Betonin karbonatisoituminen on ilmiönä tunnettu jo pitkään, mutta yleisesti siitä puhutaan edelleen vähän – etenkin ilmastonmuutokseen liittyvissä kysymyksissä. EU:n Life-ohjelmasta CANEMURE-hankkeen osana rahoitusta saaneessa Rakennusteollisuus RTT ry:n koordinoimassa CO2ncrete Solution -projektissa valokeilaan nostettiin betonirakenteiden ja -rakennusten hiilensidontakyky.
Projektin päättyessä lokakuun 2024 lopussa on betonista erinomaisena hiilinieluna yhä enemmän näyttöä.
”Ilmastonmuutoksen torjumisen kannalta karbonatisaatio ilmiönä on oikeasti merkittävä, koska koko olemassa oleva betonirakennekanta sitoo jatkuvasti hiilidioksidia siltä osin, kun se on kosketuksissa ilmaan”, kertoo projektipäällikkö Tommi Kekkonen.
Tarkat tilastot Suomen betonikannasta auttoivat
Projekti alkoi vuonna 2018 kartoittamalla aiemmin tehtyjä tutkimuksia betonin hiilensidonnasta ja niiden laskentamenetelmistä. Betonin kierrätysvaihe on useassa tutkimuksessa tunnistettu oleelliseksi hiilensidonnan vaiheeksi, mutta laskenta on jäänyt hyvin teoreettiseksi ja kevyeksi paremman tutkimustiedon puuttuessa.
Suomalaistutkimuksen yksi valttikortti oli tarkat tilastot Suomen rakennetusta ympäristöstä. Suomen betonikanta vuonna 2018 oli noin 340 miljoonaa kuutiota betonia, josta 241 miljoonaa kuutiota oli rakennuskannassa ja 98 miljoonaa infrastruktuurissa. Mallinnuksen teki Forecon Oy Suomen rakennus- ja infrastruktuurikannan kullekin vuosikymmenelle tyypillisten rakenteellisten elementtien mukaan. Tätä vertailtiin Suomen sementtimyyntitilastoihin. Mallinnuksen korrelaatio osoittautui erinomaiseksi.
Tuloksena saatiin, että Suomen betonikanta sitoo pysyvästi noin 3,8 miljoonaa tonnia hiilidioksidia. Luku kasvaa vuosittain, eli betonikannan hiilinielu on suunnilleen 56000 tonnia hiilidioksidia. Se vastaa seitsemää prosenttia Suomen sementtiteollisuuden vuosipäästöistä.
Murskekasoista mittaa
Konkreettisen tekemisen äärelle päästiin syksyllä 2021 Turun Topinojalle rakennetussa tutkimusympäristössä, jossa selvitettiin karbonatisoitumisen olosuhteita betonimurskekasassa.
Tutkimuksen mittausjakso kesti vuoden syyskuusta 2021 syyskuun loppuun 2022. Neljästä erilaisesta kasasta mitattiin hiilidioksidipitoisuutta, lämpötilaa, kosteutta ja painetta, kustakin neljältä eri syvyydeltä. Koostumukseltaan kaksi kasaa olivat 0–90 mm raekoolla ja kahdesta hienompi aines oli seulottu pois, jolloin sen raekoko oli 20–90 mm. Kaksi kasoista suojattiin suoralta sateelta. Kasoissa mittauspisteet olivat eri etäisyydellä kasan pinnasta.
”Katteella vaikutettiin betonin sisäiseen kosteuteen, mikä vaikuttaa merkittävästi karbonatisoitumisen etenemiseen. Poistamalla murskeesta hienoaines pyrittiin puolestaan parantamaan ilmankiertoa kasassa, jotta suurempi osa betonipinnoista pääsisi kosketuksiin ilman kanssa”, Kekkonen tarkentaa.
Tuore betonimurske on erittäin ”imukykyinen”
Tutkimuksissa selvisi, että seulotussa murskekasassa ilma kiersi selkeän tehokkaasti ja kaikilta syvyyksiltä mitatut CO₂-pitoisuudet olivat lähellä referenssiä. Kun hienompi aines oli seulottu pois, olivat käytännössä kaikki partikkelit ilmakontaktissa ja näin optimiolosuhteissa hiilensidonnan kannalta.
”Niin sanottu tiheän imun vaihe tuoreessa seulotussa betonimurskekassassa reagoi todella herkästi sitoen ilmakehän hiilidioksidia, jolloin pitoisuus putosi väliaikaisesti lähelle nollaa. Kun uusi ilmamassa taas tuulen mukana pääsi kiertämään kasaan, nousi CO₂-pitoisuus taas hetkeksi, kunnes betoni sitoi sen jälleen itseensä. Tämä vaihe kesti noin kuukauden, jonka jälkeen pitoisuudet stabiloituivat vakiotasolle”, Tommi Kekkonen kertoo.
”Manipuloimalla betonimurskeen partikkelijakaumaa suuressa massassa pystytään siis vaikuttamaan kasan sisäisiin olosuhteisiin ja näin edistämään karbonatisaatiota. Myös tavanomaisessa murskeessa, jossa koko partikkelijakauma on läsnä, hiilidioksidia on massan syvemmissäkin kerroksissa selkeästi, joskin karbonatisoituminen on hitaampaa”, Tommi Kekkonen summaa.
Murskebetonin muita käyttötapoja selvitetään
CO2ncrete Solution -projektissa selvisi, että Suomessa noin 10 prosenttia sementtiteollisuuden päästöistä sitoutuu vuosittain rakennuskantaan. Tällä hetkellä Suomen olemassa olevaan betonirakennuskantaan on sitoutunut pysyvästi lähes 4 megatonnia hiilidioksidia. Sikäli tutkimus haastaa käsityksen betonista ”ilmastopahiksena” ja tuo uutta näkökulmaa keskusteluun betonirakentamisen ympäristövaikutuksista.
”On selvää, että rakennetun ympäristön betonikanta toimii merkittävänä hiilivarastona ja -nieluna ja että myös purkubetonilla on todistetusti huomattava hiilensidontapotentiaali. Lisäksi selvisi, että betonimurskeen hiilensidontaan voidaan varsin yksinkertaisesti vaikuttaa ja tehostaa sitä huomattavasti hyvinkin yksinkertaisesti”, Kekkonen vahvistaa.
Saatujen tulosten perusteella on herännyt kysymyksiä, miten betonimursketta voisi hyödyntää muullakin tavalla kuin tutusti rakenteiden kantavissa ja jakavissa kerroksissa sekä erilaisissa täyttötöissä.
Yksi sellainen on betonirakennuksesta betonimurskeena kiertoon saadun aineksen käyttö maanparannukseen. Åbo Acadimissa onkin jo tekeillä jatkotutkimus, jossa selvitetään betonimurskeen hienoaineen käyttöä maaperän neutraloinnissa ja stabiloinnissa.
Tutkimuksesta kertova laajempi artikkeli löytyy Betoni-lehdessä nro 3/2024.
