Pääkaupunkiseudun energiantuotannon tuhkien korroosiovaikutus, diplomityö Matias Napari

Energiantuotannon tuhkilla voidaan paikallisesti korvata merkittäviä määriä luonnon kiviaineksia tai jalostaa heikkolaatuisia maa-aineksia. Vaikka tuhkia on hyödynnetty maa- ja
infrarakentamisessa jo useita vuosikymmeniä, hyödyntämistä voidaan lisätä käytön esteitä
purkamalla. Tämänhetkinen ohjeistus on hyvin varovainen tuhkien aiheuttaman korroosioriskin osalta, ja on herännyt epäilyjä, että ohjeistus on ylivarovainen. Tämän työn
tavoitteena on luoda kattava, tutkimuksiin perustuva selvitys tuhkien todellisista korroosiovaikutuksista myöhemmin laadittavaa uusiomateriaaliohjetta sekä mahdollisesti
suoritettavaa korroosiokenttäkoetta varten. Työn tutkimusosion tavoitteena on todentaa
aikaisemmassa tutkimuksessa esiin tullut näkemys kivihiilen lentotuhkan jäännöshiilen
vaikutuksesta sähköiseen ominaisvastukseen, jota käytetään yleisesti kuvaamaan maaperän aggressiivisuutta.

Työssä tarkastellaan pääkaupunkiseudun energiantuotannossa syntyvien tuhkien geoteknisiä sekä korroosioon vaikuttavia fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia, joiden perusteella arvioidaan tuhkien korroosiovaikutusta maaperässä käytettäviin metallimateriaaleihin. Työssä esitellään kattavasti korroosion ilmenemismuotoja, maaperässä tapahtuvan korroosioon vaikuttavia tekijöitä sekä eri metallimateriaalien tyypillisiä syöpymismekanismeja maaperän ja tuhkamateriaalien luomassa korroosioympäristössä.

Nykyään syntyvät tuhkat ovat pääsääntöisesti korroosioympäristöön vaikuttavilta ominaisuuksiltaan parempilaatuisia aikaisempien vuosikymmenien tuhkiin verrattuna. Tehostuneet polttotekniikat sekä päästörajoitusten myötä vähärikkisemmän kivihiilen käyttöönotto ovat vähentäneet kivihiilen tuhkien liukoisten suolojen määrää sekä palamatta jääneen hiilen osuutta. Kirjallisuustutkimuksen perusteella liukoiset suolat lisäävät selvästi tuhkien sähkönjohtavuutta nopeuttaen metallien syöpymistä. Lisäksi suolojen aggressiiviset anionit, etenkin kloridit, aiheuttavat osalla metalleilla, kuten ruostumattomilla teräksillä, alumiinilla ja sinkillä, paikallista syöpymää. Polttoprosessissa palamatta jäänyt hiili on mahdollisesti merkittävä tekijä tuhkien aiheuttaman korroosioriskin kannalta, sillä jalona materiaalina se voi aikaansaada voimakkaan korroosiokennon syövyttäen epäjaloja metalleja, kuten terästä, alumiinia ja sinkkiä.

Työn tutkimustulokset kumoavat alkuperäisen hypoteesin, jonka perusteella lentotuhkan
ominaisvastuksen arvoon vaikuttaisi lentotuhkan jäännöshiilen osuus. Tutkimuksessa matalamman jäännöshiilipitoisuuden lentotuhkalla oli pääsääntöisesti matalampi ominaisvastus. Tulos vahvistaa käsitystä siitä, että tuhkat on tarkasteltava voimalaitoskohtaisesti erikseen. Ilman kattavaa korroosiokenttäkoetta on tuhkien aiheuttaman todellisen korroosioriskin arviointi vaikeaa.