Sementtituotannon prosesseihin kehitetty merkittävä hiilidioksidipäästöjen vähennys

Oulun yliopiston teollisuuden sivuvirtojen hyötykäyttöä sementinvalmistuksessa tutkivassa CECIRE-tutkimushankkeessa (Cement From and For Circular Economy) on kehitetty teollisuuden epäorgaanisista jätteistä ja sivuvirroista valmistettavaa ekosementtiä (nk. kalsiumsulfoaluminaatti-sementtiä), joka auttaa vähentämään materiaaleista peräisin olevia hiilidioksidipäästöjä jopa 90 prosenttia ja sementin valmistuksen kokonaishiilidioksidipäästöjä jopa 60 prosenttia verrattuna perinteiseen kalkkikivestä valmistettuun sementtiin. 

Sementtiteollisuus aiheuttaa noin 8% maailman hiilidioksidipäästöistä. Noin kaksi kolmasosaa (2/3) näistä päästöistä syntyy kalkkikiven kalsinoinnista (CaCO3 -> CaO + CO2) ja yksi kolmasosaa (1/3) polttoaineen palamisesta korkean lämpötilan sementtiuuneissa (~1500 °C). Nyt kehitetyn sementtilaadun valmistusprosessi vähentää kalsinoitavan kalkin tarvetta, sekä vaatii alemman tuotantolämpötilan. Kaivos-, metalli-, kemian ja energiateollisuudessa syntyvät epäorgaaniset jätteet ovat määrältään suurin vuosittainen jäte-erä Suomessa, lähes sata miljoonaa tonnia. Teollisuuden jätteiden läjitys on kallista, joten materiaalien hyötykäyttö on myös taloudellisesti merkittävää.

Oulun yliopistossa nyt kehitetyn, hiilidioksidipäästöjä alentavan, ekosementin olennainen osa on sideaineina toimivat teollisuudensivuvirroista saadut raaka-aineet. Kalsiumsulfoaluminaatti (CSA) -sementti, on katsottu erinomaiseksi täyttömateriaaliksi esimerkiksi kaivoksissa, sulfaattipitoiseen jätemateriaalin stabiloimiseen, sekä yhtenäisiin valuihin kuten betonielementteihin. CSA-sementtiä voidaan myös tuottaa nykyisessä sementtitehtaan kokoonpanossa ilman suuria muutoksia tai pääomasijoituksia.

Metalliteollisuus tuottaa huomattavan määrän epäorgaanista kuonaa, joka sisältää CSA-sementtiin tarvittavat ainesosat, alumiinioksidin, kalkin, piidioksidin ja raudan oksideja. CECIRE-projektissa näitä metallurgisen teollisuuden jäämiä yhdistettiin muihin teollisuuden sivutuotteisiin teollisessa mittakaavassa. ”Tutkimuksen saattaminen laboratoriosta käytäntöön on ollut erittäin palkitsevaa. Yhteistyöllä olemme saavuttaneet merkittäviä tuloksia epäorgaanisen kiertotalouden haasteiden ratkaisemisessa”, kommentoi Oulun yliopiston väitöskirjatutkija Visa Isteri.

Tohtori Theodore Hanein, Sheffieldin yliopiston materiaalitieteiden ja tekniikan laitokselta osallistui vaihtoehtoisten sementtien tutkimukseen ja teolliseen skaalaukseen. ”Olemme onnistuneesti luoneet symbioottisia ratkaisuja suurteollisuuteen, jotka hyödyntävät sekä ilmastoa että teollisuutta. Meillä on nyt riittävästi tutkimusaineistoa materiaalien ominaisuuksien ja suorituskyvyn arvioimiseksi”.

CECIRE-hankkeen tavoitteena on ollut materiaalitehokkuuden parantamisen ohella lisätä jätteiden arvoa kehittämällä niistä uusia tuotteita ja testaamalla uusia käyttösovelluksia. Samalla on kehitetty uusia epäorgaanisten mineraalisten materiaalien jätehallinnan toimintamalleja ja luotu uusia liiketoimintamahdollisuuksia epäorgaanisten jätemateriaalien kiertotalouteen.

Business Finlandin rahoittaman hankkeen ovat toteuttaneet Oulun yliopiston prosessimetallurgian ja kuitu- ja partikkelitekniikan tutkimusyksiköt, jotka kuuluvat Oulun yliopistolle perustettuun kiertotalouden tutkimuskeskittymään, InStreams Hubiin, joka keskittyy ratkomaan epäorgaanisen kiertotalouden ympäristöhaasteita ja löytämään teollisuuden sivuvirroille uusia, liiketaloudellisesti kannattavia, käyttökohteita. Hankkeen vastuullisena johtajana on toiminut professori Timo Fabritius. Teollisia yhteistyökumppaneita olivat Boliden Harjavalta, Boliden Kokkola, Fortumin kierrätys- ja jäteratkaisut,  Outokumpu, ja Yara Suomi. Manatee Consulting Limited (UK) osallistui käytännön toteutukseen.