Belegningsstein av betong binder CO2 fra luften

Hvor mye CO₂ kan betongbelegningsstein suge til seg fra luften gjennom den naturlige aldringsprosessen karbonatisering? Et forskningsprosjekt ledet av SINTEF Community viser at mengden er betydelig.

Medforfattere: Bjørn Ludvigsen, Arne Gunnar Bruun, Magnus Kron  (SINTEF Community) og Anne Rønning (Norsus) 

SINTEF Community har sammen med produsenter av betongbelegningsstein (Asak Miljøstein, Multiblokk og Aaltvedt Betong), sementindustrien (Norcem og Schwenk Norge) og Norsus målt hvor mye CO₂ som bindes til betongbelegningsstein. Hensikten er at dagens miljødeklarasjoner skal ta hensyn til netto CO₂-utslipp gjennom hele livsløpet.

Prosjektet tar utgangspunkt i at sementen i steinen aldres over tid ved at den binder CO₂ fra luften. Aldringsprosessen kalles karbonatisering og beskrives forenklet ved at CO₂ fra luften danner karbonsyre (H₂CO₃) med tilgjengelig fukt og reagerer med oppløst kalsiumhydroksid (CaOH)₂) fra sementen for å danne stabilt kalsiumkarbonat (CaCO₃). Prosjektet har vist at opptil 90% av potensialet for CO₂-opptak til belegningssteinen har blitt målt i laboratoriet.

Karbonatisering har vært utnyttet i mange tusen år 

Kalkbaserte byggematerialer i oldtiden inneholdt bindemiddel av brent kalk (CaO) som var lesket (hydratisert) til Ca(OH)₂ og deretter blandet sammen med blant annet vulkansk jord og vulkanske bergarter (trass, pozzolan) for å oppnå ekstra styrke. Dette er påvist så langt tilbake som 3650 f.Kr. Blandingsforholdet var ofte tilfeldig, slik at hovedprosessen for å oppnå styrke var gjennom karbonatisering. I dag utnyttes dette i for eksempel pussmørtler av ren kalk hvor fasthet kun oppnås ved karbonatisering. I dagens sement blir imidlertid all brent kalk omdannet til kalsiumsilikat- og kasliumaluminat-mineraler ved høy temperatur under produksjonen av sement. Disse mineralene bidrar til styrkeutviklingen når vann tilsettes og betongen stivner. Sementhydratfasene vil likevel tilføre porevannet i betongen Ca(OH)₂ som vil reagere med tilført CO₂ fra luften. Prosessen er treg og avhenger av betongkvalitet, fuktnivå og tilgang på luft.

Karbonatisering av betongbelegningsstein 

Belegningssteinen produseres hovedsakelig med å blande sand, sement og vann. Sementinnholdet er som regel 300-320 kg/m³ og er den bestanddelen som har den største klimapåvirkningen. I produksjonen av sement som brukes i Norge i dag, slippes det ut 540-600 kg CO₂ per tonn sement. Det aller meste kommer fra fossilt brensel og kalsineringsprosessen. Samtidig har tidligere undersøkelser vist at karbonatisering kan ta opp 250-320 kg CO₂ per tonn sement. Ved å se på opptaket i bruksfasen og i gjenbruksfasen vil det være realistisk å utnytte store deler av opptakspotensialet i belegningsstein. Karbonatisering kan inkluderes i miljødeklarasjoner for betongprodukter. Hvordan dette skal innarbeides, angis i norsk standard NS-EN 16757:2017. Norsus leder dette arbeidet i prosjektet.

Målingene gjenspeiler feltbetingelser i både bruks- og gjenbruksfase 

CO₂-opptaket har blitt målt for hel og nedknust belegningsstein for å gjenspeile bruks- og gjenbruksfase. For å gjenspeile feltbetingelser har steinen blitt testet i spesialbygde former omkranset med fugesand. Målingene utføres ved å plassere formene i kamre for CO₂-opptak med kontrollert temperatur, relativ fuktighet og CO₂-konsentrasjon. Det er foretatt måleserier med både luftens normale CO₂-konsentrasjon og ved høyere konsentrasjoner. Luftfuktigheten har også blitt systematisk variert.

Hvor mye CO₂ tas opp

Resultatene viser at 25-35% av potensialet for CO₂-opptak har så langt blitt målt. Forsøkene har blitt utført med forhøyet CO₂-konsentrasjon og ellers ved forhold som gjenspeiler betingelsene i bruksfasen.

Prosjektet har også målt maksimalt opptak som kan forventes i gjenbruksfasen ved å knuse steinen. Her ble det påvist et opptak på 45-90% av karbonatiseringspotensialet. Alle målingene er utført under tidsbegrensninger, men viser likevel betydelig opptak til betongbelegningstein.

Les mer om forskning på betong i SINTEF.