Examensarbete banar väg för hållbar cementproduktion

Byggnader, broar och vägar – alla är de beroende av betong för att stå stadigt. Betongens viktigaste ingrediens är cement, och hur vi tillverkar den har en stor påverkan på miljön.

Cementtillverkning släpper ut mycket koldioxid, och forskare arbetar hårt för att hitta sätt att göra den mer miljövänlig.
En som tittat närmare på detta är Lukas Larsson, som under våren 2024 har genomfört ett examensarbete i Energiteknik (civilingenjörsprogrammet) hos Heidelberg Materials Cement Sverige AB.

– Det var mycket intressant. Jag visste inget om klinkerproduktion innan jag startade men har lärt mig massor och hoppas att mitt arbete kan vara till hjälp. Det visade sig faktiskt vara ganska enkelt att testa nya produkter på detta sätt, förklarar Lukas.

Arbetet är en del av CemZero-projekten och görs via ett samarbete med Centrum för hållbar cement vid Umeå Universitet, och är både kopplat till aktuell forskning inom området såväl som utveckling av nya analysmetoder åt Heidelberg Materials.

Vad var målet med examensarbetet?

Projekt hade tre huvudmål:

Skapa en ny metod för att mala små mängder cement i labbet.
Undersöka hur denna malda cement reagerar med vatten över tid, med hjälp av olika tekniker.
Sammanfatta alla resultat och metoder i ett protokoll som kan användas av andra forskare och industrin.

Varför behöver vi ny malningsmetod?

Den nuvarande metoden för att mala cement fungerar bra för stora mängder, men Lukas behövde hitta en lösning för att hantera mindre mängder. Detta är viktigt när man vill testa nya typer av cementklinker som bara tillverkas i små batcher, särskilt i experimentella miljöer.

Hur gick Lukas till väga?

Utveckling av malningsmetod: Lukas började med att skapa en metod för att mala små mängder klinker (cementens råmaterial) i labbet. Genom att använda denna metod kunde han mala så lite som 6 gram åt gången.
Analyser av cementens reaktioner: Efter att ha malt klinkern, använde Lukas tre huvudsakliga tekniker för att studera cementen:
- Isotermisk konduktionskalorimetri (ICC): För att mäta hur mycket värme som utvecklas när cementen reagerar med vatten. Detta ger en indikation på hur reaktiv cementen är.
- Röntgendiffraktion (XRD): För att studera cementpastans sammansättning och se hur olika mineraler reagerar över tid.
- Termogravimetrisk analys (TGA): För att analysera hur mycket vikt cementpastan förlorar när den värms upp, vilket också hjälper till att förstå dess sammansättning.

Vad blev resultatet

Den nya malningsmetoden, trots att den producerade något grövre partiklar, gav jämförbara resultat med de konventionella metoderna, vilket innebär att metoden kan användas för att studera små mängder cement på ett tillförlitligt sätt.

Dessutom visade resultaten från ICC, XRD och TGA att dessa metoder kunde ge detaljerad information om cementens reaktivitet och hjälpa till att förbättra cementens kvalitet.

Varför är detta viktigt?

Den nya metoden och protokollet som Lukas har utvecklat kan hjälpa industrin att snabbare och billigare testa nya typer av cement. Detta är särskilt viktigt när man försöker hitta mer miljövänliga alternativ och minska koldioxidutsläppen.
Genom att använda mindre mängder i tester kan forskare snabbt och effektivt avgöra vilka nya recept som fungerar bäst, utan att behöva genomföra dyra och storskaliga försök, vilket leder till att nya mer hållbara produkter kan lanseras snabbare.

Framtidens byggmaterial

Genom att utveckla nya och bättre sätt att studera cement kan vi snabbare övergå till hållbara material och byggmetoder. Detta arbete visar att det är möjligt att kombinera vetenskaplig noggrannhet med praktisk tillämpning för att skapa en mer hållbar cementtillverkning.

Förhoppningsvis är detta ett verktyg som kommer kunna användas i framtiden för att spara mycket tid och resurser.

– Jag ska börja som forskningsingenjör vid Centrum för hållbar cement vid Umeå Universitet efter utbildningen. Då kommer jag fortsätta med vissa aspekter av exjobbet och komplettera med andra slags tester och SCM:er, som till exempel med vulkaniskt material från Island, känt som VPI (Volcanic Pozzolan Iceland), som blir en del av den nya produkten Bascement Plus. Sedan får jag se. Kanske jag doktorerar inom området. Det är fascinerande, avslutar Lukas.

Vill du göra exjobb hos oss? Anmäl intresse här