5 miesięcy temu
Połowę problemu związanego z globalnym ociepleniem stanowi budownictwo – Program Środowiskowy Organizacji Narodów Zjednoczonych zarzuca branży, iż nie podejmuje dostatecznych wysiłków aby ograniczyć emisje. Mimo dużego opóźnienia pojawiają się więc nowe, ekologiczne rozwiązania, które zastąpią tradycyjny beton.
Emisja CO2 nie jest zresztą jedynym skutkiem ubocznym budowania. Branża odpowiada też m.in. za 40 proc. zanieczyszczeń w zbiornikach wodnych. Jej „ekologizacja” staje się więc wyzwaniem nie mniejszych niż przejście na czyste źródła energii. Pojawiają się już pierwsze rozwiązania, które m.in. wykorzystują materiały z odzysku oraz surowce nie szkodzące środowisku. Na razie są to jednak raczej prace studyjne i projekty małej skali, najczęściej zmieniające sposób w jaki wytwarza się beton zmniejszając zużycie cementu. Warto przyjrzeć się tym obiecującym technologiom przyszłości:
Fusy z kawy
najświeższy, opisywany przez nas projekt to inicjatywa australijskich naukowców z uniwersytetu RMIT, którzy do betonowej mieszanki dodali fusy z kawy. Aby zapewnić adekwatne utwardzanie najpierw poddali je jednak pirolizie, czyli beztlenowemu „wypalaniu” w temperaturze 350 st. C. Tak powstał biowęgiel, który nie tylko sprawdził się jako składnik mieszanki, ale znacząco o 29,3 proc. zwiększył wytrzymałość betonu na ściskanie. Zawdzięcza to umiejętności wchłaniania wody.
„Kiedy biowęgiel kawowy miesza się z betonem, jego cząsteczki zachowują się jak zbiorniki wody w mikroskali rozmieszczone w całym bloku. Gdy beton zaczyna twardnieć, biowęgiel powoli uwalnia zgromadzoną w sobie wodę, nawadniając ją w razie potrzeby. Redukuje w ten sposób mikropęknięcia skurczowe i zwiększa wytrzymałości betonu.”, mówi główny autor badania Rajeev Roychand, materiałoznawca i inżynier ds. projektowania konstrukcji w RMIT, szacujące iż zastosowanie fusów z kawy o 10 proc. zaoszczędzi wykorzystanie cementu.
Beton z drewna
Już wcześniej podobny zabieg podjęli naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego, którzy sięgnęli po drewno. Także w jego przypadku potrzebna była obróbka – suszenie, proszkowanie i kompresja – ale efekt finalny był zaskakujący: beton, który powstał przy jego wykorzystaniu ma czterokrotnie większą wytrzymałość na rozciąganie. Szef projektu Yuya Sakai poszedł zresztą dalej i uznał, iż zamiast drewna może wykorzystać inne węglowe biomateriały, a najlepiej te których nikt nie chce czyli resztki spożywcze. Na pierwszy ogień poszły fusy z zielonej herbaty oraz kawy, skórki pomarańczy i cebuli, a także resztki kapusty pekińskiej oraz lunchu. Dostosowując temperaturę i ciśnienie procesu udało się jednak uzyskać czysty cement o pożądanych parametrach. Japońscy naukowcy pracowali jednak nie tylko nad odzyskiem materiałów, ale także dalszym cyklem życia.
Lignina z mielonym gruzem
Nie jest to zresztą pierwszy pomysł naukowców Uniwersytetu Tokijskiego na wykorzystanie drewna. Wcześniej profesor Li Liang wykorzystał biomasę do tego aby móc zwiększyć wykorzystanie betonu z odzysku. Coraz powszechniejsza praktyką jest bowiem mielenie starego betonu pochodzącego z rozbiórek i używanie go jako kruszywa, które dodaje się do nowej mieszkanki. W ten sposób odzyskany wkład stanowić może np. 20 proc. nowej masy. Aby zwiększyć ten udział kruszywo można poddać poważniejszej obróbce, ale to mocno obciążający środowisko proces. I tu w sukurs przyszła leśna biomasa.
Kluczowym elementem jest lignina, obok celulozy podstawowy składnik drewna. To polimer mający adekwatności lepiszczowe, który odpowiada za zwartość struktury komórek drewna. Nadaje mu wytrzymałość na ściskanie i utrzymuje jego sztywność. Te zalety ligniny wyzyskali Japończycy mieszając biomasę ze zmielonym betonem oraz wodą. Mieszanka jest podgrzewana i poddawana ciśnieniu, dzięki czemu lignina dokonuje tu tego samego, co w pniu drzewa. Staje się klejem, który wypełnia szczeliny między cząstkami betonu. W efekcie powstaje nowy beton, który jest bardziej odporny na naprężenia niż oryginalny.
Konopie wydłużające życie
Kolejna nowość to beton konopny wykorzystujący kłącza bardzo uniwersalnej rośliny, która w praktycznym zastosowaniu bardziej kojarzy się z wytrzymałym sznurkiem. I tą właśnie cechę włókna konopnego wykorzystuje się w betonowych bloczkach, które można choćby bez użycia betonu. Wystarczy specjalny klej, który jest bardziej ekologiczny niż cement. Zaletą konopii jest to, iż rosną bardzo gwałtownie i można je produkować w ilościach masowych. W przeciwieństwie do klasycznego betonu zapewniają też dobrą izolację, co zmniejsza koszty ogrzewania i chłodzenia, a przy tym jest długowieczny. Szacuje się, iż żywotność betonu konopnego wynosi co najmniej 300 lat, czyli znacznie dłużej niż tradycyjny beton.
Beton pochłaniający CO2
Najbardziej rewolucyjny jest jednak pomysł na odwrócenie cyklu, czyli aby przy produkcji betonu CO2 było wykorzystywane, a nie wytwarzane. Takie rozwiązanie zaproponował startup CarbonCure, który wykorzystuje fakt, iż dwutlenek węgla może zostać przekształcony w minerał. Firma opanowała proces wprowadzania go podczas mieszania cementu, z którego powstaje beton. W kontakcie z betonem zamienia się w węglan wapnia, dzięki czemu beton staje się jeszcze mocniejszy. W ten sposób emisja CO2 jest redukowana średnio o 17 kg na każdy metr sześcienny.
CarbonCure zależało, aby technologia była nie tylko ciekawa, ale jeszcze w dodatku praktyczna. Dlatego opracowała system łatwego wdrożenia go w firmach produkujących beton. Modyfikacje są tu niewielkie – konieczne jest tylko zainstalowanie pojemnika na CO2 i urządzenia umożliwiającego odpowiednie podawania go do betonowej mieszanki. Wszystko trwa kilka godzin. Sam proces jest więc prosty – CO2 staje sie po prostu kolejnym substratem – a przy tym mało kosztowny. Betoniarnie nie ponoszą kosztu inwestycji, a wyłącznie miesięczną opłatę licencyjną. Ich zyskiem jest jednak nie tylko to, iż ograniczają emisję CO2, ale także zużywają mniej cementu. W ten sposób bardziej ekologiczny beton, także pod względem kosztowym może konkurować z tradycyjnym.
Ażurowe płyty
Nowe myślenie o bardziej ekologicznym laniu betonu nie ograniczają się jednak tylko do zmiany składników mieszanki. Można go też po prostu odchudzić, co pokazali naukowcy z ETH Zurich opracowując betonową płytę zużywającą o 70 proc. mniej materiału. Wykorzystali do tego wydrukowane w 3D elementy szalunkowe wykonane z nadającej się do recyklingu pianki mineralnej. Koncept zwany FoamWork przypomina znane z meblarstwa tzw. płyty plaster miodu. Ich środka nie wypełnia się wiórami, ale przypominającą właśnie plaster miodu konstrukcją z kartonu. Dzięki temu przy składaniu np. regału mamy odpowiednio sztywne i wytrzymałe półki, które są jednak 20-krotnie lżejsze niż drewno i wymagają znacznie mniej surowca. Podobnie jest z betonowymi płytami opracowanymi na ETH Zurich. Kluczem są tu puste przestrzenie wewnątrz płyty.
Tworzy się je przez wprowadzenie 24 elementów szalunkowych z pianki mineralnej do prostokątnej formy, w której zwykle produkuje się płyty. W następnym kroku wokół nich wylewa się beton, pozostawia do stwardnienia, po czym usuwa wydrukowane wcześniej elementy. Mają one różne kształty i rozmiary, więc w efekcie płyta zyskuje ażurową strukturę. Duża ilość pustej przestrzeni nie oznacza jednak, iż materiał jest mniej trwały od konwencjonalnego. Wewnętrzna geometria została zoptymalizowana pod kątem wzmocnienia płyty wzdłuż głównych linii naprężeń, zapewniając niezbędną wytrzymałość, mimo drastycznego zmniejszenia ilości betonu potrzebnego do jej wyprodukowania.
/Fot: ETH Zurich//
