Här testas framtidens nära noll-cement

I det lilla samhället Älvkarleby i norra Uppland finns inte bara vacker natur och ett välkänt vattenfall, utan även ett av Sveriges äldsta vattenkraftverk. Det är också här som Vattenfall har sitt laboratorium där det forskas på alltifrån biologisk mångfald och smart elektrifiering till hur man tar fram material med så lågt koldioxidavtryck som möjligt.  

Laboratoriet har funnits i drygt 80 år och ursprungligen handlade det mest om säkerhet i vattenkraftverk och dammar. Därefter har verksamheten utvecklats och sedan slutet av 80-talet finns här ett eget betonglabb som byggdes för forskningsändamål.  

Erik Nordström, Per-Erik Thorsell, och Bojan Stojanovic, jobbar på Vattenfalls forskning- och utvecklingsenhet. Från bryggan bakom dem hänger betongprover i vattnet, för att se hur de påverkas av sin miljö över tid.

Till att börja med forskades det för egen räkning men idag gör de även extern betongprovning. I detta labb har i stort sett all betong som används till stora byggen i Sverige såsom Förbifart Stockholm, Citybanan och Bottniabanan testats.  

Att ha ett eget laboratorium ger många fördelar och är en betydande styrka för Vattenfall som bolag, konstaterar Erik Nordström, specialist inom damm- och vattenbyggnad och adjungerad professor i betongbyggnad på KTH.

– Vår verksamhet har länge varit en förebild för att skapa ett labb med hög kvalitet, kunnig personal och därigenom forskning där man kan lita på resultaten. Inom vattenbyggnad handlar det mycket om hur vi tar hand om våra befintliga anläggningar så att de håller så länge som möjligt. Därför behöver vi ha kunskap om beständighet, hur man gör statusbedömningar, hur man reparerar konstruktionerna och liknande.  

Cement, stål och havsbotten

Och det är just här, i frågor kring materialval och hur Vattenfall som bolag kan få ner utsläppet av koldioxid radikalt i sin produktion, som fokuset ligger. Länge var det huvudsakligen cement och frågor som fotavtryck, hållfasthet och livslängd som det forskades kring, men för fem år sedan började man även att testa stål.  

Att stål är av intresse för Vattenfall har att göra med de stora tornen som man slår ner i havsbotten för vattenbaserad vindkraft. För ett par år sedan drog de även i gång ett geotekniklabb till följd av det växande intresset för att undersöka materialet på havsbotten för havsbaserad vindkraft.

– Styrkan i att ha ett eget labb är att vi har kunskapen inom Vattenfall i stället för att bara förlita oss på konsulter. Vi vill vara duktiga beställare och då behöver man ha kunskap, förklarar Per-Erik Thorsell sektionschef och ansvarig för materiallaboratoriet i Älvkarleby.

Vattenfalls forsknings- och utvecklingscentrum ligger längs Dalälven.

Totalt jobbar 120 medarbetare inom Vattenfalls forsknings- och utvecklingsenhet, varav drygt hälften har sin bas i Älvkarleby. Cement är det material som det forskas mest på i Älvkarleby där den centrala knäckfrågan är hur man klan få ner koldioxidavtrycket till nära noll i cementproduktionen utan att tumma på kvalitén. 

– Betong ska gå att bygga med, det ska ha en viss prestanda och kunna bära laster över tid under många decennier och kanske århundraden. Nu när vi tar fram nya betongmaterial behöver vi hjälpa vattenkraft och andra energislag med vägledning för deras anläggningar, påpekar Erik Nordström.

Cementkris stärkte efterfrågan

Idag står cement för 8 procent av världens koldioxidutsläpp och är med andra ord ett material med betydande klimatpåverkan. Efterfrågan på ett alternativ till traditionellt cement, även kallat Portlandcement, drog i gång på allvar för cirka fem år sedan, förklarar Erik Nordström. 

– Delvis beror det på de olika avtalen kring fossilfrihet inom infrastruktursektorn och men också de styrdokument som togs fram bland annat för cement. Den andra delen var krisen för cementproduktionen på Gotland, då blev man ju tvungen att ställa sig frågan ”vad gör vi i stället?”. 

Här blandas betong.

Det som hände på Gotland var att Cementa, nuvarande Heidelbergs Cement, inte fick förlängt tillstånd 2021 att bryta jungfrulig kalksten för att tillverka cement. Sedan dess har turerna kring tillståndsfrågan varit många och därmed även osäkerheten kring produktion av traditionellt Portlandcement i Sverige.

Bojan Stojanovic, senior forsknings- och utvecklingsingenjör inom byggnadsmaterial och energiteknik på forskningscentret i Älvkarleby har de senaste par åren fokuserat sitt arbete på   bindemedel till klimatförbättrat betong.

Det innebär exempelvis att han har studerat och kartlagt olika varianter av låg CO₂ utsläppande cement och bindemedel, samt dess övergripande funktion och tillämpning. Tydligt är att olika typer av restprodukter från gruv- och stålindustrin, även kallat slagg, är en av de viktiga beståndsdelarna i bindemedel med låga koldioxid fotavtryck.

Från totalreform till ”bister verklighet

För att förklara hur arbetet med att få ner koldioxidavtrycket i cement till extremt låga nivåer gått till över tid till liknar Bojan Stojanovic det med något som inleds med en totalreform. Man tänker progressivt och radikalt i början, men desto längre resan pågår desto närmre kommer man den ”bistra verkligheten” och blir tvungen att ställa sig flertalet mer långsiktiga frågor.

Många av hyllorna i forskningslaboratoriet är fyllda med betongblock.

– Det kan handla om frågor som vem som kan tillverka ett användbart material på riktigt och i tillräckliga volymer, vem som kan etablera och realisera en verklig och rimlig storskalig industritillverkningsprocess? Vem har tillgång till behövda råvaror? Om vi lägger en beställning idag, kan vi få något i morgon?, säger Bojan Stojanovic och fortsätter:

– Den första fasen där man tittar på alla möjligheter där är vi inte längre, utan nu ser vi på vad vi kan använda och få på riktigt. Jag skulle säga att vi inte är helt i mål men i det stora hela är vi nog en bit över halvvägs i vår strävan att fullt ut kunna ersätta traditionellt cement med cement med lågt fotavtryck.

Att använda slaggprodukter vid cementtillverkning är däremot inget nytt, utan det gjordes redan för flera decennier sedan med den stora skillnaden att anledningen till att det var brist på Portlandcement – inte koldioxidavtrycket.

– Det man gjorde var att blanda i allt möjligt, såsom restprodukter från stålindustrin. Men kunskapsbrist gjorde att man blandade i allt möjligt och då uppstod livslängdsfrågor där vissa funkade bra och vissa blev riktigt dåliga, berättar Per-Erik Thorsell och förklarar att detta sätt att ”mixtra fritt” visar behovet av att grundligt testa och forska på nya material innan man tillverkar något med dem.

Viktigt med tillgång till ackrediterat labb och expertis

För att utveckla cement med lågt fotavtryck, det material som utgör bindemedlet i betong, testar Vattenfalls betonglaboratorium olika koncept från ett flertal cementproducenter. En av dem är svenska cementtillverkaren Cemvision. 

 – För oss har det varit otroligt viktigt för att kunna utföra tester i Vattenfalls ackrediterade labb i Älvkarleby och att ha tillgång till den expertis som finns där.  Det finns en rad olika parametrar man testar betongen mot, exempelvis hållfasthet över tid, frostbeständighet, kloridbeständighet och, karbonatisering för att nämna några, säger Cemvisions marknadschef Max Larsson von Reybekiel.

I juni 2024 tecknade Vattenfall och Cemvision sitt samarbetsavtal om utveckling och framtida leveranser av ett cement med nära noll utsläpp av koldioxid. Parterna arbetar också ihop med att visa att det fullt ut går att ersätta traditionellt cement, även kallat Portlandcement med cement med lågt koldioxidavtryck.

Men för att få i gång efterfrågan på allvar behöver man också se över standardiseringen av cement, påpekar Max Larsson von Reybekiel.

– De standarder som finns idag är skrivna för Portlandcement. De är över lag väldigt traditionspräglade och det står mer eller mindre vilka råmaterial som får finnas med vilket riskerar att stänga dörren för innovation. Runt om i världen går man mot prestandabaserade standarder vilket måste bli nästa steg i Sverige och EU också. 

Max Larsson von Reybekiel, marknadschef på Cemvision.

En annan faktor som är avgörande för framfarten av cement med extremt lågt koldioxidavtryck är de ekonomiska incitamenten.  

– Stora utsläppare, såsom de befintliga cementproducenterna, har idag så kallade fria allokering för utsläpp. Men från 2026 kommer dessa att fasas ut. Det innebär att de får betala skatt för utsläppen och 2034 får de betala 100 procent. Om tillverkarna överför denna kostnad på kunderna, ja då skulle det innebära att cement kan bli cirka 300 procent dyrare runt 2030, tillägger Max Larsson von Reybekiel.

Hur långt har vi då kommit i utfasningen av traditionellt cement? För Vattenfalls del är målet att 10 procent av all betongproduktion sak tillverkas av nära noll-cement 2030. Det ser ändå ut att vara inom räckhåll, utifrån vad man vet idag.

Fullskaligt vindkraftverk av nära noll-cement i sikte

På bakgården till Vattenfalls betonglabb i Älvkarleby ska de snart gjuta en ”tårtbit” av ett vindkraftsfundament för att visa att det går att bygga med ett cement med riktigt lågt fotavtryck i industriell skala, berättar Erik Nordström.  

– Vi ska följa upp betongens egenskaper genom mätning och provtagning innan vi slutgiltigt kan säga att det här går att bygga en vindkraftspark på. Sedan kommer man förmodligen inte göra en hel park det första man gör, utan man börjar med ett par fundament i full skala.

Fördelen med just landbaserade vindparker är ju att fundamenten ändå kommer att bytas ut inom cirka 25 år på grund av att man exempelvis bygger större turbiner. Dessutom utsätts dessa fundament inte för lika hårda prövningar som vattenkraftverk och havsbaserad vindkraft, vilket gör landbaserad vindkraft till ett lämpligt användningsområde så här inledningsvis.

– Många tycker nog att utvecklingen går sakta. Men att jobba med betongtekniska egenskaper tar lång tid. Bara att verifiera alla egenskaper i labbet kan ta upp till ett år, så det är tidskrävande provningar, avslutar Erik Nordström.