Nýir ís­lensk­ir sem­entsí­auk­ar

Orðið er æ algengara að blanda ýmiskonar íaukum í sement til að hafa áhrif á gæði, endingu og eiginleika sementsbundinna efna (td. steinsteypu og múr). Sementsíaukar geta t.d. aukið langtíma styrk sementsefju, aukið þéttleika efjunnar og hentað vel til notkunar í massasteypum þar sem hitamyndun er lág. Notkun sementsíauka er m.a. gert í sparnaðarskyni, því yfirleitt eru þetta efni sem eru mun ódýrari en sement þar sem þetta eru aukaafurðir sem verða til í iðanaði eins og t.d. við vinnslu kísiljárns, stáls og kola. Notkun á slíkum hliðarafurðum stuðlar þannig að minni losun koltvíoxíðs (CO2) út í andrúmsloftið. Eru því íaukar á borð við kísilryk og flugösku gjarnan efst í huga við gerð umhverfisvænnar steinsteypu og bindiefna. Til dæmis setti Norcem „Standardsement FA“ sement á markað hérlendis árið 2012, en það sement inniheldur 18% flugösku til að draga úr umhverfisfótspori sementsins. Þróun síðastliðna ára er hins vegar sú að aðgengi að íaukum frá stóriðnaði er orðin mun erfiðara þar sem t.d. kolabrennsla og stálframleiðsla hefur dregist saman í vestrænum heimi. Verðið á þessum efnum hefur einnig rokið upp þar sem sementsiðnaðurinn leitar örvæntingarfullur eftir öllum leiðum til að draga úr umhverfisfótspori sínu. Því er nauðsynlegt fyrir Íslendinga að leita nýrra leiða í sementsíaukum og vegna jarðfræði landsins getum við fundið slík efni í námum landsins. Helst eru það gosefni sem hafa kólnað hratt undir jökli sem koma til greina, þar sem hröð storknun leiðir til myndlausar kristalbyggingar, en myndlaus steinefni geta frekar leysts upp við það háa pH sem myndast í sementsefju. Gosefni sem kólnar hægt hefur frekar kristallaða örsmæðabyggingu og þannig efni henta því ekki sem íaukar. Markmið verkefnisins er að kortleggja þá íauka möguleika sem til staðar eru á Íslandi og prófa virkni þeirra á tilraunastofu.

Bak­grunn­ur og for­saga

Virkni sementsíauka er tvennskonar. Flestir sementsíaukar hafa svo kallaða possólan virkni vegna innihalds á myndlausu SiO2 sem hvarfast við Ca(OH)2 (sem er myndefni sementsvötnunar) til að mynda kalsíum-sílikat-hýdröt sem eru aðal efnin sem gefa sementsefju styrk. Aðrir íaukar, þá sérstaklega GGBS, hafa virkni sem líkist sementi vegna hás kalsíum innihalds. Myndlaus kristal bygging og efnasamsetning eru því lykil atriði þegar það kemur að íaukum. Samstarfsaðilar verkefnisins hafa báðir mikið rannsakað íauka síðastliðna áratugi. Gerosion hefur verið að vinna með sementsíauka í verkefnum sínum sem snúa að kögglun hráefna fyrir orkufrekan iðnað og að sementslausu steinlími, þar sem íaukanir eru einnig hráefni fyrir steinlímið. Á síðustu árum hefur fyrirtækið einblínt á að finna íslensk efni sem geta komið í stað erlendra íauka sem reynast stanslaust erfiðari og dýrari að fá. Steypustöðin hefur í gegnum tíðina bæði gert rannsóknir á og einnig notað íauka í sement í framleiðslu sinni. Ber þar helst að nefna flugösku, kísilryk, kalksteinsmélu og basaltmélu sem hafa verið notuð í steypuframleiðslu en einnig hefur Steypustöðin framkvæmt prófanir á GGBS, Metakaolin og náttúrulegum pozzolanic efnum á síðastliðnum árum. Steypustöðin hefur því mikla reynslu og þekkingu þegar kemur að rannsóknum og notkun á íaukum. Samstarfsaðilar hafa unnið náið í mörgum verkefnum í gegnum tíðina og eru spenntir að halda því samstarfi áfram í þessu verkefni. Með samstarfinu viljum við þróa bindiefni til steypugerðar til að draga úr kolefnisfótspori steinsteypu og auka sjálfbærni hennar. Íslenskt malað steinefni gæti koma í stað fyrir innflutt bindiefni. Til landsins eru núna flutt 120 – 150 þúsund tonn af sement frá Danmerku og Noregi. Notkun íslensks sementsíauka í samræmi við steypustaðal ÍST EN 206:2013 gæti leitt til minnkun á sementsnotkun um allt að 20%.

Ný­sköp­un og sam­fé­lags­leg­ar áskor­an­ir

Allt frá því að Íslendingar byrjuðu að nota steinsteypu höfum við leitað af hentugu steinefni sem hægt er að nýta sem fylliefni. Skapast hefur mikil vitneskja um hvaða steinefni henta í mismunandi steinsteyputegundir en núna þurfa Íslendingar að ráðast í svipaða vinnu hvað mögulega sementsíauka varða. Hér áður fyrr voru glerkennd steinefni dæmd ónothæf í steinsteypu en vandamálið var að það var ekki búið að átta sig þeirri staðreynd að méla af slíku efni getur verið mjög verðmætur sementsíauki. Það er til mikils að vinna þar sem það eru mörg vandamál sem fylgja notkun sements, þá sérstaklega fyrir okkur Íslendinga. Íslendingar treysta á steinsteypu í okkar mannvirkjum enda er efnið sérstaklega hentugt fyrir íslenskar aðstæður. Byggingargeirinn er því háður því að hafa aðgang að sementi og eins og staðan er í dag getur sementsskortur sett stærsta iðnað okkar Íslendinga í lamasess. Nauðsynlegt er því að finna leiðir til þess að gera okkur minna háð erlendum birgjum.

Hag­nýt­ing­ar­gildi og mik­il­vægi

Niðurstöður verkefnisins verða hagnýttar innan Steypustöðvarinnar um leið um niðurstöður liggja fyrir. Einnig getur framleiðsla á grænum forsteyptum einingum hafist um leið og gæði þeirra frumgerða sem steyptar verða í verkefninu, hafa verið sannreynd. Í kjölfarið verður síðan stefnt á að skipta sementi í almennri steinsteypu út fyrir nýju íslensku sementsíaukana. Þannig verður hægt að draga úr því hversu háðir Íslendingar eru erlendum birgjum og heimsmarkaðsaðstæðum. Um leið getum við dregið úr umhverfisáhrifum byggingargeirans og því er um bæði fjárhagslegan og umhverfislegan ávinning að ræða. Orkan sem þarf til að framleiða eitt tonn af sementi er um 900 kWh auk þess sem að töluvert magn af CO2 losnar úr læðingi við það að hvarfa kalkstein (CaCO3) yfir í CaO. Vinnsla á íslenskum sementsíauka úr gosefni þarf aðeins um 90 kWh per tonn og er það vegna orkunnar sem þarf til að mala efnið. Því er stærðargráðu munur á umhverfisáhrifum sements og nýja íslenska sementsíaukans.

Áhersl­ur á sviði ný­sköp­un­ar og at­vinnu­lífs

Því miður má segja að erlendir aðilar hafi sýnt meira framtak í íslenskum sementsíaukamálum en við Íslendingar. Sem dæmi má nefna fyrirhugaðan útflutning á milljónum tonna af Kötluvikri til Evrópu í stað þess að nýta það hérlendis. Nauðsynlegt er að finna og tryggja íslenska íauka fyrir íslenskan markað, en það gerist ekki nema ráðist sé í verkefni sem þetta. Verkefnið mun skila þekkingu á hvernig best er að vinna með mismunandi íslensk steinefni til að tryggja sem mesta virkni í sementsbundnum efnum. Vinnsla á íslenskum íaukum mun skapa störf hérlendis, bæði við vinnslu á efninu og við flutning. Verkefnið er einnig skref í átt að réttlætingu á fjárfestingu á almennilegum mölunarbúnaði á Íslandi. Skv. greiningu Steypustöðvar þarf að mala 200.000 tonn af efni árlega til að réttlæta fjárfestinguna á slíkum búnaði. Lengi hefur verið vandamál hérlendis að ekki er hægt að koma efni í mölun á stórskala og ísl. framleiðslugeirinn hefur því þurft að leita erlendis til að fá slíka þjónustu.

Sam­fé­lags­legt gildi og teng­ing við Heims­mark­mið SÞ

Verkefni þetta er þáttur í að svara spurningunni: Hvernig getum við haldið áfram að treysta á steinsteypu sem helsta byggingarefnið okkar? Hvert tonn af nýjum íslenskum sementsíauka getur komið í veg fyrir innflutning á tonni af erlendu sementi og í leiðinni komið í veg fyrir næstum tonn af koltvísýringslosun. Mikilvægt er fyrir samfélagið að reyna að halda byggingarkostnaði niðri og þar sem sementsverð fer sífellt hækkandi (stefnir í 200 EUR/tonn á næstu árum) er mikilvægt að búa yfir lausnum sem gera okkur kleift að draga úr sementsnotkun en geta samt haldið áfram að treysta á steinsteypu. Þannig getum við lágmarkað hversu háð við erum erlendum birgjum og einnig dregið úr dýrum innflutningi til íslands. Verkefnið getur því skilað innlendri verðmætasköpun og miðað við alheimseftirspurn á íaukum má vænta þess að möguleiki er á útflutningi á íaukum þegar búið er að uppfylla þarfir íslenska byggingargeirans. Verkefnið getur því skilað bæði umhverfislegum og fjárhagslegum ávinningi.