Ochrana klimatu: Cesta k nízkouhlíkovému betonu

25. 11. 2022

Nikdo neví, kdo to udělal první nebo kdy. Ale ve 2. nebo 3. století př. n. l. římští inženýři běžně drtili pálený vápenec a sopečný popel, aby vytvořili caementum: Prášek, který začal tuhnout, jakmile byl smíchán s vodou.

Ještě mokrou kaši hojně využívali jako maltu pro své cihlářské a kamenické práce. Ale také se naučili, jakou cenu má míchat s vodou pemzu, oblázky nebo střepy z hrnců: Použijte správné poměry a cement to nakonec všechno spojí do silného, ​​odolného, ​​skále podobného konglomerátu zvaného opus caementicium nebo v pozdějším termínu odvozeném z latinského slovesa znamenajícího "svádět dohromady" – concretum.

Římané používali tyto úžasné věci v celé své říši – ve viaduktech, vlnolamech, koloseích a dokonce i v chrámech, jako je Pantheon, který stále stojí v centru Říma a stále se může pochlubit největší nevyztuženou betonovou kupolí na světě.

O dvě tisíciletí později děláme v podstatě totéž, betonujeme po gigatunách silnice, mosty, výškové budovy a všechny další velké kusy moderní civilizace. Globálně ve skutečnosti lidstvo nyní používá odhadem 30 miliard metrických tun betonu ročně – více než jakéhokoli jiného materiálu kromě vody. A jak rychle se rozvíjející země, jako je Čína a Indie, pokračují ve svém desetiletí trvajícím stavebním boomu, toto číslo jen roste.

Bohužel se k našemu klimatickému problému přidala i naše dlouhá láska k betonu. Různé druhy cementu, které se nejčastěji používají k vázání dnešního betonu, inovace z 19. století známá jako portlandský cement, se vyrábějí v energeticky náročných pecích, které generují více než půl tuny oxidu uhličitého na každou tunu produktu. Vynásobte to gigatunovou globální mírou využití a ukáže se, že výroba cementu přispívá asi 8 % celkových emisí CO₂.

Je pravda, že se to zdaleka neblíží podílům připisovaným dopravě nebo výrobě energie, přičemž obojí tvoří mnohem více než 20 %. Ale jak naléhavost řešení změny klimatu zvyšuje veřejnou kontrolu emisí z cementu, spolu s potenciálními vládními regulačními tlaky ve Spojených státech i v Evropě, stala se příliš velkou na to, aby byla ignorována. "Nyní se uznává, že musíme do roku 2050 snížit čisté globální emise na nulu," říká Robbie Andrew, vedoucí výzkumník z CICERO Center for International Climate Research v norském Oslu. "A betonový průmysl nechce být tím špatným, takže hledá řešení."

Velké průmyslové skupiny, jako je London Global Cement and Concrete Association a Portland Cement Association se sídlem v Illinois, nyní zveřejnily podrobné plány pro snížení těchto 8 % na nulu do roku 2050. Mnoho jejich strategií spoléhá na vznikající technologie; ještě více je otázkou rozšiřování alternativních materiálů a nedostatečně využívaných postupů, které existují po desetiletí. A vše lze pochopit z hlediska tří chemických reakcí, které charakterizují životní cyklus betonu: Kalcinace, hydratace a karbonace.

Hornina bohatá na uhličitany je rozemleta a umístěna do pece spolu s hlínou, která se spojuje s nehašeným vápnem a přispívá minerály, které nakonec pomohou betonu odolat trhlinám a povětrnostním vlivům. Konečným výsledkem je "slínek": světlé, šedavé uzlíky, které jsou rozemlety na cementový prášek.

Přibližně 40 % emisí CO₂ z pece pochází z výrazu "teplo" v této rovnici a tento zlomek bylo těžké snížit. Výroba slínku vyžaduje špičkové teploty 1 450° Celsia, teplejší než roztavená láva, a provozovatelé pecí dlouho předpokládali, že jediným praktickým způsobem, jak se tam dostat, je spalovat uhlí nebo zemní plyn. Biomasa jako dřevo nehoří při dostatečné teplotě. A standardní elektrické ohřívače napájené z obnovitelných zdrojů, jako je vítr nebo slunce, získávají teplo z elektrického odporu v drátech vedoucích proud. "Nemůžete toho moc vyrobit, než se drát rozpadne," říká Andrew.

Přesto průmysl nyní začal zkoumat zcela elektrické možnosti, které mohou být poháněny obnovitelnými zdroji. Například v květnu švédská společnost SaltX Technology zabývající se zelenými technologiemi prokázala, že dokáže vyrábět slínek se svým elektrickým obloukovým kalcinerem: Patentovaným systémem podobným plazmovým hořákům, které široce používají výrobci automobilů a další výrobci pro řezání kovu. Plazmové hořáky prohánějí elektrický proud proudem inertního plynu, typicky dusíku nebo argonu, což ionizuje plyn a ohřívá jej na teploty přes 20 000 stupňů Celsia. V červnu společnost SaltX oznámila partnerství se švédským dodavatelem vápence SMA Mineral s cílem urychlit komercializaci své technologie.

A v roce 2021 německá firma HeidelbergCement prokázala, že dokáže vyrobit slínek tím, že nahradí fosilní paliva vodíkem, který hoří při více než 2000 stupních Celsia. Vodík se v současnosti vyrábí převážně ze zemního plynu. Lze jej ale vyrobit i elektrolýzou vody. Takže jak ceny čisté energie snižují a výroba velkého množství vodíku pomocí zelené elektřiny se stává pravděpodobnější, zájem cementářských společností roste.

Podrobnosti v angličtině: ZDE