28.04.2020 Tommi Kekkonen

Tutkimustuloksia maailmalta – Betoni on hiilinielu

Betonia on käytetty useissa eri muodoissa yli 2000 vuoden ajan ja se on maailman käytetyin rakennusmateriaali; n. 25 miljardia tonnia betonia käytettiin vuoden 2009 aikana ja kulutus on kasvanut koko ajan. Sementin valmistus aiheuttaa globaalisti 5-8 % kaikista kasvihuonekaasuista, joista 50-70 % syntyy kalkkikiven kalsinoinnissa.

Suomessa tuotetaan n. 1,5 miljoonaa tonnia sementtiä vuosittain, mikä tarkoittaa n. 1,2 miljoonaa tonnia klinkkeriä. Tästä aiheutuvat päästöt ovat kalsinoinnin osalta n. 0,6 miljoonaa tonnia vuodessa, mikä tarkoittaa n. 0,9 miljoonan tonnin kokonaispäästöjä. Tämä on n. 1,3 % kaikista Suomen kasvihuonepäästöistä.

Kalsinointireaktion tuotos ei kuitenkaan ole stabiili ja kovettunut sementti reagoi ilmakehän CO₂:n kanssa käänteisessä reaktiossa, jota kutsutaan karbonatisaatioksi (kuvattuna yhtälössä 1), jossa kalsiumhydroksidi (Ca(OH)₂), eli sammutettu kalkki, reagoi hiilidioksidin kanssa ja muodostaa kalsiumkarbonaattia, eli kalkkikiveä (CaCO₃). Yleisellä tasolla kyseinen reaktio on yksinkertainen, mutta todellisuudessa useat välivaiheet tekevät siitä varsin kompleksin ja se on erittäin olosuhdeherkkä; mutta selvää on, että betonin sementti absorboi ilmakehästä hiilidioksidia.

Vertailtaessa eri tutkimusten tuloksia CO₂:n sitoutumisesta, pitää huomiota kiinnittää käytettyyn laskentatapaan. Tuloksia voidaan ilmaista nykyisen rakennuskannan tapahtuneena absorptiona käytetyn sementin päästöjen suhteen tai vaikka kuluvana vuonna käytetyn sementin päästöihin verrattuna. Xi & al. tutkivat globaalisti olemassa olevan rakennuskannan sitomaa hiilidioksidin määrää suhteessa käytetyn sementin kalsinoinnin päästöihin ja totesivat 43 %:a hiilidioksidista sitoutuneen. Andersson & al. tutkivat puolestaan vuonna 2013 tuotetun sementin päästöjä suhteessa sinä vuonna olemassa olevan rakennuskannan karbonatisaatioon ja totesivat, että 27 % kalsinoinnin ja 17 % kokonaispäästöistä sitoutuu.

Betonin elinkaari voidaan myös ottaa tarkasteluun, jolloin tiettyä sementtimäärää seurataan synnystä hautaan ja CO₂-tasapainoa analysoidaan. Nämä laskelmat antavat hyvän kuvan betonin pitkän aikavälin ympäristökuormituksesta ja niiden avulla voidaan myös ymmärtää optimoidun kierrätysvaiheen vaikutus hiilitasapainoon. Kjellsen & al. totesivat tukimuksessaan, että 57 % kalsinoinnissa vapautuneesta CO₂:sta voi sitoutua takaisin sementtiin, kun rakenteen käyttöikä on 70 vuotta ja murskauksen jälkeinen vaihe 30 vuotta. Possan & al.:n mukaan 40-90 % kalkin polton päästöistä absorboituisi rakenteeseen 100 vuoden elinkaarella, riippuen käytetystä betonityypistä.

Betoni kierrätysvaihe onkin oleellinen betonin hiilinielun kannalta. Murskattaessa paljastuu merkittävästi karbonatisoitumatonta pinta-alaa ja riittävän pienillä partikkeleilla ja riittävällä altistusajalla voidaan saada kalsinointivaiheen päästöistä talteen jopa 80 %. Elinkaarilaskelmissa, riippuen murskauksen ja toisen käyttövaiheen muuttujista, saadaan betonin hiilinielua kasvatettua jopa yli kaksinkertaiseksi.

Taulukossa alla on kerätty eri tutkimusten tuloksia hiilidioksidin sitoutumisesta betoniin. Suora vertailu on haastavaa, koska laskentatavat poikkeavat jonkin verran toisistaan. Kuitenkin selkeästi on havaittavissa, että betoni muodostaa suuren potentiaalisen hiilinielun, jota voidaan entisestään vahvistaa oikeanlaisilla kierrätys- ja käyttömenetelmillä.

Tutustu tutkimusraporttiin