Innlegg: Hva gjør betongindustrien når vi går tom for flygeaske?

Tiden for rene Portlandsementer er forbi, og i løpet av noen år vil også sementer med flygeaske tilhøre fortiden. For bare noen tiår siden var Portlandsement (CEM I) lagd med klinker og gips standarden i bygg og anlegg. Flygeaske ble introdusert som klinkersubstitutt i første omgang for å redusere varmeutviklingen under herding, men viste seg å ha mange andre positive effekter på betongen. Ved å bruke flygeaske blir betongen tettere og mer bestandig. Betongens motstand mot både alkalireaksjon og armeringskorrosjon som følge av eksterne kloridkilder er betraktelig bedre for flygaskesement enn for Portlandsement. Produksjon av klinker er den mest forurensende delen av sementproduksjon, så ved å erstatte klinker med flygeaske reduseres også karbonfottrykket til sementen betraktelig.

Til tross for disse positive egenskapene er flygeaske på vei ut. Asken er et biprodukt fra kullfyrte kraftverk, og bruk av kull i energiproduksjon er ikke bærekraftig. Overgangen til fornybar energi krever utfasing av kullkraft, og dermed forsvinner også flygeasken. Europa er allerede langt på vei i denne prosessen, med Tyskland som et åpenbart eksempel.

Som Norges største leverandør av sement er flygeaskens utfasing et viktig tema for Heidelberg Materials. Store deler av vår sement produseres med flygeaske, og fremtidens sementer vil bruke mer og mer substituttmaterialer for å redusere klimafottrykket. Vi innledet derfor forskningsprosjektet NEWSCEM - «New Supplementary Materials in Cement Production» - for å finne alternativer til flygeaske. Prosjektet ble gjennomført fra 2018 til 2022 med deltagende bedrifter fra store deler av næringskjeden, fra materialprodusenter til konsulenter og byggherrer. Denne artikkelen er ment til å gi et innblikk i prosessen og utfallet av NEWSCEM og dermed fremtiden av sement i Norden.

Materialer som skal kunne erstatte flygeaske må oppfylle en del krav. Et av de viktigste er tilgangen på materialet. Det må være tilstrekkelig mengder som kan bli produsert til å dekke behovet for flygeaske i Nord-Europa. Samtidig må transporten av materialet til sementfabrikkene ha et lavt karbonutslipp og fornuftig kostnad, som da gir en fordel til produksjon i Norden og ved kysten for enklere båttransport.

Utover logistikk er det også en del kjemiske og fysikalske egenskaper som materialene må ha. De beste substituttmaterialene for klinker består i hovedsak av silisiumoksid og alumina. I tillegg må de være reaktive, slik at de kan bidra til styrkeutvikling tidlig i herdingen. Som regler innebærer dette at mesteparten av materialet er glassaktig og amorft. Reaktiviteten øker når materialene blir malt finere, så de må også være myke nok til å kunne males ned uten store energikostnader. Like viktig er også måten bestandigheten til betongen blir påvirket.

Første del av NEWSCEM var å kartlegge hvilke materialer som oppfylte disse kriteriene. Et bredt utvalg oppfylte kravene for tilgjengelighet, fra aske etter organisk avfallsforbrenning til kalsinerte leirer. 20 ulike substituttmaterialer ble evaluert i første runden av prosjektet, hvor de ble testet i mørtel for styrkeutvikling, vannbehov og herdetid. Reaktivitetene ble også målt med en kjemisk analyse. Disse testene var effektive til å luke ut dårlige kandidater. En håndfull av lovende materialer ble tatt videre til testing av mørtel og betong for både styrke og bestandighet. Kloridinntrengning, karbonatisering og alkalireaksjon ble testet, og resultatene ble sammenlignet med flygeaske. I tillegg var to doktorgradskandidater involvert i å undersøke hvordan kjemien i den hydrerende sementen oppførte seg med de nye materialene.

Les også:

PLUSS

Tildelt FoU-pris for forskning på sement­kjemi og bestandighet

Ved prosjektets ende sto tre materialer igjen som seriøse kandidater: En vulkansk pozzolan fra Island (VPI), et metallurgisk slagg og kalsinert leire. Alle tre er materialtyper som allerede brukes i andre deler av verden. Naturlige pozzolaner brukes i Midtøsten og Amerika, jernovnsslagg er vanlig i Tyskland, og kalsinert leire er et av de mest undersøkte substituttmaterialene de siste årene. Innen prosjektets ende hadde to suksessfulle støp med VPI-betong blitt utført, med like gode egenskaper som betong med flygeaske.

Nå i etterkant av NEWSCEM fortsetter arbeidet hos Heidelberg Materials med å utvikle kommersielle sementer med å bruke disse nye substituttmaterialene. Flere interne prosjekter pågår for å optimere finhet, substituttmengde, kalksteinsmengde, og andre faktorer for å utvikle gode sementer. Vi har også opprettet oppfølgingsprosjektet ZeroCarbCon, hvor formålet er å bruke disse materialene i nye sementer som vil kunne gi betonger med netto null CO2-utslipp.

Dette er et leserinnlegg og meninger i innlegget står for forfatterens regning.