Muutetaan betonin ongelmat ratkaisuiksi

Blogit
Jonne Hirvonen,
Sampo Mäkikouri,
Tapio Vehmas
An aerial photo of Helsinki at night with the sea in the horizon

Betoni on loistava materiaali, mutta yksi suurimmista päästölähteistä. Globaalin sementtiteollisuuden osuus maailman hiilidioksidipäästöistä oli vuonna 2018 noin 8 % ja teollisuuden päästöistä jopa 20 %. Betoninvalmistuksen aiheuttamille päästöongelmille etsimme ratkaisuja, joista hiilineutraali tuotanto ei ole vähäisin.

Betonia on kaikkialla – rakennuksissa, silloissa, päällysteissä – jopa puurakennusten perustuksissa. Betoni ja sen pääraaka-aine sementti ovat helposti muunneltavia eikä niiden käyttömahdollisuuksien kirjolle löydy varteenotettavaa kilpailijaa.

Päästöjen vähentämiseksi on tehty jo paljon töitä keskittymällä tuotannon energiatehokkuuteen.  Suomessa keskimääräinen energiantarve tuotettua sementtitonnia kohti pärjääkin erinomaisesti kansainvälisessä vertailussa. Tehokkuuden parantaminen ei yksistään riitä, ja siksi maailman sementti- ja betonituotteiden valmistajien katse on kohdistunut jo muihin toimenpiteisiin. Myös Suomi on sitoutunut hiilineutraaliuteen vuonna 2035, mikä vaatii onnistuakseen ripeitä toimia myös betoniteollisuudelta.

Hiilidioksidia syntyy, kun sementin pääraaka-aine kalkkikivi hajoaa noin 900 °C:een lämpötilassa. Lämpötilan vaikutuksesta kalkkikiven hajoamis- eli kalsinointireaktion seurauksena syntyy sementin raaka-aineena käytettävää poltettua kalkkia ja merkittävä määrä hiilidioksidia, joka vastaan noin puolta sementin valmistuksessa vapautuvasta hiilidioksidista. Sementin valmistuksessa syntyviä päästöjä ei voida välttää, mutta siinä käytettävä lämpö voidaan tuottaa kestävällä tavalla. Lisähaastetta vaihtoehtoisille lämmönlähteille antaa sementin valmistuksessa kalsinoitumisprosessiakin korkeampi noin 1450 °C:een lämpötila, joka vaaditaan reaktiivisen klinkkerifaasin muodostumiseen.

Miten hiilineutraalisuuteen päästään?

Kuumaa ja stabiilia lämpötilaa voi tavoitella esimerkiksi korvaamalla fossiiliset polttoaineet biopohjaisilla vaihtoehdoilla tai kalsinointiprosessissa käytettävän rumpu-uunin sähköistämisellä. Jälkimmäisessä vaihtoehdossa lopputuotteeksi saadaan sivuvirtana puhdasta hiilidioksidia, mikä on valtava etu jatkokäytön kannalta. Rumpu-uuneja löytyy myös muilta merkittäviltä teollisuudenaloilta, ja teollisuuden sähköistykseen liittyvässä kehityksessä tapahtuukin parhaillaan paljon. VTT:llä vaihtoehtoa kohti vähäpäästöistä teollisuutta tutkitaan parhaillaan Business Finlandin rahoittamassaDecarbonate-projektissa, johon osallistuu useita suomalaisia yrityskumppaneja eri aloilta

Tehdään ongelmasta ratkaisu: hiilidioksidikovetettu betoni

Olemme VTT:llä ryhtyneet kehittämään hiilidioksidikovetettua betonia: hiilidioksidikovetuksessa betoni jälkihoidetaan hiilidioksidikaasulla, plastisesta vaiheesta lähtien. Betonin kovettuessa hiilidioksidipaineen alaisena, syntyy karbonaattipohjaisia reaktiotuotteita tavanomaisten sementin reaktiotuotteiden lisäksi. Tällöin prosessi sitoo hiilidioksidia ja lopputuote on mahdollista saada jopa hiilinegatiiviseksi, jos tavanomainen sementti korvataan pienen hiilijalanjäljen omaavilla vaihtoehtoisilla sideaineilla. Olemme kehittäneet hiilidioksidijälkihoitoa viimeisen vuoden ajan CO2Crete-projektissa, mallinnukseen perustuvaa optimointia ja LCA-laskentaa hyödyntäen.

Projektin kokeissa saavutettiin aiempaa 10-40 % pienempi hiilijalanjälki Portland-sementistä valmistetuilla kappaleilla, hiilineutraalisuus masuunikuonalla ja hiilinegatiivisuus kuonan, viherlipeäsakan ja kuorituhkan yhdistelmällä. Hiilidioksidijälkihoidon kannalta optimaaliset seossuhteet selvitettiin termodynaamisella mallinnuksella, johon on kehitetty työkalu projektin puitteissa laajalle raaka-ainekirjolle. Menetelmä on antanut lupaavia tuloksia hiilensidonnan lisäksi myös lujuudessa, joka on ratkaiseva ominaisuus kestävälle betonille.

Muun muassa näitä tuloksia esiteltiin VTT:llä betoni- ja sementtiteollisuuden, rakentamisen, tutkimuksen sekä ministeriöiden edustajille marraskuussa 2019 Suomen betoniteollisuus hiilineutraaliksi 2035-seminaarissa.

Eikä tässä vielä kaikki

Päästöjen vähentämiseen tähtäävien toimenpiteiden kirjo on suuri. Kaikkia näitä tarvitaan hiilineutraaliuden tavoittamiseksi: Kierrätysraaka-aineet, vaihtoehtoiset sideaineet, hukan vähentäminen, rakennusten elinkaaren pidentäminen, vähemmän materiaalia vaativa rakentaminen.

Lainsäädännöllinen ohjaus on yksi suurimmista vaikutuskeinoista. Sen avulla luodaan edellytykset ja asetetaan vaatimukset toimijoille. Hyvä lainsäädäntötyö tarvitsee tukea teollisuudelta ja innovaatioista. On syytä koota voimat yhteen tiiviimmin ja jakaa ajankohtaista tietoa. Toimivalla yhteistyöllä ja ekosysteemeillä luodaan kilpailuetua ja ketteryyttä toimintaan.

Kestävä liiketoiminta toimii aina talouden ehdoilla ja yhä enemmän globaalien markkinoiden kovassa paineessa. Betoniteollisuus ei poikkea tässä muista aloista. Kaikkia toimia täytyy siis peilata talouteen ja analyysin talouden lukujen taustalla on pohjauduttava oikeisiin lähtötietoihin ja mahdollisimman todennäköiseen kuvaan tulevasta.

Talouden rinnalle on noussut myös turvallisuus ja vastuullisuus, jotka muodostavat kilpailukykyisen liiketoiminnan kolmikannan: yhdestäkään ei ole vara tinkiä.

Globaalit trendit pakottavat maailman muuttumaan usein lainsäädäntöä nopeammin. Kun uuden teknologian kehityksen tiedetään olevan hidas ja muuttuvassa maailmassa investointina haastava, yritysten ja tutkimuslaitosten yhteistyö kantaa hedelmää. Täytyy muistaa, että muuttuva maailma on uhkan ohella myös mahdollisuus.

Jos kiinnostuit hiilidioksidikovetetusta betonista tai teollisuuden sähköistämisestä, ota yhteyttä VTT:n asiantuntijoihin.

Jaa