Sementindustrien alene står for fem til åtte prosent av verdens årlige CO2-utslipp. Derfor jobbes det kontinuerlig med å finne erstatninger som egner seg like godt eller bedre.

De siste årene har forskere funnet ut at brent leire kan brukes til å erstatte opptil 50 prosent av sementen som brukes til å lage en betongkonstruksjon.

– Leire er rett og slett en stor uutnyttet ressurs som kan bidra til å bedre hele verdens miljøregnskap, mener Sintef-forsker Harald Justnes.

– Det har vært kjent en stund at ren kaolin-leire som det finnes mye av i varmere strøk, egner seg til betong, men nå har vi funnet ut at urene leiretyper, slik vi har her hjemme i Norge, også kan benyttes, forteller Justnes.

Brent leire gir miljøvennlig sement

Når man skal lage sement varmebehandler man kalkstein over 1450 grader, noe som fører til at steinen spalter CO2. Alene alene dette cirka 60 prosent av det totale utslippet. Resten kommer fra brennstoff.

Brent leire er mye mer miljøvennlig siden den ikke gir fra seg CO2 under varmebehandling, annet enn utslippene som skyldes selve oppvarmingen. Disse er på sin side langt lavere fordi leiren ikke trenger å varmes høyere enn 600 til 800 grader. Dette muliggjør dessuten bruk av bio-brennstoff, som vil redusere CO2-utslippet ytterligere.

Får nytt liv som betong

Den norske leiren består av en blanding av leirmineralene kaolin, illitt og smektitt, samt krystallinsk kvarts. 

Denne leiretypen har av mange tidligere vært avskrevet som sementerstatter. Spesielt på grunn av innholdet av illitt, som er svært vanskelig å aktivere og smektitt, som mange tror er lite reaktivt. Umulig trodde de fleste, men nå har altså forskerne funnet ut hvordan denne leiren kan få nytt liv som betong.

– Rart at den virker så bra

Justnes forteller at en stor fordel med den norske blåleiren er at den ikke trenger å raffineres før bruk. Den er mye billigere å produsere og har per i dag ikke konkurrerende bruksområder slik den rene kaolin-leiren har.

– Vi kan enkelt og greit spa opp leire fra bakken og brenne den direkte. Dette er altså snakk om vanlig blåleire som finnes omtrent overalt i Norge. Det er nesten rart at den virker så bra i og med at den inneholder så mye forurensinger, sier han.

I forhold til fasthet vil det gå bra å erstatte sement med 50 prosent leire, men blant annet for å sikre betongens armering mot korrosjon, altså sprengende rust-dannelse, tror Justnes at man ikke bør bruke mer enn 35 prosent inntil videre.

– Det gjenstår mye dokumentasjonsarbeid før vi kan komme med endelige svar. Men ettersom hver leiretype oppfører seg ulikt trenger vi mye forskning for å gjøre brenneprosessen så gode som mulig. Vi må også finne ut hvordan leiren vil reagere på kort så vel som lang sikt, forteller Justnes.

Mener sement er fremtiden

I år ble det startet en stor ny internasjonal konferanseserie for bruk av brent leire for å lage blandingssementer eller for å erstattte sement i betong.

– Det sier noe om hvordan forskningsmiljøene ser på leiren som en ressurs nå, mener Justnes.

Det er også forsket på andre måter å erstatte sement, men det er leire som er fremtiden, tror han.

– Risskallaske og flygeaske fra kullkraftverk er eksempler på andre erstatninger som fungerer, men det er for lite ris til å utgjøre den store forskjellen annet enn lokalt, og det begynner å bli mangel på flygeaske av tilstrekkelig kvalitet. Denne må dessuten importeres. Kullkraftverk tenker vi jo også å fase ut på sikt, på grunn av store CO2 utslipp. Leiren derimot finnes overalt i hele verden, avslutter forskeren. 

De kraftige vindene fra vest mot øst mellom Amerika og Europa vil bli enda kraftigere på grunn av global oppvarming, viser en studie av meteorologen Paul Williams fra University of Reading.

Hvis modellen er riktig, kan det bety at fly fra Europa til USA vil bruke lengre tid og mer drivstoff.

Les også: Kompliserte klimaeffekter fra fly

– En studie som bare bruker en enkelt modell og hevder at forandringer vil skje er umiddelbart mistenkelig, kommenterer Stefan Sobolowski ved Bjerknessenteret for klimaforskning i Bergen.

– Dette er spesielt foruroligende når disse forandringene er svært usikre, fortsetter han i en e-post til forskning.no.

Video fra University of Reading presenterer forskningen til Paul Williams.

Jetfly i jetstrømmen

Williams har brukt en utbredt klimamodell fra det amerikanske laboratoriet Geophysical Fluid Dynamics Laboratory, GFDL CM 2.1.

Denne modellen beskriver både havstrømmer og luftstrømmer. Williams har kjørt modellen fram til innholdet av karbondioksid er dobbelt så høyt som før menneskeskapte utslipp startet.

Hvis økningen av utslipp fortsetter som fram til nå, vil det skje rundt år 2050. Modellen viser at den kraftige vestavinden høyt oppe over Atlanterhavet– kalt jetstrømmen – vil øke om vinteren.

Videoen fra NASA viser hvor kraftig jetstrømmen varierer i et ganske kort tidsrom, sett i forhold til klimaendringene.

Fram og tilbake går ikke opp

Williams har regnet ut hva kraftigere jetstrøm gjør med flytiden over Atlanteren fra Heathrow London til John F. Kennedy Airport i New York.

Ikke overraskende viser beregningene at flytidene blir lenger når flyene har motvind fra Europa til USA.

Men hva så med returen? Da burde flyene få tilsvarende kortere flytid? Nei, viser beregningene.

Økning av utslipp

Hvis flytrafikken er like stor i 2050 som i dag – 300 tur-returer over Atlanteren per døgn – vil den økte flytida sende 70 000 tonn mer karbondioksid ut i atmosfæren, ifølge Williams.

Dette tilsvarer utslippene fra 7100 britiske hjem, ifølge studien i tidsskriftet Environmental Research Letters.

Men hvor sikkert er det nå at jetstrømmen vil bli kraftigere på grunn av klimaendringer?

Modellene spriker

– Det har vært mange grundige studier som ser på hvordan jetstrømmen reagerer på klimaendringer, skriver Camille Li, forsker ved Geofysisk institutt på Universitetet i Bergen, til forskning.no.

– Ut fra disse er det overveldende klart at modellene ikke er enige om hvordan farten på den nordatlantiske jetstrømmen vil forandre seg.

– Noen modeller simulerer en økning, noen simulerer en reduksjon, og noen simulerer nesten ingen endring i 2100, skriver Li.

Tautrekking

– Du kan ikke se på bare en modell og si at jetstrømmen vil øke, fortsetter hun.

– Vi forstår noen av grunnene til at modellene sprer seg utover – oppvarming i de varme årstidene og en slags tautrekking mellom effekter av forandringer i atmosfæren nær bakken og høyere oppe, skriver Li.

– Jeg vil legge til at gjennomsnittet av flere modeller antyder en svak svekkelse, om noe, av farten, kommenterer Sobolowski.

– Ekstremt uansvarlig

I sin studie viser Williams til en rekordrask tur fra New York til London 8. januar 2015. En kraftig jetstrøm blåste flyet over dammen på bare fem timer og 16 minutter.

De tidlige stadiene av klimaets effekt på jetstrømmen bidro kanskje til denne rekorden, ifølge studien.

– Det er ekstremt uansvarlig å gi global oppvarming ansvaret for en bestemt flygning, kommenterer Li.

– Vi vet fra mange studier at variasjonene fra dag til dag er enorme sammenlignet med forandringer som kan tilskrives global oppvarming, skriver Li.

Sannsynlig, ikke sikkert

Paul Williams svarer på kritikken ved å peke på at rent formelt, så har han ikke koblet den rekordraske flyturen formelt med klimaendringer.

– Likevel fant vi ut at global oppvarming gjør flyturer i denne hastighetskategorien mye mer sannsynlige. Dette rettferdiggjør vår antagelse av at global oppvarming kanskje bidro, skriver han i en e-post til forskning.no.

Lavere ned eller hele høyden

Williams peker også på at modellene som Li og Sobolowski viser til, gjelder lavere lag av atmosfæren, under der passasjerflyene flyr.

– Modellene lager simuleringer for hele atmosfæren, opp til høyder mye over der flyene flyr, kommenterer Li.

Stor usikkerhet

Modellene som Li og Sobolowski referer til tar heller ikke hensyn til at jetstrømmen også beveger seg i retning nord-syd, ikke bare fra vest til øst, ifølge Williams.

Li svarer ved å understreke at usikkerhetene er så store at det er vanskelig å oppdage effekten av global oppvarming uansett. Dette gjelder i alle høyder over bakken.

• Les også: Hvor mye har vi endret jorda?

– Modellene våre er ennå ikke der hvor vi kan si med sikkerhet hva som vil skje med noen spesielle aspekter av klimasystemet. Jetstrømmen er ett av disse aspektene, skriver Li til forskning.no.

• Les også: Klima er kaos

Referanser:

Williams (2016):  Transatlantic flight times and climate change, Environmental Research Letters Vol. 11, Number 2, doi: 10.1088/1748-9326/11/2/024008.

Elizabeth A Barnes and James A Screen: The impact of Arctic warming on the midlatitude jet-stream: Can it? Has it? Will it? WIREs Clim Change 2015, 6:277–286. doi: 10.1002/wcc.337.

Kjemisk industri er en grunnleggende del av europeisk økonomi, og syntetiske kjemikalier brukes i en rekke menneskelige aktiviteter som landbruk, matproduksjon og foredling, industriell produksjon og transport.

Ny forskning innen analytisk kjemi viser at ikke bare produksjon, men også at den dagligdagse bruken av produkter til personlig pleie, tilsetningsstoffer i rengjørings- og vaskeprodukter og legemidler medfører forurensning.

– Utslipp av forurensende stoffer i et gitt område, deres videre skjebne i miljøet og til slutt deres potensial for å påvirke miljøet, avhenger i stor grad av naturlige prosesser som vannets kretsløp og syklusen av næringsstoffer og organisk materiale, sier Luca Nizzetto, forsker ved Norsk institutt for vannforskning (NIVA).

– Disse prosessene henger videre sammen med klima og menneskelig inngripen. Det er klart at å analysere en slik bredde av prosesser krever avanserte verktøy og omfattende forklaringer.

Et nytt verktøy

En internasjonal gruppe ledet av NIVA, har utviklet en ny og avansert datasimulator, som er i stand til nettopp å forutsi dagens og fremtidens fordeling av miljøgifter i realistiske omgivelser.

INCA-contaminants, eller INCA-miljøgifter på norsk, er en høyoppløselig simulator bygget på tidligere versjoner av modellen «INCA», en familie av modeller for å beregne vannkvalitet i nedbørfelt som er utviklet i løpet av de siste 15 årene.

Dette nye familiemedlemmet er viet til høyoppløselig simulering av hydrologi og biogeokjemiske sykluser i bestemte miljøer.

– Simulatoren gir nye muligheter gjennom en omfattende tverrfaglig integrasjon av vannkvalitetsmodeller som gjør det mulig å kombinere kjemikalienes generelle egenskaper med områdets spesifikke trekk og egenskaper og se dette i sammenheng, sier Nizzetto.

Simulatoren kan modellere syklus av organisk materiale, jorderosjon, sedimenttransport og forurensning i realistiske scenarier som tar hensyn til langt flere faktorer enn tidligere modeller.

• Les også: Datamodell spår framtidens natur

Fra Sandvika til Ganges

I løpet av en treårs utviklingsperiode ble modellen konfigurert til å simulere forurensning og distribusjon i Sandvikselvas nedbørfelt utenfor Oslo, Moravaelven – en stor sideelv til Donau som renner mellom Tsjekkia, Østerrike og Slovakia, Themsen i Storbritannia og Ganges i India.

Dette ga INCA muligheten til å prøve seg på vidt forskjellige vassdrag der ulike typer forurensningsspørsmål ble adressert.

– Simulatoren viste seg å fungere godt og ga solide resultater som kan kontrolleres opp mot eksperimentelle data fra felten, sier Nizzetto.

– For eksempel, under testkjøringer for Sandvikselva og Themsen, simulerte INCA hvordan flere persistente organiske miljøgifter, for eksempel PCB, ble konsentrert og hopet seg opp i jordsmonnet over tid.

Matet med informasjon

Å forklare hvordan en slik datasimulator fungerer i praksis er en pedagogisk øvelse, men Nizzetto beskriver prosessen som følger:

Simulatoren blir matet med numerisk informasjon som beskriver området og dets egenskaper. Dette inkluderer trekk som høyde, elvenettverksstruktur, jordegenskaper og andelen av land som består av landbruk, boligområder, industri eller skogsområder.

For å kjøre realistiske simuleringer bruker INCA klimadata som deponering av snø, regn, lufttemperatur og vindhastighet. Videre legger forskerne inn et antall parametere som beskriver de grunnleggende egenskapene i de kjemiske stoffene som skal simuleres, herunder også data om utslipp til jord eller vann, luftkonsentrasjoner og atmosfærisk avsetning.

Ved hjelp av denne informasjonen kjører INCA simuleringen og leverer grundige analyser om konsentrasjon og transport av de utvalgte miljøgifter i jord, vann og sedimenter fra dag til dag og også på vilkårlige punkter i nedbørsfeltet og i elveløpet.

Giftige barn av molekyler

– En av de interessante funksjonene i nye INCA er at den kan simulere et vilkårlig antall stoffer samtidig, og hvordan disse stoffene kan reagere med hverandre eller brytes ned til nye stoffer, sier Nizzetto.

– Dette er en nyttig og viktig funksjon, ettersom stoffer kan gjennomgå kjemiske reaksjoner som produserer nedbrytningsprodukter som kan være mer giftig og vedvarende enn det opprinnelige molekylet, påpeker Nizzetto.

Forskning.no har tidligere skrevet om hvordan smeltevann fra isbreer i Himalaya er en viktig kilde til forurensning i den 2500 kilometer lange Gangeselven. Denne oppdagelsen hadde neppe vært mulig uten INCA.

• Les også: Miljøgifter våkner når Himalayas isbreer smelter

Avslører DDT

Også i Sentral-Europa har simulatoren vært til stor nytte.

– Under arbeidet med Moravaelven brukte forskerne en modell som simulerte det observerte mønsteret av DDT og den langsiktige trenden for stoffet i Sentral-Europa. DDT er ekstremt giftig og brytes sakte ned, og stoffet har blitt forbudt i flere land – deriblant i Norge siden 1970.

– Ved hjelp av INCA kunne vi for eksempel å svare på spørsmål som hvor lenge vil DDT være et problem for miljøet i denne regionen, hvordan er spredningen av stoffet og hva vil endringer i arealbruk bety for miljøbelastningen av DDT.

Referanser:

Luca Nizzetto mfl: Assessment of contaminant fate in catchments using a novel integrated hydrobiogeochemical-multimedia fate model. Science of the Total Environment, februar 2016, doi: 10.1016/j.scitotenv.2015.11.087. Sammendrag

Brij Mohan Sharma mfl: Perfluoroalkyl substances (PFAS) in river and ground/drinking water of the Ganges River basin: Emissions and implications for human exposure. Environmental Pollution, januar 2016, doi: 10.1016/j.envpol.2015.10.050. Sammendrag