Mullistava suomalaisinnovaatio vähentää betonirakentamisen päästöjä jopa 80 %

Rakennusala tuottaa yli 20 prosenttia maailman CO2 -päästöistä. Betonirakentamisessa yksi suurimmista haasteista on betonissa käytettävä sementti, jonka tuotanto aiheuttaa merkittävän hiilidioksidikuorman.

Betoni ei ole mikään uusi keksintö. Se tunnettiin jo ajanlaskumme alun Roomassa, jonka varhaisimpia betonirakenteita lienee Pantheon. Portland-sementin myötä betonin käyttö keksittiin kuitenkin uudestaan 1800-luvulla ja tekniikka levisi nopeasti etenkin patsaiden ja koristeaiheiden valmistukseen. Meillä Suomessa vanhimpia käyttökohteita ovat taidokkaasti valetut portaikot, joita löytyy edelleen lähes kaikista viime vuosisadan vaihteen kivitaloista.

Raudoittaminen avasi laajat mahdollisuudet hyödyntää betonia avarien tilaratkaisujen ja siltojen rakentamiseen. Tieto betonin käytöstä rungon rakentamiseen levisi maailmanlaajuisesti Pariisin maailmannäyttelyssä vuonna 1900.
Suomen ensimmäinen teräsbetonisilta, Tönnön silta Orimattilassa valmistui vuonna 1911, ja on edelleen käytössä.  Helsinkiin nousi nopeasti viime vuosisadan alussa aikansa uutta betoniarkkitehtuuria ja -tekniikkaa edustavia julkisia rakennuksia, joista mainittakoon rautatieasema, eduskuntatalo, Stockmann ja Taidehalli.

Vihreä murros haastaa betonirakentamisen

Betoni on edelleen veden jälkeen maailman eniten käytetty materiaali, ja siksi sen tuottamat päästöt ovat myös mittavat. On laskettu, että maassamme käytetään asukasta kohden noin 500 litraa betonia vuodessa.

– Suurin osa betonista on hiekkaa, ja sementin tehtävänä on toimia sideaineena, toisin sanoen sitoa betonin kiviaineet toisiinsa kiinni, Betolarin toimitusjohtaja Matti Löppönen valottaa.

Sementti muodostuu pääosin kalkkikivestä, eli kalsiumkarbonaatista. Sementtiuunissa poltettaessa siitä vapautuu iso määrä hiilidioksidia ilmakehään. Tämä on sementtituotannossa haasteellista mutta väistämätöntä. Toinen ympäristön kannalta kriittinen tekijä on valmistuksessa käytettävä energiamuoto.

– Suomessa on tehty merkittävää työtä päästöjen vähentämiseksi tällä saralla siirtymällä ympäristöystävällisempiin energiamuotoihin ja teknologiaan, hän huomauttaa.

Tästä huolimatta CO2 -päästöt ovat meillä Suomessakin edelleen 745 kg tuotettua sementtitonnia kohden. Sementtipohjaisesta betonista noin kolmannes on sementtiä. Siinä missä Suomessa on panostettu vahvasti ympäristöystävällisempään tuotantoon, maailmalla sementtiä tuotetaan kuitenkin vielä paljon fossiilisilla polttoaineilla, kuten kivihiilellä. Suomen sementtiteollisuuden on määrä puolittaa hiilidioksidipäästöt vuoteen 2050 mennessä. Tavoite on kunnianhimoinen ja edellyttää tuottajilta miljoonien eurojen laiteinvestointeja.

Tähän betoniteollisuuden haasteeseen kotimainen Betolar on kehittänyt uuden sukupolven Geoprime®-geopolymeeriratkaisun, jonka avulla päästöjä voidaan vähentää merkittävästi. Vähähiilisyyden ohella materiaaliteknologia mahdollistaa nopeasti kasvavien jätevirtojen tehokkaan hyödyntämisen ja vauhdittaa muutosta kohti kestävää rakentamista ja kiertotaloutta.

Koekappaleita

Tuotannon sivuvirrat järkikäyttöön

Kaikki sai alkunsa ennakkoluulottomasta visiosta korvata betonin raaka-aineena käytettävää sementtiä sivuvirtapohjaisella materiaalilla. Yhtiön perustaja Juha Leppänen oli aloittanut ulkokäyttöön tarkoitettujen betonikalusteiden tuotannon hiljattain avatussa tuotantolaitoksessa, kun hän sai ajatuksen kokeilla  voisiko osan sementistä korvata tuhkalla.

– Tarkoitus oli laajentaa betonituoteryhmää ja testi onnistui hienosti heti ensi yrittämällä. Tulin ajatelleeksi, että entäpä jos asiaa lähestyisikin aivan toisesta kulmasta, eikä käyttäisi sementtiä lainkaan, onnistuisiko tuhkan kovettaminen siten, hän kertoo.

Testitulokset olivat niin lupaavia, että Leppänen tarttui luuriin ja soitti yhtiön sijoittajalle Ari Salmivuorelle mullistavasta oivalluksestaan.

– Ari oli hetken hiljaa ja kysyi sitten, että otetaanko riski – myy tuotantolaitteet pois ja suunnataan kaikki panostus tutkimukseen. Ei voi olla huono idea tehdä jätteestä arvotavaraa, Leppänen kertoo.

Sen jälkeen alkoi tapahtua paljon ja nopeassa tahdissa. Toiseksi sijoittajaksi tuli pian mukaan Olli-Pekka Kallasvuo. Kuukauden verran Betolarissa tehtiin tiivistä työtä pienellä tuotantoporukalla. Sitten palkattiin ensimmäinen kemian tohtori selittämään, miksi prosessi toimii siten kuin se toimii. Henkilöstömäärä on kasvanut sittemmin 35 kokopäiväiseen työntekijään.

Betolarin innovaation avulla eri tuotannonalojen sivuvirroista voidaan valmistaa vähähiilisiä rakennusmateriaaleja, jopa täysin ilman sementtiä. Uudet materiaalit vastaavat kestävyydeltään ja lujuudeltaan perinteisiä ratkaisuja niiden hiilijalanjäljen ollessa kuitenkin jopa 80 % pienempi. Tuotekehitystä on vauhdittanut yhtiön toimitusjohtajan mukaan hyvän tiimin löytyminen.

– Suomessa on huimaa betonitoimialan ja geopolymeeripuolen osaamista. Meillä on ollut onni löytää oikeat asiantuntijat kaikille osa-alueille, niin teollisuuden, tuotekehityksen kuin rahoitus- ja skaalautumispuolen haasteisiin, Matti Löppönen toteaa.

Säästää neitseellisiä luonnonvaroja

Betolar hyödyntää teräs-, kaivos- ja metsäteollisuuden sekä energia-alan sivuvirtoja tuottamalla vähähiilisiä rakennusmateriaaleja jopa täysin ilman sementtiä.

– Kansankielellä puhuttuna hyödynnämme sellaisia jätevirtoja, joita syntyy jonkin muun valmistusprosessin sivutuotteena, Leppänen kuvailee.

Raaka-aineen päästöt ovat niiden osalta syntyneet jo ensisijaisen tuotteen valmistuksessa, ja ilman tätä hyödyntämistä ne vain kuormittaisivat ympäristöä päätyessään jäteasemalle hävitettäviksi.  Nyt ne voidaan kuitenkin hyödyntää betonin tuotantoon, mikä säästää ennen kaikkea myös neitseellisiä luonnonvaroja.

Sementinvalmistuksessa tarvittavan kalkkikiven louhinta ei ole nimittäin aivan mutkatonta. Esimerkiksi naapurimaassamme Ruotsissa se on aiheuttanut Gotlannissa isoja ympäristöhaasteita. Kalkkikiven louhiminen on vaikuttanut alueella muun muassa pohjaveden pintaan, ja vaarana on, että meriveden suola pilaa pohjaveden pysyvästi, mikäli louhintaa jatketaan. Betolarin ratkaisussa voidaan sideaineen korvaamiseen käyttää hyvin monen tyyppisiä sivuvirtoja.

– Siinä missä sementissä käytetään kalsiumoksidia, joka saadaan polttamalla kalsiumkarbonaattia, ja josta tulee veden avulla kalsiumhydroksidia, me puolestamme perustamme nämä alkaaliaktivoidut materiaalit geopolymeerireaktioon ei kalsiumhydroksidiin. Alkuaineet ovat siten hieman erit, hän valottaa.

Lopputulos muistuttaa luonnonkiven siderakennetta. Luonnossa geopolymeerejä syntyy esimerkiksi tulivuorenpurkauksissa. Prosessissa jäljitellään samaa reaktiota kemikaalien avulla. Sementin siderakenne on ketjumainen, kun taas Betolarin innovaatiossa se on verkkomainen tai laattamainen, eli alkuaineet kiinnittyvät useampaan alkuaineeseen. Tämä tuo monia etuja. Siderakenne on lähtökohtaisesti vahvempi kuin sementissä, vaikka kyse onkin sekareaktiosta, jossa on aina jonkin verran myös epäpuhtauksia. Se sietää lämpötilan muutoksia paremmin ja on myös sementtiä sitkeämpää.

– Työstöominaisuudet ovat säädettävissä samoin kuin sementtipohjaisessa betonissa. Oleellisin ero on kuitenkin siinä, että päästöt tipahtavat roimasti alas, hän huomauttaa.

Vanhempi tutkija Mahroo Falah sekä Mirja Piispanen.

Kustannustehokas ja helposti käyttöön otettava konsepti

Betolarilla ei ole tarkoitus itse tuottaa betonia, vaan tarjota asiakkaille valmis konsepti sen valmistukseen. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että betonielementtitehtaaseen tarvitaan vain muutama kemikaalisäiliö ja niiden annostelupumput. Kyseessä on siten hyvin pieni, muutaman kymmenen tuhannen euron investointi tehdasta kohden.

Siirtyminen uuteen materiaaliteknologiaan on vaivatonta. Käytössä ovat samat kiviaineet, kuin aiemminkin. Sementtisiiloon laitetaan vain sementin tilalle sivuvirtapohjainen sideaine. Toimenpide on nopea, muutos vähäinen, ja prosessi toimii täysin samoin kuin tähänkin asti. Pilottikohteissa saadut kokemukset ovat olleet erinomaisia. Moni asiakas onkin Löppösen mukaan yllättynyt siitä, miten vähäisillä ja nopeilla muutoksilla uusi tuotanto on mahdollista.

– Esimerkiksi eräässä pihakiviä valmistavassa tehtaassa kytkettiin pilotoinnin ajaksi paikoilleen kemikaalisäiliöt, ja tuotanto pysähtyi siinä välissä vain puolentoista minuutin ajaksi. Sen jälkeen tuotantolinjalta tuli ulos täysin sementittömiä laattoja puolentoista vuorokauden ajan. Seisokki ei kestänyt sen pidempään, hän toteaa.

Hieman isompien kemikaalisäiliöiden asennus vie toki jonkin verran pidemmän aikaa, mutta kaikkiaan tuotantoon ei tule pahempia seisokkeja. Pilottikohteissa on havaittu myös muita positiivisia muutoksia – esimerkiksi se että betonimylly pysyy paljon puhtaampana kuin aiemmin.

Tähtäimessä globaalit markkinat

Innovaatio vastaa globaalisti rakentamisen haasteisiin myös siksi, että se on helposti sovellettavissa eri puolilla maailmaa.

– Muista toimijoista poiketen pystymme hyödyntämään hyvinkin laajasti erilaisia sivuvirtoja. Olemme testanneet satoja eri vaihtoehtoja hyvin tuloksin, Löppönen toteaa.

Betolarilla on vahva näkemys siitä, että ratkaisun avulla pystytään tarvittaessa pidemmällä aikavälillä korvaamaan kaikki sementin käyttö, päinvastoin kuin sementtiteollisuudessa yleisesti ajatellaan. Esimerkiksi energiantuotannosta syntyy lentotuhkaa mm. kivihiilestä, joiden voimaloita rakennetaan edelleen muualle maailmaan. Kivihiilen tuhka on hyvin tasalaatuista missä päin maailmaa tahansa.

Myös terästeollisuuden kuonat, kalkki, sekä erilaiset savipohjaiset maa-ainekset sekä piipohjainen, teollisten prosessien sivuvirtana syntyvä poltettu kvartsi toimivat raaka-aineina.
Alumiinintuotannosta syntyvä bauksiitti on ollut pitkään iso rasite ympäristölle ja sitä syntyy valtavia määriä. Nyt se voidaan hyödyntää betoninvalmistukseen. Aasiassa poltetaan paljon riisinkuorta, jonka tuhka on myös erittäin hyvä raaka-aine.

Erilaisia sivuvirtoja on siten valtava määrä ja niiden hyödyntäminen ei vain poista jäteongelmia vaan säästää samalla luonnonvaroja ja edistää luonnon monimuotoisuutta. Toinen merkittävä tekijä on logistinen hiilijalanjälki. Yleensä energiaa tuotetaan siellä missä kulutus on kovaa, ja voimalat sijaitsevat suurten kaupunkien läheisyydessä. Sementtikaivos voi sen sijaan olla hyvinkin kaukana betonintarpeesta, mikä tuottaa haasteita kuljetukselle ja kuormittaa ympäristöä.

– Sementtibetoni on hieno materiaali, mutta haasteena ovat sen aiheuttamat hiilidioksipäästöt. Ongelmaan on haettu ratkaisua mm. hiilensieppausmenetelmästä, johon liittyy kuitenkin vielä paljon epävarmuustekijöitä, ja joka vaatii valmistajilta satojen miljoonien eurojen investointeja, Juha Leppänen huomauttaa.

– Parhaimmillaankin sementtibetonin valmistuksessa on mahdollista päästä noin 50 % leikkaukseen CO2 -päästöissä, kun Betolarin innovaatiossa jo nyt hiilidioksidipäästöt on saatu laskettua 80 %.

Betolar ei rakenna omia tehtaita, vaan auttaa nykyisiä valmistajia lisenssioimalla heille valmiin konseptin johon kuuluvat niin reseptiikka, tuotanto- ja koulutustuki, kuin digitaalinen koulutusratkaisu. Kokonaisvaltaiseen konseptiin liittyy myös tekoälyalusta, jonka avulla teollisuusprosesseja voidaan valvoa ja tehostaa. Jatkossa myös sivuvirtojen hallinta tulee ohjautumaan sen kautta.

Viimeisimmät pilotit on tehty Euroopan suurimman betonituotevalmistajan tanskalaisen IBF:n kanssa. Niiden tarkoitus on johtaa kaupalliseen toimintaan. Yhtiö on tämän myötä siirtymässä kaupalliseen skaalautuvaan vaiheeseen.
Samanaikaisesti Betolar on käynnistämässä ensimmäiset pilottinsa Intiassa ja Vietnamissa, jonne on jo palkattu teknisen ja kaupallisen puolen henkilöstöä.

– Siellä on isoa kiinnostusta ja tilausta ratkaisullemme, etenkin kun ne ovat tuolla markkina-alueella hintansa puolesta vieläkin kilpailukykyisempiä, hän kertoo.

Konsepti on herättänyt Leppäsen mukaan vahvaa luottamusta.

– On ollut upeaa huomata, miten Suomessa on valtava halu vaikuttaa asioihin. Ihmisten ymmärrys ympäristön tilasta ja siitä huolehtimisen merkityksestä on selvästi kasvanut. On hienoa, että voimme yhtiönä vastata globaaliin haasteeseen viemällä edistyksellistä teknologiaa sinne, missä päästöt ovat nyt suuria, Juha Leppänen päättää.

 

Betolar aikajanalla

2016  Betolar perustetaan

2017  Alkuvaiheen painopisteenä on geopolymeeritutkimus ja -kehitys. Betolar saa ensimmäisen merkittävän rahoituksen Ajanta Oy:ltä

2018  Betolar jättää ensimmäiset patenttihakemukset

2019  Mediakiinnostus kasvaa, Ylen artikkeli
tuo runsaasti näkyvyyttä. Betolar valitaan yhdeksi kiinnostavimmista kiertotalousalan yrityksistä Suomessa ja sille myönnetään ensimmäiset patentit

2020  Mukaan tulee kolme uutta pääomasijoittajaa; Voima Ventures, Taaleri ja Valve Ventures

2021  Betolarin pääomasijoitusta liittyivät vahvistamaan Nidoco, Kiilto Ventures, Kilo Invest ja Ahti Invest

Lähde: Betolar.com

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on whatsapp
Ympäristö & Yritys Tänään- Tilaa uusi lehti Diginä

UUSIN LEHTI

Liity Facebook -ryhmään

Tilaa uutiskirje

Viikottainen kooste alan tärkeistä uutisista sähköpostiisi

Tulevat tapahtumat

Teräskolmio Oy- Ympäristä & Yritys Tänään

Sivustolla käytetään evästeitä, joilla voimme parantaa sivustoa ja käyttökokemustasi sekä kohdentaa markkinointiamme. Osa evästeistä on sivuston toiminnalle välttämättömiä. Lue tietosuojaselosteestamme, miten käsittelemme evästeisiin liitettyjä tietoja.