BETONI HIILINIELUNA

tommi.kekkonen@betoni.com

CANEMURECanemure - 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 Life-ohjelmasta. Hanketta koordinoi Suomen ympäristökeskus.

https://www.syke.fi/hankkeet/canemurehttp://hiilineutraalisuomi.fi/fi-FI

30.10.2019 2

https://www.syke.fi/hankkeet/canemurehttp://hiilineutraalisuomi.fi/fi-FI

CO2NCRETE SOLUTION-OSAHANKE• CO2ncrete 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

30.10.2019 3

https://concretesolution.fi/

YMPÄRISTÖ JA PÄÄSTÖT

• Betoniteollisuus vastaa globaalisti 5-8 % kaikista kasvihuonepäästöistä• Tästä 50-70 % on peräisiin klinkkerin valmistuksessa vapautuvasta

CO₂:sta• Vrt. henkilöautoliikenne 13 % ja lentoliikenne 2-4 %• Suomessa betoniteollisuuden päästöt ovat n. 1,3 % kokonaispäästöistä• Päästöt n. 1900-2015

• Globaalisti kaikki: 1500 Gt• Globaalisti betoniteollisuus: 35 Gt• Suomen betoniteollisuus: 0,1 Gt

30.10.2019 4

BETONIVOLYYMISementtiä valmistettiin globaalisti 4,1 Gt 2018 (statista.com)

CO₂:a kalsinoinnista n. 2 GtBetonia käytetään vuosittain (betoni.com)

Globaalisti 30 GtSuomessa 0,01 Gt

Betonia kierrätetään Globaalisti 1 GtSuomessa 0,001 Gt

30.10.2019 5

”Toistaiseksi betonin kierrätysaste ei ole Suomessa kovin korkea. Uutta betonia tehdään vuosittain noin kymmenen miljoonaa tonnia ja kierrätykseen päätyy

noin miljoona tonnia.”

KARBONATISOITUMINEN

• Karbonatisoituminen: Ca(OH)₂+ CO₂ = CaCO₃ + H₂O

1. CO₂ + H₂O = H₂CO₃2. H₂CO₃ = HCO₃⁻ + H⁺ pKₐ=6,353. HCO₃⁻ = CO₃²⁻ + H⁺ pKₐ=10,334. Ca(OH)₂ = Ca²⁺ + 2OH⁻5. Ca²⁺ + CO₃²⁻ = CaCO₃

30.10.2019 7

30.10.2019 8

30.10.2019 9

CO2 SITOUTUMISKAPASITEETTI• Stoikiometriasta: kaikki kalsinoinnissa vapautunut hiilidioksidi sitoutuu takaisin sementtiin.

• Geologisella aikavälillä näin varmaan onkin.• ”Normaali sitoutumiskapasiteetti”: 72-75 % kalsinoinnissa vapautuneesta CO₂:sta sitoutuu

takaisin.

• Hieman alle 50 % valmistuksessa syntyneestä hiilidioksidista voi sitoutua sementtiin. (Galan 2010)

30.10.2019 10

SUOMI FINLAND• Suomessa on myyty vuodesta 1900 n. 0,12 Gt sementtiä.

• Tästä CO₂-päästöt n. 0,06 Gt• Hiilinielupotentiaali

• Teoreettinen: 0,06 Gt• ”Normaali”: 0,045 Gt

• Mutkat suoriksi (Taso 1)• 75 % CO₂:sta sitoutuu takaisin 100ssa vuodessa (70 a + 30 a)• 43 % myydyn sementin kalsinoinnin päästöistä on imeytynyt tähän mennessä.

30.10.2019 11

REAKTIOKINETIIKKA

• 𝑑𝑑𝑐𝑐 = 𝑘𝑘 𝑡𝑡• 𝑑𝑑𝑐𝑐 = karbonatisaatiorajan syvyys• 𝑘𝑘 = karbonatisaatiokerroin• t = aika [a]

• k-arvo huomioi• sementin ominaisuudet• olosuhteet

30.10.2019 12

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

syvy

ys [m

m]

aika [a]

k=5

REAKTIOKINETIIKKA – K-VALUE

• Sementin ominaisuudet• Mikrorakenne ~ Puristuslujuus• Sideaineet• Seosaineet• jne.

• Olosuhteet• Kosteus (exposed/sheltered)• Lämpötila (indoor/outdoor)• Pintakäsittely• jne.

30.10.2019 13

KIERRÄTYSBETONIN KARBONATISOITUMINEN• Murskattaessa

karbonatisoitumattomanbetonin pinta-ala kasvaa merkittävästi

• Pallomallinnus konservatiivinen?

30.10.2019 14

25-35 Mpa[mm] [mm] Exposed Sheltered Indoors Wet Buried

grain size d 1,5 4 6 0,75 1 k1 0,5 0,010 0,003 0,001 0,063 0,0285 2,5 0,250 0,063 0,028 1,563 0,694

10 5 1,0 0,3 0,1 6,3 2,820 10 4,0 1,0 0,4 25,0 11,140 20 16,0 4,0 1,8 100,0 44,4

100 50 100,0 25,0 11,1 625,0 277,8200 100 400,0 100,0 44,4 2500,0 1111,12r

CASE EXAMPLES

GLOBAL CARBON UPTAKE BY CEMENTCARBONATION

30.10.2019 16

• Xi & al., mm. Nature Nov. 16

• ”Tason 3” tilastollinen tutkimus• Alueet, käyttökohteet, laadut, kierrätys,

jne.• Vuodesta 1980 sementti absorboi n. 44 %

tuotannon päästöistäCountries/regions cement materials concrete mortar construction waste CKD TotalChina 1,4 0,28 0,94 0,06 0,11 2,79Europe 1,18 0,33 0,71 0,05 0,09 2,36US 0,25 0,12 0,09 0,01 0,02 0,49Rest of world 1,67 0,5 0,98 0,07 0,12 3,34total 4,5 1,23 2,72 0,19 0,34 8,98

LIFE CYCLE GREENHOUSE GAS EMISSIONS OF BLENDED CEMENTCONCRETE INCLUDING CARBONATION AND DURABILITY

-PIQUERAS & AL., 2014

30.10.2019 17

• Sekoitesementeillä on pienempi hiilijalanjälki, huolimatta pienemmästä karbonatisaatiopotentiaalista.

CEM PortlandCEM II/B-S (35 % blast furnace slag)

CEM III/A (50 % blast furnace slag)

CEM III/B (80 % blast furnace slag)

CEM II/A-V (20 % fly ash)

CEM II/B-V (35 % fly ash)

Production 72,67 55,69 48,42 33,87 61,72 53,52 [CO2 kg/column]

Construction 0,21 0,21 0,21 0,21 0,21 0,21 [CO2 kg/column]

Use -16,39 -10,65 -8,94 -3,58 -13,11 -11,63 [CO2 kg/column]

Demolition 1,19 1,19 1,19 1,19 1,19 1,19 [CO2 kg/column]

After demolition -18,28 -11,89 -8,39 -3,36 -14,63 -10,91 [CO2 kg/column]

Total 39,4 34,55 32,49 28,33 35,38 32,38 [CO2 kg/column]

54,22 % 62,04 % 67,10 % 83,64 % 57,32 % 60,50 %

PRELIMINARY INVESTIGATION INTO THE RATE OF CARBONATIONOF CONCRETE BLOCKS UNDER NORMAL PRODUCTION YARDCONDITIONS

• Byrne & al. 2016

• 8 viikon varastoinnilla voidaan absorboida n. 15 % kalsinoinnissa vapautuneesta hiilidioksidista.

30.10.2019 18

THE CO₂ BALANCE OF CONCRETE IN A LIFECYCLE PERSPECTIVE• Kjellsen & al., 2005

• Taso 3, Pohjoismaat• 57 % kalsinoinnissa vapautuneesta

hiilidioksidista absorboituu betoniin 100ssa vuodessa (70 a + 30 a)

30.10.2019 19

BETONIMURSKEESTA

• Kikuchi & al, 2010.: Murskaus ja kierrätys, 3 kk, 5,5 % pienempi hiilijalanjälki.

• Engelsen & al., 2014; hiilinielumaksimit, kalsinoinnin päästöistä:

• 50 %• 61-88 %• 35 % (servicelife + 3 kk varastointi)

30.10.2019 20

CO₂ UPTAKE IN CEMENT CONTAINING PRODUCTS

30.10.2019 21

• Stripple, 2018

• Aikaikkuna• Kierrätys• Karbonatisoitumisaste

Reference Corresponding uptakeAndersson 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 %

PROJEKTIN TAVOITTEIDEN KONKRETIAA• n. tason 3 tutkimus betonista hiilinieluna Suomen rakennuskannassa• Kierrätysbetonitutkimusta

• Awareness• Ohjeistuksia

• Kierrätysbetonin käyttöön• Ilmiön muuhun hyödyntämiseen

30.10.2019 22

KIITOS!

Betoni HiilinielunaCanemureCO2ncrete Solution-osahankeYmpäristö ja päästötBetonivolyymiSlide Number 6karbonatisoituminenSlide Number 8Slide Number 9CO2 sitoutumiskapasiteettiSuomi finlandReaktiokinetiikkaReaktiokinetiikka – k-valueKierrätysbetonin karbonatisoituminenCase examplesGlobal carbon uptake by cement carbonationLife cycle greenhouse gas emissions of blended cement concrete including carbonation and durability�-Piqueras & al., 2014Preliminary investigation into the rate of carbonation of concrete blocks under normal production yard conditionsThe Co₂ balance of concrete in a lifecycle perspectiveBetonimurskeestaco₂ uptake in cement containing productsProjektin tavoitteiden konkretiaaKiitos!