Betony i cementy o obniżonym śladzie węglowym

Beton oraz wykorzystywany do jego produkcji cement to materiały budowlane o wysokiej emisyjności w trakcie ich wytwarzania. Nic zatem dziwnego, że producenci tych materiałów poszukują rozwiązań, które umożliwią redukcję śladu węglowego jeszcze w cementowni bądź węźle betoniarskim.
Rynek tego typu produktów coraz bardziej się rozwija. W niektórych przypadkach udaje się obniżyć emisję CO₂ nawet o ok. 30%. [1]

Ograniczenie emisji w czasie produkcji cementu

Głównym spoiwem w betonie jest cement, którego proces produkcji generuje 5-8% globalnej emisji gazów cieplarnianych rocznie. Światowa produkcja cementu sięga ok. 4,1 mld ton rocznie [2], co nie pozostaje bez wpływu na postępujące zmiany klimatu. W ostatnich latach celem branży cementowej jest znaczące obniżenie emisji CO₂ oraz minimalizacja jego wpływu na środowisko.
Europejskie Stowarzyszenie Przemysłu Cementowego CEMBUREAU opracowało tzw. mapę drogową, która zakłada osiągnięcie neutralności klimatycznej dla całkowitego łańcucha współpracujących wartości: klinkier–cement–beton–budownictwo–karbonatyzacja, tzw. 5×C (ang. Clinker, Cement, Concrete, Construction, Carbonation). Z założenia strategia ta opiera się na:

• poprawie efektywności energetycznej procesu produkcji,
• stosowaniu paliw alternatywnych jako nośników energii w procesie wypalania klinkieru,
• szerszym zastosowaniu cementów o obniżonej emisyjności (z niższą zawartością klinkieru),
• opracowywaniu innowacyjnych rodzajów cementów,
• optymalnym projektowaniu mieszanek betonowych,
• rozwoju technologii wychwytywania i magazynowania lub wykorzystania CO₂.

Punktem kontrolnym skuteczności podjętych działań dla branży cementowo-betonowej jest osiągnięcie do 2030 r. redukcji emisji CO₂ o 40% w całym łańcuchu wartości.

Dostępne technologie wychwytywania CO₂ jeszcze w samej cementowni mają doprowadzić do pełnej dekarbonizacji produkcji cementu. Instalacje typu CCS (carbon capture and storage) umożliwiające wychwytywanie i magazynowanie dwutlenku węgla powstają już w naszym kraju. Przykładowo za kilka lat jednej z cementowni w Polsce ma być uruchomiona tego typu instalacja, która umożliwi wychwytywanie i magazynowanie niemal 100% emisji dwutlenku węgla z produkcji klinkieru [3]. Oznacza to przechwycenie ponad 10 mln ton CO₂ w ciągu 10 lat, co odpowiada 10% rocznej emisji w całym sektorze cementowym w Polsce.

Duże znaczenie ma także sposób pozyskiwania energii elektrycznej i cieplnej użytej w czasie produkcji, czyli np. struktury paliw wykorzystywanych w tym procesie. Na polskim rynku działają zakłady, które sięgają po energię ze źródeł odnawialnych (nawet ok. 50% energii zużywanej do funkcjonowania cementowni) oraz stosują paliwa alternatywne, co pozwala jeszcze bardziej ograniczyć emisyjność produkcji i obniżyć koszty energii.

Paliwa alternatywne

Produkcja cementu jest procesem energochłonnym, w którym stosuje się paliwa, takie jak np. węgiel, gaz, a także biomasę i paliwa alternatywne, mające bezpośredni wpływ na wielkość emisji CO₂. Zastosowanie paliw alternatywnych zamiast węgla kamiennego pozwala zaoszczędzić zasoby naturalne tego surowca przy jednoczesnym wykorzystaniu energii zawartej w odpadach i ograniczeniu emisji CO₂.

Unikalny charakter procesu produkcji cementu i wymagania energetyczne pozwalają na wykorzystanie źródeł energii, które nie mogą być stosowane w innych gałęziach przemysłu. Paliwem alternatywnym w przemyśle cementowym mogą być m.in. lekkie, wysokokaloryczne frakcje wysegregowane z odpadów komunalnych i przemysłowych tzw. RDF (Refuse Derived Fuel). Są to głównie zużyte opony, osady ściekowe, resztki zwierzęce, odpady olejowe, pozostałości papierowe, tworzywa sztuczne czy tekstylia. Warto tylko pamiętać, że aby wykorzystywać paliwa niekopalne m.in. z nienadających się do recyklingu odpadów, cementownia musi uzyskać pozwolenie od organów ochrony środowiska (decyzja poprzedzona jest oceną środowiskową).

Cement o obniżonej emisyjności

Emisyjność cementu jest pochodną ilości użytego do jego produkcji klinkieru. Parametrem, który wskazuje ilość zużywanego klinkieru w cemencie jest tzw. wskaźnik klinkierowy. Wpływa on na właściwości i możliwości zastosowania cementu, dlatego normy określają rodzaj i proporcje głównych składników, które mogą być wykorzystane do obniżenia zawartości klinkieru. Ustanowiona niedawno przez Europejski Komitet Normalizacyjny norma EN 197-6:2023 „Cement – Part 6: Cement with recycled building materials” wskazuje na wykorzystanie w tym celu kruszywa (drobne frakcje) z recyklingu betonu (F).

Wyniki wielu badań prowadzonych w ostatnich latach przez specjalistów przemysłu cementowego, a także naukowców zajmujących się technologią betonu, wskazują, że możliwe jest wykonanie betonów przy użyciu cementów niskoklinkierowych – charakteryzujących się często lepszymi parametrami niż ich odpowiedniki zawierające cementy wysokoklinkierowe. Są to m.in. cementy pucolanowe, szybkosprawne czy wieloskładnikowe, których ślad węglowy może być wyraźnie niższy od cementów portlandzkich (CEM I) – nawet o 40%.

Część klinkieru można zastąpić stosowanymi od wielu lat, np. popiołami lotnymi (pozostają po spalaniu węgla w elektrowniach opalanych węglem), żużlami wielkopiecowymi (produkt uboczny powstający przy wytwarzaniu stali) bądź kamieniem wapiennym (drobno zmielony, dodawany do klinkieru bez podgrzewania i przekształcania w wapno).

Wśród innych materiałów, które można w tym celu zastosować, a przez to także obniżyć emisję CO₂, można wymienić np. naturalne pucolany (m.in. gliny, łupek i niektóre skały osadowe) czy pył krzemionkowy (uboczny produkt powstający przy wytwarzaniu stopów krzemu lub żelazokrzemu).

Recykling betonu

Szacuje się, że w Europie rocznie powstaje ok. 200 mln ton odpadów budowlanych i rozbiórkowych z konstrukcji betonowych. Beton można jednak poddać recyklingowi, co zmniejsza jego oddziaływanie na środowisko. Warto tak opracowywać koncepcję i projekt konstrukcji betonowej, by w przyszłości można było łatwo odzyskać ten materiał np. po wyburzeniu budynku. Kruszywa z recyklingu znajdują szerokie zastosowanie w budownictwie, m.in. przy budowie i modernizacji dróg, poboczy drogowych, w utwardzaniu terenu pod budowy wielkopowierzchniowe czy jako podbudowa i podsypka przy układaniu kostki brukowej i parkingów. Zastąpienie kruszywa naturalnego, kruszywami z recyklingu pozyskanymi z rozbiórki, pozwala ograniczyć negatywny wpływ na środowisko, jednocześnie przyczynia się do zmniejszenia ilości odpadów budowlanych.

Dobrze przemyślany proces recyklingu betonu pozwala wykorzystać go na nowo w różnej postaci, np.:

• rozdrobniony beton – jako kruszywo do betonu, głównie na podłoża i podbudowy dróg, ulic, placów i parkingów, jako zasypka wykopów pod rury, także do konstrukcji z zakresu inżynierii środowiska lub na fundamenty budynków; udoskonalenia wymaga technologia separacji, czyli oddzielenia drobnych frakcji betonu od stwardniałego cementu, oraz betonu od innych materiałów budowlanych;
• stwardniała frakcja cementowa betonu – może być poddana przeróbce na surowiec do produkcji cementu (do wytwarzania klinkieru cementowego);
• wtórne kruszywo betonowe – jako podbudowę lub zasypkę do wielu zastosowań; można również wytwarzać nowy beton z wykorzystaniem pewnego udziału wtórnego kruszywa betonowego; ma lepsze parametry zagęszczania, a ponadto jest zwykle tańsze niż materiał pierwotny; system kontroli jakości wtórnego kruszywa betonowego pozwala wykryć ewentualne niebezpieczne substancje lub środki chemiczne, które mogłyby być wymywane do środowiska.

Przykłady innowacyjnych materiałów o niskiej emisyjności

ECOPlanet
Rodzina cementów obejmująca niskoemisyjne cementy produkowane z wykorzystaniem materiałów z recyklingu i zdekarbonizowanych surowców z innych gałęzi przemysłu. Ślad węglowy jest dodatkowo redukowany przez dekarbonizację procesu produkcyjnego, dzięki użyciu paliw alternatywnych. Cementy te wykazują zmniejszoną emisję CO₂ o co najmniej 40% (w porównaniu z reprezentatywnym cementem portlandzkim CEM I 42,5), zweryfikowaną przez Instytut Techniki Budowlanej (wydanie dokumentu EPD III typu – niskoemisyjny o bardzo dobrych parametrach technicznych).
Wśród cementów ECOPlanet są m.in.:

• pucolanowy kl. 42,5 o normalnej wytrzymałości wczesnej, niskiej zawartości alkaliów i niskim cieple hydratacji, przeznaczony do produkcji betonu towarowego o wysokich wymaganiach wytrzymałościowych i trwałości, oraz elementów wielkogabarytowych i prefabrykatów drobnowymiarowych,
• wieloskładnikowy kl. 42,5 o normalnej wytrzymałości wczesnej, wysokiej odporności na agresję siarczanową, niskiej zawartości alkaliów rozpuszczalnych oraz niskim cieple hydratacji; przeznaczony do produkcji betonu towarowego, elementów wielkogabarytowych i wykonywania posadzek,
• wieloskładnikowy o klasie wytrzymałości 32,5 i wysokiej wytrzymałości wczesnej; przeznaczony głównie do stabilizacji, wzmocnienia gruntów i produkcji mieszanek związanych cementem.

STACHEMENT GreenCON 1
„Zielona” domieszka do betonu wytwarzana na bazie wyselekcjonowanych eterów polikarboksylowych, znacznie redukuje ilość wody, zapewnia efektywne działanie upłynniające przy zachowaniu właściwości roboczych mieszanki betonowej, w stosunku do dotychczas stosowanych superplastyfikatorów. Polecana do produkcji betonów niskoemisyjnych, nawet wysokich klas, z zastosowaniem cementów o znacznym udziale składników innych niż klinkier. Poprawia przepompowywanie mieszanki betonowej, która także w płynnej konsystencji zachowuje spoistość bez segregacji kruszywa i oddzielania wody. Nie wpływa na napowietrzenie uzyskane właściwą domieszką do napowietrzania betonu, nie zawiera chlorków i nadaje się do betonów zbrojonych i sprężonych.

Zaprawy klejące
Grupa produktów, w których tradycyjne cementy zastąpiono cementami o niskim śladzie węglowym, spełniającymi wymogi zrównoważonego budownictwa:

• Dryhesive Plus – modyfikowana polimerami sucha, cementowa zaprawa, która po wymieszaniu z wodą służy do przyklejania płyt izolacji termicznej ze styropianu w systemach ociepleń elewacji Dryvit,
• Roxhesive – zaprawa do przyklejania płyt z wełny mineralnej,
• Primus M – zaprawa klejąca i zbrojąca do styropianu,
• Fibercoat – uniwersalna zaprawa klejąca i zbrojąca wzmocniona włóknami, materiał typu 4 w 1; służy do przyklejania zarówno płyt ze styropianu, jak i z wełny mineralnej oraz do zatapiania siatki z włókna szklanego w systemach ociepleń ścian zewnętrznych budynków oraz Anti Crack Render (ACR) stosowanych przy naprawie spękanych elewacji.

Sopro DSF RS 623
Jednoskładnikowa zaprawa cementowo-polimerowa, niskoemisyjna (certyfikat EMICODE w klasie EC 1 PLUS), pełni funkcję uszczelnienia, które dzięki tzw. wysychaniu reaktywnemu, nadaje się do wodoszczelnego sklejania złączy mat, taśm i narożników, a także jako samodzielna powłoka uszczelniająca na powierzchnie zewnętrzne, m.in. tarasów i balkonów. Tu warto dodać, że zaprawa ta należy do grupy produktów (zaprawy klejące, fugi, wylewki itp.) tzw. chemii niskoemisyjnej oferowanych przez tego producenta, które otrzymały deklaracje środowiskowe EPD – certyfikaty, nadawane produktom budowlanym spełniającym wszystkie wymogi zrównoważonego budownictwa.

Vertua^®
Rodzina betonów, które mają niższy ślad węglowy w porównaniu ze standardowymi, dzięki zmniejszonej lub możliwej pełnej kompensacji emisji CO₂, wpisują się w ideę zrównoważonego budownictwa. Vertua^® classic – redukcja emisji CO₂ do 30%, Vertua^® plus – redukcja do 50% w porównaniu z referencyjnym betonem z najbardziej popularnym w Polsce cementem portlandzkim CEM I 42,5R. Betony te przyczyniają się do zmniejszenia śladu węglowego całej inwestycji, są łatwe w użyciu, mogą być transportowane pompą, wymagają pielęgnacji takiej jak wyroby standardowe. Dostępne są w wielu klasach wytrzymałości i ekspozycji. Vertua^® można wykorzystywać m.in. do wykonywania fundamentów, pali fundamentowych, płyt, stropów, ścian czy posadzek.

XtraBET
W produkcji tych betonów emisja CO₂ została ograniczona o ponad 30%; mogą być produkowane we wszystkich klasach wytrzymałości na ściskanie oraz klasach ekspozycji. Zakres zastosowań produktów z serii XtraBET jest taki sam, jak w przypadku zwykłych betonów. Używa się ich do wykonywania m.in. fundamentów (ław, ścian, płyt), schodów, stropów i wieńców, posadzek.

EcoCrete®
Niskoemisyjny beton dostępny w dwóch odmianach – z 50% oraz 60% redukcją emisji CO₂ na m³ betonu w stosunku do produktów bazowych opartych na cemencie portlandzkim CEM I. Jego wytwarzanie jest zgodne z zasadami zrównoważonej produkcji (certyfikat CSC) i gospodarki o obiegu zamkniętym, przebiega z wykorzystaniem czystej energii z elektrowni słonecznej i wody z odzysku.

ECOPact
Grupa betonów o zawartości śladu węglowego niższej o 30–50% w porównaniu z betonem referencyjnym zaprojektowanym przy użyciu cementu CEM I 42,5 R. Redukcja CO₂ to efekt optymalizacji receptury, procesu produkcyjnego oraz użycia materiałów naturalnego pochodzenia o bardzo niskim śladzie węglowym (możliwość zastosowania kruszywa z recyklingu). Producent zapewnia dostosowanie parametrów betonu w zakresie wytrzymałości i trwałości do warunków jego późniejszej eksploatacji, a także dobranie odpowiedniej konsystencji umożliwiającej otrzymanie dowolnych form konstrukcji. Produkt przeznaczony do wykonywania różnych konstrukcji, takich jak: fundamenty, słupy i belki, ściany zewnętrzne i wewnętrzne, podjazdy, chodniki, a także nietypowych – na zamówienie.

ECOSource^TM i ECOSource^TM Pro
Mieszanki kruszyw z recyklingu przeznaczone na podbudowy dróg, pobocza, nasypy i obsypki, do stabilizacji gruntu, a także do produkcji betonu towarowego. Kruszywo wytwarzane z gruzu betonowego (poddawanego ścisłej kontroli w zakresie eliminacji zanieczyszczeń), o jednolitej granulacji, niskiej zawartości siarczanów. Producent zapewnia możliwość wytwarzania kruszywa blisko miejsca wbudowania.