Beton je jedním z nejrozšířenějších stavebních materiálů na světě a hraje klíčovou roli ve stavebnictví díky své odolnosti a všestrannosti. Jeho výroba je však energeticky náročná a uvolňuje velké množství oxidu uhličitého (CO₂). Proto odborníci v současnosti provádějí rozsáhlý výzkum zaměřený na způsoby, jak stavění s betonem učinit udržitelnějším a šetrnějším k životnímu prostředí. Tento článek ukazuje, jaké jsou nejperspektivnější možnosti a zároveň, kde leží největší výzvy pro ekologičtější beton.
Co ovlivňuje uhlíkovou stopu betonu?
Hlavními složkami betonu jsou písek, štěrk, voda a cement. Výroba cementu způsobuje přibližně pět až osm procent celosvětových emisí CO2. Kdyby byl cementářský průmysl zemí, byl by podle Světového ekonomického fóra čtvrtým největším emitentem oxidu uhličitého na světě.
Cement a jeho ekologický dopad
Cement se skládá především ze slínku, který se vyrábí zahříváním vápence a jílu při teplotě kolem 1450 °C. Tento proces nejenže spotřebovává značné množství energie kvůli extrémně vysokým teplotám, ale také uvolňuje velké množství CO2 v důsledku samotné chemické reakce. Podívejme se nyní na tyto dva faktory blíže:
1. Chemická reakce: Slínek je výsledkem tepelného rozkladu vápence a jílu při teplotě přibližně 1450 °C v cementářské peci. Tento proces se nazývá kalcinace a vede ke vzniku oxidu vápenatého a CO2. Kalcinace je nevyhnutelná chemická reakce a způsobuje přibližně 50 až 60 % celkových emisí CO2 spojených s výrobou cementu. Tyto emise z procesu je obzvláště obtížné snížit, protože je nelze odstranit změnou paliva nebo zvýšením účinnosti.
2. Spotřeba energie při výrobě: Přibližně 40 % celkových emisí pochází ze spalování fosilních paliv za účelem dosažení vysokých teplot potřebných pro výrobu cementu. Tuto spotřebu energie lze snížit využíváním obnovitelných zdrojů energie a účinnějších technologií.
V souhrnu je tedy důležité začít u cementu a jeho výroby, aby bylo možné stavět z betonu udržitelnějším způsobem. Podívejme se tedy, jak lze zlepšit uhlíkovou stopu cementu a slínku.
Šest cest k cementu šetrnějšímu ke klimatu
Podle Svazu rakouského cementářského průmyslu již průmysl úspěšně zavádí četná opatření pro větší udržitelnost:
1) Snížení množství slínku: Část slínku lze nahradit jinými materiály, které jsou šetrnější k životnímu prostředí nebo se již vyrábějí jako vedlejší průmyslové produkty. Slinek z portlandského cementu se například nahrazuje popílkem, granulovanou vysokopecní struskou (GGBS), kalcinovaným jílem nebo sádrou.
2) Moderní výrobní postupy: Pokud se cementový slín vyrábí v rotačních pecích s cyklónovými předehřívacími systémy, lze odpadní teplo vznikající při výrobě využít ve vlastním výrobním procesu k předehřevu paliva a surovin. Tím se snižuje celková spotřeba energie na výrobu cementu. Kromě toho lze zbývající odpadní teplo dodávat do okolních sítí dálkového vytápění a přispívat tak k regionálnímu zásobování energií.
3) Alternativní paliva: Namísto fosilních paliv, jako je uhlí, ropa nebo zemní plyn, se cementářský průmysl stále více spoléhá na alternativní paliva, jako je plastový odpad, staré pneumatiky nebo zbytky papírových vláken.
Světové ekonomické fórum poukazuje na další inovativní možnosti:
> Nové cementy: Vývoj cementů bez obsahu slínku by mohl výrazně snížit emise. Probíhá výzkum alternativ k vápenci, jako je získávání cementu z bezuhlíkové horniny křemičitanu vápenatého, minerálů křemičitanu vápenatého nebo výroba cementu pomocí elektrochemického procesu namísto tepla. Například švédská společnost Cemvision recykluje vedlejší produkty z těžebního a ocelářského průmyslu, což vyžaduje méně energie a neprodukuje žádný odpad.
> Recyklovaný cement: Výzkumnému týmu z Cambridge se poprvé podařilo recyklovat cementový slín. Jedná se o využití elektrických obloukových pecí k výrobě oceli, kterou lze znovu použít. K odstranění nežádoucích látek se obvykle přidává vápenec, který se odděluje jako struska. Pokud se místo toho přidá recyklovaná cementová slínková pasta, vznikne vysoce kvalitní cementový slín bez potřeby další energie. Recyklovaný cement se pak používá jako obvykle pro výrobu nového betonu. Tímto způsobem lze výrazně snížit emise. Více se dozvíte v tomto videu.
> Zachycování a využívání/ukládání uhlíku (CCS): Zachycování a využívání/ukládání uhlíku je metoda zachycování, využívání nebo ukládání CO2 z velkých zdrojů, jako jsou elektrárny a průmyslová zařízení, za účelem snížení emisí. Očekává se, že poptávka po CO2 pro chemický průmysl výrazně vzroste. Zachycování a využívání uhlíku při výrobě cementu je obzvláště atraktivní, protože CO2 vzniká ve velmi vysokých koncentracích. Zachycování, využívání a ukládání uhlíku by mohlo snížit emise z cementářského průmyslu až o 36 %. Norské přístavní město Brevik bylo prvním městem na světě, které uvedlo do provozu zařízení CCS ve své cementárně. Uhlík se ukládá pod zem v Severním moři.
Inovativní postupy a nové technologie hrají slibnou roli i v případě cementu šetrnějšího k životnímu prostředí:
Hybridní technologie míchání společnosti Bton umožňuje snížit potřebu slínku až o 75 % tím, že se před přidáním písku a štěrku nejprve smíchá cement s vodou. V porovnání s konvenčními výrobními metodami se tak snižuje potřeba vody o 10 % a výsledkem je o 25 % vyšší pevnost v tlaku a o 100 % rychlejší časná pevnost.
Další možností je snížení množství použitého cementu. Německé společnosti Sonocrete se podařilo pomocí ultrazvuku snížit množství potřebného cementu o 30 %. Kromě toho se čtyřnásobně zvyšuje časná pevnost betonu.
Závěr: Ať už jde o menší množství slínku, cementu nebo vody, inovativní a udržitelné využívání surovin je na denním pořádku.
Čtyři způsoby, jak ušetřit zdroje při plánování s použitím betonu
Posuňme myšlenku "snížení" ještě o krok dále: beton je oblíbený a hojně používaný zejména díky své trvanlivosti a všestrannosti. Je však důležité zohlednit aspekty udržitelnosti již ve fázi plánování a šetřit materiálem tam, kde to má smysl. Informační centrum o betonu uvádí následující opatření:
1. Nižší tloušťky stropů
S předpjatými stropy a vysokopevnostními betony lze dosáhnout nízkých tlouštěk stropů i při velkých rozpětích. Předpětí snižuje průhyb i tahové namáhání betonu, což znamená, že lze přenášet větší zatížení. Vysokopevnostní betony také umožňují štíhlejší průřezy, což dále snižuje spotřebu materiálu.
2. Snížení množství betonu
Stropní systémy s dutinami nebo dutými tělesy v oblastech s nízkými nároky na konstrukci pomáhají snížit množství potřebného betonu. Tyto systémy jsou založeny na principu, že ne všechny části průřezu se podílejí stejnou měrou na nosnosti. Vynecháním materiálu z méně namáhaných zón snižují hmotnost a šetří zdroje.
3. Snížení množství výztuže
Skeletové konstrukční metody nebo podlahové rámy mohou často pomoci snížit množství výztuže. Tyto konstrukční metody účinně rozkládají zatížení na nosné prvky, což snižuje množství potřebné oceli. Optimalizované rozložení zatížení vede k nižším napětím, a tím i k menšímu množství výztužné oceli.
4. Vysokopevnostní betony a menší průřezy
Štíhlé průřezy sloupů jsou možné při použití vysokopevnostních betonů. Tyto typy betonů umožňují zmenšit průřezy sloupů, aniž by byla ohrožena jejich únosnost. Výsledkem je menší množství materiálu a úspora zdrojů.
Je to jasné: již ve fázi plánování lze s trochou know-how a odvahy vyzkoušet jiný přístup ušetřit spoustu materiálu.
Udržitelnější betonové prefabrikáty
Pokud jde o snížení spotřeby materiálu, jsou prefabrikované betonové prvky nezbytnou součástí řešení. Betonové prefabrikáty se vyrábějí v prefabrikátech za stálých podmínek bez ohledu na počasí. Výsledkem je vyšší přesnost a kvalita a také četné výhody z hlediska udržitelnosti:
Méně odpadu: Výroba v kontrolovaných závodech umožňuje přesnou výrobu a minimalizuje materiálový odpad. To vede k efektivnějšímu využívání zdrojů a snižuje ekologickou stopu.
Úspory materiálu: Při dostatečné kontrole kvality v továrně lze snížit i množství betonového krytu a v případě sloupů i potřebný průřez při samotné výrobě. Kromě toho se pro prefabrikované prvky často používá beton vyšší pevnostní třídy. I když to zpočátku znamená více emisí CO2 na m3 betonu, absolutní emisní stopu CO2 daného prvku lze často snížit zmenšením průřezu prvku a lepším využitím pevnosti v tlaku.
Energetická účinnost: Moderní továrny využívají pokročilé technologie k optimalizaci spotřeby energie a snížení emisí. Využití obnovitelných zdrojů energie a metod úspory energie může dále snížit emise CO2.
Méně výztuže díky svařovacím systémům s oky: Díky přesné výrobě lze výztužnou síť navrhnout tak, aby přesně splňovala požadavky stavebního projektu. To může vést k optimalizaci využití materiálu, což snižuje potřebu výztužné oceli.
Snížení hlučnosti a prašnosti: Rychlejší instalace snižuje související dopady hluku a prašnosti na staveništi.
Trvanlivost: Prefabrikované betonové prvky jsou trvanlivé a odolné, což snižuje potřebu častých oprav nebo výměn a šetří tak zdroje.
Aktivace tepelných prvků: Potrubí pro vytápění nebo chlazení se pokládá přímo do stropního nebo stěnového prvku v závodě na výrobu prefabrikátů. Po dokončení stavby se těmito trubkami přivádí teplá nebo studená voda. Při vytápění je energie ze stropu vyzařována do místnosti jako tepelné záření. Pokud tepelné záření dopadá na předměty nebo tělesa, dochází k jejich ohřevu. Stejný princip lze použít i pro chlazení místností. V kombinaci s obnovitelnými zdroji energie a inteligentními termostaty v místnostech aktivace tepelných prvků výrazně snižuje energetickou náročnost ve fázi užívání budovy.
Nové hybridní kombinace dřeva a betonu, stejně jako zvýšený tlak na stavebnictví, aby přijímalo více opatření směrem k udržitelnosti, budou mít v roce 2025 určitě vliv na prefabrikaci. Více o dalších trendech, které budou v letošním roce utvářet prefabrikační průmysl, se dočtete v tomto článku na blogu.
Beton a recyklace
V souladu s myšlenkou "redukovat, znovu použít, recyklovat" je podle společnosti Beton Dialog Austria důležitým pilířem udržitelnosti také opětovné použití betonu . Staré betonové konstrukce se demontují, zpracovávají na beton a míchaný granulát a používají se jako recyklovaný starý beton pro nové stavební projekty. Mezi typické aplikace patří například výstavba silnic nebo chodníků.
Kromě toho již probíhají první pilotní projekty, které zkoumají, jak lze prefabrikované betonové prvky znovu smysluplně a bezpečně využít. Projekt EU ReCreate úspěšně prokázal, že deinstalace a opětovné použití neporušených betonových prefabrikátů je technicky možné. Ve čtyřech pilotních projektech v Evropě byly nosné prvky, jako jsou nosníky, sloupy a dutinové desky, regenerovány ze stávajících budov a znovu použity pro nové stavební projekty. Výsledky ukazují, že opětovné použití prefabrikovaných betonových prvků může snížit emise CO2 a spotřebu energie až o 93-98 % ve srovnání s výrobou nových prefabrikovaných betonových prvků nebo recyklací betonu.
Závěr
Budoucnost udržitelné výstavby z betonu spočívá jednoznačně v kombinaci inovativních technologií, promyšleného plánování a odpovědného využívání zdrojů. Stavební průmysl musí přispět k ekologičtější budoucnosti - a může uspět, pokud bude důsledně uplatňovat udržitelný přístup.
