Betonin hiilensidonta

Sementin valmistuksessa kalkkikiveä poltetaan korkeassa lämpötilassa, jolloin kalsiumkarbonaatti hajoaa kalsiumoksidiksi ja hiilidioksidiksi reaktiossa, jota kutsutaan kalsinoinniksi. Tämä tila ei kuitenkaan ole termodynaamisesti stabiili, vaan hydratoitunut sementti pyrkii reagoimaan ilmakehän hiilidioksidin kanssa käänteisessä reaktiossa, jota kutsutaan karbonatisoitumiseksi. Tämän reaktion yksinkertaistettu reaktioyhtälö on Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O, jossa sammutettu kalkki (Ca(OH)₂) reagoi hiilidioksidin (CO₂ kanssa ja sitoo hiilen pysyvästi takaisin kalsiumkarbonaattiin (CaCO₃).

Kalsinointireaktiossa vapautuva hiilidioksidi aiheuttaa n. 70 % sementin valmistuksen päästöistä, n. 500 kg CO₂:a sementtitonnia kohden. Tästä hiilidioksidimäärästä sementti pystyy sitouttamaan takaisin n. 85 %, jolloin hiili varastoituu betonirakenteeseen pysyvästi. Betonirakenteessa karbonatisaation eteneminen materiaaliin hidastuu voimakkaasti ajan kanssa, jolloin muodostunut karbonatisoitunut kerros suojaa betonin raudoitteita. Kun betonirakenne puretaan, se useimmiten murskataan, jolloin raudoitteet saadaan kierrätykseen ja betonimurske saadaan monipuolisesti käytettävään muotoon. Tällöin muodostuu yli 1000-kertaisesti karbonatisoitumatonta betonipintaa, jonka kanssa hiilidioksidi pääsee reagoimaan.

Käyttöikänsä aikana betonikerrostalo sitoo n. 15 % siihen käytetyn betonin kalsinoinnin päästöistä. Pitkän elinkaaren jälkeen, kun rakennus puretaan, on mahdollista käyttää betonimurske siten, että siihen on sitoutunut muutamassa vuodessa n. 85 % vastaavan määrän kalsinoinnin päästöistä. Betonin kierrätysvaiheen käyttö onkin kriittinen, kun maksimoidaan betonin koko elinkaarenaikaista hiilinielua.

Karbonatisoitumiseen vaikuttavat hiilidioksidin diffuusioon vaikuttavat tekijät. Betonin rakenteen määrää sen alkuperäinen käyttötarkoitus mutta murskeen sisäiseen kosteuteen voidaan vaikuttaa suojaamalla materiaali suoralta sateelta. Altistamalla mahdollisimman suurin pinta-ala ilman hiilidioksidille sekä suojaamalla betonimurske suoralta sateelta optimoidaan betonimurskeen hiilensidonta.

CO₂ncrete Solution on CANEMURE-projektin osahanke, jossa tutkitaan betonin hiilensidontaa ja etsitään parhaita keinoja sen maksimointiin kierrätysvaiheessa. Hankkeen edesottamuksia voi seurata projektin kotisivulta: concretesolution.fi.