Zamiast składować popioły po spalaniu ścieków, naukowcy chcą wkomponować je w beton. Z korzyścią dla klimatu i portfela.
Naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego wpadli na pomysł, jak zamienić kłopotliwy odpad ze ścieków w pełnoprawny składnik nowoczesnego betonu. Popiół ze spalania osadów ściekowych nie tylko zastępuje część cementu, ale także pomaga wiązać dodatkowe ilości dwutlenku węgla z powietrza. Efekt jest podwójny: tańszy materiał i mniejszy ślad węglowy budownictwa.
Od osadów ściekowych do betonu nowej generacji
Punktem wyjścia badań jest ISSA, czyli popiół powstający po spaleniu osadów ściekowych w temperaturze około 900 stopni Celsjusza w specjalnych piecach fluidalnych. Taki popiół jest klasyfikowany jako odpad inny niż niebezpieczny i zwykle trafia na składowiska. Zespół z UJ zamiast traktować go jak problem, potraktował go jak cenny surowiec.
Jak podkreślają badacze, ISSA ma jedną kluczową zaletę: stabilny, powtarzalny skład mineralny i przewidywalne adekwatności. Oznacza to, iż można go bezpiecznie dodawać do mieszanek cementowych, nie ryzykując przy tym, iż każda partia materiału będzie zachowywać się inaczej. Popiół jest bogaty w związki wapnia, krzemu i fosforu, m.in. w fazy węglanowe, krzemianowe i fosforanowe bogate w wapń.
To właśnie ten bogaty skład mineralny sprawia, iż ISSA świetnie dogaduje się z cementem. Zamiast tylko rozcieńczać mieszankę, aktywnie uczestniczy w procesach chemicznych, które odpowiadają za twardnienie i długotrwałą wytrzymałość betonu. Badania prowadzone przez zespół dr hab. Moniki Kasiny oraz Adama Wierzbickiego pokazują, iż przy dobrze dobranych proporcjach popiół ściekowy może stać się pełnoprawnym dodatkiem do betonu, a nie jedynie ciekawostką laboratoryjną.
Beton, który dosłownie połyka dwutlenek węgla
Najważniejsza w tym wszystkim jest karbonizacja, czyli reakcja chemiczna między dwutlenkiem węgla z powietrza a związkami wapnia w betonie. W jej wyniku powstają węglany wapnia, które wypełniają pory, usztywniają strukturę i pomagają materiałowi osiągnąć docelową wytrzymałość.
Cała nowość polega na tym, iż dodatek ISSA przyspiesza i znacząco wzmacnia ten proces. Próbki betonu z popiołem ściekowym wiązały średnio około 24 kg CO2 więcej na każdą tonę materiału niż próbki referencyjne bez ISSA. W laboratorium zaobserwowano także wzrost zawartości węglanu wapnia o około 13 do 16 proc. objętościowych po procesie karbonatyzacji.
W praktyce oznacza to dwa zyski naraz. Po pierwsze, materiał staje się gęstszy – węglany wapnia wypełniają mikropory, zmniejszają przepuszczalność i poprawiają trwałość powierzchni. Po drugie, sam beton zaczyna zachowywać się jak dodatkowy magazyn CO2, przy okazji obniżając ślad węglowy obiektu. Naukowcy podkreślają, iż to rozwiązanie szczególnie dobrze wpisuje się w ideę zielonej gospodarki: odpadowy materiał z oczyszczalni ścieków nie jest już problemem, ale narzędziem do wiązania gazu cieplarnianego, który i tak krąży w powietrzu.
Gdzie taki beton ma sens, a gdzie może zostać zakazany?
Karbonatyzacja, choć korzystna dla wielu parametrów materiału, ma również ciemną stronę. W klasycznym żelbecie zbrojonym stalą zbyt szybkie dotarcie czoła karbonatyzacji do prętów zbrojeniowych może prowadzić do przyspieszonej korozji stali. Właśnie dlatego naukowcy wyraźnie zaznaczają: beton z dodatkiem ISSA nie jest przeznaczony do konstrukcji zbrojonych.
Za to tam, gdzie beton pracuje samodzielnie i ma kontakt z powietrzem, nowy materiał pokazuje pełnię swoich możliwości. Mowa tu o tynkach, posadzkach, schodach, małej architekturze, okładzinach elewacyjnych czy elementach dekoracyjnych. W takich zastosowaniach intensywna karbonatyzacja jest plusem: struktura betonu staje się bowiem bardziej zwarta, mniej nasiąkliwa i trwalsza, a dodatkowo wiązany jest dwutlenek węgla z otoczenia.
Taniej dla branży i lżej dla klimatu
Z punktu widzenia przemysłu budowlanego najważniejszy jest prosty rachunek: mniej czystego cementu w mieszance to niższe koszty i niższa emisja CO2 związana z jego produkcją. Cement jest jednym z najbardziej emisyjnych materiałów na świecie, dlatego każde procentowe ograniczenie jego zużycia od razu przekłada się na bilans klimatyczny inwestycji.
Dodanie ISSA oznacza, iż część tej cementowej roboty wykonuje popiół ściekowy. To materiał, który i tak musiałby zostać zutylizowany, a tutaj zaczyna pracować na siebie, na producenta i na środowisko. Zyskuje oczyszczalnia ścieków, bo maleje problem odpadu. Zyskuje branża budowlana, bo obniża koszty surowcowe. Zyskuje też klimat, bo beton w trakcie eksploatacji wiąże dodatkowy dwutlenek węgla.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
