Betoni hiilinieluna Tommi Kekkonen, Betoniteollisuus ry tommi.kekkonen@betoni.com
CANEMURE Canemure Kohti hiilineutraaleja kuntia ja maakuntia hanke edistää ilmastonmuutoksen hillinnän käytännön toimia kuuden vuoden ajan, vuosina 2018 2024. Käytännön ilmastotoimien edistämisen ohella hankkeessa järjestetään koulutusta, luodaan yhteistyöverkostoja ja levitetään hyviä käytäntöjä koko Suomeen. Hankkeessa on mukana 22 toimijaa: kuntia ja kunnallisia organisaatioita, tutkimuslaitoksia ja yrityksiä. Hankkeen budjetti on 15,3 miljoonaa euroa. Suuri osa hankkeen rahoituksesta, 9,1 miljoonaa euroa, tulee EU:n Lifeohjelmasta. Hanketta koordinoi Suomen ympäristökeskus. https://www.syke.fi/hankkeet/canemure http://hiilineutraalisuomi.fi/fi FI
CO 2 ncrete Solution osahanke CO 2 ncrete Solution projektissa selvitetään: 1. Kuinka paljon suomalainen betonirakennuskanta sitoo hiilidioksidia käyttövaiheessaan? 2. Kuinka paljon hiilidioksidia voi sitoutua betonin kierrätyksen avulla? 3. Millaisilla kierrätystavoilla voidaan maksimoida betoniin sitoutuvan hiilidioksidin määrä? Lisäksi projektissa pyritään viemään kuntien päättäjille oikeaa tietoa betonin hiilensidonnasta, viisaista kierrätystekniikoista ja muokkaamaan siten asenteita positiivisemmiksi betonin kierrätystä kohtaan. https://concretesolution.fi
Ympäristö 5 8 % ihmisen aiheuttamista kasvihuonepäästöistä on betoniteollisuudesta; Suomessa vastaava luku on 1,3 % Tästä 50 60 % aiheutuu klinkkerin valmistuksessa kalkkikiven kalsinoinnista vapautuvasta hiilidioksidista (CO2) Loput ovat pääasiassa liittyvästä energiatuotannosta Esim. lentoteollisuus vastaa n. 2 4 % vastaavista päästöistä ja henkilöautoliikenne n. 13 % 1928 2017 väliseltä ajalta kumulatiiviset globaalin betoniteollisuuden CO2 päästöt olivat n. 37 Gt, josta 70 % vuoden 1990 jälkeen Suomessa vuosien 1900 2013 väliset CO2 päästöt betoniteollisuudesta olivat n. 0,1 Gt Globaalisti kasvihuonepäästöt olivat vuosina 1870 2017 1539 Gt
Ympäristö Vuosittain Suomessa kierrätetään n. 80 % purettavasta betonista n. 1 Gt (T&T, 13.12.2014) Betonin raaka aineiden kokonaispäästöt (Kjellsen 2005): Esim. 2006 IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories huomioi sementinvalmistuksessa vain päästöt. Vaikka karbonatisoituminen sitoo hiilidioksidia CO2 [kg] CO2 [kg/bet. m3] Cement 92,3 221,52 Aggregate (fine) 2,5 6 Aggregate (coarse) 2,1 5,04 Admixtures 1,5 3,6 Water 0 0 Transport 2,5 6 Total 100,9 242,16
Karbonatisoituminen https://concretesolution.fi/betoniko hiilinielu/ Karbonatisoituminen: Ca(OH)₂+ CO₂ = CaCO₃ + H₂O 1. CO₂ + H₂O = H₂CO₃ 2. H₂CO₃ = HCO₃ + H+ pkₐ=6,35 3. HCO₃ = CO₃² + H+ pkₐ=10,33 4. Ca(OH)₂ = Ca²+ + 2OH 5. Ca²+ + CO₃² = CaCO₃
Kirjallisuudesta Paljon varianssia tutkimustuloksissa; laskelmat sisältävät paljon arvioituja parametreja ja reaktiodynamiikka ei ole yksiselitteinen Betoniin takaisin absorboituva CO2, skaalattu 100 vuoden käyttöikään (Stripple 2018): Käyttöikä vs. elinkaari Reference Corresponding uptake Andersson 2013 17 % Engelsen 2014 15 % Vermeulen 2017 19 % Fitzpatrick 2015 16 % Nygard 2012 16 % Fengming 2016 43 % Leemann 2018 17 % Galan 2009 2,7 % Kjellsen 2005 57 % Felix 2018 50 90 %
Karbonatisoituminen elinkaaren aikana (Kjellsen, 2005)
Hiilinielupotentiaali Teoreettinen kapasiteetti 100 % valmistuksessa vapautuneesta CO2sta voi sitoutua takaisin (mm. Kjellsen 2005, Kikuchi 2010) 75 % valmistuksessa vapautuneesta CO2sta voi sitoutua takaisin; n. 100 a skaalalla (Lagerblad 2005) 1 t Portland 95 % klinkkeriä, josta 64 % CaO, 3 4 % kipsiä tot. n. 60 % CaO Eli n. 600 kg CaO voidaan teoriassa muuttaa CaCO₃ 600 Kg CaO x (M_CO2/M_CaO)²=600 kg x (44/56)= 471 kg CO2/ 1 t sementtiä (Engelsen 2014)
Karbonatisoitumisen dynamiikka 2r Karbonatisoitumissyvyys: d=syvyys [mm], k=etenemisvakio, t=aika [a] k values <15 Mpa 15 20 Mpa 25 35 Mpa >35 Mpa Exposed Sheltered Indoors Wet Buried Exposed Sheltered Indoors Wet Buried Exposed Sheltered Indoors Wet Buried Exposed Sheltered Indoors Wet Buried grain size d 5 10 15 2 3 2,5 6 9 1 1,5 1,5 4 6 0,75 1 1 2,5 3,5 0,5 0,75 1 0,5 0,010 0,003 0,001 0,063 0,028 0,040 0,007 0,003 0,250 0,111 0,111 0,016 0,007 0,444 0,250 0,250 0,040 0,020 1,000 0,444 5 2,5 0,250 0,063 0,028 1,563 0,694 1,000 0,174 0,077 6,250 2,778 2,778 0,391 0,174 11,111 6,250 6,250 1,000 0,510 25,000 11,111 10 5 1,0 0,3 0,1 6,3 2,8 4,0 0,7 0,3 25,0 11,1 11,1 1,6 0,7 44,4 25,0 25,0 4,0 2,0 100,0 44,4 20 10 4,0 1,0 0,4 25,0 11,1 16,0 2,8 1,2 100,0 44,4 44,4 6,3 2,8 177,8 100,0 100,0 16,0 8,2 400,0 177,8 40 20 16,0 4,0 1,8 100,0 44,4 64,0 11,1 4,9 400,0 177,8 177,8 25,0 11,1 711,1 400,0 400,0 64,0 32,7 1600,0 711,1 100 50 100,0 25,0 11,1 625,0 277,8 400,0 69,4 30,9 2500,0 1111,1 1111,1 156,3 69,4 4444,4 2500,0 2500,0 400,0 204,1 10000,0 4444,4 200 100 400,0 100,0 44,4 2500,0 1111,1 1600,0 277,8 123,5 10000,0 4444,4 4444,4 625,0 277,8 17777,8 10000,0 10000,0 1600,0 816,3 40000,0 17777,8 OBS: sementtipöly + kappaleen todellinen muoto Mallinnus mahdollisesti hyvinkin konservatiivinen
Kurkistus k values 25 35 Mpa [mm] [mm] Exposed Sheltered Indoors Wet Buried grain size d 1,5 4 6 0,75 1 1 0,5 0,111 0,016 0,007 0,444 0,250 5 2,5 2,778 0,391 0,174 11,111 6,250 10 5 11,111 1,563 0,694 44,444 25,000 20 10 44,444 6,250 2,778 177,778 100,000 40 20 177,778 25,000 11,111 711,111 400,000 100 50 1111,111 156,250 69,444 4444,444 2500,000 200 100 4444,444 625,000 277,778 17777,778 10000,000
Kirjallisuudesta After demolition and crushing most of the concrete will, if subjected to air, probably carbonate within 10 years. This will result in most of the cement paste becoming carbonated in 100 150 years. (Lagerblad 2005)
Käyttöä
Otteita aikataulusta Web site created Global review, state of the art Estimation of concrete waste qty in FI Potential for use of recycled concrete in FI Evaluation of scale and speed of carbonation in concrete in FI Final report published and disseminated Excursion to foreign site Uses of recycled concrete identified Workshops organized Reports of worshop results ready Pilots & research (saa olla yhteydessä!)
Kiitos