Betonin ympäristövaikutukset

28.01.2020

Betoni on nykyisin ihmiskunnalle käytännössä välttämätön rakennusmateriaali. Sitä valmistetaan maailmanlaajuisesti noin 4-4,5 miljardia tonnia vuosittain(1). Suomessa vastaava tuotanto on noin 10 miljoonaa tonnia (2). Ympäristövaikutusten kannalta merkittävin betonin raaka-aine on sementti, jonka osuus betonissa on tyypillisesti noin 8-16 painoprosenttia (3). Huolimatta sementin pienestä osuudesta betonin massasta, betonin kasvihuonekaasupäästöistä kuitenkin selvästi suurin osa, noin 60-80 prosenttia muodostuu sementin päästöistä (4). Tavanomaisen rakennebetonin keskimääräinen hiilidioksidipäästö on noin 150 kg/m3, joten sementin osuus tästä on noin 105 kg5. Sama määrä hiilidioksidipäästöjä syntyy esimerkiksi ajettaessa 650 km henkilöautolla (6). Sementin osuus koko maailman hiilidioksidipäästöistä on noin 5 % (7), Suomen päästöistä hieman yli 1 % (5). Vertailun vuoksi kaupallisen lentoliikenteen päästöt vastaavat 2,4 prosenttia ihmisen aiheuttamista globaaleista hiilidioksidipäästöistä (8).

Sementin suuri osuus betonin hiilidioksidipäästöistä muodostuu sementin pohjamassan, klinkkerin, valmistukseen tarvittavasta energiasta ja sementtiin käytettävän kalkkikiven koostumuksen muutoksesta. Sementin valmistuksessa kalkkikivi ja muut sementin sisältämät aineet kuumennetaan noin 1450 asteen lämpötilaan (3). Vaikka lämpötilan saavuttamiseksi tarvitaan paljon hiilidioksidipäästöjä aiheuttavaa energiaa, merkittävämpi päästölähde on kalkkikiven koostumuksen valmistuksenaikainen muuttuminen (kalsinaatio). EU:ssa kalkkikivi aiheuttaa noin 60 % sementtiklinkkerin päästöistä (7). Sementin valmistuksen hiilidioksidipäästöjä on onnistuttu vähentämään viimeisten vuosikymmenten aikana jonkin verran teknisillä ratkaisuilla ja kierrätyspolttoaineiden käytöllä. Kalkkikiven aiheuttamiin päästöihin ei kuitenkaan ole teknistä ratkaisua, mikä on toistaiseksi rajoittanut huomattavasti sementinvalmistuksen päästöjen laskupotentiaalia.

Hiilidioksidipäästöjen lisäksi sementin valmistuksessa syntyy rikkidioksidi-, typpioksidi- ja hiukkaspäästöjä. Suomessa näistä rikki- ja hiukkaspäästöt on saatu jo hyvin matalalle tasolle. Myös typpioksidipäästöjä on onnistuttu madaltamaan, mutta madalluspotentiaalia on yhä rikki- ja hiukkaspäästöihin verrattuna huomattavasti. (5)

Betonin lisä- ja seosaineina hyödynnetään mm. lämpövoimaloissa syntyvää lentotuhkaa ja terästeollisuuden masuunikuonaa (9). Näiden hyödyntäminen on osa betoniteollisuuden merkittävää toimintaa kiertotalouden edistämiseksi (10). Tuhkan ja kuonan sisältämien, mahdollisesti haitallisten aineiden päätymistä ympäristöön betonirakenteista on pidetty riskinä, sillä niiden pitoisuuksista ei ole betonin valmistajalla välttämättä tarkkaa tietoa (11). Haitta-aineiden päätymisestä betonirakenteista esimerkiksi sisäilmaan ei ole riittävästi tutkittua tietoa, jotta voitaisiin varmasti todeta, ettei minkäänlaisia haittavaikutuksia ole.

Betonin ominaisuudet tekevät siitä käytännössä korvaamattoman rakennusmateriaalin

Edellä mainituista negatiivisista ympäristövaikutuksista huolimatta betoni on yhä erittäin tärkeä materiaali yhteiskuntien toimivuuden kannalta. Betonilla on useita hyödyllisiä ominaisuuksia, joiden myötä siitä on tullut käytännössä korvaamaton rakennusmateriaali voimakkaasti urbanisoituneessa ja tieliikenteeseen nojaavassa maailmassa. Betonin rakennusteknisiä ominaisuuksia ovat mm. rakenteellinen lujuus, palonkestävyys, äänieristävyys, kosteudensietokyky, lämmöntasaamiskyky ja edullisuus (12).

Betonin valmistus on kiistämättä ympäristölle haitallista. Materiaalina betonilla on kuitenkin myös ominaisuuksia, jotka voivat edesauttaa ympäristökriisien torjumisessa ja niiden vaikutusten lieventämisessä. Betoni on pitkäikäistä (13). Siitä voidaan valmistaa rakenteita, joiden käyttöikä lasketaan jopa sadoissa vuosissa. Lisäksi betoni on muuntojoustava materiaali eli siitä valmistettuja rakenteita voidaan muokata helposti eri käyttötarkoituksiin (5).  Tämä on merkittävää nopeasti muuttuvissa yhteiskunnissa, sillä enää on harvinaista, että rakennusten käyttötarkoitus pysyy samana koko niille lasketun käyttöiän ajan. Kun rakennusta voidaan kustannustehokkaasti muokata eri käyttötarkoituksiin, vältytään purkamiselta ja uuden rakentamiselta. Samalla säästyy huomattava määrä neitseellisiä luonnonvaroja ja syntyy merkittävästi vähemmän päästöjä. Betoni soveltuu myös erinomaisesti osaksi kiertotaloutta. Tästä kertovat mm. betonin korkea, 80 prosentin kierrätysaste Suomessa ja betonin valmistuksessa laajalti hyödynnettävät uusiomateriaalit ja kierrätyspolttoaineet (14). Kierrätysasteen nostaminen tästäkin on periaatteessa mahdollista, sillä ominaisuuksiensa puolesta betoni voidaan kierrättää 100 prosenttisesti (1).

Yksi merkittävimmistä betonin ilmastohyödyistä on sen kyky sitoa hiilidioksidia ilmakehästä (15). Tämä perustuu sementin sisältämän kalkin karbonatisoitumiseen (7). Karbonatisoitumisessa hiilidioksidi reagoi kalkin kanssa muodostaen kalsiumkarbonaattia. Tämä kemiallinen reaktio on melko hidas, mutta merkittävä huomioitaessa betonin koko elinkaarenaikaiset ympäristövaikutukset. Erityisen tehokasta karbonisoituminen on, kun käyttöikänsä päähän tullut rakennus puretaan ja betoni murskataan (16). Tällöin karbonatisoitumiseen altistuva betonin pinta-ala kasvaa huomattavasti, mikä mahdollistaa hiilen tehokkaamman sitoutumisen. Näin ollen hyöty betonin hiilensidontakyvystä voidaan maksimoida betonirakenteet murskaamalla ja käyttämällä murske esimerkiksi tierakenteissa sen jälkeen, kun betonirakenteita ei voida hyödyntää enää sellaisenaan uudelleen. Arvioiden mukaan sementtiklinkkerin valmistuksen aiheuttamista päästöistä noin 25 prosenttia voidaan saada sidottua takaisin betonirakenteeseen karbonisoitumisen myötä, mikäli kierrätyksessä noudatetaan tätä edistäviä toimintatapoja (7). Karbonatisoitumisen hyödyntämisellä ilmastonmuutoksen vastaisissa toimissa voi olla vielä enemmän potentiaalia ja asian tutkimiseen kiinnitetään yhä enemmän huomiota (1, 7, 17).

Mahdollisuuksia betonirakentamisen tuottamien päästöjen vähentämiseksi

Euroopassa sementtiteollisuuden aiheuttamat päästöt ovat laskeneet 14 prosenttia vuosien 1990 ja 2015 välillä (1). Mahdollisuuksia betonirakentamisen päästöjen vähentämiseen on kuitenkin huomattavasti enemmän, mikäli betoniteollisuuden eri toimijat sitoutuvat päästövähennystavoitteisiin (7). Ensisijaista päästövähennysten kannalta on välttää turhaa rakentamista. Tarkoituksenmukainen suunnittelu, laadukas rakentaminen, huollettavuus ja muunneltavuus vähentävät tarvetta uusiorakentamiselle. Mikäli rakennuskantaa uusitaan, tulisi rakentamisessa kiinnittää huomiota juuri rakennuksen pitkäikäisyyden ja energiatehokkuuden varmistamiseksi.

Lisäksi materiaalien valinnassa on tärkeää huomioida tarkoituksenmukaisuus: kuinka paljon neitseellisistä raaka-aineista voidaan korvata kierrätysraaka-aineilla, voidaanko betonia korvata jollain muilla materiaaleilla rakennuksen elinkaarenaikaisen ekotehokkuuden kärsimättä tai miten paljon betonin sisältämän sementin määrää voidaan vähentää laadun kärsimättä. Esimerkiksi käyttämällä matalamman sementtipitoisuuden kevytbetonia voidaan saavuttaa 25-50 prosenttia pienemmät hiilidioksidipäästöt ns. normaalitason lujuusluokan betonin käyttöön verrattuna (5). Erityisen tärkeää hiilidioksidin maksimaalisen sitomisen kannalta on hyödyntää mahdollinen ylijäämä-/purkubetoni uudelleen esim. elementteinä tai betonimurskana.

Sementin valmistamisessa voidaan hyödyntää erilaisia teknisiä ratkaisuja, kuten energiatehokkaampia sementtiuuneja. Teknologian kehittyessä päästötasot voivat laskea merkittävästi muutaman vuosikymmenen aikana. Esimerkiksi Euroopan sementtijärjestön (Cembureau) julkaisun mukaan jopa 80 prosentin päästövähennys vuosien 1990 ja 2050 välillä on mahdollinen teknologisen kehityksen myötä (7) . Vastaavasti nykyisillä menetelmillä päästövähennys jäisi 32 prosenttiin. Teknisten ratkaisujen lisäksi kierrätyspolttoaineiden ja esimerkiksi kivihiileen verrattuna vähemmän hiilidioksidipäästöjä aiheuttavien polttoaineiden käytöllä voidaan madaltaa sementin hiili-intensiivisyyttä (16). Sementin valmistuksessa syntyy huomattava määrä lämpöenergiaa, joka voidaan ohjata kaukolämmöksi ja korvata näin muita lämpöenergian tuottoon käytettyjä polttoaineita (1).


Lopuksi: Betonin ympäristövaikutukset ovat osa rakentamisen ja infrastruktuurin kokonaisuutta

Betonin ympäristövaikutuksia tarkasteltaessa tulee huomioida betonin yhteiskunnallinen merkitys ja rakennuskannan koko elinkaaren aikaiset ympäristövaikutukset (18). Vaikka betonin ja erityisesti siinä sideaineena käytetyn sementin negatiiviset ympäristövaikutukset ovat merkittäviä, suuri osa rakennuskannan ympäristövaikutuksista syntyy rakennusten käytön aikana. Rakennuksen elinkaarenaikaisista päästöistä 7-20 prosenttia muodostuu materiaalien valmistamisesta ja rakentamisesta (5, 18, 19). Loput ovat käytönaikaisia päästöjä, joita aiheutuu esimerkiksi rakennusten lämmityksestä.

Ympäristöarvojen lisäksi kokonaisvaltaisen kestävyyden kannalta betonirakentamisen kohdalla korostuvat sosiaaliset ja taloudelliset arvot (19). Huolellisesti toteutettu betonirakentaminen on pitkäikäistä ja taloudellisesti kannattavaa. Korkea asuin- ja käyttömukavuus edesauttaa myös kestävän rakentamisen toteutumista vähentämällä muutosrakentamisen ja purkamisen tarvetta.


Lähteet


1 Finnsementti Oy. (2019). Ympäristöraportti 2019.


2 Betoniteollisuus ry. (2010). Betoni säästää ympäristöä ja luonnonvaroja.


3 Betoniteollisuus ry. (n.d.). Betonin valmistus. Viitattu 17.1.2020 https://betoni.com/tietoa-betonista/perustietopaketti/betoni-rakennusmateriaalina/betonin-valmistus/


4 Punkki, J., Lounamaa, A. & Junnila, S. (2010). Betonirakenteiden merkitys rakennuksen elinkaaren aikaisista hiilidioksidipäästöistä. Betoni 1|2010, 46-49.


5 Mattila, J. (2014). Betoni ja ympäristö. Rakentajain kalenteri 2015, 116-124.


6 Traficom. (2019). Hiilidioksidipäästöt. Viitattu 18.1.2020 https://www.liikennefakta.fi/ymparisto/henkiloautot/hiilidioksidipaastot


7 Cembureau. (2019). The role of CEMENT in the 2050 LOW CARBON ECONOMY. The European Cement Association.


8 ICCT. (2019). CO2 emissions from commercial aviation, 2018. Working Paper 2019-16. The International Council on Clean Transportation.


9 Betoniteollisuus ry a. (n.d.). Sementti ja kasvihuonekaasupäästöt. Viitattu 18.1.2020. https://betoni.com/tietoa-betonista/perustietopaketti/betoni-rakennusmateriaalina/sementti-seosaineiden-kaytto/


10 Mattila, J. & Kaskiaro, T. (n.d.). Kivi kiertää. Viitattu 18.1.2020. https://kivifaktaa.fi/faktapankki/kivi-on-ymparistoystavallinen-materiaali/kivi-kiertaa/


11 Pulkkinen, K. (2013). Betonin pimeä puoli: Terveys ja ympäristöriskejä ei tunneta. Kemia 7/2013, 12-17.


12 Betoniteollisuus ry b. (n.d.). Betonin ominaisuudet ja käyttö. Viitattu 18.1.2020. https://betoni.com/tietoa-betonista/perustietopaketti/betoni-rakennusmateriaalina/betonin-ominaisuudet-ja-kaytto/


13 Betoniteollisuus ry c. (n.d.). Betonin käyttöikä. Viitattu 19.1.2020. https://betoni.com/tietoa-betonista/perustietopaketti/betoni-rakennusmateriaalina/betonin-kayttoika/


14 Betoniteollisuus ry d. Kiertotalous toimii. Viitattu 19.1.2020. https://betoni.com/tietoa-betonista/perustietopaketti/ekologisuus/kierratys/


15 Xi, F. et al. (2016). Substantial global carbon uptake by cement carbonation. Nature Geoscience, 9(12), 880-883.


16 Virtanen, J. (2010). Betoni on hiilidioksidinielu. Betoni 4|2010, 42-45.


17 Kekkonen, T. 2019. CO₂ncrete Solution -hanke tutkii hiilidioksidin sitoutumista betoniin. Betoni 3|2019, 96-99.


18 Rakennusteollisuus RT ry. (n.d.). Kestävä rakentaminen torjuu ilmastonmuutosta.


19 Viestintätoimisto Povitasku Oy. (2011). Kivirakentamisen ympäristöopas.