Sementinvalmistus vaikuttaa ympäristöön prosessin jokaisessa vaiheessa . Näihin kuuluvat kalkkikivilouhokset, jotka näkyvät pitkien etäisyyksien päästä ja voivat muuttaa paikallista ympäristöä pysyvästi, ilmansaasteiden päästöt pölyn ja kaasujen muodossa, melu ja tärinä koneiden käytössä sekä räjäytykset louhoksissa.
Sementin tuotannon ympäristövaikutukset
Maailman hiilidioksidipäästöistä 4–8 % on peräisin betonista , jolla on monimutkainen ympäristövaikutus, johon vaikuttavat sen valmistus, käyttötarkoitukset ja suorat vaikutukset infrastruktuuriin ja rakennuksiin. Sementti, jolla on omat ympäristö- ja sosiaaliset vaikutuksensa betonin vaikutusten lisäksi, on merkittävä osatekijä.
1. Hiilidioksidipäästöt ja ilmastonmuutos
Koska jopa 5 % kaikista ihmisten tuottamista hiilidioksidipäästöistä on peräisin sementtiteollisuudesta, josta 50 % on peräisin kemiallisista reaktioista ja 40 % polttoaineiden palamisesta, se on yksi maailman kahdesta suurimmasta ilmastonmuutokseen johtavasta kaasun tuottajasta.
Arvioitu CO2-tuotto rakennebetonin valmistuksessa (noin 14 % sementtiä) on 410 kg/m3 (tai noin 180 kg/tonni tiheydellä 2.3 g/cm3); tämä tuotto laskee 290 kg/m3, kun sementin sijasta käytetään 30 % lentotuhkaa.
Jokaista tuotettua sementtitonnia kohden vapautuu ilmakehään 900 kg CO2, mikä muodostaa 88 % keskimääräisen betoniseoksen päästöistä. Betonin valmistuksen CO2-päästöt ovat suoraan verrannollisia betoniseoksessa käytettyyn sementtipitoisuuteen.
Kun kalsiumkarbonaatti hajoaa termisesti, jolloin syntyy kalkkia ja hiilidioksidia, sementin tuotanto aiheuttaa kasvihuonekaasupäästöjä. Myös sementintuotannon aikainen energiankulutus pahentaa tätä ongelmaa, erityisesti fossiilisia polttoaineita poltettaessa.
Se, että betonilla on erittäin alhainen energia massayksikköä kohden, on yksi huomion arvoinen näkökohta betonin elinkaaresta. Tämä johtuu pääasiassa betonin valmistuksessa käytettävien komponenttien, kuten veden, puzzolaanin ja kiviainesten, saatavuudesta ja usein saavutettavuudesta paikallisissa luonnonvaroissa.
Vastaavasti sementin valmistus käyttää 70 % betonin sisältämästä energiasta, kun taas kuljetukset vain 7 %.
Betonilla on pienempi energia massayksikköä kohden kuin useimpien muiden rakennusmateriaalien puuta lukuun ottamatta, kokonaisenergian ollessa 1.69 GJ/tonni. Betonirakenteiden valtavan massan vuoksi tämä vertailu ei aina sovellu heti päätöksentekoon.
On tärkeää muistaa, että tämä arvio perustuu betoniseoksen suhteisiin, joissa lentotuhka on enintään 20 %. Arvioiden mukaan yhden prosentin sementistä korvaaminen lentotuhkalla vähentää energiankulutusta 0.7 %. Tämä johtaisi huomattaviin energiansäästöihin, koska jotkut ehdotetut seokset sisältävät jopa 80 % lentotuhkaa.
Boston Consulting Groupin vuoden 2022 raportin mukaan investoinnit ympäristöystävällisemmän sementin valmistukseen johtavat suurempiin kasvihuonekaasupäästöjen säästöihin kuin investoinnit sähköön ja ilmailuun.
2. Pintavuoto
Tulvat ja voimakas maaperän eroosio voivat johtua pintavalusta, joka tapahtuu, kun vesi valuu läpäisemättömiltä pinnoilta, kuten ei-huokoiselta betonilta. Bensiini, moottoriöljy, raskasmetallit, jätteet ja muut epäpuhtaudet päätyvät usein kaupunkien valumaan jalkakäytäviltä, teiltä ja pysäköintialueilta.
Ilman vaimennusta tyypillisen suurkaupunkialueen läpäisemätön peitto vähentää pohjaveden tihkumista ja johtaa viisi kertaa niin suureen valumaan kuin tyypillinen samankokoinen metsämaa.
Useissa viimeaikaisissa päällystysprojekteissa on alettu käyttää läpäisevää betonia, joka tarjoaa jonkin tason automaattisen hulevesien hallinnan, jotta voidaan tasapainottaa läpäisemättömän betonin haitallisia seurauksia.
Betoni levitetään huolella huolellisesti lasketuilla kiviainessuhteilla, jolloin saadaan läpäisevä betoni, joka mahdollistaa pintavalumien tihkumisen ja palautumisen pohjaveteen.
Tämä helpottaa sekä tulvia että pohjaveden täydentymistä. Läpäisevä betoni ja muut erillään päällystetyt alueet voivat toimia automaattisena vedensuodattimena estämällä joidenkin vaarallisten epäpuhtauksien, kuten öljyjen ja muiden kemikaalien, läpikulun, jos ne on rakennettu ja päällystetty asianmukaisesti.
Valitettavasti läpäisevän betonin laajassa käytössä on edelleen haittoja. Sen alempi lujuus verrattuna tavanomaiseen betoniin rajoittaa käytön vähän kuormitettavilla alueilla, ja se on asennettava huolellisesti, jotta minimoidaan jäätymis-sulamisvaurioiden ja lietekertymien herkkyys.
3. Kaupunkilämpö
Kaupunkien lämpösaarekeilmiönä tunnettu vaikutus johtuu pääasiassa betonista ja asfaltista. Maailman odotetaan lisäävän 230 miljardia neliömetriä (2.5 biljoonaa neliöjalkaa) rakennuksia vuoteen 2060 mennessä, mikä on pinta-ala, joka vastaa nykyistä maailman rakennuskantaa.
YK:n talous- ja sosiaaliministeriön mukaan 68 prosentin maailman väestöstä ennustetaan asuvan kaupunkialueilla vuoteen 2050 mennessä. Niiden käyttämän lisäenergian ja tuottaman ilmansaasteen vuoksi päällystetyt pinnat muodostavat vakavan uhan. .
Alueella on paljon mahdollisuuksia energiansäästöön. Ilmastoinnin kysynnän pitäisi ihannetapauksessa laskea lämpötilojen laskeessa, mikä säästää energiaa.
Tutkimukset heijastavien päällysteiden vaikutuksesta ympäröiviin rakenteisiin ovat kuitenkin osoittaneet, että heijastavan lasin puuttuminen rakennuksista ja jalkakäytävästä heijastuva auringonsäteily voivat nostaa rakennusten lämpötiloja, mikä lisää ilmastoinnin tarvetta.
Lisäksi kaupunkien peittävistä jalkakäytävästä tuleva lämmönsiirto voi vaikuttaa paikallisiin lämpötiloihin ja ilmanlaatuun. Vähemmän aurinkoenergiaa absorboivien materiaalien, kuten korkean albedon päällysteiden, käyttö voi rajoittaa lämmön virtausta kaupunkiympäristöön ja säädellä UHIE:tä. Kuumat pinnat lämmittävät kaupunkiilmaa konvektiolla.
Nyt käytössä olevilla päällystemateriaaleista valmistetuilla pinnoilla albedot vaihtelevat noin 0.05:stä noin 0.35:een. Päällystysmateriaalit, joiden albedon alkualbedo on korkea, menettävät heijastuskykynsä tyypillisen käyttöiän aikana, kun taas albedon alkualbedon omaavat voivat saada heijastuksen.
Lämpömukavuusvaikutus ja tarve lisätoimenpiteisiin, jotka eivät vaaranna jalankulkijoiden terveyttä ja turvallisuutta erityisesti helleaaltojen aikana, ovat lisäksi huomioitavia tekijöitä. Välimeren ulkoilman mukavuusindeksi (MOCI) lasketaan, kun
Ihmiset altistuvat sää- ja lämpömukavuusolosuhteille, joten arvioita tehtäessä tulee silti ottaa huomioon kaupunkien kokonaissuunnittelu. Yhdistettynä oikein muihin teknologioihin ja tekniikoihin, kuten kasvillisuuteen, heijastaviin materiaaleihin jne., korkean albedon materiaalien käytöllä kaupunkiympäristössä voi olla hyödyllisiä vaikutuksia.
4. Betonipöly
Maanjäristysten ja muiden luonnonkatastrofien aikana sekä rakennusten tuhoutuessa ilmakehään vapautuu usein paljon betonipölyä. Suuren Hanshin-maanjäristyksen jälkeen todettiin, että vakavien ilmansaasteiden pääasiallinen syy oli betonipöly.
5. Radioaktiivinen ja myrkyllinen saaste
Terveysongelmia voi syntyä joidenkin yhdisteiden sisällyttämisestä betoniin, mukaan lukien sekä halutut että ei-toivotut lisäaineet. Käytettyjen raaka-aineiden lähteestä riippuen betonirakenteissa voi esiintyä erilaisia pitoisuuksia luonnossa esiintyviä radioaktiivisia alkuaineita (K, U, Th ja Rn).
Esimerkiksi jotkut kivet päästävät luonnostaan radonia, ja vanhojen kaivosten jätteet sisälsivät ennen paljon uraania. Toinen mahdollisuus on myrkyllisten yhdisteiden käyttäminen vahingossa ydinonnettomuuden aiheuttaman saastumisen seurauksena. Riippuen siitä, mitä betoniin oli sisällytetty ennen purkamista tai halkeilua, roskien tai murtuneen betonin pöly voi aiheuttaa suuria terveysriskejä.
Se ei kuitenkaan ole välttämättä riskialtista ja voisi jopa olla edullista upottaa myrkyllisiä aineita betoniin. Joissakin tapauksissa tiettyjen yhdisteiden, mukaan lukien metallien, lisääminen sementtiin hydratointiprosessin aikana immobilisoi ne turvalliseen tilaan ja estää niiden vapautumisen ympäristöön.
6. Typpioksidi (NOx)
Typpioksidilla (NOx) on useita kielteisiä vaikutuksia ihmisten terveyteen ja ympäristöön, mukaan lukien alailmakehän otsoni, happosateet, ilmaston lämpeneminen, veden laadun heikkeneminen ja näön heikkeneminen. Lapset ja henkilöt, joilla on keuhkoongelmia, kuten astma, kuuluvat sairastuneisiin ryhmiin, ja näille sairauksille altistuminen voi vahingoittaa keuhkokudosta ihmisillä, jotka työskentelevät tai harjoittelevat ulkona.
7. Rikkidioksidi (SO2)
Korkeat rikkidioksidin (SO2) tasot voivat heikentää hengitystä ja pahentaa jo olemassa olevia hengitys- ja sydän- ja verisuonisairauksia. Astmaatikot, ihmiset, joilla on keuhkoputkentulehdus tai emfyseema, lapset ja vanhukset kuuluvat herkkiin ryhmiin. Pääasiallinen happosateiden tai happaman laskeuman aiheuttaja on SO2.
8. Hiilimonoksidi (CO)
Vähentämällä elimistön elimiin ja kudoksiin kulkeutuvan hapen määrää hiilimonoksidi (CO) voi vaikuttaa haitallisesti terveyteen. Sillä voi olla myös kielteisiä vaikutuksia sydän- ja verisuonijärjestelmään sekä hermostoon. Savusumu eli maanpinnan otsoni, joka voi johtaa hengitystieongelmiin, syntyy osittain hiilimonoksidista.
9. Polttoaineet ja raaka-aineet
Sementtitehdas käyttää panoksesta ja menettelytavoista riippuen 3-6 GJ polttoainetta klinkkeritonniin. Suurin osa sementtiuuneista nykyään käyttää ensisijaisesti kivihiiltä, öljykoksia ja vähäisemmässä määrin maakaasua ja polttoöljyä.
Jos ne täyttävät tiukat kriteerit, tiettyjä jätteitä ja sivutuotteita, joilla on hyödynnettävä lämpöarvo, voidaan käyttää polttoaineina sementtiuuneissa korvaamaan joitain perinteisiä fossiilisia polttoaineita, kuten hiiltä.
Raaka-aineiden, kuten saven, liuskeen ja kalkkikiven, paikoissa tiettyjä jätteitä ja sivutuotteita, jotka sisältävät hyödyllisiä mineraaleja, kuten kalsiumia, piidioksidia, alumiinioksidia ja rautaa, voidaan käyttää raaka-aineina uunissa.
Raja vaihtoehtoisten polttoaineiden ja raaka-aineiden välillä ei ole aina selvä, koska tietyillä materiaaleilla on sekä arvokasta mineraalipitoisuutta että talteen otettavaa lämpöarvoa.
Esimerkiksi jätevesiliete palaa tuottaen tuhkaa sisältäviä mineraaleja, jotka ovat hyödyllisiä klinkkerimatriisissa, vaikka niillä on alhainen mutta merkittävä lämpöarvo.
Sementin tuotannon ympäristövaikutukset - UKK
Mitä saastumista sementtiteollisuus aiheuttaa?
Kuinka paljon hiilidioksidia syntyy sementin tuotannossa?
Miten sementin tuotanto aiheuttaa ilmastonmuutosta?
Mitkä ovat betonin ympäristövaikutukset?
Yhteenveto
Tämän artikkelin perusteella olemme tienneet, että vaikka sementin tuotanto on välttämätön ainesosa yhteiskunnan kehityksen edistämisessä, se on haitallista ympäristöllemme. Tämä edellyttää suurta edistystä pois sementistä muihin kestäviin ja ympäristöystävällisiin vaihtoehtoihin talonrakentamiselle.