Betón je po vode najspotrebnejším materiálom na svete a je základom stavebníctva na celom svete, pričom jeho výroba má významný vplyv na životné prostredie. Ako stavebný materiál má betón mnoho výhod. Je veľmi pevný, ľahko sa vyrába a je lacný. Jeho nevýhodou však je, že nie je veľmi šetrný k životnému prostrediu. Cement je základnou surovinou stavebníctva - používame ho do betónov, murovacích a omietacích mált, poterov, dlažieb až po fasády. Je to všestranný materiál s mnohými možnosťami využitia a nezaobíde sa bez neho žiadny malý ani veľký stavebný projekt. Po vode je betón najbežnejšie používanou látkou na svete. Betón je jeden z najstarších a najbežnejších materiálov, ktoré sa využívajú v stavebníctve. Touto metódou stavali mosty už starovekí Rimania a niektoré stavby stoja doteraz aj po dvoch tisícročiach od výstavby.
Výroba cementu a jej dopad na životné prostredie
Betón sa vyrába zmiešaním cementu s kamenivom, zrnitou zmesou materiálov, ako je štrk a piesok. Vypálením vápenca, hliny a ďalších materiálov v peci vzniká známy sivý prášok, obyčajný portlandský cement (OPC). Najčastejšie spojivo v súčasných betónoch je portlandský cement. Ten bol objavený v roku 1820 a nesie meno podľa ostrova Portland v Anglicku, pretože sa jeho farba podobala vápencu využívanému v stavebníctve a pochádzajúcemu z tejto oblasti. Portlandský cement sa vyrába zo zmesi vápenca, ílov, piesku a železitej prímesi, ktoré po premiešaní, pomletí a zhomogenizovaní prejdú slinovaním v rotačnej peci pri dosiahnutí teplôt 1 450 °C.
Zatiaľ čo proces vypaľovania možno zmeniť z používania fosílnych palív na používanie elektrickej energie z obnoviteľných zdrojov energie, druhý zdroj emisií oxidu uhličitého, chemická reakcia, predstavuje väčší problém. Pri zahrievaní minerálnej zmesi na teplotu vyššiu ako 1 400 stupňov Celzia sa mení z uhličitanu vápenatého a ílu na zmes slinku, predovšetkým kremičitanov vápnika, a oxidu uhličitého. Aj keď je cement materiál vyrábaný z prírodných surovín, pri ich výpale dochádza k emisiám CO2. Hoci výrobcovia zdokonaľujú výrobné postupy tak, aby emisie boli čo najnižšie, narážajú na limity vyplývajúce z chemickej reakcie prebiehajúcej v peci. Prvým a najdôležitejším krokom pri výrobe cementu je výpal kvalitného slinku. Táto surovina tvorí základ všetkých druhov cementov. Pri výpale slinku sa do ovzdušia uvoľňuje prírodný kysličník uhličitý, ktorý je prirodzene viazaný vo vstupných surovinách. Ako vedľajší efekt však pri tomto procese pri ohriatí materiálu na 900 °C vzniká aj veľké množstvo plynného CO2, ktorý sa uvoľňuje do ovzdušia. Tento plyn je jedným z faktorov zodpovedajúcich za globálne otepľovanie. Pri výrobe jednej tony slinku sa uvoľní približne 700 kg CO2. Portlandský cement tvorí len približne 15 % hmotnosti betónu, podieľa sa však na 80 až 90 % jeho emisií.
Globálny vplyv a medzinárodné záväzky
Človek je existenčne závislý od svojho životného prostredia. Prostredie ľudstvu umožnilo vzniknúť a prežiť. A ono naň svojimi činnosťami vplýva a modifikuje ho. Dlhé tisícročia bol dopad ľudských potrieb na prostredie iba zanedbateľný. Vznik priemyslu to definitívne zmenil. Stal sa medzníkom, od ktorého musíme vážne premýšľať nad tým, čo po nás zostáva. Priemysel zmenil charakter väčšiny činností natoľko, že človek začal narúšať prostredie, ktoré je podmienkou jeho života. Pôvodne išlo o nevedomé negatívne zásahy. No už koncom 19. storočia začínalo byť zrejmé, že v hre bude rozsiahle znehodnocovanie. Objavovali sa prvé ochranárske aktivity, hoci predovšetkým lokálneho charakteru. V druhej polovici minulého storočia sa začali rozvíjať globálne pohľady na ochranu životného prostredia. Stavebníctvo sa podieľa na produkcii skleníkových plynov naozaj výrazne. Odhaduje sa, že 8 - 10 percent celosvetovej produkcie skleníkových plynov pripadá na výrobu cementu. ... stavby majú na svedomí 40 % produkcie CO2 na svete? Len samotná spotreba betónu na svete dosahuje tri tony na obyvateľa Zeme.
Svetová spotreba betónu je sledovaná predovšetkým prostredníctvom výroby cementu. Výroba cementu od začiatku tisícročia výrazne narástla predovšetkým kvôli Číne, ktorá ho v roku 2001 vyrobila 660 miliónov ton, ale v roku 2018 už vyše dvoch miliárd ton (v roku 2018 presne 2,17 mld. t, pričom v roku 2014 to bolo až 2,48 mld. t). Výrazný nárast, avšak v podstatne nižších hodnotách, zaznamenala aj India. V Európskej únii sleduje výrobu cementu organizácia CEMBUREAU, ktorá združuje výrobcov cementu v EÚ a ďalších európskych krajinách s výnimkou Slovenska a Malty. Aj preto údaje zo Slovenska nie sú v jej štatistikách zahrnuté. Dokonca sa ani nesledujú komplexne. Sleduje sa len časť výroby transportbetónu. Slovensko je v jeho spotrebe na obyvateľa v spodnej časti rebríčka. V roku 2017 slovenská spotreba odhadmi dosiahla úroveň 0,44 m3 na obyvateľa (v EÚ je to 0,5 m3). V našom prepočte je to približne 0,97 tony betónu na obyvateľa Slovenska (1,1 tony na obyvateľa EÚ).
V dohode, ktorú dnes poznáme ako Kjótsky protokol, sa jednotlivé krajiny zaviazali k dovtedy nevídanému kroku. A bez ohľadu na to, ako je tento protokol dodržiavaný, do histórie vstúpi ako prelom v globálnej starostlivosti o životné prostredie. V roku 2015, v nadväznosti na Kjótsky protokol, vznikla Parížska klimatická dohoda. Jej cieľom je obmedziť emisie skleníkových plynov po roku 2020. Slovensko ju ratifikovalo 1. októbra 2016 a ku koncu roka 2020 k nej pristúpilo už takmer 200 krajín. Parížska klimatická dohoda nie je vyjadrením toho, čo Zem naozaj potrebuje, ale len toho, čo (možno) dokážeme pre ňu urobiť. Členovia európskych výrobcov cementov združených v asociácii CEMBUREAU preto navrhli súbor opatrení. Nimi chcú do roku 2030 znížiť emisie o 55 % v porovnaní s rokom 1990 a dosiahnuť uhlíkovú neutralitu do roku 2050.
Inovácie a stratégie pre udržateľnejšiu výrobu cementu
Znižovanie emisií prostredníctvom technológií a materiálov
Za posledných 10 rokov sa vďaka moderným technológiám podarilo výrobcom znížiť skleníkové emisie o polovicu, avšak ďalšie znižovanie ekologickej stopy musí vziať do svojich rúk aj každý zodpovedný stavebník. Druhou skupinou opatrení je nahradenie uhľovodíkových palív, teda uhlia a zemného plynu, nerecyklovateľným a bio odpadom, ktoré môže priniesť zníženie o ďalších 15 %. Jedným z prístupov, ktorý sa aplikuje na Slovensku, je aj používanie tuhých alternatívnych palív v cementárňach. Ich spotrebou cementárne znižujú emisie vďaka tomu, že týmto palivom nahrádzajú uhlie, ktoré uvoľňuje podstatne viac emisií CO2.
Mýty o alternatívnych palivách
- MÝTUS: Prevádzka v Turni už ani nie je cementáreň, je to spaľovňa odpadu! Cementáreň nie je spaľovňou. Cementáreň funguje kvôli tomu, aby vyrobila cement - jeden z najpoužívanejších a najpotrebnejších materiálov na svete. Vo výrobnom procese sa fosílne palivo (napr. uhlie) používa na výrobu energie, ktorú môžeme nahradiť omnoho ekologickejšou alternatívou - alternatívnymi palivami, ktoré sa vyrábajú z odpadu. To však nie sú odpady ako také. V praxi to teda nevyzerá tak, že do cementárne príde smetiarske auto a vyklopí do pece odpad. Odpad sa v špeciálnej prevádzke musí najskôr triediť a nerecyklovateľné zložky sa nasekajú na malé kúsky. Takto sa vytvorí alternatívne palivo s vysokou výhrevnosťou. Výhodou použitia alternatívnych palív namiesto uhlia je zníženie emisií CO2. Slovenské cementárne spoločnosti Danucem za posledných 15 rokov takto znížili svoje emisie CO2 až o 20 %. Nerecyklovateľný odpad navyše nekončí na skládkach vo vašom okolí, ale vracia sa späť do obehu.
- MÝTUS: Cementáreň spaľuje nebezpečný odpad. Palivá, ktoré používame, sú vyrobené z bežného priemyselného a komunálneho odpadu, ako sú plasty, drevo, textil a biomasa. Ich výhodou je, že pri ich spoluspaľovaní vzniká menej emisií CO2, SO2 a rovnako znižujú aj prašnosť. V priebehu rokov 2013 až 2015 sme do environmentálnych projektov investovali približne 18 miliónov eur.
- MÝTUS: Slovensko sa stáva smetným košom. Ročná kapacita spracovania alternatívnych palív v slovenskom cementárskom priemyselnom odvetví je 350 kt. Odpad ale musí byť pred jeho použitím spracovaný na alternatívne palivá, aby spĺňal kvalitatívne požiadavky výroby. Kapacita lokálneho trhu prípravy takého paliva pre cementársky priemysel je len okolo 100 - 120 kt. Alternatívne palivá vznikajú triedením a úpravou odpadu. Vzhľadom na nedostatočné kapacity výroby alternatívnych palív na Slovensku ich dovážame aj z iných krajín Európskej únie. Momentálne vedieme dialóg s autoritami, odborníkmi aj verejnosťou, ako zvýšiť podiel využívania alternatívnych palív so slovenským pôvodom.
Obrovské investície do výrobného procesu síce ekologické dopady znižujú, no používanie zmesových cementov prinášajú z tohto pohľadu zníženie uhlíkovej stopy o desiatky percent. Ďalším opatrením môže byť vývoj nízkouhlíkových cementov a môže priniesť 13 % zníženie emisií. Súčasný dôraz na presadzovanie zásad cirkulárnej ekonomiky funguje pri výrobe cementu už desiatky rokov. Vďaka investíciám do výskumu prišli výrobcovia cementu na to, že slinok dokážu plnohodnotne nahradiť prímesami, ktoré vznikajú ako vedľajšie produkty pri iných druhoch priemyselnej výroby. To, čo bolo ešte pred pár rokmi odpad, sa dnes môže znova využiť. Približne 5% všetkých druhov cementu tvorí sadrovec. V prírode sa prirodzene vyskytuje vo forme alabastru, ktorý sa používa napríklad na sochárske účely. Hlavným cieľom pridávania sadrovca do cementu je teda získať čas na prepravu betónu na stavbu a jeho uloženie do debnenia.
Donedávna sa vedľajší produkt pri výrobe železa a ocele vo vysokej peci len hromadil na haldách, ale pre výrobcov cementu je hodnotnou surovinou. Nábeh pevností je síce pomalší ako pri portlandskom cemente, ale už po 90 dňoch (čo je pri životnosti stavieb 50 až 100 rokov zanedbateľné) dosahuje hodnoty porovnateľné s čistým portlandským cementom, ba dokonca ho prekračuje. V minulosti bol popolček symbolom priemyselného znečistenia v každom väčšom meste, či už pochádzal z komínov teplární alebo fabrík. Elektrárenský popolček patrí medzi pucolánové prísady do cementu, ktoré dokážu čiastočne nahradiť slinok v cemente a v betóne ovplyvňuje jeho plasticitu. Má formu jemného sivého prášku, ktorý okrem sklovitej fázy obsahuje aj vhodnú minerálnu zložku. Vápencové cementy nie sú síce príkladom cirkulárnej ekonomiky a nepomáhajú šetriť prírodné zdroje, z hľadiska ekologizácie cementu však majú významné miesto. Ak chceme hovoriť o ďalšom znižovaní uhlíkovej stopy v stavebníctve, bude využívanie zmesových cementov v budúcnosti kľúčové.
Jak namíchat beton z cementu, písku, kameniva a vody?
Karbonizácia a zachytávanie CO2
Časom oxid uhličitý v atmosfére reaguje s oxidom vápenatým v betóne a mineralizuje oxid uhličitý na uhličitan vápenatý v procese známom ako karbonizácia. Karbonizácia je opačný proces, ako keď sa vyrába betón. Betón má však na emisie aj pozitívny vplyv, pretože počas svojej životnosti na seba opätovne viaže voľný CO2 z okolitého prostredia, čím pomáha znížiť svoju uhlíkovú stopu. Tento proces sa nazýva karbonatizácia betónu. Hoci karbonizácia umožňuje betónu sekvestrovať (zachytávať a ukladať) oxid uhličitý, môže tiež oslabiť betón, najmä vytvrdnutý betón, znížiť jeho vnútornú alkalitu a môže viesť ku korózii ocele, ktorá bola použitá ako výstuž.
Výskumníci zistili, že pridaním náhrady hydrogenuhličitanu sodného by sa v počiatočných fázach mohlo mineralizovať až 15 % celkového množstva oxidu uhličitého spojeného s výrobou cementu. „Nový“ betón navyše rýchlejšie tuhne bez toho, aby stratil čokoľvek zo svojich mechanických vlastností. To by podľa výskumníkov umožnilo stavebnému priemyslu rýchlejšie dokončiť práce. Praktickým riešením, ako tento proces vylepšiť, je pridávanie plynného CO2 priamo do betónovej zmesi počas výroby. Ďalšou možnosťou je napríklad uskladňovanie vytvrdnutého betónu v uzavretej CO2 komore, pri ktorej dochádza k zrýchlenej karbonatizácii v porovnaní s betónom uloženým v prirodzenom prostredí. Najvýznamnejšou, ktorá si bude vyžadovať intenzívny vývoj, bude zachytávanie emisií skleníkových plynov a ich neskoršie využitie v iných odvetviach. V tomto prípade sa uvažuje o znížení emisií o 42 %. Prvé projekty zamerané na túto oblasť sa práve rozbiehajú v Nórsku a Rakúsku a uvedenie zariadení do prevádzky by sa malo uskutočniť v priebehu dvoch rokov.
| Opatrenie na znižovanie emisií CO2 (podľa CEMBUREAU) | Predpokladané zníženie emisií CO2 |
|---|---|
| Zachytávanie a využitie skleníkových plynov | 42 % |
| Nahradenie uhľovodíkových palív alternatívnymi palivami | 15 % |
| Vývoj nízkouhlíkových cementov | 13 % |
Experimentálne materiály a "zelený betón"
Najnovšie vedci experimentujú s koreňovou zeleninou a recyklovaným plastom v betóne, aby zistili, či sa tak stane pevnejším a udržateľnejším. Skúmajú dokonca aj jeho energetické využitie. Pridanie tenkých plátkov koreňovej zeleniny do cementu dokáže výrazne zvýšiť mieru jeho hydratácie. „Cementársky priemysel pracuje na dekarbonizácii a znižovaní stopy z fosílnych palív. Jednou zo stratégií na zníženie vplyvu na životné prostredie je spevnenie cementu tak, aby ho bolo možné využívať v menšom množstve.“ Profesor Mohamed Saafi z Lancaster University vo Veľkej Británii a jeho kolegovia sa usilujú dosiahnuť tento cieľ v rámci projektu B-SMART. Cement je potrebné kombinovať s vodou, aby priľnul k piesku a kamennej drti a spojil ich tak dohromady. „Väčšina z nich tam v podstate sedí a nerobí nič, čo je značné plytvanie,“ uviedol profesor M. Saafi. Profesor Saafi a jeho tím stavili na koreňovú zeleninu. Pomocou počítačových simulácií videli, ako veľmi tenké plátky vyrobené z tejto zeleniny, ktoré sú vložené do cementovej pasty, interagujú s cementom, a skúmali ich vplyv na hydratáciu cementu a jeho výsledné mechanické vlastnosti. „Zároveň po ukončení hydratácie niektoré z týchto mrkvových nanočastíc zostávajú v cemente a ich štruktúra je veľmi silná. Niečo také sme doposiaľ nevideli a je to naozaj veľký objav,“ uviedol profesor M. r. o. Výskum dlhodobých vlastností betónu pokračuje. Štúdia bola nedávno uverejnená v magazíne PNAS Nexus.
V minulom desaťročí sme vo svete zaznamenali frekventovanejšie používanie pojmu „zelený betón“. Bol zavedený už v roku 1998 v Dánsku na označenie betónov, ktoré sú obsahom použitých materiálov, spôsobom výroby a spotrebovanej energie šetrnejšie k životnému prostrediu. Je to koncept premýšľania o betóne, ktorý zohľadňuje všetky aspekty od výroby surovín cez návrh zmesi až po konštrukčný návrh, reálnu konštrukciu a životnosť s nižším dopadom na životné prostredie.
Recyklácia a znižovanie záťaže
Podobným príkladom ekologických riešení pri výrobe betónu je náhrada prírodných surovín recyklovanými zložkami, zvyčajne betónovým recyklátom. Toto riešenie podporované zákonmi vplýva hlavne na zníženie ťažby a spotreby (exploatácie) prírodných zdrojov a tiež zníženie objemu skládok. Nemá, žiaľ, priamy vplyv na zníženie spotreby energie pri výrobe cementu a nevplýva ani na znižovanie emisií.
Zodpovednosť a budúcnosť stavebníctva
Ochrana životného prostredia a minimalizovanie vplyvov výroby cementu na prírodu stojí v centre záujmu aj spoločnosti CEMMAC v Hornom Srní. Len v roku 2021 investovala viac ako 4 milióny eur do technológie na zníženie CO na polovicu dovtedajšej produkcie. Zároveň sa môže pochváliť najvyšším podielom zmesových cementov spomedzi všetkých slovenských cementární. Slovenské cementárne spoločnosti Danucem za posledných 15 rokov takto znížili svoje emisie CO2 až o 20 %. V priebehu rokov 2013 až 2015 sme do environmentálnych projektov investovali približne 18 miliónov eur.
K ekológii neprispieva ani doprava potrebná pri presúvaní betónu a cementu. Náklady na pozemnú dopravu sú značné a stále platí zaužívané pravidlo, že cement sa nedá ekonomicky dopraviť na viac ako 200 až 300 km. V globálnom svete to však hromadná preprava zmenila: novodobým paradoxom sa stal fakt, že lacnejšie je preplávať Atlantický oceán s 35 000 tonami nákladu, ako prepraviť ho na vzdialenosť 300 km.
Vo svetle požiadaviek stavebného priemyslu, ktorý globálne vykazuje neustály rast, je zrejmé, že zníženie emisií skleníkových plynov v stavebníctve tak, ako ho dnes poznáme, bude asi minimálne. Obdobne je to so znížením produkcie emisií v stavebnom priemysle - želáme si ho, ale znížiť spotrebu cementu nedokážeme. Nie je to schodná cesta a musíme hľadať iné možnosti. Ekologické riešenia v stavebníctve vyžadujú okrem výskumu, experimentovania, nových technológií a nadobúdania skúseností aj spoluprácu všetkých zúčastnených zložiek. Je to ten minimálny príspevok k dosiahnutiu stavu, v ktorom bude svet produkovať len toľko skleníkových plynov, koľko ich dokáže príroda absorbovať. Ale vždy nám zostáva možnosť postaviť sa na stranu prírody. Keď už urobíme naozaj všetko pre zníženie produkcie emisií a stále to nestačí, podporme prírodu.