Steypan verður á endanum kolefnishlutlaus

Nýjustu rannsóknir sýna að steypa sýgur í sig koltvísýring, CO2, úr andrúmsloftinu og bindur kolefnið, C, í steypunni sem við þetta verður harðari og sterkari eftir því sem þetta ferli heldur áfram gegnum áratugina og aldirnar. Þetta ferli verður til þess að steypan breytist smátt og smátt í kalkstein. 

Kalksteinn endist um aldir alda, við réttar aðstæður. Fjöldi kirkja, m.a. kirkjan í Mílanó á Ítalíu er gerð úr kalksteini en bygging hennar hófst 1386. Aukið magn CO2 í andrúmslofti nú um stundir kemur sér vel fyrir plönturíkið og skv þessu, steyptu mannvirkin okkar. 

Spyrjum gervigreindina ChatGPT

Til að kynna sér þetta frekar, leytið á Google að: “Concrete as carbon sink”. Þá koma upp tenglar meðal annars á greinar frá Tækniháskólanum MIT í BNA. Með aðstoð gervigreindarinnar ChatGPT spurðist ég nánar um þetta mál og fékk svör sem eru sláandi. Ég vissi að steypan er frábært byggingarefni en ekki vissi ég að hún er svona stórkostleg. Á 100 árum bindur steypa um 20% af því CO2 sem losað er við framleiðslu hennar og hún bindur 100% á 1700 árum. Til samanburðar er aldur Pantheon í Róm, sjá mynd, 2000 ára gamalt mannvirki, gert 27 FK til 14 EK og státar af elsta og enn í dag stærsta hvolfþaki heims gert úr ójárnbentri steinsteypu.

Ég spyr gervigreindina Wolfram, einn af vísindavefnum ChatPTP:

“Segðu frá hvernig steinsteypa sogar í sig CO2 og breytist með tímanum í kalkstein. Hve mikið þessi steypa bindur af C á 100 árum annars vegar og 1700 átum hins vegar. Eins hvað þetta hefur mikil áhrif á kolefnishlutleysi steypunnar litið til 100 ára og 1700 ára”

Og ég fæ þetta svar:

“Steinsteypa sogar í sig CO2 í ferli sem kallast karbónatmyndun (carbonation).Þetta gerist þegar CO2 úr andrúmslofti hvarfast við kalk (Ca(OH)2) sem er til staðar í steinsteypunni, sem myndast við vatnsrof sementsefnisins (kalsíumoxíð). Kalkið hvarfast við CO2 og myndar kalkstein (CaCO3), sem er stöðugt efni.

Ferli karbónatmyndunar:

1. Upptaka CO2:  Þegar steypan er útsett fyrir lofti, dreifist CO2 smám saman inn í yfirborðs lag steypunnar.

2. Efnahvarf við kalk:   Kalk (Ca(OH)2) hvarfast við CO2 úr andrúmsloftinu og myndar kalsíumkarbónat (CaCO3), sem er kalksteinn. Þetta ferli eykst með aldri steypunnar og veldur hörðnun í yfirborðslaginu.

Binding kolefnis yfir tíma   Áætlanir um hversu mikið CO2 steinsteypa bindur eru mjög mismunandi eftir gerð steypu, loftgæðum og umhverfisskilyrðum. Samt er talið að steinsteypa geti bundið allt að 15-25% af CO2 sem var losað við framleiðslu hennar.

Binding á 100 árum: Samkvæmt rannsóknum bindur venjuleg steypa um 20% af upphaflegri kolefnislosun við sementframleiðslu á 100 árum. Þetta ferli er hægt, þar sem karbónatmyndun hefur fyrst og fremst áhrif á yfirborð steypunnar (þ.e. steypan bregst hægt við CO2 sem berst inn í hana).

Binding á 1700 árum: Við lengri tímabil, eins og 1700 ár, má áætla að karbónatmyndun verði næstum fullkomin. Þótt ferlið hægi verulega þegar farið er inn fyrir yfirborðslagið, myndi steinsteypa að lokum binda nær allt það CO2 sem var losað við framleiðslu sementsins, þ.e. allt að 100% af upphaflegri losun.

Áhrif á kolefnishlutleysi

• 100 ár: Binding CO2‚ frá steypunni hefur veruleg áhrif á kolefnisjöfnuð hennar. Þar sem steypa getur bundið um 20% af þeirri kolefnislosun sem átti sér stað við framleiðsluna, má segja að steypan hafi jákvæð áhrif á kolefnishlutleysi, en hún mun ekki verða fullkomlega kolefnishlutlaus á þessu tímabili.

• 1700 ár: Yfir svo langt tímabil má gera ráð fyrir að steypan verði að miklu leyti kolefnishlutlaus, þar sem hún bindur nær alla þá losun sem var tilkomin við framleiðslu. Þessi eiginleiki steinsteypu eykur möguleikann á að nýta steinsteypu í byggingar með minni kolefnisspor yfir langan tíma."

Hér er komin skýringin á því af hverju þessi gömlu hlöðnu mannvirki og hvolfþök úr múr, steypu og steini standa enn. Múrinn / steypan á milli steinanna hefur hvarfast við CO2 og breyst í kalkstein. Þessi gömlu mannvirki og nýju steyptu mannvirkin okkar eiga alla möguleika á að standa  um aldir alda.

Steinsteypan eina byggingarefnið sem getur orðið kolefnishlutlaust 

Öll byggingarefni, stál, gler, timbur, ál og svo framvegis, öll þessi byggingarefni skilja eftir sig kolefnisspor og sum þeirra eins og timbur og óvarið stál hafa takmarkaðan líftíma utandyra. Steinsteypan skilur sig frá í þessum efnum sem afburða efni, horft til endingar og kolefnisspors við framleiðsluna. Samkvæmt nýjustu rannsóknum er þetta eina byggingarefnið sem státar af því að geta orðið á endanum kolefnishlutlaust. Steypan er því "grænasta" byggingarefnið sem völ er á og það allra besta, hún verður betri og sterkari eftir því sem árin og aldirnar líða. 

Steypan töluð niður

Steypan hefur verið töluð mikið niður á síðustu áratugum af fólki sem þekkir ekki þennan eiginleika steypunnar. Tilgangur þessa pistils er tvíþættur:

• Að upplýsa hve frábært byggingarefni steypan í raun er og reyna að hjálpa til við að stöðva þessa þróun að henda út steypu í mannvirkjum og nota í hennar stað önnur efni eins og samlímdar timbureiningar. Þegar að er gáð þá hafa allar þessar lausnir stærra kolefnisspor en steypan.
• Sýna hvernig gervigreindin getur hjálpað okkur að öðlast nýja þekkingu sem hjálpar okkur að velja bestu lausnirnar, t.d. eins og í þessu tilfelli velja steypu áfram sem okkar helsta byggingarefni við gerð húsa og mannvirkja.

Kársnesskóli hefði betur verið gerður úr steypu

Þeir hefðu betur byggt Kársnesskóla allan úr þessu "græna" byggingarefni sem steypan er, í stað þess að byggja hann að stórum hluta úr samlímdum timbureiningum sem fóru að mygla í skipinu á leið til landsins. Bara mátti nota Svansvottaðar vöru við gerð Kársnesskóla sem þýddi að ekki mátti nota sterkustu og öflugust rotvarnarefnin við framleiðsluna. Aðeins má nota Svansvottað hráefni, rotvarnarefni og framleiðsluaðferðir sem m.a. varð til að þetta myglaði allt. Þessi Svansvottuðu byggingarefni eru 15% til 20% dýrari en venjuleg CE vottuð byggingarefni. Til að bæta á þann kostnað þá þarf að vera tæknimaður í fullu starfi út byggingartímann til að halda utan um allt pappírsfarganið tengt þessari Svansvottun. Já Kópavogsbær hefði betur byggt hefðbundið hús úr steypu og sparað sér hundruð milljóna, hús úr steini sem verða á endanum þegar allt er talið til, alltaf með minna kolefnisspor en allar aðrar gerðir húsa.  

Dreifið þessari þekkingu sem víðast

Ég hvet alla sem lesa þessa grein að dreifa þessari þekkingu sem víðast. Þetta gervigreindar forrit ChatGPT er til fyrir snjallsíma og það besta er að fólk einfaldlega spyr sjálft gervigreindina þessarar spurningar:

“Segðu frá hvernig steinsteypa sogar í sig CO2 og breytist með tímanum í kalkstein. Hve mikið þessi steypa bindur af C á 100 árum annars vegar og 1700 átum hins vegar. Eins hvað þetta hefur mikil áhrif á kolefnishlutleysi steypunnar litið til 100 ára og 1700 ára”

og segi öðrum frá hvaða svör þið fáið. 

Ég hvet allar steypustöðvar landsins og setja þessar upplýsingar inn á heimasíðuna sína og standa þannig vörð um þá íslensku byggingarhefð að hér á Íslandi býr fólk í bestu húsum í heimi, í húsum úr steini sem endast um aldir alda og hafa lægsta kolefnisspor allar húsa. Bendi á að það koma aðeins mismundandi svör frá mismunandi gervigreindum hve mikið steypan bindur á 100 árum en þau eru öll sammála um að eftir 1700 ár þá hefur steypan bundið allt það CO2 sem var losað þegar hún var framleidd. 

Í framhaldi spurði ég svo gervigreindina:

"Teldu upp 11 helstu heimildir sem þessar niðurstöður eru byggðar á"

Og fékk þetta svar:

"Hér eru 11 helstu heimildir sem niðurstöður um CO2 bindingu steinsteypu, karbónatmyndun og áhrif hennar á kolefnishlutleysi byggja á:

1. Gjorv, O. E. (1994). “Durability of Concrete Structures: CO2 Sequestration.” – Rannsóknir á langtímaviðbrögðum steypu við karbónatmyndun og bindingu CO2.

2. IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage (2005). – Alhliða skýrsla um ferla sem tengjast upptöku og bindingu CO2, þar á meðal í byggingarefnum eins og steypu.

3. Collins, F., and Sanjayan, J. G. (2000). “Effect of Carbonation on Durability of Concrete.” – Rannsóknir á áhrifum karbónatmyndunar á endingu steypu.

4. Xi, Y., et al. (2016). “CO2 uptake by concrete through carbonation.” – Rannsókn á magni CO2 sem steinsteypa getur bundið á líftíma sínum.

5. Scrivener, K. L., et al. (2018). “Carbonation of concrete: Mechanisms and impact on durability.” – Skýrsla um eðlis- og efnafræði karbónatmyndunar í steinsteypu.

6. Habert, G., et al. (2010). “Environmental impact of cement production and solutions.” – Samantekt á áhrifum sementsframleiðslu á umhverfið og möguleikum á bindingu CO2 með steinsteypu.

7. Papadakis, V. G. (2000). “Effect of supplementary cementing materials on concrete carbon dioxide sequestration.” – Rannsóknir á áhrifum viðbótar efna á getu steypu til að binda CO2.

8. Bertos, M. F., et al. (2004). “Accelerated carbonation for carbon dioxide sequestration.” – Rannsókn á hraðri karbónatmyndun í byggingarefnum sem leið til að fanga og geyma CO2.

9. Lagerblad, B. (2005). “Carbon Dioxide Uptake in Concrete Structures.” – Skýrsla sem metur magn CO2 sem steinsteypa bindur á líftíma sínum.

10. National Research Council (2001). “Climate Change: The Carbon Cycle.” – Rannsókn á kolefnishringrásinni og hlutverki byggingarefna við bindingu CO2.

11. Monkman, S., et al. (2013). “Accelerated carbonation of waste cement for carbon sequestration.” – Rannsóknir á möguleikum þess að nýta úrgang úr sementsframleiðslu til bindingar CO2.

Þessar heimildir veita víðtæka innsýn í karbónatmyndun í steypu og möguleika þessarar tækni til að draga úr kolefnisspori í byggingariðnaði.” 

Takið eftir að elsta greinin sem hér er vísað til er frá 1994. Þessi sannleikur hefur verið þekktur í 30 ár að steypan sogar í sig CO2 úr andrúmslofti og við það breytist steypan í kalkstein. 

Ath, spurningar sem ég spurði gervigreindina eru á Íslensku og ég fékk þessi svör á ótrúlega góðri Íslensku. Ég leiðrétt orðalag lítillega en það var ekki mikið.