Dlaczego produkcja betonu szkodzi planecie?
Produkcja cementu to wyjątkowo energochłonny i emisyjny proces. Kluczowym etapem jest wypalanie wapienia w temperaturach sięgających 1450 stopni Celsjusza, co wymaga ogromnych ilości paliw kopalnych. Samo spalanie węgla czy gazu odpowiada za około 40% emisji dwutlenku węgla. Pozostałe 60% to tzw. emisje procesowe: CO2 uwalniane w wyniku reakcji chemicznej przekształcania węglanu wapnia w tlenek wapnia. Efekt? Na każdą wyprodukowaną tonę cementu przypada od pół do całej tony gazów cieplarnianych.
Czytaj też: Inni obiecywali, Chiny zbudowały i zaczęły sprzedawać. Takiego samochodu jeszcze nie było
A trzeba pamiętać, że cement to tylko 10-15% masy betonu, więc finalny materiał budowlany generuje jeszcze większy ślad węglowy. Region Azji i Pacyfiku, który w 2025 roku generował 74,60% światowych przychodów z cementu, szczególnie odczuwa presję związaną z klimatem. Sektor cementowy podejmuje pewne działania. Na rynku dominują już cementy mieszane, których udział w 2025 roku sięgał 68,45%. Pojawiają się też technologie takie jak LC3 (cement wapienno-glinowy kalcynowany), pozwalające zmniejszyć emisje o około 30% w porównaniu z tradycyjnym cementem. To kropla w morzu potrzeb, zwłaszcza w kontekście coraz ambitniejszych celów klimatycznych.
Geopolimery powstają w temperaturze pokojowej
Geopolimery to materiały wytwarzane z surowców bogatych w aluminium i krzem, takich jak glina czy różnego rodzaju odpady przemysłowe. Ich ogromną zaletą jest proces produkcji, wszak geopolimeryzacja może zachodzić w temperaturze pokojowej, eliminując potrzebę energochłonnego wypalania. Jako surowiec często wykorzystuje się produkty uboczne innych przemysłów, takie jak popiół lotny z elektrowni, żużel wielkopiecowy, popiół z łusek ryżu czy nawet rozdrobnione, recyklingowane cegły. Materiały te miesza się z aktywatorem chemicznym, który inicjuje reakcję tworzącą trwałą, trójwymiarową strukturę krzemianowo-glinową.
Powstały materiał zaskakuje swoimi parametrami. Wykazuje wysoką odporność na mróz i cykle zamrażania-rozmrażania, co w naszym klimacie ma duże znaczenie. Jest też ognioodporny i stabilny w wysokich temperaturach. Badania sugerują, jako to wytrzymałość mechaniczna geopolimerów była porównywalna, a czasem nawet wyższa od tradycyjnego betonu. Naukowcy nieustannie ulepszają receptury. Dodatek odpadów korkowych, jak odkryli badacze z Uniwersytetu w Aveiro, może podwoić wytrzymałość materiału. Podobnie działają włókna sizalowe, recyklingowane tworzywa sztuczne czy włókna stalowe. Co ciekawe, geopolimery można tak modyfikować, by pełniły funkcję adsorbentów toksycznych metali lub stabilizowały odpady radioaktywne.
Lotnisko zbudowane z geopolimerów zmniejszyło emisje o 80%
Dowodem na praktyczną skuteczność technologii jest lotnisko Brisbane West Wellcamp w Australii. W 2014 roku do jego budowy użyto 70 000 ton betonu geopolimerowego. Szacuje się, że to posunięcie zmniejszyło całkowitą emisję CO2 projektu o imponujące 80%. Rynek geopolimerów dynamicznie rośnie. Jego obecna wartość jest szacowana na 7-10 miliardów dolarów, a prognozy mówią o wzroście do około 62 miliardów dolarów do 2033 roku. Oznacza to roczny wzrost na poziomie 10-20%. Przoduje w tym region Azji i Pacyfiku, co jest zrozumiałe wobec tamtejszej skali budownictwa i presji środowiskowej.
Zmianom sprzyjają również przepisy. Coraz popularniejsze certyfikaty zielonego budownictwa oraz wymogi ograniczenia emisji CO2 w zamówieniach publicznych tworzą naturalne zapotrzebowanie na niskoemisyjne alternatywy, takie jak geopolimery. Mimo obiecujących perspektyw, masowa adopcja geopolimerów napotyka kilka istotnych barier. Po pierwsze, surowce: często są to odpady przemysłowe, których skład bywa zmienny. To utrudnia standaryzację produkcji i uzyskiwanie powtarzalnych właściwości. Po drugie, koszty. Aktywatory chemiczne nie są tanie, a ich wytworzenie również wiąże się z pewną emisją CO2, choć znacznie mniejszą niż w przypadku cementu.
Czytaj też: Dziwaczny stan materii w grafenie. Kwantowa magia doprowadziła do przejścia nadciekłości w nadstałość
Geopolimery mogą mieć dłuższy czas wiązania niż tradycyjny beton, co w budownictwie, gdzie czas to pieniądz, bywa problemem. Rozwiązaniem jest precyzyjne dobieranie składników, ale to wymaga wiedzy. Brakuje też długoterminowych danych dotyczących trwałości tych materiałów w różnych warunkach, co niektórych inwestorów może zniechęcać. Nauka stara się odpowiadać na te wyzwania. Prowadzone są badania nad tańszymi, naturalnymi aktywatorami, np. na bazie popiołu z łusek ryżu. Upraszczane są także procedury mieszania, aby ułatwić stosowanie technologii poza laboratorium. Paradoksalnie, wyzwaniem staje się też podaż niektórych surowców, wszak wycofywanie elektrowni węglowych oznacza mniej dostępnego popiołu lotnego. Ale perspektywy na przyszłość wydają się kuszące.