Ihmeainetta
Betonia tehdään enemmän kuin mitään muuta materiaalia maailmassa. Apulaisprofessori Päivö Kinnunen uskoo, että pian betonirakenteet saadaan imemään hiilidioksidipäästöt ilmasta.
Apulaisprofessori Päivö Kinnunen voisi olla koulutuksensa puolesta kokki, matemaatikko, fyysikko tai mikrobiologi. Mutta hän on nelikymppinen betonimies Oulun yliopiston kuitu- ja partikkelitekniikan tutkimusyksikössä.
Yhdysvalloissa tohtoriksi väitellyt Kinnunen johtaa yliopiston kansainvälisesti ainutlaatuista tutkimusryhmää, joka tutkii, miten betonista saadaan hiilinielu. Se on tehtävä, jossa kaikki kääntyy onnistuessaan päälaelleen.
Betoni on yleisin rakennusmateriaali mutta sillä on ikävä sivuvaikutus. Sementtiteollisuus tuottaa lähes kymmenesosan kaikista kasvihuonekaasupäästöistä. Betonia tehdään enemmän kuin mitään muuta materiaalia maailmassa. Sitä tarvitaan 40 miljardia tonnia vuodessa.
– Kohta lukema on sitäkin suurempi, sillä sementin kulutus kasvaa huomattavasti lähivuosikymmeninä, Kinnunen sanoo.
Länsimaiset kaupungit on tehty betonista 150 vuoden aikana. Menekki ei ole vähentynyt. Pelkästään Suomessa jokaista kansalaista kohti valmistetaan lähes kuution verran betonia vuodessa.
Syyllinen löytyy sementin syövereistä
Apulaisprofessori Päivö Kinnunen näyttää, miten kovassa paineessa syntyy keinotekoista kiviainesta.
Kuva: Pekka Peura
Maailmaa rakennetaan Portland-sementillä, joka on syrjäyttänyt paikalliset sementtilaadut.
Portland-sementti on halpaa ja helppoa tehdä. Halpuus johtuu siitä, ettei mukaan lasketa hiilidioksidipäästöjä. Sementin hinta vähintään kaksinkertaistuisi, jos ympäristövaikutukset olisivat mukana.
– Hinta ei ole todellinen ympäristön kannalta, Kinnunen huomauttaa.
Seuraavaksi betonista aletaan valaa kehittyvien maiden suurkaupunkeja. Se tarkoittaa, että päästöt kasvavat kovaa vauhtia. Ilmasto ei kiitä, ellei mitään tehdä.
– Betoni on hankala nykymaailmassa. Se on suurimmaksi osaksi kiveä, mutta kymmenen prosenttia siitä on liima-ainetta eli sementtiä. Isoin ongelma on sementti, sillä lähes kaikki hiilidioksidipäästöt tulevat siitä.
Syyllinen päästöihin löytyy sementin syövereistä. Kätevän sideaineen, kalsiumin, käyttö on osoittautunut ilmaston kannalta valtavaksi virheeksi. Portlandia tehdään kalsium-pohjaisesti.
– Hiilidioksidipäästöt johtuvat juuri pääraaka-aineesta kalsiumista. Kun kalsiittikivi on kaivettu maaperästä, se pitää polttaa kalsiumiksi. Tästä vaiheesta syntyy suurin osa päästöistä.
Kinnunen sanoo, että kalsiumin polton vuoksi päätuote sementin valmistuksessa näyttäkin itseasiassa olevan hiilidioksidi. Näkymätön kaasu, jota tilavuudessa laskettuna karkaa taivaalle satoja kertoja enemmän kuin itse sementtiä.
"Ilmaston pelastaminen on lopulta näin yksinkertainen asia"
Päivö Kinnunen näyttää keinotekoista, hiilidioksidia sitovaa kiveä, jota voi käyttää rakennusmateriaalina esimerkiksi levyiksi puristettuna.
Kuva: Pekka Peura
Kinnusen johtama tutkijaporukka onkin vuodesta 2017 lähtien pohtinut, millä kalsiumin voisi sementin raaka-aineena korvata.
– Aloimme katsoa, mitä muita mahdollisuuksia olisi kuin kalsium. No, kalsiumin vieressä alkuaineiden jaksollisessa järjestelmässä on magnesium. Maapallolla se ei esiinny hiiltä sisältävänä karbonaattina vaan piistä ja hapesta koostuvana silikaattina.
Kinnunen hieman hymähtää sanoessaan, että ilmaston pelastaminen on lopulta näin yksinkertainen asia.
– Ollaan kokeiltu käytännössä, ja toimii. Magnesium oli itse asiassa monessa sementtilaadussa käytössäkin 150 vuotta sitten, mutta se jäi kalsiumin jalkoihin.
Kinnusen ryhmän lisäksi yliopistolla toimii noin kolmekymmentä tutkijaa ekobetonin ympärillä sekä kansallinen epäorgaanisen kiertotalouden tutkimuskeskittymä InStreams Hub.
Kinnunen johtaa kansainvälistä teknistä komiteaa, joka tutkii magnesiumin käyttöä betonin sidosaineena. Vireillä on eurooppalainen hanke, jossa mukana on iso kansainvälinen sementinvalmistaja.
– Magnesiumbetonin pilottivalu on suunniteltu vuodelle 2027. Arvelisin, että noin 10 vuoden päästä voi olla jotakin markkinoilla.
Kehitystyö on hidasta, mitä Kinnunen ei tunnu panevan pahakseen. Hän sanoo katselevansa mieluummin kauas kuin lähelle.
– Teollisuudelle on helpompi ottaa käyttöön ensin kierrätysmateriaalit. Vanha betoni murskataan ja käytetään uudestaan. Se kannattaa tehdä ensin, sillä sekin on jo iso parannus ennen hyppäämistä kokonaan uuteen valmistustapaan.
"Betoni voisi jopa puhdistaa ilmakehää"
Päivö Kinnunen työskentelee hiiltä sitovan betonin parissa.
Kuva: Pekka Peura
Vanhaa betonia kierrättämällä tuloksena on parhaimmillaankin hiilineutraalia tavaraa. Mutta Kinnusen mukaan tarvitaan järeämpi siirtymä. Pitää alkaa sitoa hiilidioksidia.
Magnesiumiin pohjautuva sementti voisi vähentää päästöjä huomattavasti. Lisäksi kun betonissa aletaan käyttää teollisuuden sivuvirroista tehtyä keinotekoista magnesium-karbonaattipohjaista kiveä, ollaankin melkoisen taikatempun äärellä. Rakenteet voisivat sitoa kasvihuonekaasuja yli sata kertaa oman tilavuutensa verran.
– Silloin betoni voisi jopa puhdistaa ilmakehää. Keinotekoinen kivi on seuraava askel eteenpäin.
Kinnunen myöntää, että loikka hiilineutraalista hiilidioksidia sitovaan tuotteeseen on äärimmäisen pitkä. Teollisuuden on sitouduttava uusiin tuotteisiin, mikä edellyttää kannattavaa liiketoimintaa.
– Koen olevani toiveita herättävällä alalla. Ihmiset alkavat huomata, että minkä tahansa yksittäisen hyödyn maksimoiminen on päätepisteessä. Toiminnan sivuvaikutukset, niin negatiiviset kuin positiiviset, on otettava huomioon myös.