BYGG

Nå kommer løsningen som erstatter sement – utslippsfri, herder i kulda og takler fukt

Sammen med Universitetet i Stavanger har Saferock klart å lage en sementerende geopolymer som kan erstatte portlandsement. Da får byggenæringen betong uten utslipp. Veidekke er klar til å bruke betongen.

Dette er en Ekstra-sak som noen har delt med deg. Abonnere for å få full tilgang til alt innhold.

Forskere og bedrifter har forsøkt i årevis – også daværende Statoil har prøvd seg på å erstatte portlandsementen. Statoil prøvde med aplitt, uten å lykkes. Google-søk på «geopolymer cement» gir nesten én million treff. En av årsakene til at så mange har forsøkt, er at det er gjort før: Noen av pyramidene i Egypt er fulle av klosser som slett ikke er hugget stein, de er støpt med geopolymer sement, og de står fortsatt.

Mahmoud Khalifeh knekket koden da han tok sin doktorgrad ved Universitet i Stavanger (UiS). Nå er han førsteamanuensis ved UiS, dessuten forskningssjef hos Saferock i 20 prosent stilling. Løsningen er patentert, og Saferock planlegger å starte produksjon fra et pilotanlegg med kapasitet på 6000 tonn per år innen sommeren 2022. Søknad er sendt Enova, noe svar foreligger ennå ikke.

Starter produksjon neste år

Planen vil gi 17 tonn daglig, med ett skift, og 20-30 m3 ferdig betong pr.dag.

Daglig leder Espen Lea i Saferock planlegger for seks måneders byggetid og tolv måneders produksjon. Så trenger han en tredjeparts verifikasjon, for eksempel fra Sintef. Når det er på plass, er Saferock klare til å ta en investeringsbeslutning i 2023 om å bygge fullskala produksjonsanlegg.

Lea sier de vil starte med fasthetsklasse opp til B35 og så gradvis utvikle til høyere kvaliteter.

– Vi er allerede i samtaler med flere interessenter som ønsker å bygge bærekraftig.

Det er få krav til råvaren for å kunne lage denne patenterte geopolymeren. Bergarten må inneholde aluminium og silikater, det har praktisk talt alle bergarter. Nå bruker Saferock avgangsmasser fra deponiene til Titania. Disse består hovedsakelig av noritt. De har også verifisert teknologien med bruk av aplitt, der de har en patent.

Bedre enn sement

Bergarten knuses ned til kornstørrelse mindre enn 63 µm, som er 0,063 millimeter. Kravet til størrelse skyldes at jo mindre partiklene er, jo større blir overflaten i forhold til volumet, og jo raskere og bedre skjer reaksjonen med aktivatoren som starter herdeprosessen.

– Væsken angriper partiklene, de går i oppløsning, og det skjer en oligomerisering. Molekylene flytter seg, treffer hverandre og skaper nye bindinger mellom silisium, oksygen og aluminium. Slik dannes en 3D-struktur som blir hard, sier Khalifeh.

Dette faller i god jord hos entreprenøren Veidekke.

– Å bytte ut bindemiddelet «vann og sement» med «gruveavfall og aktivatorer» tenker vi har stort potensial, sier betongteknolog Andreas Sjaastad hos entreprenøren Veidekke. Så stort potensial at han inviterte Saferock til en intern betongkonferanse.

– Vi ser at Saferock sin geopolymer har flere egenskaper som er bedre enn det som er typisk for sementbasert betong, og det er klart at geopolymer har en plass i framtidas bygg- og anleggsbransje. I tillegg til at det reduserer CO2-utslippet med inntil 80 prosent, ser vi spesielt på evnen til å herde i minusgrader og at det er mye tettere enn sementbasert betong som to viktige faktorer for å satse på geopolymer, sier Sjaastad.

Til forsøkene som nå skjer i egen lab, kjøper Saferock aktivator fra Kina. Det er energikrevende å lage, dermed er det fortsatt noe CO2-utslipp.

Mahmoud Khalifeh, førsteamanuensis ved Universitetet i Stavanger fant løsningen, her med en støpt kloss. Ingen kan, med det blotte øyet, skille geopolymeren fra portlandsement.
Mahmoud Khalifeh ved Universitetet i Stavanger fant løsningen, her med en støpt kloss. Ingen kan, med det blotte øye, skille geopolymeren fra portlandsement. Foto: Joachim Seehusen

– Planen er å bruke norskprodusert aktivator, vannkraften sikrer at det ikke blir noen utslipp, sier Lea.

Som aktivator trenger Saferock en væske med høy pH, både natriumsilikat og kaliumsilikat er velegnet. Kaliumsilikat gir lavere viskositet, altså en mer tyntflytende blanding, enn natriumsilikat.

– Vi kunne brukt andre aktivatorer, men de har noen uheldige egenskaper. Dessuten trenger vi lengre polymerer, som silikater gir, sier Khalifeh.

Riktig pH-verdi

– Men Statoil forsøkte å bruke aplitt uten å lykkes. Hva er den viktige forskjellen, Saferock har jo nå et patent på bruk av aplitt?

– Feilen var at de brukte aplitt i kombinasjon med sement. Sammen med vann gir sement en pH på 12,5, det er ikke tilstrekkelig til å starte prosessen. PH-verdien må være 13 eller høyere i tillegg til partikkelstørrelsefordeling, sier Khalifeh, som kjenner godt til Statoils forsøk fra tiden han var stipendiat ved UiS.

Prøvestøpene som er gjort, er testet med røntgendiffraksjon, sveipelektronmikroskop, gjerne omtalt som SEM fra det engelske scanning electron microscope, og geokjemiske analyser.  Så langt viser alle tester at løsningen fungerer.

Forsker Ida Marie Gabrielsen mener Saferock ligger langt fremme blant alle som forsøker seg.

Ida Marie Gabrielen klargør et prøvestøp med geopolymer i laboratoriet. Alt er nøye veid og målt, i ordinær produksjon kan dagens betongblandeverk benyttes uten modifiseringer.
Ida Marie Gabrielen klargjør et prøvestøp med geopolymer i laboratoriet. Alt er nøye veid og målt, i ordinær produksjon kan dagens betongblandeverk benyttes uten modifiseringer. Foto: Joachim Seehusen

– Geopolymerer er et veldig stort fagområde, det meste innen faget er ikke steinbasert, men vi holder oss kun til stein. Mange jobber med flygeaske. Vi trenger heller ikke vann til herding.

Gabrielsen sier også at varierende kvalitet og sammensetning i avgangsmassene fra gruveindustrien ikke skaper vanskeligheter.

– Vi normaliserer sammensetningen med andre masser. Det er minimumsgrenser for hva vi trenger – om noe mangler, kan det enkelt tilsettes, sier Gabrielsen.

Hverken Khalifeh eller Gabrielsen vil nøye seg med å produsere en utslippsfri sementerstatning. De er allerede i gang med neste generasjon, kalt GeoCarb. Da blir CO2 brukt som råvare for bindemiddelet.

– Da er ikke CO2 lenger i gassform, den er mineralisert og fremstår i fast form. Vi har allerede kjørt tester med 4 vektprosent CO2 i bindemiddelet. Målet er nå 10 prosent. Det viktigste arbeidet som gjenstår, er å utvikle og verifisere metodikken vi benytter, sier Khalifeh.

Standarder er en utfordring

Lea sier at en utfordring er dagens standarder, som er produktbasert og utviklet for betong der det forutsettes at sement er bindemiddelet.

– Vi skulle ønske mer ytelsesbaserte eller funksjonsbaserte forskrifter og standarder. Det tar lang tid å endre og tilpasse standarder.

Foreløpig ser Saferock for seg å bruke den klimavennlige betongen i ikke-bærende konstruksjoner, som tunnelkledning eller gulv mot grunn. I neste steg kommer plasstøpte, bærende konstruksjoner.

Også der kan Lea forespeile entreprenørene en bedre fremtid.

– Vår geopolymer er så kompakt og tett at fuktinntrengning ikke blir den samme utfordringen. Derfor kan vi klare oss med mindre overdekning, sier Lea.

– Den største utfordringen er regelverket, og det vil det være i flere år fremover. Som Saferock presenterte på betongkonferansen, har de en løsning klar allerede i dag. Vi må bare finne de rette applikasjonene hvor vi kan bruke denne resepten, og Saferock må utarbeide dokumentasjon som dokumenterer egenskapene til geopolymeren. Når dette er i boks, har Veidekke og vår betongelementfabrikk Block Berge Bygg det de trenger for å bruke geopolymer i et passende prosjekt. Men ettersom det ikke finnes en standard for geopolymer, er vi avhengig av en byggherre som også ønsker å være grensesprengende og banebrytende, sier Sjaastad i Veidekke.

Les også

Kommentarer:
Du kan kommentere under fullt navn eller med kallenavn. Bruk BankID for automatisk oppretting av brukerkonto.