Zrobili beton ze ścieków. Jest lepszy niż ten z twojego domu
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, lecz 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 właściwości. Oznacza to, że można go bezpiecznie dodawać do mieszanek cementowych, nie ryzykując przy tym, że 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, że 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, że 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, że 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, że to rozwiązanie szczególnie dobrze wpisuje się w ideę zielonej gospodarki: odpadowy materiał z oczyszczalni ścieków nie jest już problemem, lecz 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.
Przeczytaj także:
Dodanie ISSA oznacza, że 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
