Onko hiilineutraalia sementtiä olemassa?

Oulun yliopiston tutkijat pääsivät magnesiumsilikaattisideaineen jäljille osin yhteensattumien seurauksena.

– Korkealaatuinen tiede on monesti yhteensattumien summa ja niin tässäkin tapauksessa. Kehittäessämme uutta magnesium-pohjaista klinkkeriä (sementin esiaste) ja sen sovelluksia, meillä oli vaikeuksia selittää löydöstä. Niinpä lähdimme ottamaan asiasta selvää, Oulun yliopiston kuitu- ja partikkelitekniikan tutkimusyksikössä tutkijana työskentelevä Päivö Kinnunen kertoo.

Selvisi, että kyseessä oli täysin uusi sideaine, joka useimmilla mittareilla ei näy lainkaan. Kinnusen mukaan tarvittiin pidempikestoista "salapoliisityötä".

– Kun vertailimme kaikkien eri menetelmien tuloksia keskenään, pystyimme muodostamaan kattavan selityksen materiaalista. Tämä on hyvä esimerkki siitä, että tiede vaatii pitkäjänteistä panostusta tuottaakseen tulosta: jos meillä olisi ollut kiire julkaista tulokset, emme olisi ryhtyneet salapoliisityöhön.

Uuden sementtimäisen sideaineen kemiallinen koostumus eroaa tavallisesta kalsiumpohjaisesta sementistä. Se voi mahdollistaa sementin valmistuksen ilman raaka-aineisiin liittyviä hiilidioksidipäästöjä.

Michiganin yliopistosta fysiikan tohtoriksi vuonna 2011 väitelleen Kinnusen mukaan kyse on merkittävästä tutkimustuloksesta, myös maailmanlaajuisesti. Tutkimustyö julkaistiin sementtitutkimukseen keskittyvässä, alan arvostetuimmassa tieteellisessä Cement and Concrete Research -lehdessä.

"Magnesium on lupaavin vaihtoehto kalsiumille, jos sementin kemiaa pyritään tekemään päästöttömäksi. Magnesium on kuitenkin paljon vähemmän tunnettu. Magnesiumpohjaisia sementtisideaineita tiedetään vain muutamia, joten havainto uuden sideaineen olemassaolosta on tieteellisesti merkittävä. Tämä työ tehtiin yhteistyössä aiheen huippuspesialistien kanssa."
Päivö Kinnunen, tutkija, Oulun yliopiston kuitu- ja partikkelitekniikan tutkimusyksikkö

Nykyinen kalsiumpohjainen sementtiteollisuus tuottaa peräti kahdeksan prosenttia maailmanlaajuisista hiilidioksidipäästöistä.

Sementistä halutaan ympäristöystävällisempää nopeasti, sillä arvioiden mukaan sen kulutus kasvaa merkittävästi seuraavan vuosikymmenen aikana. Syynä on erityisesti kehitysmaiden kasvava kysyntä.

– Hiilineutraalin ja hiiltä sitovan betonin tutkimus on lisääntynyt valtavasti lyhyessä ajassa ja sovellukset, jotka vielä viisi vuotta sitten tuntuivat lähes mahdottomilta, ovat nyt siirtymässä käytäntöön. Nyt on erittäin mahdollista, että sementti- ja betoniteollisuus ovat ilmastoneutraaleja vuoteen 2035 mennessä, Kinnunen sanoo.

Tutkimustyötä on vielä paljon, sillä uuden sideaineen koostumuksessa on paljon avoimia kysymyksiä. Aineen lujuutta, kemiallista kestävyyttä, kutistumista ja pitkäaikaista kestävyyttä ei vielä tunneta.

Esimerkiksi lujuuden selvittäminen on kaikkea muuta kuin helppoa.

– Monista tavallisessakin sementissä esiintyvistä sideaineista ei tarkkaan tiedetä niiden osuutta loppulujuuteen, sillä niitä ei ole onnistuttu valmistamaan puhtaina materiaaleina. Jos siihen ryhdyttäisiin, se voisi vaatia vuoden mittaisen työrupeaman.

Lupaavaa on se, että uutta materiaalia on mahdollista tuottaa Suomessa.

– Suomen geologia on tässä suhteessa erinomainen. Meillä on paljon kaivosteollisuuden jätteitä, jotka ovat täysin hyödyntämättä ja joiden pääraaka-aineet ovat magnesium sekä pii. Niissä piilee valtava hyödyntämispotentiaali.

Oulun yliopisto tekee tutkimusta yhteistyössä Sheffieldin yliopiston sekä Oulun yliopiston NANOMO-yksikön kanssa. Tutkimustyötä ovat rahoittaneet Euroopan unionin tutkimus- ja innovaatio-ohjelma Horisontti 2020 ja Suomen Akatemia.

Lue myös: Betonin tulevaisuus ekologisesta näkökulmasta