Sementtikemian läpimurto - merkittävä askel kohti hiilineutraalin sementin valmistusta
Oulun yliopiston kuitu- ja partikkelitekniikan tutkimusyksikön tutkijat ovat löytäneet todisteita uuden magnesiumsilikaattisideaineen muodostumisesta. Uuden sementtimäisen sideaineen kemiallinen koostumus eroaa tavallisesta kalsiumpohjaisesta sementistä tavalla, joka voi mahdollistaa sementin valmistuksen tulevaisuudessa ilman raaka-aineisiin liittyviä hiilidioksidipäästöjä.
Nykyinen kalsiumpohjainen sementtiteollisuus tuottaa jopa 8 prosenttia maailmanlaajuisista hiilidioksidipäästöistä, joista puolet on vaikeasti vähennettäviä raaka-aineisiin liittyviä päästöjä. Nyt tehty sideainelöytö vie hiilineutraalin sementin tutkimusta merkittävästi eteenpäin. Tutkimustyötä rahoittivat Euroopan unionin tutkimus- ja innovaatio-ohjelma Horisontti 2020 ja Suomen Akatemia.
Teollisuuden prosesseihin on aktiivisesti kehitetty menetelmiä hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi, jotta väistämättömältä tuntuva ilmaston lämpeneminen saataisiin torjuttua. Kalsium-pohjainen Portland-sementtiteollisuus on rakennusteollisuuden suurin hiilidioksidipäästöjen aiheuttaja. Parin seuraavan vuosikymmenen aikana sementin kulutuksen odotetaan kasvavan merkittävästi kehitysmaiden suuren kysynnän vuoksi. Tämä tekee sementinvalmistukseen liittyvien hiilidioksidipäästöjen vähentämisen entistä kiireellisemmäksi.
Rakentamiseen ja sementinvalmistukseen liittyvän hiilijalanjäljen pienentäminen on Oulun yliopiston kuitu- ja partikkelitekniikan tutkimusyksikön ensisijaisia tutkimusaiheita. Väitöstutkija Harisankar Sreenivasan työskentelee tutkimusaiheen parissa, päävastuullisena ohjaajanaan apulaisprofessori Päivö Kinnunen. Sreenivasanin väitöskirja keskittyy magnesiumia sisältäviin vaihtoehtoisiin sementtimateriaaleihin, joiden hiilipäästöt ovat merkittävästi totuttua pienemmät.
Tutkimusta tehdään yhteistyössä Sheffieldin yliopiston (professori John Provis) sekä Oulun yliopiston NANOMO-yksikön kanssa (dosentti Wei Cao). Väitöskirjatyö rahoitetaan Euroopan unionin tutkimukseen ja innovaatioihin keskittyneestä Marie Skłodowska-Curie COFUND -ohjelmasta (Horisontti 2020), ja se kuuluu myös osaksi teollisten sivuvirtojen hyödyntämiseen keskittynyttä InStreams-osaamiskeskusta.
Tutkimuksen aikana tutkijat saivat todisteita rakenteeltaan amorfisen magnesiumsilikaattifaasin (AMS) muodostumisesta. Tämän faasin muodostuminen vahvistettiin käyttäen apuna edistyneitä karakterisointitekniikoita, kuten pyyhkäisyelektronimikroskopialla (SEM) ja NMR-spektroskopialla (kuvio 1). Sideainefaasin olemassaolosta on spekuloitu tieteellisessä kirjallisuudessa, mutta sen olemassaoloa ja ominaisuuksia ei ole aiemmin suoraan havaittu. Faasin pääkomponentit ovat magnesium ja pii, joilla on merkittäviä etuja kalsiumpohjaisiin sementteihin verrattuna. Suomessa on valtavia määriä magnesiumia ja piitä sisältäviä teollisia sivuvirtoja. Lisäksi nämä sivuvirrat eivät ole karbonaattipohjaisia, jolloin niiden hyödyntäminen raaka-aineina mahdollistaisi sementtisen sideaineen tuotannon ilman raaka-aineisiin liittyviä hiilipäästöjä, samalla kun jatkohyödynnettäisiin teollisuusjätettä.
Tutkimustyö julkaistiin sementtitutkimukseen keskittyvässä, alan arvostetuimmassa tieteellisessä lehdessä Cement and Concrete Research.
"Tämä on jännittävää!", Kinnunen toteaa. "Vaikka se ei johtaisi käytännön sovelluksiin, on löytö esimerkki pienistä voitoista, joita tarvitaan taistelussa ilmastokriisiä vastaan. Hiilineutraalin ja hiiltä sitovan betonin tutkimus on lisääntynyt valtavasti lyhyessä ajassa ja sovellukset, jotka vielä viisi vuotta sitten tuntuivat lähes mahdottomilta, ovat nyt siirtymässä käytäntöön. Nyt mielestäni on erittäin mahdollista, että sementti- ja betoniteollisuus ovat ilmastoneutraaleja vuoteen 2035 mennessä ja jopa hiilen nettositojia pidemmällä aikavälillä.”
Tutkimusta on kuitenkin jatkettava sen ymmärtämiseksi, miten magnesiumsilikaattifaasi vaikuttaa toivottuihin ominaisuuksiin. Faasi havaittiin osana monimutkaista materiaalia, ja koska tutkimus sen osalta on vasta alussa, ei ole vielä täysin selvää, että onko siitä hyötyä käytännön sovelluksissa. Muun muassa lujuuden kehitys, kemiallinen kestävyys, kutistuminen ja pitkäikaiskestävyys ovat betonille äärimmäisen tärkeitä ominaisuuksia, jotka tulee vielä selvittää löydetyn materiaalin suhteen.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
-Apulaisprofessori Päivö Kinnunen, Paivo.Kinnunen@oulu.fi, puh. 0505646642
-Väitöstutkija Harisankar Sreenivasan, Harisankar.Sreenivasan@oulu.fi, puh. 0503051220
Kuvat

Linkit
Tietoja julkaisijasta
Oulun yliopisto on monitieteinen, kansainvälisesti toimiva tiedeyliopisto. Tuotamme uutta tietoa ja ratkaisuja kestävämmän tulevaisuuden rakentamiseksi sekä koulutamme osaajia muuttuvaan maailmaan. Tärkeimmissä yliopistovertailuissa Oulun yliopisto sijoittuu kolmen prosentin kärkeen maailman yliopistojen joukossa. Meitä yliopistolaisia on noin 17 000.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Oulun yliopisto
Hubble-avaruusteleskooppi paljastaa ensimmäiset kuvat meneillään olevista ydintähtijoukkojen sulautumisista9.4.2025 18:00:00 EEST | Tiedote
Uusi tutkimus raportoi ensimmäisestä suorasta havainnosta sulautuvista tähtijoukoista galaksien keskustoissa. Sulautuminen tapahtuu pienten tähtijoukkojen valuessa galaksien keskustaan, jolloin ne voivat yhdistyä tultuaan tarpeeksi lähekkäin.
Korkeakoulujen ja lukioiden välisen yhteistyön odotukset korkealla mutta eivät aina kohtaa9.4.2025 06:47:00 EEST | Tiedote
Filosofian maisteri Joni Rajala on väitöskirjatutkimuksessaan tarkastellut oppilaitosten kiinnostusta osallistua vuoden 2018 voimaan astuneen lukiolain velvoittamaan yhteistyöhön sekä oppilaitosten yhteistyölle asettamia tavoitteita.
Moniammatillinen hoito voi vähentää alaselkäpotilaiden sairauspoissaoloja ilman lisäkustannuksia9.4.2025 05:50:00 EEST | Tiedote
Fysioterapeuttien roolia selkäpotilaiden hoidossa voidaan vahvistaa ja sairauspoissaoloja vähentää uudenlaisella hoitomallilla.
Maailman terveyspäivänä huomio äitien ja vauvojen hyvinvointiin – Oulun yliopiston tutkimus valottaa ennenaikaisen synnytyksen mekanismeja7.4.2025 05:50:00 EEST | Tiedote
Oulun yliopiston tutkimuksessa on saatu lupaavia tuloksia spontaanien ennenaikaisten synnytysten ehkäisemiseksi. Ennenaikainen synnytys on merkittävä riski sekä äideille että vauvoille, ja siihen liittyvät komplikaatiot ovat yksi suurimmista vastasyntyneiden kuolleisuuden syistä.
Uudet professorit esittäytyvät Oulun yliopistossa juhlaluennoilla ti 8.4.2025 klo 13–152.4.2025 12:16:00 EEST | Tiedote
Kuinka semanttinen viestintä määrittelee tietoliikenteen? Millainen on ohjelmistoarkkitehtuurin tulevaisuus, tai entäpä resilienssi yksilöllisesti ja alueellisesti? Kuulemme myös teräksen laatukysymyksistä, kun uudet professorimme johdattelevat kuulijoita ajankohtaisten tutkimusteemojensa äärelle kaikille avoimilla juhlaluennoilla Linnanmaan Tellus Stagella tiistaina 8.4.2024 kello 13–15. Tilaisuutta voi seurata myös etäyhteyksin.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme