Jätteen ja hiilidioksidipäästöjen vähentäminen betoniteollisuudessa

Betonimurskeen käyttö

Murskattua betonia voidaan sekoittaa uuden runkoaineen joukkoon eri maiden normeista riippuen noin yksi viidesosa. Murskatun betonin laatu vaihtelee sen raaka-aineen mukaan. Jännebetonista saadaan melko korkealaatuista betonia, mutta alun perin alhaisen lujuuden omaavasta betonista ei voi taikoa lujempaa. Betonin ominaisuudet yleensä, reseptistä riippuen, laskevat hiukan, kun massaan sekoitetaan murskattua. Betonin hienoainesmäärään ja tiheyteen tulee kiinnittää huomiota. Tarvittavan sementtimäärän kasvu johtaa helposti massan hinnan kasvuun. Kierrätysaineksen vaikutus erityisesti kimmomoduuliin, virumaan ja kutistumiseen joudutaan ottamaan huomioon. Murskattua betonia ei suositella käytettäväksi rakenteissa, jotka altistuvat merivedelle, sulatussuoloille, ankaralle pakkasrasitukselle, aggressiiviselle maaperälle tai aggressiiviseen teollisuusympäristöön.

Jos betonia ei voida kierrättää uuden betonin joukkoon, niin vaihtoehdoksi jää vielä murskatun betonin käyttö maanrakentamiseen. Erityisesti tienrakentamisessa sitä voidaan käyttää tien kantavan kerroksen rakenteissa. Murskeen joukossa olevan sitoutumattoman sementin vuoksi se pyrkii jossain määrin kovettumaan ja se saavuttaa muutaman prosentin verran alkuperäisen betonin lujuudesta. Siksi betonimurskeella voidaan korvata kantava kerros luonnonkiviainesta hieman ohuemmalla kerroksella. Kovettumisesta johtuen betonia ei voi murskata varastoon kauan ennen sen käyttöä. Tiepohjassa sen kastelu tiivistyksen päälle nopeuttaa kantavuuden kehittymistä. Kevyen liikenteen väylissä voidaan käyttää myös tiilimurskaa, joka toimii jossain määrin myös lämmön- ja roudaneristeenä.

EEJ-asetus

Valtioneuvoston Ei Enää Jätettä -asetus on helpottanut murskatun betonin käyttöä maanrakentamisessa. Siinä betonin valmistaja vakuuttaa, oman laatujärjestelmänsä puitteissa, murskatun betonin tulevan joko suoraan valmistuksesta tai valmiista rakennuksesta, jossa betoni ei ole altistunut sen ominaisuuksia heikentävälle kontaminaatiolle, tai että kontaminaatiota ei ole päässyt tapahtumaan prosessoinnin, varastoinnin tai kuljetusten aikana, jolloin betonimurske on riittävän puhdasta uudelleenkäytettäväksi. Normaaliin jätteenkäsittelyyn verrattuna tämä on suuri helpotus, mutta on muistettava, että se edellyttää murskaajalla olevan sertifioidun laatujärjestelmän. Siihen laatujärjestelmään on liitettävä prosessikuvaus, jossa määritellään tehtävät toimenpiteet EEJ-mursketta valmistettaessa ja markkinoitaessa. Lisäksi on tietenkin huolehdittava erikseen perinteisen jätteenkäsittelyn prosessien mukaisesti siitä purkujätteen osasta, joka ei mahdu EEJ-asetuksen raameihin, esimerkiksi jonkin sortin kontaminaation vuoksi. Tämän suhteen on muistettava jätelainsäädännön sisältämä BAT-vaatimus (Best Available Technology), joka asettaa omat edellytyksensä jätteen käsittelylle.

Vähähiilinen betoni

Kiertotalouteen liittyy oleellisesti paitsi tuoreen tai kovettuneen betonin kierrätys, myös itse raaka-aineiden hiilisisältö, siitä lähinnä sideaine. Sideaineena toimivan sementin valmistus vaatii kalkkikiven poltto-operaatiossa runsasta energian käyttöä. Jokaista sementtiklinkkeritonnia kohden syntyy karkeasti yksi tonni CO₂:a. Samoin, jos ajattelemme teräsbetonia, jokaista terästonnia kohden syntyy karkeasti yksi tonni CO₂:a. Sementtiklinkkerin osalta sen sisältämä hiilidioksidimäärä sisältää myös louhinta- ja jauhatusvaiheet, jotka nekin kuluttavat energiaa. Tarvittavan energian minimoimisella ja vihreän energian käytöllä voidaan minimoida myös valmistuksen tuottamat hiilidioksidipäästöt. Betoniyhdistys on laatinut tätä tarkoitusta varten sekä valmisbetonia että betonielementtejä koskevat vähähiilisyys-luokitukset, joista käyttäjät voivat valita mahdollisimman vähähiilisen betonilaadun. Sementtitehtaat ovat kehittäneet vähähiilisyyttä varten uusia sementtilaatuja, jotka sisältävät eri suuruisia määriä terästeollisuuden sivuvirtana syntyvää masuunikuonaa. Näillä sementtilaaduilla voidaan saavuttaa vastaavat lujuusominaisuudet, ja jopa paremmatkin, kuin tavallisella Portland-sementillä. Niiden ongelmana ovat kuitenkin hitaampi kovettumisaika, muuttunut kuivumisaika, erilainen lämmöntuotto, lisääntynyt karbonatisoituminen sekä muuttuneet massan käsittelyominaisuudet, jotka panevat kaikki valmistussuunnitelmat uusiksi. Lisäksi masuunikuonan saatavuus on viime vuosina käynyt huonommaksi, koska kysyntä on suurempi kuin tarjonta. Tuulivoimateollisuus tuottaa paljon massiivivaluisia perustusrakenteita, joihin kuluu runsaasti masuunikuonaa. Pitkällä aikajänteellä tilannetta monimutkaistaa myös se, että terästeollisuusjätti SSAB:n uuden vetypohjaisen teknologian käyttöönoton myötä masuunikuonan synty teräksen valmistuksen sivuvirtana loppuu ja samaan aikaan tehtaan sähkönkäyttö lisääntyy rajusti, mikä puolestaan nostaa sähkön hintaa Suomessakin. Näitten syitten takia betonin valmistajilla tulee olla valmius käyttää tarpeen tullen useampia vaihtoehtoisia reseptejä betonin valmistukseen. Yhden reseptiteknologisen mahdollisuuden muodostaa metakaoliinien käyttö seosaineena. Sillä voidaan pudottaa betonin hiilidioksidipäästöjä 5-39 % verrattuna referenssitasoon. Kaoliinin käyttöönotto on kiinni luonnollisesti sementtitehtaiden valinnoista.

Alkaliaktivoidut materiaalit

Betonin sideaineen hiilisisältöä voidaan pienentää myös korvaamalla sementti jollakin muulla sideaineella. Parhaillaan voimakkaassa tutkimus- ja tuotekehitysvaiheessa ovat alkaliaktivoidut materiaalit (AAM), joita myös geopolymeereiksi kutsutaan. Niissä hyödynnetään kaivostoiminnan sivukiveä, joka jauhetaan sementin tapaan hienoksi ja jonka kovettumisreaktio käynnistetään emäksisellä liuoksella. Materiaalit vaikuttavat hyvin lupaavilta, mutta niihin liittyy myös riskejä alkalisen liuoksen käytön osalta. Sopivaa sivukiveä saa muun muassa lähialueelta Keliber Oy:n kaivoksilta Keski-Pohjanmaalta. Käytännön tuotteiden valmistusasteelle geopolymeerit ovat edenneet vasta muutamien yritysten tuotannossa lähinnä ontelolaattojen ja kunnallisteknisten tuotteiden osalta.

Kokonaisten elementtien kierrätys

Materiaalien kierrätyksen sijasta on myös mahdollista kierrättää kokonaisia betonielementtejä. Tällaista kierrätystapaa tutkitaan ympäri Eurooppaa ja Suomessa sitä tutkii varsinkin Tampereen Yliopisto. Jätelain mukainen etusijajärjestyksen noudattaminen tulee pakottamaan tällaisen toiminnan ensisijaiseksi toimintatavaksi tulevina vuosina. EU:n sisämarkkinoille kertaalleen saatetut rakennustuotteet, jotka uudelleenkäytetään, kuuluvat pääosin kansallisen sääntelyn piiriin, mikä tarkoittaa sitä, että niiden kelpoisuuden osoittamisessa tukeudutaan pakollisen CE-merkinnän ja suoritustasoilmoituksen sijaan kansalliseen tuotehyväksyntämenettelyyn.

Suomessa jo 1970-luvulla käyttöönotettu Runko-BES järjestelmän mukainen rakennusten moduulimitoitus luo erinomaisen hyvän perustan elementtien kierrätykselle. Tampereen Yliopistolla tehdyt kokeet näyttävät alustavasti siltä, että rakennusten runkoelementit kuten pilarit, palkit, laatat ja väliseinät ovat hyvinkin säilyttäneet lujuusominaisuutensa muuttumattomina useiden kymmenien vuosien vanhoissa rakennuksissa. Kyse on vain siitä, saadaanko elementit irrotetuksi, kuljetetuksi, siistityksi ja uudelleenasennetuksi niin, että ne eivät vaurioidu, ja että toiminta saadaan hiotuksi taloudellisesti kannattavaksi. Poikkeuksena näihin elementteihin ovat säälle alttiit elementit, kuten ulkoseinäelementit tai siltaelementit, jotka ovat olleet monenlaisille ympäristörasituksille altistuneita. Niistä osa voidaan joutua murskaamaan ja käyttämään murskeena edellä kuvatulla tavalla.

Kokonaisten elementtien kierrätyksestä on muodostumassa uusi business-alue. Vielä se ei kuitenkaan ole sitä, vaan se edellyttää monenlaisten prosessin vaiheitten hiomista kohdalleen. Tässä korostuvat kunnollinen ennakkosuunnittelu ennakkotutkimuksineen ja -selvityksineen, purkusuunnittelu, jatkojalostaminen, tuotehyväksyntä ja kelpoistaminen, sekä välivarastointi, markkinointi ja uudelleen kokoaminen. Alalle tarvitaan täysin uudenlaisia toimijoita, jotka hallitsevat kaikki nämä vaiheet. Yritykset, jotka tähän asti ovat valmistaneet ja asentaneet uusia elementtejä ovat lähtökohtaisesti etulyöntiasemassa muihin toimijoihin nähden.

Lainsäädännön ja markkinoiden suuntaviivat

EU:n tavoitteet ja sääntelykulttuuri ovat koko ajan kehittymässä ympäristöasioiden ja laajemminkin vastuullisen toiminnan suhteen kattavammiksi. Näihin asioihin on vuosi vuodelta vähittäin tulossa kiristyksiä ja uusia määräyksiä. Vastuullisuusraportointi tekee lukuisista asioista julkisia ja aluksi valistuneimmat asiakkaat (usein julkiset toimijat, tai suuret yritykset) edellyttävät oman laatujärjestelmänsä tai maineensa velvoittamana tiettyä laatua esimerkiksi kiertotalouden tai vähähiilisen betonin muodossa. Vaatimukset valuvat sitten isoilta toimijoilta alihankkijoille. Suuntaviivat ovat näkyvissä jo monta vuotta etukäteen ennen vaatimusten voimaan tuloa. Kannattaa siis olla mieluummin hyvissä ajoin etujoukoissa valmistautumassa niiden tuloon, kuin viime hädässä toteuttaa vaatimuksia. Kilpailijat sen tekevät kuitenkin. Parempi siis pysyttäytyä suunnitelmallisesti markkinoilla kuin pudota niiltä hallitsemattomasti pois.

Kaaviokuva betonin kiertotalouden toteutumisesta elementtitehtaassa

Jorma Tuomisto
TKI-asiantuntija
Digitaaliset ja Älykkäät Teknologiat
SeAMK