A cement lehet(ne) fenntartható(bb) anyag

“A cementipar a világ harmadik legnagyobb szén-dioxid-kibocsátója, mintegy 2,8 milliárd tonnával.” – olvasható a kijelentés Lucy Rodgers, a beton ökológiai lábnyomáról szóló BBC-riportjában. 

Az évente előállított több mint 4 milliárd tonnával a cement a globális CO2-kibocsátás mintegy 8 százalékáért felelős, és a világ legtöbbet gyártott termékének, a betonnak az előállításában kulcsfontosságú elem. Hogy érzékeltessük, a világon évente fejenként körülbelül fél tonna betont állítanak elő, ami 11 000 Empire State épület felépítéséhez elegendő. Ilyen hatalmas számok mellett van-e mód arra, hogy csökkentsük ezt a hatást?

A cement előállításához a mészkövet, az agyagot és a homokot rendkívül forró kemencékben hevítik, amelyek elérik az 1450 °C-ot. Ebből képződik a klinker, amelyet aztán gipsszel és más adalékanyagokkal, például pozzolánnal, mészkővel és más anyagokkal kevernek össze. A cement a betonkeverék körülbelül 10%-át teszi ki. A többi alapvető összetevő a homok, a kavics (durva és finom adalékanyag) és a víz. 

A cementgyártás során két fő folyamat eredményez szén-dioxid-kibocsátást. Robbie M. Andrew cikke szerint az első a cement fő összetevőjének, a klinkernek az előállítása során lejátszódó kémiai reakció, amikor a karbonátok (főként a mészkőben található CaCO3) hő hatására oxidokra (főként mész, CaO) és CO2-re bomlanak. 

A kibocsátás második forrása a fosszilis tüzelőanyagok felhasználása a nyers összetevők jóval 1000 °C fölé történő felmelegítéséhez szükséges jelentős energia előállításához. Más szóval, a betongyártás során nagy mennyiségű tüzelőanyagot fogyasztanak el (általában nem megújuló forrásokból, például kőolajkokszból, benzinből vagy földgázból), és különböző szennyező gázokat bocsátanak ki, többek között szén-monoxidot és -dioxidot. 

E tanulmány szerint “a klinkergyártás során a CO2-kibocsátás mintegy 52%-áért a kalcinálás kémiai reakciója felelős, a többiért pedig az energiafogyasztás. (…) Az energiafogyasztást figyelembe véve, minden egyes 1000kg előállított klinkerre átlagosan körülbelül 815 kg CO2 keletkezik a klinkergyártás során”.

Ennek a hatásnak egy része csökkenthető. Ha a klinker előállítása során keletkezik a legtöbb kibocsátás, akkor a klinker más anyagokkal való helyettesítése nagy változást jelenthet. 

A kiegészítő cementáló anyagok (SCM) általában más iparágak melléktermékei, például az acél- és rézgyártásból származó salak, a fémolvasztásból származó öntödei homok, valamint az elektromos közművekből származó pernye, fenékhamu és szintetikus gipsz. A klinker egy részének ezekkel az anyagokkal való helyettesítésével a beton új tulajdonságokat kap, amelyek bizonyos esetekben kívánatosak lehetnek, de elsősorban a CO2-kibocsátás csökkentésének figyelemre méltó képességét mutatják. 

Egy másik lehetőség a vulkáni hamu, a cement évezredek óta ismert alternatívája, amely lehetővé tette a görögök és a rómaiak számára, hogy olyan ellenálló épületeket emeljenek, amelyek azóta is a helyükön maradtak. A mész és a vulkáni hamu körülbelül 900°C-ra történő hevítésével, majd tengervízzel való keverésével rendkívül erős és stabil anyagot lehet előállítani.

De az innovációk még ennél is tovább mehetnek; a CarbonCure például egészen más módon igyekszik csökkenteni a szén-dioxid-kibocsátást. A kanadai startup cég kifejlesztett egy CO2-ásványosítás nevű eljárást, amely abból áll, hogy szén-dioxidot fecskendeznek a betonkeverékbe, és azt reakcióba hozzák a cementben lévő kalciumionokkal, így egy nanoméretű ásvány, kalcium-karbonát keletkezik, amely beágyazódik a betonba, így az ellenállóbbá válik.

A Solidia Tech egy új cementreceptúrával kísérletezik, amely a mészkövet a wollastonit nevű ásványi anyaggal helyettesíti, amely nem bocsát ki szén-dioxidot, mivel nem igényel melegítést. Ráadásul a levegőből származó széndioxidot is magába zárja a kikeményedési folyamat során, így negatív kibocsátású termék jön létre. A Solidia cementbeton blokkjai a keverékben felhasznált 1000 kg cement után körülbelül 240 kg szén-dioxidot kötnek meg. Ez a betongyártás során keletkező kisebb mennyiségű kibocsátáson felül.

A BioMason egy észak-karolinai startup cég, amely sajátos megközelítéssel, portlandcement és szén-dioxid-kibocsátás nélkül állít elő betont. Portlandcement helyett biocementet használnak a homok és a kavics összekapcsolására. Az újrahasznosított aggregátumok élő bacilus mikrobákkal való beépítésével a szén és a kalcium kombinációját indítja be, hogy mészkő kristályokat hozzon létre, fűtés nélkül.

Míg a hagyományos beton akár 28 napig is eltarthat, a Biomason biocement® kevesebb mint 72 óra alatt eléri a végső ellenállását a növekedéstől számítva. A végső anyag körülbelül 85%-ban újrahasznosított forrásból származó gránitból és 15%-ban biológiailag termesztett mészkőből áll.

Az egyesült királyságbeli Lancaster Egyetem mérnökei a Cellucomp Ltd UK-val együttműködve tanulmányozták a növényi gyökérrostokból kivont “nanoplateletek” hozzáadásának hatását a betonkeverékek teljesítményének javítására. A kutatások kimutatták, hogy az olyan zöldségekből, mint a cékla vagy a sárgarépa, készült növényi kompozit betonok szerkezetileg és környezetvédelmi szempontból is jobb teljesítményt nyújtanak, mint az összes kereskedelmi forgalomban kapható betonadalékanyag, például a grafén és a szén nanocsövek, jóval alacsonyabb költségek mellett. 

A növényi kompozitbetonokban rejlő potenciál abban rejlik, hogy a nanoplateletek képesek növelni a hidratált kalcium-szilikát mennyiségét a betonkeverékekben, amely a szerkezeti teljesítményt szabályozó fő anyag. A közvetett hatás azt jelenti, hogy kisebb mennyiségű betonra lenne szükség az építéshez. 

A nanorészecskék javíthatják a termék minőségét azáltal, hogy csökkentik a betonban megjelenő repedések számát, segítenek megelőzni a korróziót, és meghosszabbítják az anyag élettartamát. Számos más példa is van arra, hogy a vállalatok a cement- és betongyártás során a kibocsátások csökkentésére keresnek megoldásokat.

Az éghajlati válság sürgős megoldásokat követel, és az építőipar apránként egyre több alternatív anyagot kezd elfogadni, amelyek hozzájárulhatnak a változáshoz. A cement és a beton óriási jelentőséggel bír, és van mód arra, hogy negatív hatásaikat a környezet szempontjából pozitív javulássá alakítsuk. 

A beton kevésbé szennyező azonban anyaggá tétele igen összetett feladat, amely sok erőforrást és a kutatással járó időt igényel. Érdemes feltenni a kérdést, hogy a jövőben is a beton maradjon-e az építőipar fő anyaga, vagy el lehet-e gondolkodni a helyettesítésén vagy más, eleve kevésbé szennyező anyagokkal való keverésén.

Forrás: www.archdaily.com