Julson Tchio: Bidraget beviljades 2025 genom bidragssystemet Tutkijatmaaille. Ansökan 20250042: Avancerad ytmodifiering och karakterisering av stålslaggcement med låg CO2-halt.
FRÅN INDUSTRIAVFALL TILL MORGONDAGS BYGGNADER
Omvandling av stålslagg till hållbara byggmaterial
Skriftligt innehåll för Walter Åströms stiftelse
MÖJLIGHETEN OCH VETENSKAPEN
En paradox värd att lösa
Varje dag producerar massiva stålverk runt om i Finland – SSAB, Outokumpu och andra – det stål som blir våra bilar, byggnader och broar. Men de skapar också berg av slagg, en stenig biprodukt som ser nästan vulkanisk ut efter att den svalnat. I årtionden har vi betalat för att göra oss av med detta material. Samtidigt importerar Finland tusentals ton cement årligen och skeppar in både produkten och dess inbäddade utsläpp.
Här är paradoxen jag arbetar med att lösa: Den där ”spill”-slaggen skulle kunna ersätta det vi importerar. Varför detta är viktigt: Cementkrisen
Cementproduktion står för 8 % av alla globala koldioxidutsläpp, mer än alla lastbilar världen över. Processen har inte förändrats fundamentalt på 200 år: kalksten värms upp till 1 450 °C (varmare än lava) i massiva ugnar som förbränner fossila bränslen, och sedan släpps ut ännu mer koldioxid genom själva den kemiska reaktionen. I takt med att världen bygger mer infrastruktur accelererar detta problem. Byggbranschen måste omvandlas och vi har materialen för att göra det.
Min forskning: Att hitta strömbrytaren
Stålslagg innehåller samma kemiska element som cement, såsom kalcium, kisel och aluminium. Det energikrävande arbetet skedde redan under stålproduktionen. Tänk på slagg som ett fulladdat batteri som har stängts av. Min forskning handlar om att hitta rätt strömbrytare för att aktivera den så att den kan binda samman material, skapa styrka och hålla i årtionden, precis som cement gör, men utan den enorma miljökostnaden.
Jag arbetar mellan Uleåborgs universitets forskningsenhet för fiber- och partikelteknik och Sheffields universitets SMASH-grupp, och undersöker hur man kan omvandla industriella biprodukter till högpresterande byggmaterial.
Visionen för den cirkulära ekonomin: Gammalt sätt – Bryta kalksten → Massiv energi → Cement | Samtidigt: Tillverka stål → Slagavfall → Avfallshanteringskostnader. Nytt sätt – Tillverka stål (gör man redan) → Fånga slagg → Minimal aktivering → Använd som cement. Det är elegant, effektivt och perfekt tajmat för Finland: stålindustrin blomstrar, byggandet expanderar, klimatåtaganden som kräver åtgärder.
Den vetenskapliga utmaningen
Härdad cements dolda komplexitet gör detta utmanande. Under kraftfull röntgentomografi upptäcker man ett intrikat nätverk av kristaller, geler, porer och gränssnitt som utvecklas över tid. När man ersätter portlandcement med stålslagg förändras allt: olika kemi, olika kristallstrukturer, olika reaktionshastigheter, olika långsiktiga prestanda. Mitt jobb: Förstå, kartlägga, mäta, förutsäga och optimera allt detta.
Inom forskningen: Med hjälp av röntgentomografi vid Sheffield skapar jag 3D-modeller av cementens interna struktur, undersöker pornätverk, sprickbildningsplatser och hur strukturen utvecklas över åren. Jag testar olika slaggtyper – masugnsslagg kontra elektrisk bågugnsslagg – med olika ”aktiveringsmetoder och jämför prestanda med portlandcement utifrån dussintals mätvärden: hållfasthet, hållbarhet, miljöbeständighet och hållbarhetsfördelar.
Vissa dagar känns mer som att vara en detektiv som samlar ledtrådar, testar hypoteser, tills mönster framträder. Utrustning går sönder. Resultat motsäger förväntningarna. Men så kommer det ögonblicket när månader av förvirrande data plötsligt får mening. Det är därför vi gör det här.
Verklig påverkan: Avkarbonisering i stor skala
Min forskning fokuserar på alkaliaktiverade material, kompletterande cementbaserade material (SCM) och geopolymerer, alternativa bindemedel, som dramatiskt kan minska byggbranschens koldioxidavtryck.
Viktiga resultat: Vissa slaggformuleringar uppnår jämförbar eller överlägsen hållfasthet som portlandcement; långsiktig hållbarhet visar lovande resultat i accelererade tester; minskade koldioxidavtryck på 50–80 % beroende på formulering; tillämpningar som sträcker sig från strukturbetong till specialiserad infrastruktur.
Den bredare betydelsen: Varje ton portlandcement som ersätts eliminerar ungefär 0,9 ton koldioxidutsläpp. Om 30 % av den globala cementmängden ersattes skulle vi eliminera 2–3 % av de totala globala utsläppen, vilket motsvarar att alla kommersiella flygplan världen över skulle stängas för marken. Detta är en omvandling i den skala som behövs för att hantera klimatförändringarna.
SAMARBETE, STÖD OCH VÄGEN FRAMÅT
Forskning kräver resurser
Forskning är dyrt: röntgentomografi kostar tusentals euro per dag; kemiska analyser kostar hundratals euro styck; internationellt samarbete kräver resor, tid och samordning. Utan finansiering blir det helt enkelt ingen forskning.
Walter Åströms stiftelse: Katalytisk påverkan
Walter Åströms stiftelse resebidrag förändrade min forskningsbana. Det möjliggjorde praktiskt samarbete med världsledande experter i Sheffield, tillgång till utrustning som endast finns på ett fåtal platser globalt, internationella konferenspresentationer där idéer utmanas och förfinas, och relationsbyggande som accelererar framsteg för alla inblandade.
Detta var inte bara logistiskt stöd, utan strategiska investeringar i att bygga samarbetsnätverk där genombrott sker. Varje euro skapade multiplikatoreffekter: nya tekniker lärdes in, oväntade kontakter skapades, framtida samarbeten såddes. Stiftelsen visade att Finland värdesätter innovation och hållbarhet och skapade vägar för framtida forskare.
I4WORLD-programmet och mentorskapet
EU:s Marie Skłodowska-Curie Action I4WORLD-program gav omfattande och hållbart stöd till doktorander – inte bara ett experiment, utan ett helt program. De flesta experiment misslyckas. Det är så vetenskap fungerar. Kortsiktig finansiering skapar press för säkra resultat. Långsiktig finansiering möjliggör djärv och transformativ forskning.
Jag är djupt tacksam för mina handledare: Prof. Juho Yliniemi (Uleåborgs universitet) bidrar med expertis inom alternativa cementbaserade material och den finska industriella kontexten; Prof. Brant Walkley (Sheffields universitet) är en världsledande expert inom alternativ cementkemi; Dr. Elijah Adesanya (Uleåborgs universitet) med forskningsplanering, datainsamling, utbildning av apparater etc. Tillsammans ger de teknisk vägledning, strategisk rådgivning, verklighetskontroller och uppmuntran. Unga forskare möter ofta impostersyndromet. Att ha mentorer som tror på en, som har navigerat dessa vägar, det är ovärderligt.
Internationellt samarbete och perspektiv från unga forskare
Mitt arbete exemplifierar modern forskning som överskrider gränser: lab i Uleåborg, utrustning i Sheffield, forskningsfrågor som påverkar världen. Olika forskningskulturer avslöjar blinda fläckar; relationer varar karriärer; kunskapsöverföringar mellan sammanhang.
Utmaningar, möjligheter och engagemang
Verkliga hinder finns: Tekniskt variabla industriella biprodukter kräver konsekventa formuleringar; 200 års cementdata måste komprimeras. Ekonomiskt ny infrastruktur behövs; cement är billigt; byggandet är konservativt. Byggregler kräver omfattande tester; ansvarsramverk är inte fastställda.
Varför jag är optimistisk: Varje transformativ innovation har mött liknande hinder. Elfordon, förnybar energi, lysdioder verkade omöjliga tills de inte längre var det. Klimatfrågan skapar politiskt stöd, forskningsfinansiering, branschintresse och allmän efterfrågan. Vi har inte lyxen av långsam implementering. Den brådskan skapar möjligheter.
Finlands möjligheter
Finland har unika fördelar: blomstrande stålindustri, stark forskningsinfrastruktur, politiskt engagemang för hållbarhet, värderingar inom cirkulär ekonomi. Möjligheten: Att bli detsamma som Finland blev för mobil teknik, en global ledare och kunskapsexportör inom hållbart byggande. Vad det kräver: Fortsatta forskningsinvesteringar, partnerskap mellan industri och akademi, politiskt stöd, vilja att leda. Tidslinjen är nu. De som satsar först får konkurrensfördelar.
Mitt åtagande: Hopp som blir konkret
Forskning frustrerar regelbundet, experiment misslyckas, utrustning går sönder, framstegen känns långsamma. Men varje gång jag ser slaggberg oanvända eller läser klimatvarningar, kommer jag ihåg varför det här är viktigt.
Jag är engagerad i: Rigorös vetenskap utan överdrivna löften; praktisk tillämpning i stor skala; kunskapsdelning genom öppet samarbete; ärlig kommunikation som förklarar både potential och begränsningar.
Walter Åströms stiftelse stöd gjorde mitt bidrag möjligt. Jag är djupt tacksam. Visionen
Stålslagg ligger i högar över hela Finland. Kunskapen för att omvandla den finns och förbättras. Infrastrukturen kan byggas. De ekonomiska argumenten är rimliga. Miljömässiga krav är tydliga. Vad som behövs: Engagemang. Investeringar. Samarbete. Villighet att förändra.
Vi kan göra det här. Vi funderar ut hur. Med fortsatt stöd från organisationer som Walter Åströms stiftelse, från program som I4WORLD, från handledare som mentrar och utmanar oss kommer vi att göra det här.
Morgondagens betong kommer att byggas av gårdagens avfall, kommer att hålla i årtionden och bidra till att skapa en hållbar värld. Om 30 % av den globala cementproduktionen ersattes med slaggalternativ skulle vi eliminera 2–3 % av de totala globala utsläppen.
Det är inte bara forskning. Det är hopp som blir konkret.
Forskning stödd av Walter Åströms stiftelse och EU:s Marie Skłodowska -Curie Action I4WORLD-program
Leds av Prof. Juho Yliniemi (Ulåborgs universitet), Prof. Brant Walkley (Universitetet i Sheffield) och Dr. Elijah Adesanya (Ulåborgs universitet)