Additiivinen valmistus
Nopeasti kuivuva 3D-tulostettu savea-hampun polymeeri korvaamaan betonia
Betonin ympäristörajat: Hiekan käyttö ja CO₂-päästöt
Concrete on noussut keskeiseksi rakennusmateriaaliksi viime vuosikymmeninä, erityisesti tiheissä kaupunkialueissa. Se on vähitellen korvannut tiilet, kiven ja puun alhaisen hintansa, helppokäyttöisyytensä ja skaalautuvuutensa ansiosta.
Mutta sillä on myös ongelmia.
Ensinnäkin se ei ole kestävä tuote resurssien kulutuksen osalta. Se käyttää valtavia määriä hiekkaa, niin paljon että raportit viittaavat siihen, että maailma on “loppumassa hiekasta.”
Lähde: Visual Capitalist
Sementin tuotanto on myös erittäin energiaintensiivistä. Se on lähes kokonaan fossiilisilla polttoaineilla, mikä tekee sementin tuotannosta vastuullisen 8 % maailman CO₂-päästöistä.
Tämä on verrattavissa autojen ja pakettiautojen päästöihin, joiden osuus on 10 % globaaleista päästöistä. Siksi betonin kestävämmäksi tekeminen olisi yhtä vaikuttavaa kuin kaikkien maailman autojen siirtäminen sähköautoihin ja niiden energian saaminen kokonaan vihreästä energiasta.
Kuinka savea-hampun 3D-tulostus luo vähähiilisen betoni-alternatiivin
Samanaikaisesti perinteisen betonin vihreiden vaihtoehtojen etsinnän kanssa syntyi ajatus käyttää 3D-tulostusperiaatteita talojen rakentamiseen.
Sen sijaan, että käytettäisiin työvoimavaltaisia menetelmiä kuten tiilien asennusta, automatisoitu 3D-tulostuskone voi koota seiniä nopeasti.
Kuitenkin seinien tulostaminen ei poista betonin pitkää kovetusajaa; rakenteen täysi lujuus saavutetaan vasta 28 päivän odotusjakson jälkeen.
Oregon State Universityn tutkijat ovat nyt kehittäneet betonin korvaajan, joka on merkittävästi vähemmän hiilidioksidipainotteinen ja silti yhteensopiva 3D-tulostusteknologian kanssa.
He julkaisevat tuloksensa Advanced Composites and Hybrid Materials1 otsikolla “3D printing of sustainable infrastructure using rapid-set clay concrete with biobased additives.”
Swipe to scroll →
| Ominaisuus | Perinteinen sementtibetoni | Savea-hampun polymeeribetoni (OSU) | Vähähiilinen elektrolyysisementti (Sublime) |
|---|---|---|---|
| Sideaine | Portlandin sementti, uunissa poltettu klinkkeri | Akrilamidi-pohjainen polymerisideaine, käyttäen RICFP:ta | Elektrolyysipohjainen sementti, valmistettu huoneenlämpötiloissa |
| Bio-pohjainen / paikallinen sisältö | Alhainen; pääosin louhittuja aggregaatteja | ≈75 % savea, hiekkaa, hampunsäikeitä, biohiiltä painosta | Riippuu paikallisista kalsiumpiirteistä (teolliset sivutuotteet, kivet) |
| Lujuus heti asennuksen jälkeen | Käytännössä 0 MPa; vaatii muottauksen | ≈3 MPa heti 3D-tulostuksen jälkeen | Varhaisen lujuusprofiilin skaalaus ja testaus on vielä käynnissä |
| Päivät 17–24 MPa rakenteellisen lujuuden saavuttamiseen | Tyypillisesti enintään 28 päivää | ≈3 päivää 17 MPa:n ylittämiseen | Tavoitteena samanlainen tai parempi, vaihtelee seoksen ja laitoksen mukaan |
| Kokonaiskovetusaika | ≈28 päivää | ≈8–14 päivää (yli 40 MPa) | Laitoskohtainen; suunniteltu välttämään uuniprosessia |
| CO₂-jalanjälki verrattuna tavalliseen Portlandin sementtiin | Korkea (uunit ja prosessipäästöt) | Alhaisempi, bio-pohjaisten aggregaattien ja sementtiuunin puuttumisen ansiosta | Suunniteltu olemaan merkittävästi alhaisempi välttämällä kalkkikiven kalkkeutumisen |
| 3D-tulostuskyky | Vaatii tukirakenteita, hitaampi kovettuminen, rajoitetut ulokkeet | Voi tulostaa itsenäisiä ulokkeita ja aukkoja ilman tukia | Varhaisvaihe; keskittyy erävalmistukseen vähähiiliselle sementille |
Savea-hampun polymerin sisällä: RICFP ja bio-pohjaiset aggregaatit
Sementti koostuu tyypillisesti kalsiumista, piistä, alumiinista ja raudasta, jotka lopulta kuumennetaan uunissa ja jauhetaan hienoksi jauheeksi.
Sen sijaan tutkijat kehittivät 3D-tulostettavan, saveapohjaisen rakennusmateriaalin menetelmällä, jota kutsutaan radikaalinen indusoitu kationinen frontaalinen polymerisaatio (RICFP).
Se perustuu kolmeen keskeiseen kemialliseen komponenttiin:
- Monomeeri, joka polymerisoituu vapaan radikaalin läsnä ollessa.
- Ristikkäinlinkkeri, joka yhdistää polymeriketjuja.
- In initiattori, joka korkean lämpötilan alla vapauttaa polymerisaation käynnistämiseen tarvittavat vapaat radikaalit.
Tutkijat saavuttivat tämän yhdistämällä RICFP-sideaineen savea-aggregaatin, hiekan, biohiilen ja hampunsäikeen kanssa, parantaen puristuslujuutta, eristystä ja kestävyyttä. Tähän lisättiin sideaine, joka koostui akrylamidimonomeerista (ACR), metyleenibisakrylamidista (MBA) ja ammoniumpersulfaattista (APS).
Kaikkiaan tämä mahdollisti 70–80 % bio-pohjaisten materiaalien käytön painosta.
Ylivoimainen lujuus ja nopeampi kovetus kuin perinteinen betoni
Tämän materiaalin tärkein parannus perinteiseen betoniin verrattuna on korkea lujuus, erityisesti heti 3D-tulostuksen jälkeen.
Rakennettavalla lujuudella 3 MPa se mahdollistaa monikerroksisten seinien ja itsenäisten ulokkeiden, kuten kattojen, rakentamisen.
Tämä lujuus kasvaa ajan myötä, luoden erittäin vankan lopullisen rakennuksen.
“Se ylittää 17 MPa:n, joka on asuinrakenteiden betonin vaadittu lujuus, vain kolmessa päivässä, kun perinteinen sementtipohjainen betoni voi kestää jopa 28 päivää.”
– Devin Roach, apulaisprofessori koneenrakennuksesta, OSU College of Engineering
Toinen etu on kovetusaika: materiaali saavuttaa 17 MPa:n lujuuden, joka vaaditaan asuinrakenteiden betonille, vain kolmessa päivässä. Se kovettuu täysin alle kahdessa viikossa – verrattuna noin 28 päivään perinteisessä sementtipohjaisessa betonissa.
Tutkijat testasivat myös erilaisia 3D-tulostusmenetelmiä. He osoittivat, että korkea lujuus ja nopea polymerisaatio mahdollistavat uuden seoksen tulostamisen ilman alusta‑rakennetta.
Tämä uusi menetelmä voitaisiin myös käyttää normaalin muotoisten ovien ja ikkunoiden tulostamiseen, ominaisuuksia, jotka yleensä vaativat lisämateriaaleja tai erityisiä menetelmiä betonin 3D-tulostuksessa.
“Materiaalin kyky tulostaa itsenäisiä rakenteita ilman tukia, mukaan lukien erilaiset ja ainutlaatuiset mahdollisuudet frontaalisesti polymerisoivan betonin tulostamiseen.”
Mitäs savea-hampun 3D-tulostus voisi tarkoittaa tulevaisuuden rakennuksille
Vaikka 3D-tulostetut talot ja rakennusmateriaalit alun perin käyttivät betonia, on todennäköistä, että tämä uusi rakennusmenetelmä hyötyy uusista materiaaleista.
Toistaiseksi, koska se on vielä kokeellisessa vaiheessa, savea-hampun-biohiilipohjainen materiaali on kalliimpi kuin betoni.
Kuitenkin jatkokehitys ja rakennuskustannusten aleneminen 3D-tulostuksen tehokkuuden ansiosta tulisi lopulta tasoittamaan sen perinteisten materiaalien kanssa.
Lisäksi ylivoimainen hiilijalanjälki voi olla ratkaiseva tekijä, jos hiiliverot alkavat vaikuttaa sementin kustannuksiin merkittävästi.
Sijoittaminen sementin tuotantoon
Sijoittajan yhteenveto – Savea-hampun 3D-tulostus & CRH
Savea-hampun polymeribetoni on vielä laboratoriosta ja pilottivaiheesta, mutta se sijoittuu kolmen voimakkaan voiman virtavirtaan: rakennusten hiilineutraalius, automatisoitu 3D-tulostusrakentaminen ja nopea kovettuminen, jotka tiivistävät projektiaikatauluja. Oregon State Universityn seos osoittaa, miten bio-pohjaiset aggregaatit ja polymerikemia voivat tuottaa rakenteellista lujuutta päivissä viikkojen sijaan, ja samalla paljon pienemmällä CO₂-jalanjäljellä kuin perinteinen sementti. Julkisille markkinoille sijoittajille CRH on yksi selkeimmistä tavoista saada altistusta tälle siirtymälle. Yritys on Pohjois-Amerikan suurin kierrättäjä, on jo aloittanut sementin päästöjen leikkaamisen vaihtoehtoisten polttoaineiden avulla, ja sijoittaa pääomaa vähähiilisiin sementtialoitteisiin kuten Sublime Systems, hiilidioksidin talteenottoteknologioihin ja tekoälypohjaiseen seoksen optimointiin. Jos elektrolyysipohjainen sementti ja kehittyneet 3D-tulostusseokset skaalautuvat kaupallisesti, globaalilla jakelulla, pääomalla ja sääntelysuhteilla varustetut toimijat – kuten CRH – ovat parhaiten asemoituneet omistamaan siirtymän sen sijaan, että ne kokisivat sen häiriönä.
CRH: Kestävä sementin johtaja ja hiilineutraaliusstrategia
(CRH )
Yksi maailman johtavista sementin tuottajista, CRH tulee olemaan keskeinen tekijä sementtirakentamisen muuttamisessa kestävämmäksi alaksi. Se on #1 kokonaisrakennusmateriaalin volyymissa sekä Yhdysvalloissa että Euroopan markkinoilla.
Yritys toimii 28 maassa ja 3 390 paikassa, työllistää 78 500 henkilöä, ja CRH Americas tuottaa 65 % sen 2023 maailmanlaajuisista myynneistä.
CRH odottaa vahvaa länsimaisten hallitusten infrastruktuuri-investointeja kasvattavan liiketoimintaa. Uudelleensanallistamisen ja korkean teknologian valmistuksen kotimaahan palauttamisen trendit tukevat tätä.
Lähde: CRH
CRH on edistynyt merkittävästi kestävyyden saralla useiden aloitteiden kautta:
- Se on Pohjois-Amerikan suurin kierrättäjä, ja kierrätti 2023 vuonna 43,9 miljoonaa tonnia jätettä ja sivutuotteita muilta teollisuudenaloilta.
- Se vähensi CO₂-päästöjään 8 % vuonna 2023, kiitos 36 % vaihtoehtoisten polttoaineiden käytön sementtitehtailtaan.
- Tavoitteena on 30 % päästövähennys vuoteen 2030 mennessä (verrattuna 2021‑vuoden päästöihin).
Tämä on itsessään kiitettävää, mutta voidaan nähdä myös liian myöhäisenä, kun otetaan huomioon betoniteollisuuden kokonaispäästöt.
Onneksi CRH on myös keskeinen toimija sektorin perusteellisemmissa muutoksissa. Erityisesti se on sijoittanut 75 miljoonaa USD low‑carbon‑sementtiyritys Sublimeen yhdessä eurooppalaisen sementtijätin Holcimin kanssa.
Sublime Systems syntyi MIT:stä vuonna 2020 hyödyntäen elektrolyysilaitteistoa sementin tuotantoon huoneenlämpötiloissa, korvaten energiaintensiiviset ja fossiilisia polttoaineita kuluttavat uunit. Se mahdollistaa myös kalsiumpiirteiden käytön raaka-aineena, mikä estää kalkkikiven hiilidioksidipäästöjen vapautumisen.
Sublime Systemsin ensimmäinen kaupallinen laitostaan Holyokessa odotetaan avautuvan jo vuonna 2026. Jos se osoittautuu menestykseksi, se voi olla todellinen pelinmuuttaja sementtialalle ja avata tien skaalautuville vähäpäästöisille betoneille.
CRH on myös sijoittanut muihin hiilineutraalius‑ ja kestävyyshankkeisiin:
- 23,7 miljoonaa € Cool Planet Technologies -yritykseen, joka kehittää hiilidioksidin talteenotto‑ratkaisuja perinteisesti vaikeasti dekarbonisoitaville teollisuudenaloille.
- 34,7 miljoonaa USD CRH:n ja muiden sijoittajien rahoittama Carbon Upcycling Technologies, joka käyttää täysin sähköistä mineraalisointiratkaisua CO₂:n pysyvään varastointiin teollisuuden sivutuotteissa ja mineraaleissa, kuten sementissä, muoveissa, kulutustavaroissa, lannoitteissa ja lääkkeissä.
- AICrete, “resepti‑palveluna” -alusta, joka tekee yhteistyötä paikallisten sementtituottajien kanssa, optimoiden paikallisia materiaaleja ja minimoiden sementin käyttöä tekoälyanalyysien avulla, mikä vähentää sekä CO₂‑jalanjälkeä että betonin tuotantokustannuksia.
- FIDO AI:n Series B -rahoitus, startup, joka käyttää tekoälyä vedenkulutuksen vähentämiseen ja vesisäästöjen lisäämiseen.
Lopuksi, CRH sijoittaa myös 3D‑betonitulostukseen (3DCP) tytäryhtiönsä Amerimixin kautta.
Kaiken kaikkiaan CRH on kannattava johtaja betoni‑ ja rakennusteollisuudessa, ja se valmistautuu aktiivisesti alan hiilineutraaliuteen sekä suoraan olemassa olevissa laitoksissa että tarjoamalla pääomaa innovatiivisille startupeille, jotka luovat seuraavan sukupolven sementti‑ ja betoniteknologiaa, mukaan lukien hiilineutraalius ja 3D‑tulostus.
Viimeisimmät CRH (CRH) osakeuutiset ja kehitykset
Viitattu tutkimus
1. Nicolas A. Gonsalves et al,. 3D printing of sustainable infrastructure using rapid-set clay concrete with biobased additives. Advanced Composites and Hybrid Materials. Volume 8. 01 lokakuu 2025. https://link.springer.com/article/10.1007/s42114-025-01456-1
