Sementin valmistus on suurin ihmisen aiheuttamien CO2-päästöjen lähde – Teollisuuden jätteistä voidaan valmistaa betonia, joka ei sisällä ollenkaan sementtiä

Tutkijalta-teksti on alun perin julkaistu Tekniikan Maailmassa 20.12.2019.

Elektroniikka, kulkuneuvot ja vaikkapa rakentaminen – metalleja ja mineraalituotteita hyödynnetään kaikkialla. Metalleja ja teollisuusmineraaleja valmistetaan teollisissa prosesseissa, joissa kalliosta louhitusta kiviaineksesta erotetaan esimerkiksi rautaa, kultaa tai alumiinia.

Kun arvokas aine on erotettu, jäljelle jää jätettä tai sivuvirraksi kutsuttavaa materiaalia. Esimerkiksi yhden kultakorun valmistuksen aikana syntyy jopa peräkärryllinen ylijäämämateriaalia. Koko Suomen mittakaavassa syntyy mineraalijätteiksi luokiteltavia materiaaleja vuosittain yli sata miljoonaa tonnia.

Nyt tämä jäte on pitkälti ongelma, mutta siitä voi olla vielä paljonkin hyötyä. Se voi nimittäin osaltaan auttaa vähentämään betonin valmistuksen hiilidioksidipäästöjä.

Betonin tärkeimmän raaka-aineen sementin valmistus on suurin yksittäinen ihmisen aiheuttamien hiilidioksidipäästöjen lähde. Jopa viidestä kymmeneen prosenttia kaikista hiilidioksidipäästöistä syntyy sementin valmistuksesta.

Sementin ja betonin aiheuttamia hiilidioksidipäästöjä pyritään hillitsemään monin keinoin. Sementinvalmistuksen energiatehokkuutta pyritään parantamaan, ja tutkimusta tehdään muun muassa hiilidioksidin talteen ottamiseksi sementtiuunista.

Teollisuuden sivuvirtojen hyödyntäminen sementtiä korvaavana sideaineena on yksi ratkaisu tähän maailmanlaajuiseen ongelmaan.

Metallien ja teollisuusmineraalien valmistuksen aikana syntyvät sivuvirrat samoin kuin esimerkiksi rakentamisessa tai metsäteollisuudessa syntyvät mineraaliset jätteet ovat alun perin peräisin maaperästämme. Tämän vuoksi ne koostuvat kallioperän yleisimmistä alkuaineista: piistä, alumiinista, kalsiumista, raudasta ja magnesiumista.

Nämä alkuaineet voivat sopivissa olosuhteissa reagoida kemiallisesti niin, että materiaali lujittuu tavallisen sementin tavoin. Teollisuuden sivuvirroista voidaan siis valmistaa betonia, joka ei sisällä ollenkaan sementtiä.

Keksintö ei ole uusi. Ensimmäiset terästeollisuuden sivuvirroista valmistetut betonit ovat olleet käytössä jo 1950-luvulla.

Nyt huoli ilmastonmuutoksesta on kiihdyttänyt tutkimusta sementtiä korvaavien sideaineiden kehittämiseksi.

Kun teollisuuden sivuvirrat otetaan hyötykäyttöön, saadaan kaksi kärpästä yhdellä iskulla: vaihtoehtoisten sideaineiden käyttö pienentää sementin tarvetta ja näin myös sen valmistuksesta syntyviä hiilidioksidipäästöjä. Lisäksi jätemateriaalien hyödyntäminen arvokkaana raaka-aineena vähentää kaatopaikoille tai läjitykseen päätyvän materiaalin määrää.

Sivuvirrat eivät toki yksinään voi ratkaista sementin ja betonin valmistukseen liittyvää päästöongelmaa, vaan kaikki mahdolliset keinot tarvitaan.

Vaikka joitakin sivuvirtoja on jo hyödynnetty rakentamisessa, tarvitaan lisää tietoa, ennen kuin kaikki sivuvirrat saadaan hyötykäyttöön.

Sivuvirtojen ominaisuudet vaihtelevat niiden syntyperän mukaan, ja jotta jotakin materiaalia voidaan hyödyntää, sen kemialliset, fysikaaliset ja mineralogiset ominaisuudet on selvitettävä tarkkaan. Sideaineresepti täytyy räätälöidä jokaiselle sivuvirralle erikseen.

Ennen sivuvirran hyödyntämistä sideaineena on myös varmistettava materiaalien pitkäaikainen kestävyys ja turvallisuus. Lisäksi uusien materiaalien valmistukseen liittyvien ympäristövaikutusten arviointi on tärkeää, jotta kierrätysmateriaalien valmistus olisi kestävää myös ympäristön kannalta.

Tätä kaikkea ja eri sivuvirtoja tutkitaan tällä hetkellä kiivaasti myös omassa, yli kahdenkymmenen hengen tutkimusryhmässäni.

Ympäristöä säästävien rakennustuotteiden valmistus voi myös tarjota yrityksille uusia liiketoimintamahdollisuuksia.

Useat rakennusteollisuuden tuotteita valmistavat yritykset kehittävätkin parhaillaan uusia, sementtiä korvaavia sideaineita teollisuuden sivuvirroista. Erityisesti terästeollisuuden sivuvirrat ja rakennusten purkamisen yhteydessä kerättävä mineraalivillajäte soveltuvat hyvin sementtiä korvaavaksi sideaineeksi. Esimerkki kaupallistamishankkeesta on Euroopan Unionin H2020 ohjelmasta rahoituksen saanut WOOL2LOOP-hanke, jota koordinoi suomalainen rakennustuoteyritys Saint-Gobain Finland.

Toivottavasti uudet materiaalit päätyvät pian myös rakentajien ja tavallisen kuluttajan käyttöön.

Tämän takia sementin päästöt ovat niin suuret

• Betonin tärkein raaka-aine sementti valmistetaan kalkkikivestä korkeassa lämpötilassa, ja kalkkikiven kemiallinen hajoaminen vapauttaa ilmaan hiilidioksidia.
• Vaikka itse valmistusprosessi tuottaa hiilidioksidia, sementtiteollisuuden suuret päästöt johtuvat ennen kaikkea sementin ja betonin valtavan suurista valmistus- ja käyttömääristä.
• Betoni on veden jälkeen käytetyin materiaali maailmassa. Voisitko kuvitella elämää ilman betonia?

Artikkelin voi maksutta julkaista toisella sivustolla, kunhan noudattaa uudelleenjulkaisua koskevia ohjeita.