Topinpuiston tutkimuspilotti toi arvokasta tietoa betonin hiilensidontaominaisuuksista

25.5.2023 | Topinpuiston kiertotalousverkosto

Topinpuiston kiertotalouskeskuksessa toteutetussa pilotissa tutkittiin parhaita olosuhteita kierrätysbetonimurskeen hiilensidontaominaisuuksien optimoimiseksi. Betonin hiiltä ilmakehästä sitova ominaisuus eli karbonatisoituminen kompensoi betonin valmistuksesta ja betonirakentamisesta aiheutuvia hiilidioksidipäästöjä, mutta ympäröivät olosuhteet vaikuttavat herkän ilmiön toimivuuteen. Pilottitutkimuksen toteuttivat Betoniteollisuus ry:n CO₂ncrete Solution -hanke yhteistyössä VTT:n, Lounais-Suomen Jätehuollon (LSJH) ja Ekopartnerien kanssa. 

Tutkimushanke toteutettiin Lounais-Suomen Jätehuollon (LSJH) Topinojan jätekeskuksessa ja tutkimusmateriaalin eli betonimurskeen toimitti Topinpuistossa toimiva yritysjätteen vastaanottaja Ekopartnerit. Topinpuiston kiertotalouskeskus on kiertotalouden materiaalivirtojen solmukohta, jossa vastaanotetaan ja käsitellään yli 80 erilaista materiaalia. Topinpuiston tavoitteena on tukea materiaalien tehokasta hyötykäyttöä sekä uusien vähähiilisten tai hiiltä sitovien ratkaisujen syntymistä. 

Betonin hiilensidontaominaisuus on altis olosuhteiden muutoksille 

Betoniin tarvittavan sementin valmistus aiheuttaa noin 5–8 prosenttia maailman kasvihuonekaasupäästöistä. Sementin valmistuksessa vapautuu runsaasti hiilidioksidia, joka ajan kuluessa pyrkii sitoutumaan takaisin betoniin. Tämä betonin hiiltä ilmakehästä sitova ominaisuus eli karbonatisoituminen kompensoi betonin valmistuksesta ja betonirakentamisesta aiheutuvia hiilidioksidipäästöjä. Karbonatisoituminen varastoi hiilen pysyvästi betoniin. 

– Betonin karbonatisoituminen on hyvin olosuhdeherkkä ilmiö ja siihen vaikuttavat oleellisimmin betonin ilmakontakti (hiilidioksidi) sekä sisäinen suhteellinen kosteus. Nämä betonimurskemassan sisällä olevat hiilensidonnalle oleelliset olosuhteet ovat olleet osittain tuntemattomia. Tietoa tarvitaan, jotta kierrätysbetonin varastointia ja käyttöä myös hiilinieluna voidaan optimoida, kertoo Betoniteollisuuden CO₂ncrete Solution -hankkeen projektipäällikkö Tommi Kekkonen. CO₂ncrete Solution-hanke on osa maanlaajuista CANEMURE-ilmastohankekokonaisuutta, joka taas kuuluu EU:n rahoittamaan Life-ohjelmaan. 

Betonimurskemassan sisäisiä olosuhteita selvitettiin tutkimusympäristössä 

Topinpuistoon luotiin tutkimusympäristö, jossa selvitettiin murskemassan hiilensidonnalle sopivimpia olosuhteita sekä sitä, miten näitä olosuhteita voisi helposti parantaa. Koekasat antureineen olivat paikoillaan Topinpuistossa noin vuoden ajan.  

Neljästä erilaisesta kasasta mitattiin mm. hiilidioksidipitoisuutta sekä kosteutta, kustakin neljältä eri syvyydeltä. Käytetyt murskeet olivat raekooltaan 0–90 mm sekä 20–90 mm ja kaksi kasoista oli suojattu suoralta sateelta. Tutkimuksesta saatiin arvokasta dataa tukemaan perinteisesti hieman ongelmalliseksi koetun rakennusmateriaalin matkaa kohti hiilineutraalia tulevaisuutta. 

– 0–90 mm murskekasan sisäinen hiilidioksidipitoisuus oli mittaussyvyydestä riippuen välillä 20–130 ppm, eli selkeästi odotettua ilmasta mitattua referenssipitoisuutta matalampi. Syvyyksillä 0,25 m – 1 m CO_₂-pitoisuus pysyi 100 ppm:n tuntumassa ja aivan kasan pohjallakin oli selkeästi hiilidioksidia. Karbonatisoitumiselle tärkeää hiilidioksidia löytyy siis myös syvältä murskemassasta, vaikka matala pitoisuus hidastaakin siellä reaktiota ja 20 ppm:n pitoisuus voi vastata noin 20 % karbonatisoitumisnopeutta suoraan ilmakontaktiin verrattuna, kertoo Kekkonen. 

Kuva 1: a) Kaksi murskekasoista oli seulottu alle 20 mm aineksesta ja kaksi kasaa oli suojattu sateelta. b) Kussakin kasassa oli 4 mittapistettä 0,25 m, 0,5 m, 1,0 m ja 2,0 m etäisyydellä yläpinnasta, joista mitattu data kerättiin keskustietokoneelle. c) Kuvattuna mittausympäristön konfiguraatio. d) Kunkin mittapisteen anturin vieressä oli haudattuna näyte tunnetuista betoninäytteistä.

Seulotussa, vähemmän tiiviissä murskekasassa (20–90 mm) ilma kiertää tehokkaasti ja kaikilta syvyyksiltä mitatut CO_₂-pitoisuudet ovat lähellä referenssiä. Kun hienompi aines on seulottu pois, käytännössä kaikki murskepartikkelit ovat ilmakontaktissa ja näin optimiolosuhteissa hiilensidonnan kannalta.   

– Betonimurskeen sopivalla partikkelikokojakaumalla voidaan vaikuttaa suurenkin murskekasan sisäisiin olosuhteisiin ja näin edistää karbonatisoitumista. Myös tavanomaisessa murskeessa, jota ei ole seulottu ja jossa koko partikkelijakauma on edustettuna, hiilidioksidia on selvästi massan syvemmissäkin kerroksissa, joskin siellä karbonatisoituminen on hitaampaa. Tavallisen, seulomattoman murskeen kosteusolosuhteet jäivät vielä epäselviksi. Saatujen tulosten perusteella on hyvä lähteä laskemaan, miten mursketta voisi käyttää ja varastoida ja miten nämä toimet vaikuttaisivat kierrätysbetonin hiilensidontaan, summaa Kekkonen. 

Karbonatisoitumisen ansiosta ja oikeilla kierrätysmenetelmillä voidaan nykytutkimusten mukaan sitoa jopa 40–90 prosenttia sementin valmistuksesta aiheutuvia päästöjä takaisin betoniin. 

Topinpuiston pilottitutkimus toteutettiin osana Euroopan Unionin Life-ohjelman tukemaa, maanlaajuista CANEMURE-ilmastohanketta. 

Lisää tietoa Betoniteollisuuden CO₂ncrete Solution -hankkeesta: www.concretesolution.fi 

Lisää tietoa CANEMURE-hankkeesta: www.hiilineutraalisuomi.fi/fi-FI/Canemure 

Lisätietoja Topinpuiston betonitutkimushankkeesta: 

Tommi Kekkonen

projektipäällikkö, Betoniteollisuus ry 

tommi.kekkonen@betoni.com

050 350 8820 

Tommi Itkonen

rakennuttamispäällikkö, Lounais-Suomen Jätehuolto Oy

tommi.itkonen@lsjh.fi

040 867 0170

Oliko artikkeli kiinnostava? Jaa se somessa: facebook twitter linkedin