Betonin valmistuksen päästöt ja niiden vähennyskeinot

Abstract

Betoni on maailman laajimmin käytetty rakennusmateriaali monipuolisten kestävyysominaisuuksiensa ansiosta ja materiaalia valmistetaankin globaalisti 14 miljardia tonnia vuodessa. Tässä kandidaatintyössä on tavoitteena selvittää missä betonin tuotannon vaiheissa päästöjä syntyy ja kuinka paljon. Lisäksi selvitetään mahdollisuuksia syntyvän päästömäärän vähentämiseksi. Perinteisen betonin päästöjä myös verrataan vaihtoehtoisen materiaaliin, geopolymeeribetoniin, sekä lasketaan valmistuksen päästömäärien ero. Lisäksi geopolymeeribetonin teknisiä ominaisuuksia tarkastellaan ja verrataan perinteisen betonin ominaisuuksiin.

Suurin osa (60–80 %) betonin päästöistä on peräisin sideaineena käytettävän sementin valmistuksessa tapahtuvasta kalsinoitumisreaktiosta. Valmista sementtitonnia kohden syntyy 510 kg CO2. Kokonaisuudessaan sementti- ja betoniteollisuus vastaavat 8 % kaikista globaaleista hiilidioksidipäästöistä. Koska sementin tuotanto on betonin valmistuksen päästöintensiivisin osuus, voidaan materiaalin kokonaispäästöjä vähentää tehokkaimmin talteen ottamalla vapautuvaa hiilidioksidia, kattamalla mahdollisimman suuri osa tarvittavasta energiasta uusiutuvilla lähteillä sekä pyrkimällä vähentämään sementin käyttöä vaihtoehtoisten sideaineiden avulla.

Lentotuhkasta ja masuunikuonasta valmistettu geopolymeeri on eräs sementin korvaajaksi esitetty vähähiilisempi sideainemateriaali. Geopolymeeri syntyy lentotuhkan tai masuunikuonan sisältämien pii- ja alumiiniyhdisteiden reagoidessa emäksisen aktivaattorin kanssa. Geopolymeeri saavuttaa portlandsementtiin verrattavan lujuuden, mutta se täytyy kovettaa 40–80 °C lämpötilassa noin 6 tunnin ajan. Tämä rajoittaa geopolymeerin käyttämistä sementin korvaajana. Tällä hetkellä geopolymeeriä käytetään Suomessa vain betonin seosaineena. Geopolymeeribetonin käyttöä rajoittavat myös eurooppalainen standardisointi, joka ei toistaiseksi salli materiaalin käyttöä kantavissa rakenteissa.

Tässä työssä tarkastellun geopolymeeribetonin esimerkkikoostumuksen kokonaispäästöjen laskettiin olevan 11 % pienemmät kuin portlandbetonin päästöt. Määrä kuitenkin vaihtelee tilannekohtaisesti materiaalin koostumuksen ja esimerkiksi raaka-aineiden kuljetusmatkojen mukaan. Geopolymeeribetoni on osoittautunut päästövähennysten kannalta potentiaaliseksi, sekä portlandbetonia paremmin korroosion- sekä happamuuden kestäväksi materiaaliksi. Materiaalin luotettavuuden varmistamiseksi tarvitaan kuitenkin vielä lisää tutkimustietoa etenkin pitkän aikavälin kestävyysominaisuuksista.