En vill idé har blitt til miljøvennlig betong

Alle sa «dette går ikke». Nå er forskere i ferd med å lage en type betong som vil spare miljøet for store CO2-utslipp.

Etter en sommeravslutning ved Institutt for materialteknologi i 2016 fikk professor Harald  Justnes ideen som kan vise seg å føre til en revolusjon innen betong.

– Det begynte med et dumt spørsmål, sier Justnes. «Kan du ikke armere med aluminium?» Samtalen hadde dreid seg om betong, et felt Justnes har mer enn 30 års erfaring fra.

Det er en vedtatt sannhet at aluminium er uaktuell som armering fordi metallet vil forvitre på grunn av for høy pH i betong. Spørsmålet som plutselig dukket opp i  Justnes’ hode på vei hjem fra festen, var dette: Men hva om betongen var mindre basisk? Snart satte han i gang sitt eget forsøk.

Nytt marked for aluminium 

Nå, nesten tre år senere, har SINTEF, NTNU, prosjekteier Hydro og industripartnerne  Norcem  og Veidekke  vært i sving med prosjektet DARE2C (Durable Aluminium Reinforced Environmentally-friendly Concrete Construction) i nesten to år.

Bildet viser aluminiumsarmering, uten tegn til korrosjon (t.v.). Til høyre ser vi avtrykk i armert betong – etter 40 dagers hedring under fuktige forhold. (Foto: Hydro)

Les forkortelsen til prosjektet høyt på engelsk – og en annen betydning kommer frem. For prosjektet krever vågemot. Og penger. Norges forskningsråd (NFR) kom inn med forskningsstøtte fra sommeren 2017.

– Alle rundt oss sa at «dette går ikke». Men NFR liker høy risiko med stort potensial, og dette åpner et helt nytt marked for aluminium, sier Harald Justnes, som er sjefsforsker ved SINTEF Byggforsk og professor ved NTNUs Institutt for materialteknologi.

På grunn av den høye risikoen er det  ikke knyttet  doktorgradsstipendiater til prosjektet.

Reduserer mengden betong 

Prosjektet har nå kommet nesten halvveis. Og aluminiumsarmert betong ser ut til å bli en realitet. Den har flere fordeler. En betongkonstruksjon som armeres med aluminium, kan bygges vesentlig slankere enn en konstruksjon med stålarmert betong. Betong slik vi kjenner den, med armering av stål, er nemlig ekstra tykk for å hindre at  karbondioksid eller klorider  trenger inn til armeringen. Det ville gjøre at stålet ruster, utvider seg og får betongen til å sprekke.

Å få til slankere betongkonstruksjoner kan bli et vesentlig bidrag for å få ned mengden CO2på jorda. Bygging med betong kommer på tredjeplass i utslipp av CO2, etter oppvarming  og transport.

Store kutt i CO2

I tillegg har  aluminiums-armert betong en sammensetning som har store klimafordeler. På grunn av lavere innhold av klinker (kalsinert kalkstein) gir den lavere CO2-avtrykk. Og på grunn av at klinker-erstatningen, som brukes i denne betongen, brennes på mye lavere temperatur enn klinkeren som brukes i vanlig sement, fører også dette til et mye lavere CO2-utslipp. Brenningen av klinker til den vanlige sementen, portlandsementen, skjer ved 1450 °C.

Professor Hans Jørgen Roven ved NTNU og forskningsleder Oddvin Reiso i Hydro er spente på mulighetene for at skrueekstruderen kan komme i produksjon som følge av DARE2C. (Foto: Wenche Margrethe Kulmo/NTNU)

I aluminiumsarmert betong erstattes 55 % klinker med kalsinert leire som brennes ved 850 °C.

Aluminiumsarmert betong kan være mer porøs enn vanlig betong, siden  karbondioksid og klorider  ikke er et problem  for aluminium. Det innebærer at CO2 fra produksjonsprosessen blir bundet i materialet ved at den blir tatt opp igjen og holder seg i støpen som kalkstein. En slik betong med lavere pH vil i prinsippet også være en evigvarende, vedlikeholdsfri betong  – ettersom den også er bestandig mot de øvrige nedbrytningsreaksjoner for vanlig betong.

Best «paper» 

Prosjektet vekker oppsikt. Da prosjektleder Linda T. Wiik i Hydro presenterte planene under  konferansen ICSOBA  i Brasil  senhøstes 2018, fikk hun utmerkelsen «Best paper award».

– Når vi har presentert dette ute i verden, har reaksjonene stort sett vært «wow, endelig er det et hopp, en helt ny idé», sier Harald  Justnes.

– Det er  ikke lett  å vite hvor stort dette kan bli, men det er et voldsomt stort potensial hvis det går bra, sier professor Hans Jørgen Roven ved NTNUs Institutt for materialteknologi.

– Dette er et veldig artig prosjekt. Det er tverrfaglig og et godt eksempel på hvordan ulike industrigrener kommer sammen for å gjøre noe godt for miljøet, sier Roven.

Kan gi gjennombrudd for oppfinnelse

Roven er spent på mulighetene som aluminiumsarmert betong gir for en oppfinnelse de har jobbet lenge med ved Institutt for materialteknologi.

– For vår del er aluminiumsarmering interessant, og det kan være et gjennombrudd for en teknologi som vi har jobbet med i 20 år og ikke fått mulighet til å snakke om, sier Roven.

Inne på et verksted på NTNU er instituttstipendiat Geir Langelandsvik og masterstudent Olav Ragnvaldsen ved Institutt for materialteknologi i gang med å overvåke og styre en skrue-ekstruder. Skrue-ekstruderen kan sammenlignes med en kjøttkvern som fylles med granulat som er resirkulert aluminiumspon, og hvor det kommer ut en kompakt “pølse” (ekstrudert profil)  i den andre enden.

Ny teknologi reduserer energibruk til en tidel

– Poenget med å bruke den er at vi kan benytte resirkulerte materialer direkte inn i prosessen, forklarer Hans Jørgen Roven.

Prosessen som foregår i skrueekstruderen, er kontinuerlig  og kan automatiseres fullstendig. Gjennom komprimeringen og deformasjonen av materialet  utvikles varme. Roven forteller at folk fra Nederland har foretatt målinger på ekstruderen.

Professorer og studenter ved Institutt for materialteknologi ved NTNU har jobbet med å utvikle teknologien i skrueekstruderen i 20 år. (Foto: Wenche Margrethe Kulmo/NTNU)

Når det gjelder energiforbruk og utslipp av CO2, er nivåene bare en tidel av det beste av tilsvarende produksjon i dag. Forklaringen på de gode tallene ligger i at skrueekstruderen gjør smelting overflødig, og det er smeltetrinnet  som krever mye energi hos konkurrentene til denne teknologien. Teknologien er ikke tatt i bruk i industriell målestokk ennå.

– Det håper vi blir snart. Vi må ha et case, noen som er villig til å ta risikoen, sier  Oddvin Reiso, forskningsleder i Hydro.

– Hvis det blir noe av dette, må det settes opp egne fabrikkanlegg for skrueekstrudering, og du skal ikke se bort fra at det kan skje i Norge, sier Roven.

Tester på kaianlegg

DARE2C utforsker muligheten for å bruke resirkulert aluminium fra motorblokkene i bensin- og dieselbiler til å lage armeringen.

Roven og Justnes ser for seg at markedene for aluminiums-armert betong er størst i områder hvor stålarmert betong er utsatt for korrosjon, slik som i marine miljø. Ennå gjenstår mer utprøving og utvikling, og kaianlegg vil inngå i uttestingen.

– Vi satser ikke på å erstatte all armering med aluminium, vi satser på de områdene hvor korrosjon av stål er det største problemet, sier Roven.

Tester rødslam  i betong og bygningsstein

DARE2C omfatter  også et  prosjekt  som handler om å bruke rødslam som bestanddel i betong (som ikke må forveksles med den  aluminiums-armert betongen).

Rødslam, et avfall fra det som kalles alumina-produksjon (produktet som blir aluminium i neste prosess), er et stort miljøproblem i verden i dag. Avfallsproduktet fra alumina-produksjon er samlet på svære deponier verden over.

Et siste prosjekt, som er en spin-off fra DARE2C, handler om å bruke rødslam som bestanddel i bygningsblokker, ved at materialet inngår i en blanding som blir presset sammen i en form som en teglstein. Steinen skal herdes ved kjemiske reaksjoner, uten tilførsel av varme. Hvis dette lykkes, kan det bli aktuelt å produsere det lokalt i Brasil.

Toppbilde: Geir Langelandsvik og Olav Ragnvaldsen overvåker skrue-ekstruderen. (Foto: Wenche Margrethe Kulmo/NTNU)

Dette nettstedet bruker Akismet for å redusere spam. Lær om hvordan dine kommentar-data prosesseres.

Rull til toppen