Odpad a nedostatek stavebních surovin patří k největším technickým výzvám současnosti. Výzkumy z Litvy, Drážďan a Stuttgartu však ukazují, že tyto problémy lze řešit společně a alespoň částečně i vyřešit. Všechny tři přístupy mají jedno společné – výsledkem je beton.
Stručně
- Na světě se ročně vyrobí přibližně 4 miliardy tun cementu, a to za cenu vysoké spotřeby energie.
- Každá tuna betonu, která se nepoužije ve stavbě, šetří ubývající suroviny a snižuje emise.
- Litevští vědci vyvinuli způsob, jak zbytky textilií zlepšují vlastnosti betonu a zároveň šetří fosilní paliva.
- Na Technické univerzitě v Drážďanech se podařilo zcela nahradit kovovou výztuž v železobetonu textilními alternativami.
- Vědci ze Stuttgartské univerzity dokonce dokážou vyrábět stavební materiál bez cementu – využívají biochemii místo vysokých pecí.
Každý rok vznikají v Evropské unii miliardy tun odpadu. Část z toho tvoří textilní odpad, který lze jen omezeně znovu využít. Co už není vhodné pro second-hand, může posloužit například jako izolační materiál nebo hadr na úklid. Jakmile je však textilie příliš opotřebovaná, obvykle končí při energetickém využití – tedy ve spalovnách. Vědci z Kaunas University of Technology v Litvě nyní představili další možnost využití těchto odpadů: výrobu „extrémně pevného betonu“.
Oblečení v betonu
Beton je směs cementu, kameniva – například písku a štěrku – a vody. Ne každý druh písku je však vhodný pro stavebnictví a voda je stále vzácnějším zdrojem. Přesto se hlavní pozornost často soustřeďuje na cement. Jeho výroba totiž vyžaduje velmi vysoké teploty, což znamená velkou spotřebu energie i značné emise. Protože část těchto emisí vzniká přímo při chemické reakci, snaží se výzkum především celkově snížit spotřebu cementu.
Litevští vědci proto využívají dnes velmi rozšířená syntetická vlákna, zejména polyester. Ta lze buď přímo přimíchat do betonu, nebo z nich vyrobit náhradní palivo. V druhém případě se textilie zuhelnatí bez přístupu vzduchu při teplotě kolem 300 °C. Protože je polyester vyráběn z ropy, vznikají při tomto procesu granule bohaté na uhlík.
Ty se při výrobě cementu používají dvěma způsoby. Nejprve snižují potřebu běžných fosilních paliv. Popel, který po spalování zůstává, navíc slouží jako plnivo.
Experimenty ukázaly, že 1,5 % polyesterových vláken v betonové směsi zvyšuje pevnost o 15 až 20 %. Materiál je zároveň výrazně odolnější vůči mrazu. U textilního popela dosáhli vědci nejlepších výsledků při podílu 7,5 % v cementu, což zvýšilo pevnost betonu v tlaku o 16 %.
Pokud se zvýší pevnost a nosnost, mohou být stavební prvky navrženy štíhlejší. To znamená především nižší spotřebu betonu a cementu – a tedy i nižší emise. Podobnou cestou se už více než 30 let ubírá výzkum v Drážďanech.
Osvědčená výztuž
„Textilní, respektive karbonový beton je v praxi úspěšně používán už více než deset let,“ potvrdil pro Epoch Times Dr. Ing. Danny Friese, vedoucí výzkumné skupiny pro konstrukce z vysoce výkonných vláken na Technické univerzitě v Drážďanech. „Dosud bylo oficiálně realizováno více než 300 stavebních projektů s karbonbetonem, skutečný počet však bude pravděpodobně ještě vyšší.“
Pojem karbonbeton označuje zvláštní typ textilního betonu, který je však konstrukčně bližší železobetonu. Výztuž zde tvoří uhlíkové prvky. Ty se řadí mezi textilní materiály proto, že uhlíkové tyče, lana nebo sítě jsou tkané podobně jako textilie.
Přestože má textilní beton v Německu obecné stavební povolení už od roku 2014, stále jde spíše o okrajový produkt. Podle Frieseho i karbonbeton sice toto povolení má, ve stavebnictví však stále dominují běžný beton a železobeton. Tyto nové varianty se zatím používají hlavně při rekonstrukcích infrastruktury, výstavbě bytových domů a mostů.
„Při dodatečných sanacích a zvyšování nosnosti stávajících staveb je karbonbeton v mnoha případech už dnes ekonomicky výhodnější řešení,“ dodává Friese. Štíhlejší konstrukce je výhodná zejména tam, kde je málo prostoru, jsou vysoké požadavky na těsnost konstrukce nebo je potřeba krátká doba výstavby. V některých aplikacích se už dnes používá také kombinace textilní výztuže a betonu s krátkými vlákny. Podle Frieseho je to typické především tam, kde konstrukce musí odolávat mimořádnému zatížení nebo extrémním vlivům.
Nejdřív méně byrokracie, pak více mostů
Z hlediska uhlíkové stopy CO₂ má textilní beton velký potenciál pro širší využití. Hlavní výhodou je tenčí konstrukce, která vyžaduje méně materiálu. „Při dodatečné sanaci lze díky výrazně menší krycí vrstvě betonu ušetřit 70 až 80 % objemu betonu,“ upřesňuje Friese. A dodává: „U nových staveb, například při stavbě mostů, je možné ušetřit až 60 procent betonu.“
„U nových staveb, například při stavbě mostů, je možné ušetřit až 60 procent betonu.“
„Hlavní překážkou širšího využití u nových staveb nejsou ani tak náklady na materiál, jako spíše administrativní a regulační bariéry,“ vysvětluje výzkumník. „Přizpůsobení projektových, kontrolních a zadávacích postupů a také omezené personální kapacity v povolovacích úřadech zpomalují zavádění inovativních stavebních metod.“
Podle jeho údajů způsobí most postavený z karbonbetonu přibližně 3 540 kg CO₂-ekvivalentu. Srovnatelná konstrukce ze železobetonu dosahuje asi 4 810 kg CO₂-ekvivalentu. Uhlíková stopa se tak zlepšuje zhruba o 25 %.
Moč místo cementu
Že je možné vyrábět stavební materiál zcela bez cementu a s tím spojených emisí, ukázali nedávno vědci ze Stuttgartské univerzity. Přestože jejich materiál není striktně vzato beton, ale biomineralizovaný umělý kámen, věří tým profesora Lucia Blandiniho, vedoucího Institutu pro lehké konstrukce a navrhování, že může klasický beton doplnit. Základní surovina je přitom překvapivá: lidská moč.
Složení materiálu – písek, voda a práškové pojivo – sice připomíná klasický beton, avšak proces výroby je jiný. Jednotlivé složky se nemíchají najednou. Nejprve se písek smíchá s práškem obsahujícím bakterie, suchá směs se nasype do forem a poté se po dobu tří dnů automaticky postřikuje močí.
Důležité je, aby byla moč předem obohacena o vápník. Protože obsahuje převážně vodu, není nutné přidávat další tekutinu.
„Bakterie rozkládají močovinu a při přidání vápníku vznikají krystaly uhličitanu vápenatého,“ vysvětluje vědecká pracovnice Maria Smirnovová. Ty postupně zpevňují pískovou směs a vzniká biobeton, který má chemické vlastnosti podobné přírodnímu vápencovému pískovci. Bakterie tak vlastně nahrazují práci energeticky náročných vysokých pecí. Jednou z hlavních výzev je zatím potřebné množství suroviny: na jeden kubický metr biobetonu je zapotřebí asi 26 000 litrů moči.
Přesto první vzorky vykazují slibné vlastnosti. Při použití technické močoviny dosáhl tým pevnosti v tlaku, která by postačovala pro zdivo dvou- až třípodlažních budov. U skutečné lidské moči je zatím hodnota nižší – a právě to chtějí vědci dále zlepšit. Pilotní projekt se připravuje například na letišti ve Stuttgartu.
–etge–
