Teollinen marmori hiilinieluna

Suomen ja koko maailman kunnianhimoisten hiilipäästötavoitteiden saavuttamiseksi tarvitaan radikaaleja innovaatiota monella eri saralla. Hiilipäästöjen vähentäminen ei yksin riitä, vaan aktiivisia toimia tarvitaan myös ilmakehässä jo olevan hiilidioksidin vähentämiseksi sekä varastointiin, ja niinpä hiiltä sitovien ja sitä pitkäaikaisesti varastoivien materiaalien kehitys on erityisen tärkeää. Suomessa hiilinieluna toimivien materiaalien tarve korostuu, sillä paikallisesta geologiasta johtuen hiilidioksidia ei ole mahdollista varastoida maan kuoreen. Tämän sijaan maaperämme ominaisuudet mahdollistavat hiilidioksidin sitomisen magnesiumpitoisiin rikastushiekkoihin, joita syntyy kaivosteollisuuden sivuvirtoina. Vaikka teknologia tähän on suurelta osin jo olemassa, ongelmaksi on tähän asti muodostunut prosessissa tarvittavasta hiilen mineralisoinnista syntyvän materiaalin kohtalo – jokaista sidottua hiilidioksiditonnia kohden syntyy useita tonneja karbonaattimineraaleja joiden päätyminen jätteeksi mitätöisi sekä prosessin ekologisen että ekonomisen hyödyn. Tähän kuvattuun ongelmaan Teknologiateollisuuden 100-vuotissäätiön rahoittama CARBSTONE -hanke tarjoaa mahdollisen ratkaisun.

Täyttääkseen tehokkaan hiilinielun vaatimukset, hiilinieluna toimivan materiaalin tulee olla pitkäikäinen (100-1000 vuotta), koostua merkittävältä osalta hiilidioksidista, sen tarpeen tulee olla useita miljoonia tonneja vuodessa, ja arvon tarpeeksi korkea kattaakseen hiilen sidonnan aiheuttamisia kuluja. Marmori on materiaalina ihanteellinen, sillä se on termodynaamisesti stabiili, rakentamisessa arvostettu ja vuosituhansia käytetty mineraali, jota voidaan käyttää laaja-alaisesti rakentamisen ratkaisuissa. Marmori koostuu magnesiumista, kalsiumista ja hiilidioksidista (50% painosta on hiilidioksidia), ja hämmästyttävästi yhden marmorikilon valmistamiseen tarvitaan yli 200 litraa puhdasta hiilidioksidikaasua.

CARBSTONE projekti kehittää edelleen Oulun yliopistossa tehtyä keksintöä, joka mahdollistaa energiatehokkaan teollisen prosessin, jossa hiilensidonnasta syntyvä mineraalijäte voidaan yhdistää muiden teollisten sivuvirtojen, kuten tuhkan, kanssa lopputuotteenaan teollinen marmori. Projekti kestää vuoden 2026 loppuun ja projektin pääasiallisena tavoitteena on validoida keinotekoisen marmorin valmistus laboratorio-olosuhteissa. Päästäkseen tavoitteeseen, projekti yhdistää materiaalitieteitä ja prosessioptimoinnin kehitystä; karbonaattien kiteytymistä ohjataan lisäaineilla vaadittavien teknisten ominaisuuksien saavuttamiseksi, jonka jälkeen prosessi optimoidaan energian talteenoton ja lopputuotteen vaatimusten osalta.

Projekti toteutetaan Oulun yliopiston Kuitu- ja Partikkelitekniikan tutkimusyksikössä, ja projektin tieteellinen johtaja on apulaisprofessori Päivö Kinnunen. Kinnunen toimii maailmanlaajuisen magnesium -pohjaisten sementtien tutkimusta koordinoivan RILEM -komitean puheenjohtajana, sekä Oulun yliopistossa toimivan InStreams tutkimuskeskittymän vetäjänä. InStreams on valtakunnallisesti epäorgaanisiin sivuvirtoihin liittyvää tutkimusta ja innovaatiota koordinoiva yhteisö, jonka rahoittajana toimii mm. Suomen Akatemia. Esitellyssä projektissa toteutuu yhteistyö Euroopan samaan aiheeseen erikoistuneiden tieteellisten tutkimusryhmien sekä teollisuuden kanssa ja projektia koordinoi Oulun yliopiston Kuitu- ja Partikkelitekniikan postdoc -tutkija Hoang Nguyen.

Projekti sisältää perustutkimusta ja mahdollistaa Suomen toimimisen hiiltä sitovien materiaalien kehityksen terävimmässä kärjessä myös tulevaisuudessa. Suomen hiilitavoite on mahdollisesti maailman kunnianhimoisimpia – hiilineutraali vuonna 2035 ja -negatiivinen vuonna 2040. Näiden tavoitteiden saavuttaminen vaatii pitkäjänteistä perustutkimukseen panostamista, jota hanke osaltaan edustaa.

Lisätiedot:
Apulaisprofessori Päivö Kinnunen
Oulun yliopisto
Sähköposti: paivo.kinnunen@oulu.fi
Puh.  +358 50564 6642