Uudet materiaalit käyttöön hiilipihissä rakentamisessa

Yksi ratkaisu rakentamisen päästöongelmaan ovat geopolymeerit ja muut vaihtoehtoiset sementit. Erilaisista jätteistä voidaan valmistaa materiaalia, joka lujittuu kuin betoni, mutta jonka hiilidioksidipäästöt ovat 40-90 % pienemmät kuin tavallisella betonilla.

Artikkeli | Tia Härkönen 17.2.2020

Oulun yliopistossa Kuitu- ja partikkelitekniikan yksikköä vetävä professori Mirja Illikainen on yhdessä työryhmänsä kanssa tutkinut kiertotaloutta ja kehittänyt uusiokäyttöä teollisuuden ylijäämämateriaaleille jo useamman vuoden. Ryhmä tutkii ja kehittää materiaaleja, joiden tarkoitus on korvata sementtiä ja käytössä olevaa betonia.

”Sementti on yksi insinöörityön taidonnäytteistä. Sementti ja siihen pohjautuva betoni on luotettavaa, halpaa ja monikäyttöistä. Samalla ongelmana on kuitenkin sen hiilidioksidipäästöt”, sanoo Mirja Illikainen.

Sementin hiilidioksidipäästöjä voidaan vähentää

Illikainen puhui tammikuussa Betoniseminaarissa Dipolissa. Hän totesi, että sementin hiilidioksidipäästöt ovat vähennettävissä. Keinoja on kaksi: oikeanlainen suunnittelu ja betonin tehokas käyttö, jossa materiaaleja ei tuhlata sekä uudenlaiset vaihtoehtoiset materiaalit.

Oululaisilla tutkimus liittyy erityisesti jälkimmäiseen.

”Meillä on valtavasti hyödyntämättömiä luonnonvaroja niin Suomessa kuin ympäri maailmaa. Teollisissa prosesseissa syntyy erilaisia sivuvirtoja ja jätteitä, joista osa hyödynnetään erilaisissa käyttökohteissa, mutta iso osa jää täysin hyödyntämättä”, hän haastoi.

Geopolymeerit ratkaisuna

Sementin korvaajaksi kelpaavia sivuvirtoja ja jätteitä kertyy muun muassa kaivostoiminnasta ja louhinnasta, paperi-, mineraali- ja metallituotteiden valmistuksesta, energiatuotannosta ja rakentamisesta.

”Sivuvirtoja on syytä ajatella luonnonvaroina, jotka pitäisi hyödyntää ennen kuin otetaan neitseelliset materiaalit käyttöön”, Mirja Illikainen korostaa.

Jätteet ja sivuvirrat ovat peräisin maaperästä ja koostuvat näin ollen maaperän perusalkuaineista, kuten piistä, kalsiumista, raudasta, alumiinista ja magnesiumista. Nämä kemialliset komponentit pystyvät sopivissa olosuhteissa reagoimaan samalla tavoin kuin sementti. Myös kovettumaan.

”Yksi ratkaisu päästöongelmaan ovat juuri geopolymeerit ja muut vaihtoehtoiset sementit. Erilaisista jätteistä voidaan valmistaa materiaalia, joka lujittuu kuin betoni, mutta jonka hiilidioksidipäästöt ovat 40-90 % pienemmät kuin tavallisella betonilla.

Yritykset aktiivisesti mukana tutkimuksessa

Kiertotalouden materiaalitutkimukselle on kysyntää. Se näkyy muun muassa siinä, miten yritykset ovat lähteneet tutkimushankkeisiin mukaan.

”Aluksi tutkimuksestamme oli kiinnostunut lähinnä prosessiteollisuus, jonka tavoitteena oli löytää hyödyllisiä käyttökohteita syntyville jätteille ja sivuvirroille. Viime vuosina tutkimuksesta on kiinnostunut myös betoniteollisuus ja rakennustuotteita valmistava teollisuus. Meillä on paljon yhteistyökumppaneita, jotka tutkimuksen myötä pyrkivät myös kaupallistamaan ekologisempia tuotteita. Tutkimusta on tehty yli neljänkymmenen eri yrityksen kanssa yli kahdessakymmenessä projektissa”, hän sanoo tyytyväisenä.

Materiaali käyttötarkoituksen mukaan

Illikainen näkee, että tulevaisuuden rakentamisessa valinta materiaalista pitäisi tehdä sen mukaan, mikä on sen riittävä tai tarvittava ominaisuus kuhunkin käyttötarkoitukseen.

”Sivuvirtojen ja jätteiden ominaisuudet vaihtelevat. Tämä vaikuttaa siihen, millaisia ovat niistä valmistetun lopputuotteen ominaisuudet. Kaikissa käyttökohteissa ei tarvita esimerkiksi korkeaa puristuslujuutta. Toisaalta geopolymeerien lujuusominaisuudet voidaan saada erittäin isoiksi, kuten esimerkiksi masuunikuonasta kehittämässämme geopolymeerilaastissa.”

Kyseisen laastin puristuslujuus on ollut jopa 107 megapascalia 28 vuorokauden lujittumisen jälkeen. Tavallisen korkealujuusbetonin määritellään kestävän vähintään 55 megapascalia.

Tärkeää Illikaisen mielestä on myös se, että ongelmallisia jätteitä yritetään aktiivisesti saada hyötykäyttöön. Rakennusten purkamisen yhteydessä syntyvä lasi- ja kivivillajäte on yksi materiaali, jolle ei vielä tällä hetkellä ole järkevää käyttöä. Ne sopivat professorin mukaan kuitenkin erinomaisesti geopolymeerin lähtöaineeksi.

”Sivuvirtojen ja jätteiden hyödyntämisessä täytyy kuitenkin muistaa, että uusiomateriaalien valmistaminen ei aina ole järkevää. Hyöty häviää, jos esimerkiksi materiaalin sijainti on hankala ja kuljetusmatkat pitkiä, materiaalin laadunvaihtelut suuria tai materiaali sisältää haitallisia ainesosia. Myös lainsäädäntö ja sääntely estävät tai edistävät tapauksesta riippuen sivuvirtojen hyödyntämistä kiertotalouteen”, hän sanoo.

Professori Illikainen muistuttaakin, että haasteita on, eivätkä geopolymeeritkaan ihan lähitulevaisuudessa voi ratkaista maalmainlaajuisen sementintuotannon C02-ongelmaa. Osa ratkaisua ne kyllä ovat.

Luetuimmat