KTU mokslininkas: gausiausios žmogaus sukurtos medžiagos pramonė mažina CO2 emisiją

Irmantas Barauskas, Kauno technologijos universiteto Cheminės technologijos fakulteto docentas

Dėl puikių eksploatacinių savybių betono sunaudojimas pasaulyje vis didėja. Prognozuojama, kad iki 2050 m. šios labiausiai paplitusios žmogaus sukurtos medžiagos bus pagaminama net 4 kartus daugiau nei 1990 m. Tačiau didelis betono naudojamas daro milžinišką įtaką aplinkos poveikiui dėl klimato šiltėjimą sukeliančių dujų – CO₂ – emisijos, kuri susidaro cemento gamybos metu.

Tarptautinės energetikos agentūros (angl. International Energy Agency, IEA) ir Karališkosios chemikų draugijos (angl. Royal Society of Chemistry, RSC) duomenimis, cemento pramonė į aplinką išmeta apie 7 proc. (vien Kinijoje apie 4 proc.) viso pasaulio antropogeninio CO₂ kiekio, o tai yra daugiau nei plieno (6 proc.) ar chemijos (5 proc.) pramonės sektoriuose. Geresniam įsivaizdavimui – tokį CO₂ kiekį į aplinką išmestų 202 milijonai sunkvežimių.

Ilga betono istorija

Betonas – modernios civilizacijos pamatas tiek tiesiogine, tiek perkeltine prasme. Įprastinį šviežią betoną sudaro cementas, smėlis, stambieji užpildai (pavyzdžiui, granitas, žvirgždo skalda), vanduo bei šiek tiek cheminių priedų. Cementas reaguodamas su vandeniu surišą visą mišinį į vientisą dirbtinį akmenį – betoną, kuris gali kietėti dešimtmečius, o tinkamai eksploatuojant – išlikti ir šimtmečius.

Betonas konstrukcijose buvo naudojamas jau prieš tūkstančius metų, Romos imperijos laikais, tarkim, Romoje esančio Koliziejaus (72-80 mūsų eros metais) statybai.

Tačiau kasmet iš cemento gamyklų į aplinką patenka apie 5 proc. šiltnamio efektą sukeliančių dujų. Tuo tarpu cemento gamybos metu didžiausia CO₂ dalis išmetama dviejų procesų metu: krosnyse deginant didelį iškastinio kuro (daugiausiai – anglies) kiekį ir klinties, kuri yra pagrindinė cemento žaliava, skilimo metu.

Verslas prisideda prie kovos su klimato kaita

Klimato kaita yra viena iš svarbiausių šių laikų problemų. Visgi kol kas pasaulis dar toli nuo Paryžiaus susitarimo dėl klimato kaitos reikalavimų tikslų (pagrindinis jų – išlaikyti vidutinę pasaulio temperatūros atšilimą iki 2°C).

Todėl cemento pramonės sektorius privalo keistis. Ir jis pamažu keičiasi. Glaudus mokslininkų ir pramonės bendradarbiavimas visiškai keičia cemento gamybos CO₂ balansą, o ekologiškesnio cemento ir betono gamybos technologijos jau yra tobulinimo stadijoje.

Dvi pagrindinės Europos cemento bendrovės – „LafargeHolcim“ ir „HeidelbergCement“ – neseniai pristatė klimato apsaugos priemones. Jie investavo 147 milijonus eurų, kad sumažintų išmetamo CO₂ kiekį per ateinančius trejus metus. „HeidelbergCement“ nori pradėti gaminti anglies dioksido atžvilgiu neutralų betoną iki 2050 m., o cemento gamybos gairėse numatomas 32-80 proc. CO₂ emisijos sumažinimas.

Labai efektyvi CO₂ emisijos mažinimo strategija – pakeisti dalį įprastinio cemento (portlandcemenčio) kitomis medžiagomis, kurių gavybos metu CO₂ išskiriama mažiau.

Šiuolaikiniuose cementuose vidutiniškai dedama tik apie 20 proc. papildomųjų medžiagų, (daugiausiai – klintis), tačiau yra paskaičiuota, kad pakeitus 40 proc. cemento, būtų sumažinta net apie 400 milijonų tonų išmetamo CO₂ per metus.

Svarus lietuvių indėlis

Kauno technologijos universiteto Cheminės technologijos fakulteto (KTU CTF) mokslininkai bendradarbiaudami su „HeidelbergCement“, AB „Akmenės Cementas“, Miuncheno technikos universitetu ir kitomis organizacijomis tiria alternatyvius cemento priedus, kurie ne tik susidaro natūraliai, tačiau ir yra kitų gamybos šakų atliekos.

Tokiu būdu yra papildomai sprendžiama atliekų mažinimo problema bei diegiami žiedinės ekonomikos principai. Atliekos (pavyzdžiui, naftos perdirbimo katalizatoriai, biokuro pelenai ar kt.) turi būti technologiškai paruošiamos, užtikrinant naujų cementų kokybę bei saugumą. Tam nuolatos atliekami išsamūs moksliniai tyrimai, kurie niekada nesustoja. Šių tyrimų sritis jau tampa ne konkurencinė, o viso cemento pramonės sektoriaus bei pasaulio bendras iššūkis.

Kita KTU mokslininkų tyrimų kryptis: naujų rišamųjų medžiagų, kurios pakeistų tradicinį cementą,  kūrimas. Tyrėjai sukūrė medžiagą, kuri kietėja ne vandenyje (kaip cementas), o CO₂ aplinkoje.

Tai leidžia panaudoti jau išsiskyrusias CO₂ dujas ir paversti jas dirbtiniu akmeniu (1 t medžiagos sujungia ~300 kg CO₂), o gautas betonas įgauna tokį patį, arba netgi geresnį, nei įprasti betonai, stiprumą.

Ši medžiaga turi būti kietinama 10–15 bar slėgio CO₂ aplinkoje, susidaręs CaCO₃ (toks pats kaip ir randamas gamtoje) sutankina struktūrą ir dėl šios priežasties taip pat padidėja betono ilgaamžiškumas, sumažėja vandens įmirkis, išauga atsparumas rūgštims.

Svarbu paminėti, kad šios medžiagos gamybos metu reikalinga net apie 250 °C žemesnė temperatūra nei gaminant įprastinį cementą, o CO₂ išmetimas į aplinką sumažėja apie 30 %. Siūloma technologija yra aplinkai draugiška ir perspektyvi, nes gerokai sumažina energijos sąnaudos produkcijos vienetui pagaminti, o dėl to ir gamybos kaštus.