokanavat avautuvat ja sulkeutuvat luonnollisesti, mutta se on täysin mahdollista – ja hyvin jännittävää”, sanoo Aalto-yliopiston tutkijatohtori Juha Koivisto.
Kuulostaa scifiltä, että ilmanvaihtokanavat avautuvat ja sulkeutuvat luonnollisesti, mutta se on täysin mahdollista – ja hyvin jännittävää.
Rakennusten puuvaahtoelementtejä kehitetään Aalto-yliopiston vetämä Archibiofoam-hankkeessa. Hanke on saanut Euroopan innovaationeuvostolta 3,4 miljoonan euron Pathfinder Grant -rahoituksen kolmeksi vuodeksi.
Tavoite on vähentää rakentamisen ilmastopäästöjä, joiden osuus globaaleista päästöistä on 40 prosenttia.
Puuvaahto soveltaa perusfysiikkaa
Puuvaahdosta tehdyn julkisivuelementin toiminta perustuu Koiviston mukaan ”yksinkertaiseen perusfysiikkaan”, jota sovelletaan esimerkiksi saunan lämpömittarissa. Siinä on yhdistetty kaksi eri tavalla laajenevaa metallia.
”Kun toinen metalli laajenee enemmän, niin mittarin viisari liikkuu sen mukaan haluttuun suuntaan (ja osoittaa lämpötilan). Tässä on sama idea. Teemme erilaisia ympäristön vaikutuksesta laajenevia ja supistuvia vaahtomateriaaleja”, Koivisto selvittää.
Erilaiset materiaalit ohjaavat liikettä haluttuun suuntaan ja säätävät rakennuksen ilmanvaihtoa säätilan mukaan.
Tutkijat kehittävät hankkeessa materiaalin lisäksi myös venttiilimekanismeja. Niiden toimintaan on haettu mallia origameista, perinteisestä japanilaisesta paperintaittelusta.
Juha Koivisto sai inspiraation keksintöön Antoni Gaudín arkkitehtuurista Barcelonassa. Koiviston mukaan Gaudín töissä toistuvat luonnolliset liikkeet, taipuminen ja kaareutuminen, jotka esiintyvät luonnossa useammin kuin lineaarinen tai pyörivä liike.
”Gaudín kaunis arkkitehtuuri Barcelonassa on hyvinkin orgaanista. Julkisivut eivät ole suoraviivaisia, vaan ovat pyöristettyjä ja matkivat luontoa. Siitä tulee yhteys keksintöön”, Koivisto sanoo.
Puuvaahto lähes pelkkää ilmaa
Puuvaahto on 90-prosenttisesti ilmaa mutta vertautuu lujuudeltaan betoniin ja lasiin. Lisäksi se on uusiutuvaa, biohajoavaa ja kierrätettävää. Taustalla on kymmenen vuoden tutkimustyö Aalto-yliopistossa.
“Tiedeyhteisö on jo jonkin aikaa tiennyt, että biovaahtojen rakenteellinen kestävyys on kilpailukykyinen muiden rakennusmateriaalien kanssa, mutta tähän asti sitä ei ole vielä kunnolla testattu”, Koivisto sanoo.
Tuote on sataprosenttisesti puupohjainen, mutta siihen voidaan käyttää muutakin raaka-ainetta kuin sellua (craft pulp), esimerkiksi olkea.
”Puuvaahtoon käytetään metsäpohjaisia raaka-aineita”, Koivisto kertoo.
”Perustapa valmistaa sitä on, että otetaan sellua, selluloosaeetteriä sekä lisäaineita, jotka antavat puulle vedenkestoa. Niistä tehdään suspensio (vesiseos), joka vaahdotetaan ja kuivataan. Syntyy vaahto, jossa selluloosamolekyylit muodostavat tukirakenteen ja selluloosaeetteri tekee sinne kalvorakenteen, joka yhdistää kuidut”, Koivisto kertoo.
Erikoista on, että menetelmä kelpaa myös naposteltavan valmistamiseen.
”Menetelmän avulla voidaan valmistaa esimerkiksi porkkana-, puolukka-, karpalo- tai punajuurijauheesta vaahtoa ja siitä lastuja, jotka ovat kuin sipsejä”, Koivisto sanoi Forest.fi:ssä vuonna 2021.
Puuvaahdosta tehty julkisivu valmistetaan 4D-tulostamalla. 4D-tulostaminen tarkoittaa valmistusmenetelmää, jossa tulostetut kappaleet ohjelmoidaan reagoimaan automaattisesti ympäristön ärsykkeisiin. Valmistus tapahtuu robottiohjatulla alustalla, jolla saadaan aikaan jopa 12 metriä pitkiä ja 420 kiloa painavia kappaleita.
Hankkeen teollisena kumppanina toimii Aalto-yliopistosta lähtenyt kasvuyritys Woamy, joka kehittää biovaahdosta pakkausmateriaalia. Yhtiön tavoitteena on käynnistää puuvaahtoelementtejä tuottava pilottitehdas vuoteen 2027 mennessä.
Koiviston mukaan tehdas työllistäisi toteutuessaan kymmeniä ihmisiä. Tehtaan mahdollinen sijoitusmaa on Suomi ja jokin metsäteollisuuden biotuotetehdasalueista. Valmistuessaan se työllistäisi kymmeniä huippuosaajia.
Lue lisää: Näin tekoäly uudistaa metsäalaa – katso kuusi valaisevaa kuvaa
