Printatun geopolymeerikomposiitin raaka-aineet esittelyssä. © Terhi Jantunen
Betoni on maailman käytetyin rakennusaine, ja sen valmistukseen tarvittava sementti tuottaa arviolta 8 prosenttia kaikista maailman hiilidioksidipäästöistä. Geopolymeerit eli mineraalisten sivuvirtojen ja aktivaattoreina toimivien alkaalikemikaalien reaktiona syntyvät sementin kaltaiset sidosmateriaalit ovat nouseva tutkimuksen kohde. Geopolymeerien toivotaan pienentävän rakennusteollisuuden päästöjä selvästi. LUT-yliopiston uusi tutkimus erilaisista geopolymeerikomposiittiresepteistä osoitti potentiaalia huomattaviin ilmastohyötyihin perinteiseen betoninvalmistukseen verrattuna.
Kasvihuonekaasupäästöt perinteistä betonia alhaisemmat
Geopolymeerikomposiitit syntyvät valitun geopolymeerin, hiekan ja soran yhdistelmänä, ja muodostavat näin betonin kaltaisen rakennusmateriaalin. LUTilla on tutkittu eri resepteillä valmistettujen kuituvahvisteisen geopolymeerikomposiittien ympäristövaikutuksia. Ympäristövaikutusten arviointi kattoi muun muassa vaikutukset ilmaston lämpenemiseen, käytettyjen uusiutumattomien luonnonvarojen määrän sekä ekotoksiset vaikutukset.
Tutkimuksessa todettiin, että parhaan kuituvahvisteisen geopolymeerikomposiitin ilmastonmuutosta kiihdyttävät vaikutukset ovat lähes 60 prosenttia alemmat kuin rautavahvistetun betonin.
Tutkittuja geopolymeerireseptejä oli yhteensä 24 erilaista, joissa käytettiin vahvistekuituna terästä, lasikuitua tai polypropeenia. Tarkasteltujen reseptien ympäristövaikutukset vaihtelivat merkittävästi. Näistä 24:stä reseptistä valittiin kolme parasta reseptiä edustamaan kutakin kuituvahviketta. "Käytettyjen uusiutumattomien luonnonvarojen” – ympäristövaikutusluokan osalta kolmen valitun geopolymeerireseptin päästöt olivat huonoimmillaan 26 prosenttia korkeammat ja parhaimmillaan 51 prosenttia alemmat kuin rautavahvisteisen betonin", toteaa tutkija Mariam Abdulkareem
3D-printattua geopolymeerikomposiittia. © Terhi Jantunen
Mineraaliset jätemateriaalit hyötykäyttöön
Sen lisäksi että geopolymeerikomposiittien kasvihuonepäästöt voivat olla betonia alhaisemmat, ovat ne myös potentiaalinen keino nostaa mineraalisten jätemateriaalien hyötykäyttöä maailmanlaajuisesti. Nykyiset reseptit perustuvat etupäässä kivihiilen tuhkaan ja masuunikuonaan, jotka ovat jo hyödynnettyjä sivuvirtoja. Päättyneessä selvitystyössä kehitettiin reseptejä myös muille vähemmän hyödynnetyille teollisuuden mineraalijätteille.
"Se onko geopolymeerikomposiitin ympäristövaikutukset parempia vai huonompia kuin betonin, riippuu käytetystä reseptistä ja kuinka paljon aktivaattoria käytetään. Koska aktivaattori on tärkein vaikuttava tekijä, on painotettava vaihtoehtoisten aktivaattorien valmistamista runsaasti piidioksidia sisältävistä jätemateriaaleista, kuten esimerkiksi lasijätteestä tai riisin tuotannon kuorijätteen ja bagassin polton tuhkasta", Abdulkareem korostaa.
”Mineraalisia jätemateriaaleja syntyy vuosittain suuria määriä, ja niitä hyödynnetään tyypillisesti lähinnä maarakentamisessa. LUT:ssa tehty tutkimus osoittaa potentiaalin käyttää monenlaisia suuren volyymin materiaalivirtoja korkeamman jalostusasteen tuotteina myös muuhun rakentamiseen. Elinkaariarvioinnin tulokset vahvistavat, että sivuvirtojen ja geopolymeerien yhdistelmällä voidaan löytää tehokkaita hiilineutraalin kiertotalouden ratkaisuja” kertoo ryhmäpäällikkö ja Circwaste-hankkeen projektipäällikkö Tuuli Myllymaa Suomen ympäristökeskuksesta.
Geopolymeerien tutkimus LUTilla on osa EU-rahoitteista Urban Infra Revolution (UIR) -hanketta. Hankkeessa kehitetään Etelä-Karjalan alueen teollisuusyritysten sivuvirtoja hyödyntävää, kestävän kehityksen mukaista rakennusmateriaalia, ja siihen pohjautuvia valmistusmenetelmiä, -laitteita sekä liiketoimintamalleja.
Lisää aiheesta