Usynlig revolution skal gøre grå beton grønnere

At se beton hærde er næppe det mest sindsoprivende, man kan forestille sig.

Ikke desto mindre er det netop, hvad både den danske og udenlandske betonbranche gør i disse dage: De følger intenst med i hærdningen af en ny betonvæg på DTU, støbt med en nyudviklet cementtype, hvis CO2-aftryk er 25-30 procent mindre end aftrykket fra standardcementer.

Besparelsen er opnået ved at erstatte op til 35 procent af cementens klinker – det mellemprodukt, der kommer ud af de 1.500 grader varme cementovne – med brændt ler og knust kalksten, hvilket er smart af to årsager:

Leret skal kun opvarmes til 800 grader, så energiforbruget og dermed CO2-udledningen er lavere, og leret udleder i modsætning til kalksten ikke CO2, når den opvarmes.

»Hver for sig er både brændt ler og kalkfiller gammelkendte materialer. Romerne brugte eksempelvis brændt ler til deres cementer, når der ikke var naturlige bindemidler som vulkansk aske. Men vi har fundet ud af, at der er en god synergieffekt, når man kombinerer brændt ler og kalkfiller,« siger Jesper Sand Damtoft, der er udviklingsdirektør hos Cementir Holdning, moderselskab for Danmarks eneste cementproducent, Aalborg Portland.

Internationalt perspektiv

Lever betonen op til forventningerne, kan det nedbringe den danske byggebranches CO2-aftryk. Men endnu vigtigere er det, at den samme løsning kan bruges i de udviklingslande, hvor cementproduktionen ventes at eksplodere, efterhånden som landene bliver rigere, og både befolkning og byer vokser.

Indien, der i forvejen har verdens næststørste cementproduktion, forventer således at tredoble sin årlige produktion til knap én milliard ton i løbet af de kommende årtier.

Til sammenligning bliver der i Danmark produceret omkring 2,3 millioner ton cement om året.

Artiklen fortsætter under grafikken

Stor CO2-udledning

Cementproduktion er årsag til mellem 6 og 10 procent af verdens samlede CO2-udledning, viser to studier citeret i Det Internationale Energi­agenturs rapport ‘Eco-efficient cements’.

Omtrent halvdelen skyldes kemisk nedbrydning af kalksten – calciumcarbonat – til CO2, når kalken opvarmes i cementovnene, mens den anden halvdel skyldes energiforbruget til opvarmningen og de andre processer i cementproduktionen.

Med udsigt til, at cementbehovet vil stige kraftigt de kommende årtier, er der derfor behov for løsninger, der nedbringer CO2-udledningen markant. Mange håber på at kunne indfange CO2’en og lagre den, men det er stadig en både dyr og umoden teknologi.

I Europa står man desuden med den udfordring, at produktionskapaciteten er større end behovet, så producenterne har ingen incitamenter til at investere i ny og dyr teknologi, der mindsker deres konkurrence­evne. I Europa er der derfor behov for relativt billige løsninger, der kan sænke CO2-udledningen.

Knaphed på flyveaske

I Danmark har løsningen de seneste 40 år været at erstatte noget af cementen med flyveaske fra kulkraftværker. Flyveasken bruges dels som råmateriale i cementproduktionen, dels som cementerstatning, når betonfabrikanterne blander beton. På fabrikkerne har flyveasken kunnet erstatte op mod 20 procent af cement­indholdet i betonen.

Men den voksende bevidsthed om behovet for at mindske CO2-udledningen betyder, at mange kulkraftværker er blevet lukket, og det har sat betonfabrikanterne i en klemme, fortæller Jesper Sand Damtoft:

»Vi har oplevet knaphed på flyve­aske, og det har skabt opmærksomhed om behovet for alternativer.«

En god idé fra skuffen

Allerede efter årtusindskiftet stod det klart for Aalborg Portland, at tilsætning af flyveaske ikke var en langtidsholdbar idé. I skufferne i Aalborg lå imidlertid en gammel idé om at bruge en kombination af brændt ler og kalkfiller i stedet for flyveaske.

Ideen opstod, da virksomheden for 15-20 år siden ville udvikle en ny cementtype til betonelementproduktion med højere styrke og lavere energiforbrug til produktionen. Cementforskerne forsøgte sig dengang frem med knuste mursten, knust glas, kalksten og brændt ler. Og det sidste viste sig effektivt.

Byggebranchens interesse var imidlertid ikke overvældende dengang, husker Jesper Sand Damtoft:

»Det var, da finanskrisen startede. Dengang var der ikke så meget interesse for grønne teknologier.«

Innovationsfonden trykkede på startknappen

Efter tre gange at have søgt om støtte til at komme i gang med projektet, lykkedes det endelig i 2014 at få deltagere og penge nok til at trykke på startknappen. Den udløsende faktor var, at Innovationsfonden gav sin støtte til et fireårigt udviklingsprojekt med et samlet budget på 29 millioner kroner.

Ud over Aalborg Portland er der 16 andre deltagere, heriblandt offentlige bygherrer som Vejdirektoratet, Banedanmark og Femern A/S, rådgivere fra Sweco og Rambøll, entreprenøren MT Højgaard, betonleverandøren Unicon, forskellige brancheforeninger og uddannelsesinstitutioner og forskere fra DTU Byg og Teknologisk Institut (TI). Sidstnævnte har ledet projektet.

»Det er virkelig vigtigt, at vi har alle dele af byggebranchen med. For skal den nye cement og betonen, den indgår i, godkendes, kræver det en masse undersøgelser og dokumentation af dens egenskaber. Det er det, forskerne er gode til. Og så skal den fungere i virkeligheden. Det er her, vi kommer ind,« fortæller produktchef Jørgen Schou fra Unicon, da Ingeniøren møder ham en torsdag morgen på producentens fabrik i Herfølge. Han er taget over fra kontoret i Vejle for at sikre, at blandingen af den ‘grønne’ beton til dagens støbning på DTU går glat.

Helt ny cementtype

Den store udfordring for Aalborg Portland og TI, som har regnet og testet sig frem til det optimale blandingsforhold mellem cementklinker, brændt ler og kalkfiller, har været at gøre det svært at opdage, at der var tale om en helt ny cement­type, fortæller Jesper Sand Damtoft:

»Betonfabrikanten skal helst ikke ændre noget for at bruge den nye type cement. For det er meget dyrt eksempelvis at opstille en ny silo.«

For Unicon har den store bekymring været, hvor klistret betonen ville blive, forklarer Jørgen Schou.

»Vi ved af erfaring, at tilsætning af kalkfiller kan gøre betonen meget klistret. Det er et problem i forhold til rengøring af blanderen på fabrikken og betonvognene.«

Og det er en meget fin balance, der skal overholdes, medgiver projektleder Lars Nyholm Thrane fra TI:

»Når man tilsætter kalcineret (brændt, red.) ler og kalksten til cementen, kan det meget hurtigt tippe. Ganske få procent mere ler og kalkfiller kan have stor betydning for betonens bearbejdelighed. Derfor har vi testet en masse forskellige blandinger i laboratoriet, før vi begyndte prøveproduktionen.«

Prøveproduktioner uden problemer

Forud for torsdagens støbning havde projektholdet støbt dele af tre broer for Banedanmark og Vejdirektoratet – uden at Unicons folk blev sendt på overarbejde med højtryksrenserne.

Derfor er Jørgen Schou heller ikke nervøs denne morgen.

»Det har vist sig ikke at være et problem med de prøveproduktioner, vi har kørt,« fortæller han. Og da Ingeniøren får fremvist blandeanlægget, efter at den første betonbil er kørt af sted, er der da heller ikke noget usædvanligt at se. Om de gode resultater holder, den dag man opskalerer produktionen, er dog endnu uvist, understreger Jørgen Schou.

»Indtil videre har vi kun kørt syv ton igennem, og en fabrik som denne producerer omkring 40.000-50.000 kubikmeter beton om året (svarende til 92.000-120.000 ton, red.). Og om vi får problemer, kan vi først sige, når vi har prøvet en kontinuerlig produktion,« fortæller han.

Gummiagtig, men flyder fint

På byggepladsen i Kgs. Lyngby ser der heller ikke ud til at være problemer. Et mobillaboratorium tester, om køreturen har skadet betonen, men da det ikke ser ud til at være tilfældet, begynder entreprenøren støbningen af et lille stykke af den nye bygnings terrændæk for derefter at fortsætte med en væg. Støbningen udføres af MT Højgaard, og betonfolkene kan kun mærke en smule forskel mellem de betontyper, de er vant til at støbe med, og den grønne beton.

»Den er lidt mere ... gummiagtig ... men den flyder fint ud,« lyder det således fra en af betonfolkene, da den første af dagens to betonleverancer er hældt i støbeformene.

De sidste støbninger markerer afslutningen på projektet. Nu skal de mange forsøg, målinger og resultater bane vej for, at man må bruge den nyudviklede cement i beton, fortæller Lars Nyholm Thrane.

»Vi har brudt nogle af de regler, der findes i betonstandarderne – primært i forhold til valg af materialer. Det har været nødvendigt for at få CO2-udledningen ned. Nu sender vi vores input til standardiseringsudvalget og håber, at de vil godkende brugen af cementen i Danmark.«

En udfordring for godkendelsen er imidlertid, at betonens langtidsholdbarhed ikke kan bevises endeligt på fire år. I projektperioden har forskerne derfor dokumenteret holdbarhedsparametre via såkaldte accelererede tests og ved at etablere felteksponeringspladser til frem­tidig opsamling af data.

»Alle efterspørger data fra virkeligheden, og det har vi prøvet at skaffe ved at langtidseksponere betonerne i havvand i Hirthals Havn og på Femerns plads i Rødbyhavn. Desuden har vi placeret betoner på en nyetableret felteksponeringsplads i Taastrup langs Hveens Boulevard, hvor betonerne bliver udsat for både regn, frost og salt. De accelererede tests viser resultater, der ligger på niveau med de betontyper, vi kender i dag, og nu glæder vi os til at følge betonerne over tid i et virkeligt miljø,« siger Lars Nyholm Thrane.

Derudover har Mouadh Addassi, der er postdoc på DTU Byg, arbejdet på at udvikle en matematisk model, der kan forudsige holdbarheden af betoner med de nye cementtyper.

Mangler markedsmodning

Selv om den nye beton bliver godkendt, er der dog stadig et stykke vej, førend den bliver sat i produktion, understreger Jesper Sand Damtoft fra Aalborg Portland.

»Lige nu regner vi på, hvad det vil koste at skalere produktionen op. Men vi ved jo faktisk ikke engang, om der vil være interesse for det blandt bygherrerne. Den voksende brug af certificering af bæredygtige byggerier indikerer, at der er en tendens i den retning, men vi ved ikke, hvilken værdi en mere klimavenlig beton vil have for bygherrerne. Den markedsmodningsfase vil nok tage to-tre år endnu,« lyder vurderingen.

Samtidig vil Aalborg Portland arbejde videre på at forbedre CO2-regnskabet. Der er nemlig stadig en del procenter at hente, vurderer Jesper Sand Damtoft.

»Egentlig er vi ret overraskede over, hvor langt vi er kommet med nogle teknologier, der faktisk ikke er særlig avancerede. Eksempelvis har vi blandet leret med cementen ved at have brændt ler og cement i to tankbiler, forbundet dem med hinanden, og så pumpet det frem og tilbage nogle gange. Og det har givet gode resultater. Men hvis vi opskalerer produktionen og bygger et dedikeret anlæg, så kan det jo kun blive bedre.«

Uden for Danmark er der imidlertid allerede projekter i gang, der vil gå endnu videre. I projektet LC3 arbejder forskere fra Schweiz, Cuba og Indien således sammen om at erstatte omkring halvdelen af klinkerindholdet i cementen med brændt ler, kalksten og gips.

På DTU vil både forskere og studerende let kunne se, hvor godt den nye beton holder. Gulvet og væggen, som nu er støbt med den nye beton, er nemlig en del af DTU’s nye beton- og materialelaboratorium. Og det er planen at lade væggen stå uinddækket, så man kan se, om de gode intentioner og store ambitioner holder i virkeligheden.