Cemento gamyba betoninėms ir gelžbetoninėms konstrukcijoms pasauliniu mastu turi reikšmingą įtaką didelei anglies dioksido emisijai. Vienas iš šaltinių didžiuliam kiekiui kietųjų atliekų susidaryti - senų pastatų griovimas. Šios aplinkos problemos, susijusios su urbanistine plėtra, gali būti sušvelnintos naudojant tvarų, ypač tvirtą betoną (angl. high-performance concrete, HPC).
Betonas ir HPC: kaip mažinti aplinkos poveikį
Betonas yra plačiausiai naudojama statybinė medžiaga pasaulyje, o gaminant cementą klinkerio sintezei sunaudojamos didžiulės energijos. Remiantis naujausia statistika, visame pasaulyje per metus pagaminama daugiau nei 4 mlrd. tonų cemento, per tokį laikotarpį išskiriama daugiau nei 3,5 mlrd. tonų anglies dioksido. Tačiau HPC siūlo galimybes sumažinti cemento suvartojimą ir pagerinti patvarumą, kas ilgainiui mažina CO2 išmetimą ir leidžia mažesnes remonto bei griovimo išlaidas.
Dėl didesnio HPC stiprumo ir tankesnės mikrostruktūros gali būti didesnis gelžbetoninių konstrukcijų tarpatramis, mažesnis konstrukcinių elementų dydis ir savasis svoris, bei mažesnis bendras reikalingas betono tūris. HPC gamyba dažnai naudoja papildomas rišamąsias medžiagas, pavyzdžiui, lakieji pelenai (PFA), maltas granuliuotasis aukštakrosnių šlakas (GGBS) ir kondensuotos silicio dioksido mikrodulkės. Tokios medžiagos sumažina cemento išmetimą ir didina darnų perdirbimą.
Porėtumo mažinimas ir ilgaamžiškumas
Didinant dalelių susidėstymo tankį, galima sumažinti betono porų tūrį ir sumažinti perteklinio vandens kiekį, reikalingą klojimui. Taip pat galima naudoti mažesnį cemento kiekį, siekiant geresnio tūrio pastovumo ir mažesnių susitraukimo deformacijų. HPC dažnai nėra sunaudojama daugiau cemento nei įprastam betonui, nes dalį jo sudaro papildomos rišamosios medžiagos iš pramonės atliekų.
Kristalinė technologija ir vidinė kristalizacija yra vienos iš perspektyvių priemonių didinant betonų atsparumą. Ji užpildo poras ir įtrūkimus, sumažina porėtumą, sustiprina barjerą prieš vandens ir agresyvių cheminių medžiagų prasiskverbimą bei prailgina tarnavimo laiką. Ši technologija gali būti įdiegiama kaip sausas miltelių mišinys arba dengiamoji priemonė, o jos pranašumas - net ir po statinio eksploatacijos laikotarpio ji gali būti perdirbi.
Chloridai, sulfatai ir cheminė atsparumas
Chloridų ataka dažnai kyla tarpines tarpusavyje sujungtose betono porose ir įtrūkimose, sukelianti armatūros koroziją. Kristalinė hidroizoliacija gali žymiai sumažinti chloridų difuziją; lauko tyrimai (pvz., Naujojo Pietų Velso universitetas) parodė ženklus šio pobūdžio poveikio sumažėjimą. Sulfatų ataka taip pat sumažėja dėl kristalinės technologijos gebėjimo užkirsti kelią laisvam CH kiekio susidarymui ir sumažinti sulfato difuziją į betono poras. Cheminė ataka, įskaitant rūgštinę, gali pagerinti betono atsparumą, kai pritaikoma kristalinė technologija.
Vidinė kristalizacija taip pat padeda spręsti vandens ir druskų poveikio problemas, o jos nauda įrodyta valiant sunkioms sąlygoms, kai pH diapazonas svyruoja plačiai (3,0-11,0 nuolatinio kontakto atvejais, 2,0-12,0 periodiniuose).
Gyvavimo ciklo vertinimas ir tvarumo principai
Gyvavimo ciklo vertinimas (LCA) - tarptautinis standartizuotas metodas įvertinant bendrą eksploatuojamo statinio anglies dioksido išmetimą per visas gyvavimo fazes. HPC pranašumas šiame kontekste yra ilgesnis tarnavimo laikas, mažesnės priežiūros ir remontų sąnaudos bei galimybė sumažinti bendrą cemento suvartojimą, todėl mažiau CO2 išmetama per laikotarpį. HPC projektavimas remiasi dalelių tankio didinimu, papildomų rišamųjų medžiagų naudojimu iš pramonės atliekų ir tokiu būdu pasiekiamu mažesniu porėtumu bei didesniu tūrio pastovumu.
Tvaraus HPC vystymas ir taikymas turi išlikti svarbiausiu vaidmeniu mažinant CO2 emisijas betoninių konstrukcijų atžvilgiu. Taip pat svarbu pažymėti, kad po statinio eksploatacijos perdirbimas tampa svarbia dalimi: kristalinė hidroizoliacija gali būti perdirbama kartu su priedais ar dengiamomis medžiagomis, o tradicinės membranos dažnai nėra perdirbamos taip paprastai.
Lietuvos kontekstas: cementu gamyba ir tvarumas
Lietuvoje cementą gamina keli pagrindiniai gamintojai, iš kurių Akmenės cementas yra didžiausia įmonė šalyje. Ji pagamina virš milijono tonų cemento per metus, o apie 75% parduodamo cemento lieka Lietuvoje. Įmonė planuoja klimatui neutralią gamybą po 2035 metų, diegia CCS (CO2 surinkimo ir saugojimo) technologijas ir modernizuoja įrangą, siekdama sumažinti emisijas. Taip pat įgyvendinamos investicijos į alternatyvų kurą, kuriuo siekiama iki 80-90% pakeisti iškastinį kurą. Konsorciumas CCS Baltic įsteigtas su tikslu įgyvendinti visą CCS vertės grandinę - nuo CO2 surinkimo iki saugojimo po jūros dugnu.
Aukštesnės tvarumo sąmonės kontekste Lietuvoje taip pat veikia kitos įmonės, kuriančios su cementu susijusius produktus: Heidelbergo Materials Lietuva Cementas, Perdanga, Betono mozaika, AB Aksa, ir kt. Diskutuojant apie tvarumą, svarbu taikyti geriausias praktikas projektavime, medžiagų pasirinkime ir statyboje, siekiant sumažinti poveikį aplinkai, išsaugoti žmonių sveikatą ir užtikrinti ateities kartoms reikalingus resursus.
Gamybos sektoriaus tvarumas: pagrindiniai kriterijai
- Šiltnamio efektą sukeliančių dujų (ŠESD) emisijų mažinimas - mažinti 1-ojo, 2-ojo ir, jei įmanoma, 3-iojo apimties emisijas; taikyti energijos efektyvumo priemones, perjungti į atsinaujinančius šaltinius, naudoti antrinę šilumos energiją, trumpinti tiekimo grandinę ir atlikti gyvavimo ciklo vertinimus.
- Energijos vartojimo mažinimas ir vadyba - atlikti energijos suvartojimo auditą, įdiegti ISO 50001 sistemas, diegti išmanią apskaitą ir šviesti darbuotojus taupyti energiją.
- Oro tarša - atlikti vidinį ir išorinį oro kokybės auditą, diegti filtrus, ventiliacijos sistemas ir kitas priemones, siekiant sumažinti kietąsias daleles bei cheminę taršą.
- Vandens vartojimo mažinimas ir nuotekų valymas - stebėti vandens poreikį, įgyvendinti vandens taupymo sprendimus, naudoti antrinį vandenį ir lietaus vandenį, laikytis taršos mažinimo standartų.
- Atliekų prevencija ir atliekų vadyba - taikyti atliekų kiekio mažinimo, perdirbimo ir žiedinės ekonomikos principus; naudoti antrines žaliavas ir keisti atliekų srautus.
- Produktų dizainas ir gyvavimo ciklo valdymas - atlikti LCA, didinti ilgaamžiškumą, skatinti remontą, perdirbimą ir naudoti tvaresnes pakuotes bei produktų paslaugas.
- Žaliavų išgavimas ir tiekimas - trumpinti tiekimo grandines, įvertinti rizikas, užtikrinti tvarius tiekėjus ir jų žaliavų pėdsakus, plėsti vietinį tiekimą.
- Ekologinis poveikis - įvertinti poveikį ekosistemoms ir bioįvairovei, įgyvendinti priemones jų apsaugai bei atkūrimui, mažinti žemės naudojimo pokyčius.
- Fizinio klimato kaitos poveikio rizikos - įvertinti rizikas, įgyvendinti prisitaikymo priemones, modeliuoti scenarijus ir naudoti draudimo mechanizmus.
Darbo ir saugos klausimai
Darbo sąlygos ir darbuotojų sauga yra būtini tvarumo komponentai. Reikia užtikrinti teisėtą atlyginimą, saugias darbo vietas, skundų nagrinėjimą, nuolatinį darbo sąlygų auditą ir darbuotojų įsitraukimą į saugos politiką.
Iššūkiai ir perspektyvos
Cemento gamybos apimtis visame pasaulyje nuolat augo (2019 m. apie 4,2 mlrd. tonų, 1995 m. - 1,39 mlrd.). Tačiau tvarumo dilema kyla dėl didelių CO2 išmetimų deginant kalkakmenį klinkerio degimo metu. Degimas vyksta aukštoje temperatūroje (apie 1500 °C) ir naudoja didelius iškastinio kuro kiekius. Alternatyvos - panaudotas kuras (padangos, nuotekų dumblas ir kt.) bei papildomos rišamosios medžiagos (PFA, GGBS, silicio dioksido mikrodulkės). Ateities perspektyvoje tikimasi didinti alternatyvaus kuro dalį ir pritaikyti geopolimerus kaip rišamąsias medžiagas, siekiant dar labiau sumažinti CO2 išmetimą.
Taikant CCS (carbon capture and storage) technologijas, galima surinkti ir laikyti CO2 išmetimus už atmosferos ribų. Taip pat plėtojami ekonomiškai tvarių betono mišinių su perdirbtomis medžiagomis kūrimo projektai, siekiant sumažinti poreikį naujo cemento gamybai. Daugėja žaliųjų cementų ir naujų pramoninių atliekų įtrauktis į mišinius, o didieji gamintojai (LafargeHolcim, Cemex) planuoja didinti žaliųjų cementų dalį ir investuoti į saulės energiją bei kitus mažakūrio kuro šaltinius.
Rekomendacijos praktikai
- Pasirinkti tvaresnį HPC betoną su mažesniu cemento kiekiu, tačiau didesniu stiprumu ir ilgaamžiškumu, siekiant sumažinti įprastą statybos tūrio poreikį.
- Naudoti papildomas rišąsias medžiagas (PFA, GGBS, mikrodulkės) ir perdirbtas žaliavas siekiant sumažinti CO2 išmetimą.
- Taikyti vidinę kristalizaciją kaip betono apsaugos priemonę, kuri pailgina konstrukcijų tarnavimo laiką ir sumažina priežiūros poreikį.
- Įgalinti CCS ir kitus technologijų sprendimus Lietuvos ir regiono mastu, didinant klimatui neutralius procesus cemento gamyboje.
- Stiprinti ES CSRD tinklą - rengti ataskaitas apie tvarumo ir vertės grandinės rodiklius, įtraukiant tiekėjų aplinkosauginį pėdsaką ir rizikų valdymą.
