Maailman käytetyin rakennusmateriaali on paha ilmastopulma – Vihreän betonin resepti voi löytyä teollisuuden jätevirroista

Ukrainan Mariupoliin ja Kiovaan nousi ilman sementtiä rakennettuja taloja jo 1950-luvulla. Terästeollisuuden masuunikuonasta tehty geopolymeeri kehitettiin sementtipulan takia. Sama tekniikka torjuu nyt ilmastonmuutosta.

Vaihtoehtoisia betonin sideaineita kokeillaan jo Suomessa. Autotallin laatia valettiin geopolymeeribetonista Euroopan unionin rahoittamassa hankkeessa.

6.4. 2:00 | Päivitetty 8.4. 10:24

Betoni vaikuttaa harmittomalta luonnontuotteelta.

Sen keskeinen raaka-aine sementti on kuitenkin suurin yksittäinen hiilidioksidipäästöjen lähde. Sementtiteollisuus aiheuttaa noin 5–8 prosenttia maailman kasvihuonekaasujen päästöistä.

Päästöjen kuninkuudesta sen kanssa kilpailee terästeollisuus. Betoniraudoitusten teräs suurentaakin rakentamisen hiilijalanjälkeä entisestään.

Betonirakentamisen päästöt ovat tarkkailussa syystä. Se on heti veden jälkeen maailman käytetyin materiaali. Betonia kuluu vuosittain 2,5 tonnia jokaista maapallon asukasta kohden.

Betonin suosiolle on syynsä.

”Betoni on insinöörin silmin yksi hienoimmista materiaaleista. Se on helppokäyttöistä, pitkäikäistä, luotettavaa ja halpaa”, sanoo Oulun yliopiston professori Mirja Illikainen. Alan perustietoa löytyy täältä.

Sementin valmistuksen runsaat päästöt syntyvät sementtiuunin 1 450 asteen lämpötilassa. Polton aikana kalkkikivestä irtoaa kemiallisessa reaktiossa suuri määrä hiilidioksidia.

Tämä välttämätön reaktio muokkaa lopputuotteen mainioksi sideaineeksi. Kun sementti, kiviaines ja vesi sekoitetaan keskenään, kovettuu seos valumuotissa betoniksi.

Sementin valmistuksessa hiilidioksidia syntyy noin 800 kiloa jokaista sementtiklinkkeritonnia kohden. Klinkkeri on sementin ainesosa.

Päästöistä noin 40 prosenttia aiheutuu sementtiuunin polttoaineesta ja 60 prosenttia kalkkikiven kemiallisesta reaktiosta.

Sementtiin perustuvalle betonille on kehitteillä vaihtoehto, jota tutkitaan myös Suomessa.

Illikainen on kiertotalouden ja materiaalitekniikan professori. Hänen ryhmänsä kehittää Oulussa uudenlaisia sementtimäisiä kierrätysmateriaaleja. Niillä voi leikata jopa 80–90 prosenttia betonin ilmastopäästöistä.

Geopolymeerikuutio näyttää tavalliselta betonilta.

Illikainen ojentaa pienen betonikuution, joka on peräisin Lohjalta asuntomessutalon autotallin lattiasta. Oulun tutkijoiden reseptillä valmistettu palanen näyttää perinteiseltä betonilta.

”Me kutsumme näitä materiaaleja geopolymeereiksi.”

Geopolymeerit ovat ilman sementtiä tehtyjä betonituotteita.

Lohjalaisen talon lattiassa sementtiä korvaavat terästehtaan masuunikuona, joka on raakaraudan valmistuksessa syntyvää tuhkaa ja kiviainesta. Lisäksi tarvitaan sopiva lipeäpohjainen alkaliaktivaattori. Se saa geopolymeerin kovettumaan kuin sementti.

Illikainen kiirehtii muistuttamaan, ettei idea ole aivan uusi.

Jo muinaisten roomalaisten vuosituhansia sitten tekemien rakenteiden materiaali on kemiallisesti lähellä geopolymeerejä.

Sittemmin 1950-luvulla Ukrainassa kehitettiin vaihtoehto sementille sen pulan takia. Tutkija Viktor Glukhovski kehitti alkaliaktivoidun sementin. Sen raaka-aineena oli kalkkikiven sijasta paikallisen raudanjalostamon masuunikuona.

Ukrainan Mariupoliin ja Kiovaan nousi jo 1950-luvulla kerrostaloja ilman sementtiä.

Oulun yliopiston tutkijoiden resepti on läheistä sukua ukrainalaiselle geopolymeerille.

Ukrainalaiset geopolymeeritalot ovat Illikaisen mukaan kestäneet ajan hammasta kuten betoniset aikalaisensa. Ilmeisesti sementtipulan helpotettua jäivät kokeiluiksi. Talojen kohtalo nyt Venäjän pommituksissa on arvoitus.

Oulun yliopisto on kymmenessä vuodessa noussut yhdeksi maailman suurimmista geopolymeerien tutkijaryhmistä.

Sementtimäisiä sideaineita ja materiaalien kierrätystä tutkii tällä haavaa 30 tutkijaa kymmenessä eri hankkeessa. Illikainen on ollut viime vuosina viitatuin geopolymeerialan tutkija maailmassa.

Sementin halpoja korvaajia kehitettiin Suomessakin jo 1980–1990-luvuilla. Nyt huoli kasvihuonekaasupäästöistä on saanut rakennusalan heräämään uudelleen.

Geopolymeerien raaka-aineina on onnistuneesti käytetty terästehtaiden masuunikuonaa ja kivihiilen poltossa syntyvää lentotuhkaa.

Molempia jätevirtoja hyödynnetään nykyisin myös tavallisten sementtien lisäaineina. Näin ilmastopäästöjä aiheuttavaa sementtiä tarvitaan vähemmän ja betonin hiilijalanjälki pienenee.

Oululaistutkijat tähtäävät pidemmälle.

”Me tutkimme teollisuuden vielä hyödyntämättömiä sivuvirtoja”, Illikainen kertoo.

Geopolymeeribetoni valmistetaan kuten tavallinen betoni. Resepti täytyy kuitenkin kehittää jokaiselle teollisuuden sivuvirralle erikseen, koska niiden aineet vaihtelevat.

Mineraalijätteitä syntyy teollisuudessa lukuisia.

Kaivosten jätevirtoja syntyy lähes sata miljoonaa tonnia vuodessa. Rakentamisen ja metallinjalostuksen mineraalijätteet lasketaan nekin miljoonissa tonneissa.

Kuparin ja nikkelin valmistuksen sivuvirrat kiinnostavat nyt tutkijoita.

”Monet näistä sivuvirroista koostuvat maaperän yleisimmistä raaka-aineista, kuten piistä, alumiinista, raudasta ja kalsiumista”, Illikainen sanoo.

Nämä alkuaineet kiinnostavat geopolymeerien kehittäjiä. Sopivissa oloissa ne voivat muodostaa sementin lailla lujittuvia materiaaleja.

Oulun tutkijoiden yksi ylpeydenaiheista on mineraalivillan kierrätys.

Tämä suosittu eristeiden materiaali on yksi harvoista rakennusjätteistä, joka yhä päätyy kaatopaikalle.

”Kuusi vuotta sitten yksi tutkijoistamme oivalsi, että se on erinomainen materiaali geopolymeerien valmistamiseen.”

Nyt Illikainen on tieteellisenä johtajana isossa Euroopan unionin hankkeessa, joka esittelee mineraalivillan uusiokäyttöä geopolymeerituotteissa.

Sellaisia ovat pihakivet, laastit, seinäpaneelit ja muut rakennusten materiaalit.

Geopolymeeribetonien raaka-aineet ovat moninaisia, ja se on pulma.

Vaikka teollisuuden sopivista jätevirroista ei ole pulaa ja niiden vastaanotosta saatetaan jopa maksaa, geopolymeereillä on vielä matkaa markkinoille.

Nopeaa helpotusta rakennusalan päästöongelmiin ei niistä ole, Illikainen myöntää.

Suurin ongelma on raaka-aineiden moninaisuus. Jokaiselle vihreän betonin lähtöaineelle pitää kehittää oma reseptinsä.

Joidenkin geopolymeerien lujuus peittoaa nykybetonit, mutta haasteena on ominaisuuksien vaihtelu.

Sementti pitää pintansa, koska sen ominaisuudet ja kestävyys tunnetaan hyvin. Siitä on tullut rakennusteollisuuden standardi.

Sen korvaaminen vähäpäästöisemmillä vaihtoehdoilla on vaikeaa varsinkin kantavissa rakenteissa.

Illikaisen mukaan vähäpäästöiset sideaineet halutaan kuitenkin osaksi rakennusalan standardeja. Hän on Betoniyhdistys ry:n hallituksessa

Ensimmäisiä tuotteita on jo markkinoilla. Alan startup-yritys Betolar kertoo, että ensimmäiset sen patentoimalla menetelmällä valmistetut vähähiiliset pihakivet toimitetaan pian SRV:n työmaalle Vantaalle.

Vihreän betonin yleistymistä odotellessa olisi sementinvalmistajien hyvä vähentää päästöjä. Suomen ainoa sementinvalmistaja Finnsementti on leikannut päästöjä eri keinoin.

Yrityksen ympäristöraportti kertoo, että päästöjä vähentävät kierrätyspolttoaineiden käyttö ja päästöttömät seosaineet. Yritys suunnittelee sementtiuunien hiilidioksidin talteenottoa.

Silti yrityksen kahden tehtaan päästöt ilmakehään ovat lähes 900000 hiilidioksiditonnia vuodessa. Se on noin 1,6 prosenttia Suomen CO2-päästöistä.

Alan maailmanlaajuisten päästöjen vähentäminen jopa 80 prosentilla onnistuu, jos sementti vaihdetaan päästöttömiin sideaineisiin.

Finnsementti tarkentaa, että yhtiön näkökulmasta hiilidioksidin talteenotto on olennainen keino vähentää päästöjä sementin valmistuksessa.

Tutkimuksiin alalla kannustaa se, että sementtiteollisuuden polttoaineiden ja hiilidioksidin päästöoikeuksien hinta nousee.

Rakennusala ei ole ainoa geopolymeerien käyttäjä. Oulun yliopistossa kehitetään geopolymeereistä myös pidemmälle jalostettuja materiaaleja vesien ja päästöjen puhdistukseen sekä akkujen valmistukseen.

Betonirakentamisen päästöjä lisää paitsi sementin valmistus myös raudoituksen teräksen teko.

Oikaisu 7. maaliskuuta kello 10.30: Lisätty Finnsementin tarkennus, että hiilidioksidin talteenotto tulee olemaan olennainen päästövähennyskeino hiilineutraalin sementin valmistuksessa.

Seuraa ja lue artikkeliin liittyviä aiheita

Osaston uusimmat

Luitko jo nämä?

Osaston luetuimmat