Betonitutkimuksessa tapahtuu nyt paljon

Vähäpäästöisen betonin tuotannossa keskeistä on alentaa sideaineiden ominaispäästöjä. Tehokkaimmin tämä onnistuu korvaamalla lisäaineetonta portland-sementtiä teollisuuden sivuvirroista saatavilla seosaineilla, erityisesti masuunikuonalla. LOIKKA-tutkimushanke keskittyy seosaineiden laajamittaiseen käyttöön betonin valmistuksessa.

Kesällä 2016 Aalto-yliopisto ja betoni­alan toimijat solmivat yhteistyö­sopimuksen betonitekniikan tutkimuksen edistämiseksi. Ala kokosi miljoonan euron lahjoituksen tutkimukseen ja Aalto-yliopisto rahoitti viisivuotisen betonitekniikan työelämäprofessuurin. Elokuussa 2016 työelämäprofessuuriin kutsuttiin tekniikan tohtori Jouni Punkki, ja elokuussa 2021 Punkin pestiä jatkettiin viidellä vuodella. 

Betonitutkimuksessa ja -teollisuudessa mukana oleville materiaali on mitä mielenkiintoisin, mutta muita betonin estetiikka ja ekologisuus saattaa mietityttää.

– Esteettinen puoli on parantunut selvästi: betoni ei ole enää välttämättä harmaata, tylsää ja rumaa, vaan siitä voidaan tehdä monen­näköistä, Punkki toteaa ja viittaa muun muassa valamalla ja tulostamalla tehtävään betonipinnan kolmiulotteisuuteen.

– Myös ekologisuutta on mollattu kilpailijoiden toimesta, mutta tilanne ei ole niin huono betonin kannalta. Hiilidioksidipäästöt ovat kokonaisuudessaan suuret, koska betonia käytetään niin paljon. 

Jouni Punkki korostaa myös betonin välttämättömyyttä. 

– On kohteita, joissa sitä ei voi korvata, esimerkiksi monia perustus- ja infrahankkeita, joissa ei ole vaihtoehtoa. Ja globaalisti betonia ei ole mahdollista korvata puulla; puuta ei yksinkertaisesti ole riittävästi korvaamaan betonia.

Betonin puolesta puhuu Punkin mukaan myös rakentamisen kustannukset. 

– Betonirakentamisella on pitkät perinteet, se ei ole enää kokeilua ja siksi sitä on vaikea lähteä taloudellisinkaan perustein korvaamaan.

Vastaus on sementissä

Betonin pääraaka-aineita ovat sementti, vesi ja kiviaines. Kiviaineksessa on erikokoista kiveä hiekasta soraan ja murskeeseen. Kiviaineksena voidaan käyttää myös murskattua kierrätysbetonia. Kiviaineksen hiilijalanjälki on Punkin mukaan hyvin pieni ja se pienenee edelleen, kun tulevaisuudessa sitä voidaan tuottaa betoniaseman omalta tontilta ja painavan materiaalin kuljetukset jäävät minimiin.

Kun betonista halutaan vähäpäästöistä, suurin huomio täytyy kiinnittää sementtiin, jota tehdään lähinnä kalkkikivestä. Sementin valmistusprosessissa päästöjen kannalta kriittisin paikka on uunissa: jauhettu kalkkikivi kuumennetaan 1450-asteiseksi, mineraalit sulavat ja kiveen sitoutunut hiilidioksidi vapautuu. 

Vähäpäästöisyyteen vaaditaan, että sementin osuutta betonissa pienennettäisiin käyttämällä seosaineina esimerkiksi kivihiilen­poltosta syntyvää lentotuhkaa tai teräksen valmistuksesta syntyvää masuunikuonaa.

Jouni Punkki muistuttaa, että betonin hiilijalanjäljen laskussa pitää ottaa huomioon myös sen karbonatisoituminen, eli kun kalkkikivestä sementtiuunissa vapautunut hiilidioksidi sitoutuu takaisin valmiiseen betoniin vuosien myötä. 

– Betonin ekologisuudessa otetaan nyt harppauksia. Norjassa rakennetaan täys­mittaista sementtituotannon pilottilaitosta, jossa laitoksen piipusta otetaan talteen hiilidioksidi ja se upotetaan merenpohjan onkaloon, josta öljy on pumpattu pois. Vielä modernimpi ratkaisu olisi, jos talteenotettu hiilidioksidi käytettäisiin synteettisten polttoaineiden valmistukseen, Punkki toteaa.

Päästöoikeuksien hinta huolettaa

Betoniteollisuus ry:n mukaan Suomen sementtiteollisuuden vuotuiset hiilidioksidipäästöt ovat noin miljoona tonnia, mikä on reilu prosentti kaikista Suomen päästöistä vuodessa. Irlantilaiseen CRH-konserniin kuuluva Finnsementti Oy tuottaa lähes kaiken Suomen markkinoilla olevan sementin kahdessa tehtaassaan.

– Satsaukset vähäpäästöisen sementin­valmistukseen ovat miljardihankkeita. Ne ovat varmaankin taloudellisesti mahdottomia sementin valmistajalle. Norjassa valtio on sijoittanut paljon betonin päästöjen vähentämiseen. Suomessakin siihen tarvitaan valtion panostusta, Jouni Punkki sanoo.

Sementintuottajia painaa myös EU:n päästöoikeudet. 

– Tähän asti tärkeänä pidetty sementti on saanut ilmaisia päästöoikeuksia. Niiden määrä kuitenkin vähenee tulevaisuudessa, kun EU:n hiilitullit otetaan käyttöön. Jos päästötonnista joutuu maksamaan 100 euroa, tarkoittaa se 100 miljoonan euron laskua Finnsementin kaltaiselle toimijalle. Ne kustannukset valuvat sitten betoninvalmistajille ja edelleen rakennusliikkeille, Punkki toteaa.

LOIKKA tutkii seosaineiden vaikutusta

Jouni Punkin mukaan alan toimijat ja Business Finland eivät vielä pari vuotta sitten innostuneet tutkimuksesta betonin hiili­dioksidipäästöjen vähentämiseksi, mutta nyt tilanne on toinen. 

– Viimeisen vuoden aikana on tehty päästöjen vähentämiseksi enemmän kuin edellisen 19 vuoden aikana yhteensä. Näin on muodostunut uusia tutkimusmahdollisuuksia Aaltoonkin. Hieman jälkijunassa ollaan, kun vasta tutkitaan erilaisia ratkaisuja, mutta vuoden, kahden päästä ollaan pitemmällä, Punkki sanoo.

Tämän vuoden maaliskuun alusta alkanut ja vuoden 2024 helmikuuhun kestävä LOIKKA on Aalto-yliopiston ja Betoni­teollisuuden yhteishanke, jota Business Finland rahoittaa EU-rahalla. Väitöskirjaprojektien kautta hankitaan uutta tutkimustietoa vähähiilisistä betoneista. 

– Tiedämme tekniset ratkaisut, joilla betonituotannossa päästään 50 prosentin päästövähennykseen. Vähäpäästöisyyteen vievä teknologia kuitenkin muuttaa betonin ominaisuuksia, muun muassa betonin alkulujuudet alenevat mutta loppulujuudet saattavat kasvaakin, Punkki kertoo.

Kysymys on sementin korvaamisesta seosaineilla ja niiden sopivasta määrästä. 

– LOIKKA-hankkeen pääasia on varmistaa, että voidaan käyttää vähäpäästöisiä sideaineita riittävän paljon. Kuonan osuus voisi olla enimmillään jopa 70 prosenttia. Keskivertoluku voisi olla 40–50 prosenttia, johon voitaisiin päästä viiden vuoden kuluttua. Se on kova tavoite eikä ole itsestään selvää, että se saavutetaan, Jouni Punkki toteaa.

Vähäpäästöisen betonin tutkimuksessa norjalaiset ovat Punkin mukaan eturivissä; sieltä löytyy rahaa kalliisiin pilotteihin ja halua parantaa öljyntuottajamaan profiilia. Muut Pohjoismaat tulevat seuraavina, mutta globaalisti se ei vielä riitä.

– Menee vielä pitkään ennen kuin kaikki maailman sementtitehtaat ovat minimoineet päästönsä. Kiina tekee yli puolet maailman sementistä, siellä ne suuret vaikutukset syntyvät.

Betoniteollisuus ry:n mukaan betoni on maailman käytetyin rakennusmateriaali, jota valmistetaan vuosittain noin 13 miljardia kuutiometriä, eli noin kaksi kuutiota maailman jokaista asukasta kohti.

Betonituotanto per henkilö -laskelmissa Suomi on Punkin mukaan alle maailman keski­tason ja Kiinassa määrä on kolminkertainen Suomeen verrattuna. Myös Intiassa tuotetaan betonia paljon henkilöä kohden. Kiinan sementtituotannosta suurin osa menee maan omaan käyttöön, joten EU:n päästökauppakaan ei luo painetta kiinalaisen tuotannon päästöttömyyden kehittämiseen.

”Insinööri ei tykkää yllätyksistä, mutta taiteilijalle yllätys on hieno juttu”

Jouni Punkki on valmistunut tohtoriksi Norjan teknillisestä yliopistosta vuonna 1995 sekä Teknillisestä korkeakoulusta vuonna 2000. Hän on työskennellyt muun muassa kehitystehtävissä Parma Oy:ssä ja johtajana Consolis Groupissa. Punkin erityisosaamisiksi mainitaan betonin materiaali- ja elementtitekniikka sekä säilyvyys.

Vuonna 2015 Punkki perusti Betoniviidakko Oy -konsulttiyrityksen. Yritys tarjoaa apua muun muassa julkisivujen 3D-suunnitteluun, tuotekehitykseen, riitatapauksiin ja ohjeitten tekemiseen.

– Ennätin olla konsulttina vain vuoden täyspäiväisesti ennen kuin Aallon professuuri alkoi, Punkki toteaa.

– Konsultoinnille on tarvetta, sillä betoniosaaminen on vähentynyt sekä tutkimuslaitoksissa ja yrityksissä. Alalla ei ole riittävästi tarvittavia resursseja; pelkkä koulutus ei riitä, tarvitaan paljon kokemusta.

Professori ja konsultti on myös betonitaiteilija. Töistä tunnetuimpia lienevät erikokoiset ja eriväriset, sileäksi hiotut Toro-härät.

– Se on puhdas harrastus. Betoni on materiaalina monipuolinen ja edullinen. Hyödynnän teoksissa betonitekniikan yleistä osaamista mutta pystyn saamaan jotain työhönkin, kun voin tehdä kokeiluja betonilla.

– Insinööri ei tykkää yllätyksistä, mutta taiteilijalle yllätys on hieno juttu.

Teksti: Jaana Ahti-Virtanen