Ač si to mnoho lidí možná neuvědomuje, výroba cementu je sama o sobě velmi neekologická. Odhaduje se, že na celkové světové produkci oxidu uhličitého se podílí celými 5 %.
Dopady tradiční výroby cementu na životní prostředí
Beton s roční produkcí kolem neuvěřitelných 30 miliard tun nemá mezi stavebními materiály konkurenci. Výroba cementu, který je hlavním pojivem betonu, je zodpovědná za 7-8 % antropogenních emisí oxidu uhličitého (CO2) na celém světě. Cement totiž vzniká ve velkých pecích, které se obyčejně vyhřívají pálením uhlí nebo odpadu a fungují podobně jako zmenšené uhelné elektrárny. Oxid uhličitý navíc uniká i při samotné chemické reakci, během které cement vzniká. To, že cement přispívá ke klimatické změně, si uvědomují i jeho výrobci.
Uhlíkové emise nejsou jediným problémem, který cement přináší. Obrovské betonové stavby, jako jsou silnice, parkoviště nebo skladové areály, neprodyšně uzavírají půdu a mění vlastnosti krajiny. Během výroby cementu i stavění a bourání betonových budov se do vzduchu dostávají malé prachové částice a ze zbouraných staveb zase vznikají hory odpadu, které rychle plní skládky.
Inovativní přístupy k udržitelné výrobě cementu
Není proto divu, že v dnešní době, kdy zelená ekonomika stojí v popředí společenského zájmu, se hledají způsoby jak jeho produkci udělat šetrnější k přírodě. Skupina zástupců betonářského průmyslu se ostatně účastnila i poslední klimatické konference v Katowicích. Vyslechli si tam, že pro dodržení požadavků Pařížské úmluvy musí během následujícího desetiletí snížit uhlíkové emise o 16 %. Kvůli očekávanému boomu stavebnictví v rozvíjejících se asijských a afrických zemích, který se dá přirovnat k poválečnému vývoji v Evropě, to ale nebude lehký úkol. Cementárnám nejspíš nebude stačit přestat se spalováním fosilních paliv. Evropská komise navrhla v březnu 2023 zákon o průmyslu s nulovými emisemi (Net-Zero Industry Act), který je součástí plánu Green Deal Industrial Plan. Podle Mezinárodní energetické agentury (IEA) je nutné každoročně snižovat intenzitu emisí CO2 o 4 % do roku 2030, aby cementářský průmysl dosáhl scénáře nulových emisí do roku 2050.
A zdá se, že se to nakonec podařilo britské firmě Novacem. Společnost nedávno obdržela ocenění pro svůj nový typ cementu, jehož výroba neprodukuje oxid uhličitý, ale naopak ho absorbuje. Technologie výroby společnosti Novacem je uhlíko - negativní. Nový cement by měl přijít na trh v roce 2014. Dodavatelem však nebude firma Novacem, ale zcela jiná společnost. Firma se totiž rozhodla, že raději prodá patentová práva na výrobu společnostem, které projeví zájem. Úspěch však závisí na ceně výsledného produktu, která by údajně neměla být větší než u nejčastěji používaného Portlandského cementu. Nedávno založená Globální cementová a betonová asociace, která zastřešuje třetinu světového cementářského průmyslu, uznává, že vývoj nových technologií je priorita.
Čtěte také: Žáruvzdorný beton: postup
Biochar jako uhlíkově neutrální příměs
V GCCA 2050 (Cement and Concrete Industry Roadmap for Net Zero Concrete) se očekává, že úspory uhlíku v cementu a pojivech přispějí 9 % a efektivita ve výrobě betonu 11 % k celkovým úsporám uhlíku v betonářském průmyslu. Vhodný návrh betonové směsi tak může ovlivnit nejen jeho mechanické vlastnosti, trvanlivost a zpracovatelnost, ale také jeho uhlíkovou stopu. Jednou z cest je přidání různých příměsí do betonové směsi. Neošetřená biomasa trpí degradací v cementových kompozitech kvůli alkalické povaze cementových materiálů. Navíc přítomnost hemicelulózy v biomase, potenciálního zdroje cukrů, může zpomalovat hydrataci cementu.
Pyrolýza biomasy tyto nedostatky překonává a je výhodnější než ukládání biomasy na skládky nebo spalování biomasy, které je spojeno s emisemi. Biochar je vedlejším produktem termochemické přeměny biomasy, zjednodušeně procesu zahřívání organického materiálu, jako je dřevo, rostlinné zbytky nebo jiné biologické materiály, na vysoké teploty (obvykle mezi 300 a 700 °C) v prostředí s malým nebo žádným přístupem vzduchu. Tento proces odstraňuje z materiálu většinu těkavých látek a zanechává za sebou pevnou látku bohatou na uhlík, která má porézní strukturu. Přidáním biocharu do betonu dochází k trvalému vázání uhlíku, který by jinak mohl být uvolněn do atmosféry jako oxid uhličitý. Tím se snižuje celková uhlíková stopa betonu, což je důležité v kontextu boje proti klimatickým změnám.
Biocement: Revoluce v opravách a stavebnictví
I v této oblasti pravděpodobně půjde vývoj, jestli na něj při inflaci a výdajích na zbrojení zůstanou finance, cestou hledání alternativních levnějších zdrojů a výrobních postupů - navíc zohledňujících i ekologickou stránku. Jak ale například nahradit ve stavebnictví nezbytný cement, k jehož výrobě je nutné vytěžit vápenec a jíl, rozdrtit je, rozemlít a vypálit při vysoké teplotě až 1450 °C?
Na straně druhé jsou výroby, při nichž vzniká velké množství odpadních produktů, kterých je nutné se nějak zbavit, nejlépe pro přírodu i lidi bezpečným způsobem, což představuje dodatečné náklady. Hledání způsobů, jak právě takové odpady využít na suroviny pro další energeticky nenáročnou výrobu něčeho potřebného, patří k těm nejracionálnějším ekonomickým a ekologickým cílům. V odborném časopisu Journal of Environmental Chemical Engineering se nedávno objevil volně dostupný článek, v němž čtyřlístek singapurských a čínských výzkumníků popisuje, jak z nevyužitých vedlejších produktů chemických výrob, moče a běžných bakterií připravili roztok, kterým lze nahradit cement. Stačí ho smíchat třeba s pískem. Po nalití na povrch sypkého materiálu zkompaktní v mezerách mezi částicemi, čímž ho zpevní do hloubky, kterou prosákne.
Stmelující tekutina je sice zakalená, ale bezbarvá, lze ji v kombinaci s vhodným materiálem použít na opravu kamenných památek a dosáhnout jejich původního odstínu, nebo téměř neviditelně lepit úlomky či spravovat praskliny. Vědci nyní zkoušejí další aplikace, například vytmelení trhlin v tunelech, i těch podvodních, nebo použití s vhodnou, například asfaltovou drtí při opravách výmolů na silnicích. Mezi složky potřebné pro výrobu biocementu patří:
Čtěte také: Podzimní dekorace z betonu
- Kal, který je odpadním produktem při výrobě acetylenu (C2H2) z karbidu vápenatého a vody. Vedlejší chemikálií reakce je roztok hydroxidu vápenatého (Ca(OH)2).
- Kyselina dusičná, kterou, jak autoři studie uvádějí, získali jako vedlejší odpadní látku v lokální chemické fabrice.
- Bakterie. Singapurští vědci použili vzorky biologicky aktivovaného kalu používaného v čističce odpadních vod s vysokým obsahem půdních anaerobních, heterotrofních bakterií rodu Sporosarcina. Do svého bezprostředního okolí totiž vylučují enzym ureázu, kterým rozkládají močovinu CO(NH2)2 - podstatnou složku nejen naší moče. Bakterie ji potřebují jako zdroj dusíku a uhlíku.
- Moč. Tu vědci nejdříve sterilizovali UV zářením, aby ji zbavili nežádoucích patogenů a pak přefiltrovali. Část takto upravené tělní tekutiny použili k namnožení bakterií.
Smícháním obou ingrediencí - zásaditého vápenatého kalu a kyseliny dusičné dochází k neutralizaci, výsledkem které je ve vodě rozpuštěný dusičnan vápenatý. Mikroorganismy se pustí do práce a hydrolyzují močovinu na ionty NH4+ a CO32-. Rozpuštěný hydroxid vápenatý nabízí ionty Ca2+ a OH-. Třísložkový roztok biocementu prý umožňuje stmelit písek pevněji než naše pracně vyráběné cementy. Na rozdíl od vysokoteplotních procesů používaných k výrobě konvenčního betonu, biobetonu stačí běžné teploty, přičemž neprodukuje žádný oxid uhličitý. Přesto s velikou pravděpodobností tato metoda - i když se ukáže být perspektivní alespoň pro nějaké aplikace, jistě pytle se šedým prachem zcela nenahradí. Aniž by to snižovalo význam výzkumu, který si snad najde cestu k praktické realizaci, je vhodné dodat, že biomineralizační schopnost bakterií Sporosarcina je již nějakou dobu známa, a v přírodě, kde mají zdroj vápníku a močoviny, dokážou tyto neviditelné, asi jen 2 až 4 μm podlouhlé mikroorganismy odolným vápenatým pojivem stmelit okolní zrna písku doslova do podoby horniny - pískovce.
Recyklace stavebního odpadu a nová pojiva
Když se v Česku cokoliv staví - od rodinného domku přes garáž až po velké průmyslové haly - většina projektů se spoléhá na zažité postupy, které se po desetiletí nemění. „Lidé často věří starým zednickým pravdám typu ‚jeden díl cementu, tři díly písku‘. Jenže takto po domácku vyrobená směs má obrovskou uhlíkovou stopou a nízkou trvanlivost,“ vysvětluje Čermák. Jeho cesta k revoluci v materiálech přitom začala nenápadně u designu. Zlom přišel ve chvíli, kdy začal na sociální sítě dávat videa z výroby. „Lidi vůbec nezajímaly ty květináčky. Ptali se, jak je možné, že ten beton takhle teče a přitom obsahuje recyklovaný stavební odpad, jak můžeme udělat mísu tenkou pět milimetrů a ona se nerozpadne,“ vzpomíná.
Dnes jeho e-shop s profesionálními přísadami do betonu, které snižují ekologické dopady betonu a zvyšují jeho trvanlivost, raketově roste a pomáhá i větším výrobcům - například při optimalizaci výroby betonových závaží do praček, kterých se vyrobí stovky tisíc ročně. Stavební a demoliční odpad tvoří v Evropské unii téměř 40 % veškerého odpadu. Většinou končí na skládkách nebo se jím v lepším případě zasypávají díry v zemi. Zároveň v Česku dramaticky ubývají zásoby přírodního kameniva, nové lomy se neotevírají a cena štěrku i písku roste. Vize Cementum ale nekončí u recyklace kamene. Dalším krokem je úplné odstranění cementu z betonové směsi, jeho výroba totiž patří k největším světovým zdrojům emisí CO2. Čermákův „nízkoemisní“ beton využívá unikátní pojiva z druhotných surovin, jako je například prach z broušení cihel. „Cihelny dnes brousí cihly na milimetry, aby do sebe přesně zapadaly. Přitom vznikají hromady prachu, který je pro ně odpadem, ale pro nás skvělým pojivem,“ vysvětluje inženýr. Výsledek? Aby se však materiál z cihelného prachu nebo dalších průmyslových odpadů a suti mohl stát legální součástí základových desek nebo nosných konstrukcí, musí projít náročným kolečkem testů. Vývoj nového typu betonu totiž není jen o nápadu, ale o tisících hodinách v laboratořích, které stojí nemalé prostředky.
Beton vyztužený bambusem
Je možné vyztužit beton bambusem? Ano! Přinášíme překlad článku o návrzích a realizaci staveb z betonu vyztuženého bambusem. Tato zpráva vznikla, aby pomohla terénním pracovníkům při návrzích a realizaci staveb z betonu vyztuženého bambusem. Zpráva také komentuje výběr a přípravu bambusu pro použití jako vyztužení. Projednány jsou také konstrukční principy práce s betonem vyztuženým bambusem. Ve zprávě jsou uvedeny postupy návrhů a grafická znázornění pro beton vyztužený bambusem a metody převádění údajů o betonu vyztuženém ocelí.
Příprava bambusu jako výztuže
- Výběr bambusu: Je třeba vybírat výhradně bambus zřetelně hnědé barvy. Vyhýbejte se bambusu sklizenému na jaře nebo na začátku léta. Volba velikosti. Štěpiny (naštípané stonky) jsou jako výztuže obvykle vhodnější než celé stonky. Větší stonky lze rozštípat na štěpiny široké přibližně 3/4 palce. Stonky o průměru menším než 3/4 palce není třeba štípat, lze je použít vcelku. Štěpení bambusu lze provést odstraněním spodní části stonku pomocí ostrého nože a následným tlačením tupé čepele podél celé délky stonku. Tupá čepel způsobí, že stonek praskne a rozštěpí se, což je vhodnější, než kdyby byly bambusové stonky nařezány, jelikož v případě štěpení jsou zachována neporušená vlákna a vznikne téměř rovný řez.
- Uležení: Je-li to možné, bambus by se měl uříznout a před použitím nechat uschnout a uležet po dobu tří až čtyř týdnů.
- Ohýbání: Bambus lze trvale ohýbat, je-li kromě tlaku vystaven také působení suchého nebo mokrého tepla.
- Vodovzdorné nátěry: Má-li vyzrálý bambus ve formě štěpin nebo celých stonků sloužit jako výztuha, měl by být opatřen vodovzdorným nátěrem, sníží se tím rozsah nabobtnání při kontaktu s betonem. Pokud bambus nátěrem opatřen není, nabobtná, ještě než je beton dostatečně silný, aby nepraskal, a může dojít k poškození prvku, obzvlášť pokud je použito více než 4 procenta bambusu. Typ nátěru závisí na dostupných materiálech. Ideální je nátěr ředěným asfaltem, který lze aplikovat štětcem nebo ponorem. Dalšími vhodnými nátěrovými hmotami jsou přírodní latex, černouhelný dehet, barva, ředěná fermež a vodní sklo (křemičitan sodný).
Konstrukční principy s bambusovou výztuží
- Složení betonové směsi: Lze použít stejné složení betonové směsi, jaké by bylo použito v případě betonu vyztuženého ocelí. Měl by být použit beton s nízkým sednutím, avšak je třeba zajistit jeho zpracovatelnost. Nadbytečná voda způsobuje bobtnání bambusu.
- Umístění výztuže: Bambusové vyztužení by nemělo být umisťováno méně než 1-1/2 palce od povrchu betonu. Při použití celých stonků je třeba v každé vrstvě střídat horní a dolní konce stonků a střídavě rozmístit také uzliny nebo výrůstky. Rozestupy mezi bambusovými tyčemi nebo štěpinami by neměly být menší než maximální celková velikost plus 1/4 palce. Výztuhy by měly být rovnoměrně rozmístěny a spojeny krátkými tyčkami umístěnými v pravém úhlu vůči hlavním výztuhám. Je-li třeba použít více než jednu vrstvu, musí k sobě být připevněny také jednotlivé vrstvy. U důležitých konstrukčních prvků je vhodné k sobě vrstvy připevnit pomocí drátů. Bambus je před použitím betonu třeba dobře připevnit k povrchu. Měl by být připevněn v pravidelných rozestupech po 3 až 4 stopách, aby nedocházelo k jeho vyplouvání vzhůru směrem k povrchu během umisťování a vibrací.
- Prvky namáhané ohybem: U prvků namáhaných ohybem je souvislé podélné vyztužení, sahající do poloviny až dvou třetin ode dna, vhodné v blízkosti podpor ohnout směrem nahoru. Je to obzvlášť doporučeno u prvků, které souvisle pokračují přes několik podpor. Navíc je u podpor třeba použít dodatečné výztuže pro diagonální tah ve formě třmínků. Svislé třmínky lze vyrobit z drátu nebo přepravních balicích popruhů, jsou-li dostupné, nebo je možné je improvizovaně vyrobit z naštípaných kusů bambusu ohnutých do tvaru U a pevně přivázaných jak k dolnímu podélnému vyztužení, tak i ke vzhůru ohnutému vyztužení.
- Navazující výztužné pruty: Navazující výztužné pruty v patkách pro vyztužení sloupů a stěn by měly být uložené v betonu do takové hloubky, aby spojení mezi bambusem a betonem odolalo přípustné tahové síle v navazujícím výztužném prutu. Tato hloubka zabetonování je přibližně 10násobek průměru celého stonku nebo 25násobek tloušťky štěpiny široké 3/4 palce. V mnohých případech nebudou patky tak hluboké, proto je třeba, aby navazující výztužné pruty byly ohnuty do tvaru L. Tyto navazující výztužné pruty by měly být buď zaháknuty za výztužné pruty patky, nebo k nim dostatečně přivázány, aby bylo zajištěno řádné ukotvení. Navazující výztužné pruty by měly přesahovat patky a být zkráceny tak, aby se ve stejné výšce nacházelo vždy nanejvýš 30 procent spojů. Vyztužení spojů v jakémkoli prvku by mělo mít překryv alespoň 25 palců.
Návrhy konstrukcí s bambusovou výztuží
Návrhy využívající beton vyztužený bambusem se podobají návrhům využívajícím beton vyztužený ocelí. V důsledku nízkého koeficientu pružnosti bambusu dojde u prvků namáhaných ohybem při běžném provozním zatížení téměř vždy ke vzniku prasklin. Zkušenosti prokázaly, že bambusové štěpiny fungují jako výztuže lépe než celé stonky. Je-li výztuží štěpina, mezi bambusem a betonem vzniká lepší spojení a štěpiny také vytváří kompaktnější vrstvy vyztužení. Doporučují se stonky o větších průměrech naštípané na štěpiny široké 3/4 palce. Následující tabulka porovnává průměry a plochy průřezu různých typů výztužného drátu.
Čtěte také: Velký betonový květináč – DIY
Tabulka I: Průměry a plochy průřezu výztužného drátu
| Identifikační čís. | Průměr, palce | Plocha, čtvereční palce |
|---|---|---|
| Č. 10 | 0,135 | 0,0143 |
| Č. 12 | 0,105 | 0,0087 |
| Č. 14 | 0,080 | 0,0050 |
| 3/4 palce štěpina | 0,750 | 0,563 |
| 1/2 palce štěpina | 0,500 | 0,250 |
| 1/4 palce štěpina | 0,250 | 0,063 |
| 1/8 palce štěpina | 0,125 | 0,016 |
Při návrhu nosníku vyztuženého bambusem je nutné zkontrolovat namáhání spoje a rozestupy třmínků. U čtyřhranných sloupů vyztužených bambusem by vertikální vyztužení mělo představovat přibližně 4 procenta příčného řezu sloupu. Je-li jako příčná spona použit bambus, spony by měly být rozmístěny v rozestupech o hodnotě nejvýše 16násobku nejmenšího rozměru vertikálního vyztužení a nejvýše nejmenšího rozměru sloupu. Mělo by být použito dostatečné množství spon, aby každý vertikální prut byl pevně držen na svém místě a měl boční oporu odpovídající opoře vytvořené ohybem spony pod úhlem 90 stupňů. U betonových desek vyztužených bambusem se pro zjištění tloušťky desek a potřebného množství bambusových výztuží používají specifické grafy. Nenosné betonové stěny by měly mít tloušťku nejméně 5 palců a nejméně 1/30 vzdálenosti mezi nosnými nebo ohraničujícími prvky; měly by být ve vodorovném i svislém směru vyztuženy bambusovými stonky o průměru alespoň 3/4 palce rozmístěnými v 6palcových rozestupech. Toto vyztužení by mělo být zajištěno formou jednovrstvé výztužné rohože uprostřed stěny.
Společnosti a iniciativy pro dekarbonizaci
Firma Cemex v roce 2020 představila program Future in Action (FIA), který se zaměřuje na vývoj produktů a řešení s nižšími emisemi uhlíku, aby se postupně stala společností s nulovými emisemi CO2. Cílem firmy je dosáhnout uhlíkové neutrality a stát se do roku 2050 společností s nulovými čistými emisemi CO2. Již v roce 2022 dosáhl Cemex milníkového snížení emisí CO2 produkovaných svými cementářskými provozy v Evropě o 41 %. Základem změn jsou alternativní paliva, která v roce 2022 tvořila celosvětově 35 % podílu palivového mixu Cemex. Příkladem, jak odpady účelně a efektivně využívat, je systém firmy EcoWasteEnergy (EWE), dceřiné společnosti Cemex. Umístěna je nedaleko cementárny Cemex Prachovice a vyrábí pro ni tuhé alternativní palivo ze spalitelných odpadů, které nelze recyklovat nebo materiálově využít. Firmě Cemex v České republice se tímto způsobem podařilo nahradit více než 3/4 fosilních paliv nebo jiných druhů zdrojů energie. Vysoké teploty v cementárenských pecích zaručují bezpečné a bezezbytkové spoluspalování odpadu způsobem, který je co nejšetrnější k životnímu prostředí. V roce 2022 společnost Cemex uvedla do provozu ve své cementárně v Rugby ve Velké Británii nový systém Climafuel. Investice ve výši 25 milionů USD umožňuje závodu postupně ukončit používání fosilních paliv a fungovat výhradně na alternativní paliva.
Milníkem ve vývoji stavebních materiálů s nízkými emisemi CO2 se v roce 2021 stala produktová řada Vertua. Díky klimatickým certifikátům může vyplnit mezeru v oblasti klimaticky neutrálních produktů. Vlastnosti betonu Vertua:
- Je recyklovatelný: Může být 100% recyklovatelný jako kamenivo pro další použití, jako podkladový materiál či při výrobě hotových betonových směsí.
- Absorbuje CO2: Může absorbovat až 25 % své celkové uhlíkové stopy.
- Je trvanlivý: Jeho důležitou vlastností je přirozeně dlouhá životnost a díky tomu se šetří zdroje tím, že se snižuje potřeba rekonstrukcí.
- Je odolný: A to vůči požáru, větru, vodě a zemětřesení a dokáže odolávat povětrnostním vlivům, erozi a poškození extrémními povětrnostními podmínkami.
- Pohlcuje a uvolňuje teplo: Beton má schopnost pohlcovat nebo uvolňovat teplo v budovách v reakci na měnící se podmínky.
V situaci, kdy je potřeba uspokojovat poptávku po bydlení a zároveň předcházet klimatické změně, se přechod na ekologičtější výrobu cementu nejspíš neobejde bez finanční pomoci vlád. Jak ale připomínají autoři jednoho z mála pozitivně vyznívajících článků ze zmíněné betonové série na Guardianu, existují i způsoby, jak ke změně můžou přispět jednotlivci. Stačí třeba neinvestovat do cementářských firem, pokusit se hledat při stavění vlastního domu jiné materiály nebo si nenechávat zbytečně vybetonovávat pozemky.
tags: #jak #vyrobit #cement #v #prirode