Podle vědců z Jagellonské univerzity má vyvinuté řešení potenciál pro průmyslové využití. Dosažení environmentálních výhod, které stavebnictví usiluje, vyžaduje především využití snadno dostupného odpadního materiálu, jako je popel ze spalování kalů z čistíren odpadních vod. V budoucnu by to mohl být jednoduchý a efektivní způsob, jak snížit uhlíkovou stopu ve stavebnictví s racionálním nakládáním s odpady. Nové řešení by také mohlo přispět ke snížení nákladů na materiál, což by dále zvýšilo jeho potenciál pro implementaci ve stavebnictví.

Popel z kalů z čistíren odpadních vod

Řešení zahrnuje využití popela ze spalování kalů z čistíren odpadních vod (Incinerated Sewage Sludge Ash - ISSA), který je klasifikován jako bezpečný odpad. Je třeba zdůraznit, že kaly z čistíren odpadních vod, stejně jako popel z ISSA, musí být likvidovány. Metoda vyvinutá na Jagellonské univerzitě proto využívá problematický materiál k prospěšným účelům. Použití ISSA nejen sníží množství cementu posílaného na skládky, ale také sníží poptávku po čistém cementu používaném při výrobě materiálů. Dopad na životní prostředí by mohl spočívat ve snížení emisí CO₂ spojených s výrobou cementu. Další výhodou je, že ISSA se vyrábí celoročně v podobném množství, což poskytuje stabilní zdroj suroviny potřebné pro vyvinutou metodu.

ISSA se vyrábí spalováním filtrovaných čistírenských kalů při vysokých teplotách (přibližně 900 stupňů Celsia) ve speciálních pecích s fluidním ložem. Jako materiál se vyznačuje stabilním a opakovatelným minerálním složením s konzistentními vlastnostmi, díky čemuž je bezpečný pro použití jako přísada do stavebních materiálů na bázi cementu. ISSA má charakteristické, bohaté minerální složení. Obsahuje mimo jiné uhličitanové, silikátové a fosfátové fáze bohaté na vápník, které mohou podporovat přirozený proces karbonizace.

Když se ISSA přidá do cementu ve vhodném poměru, vykazuje větší schopnost vázat oxid uhličitý ze vzduchu ve formě dobře krystalizovaných uhličitanů vápenatých (CaCO₃). Tyto uhličitany vyplňují mikrostrukturu cementu, čímž snižují jeho pórovitost a propustnost. Přidání popela z ISSA neovlivňuje procesy tuhnutí a tvrdnutí materiálu, což potvrzují testy jeho technologických vlastností.

Přínosy pro životní prostředí a průmysl díky využití odpadu

„ISSA nabízí nové možnosti pro zvýšení intenzity přirozené karbonizace v materiálech na bázi cementu. Ve vhodných poměrech podporuje proces vázání oxidu uhličitého ze vzduchu. Toto řešení se jasně shoduje s myšlenkou zelené ekonomiky a zároveň se společenskou odpovědností firem, protože umožňuje racionální využití průmyslového odpadu způsobem, který prospívá jak životnímu prostředí, tak průmyslu,“ vysvětluje Dr. Monika Kasina, profesorka na Fakultě geografie a geologie Jagellonské univerzity.

Jak vědkyně dodává, materiál na bázi cementu s přísadou ISSA si zachovává své funkční vlastnosti a kvalitativní parametry, což již bylo potvrzeno ve výzkumu provedeném na Jagellonské univerzitě.

„Již rok spolupracujeme s tržním partnerem, který vyrábí a dodává beton. Společně jsme provedli experimentální studie a testy malt obsahujících různá procenta přísady ISSA, přičemž jsme sledovali pevnost v tlaku a další technologické parametry. Po šesti měsících testování výsledky ukazují, že požadované technologické parametry jsou dodrženy,“ říká Adam Wierzbicki z Jagellonské univerzity, spolutvůrce nové metody obohacování cementu.

Klíčem k implementaci technologie se však zdá být ekonomický přínos. Přidáním popela do směsí na bázi cementu je pro výrobu potřeba proporcionálně méně čistého cementu. To nejen snižuje spotřebu primárních surovin, což se promítá do snížené uhlíkové stopy, ale také potenciálně snižuje náklady na materiál, což poskytuje významnou konkurenční výhodu – potenciálně ve formě zvýšení marží nebo schopnosti konkurovat nižšími cenami produktů.

Méně CO2 v atmosféře díky přirozené karbonizaci

Studie ukázaly, že materiály na bázi cementu s přídavkem popílku ISSA vykazují zvýšenou schopnost vázat oxid uhličitý ve srovnání s materiály bez této přísady. Výpočty ukazují, že obsah vázaného CO₂ byl v průměru přibližně o 24 kilogramů vyšší na tunu materiálu než v referenčních vzorcích bez přídavku popela. Současně analýza odhalila zvýšení obsahu CaCO3 v laboratorních podmínkách přibližně o 13–16 objemových procent po karbonizaci. Rychlost tohoto procesu ovlivňují různé vnější faktory.

- Účinnost karbonizace závisí na faktorech prostředí, především na přístupu vzduchu, kolísání teploty a vlhkosti. Nejlepší výsledky pozorujeme v mírném, teplém podnebí, kde cyklické změny vlhkosti podporují tvorbu dobře krystalických, stabilních uhličitanů vápenatých,“ dodává profesor Kasina.

Z tohoto důvodu jsou materiály na bázi cementu s přísadami ISSA nejvhodnější pro prvky vystavené atmosféře, jako jsou omítky, podlahy, schody a dekorativní prvky. Vzhledem k urychlené karbonizaci však nejsou určeny pro vyztužené konstrukce, kde by zvýšený obsah CO₂ mohl podporovat korozi oceli.

Čas na transfer technologií

Metoda vyvinutá na Jagellonské univerzitě byla podána k patentové ochraně. Centrum pro transfer technologií CITTRU na Jagellonské univerzitě, které je zodpovědné za komercializaci této technologie, hledá partnery ze stavebního průmyslu, kteří mají zájem o spolupráci na dalším vývoji technologií.

„Metoda stojí za další testování, které umožní přesné posouzení parametrů kvality materiálů s přísadami ISSA po delší době používání. Výzkumný tým plánuje takové experimenty provádět, ale rádi bychom je realizovali společně s průmyslovými partnery.“ Jednou z možností je licencovat nebo dokonce prodat práva na tuto technologii hráči ve stavebnictví, říká Dr. Gabriela Konopka-Cupiał, ředitelka CITTRU UJ.

Více o hledání zelených inovací

Jedním z prvků boje proti změně klimatu je zavádění nových řešení ve stavebnictví. Po celém světě probíhá intenzivní výzkum technologií, které sníží emise oxidu uhličitého při výrobě materiálů. Práce prováděná na Jagellonské univerzitě je v souladu s tímto trendem a nabízí přístup, který kombinuje recyklaci odpadu, snižování uhlíkové stopy a trvanlivost výrobků na bázi cementu.

Je také důležité, aby tyto nové technologie umožňovaly výrobu inovativního cementu a betonu za relativně nízké náklady. To zvyšuje šance na jejich široké přijetí, protože materiály budou cenově konkurenceschopné.

zdroj: uj.edu.pl/wiadomosci, autor: Łukasz Wspaniały