Cirkulární využití cementu a betonu

Oprava, opětovné použití, recyklace a downcyklace betonu a cementu

Beton je jedním z nejpoužívanějších materiálů ve světě [i]. Na rozdíl od oceli je beton kompozitní materiál a skládá se ze štěrku/kamenné drti (≈41 %), písku (≈26 %), vody (≈17 %), cementu (≈11 %) a vzduchu (≈6 %) [ii], což znesnadňuje jeho rozebrání na jednotlivé složky. Největší podíl emisí při výrobě betonu pochází z výroby jedné z jeho složek – cementu.

Každý rok se vyrobí více než 4 miliardy tun cementu. Celosvětová výroba cementu představuje přibližně 8 % celosvětových emisí [iii]. Je druhým největším zdrojem CO₂ v průmyslu hned po výrobě železa a oceli a 90 % jeho emisí vzniká při výrobě slínku [iv].

Jak můžeme docílit efektivnější výroby cementu a betonu?

Shrnutí cirkulárních opatření pro cement a beton

1. Oprava a opětovné použití

Během doby užívání se budovy a infrastruktura opotřebovávají a stárnou. To se projevuje ve formě prasklin, trhlin, delaminace a koroze v konstrukci [v],[vi]. Zhoršování stavu betonových materiálů lze zpomalit opatřeními, jako je ochrana proti korozi (tj. katodická ochrana) [1] v kombinaci se záplatováním poškozeného betonu vhodnými materiály – vlákny vyztuženými polymery (plasty) [vii]. Přestože toto narušení fyzikálních vlastností konstrukce může být zpomaleno údržbou a opravami, konstrukce se nakonec stane nevhodnou k užívání a je třeba ji rozebrat.

Poté, co je budova nebo část infrastruktury vyřazena z provozu, mohou být její části potenciálně opětovně použity pro nové účely [viii] na staveništích v okolí. I když je proces dalšího použití stávajících betonových prvků složitý, opětovné použití prefabrikovaných betonových prvků ze staveb v blízkém okolí [2] má potenciální přínos pro životní prostředí díky předpokládanému snížení spotřeby nového betonu [3].

Opravy a opětovné použití betonových prvků mohou prodloužit jejich životnost a přispět k efektivnímu používání cementu a betonu. Každý případ je však třeba posoudit individuálně, aby náklady na energii a materiál potřebné pro takový proces nepřevýšily výhody opětovného použití nebo opravy betonových prvků.

2. Recyklace

Pokud nelze betonové prvky znovu použít k jinému účelu, lze je částečně recyklovat a tento recyklát využít k výrobě nového betonu [ix]. Tradičně se beton pouze „downcykloval“ na menší betonové částice, které pak nebylo možné použít při výrobě nového betonu [x],[4]. Nicméně rozbitím betonové suti nejslabším článkem (cementovým kamenem) lze izolovat její jednotlivé složky a přispět k výrobě nového betonu. Během tvrdnutí betonu probíhá při přechodu z kapalného do pevného stavu chemická reakce. Tato reakce není úplná, takže může dojít ke zpětnému získání části reaktivního cementu. Technologie vyvinutá společností SmartCrusher BV, viz [xi], [xii], dokáže betonovou suť mechanicky zpracovat zpět na písek, štěrk a zreagovaný a nezreagovaný cement. Některé z těchto složek pak mohou být použity při výrobě nového betonu.

Část nezreagovaného cementu lze získat ze starého betonu, který pak může přímo nahradit vyrobený cement. Recyklace je však stále spojena se značnými ztrátami materiálu, a je proto potřeba doplnit ji o dekarbonizaci primární výroby cementu.

Nicméně cement získaný tímto procesem lze použít k výrobě nového betonu pouze, pokud nezreagoval a nevytvořil tak pevný beton (tj. nebyl „vytvrzen“). To znamená, že během procesu recyklace cementu dochází k jeho ztrátám, ať už z důvodu již proběhlé reakce, nebo z důvodu materiálových ztrát. Vzhledem k těmto omezením je třeba recyklaci cementu stále doplňovat primární výrobou cementu. Nejméně polovina cementu určeného pro výrobu nového betonu musí být vyrobena konvenčním výrobním postupem [xii].

3. Downcyklace

K downcyklaci dochází v případě, že získaný beton nemá potřebné vlastnosti, aby mohl být opětovně použit v podobných konstrukcích nebo recyklován za účelem výroby tekutého betonu.

Ve stavebnictví jsou dnes běžnou praxí různé způsoby použití drceného betonu. V porovnání s recyklací je downcyklace betonu méně složitá, a tudíž cenově dostupnější a běžnější. Beton může být rozdrcen na určitou velikost a použit jako plnivo v nových betonových konstrukcích [xiii]. V současné době tvoří plnivo získané downcyklací betonu ~6 % až 8 % z celkového množství plniva potřebného v Evropě. Drcený beton lze také použít při stavbě silnic, základů budov [xiv], chodníků [xv], protierozních bariér [xvi] apod.

Downcyklovaný beton zabraňuje skládkování, ale neovlivňuje emise z výroby cementu, protože uspokojuje poptávku v jiných oblastech využití (např. stavba silnic).

To tedy znamená, že downcyklace nemůže nahradit beton ve všech případech a že primární výroba cementu pro výrobu nového betonu je stále nezbytná. Jinými slovy, downcyklace betonu nahrazuje plnivo a zabraňuje skládkování, ale nenahrazuje primární výrobu cementu.

Přečtěte si také Návrh experimentálního objektu z betonu s recyklovaným kamenivem Přečíst článek

Jak ovlivňují cirkulární opatření emise ve výrobě cementu a betonu?

Opatření v podobě oprav, opětovného použití, recyklace a downcyklace v betonářském odvětví zvyšují efektivitu využití materiálů a usilují o udržení hodnoty vyrobeného materiálu po delší dobu. Díky opravám, opětovnému použití a recyklaci by se potenciálně mohla snížit poptávka po nově vyráběném cementu a s ní i emise pocházející z výroby cementu. Tato opatření mohou také pomoci zpomalit hromadění stavebního odpadu na vyhrazených skládkách [x].

Cirkulární opatření týkající se cementu a betonu mohou mít příznivý dopad na životní prostředí, ale neovlivní emise v tomto odvětví v krátkodobém horizontu.

Recyklace je stále závislá na primární výrobě vzhledem ke kvalitě materiálů získaných recyklací a drcením. Jinými slovy, míra opětovného použití a recyklace betonu závisí na vlastnostech a čistotě získaných materiálů. Například, je-li k dispozici kvalitní beton, mohl by nahradit 20–30 % z celkového množství plniva v nové betonové směsi, což ale znamená, že pro nové stavební materiály je stále potřeba nové plnivo a cement [xvii].

Opětovné použití a recyklace cementu mohou částečně snížit emise skleníkových plynů a pomoci zpomalit růst emisí v tomto odvětví [xviii]. Je také třeba poznamenat, že jakákoli cirkulární opatření v odvětvích, jako je stavebnictví, budou závislá na demolici betonových konstrukcí a výstavbě nových ve stejnou dobu a ve stejné oblasti.

Většina emisí v hodnotovém řetězci betonu vzniká během výrobního procesu cementu a pro dosažení uhlíkové neutrality je třeba emise snížit přímo ve výrobních závodech. Celkově lze říci, že dopad cirkulárních opatření v odvětví cementu a betonu na klima bude záviset na konkrétním případu [xix].

Potřebná klíčová opatření a nástroje

• Kromě cirkulárních opatření je třeba snížit uhlíkovou stopu primární výroby cementu.
• K dosažení vysoké míry recyklace je zapotřebí účinnějších technik separace a zpracování, aby se vyrobil dostatečně čistý a homogenní materiál pro výrobu nového betonu [xx].
• K dosažení vyšší efektivity využití materiálů je zapotřebí jasný plán pro nakládání se stavebním a demoličním odpadem a pro jeho třídění.
• Pro lepší separaci materiálů přímo na stavbě jsou zapotřebí mobilní třídicí jednotky a specializovaná zařízení.
• Pozitivní dopad může mít také navrhování budov a infrastruktury tak, aby se uchovala hodnota materiálů a umožnila oprava konstrukce. Navrhování budov tak, aby umožňovaly budoucí úpravy a jednoduchou demontáž, může navíc pomoci v procesu demontáže a třídění na konci životnosti betonové konstrukce [x].
• Přestože vybudování fungující infrastruktury pro velmi cenný sekundární beton může být nákladné, po jejím vytvoření je možné dosáhnout vyšší míry recyklace.

1. Koroze je jednou z nejčastějších příčin degradace železobetonu. Přispívá k ní také absorpce CO₂ do betonu v průběhu životnosti budovy nebo konstrukce.
2. V opačném případě by emise z dopravy těžkého betonu mohly převážit nad výhodami opětovného použití stávajících betonových bloků a desek.
3. Snížení spotřeby betonu musí být prokázáno ověřitelnými údaji a spojeno se snížením produkce nového cementu v systému.
4. V současné době se více než 98 % betonu získaného downcyklací používá při výstavbě silnic. Méně než 2 % se používají jako náhrada písku nebo štěrku používaného při výrobě nového betonu.

Použité zdroje