Uusilla menetelmillä edistetään kiertotaloutta maarakentamisessa

Rakennetun ympäristön hiilijalanjälki muodostaa noin kolmanneksen Suomen kasvihuonekaasupäästöistä¹. Geologian tutkimuskeskus oli mukana selvittämässä, miten kiertotaloutta voidaan edistää maarakentamisessa ja neitseellisiä maa-aineksia korvata teollisuuden sivuvirtoja hyödyntämällä.

Geologi Jaakko Auri kairaa näytettä sulfaattipitoisuus-, pH- ja sähkönjohtavuusmittauksia varten maalle läjitetystä, käsittelemättömästä ruoppausmassasta Naantalin Matalahdella. Kuva: © J. Jarva, Geologian tutkimuskeskus 2020.

Joulukuussa 2020 päättyneen CircVol-projektin tavoitteena oli kartoittaa suurivolyymisten teollisten sivuvirtojen ja kaivettujen maamassojen hyödyntämistä infra- ja maarakentamisessa. CircVol-projektin kohderyhmänä olivat yritykset ja kestävän kaupunkikehittämisen nk. 6Aika-kaupungit (Helsinki, Espoo, Vantaa, Turku, Tampere ja Oulu). Projektissa tuettiin yrityksiä kiertotalouden mukaisten uusien tuotteiden ja palveluiden kehittämisessä, ja suunniteltiin kaupungeille toimintamalleja kiertotalouden edistämiseksi.

Suomessa kaivetaan tai louhitaan vuosittain noin 200 miljoonaa tonnia kiviainesta, josta 70 miljoonaa tonnia on neitseellistä harju- ja kalliokiviainesta. Tästä suuri osa käytetään maarakentamisessa². Toisaalta kaupunki- ja infrarakentamisen yhteydessä syntyy maamassoja, joiden kierrätystä uusiin käyttökohteisiin olisi mahdollista tehostaa maankaatopaikoille läjittämiseen sijaan. Lisäksi teollisuudessa syntyy sivuvirtoja, joilla uusiutumattoman maa- ja kiviaineksen käyttöä infra- ja maarakentamiskohteissa voisi osittain korvata. Monet infrahankkeiden keskeisimmistä rakennusmateriaaleista ovat päästöintensiivisiä niiden valmistuksen, suurten kuljetusmäärien tai pitkien välimatkojen takia.

Rakentamisen yhteydessä syntyvien kaivettujen maamassojen ja muiden mineraalipohjaisten materiaalien karakterisointi tapauskohtaisesti ja optimoiduilla menetelmillä on olennainen osa näiden materiaalien turvallista ja tehokasta hyötykäyttöä sekä tuotteistamista.

Puhtaat ja turvalliset materiaalikierrot

Kaivettujen maamassojen turvallisessa hyötykäytössä tulee huomioida kaivetun maa-aineksen haitta-ainepitoisuudet ja muut epäpuhtaudet. Erityisesti rannikkoalueilla on huomioitava happamien sulfaattimaiden esiintyminen. Rikkipitoiset sulfaattimaat kuivuvat ja hapettuvat maanmuokkauksen ja kaivamisen yhteydessä, jolloin maaperään muodostuu rikkihappoa. Tämä lisää valumavesien happamuutta, mikä puolestaan liuottaa maaperästä myrkyllisiä metalleja ympäristöön. Happamuus aiheuttaa myös rakenteiden korroosiota.

Merenpohjalta ruopattavat sedimentit saattavat sisältää happamoitumista aiheuttavaa sulfidimuotoista rikkiä. Lisäksi esimerkiksi satama-alueilla sedimentteihin on usein kertynyt erilaisia haitta-aineita, jotka vaikuttavat niiden hallintaan ja hyödyntämiseen. Ruoppausmassat ja löyhät savimaat vaativat yleensä stabilointia ennen niiden käyttöä maarakentamisessa.

Ruoppausmassa maarakentamisen hyötykäyttöön

CircVol-projektissa toteutetussa Naantalin Matalahden kenttäkokeessa testattiin pienessä mittakaavassa ruoppausmassan stabilointia kohtuullisen kuljetusmatkan päässä hyödyntämiskohteesta sijaitsevien yritysten toimittamilla sivutuote- tai jätepohjaisilla kierrätysmateriaaleilla, kuten tuhkilla ja kuonilla. Kenttäkokeessa testatut materiaalit oli todettu ominaisuuksiltaan toimiviksi ja ympäristön kannalta turvallisiksi laboratoriossa tehdyissä esiselvityksissä.

Kenttäkokeessa testattiin yhdeksää erilaista reseptiä sulfidimuotoista rikkiä sisältävän ruoppausmassan stabilointiin. Kenttäkokeessa maalle läjitettyyn ruoppausmassaan sekoitettiin testattavien reseptien mukaisesti eri sideaineita ruoppausmassan stabiloimista varten. Kaikki kenttäkokeeseen valitut reseptit saavuttivat geoteknisiltä ominaisuuksiltaan hyvän ja kantavan maapohjan viimeistään puoli vuotta kenttäkokeen alkamisesta. Eri sideainein tehty stabilointi myös neutraloi tehokkaasti happoa tuottavan ruoppausmassan. Sideaineiden ja ruoppausmassan sisältämien haitta-aineiden liukoisuus stabiloidusta massasta oli hyvin vähäistä.

CircVol-projektin tuloksia

  • Varsinais-Suomen kiviainesselvitys: arviointi tutkittujen alueiden kiviainesten soveltuvuudesta eri käyttökohteisiin. Selvityksen avulla voidaan turvata kiviainesten saatavuus eri käyttökohteissa pitkälle tulevaisuuteen sekä vähentää kuljetuskustannuksia ja niistä aiheutuvia päästöjä.
  • Maamassojen uudelleenkäyttö: happamat sulfaattimaat kiertotaloushankkeissa (mm. Matalahti); kaivettujen maa-ainesten tutkimusmenetelmät (Turun täyttömaiden lyijypitoisuus); kaivettujen maiden hyötykäytön edistäminen (Turun tapauskohteet Heikkilä ja Lauttaranta)
  • Ylijäämämaiden haitta-ainepitoisuuksien määrittäminen: spektroskopiaan perustuvat mittalaitteet
  • CircVol 2 jatkoprojekti: käynnistyi kesäkuussa 2021. Projektissa selvitetään tarkemmin infra- ja maarakentamisessa käytettyjen uusiomateriaalien hiilijalanjälkeä sekä maalle läjitettyjen ruoppausmassojen ympäristövaikutuksia ja niiden hallintaa.

CircVol-projektissa mukana

Turku Science Park Oy (koordinaattori), Varsinais-Suomen liitto, Åbo Akademi, Turun ammattikorkeakoulu, Helsingin kaupunki, Forum Virium Helsinki Oy, Oulun kaupunki, Oulun ammattikorkeakoulu, Tampereen yliopisto, Suomen ympäristökeskus ja Geologian tutkimuskeskus.

Lisätietoja

Jaana Jarva, johtava asiantuntija, jaana.jarva@gtk.fi
Jaakko Auri, geologi, jaakko.auri@gtk.fi

Lähteet

¹Rakennusteollisuus RT ry, Rakennetun ympäristön hiilijalanjälkeä voidaan huomattavasti kutistaa nopeilla toimilla

²Ympäristöministeriön raportteja (13/2018), Kiviaineshuollon kehittäminen