Lesy, půda, oceány… Některé pasti, v nichž se dlouhodobě ukládá uhlík, a tím se snižuje koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře, jsou dobře známy. Ale malta a beton? Nová studie odhaluje jejich dosud podceňovanou roli v koloběhu uhlíku. Stavební materiály obsahující cement průběžně „nasávají“ CO2 z atmosféry jako houba.

Než začneme pět ódy na cement coby účinný pohlcovač oxidu uhličitého, je důležité zasadit příběh do kontextu. Při výrobě cementu se nejprve velké množství CO2 do atmosféry uvolní, teprve poté ho materiál začne opět pohlcovat a nezanedbatelnou část emisí z výroby „si vezme“ zpět: asi 43 %.

Zatímco Mezivládní panel pro změny klimatu (IPCC) vypracoval metodiku kvantifikace emisí CO2 vznikajících při výrobě cementu a pracuje s nimi ve svých modelech, množství plynu pohlceného cementovými materiály během jejich stárnutí v úvahu nebere. Mezinárodní studie publikovaná v časopise Nature Geoscience toto opominutí napravila a dopočítala se překvapivě vysokých čísel (Xi F. et al., 2016, DOI: 10.1038/ngeo2840).

Emise při výrobě…

Důležitou součástí výroby cementu je pálení vápence (kalcinace) s jílem, případně křemičitým pískem, struskou a dalšími materiály bohatými na oxidy křemíku, hliníku a železa (např. u portlandského cementu především SiO2, Al2O3 a Fe2O3). Z uhličitanu vápenatého vzniká oxid vápenatý (pálené vápno) a oxid uhličitý:

CaCO3 → CaO + CO2

Množství takto vzniklého oxidu uhličitého není podle výše zmíněné studie zanedbatelné. V období mezi roky 1930 a 2013 se kalcinací uvolnilo do atmosféry 38,2 gigatun CO2. V roce 2013 se výroba cementu postarala o 5 % všech emisí CO2 z průmyslu a dopravy.

…a zpětná absorpce

Cement po smíchání s vodou hydratuje a jeho složky začínají krystalizovat, beton (či jiný na cementu založený stavební materiál) tuhne a tvrdne. Následují dlouhé roky stárnutí, během nichž je oxid uhličitý z atmosféry fyzikálními a chemickými procesy pomalu opět zabudováván do struktury materiálu.

Technologové mluví o karbonataci betonu. Jev je jim dlouhodobě znám, protože je s ním spojena degradace materiálu, jen dosud nikoho nenapadlo spočítat, kolik skleníkového plynu se takto v cementových stavebních materiálech váže.

Autoři odhadují, že v roce 2013 cement pohltil 2,5 % ročních emisí CO2 z průmyslu a dopravy.

Oxid uhličitý proniká difúzí do pórů v betonu, maltě či omítce a zapojuje se tam do chemických reakcí, které postupují stále do větší hloubky. Nejvýznamnější je reakce s hydroxidem vápenatým za vzniku uhličitanu vápenatého a vody:

Ca(OH)2  + CO2 → CaCO3 + H2O

Oxid uhličitý reaguje v menší míře i s dalšími látkami vzniklými hydratací cementu (hydroxidy sodným a draselným, křemičitany, hlinitany).

Díky neutralizaci hydroxidových iontů oxidem uhličitým postupně klesá pH z >12 na hodnoty okolo 8. Pokles pH vede v železobetonu k rozpadu vrstvičky oxidů železa na povrchu výztuže, která se tak depasivuje a může začít korodovat.

Cestu zpět si našlo 43 % emisí

Mezinárodní tým, který se na nové studii podílel, zpracoval globální data z let 1930 až 2013 o cementových materiálech během jejich celého životního cyklu od výroby cementu přes fungování ve stavebnictví po demolici a druhotné využití stavební suti.

V modelu jsou zohledněny jednotlivé způsoby využití cementu, poměr objemu a plochy povrchu, který je v kontaktu s atmosférou, ale také koncentrace CO2 v jednotlivých regionech a další rozdíly. Například průměrná trvanlivost betonových staveb je 35 až 70 let – záleží na typu budovy i na místních podmínkách. V Číně je kratší než v Evropě nebo v USA.

Model ukázal, že mezi roky 1930 a 2013 cementové materiály pohltily asi 4,5 gigatuny uhlíku, což odpovídá 43 % emisí CO2 uvolněných ve stejném období při výrobě cementu (bez započítání fosilních paliv, která při tom byla spálena).

Koloběh oxidu uhličitého mezi stavebními materiály a atmosférou během výroby a využívání cementu. Zdroj: Xi F. et al., 2016, DOI: 10.1038/ngeo2840

Koloběh oxidu uhličitého mezi stavebními materiály a atmosférou během výroby a využívání cementu. Zdroj: Xi F. et al., 2016, DOI: 10.1038/ngeo2840

Roční množství pohlceného uhlíku přitom roste spolu s množstvím použitého cementu. V roce 1998 to bylo 0,1 gigatuny, v roce 2013 už 0,25 gigatuny. Mezi roky 1990 a 2013 roční objem pohlceného plynu rostl meziročně v průměru o 5,8 %, zatímco emise z výroby cementu ve stejném období meziročně rostly „jen“ o 5,4 %.

Autoři odhadují, že v roce 2013 cement pohltil 2,5 % ročních emisí CO2 z průmyslu a dopravy.

Před rokem 1982 zachycoval většinu emisí cement v Evropě a USA, potom se poměry začaly vyrovnávat a od roku 1994 dominuje Čína.

Od roku 1994 platí,ž e díky stavebnímu boomu nejvíce oxidu uhličitého pohltí cementové mateirály v Číně.

Od roku 1994 platí, že díky stavebnímu boomu nejvíce oxidu uhličitého pohltí cementové materiály v Číně. Volné dílo (CC0)

Nejúčinnějším pohlcovačem oxidu uhličitého je cement v omítkách a v maltě, protože má největší povrch, a tedy i nejlepší kontakt s atmosférou. Pohltí více emisí než cement v betonu, přestože ten se na celkové spotřebě cementu podílí ze 70 %.

Zatímco emise jsou při výrobě cementu uvolněny skokově, zpětné pohlcování je proces trvající dlouhé roky. Asi 14 % oxidu uhličitého je pohlceno materiálem starším než deset let a 25 % materiálem starším než pět let.

 

Titulní foto: volné dílo (CC0)

Print Friendly
  • alojz

    Pokud si vzpomínám, na základní škole jsme se učili, že v novostavbách se někde v centrálních prostorách umisťovaly železné koše, ve kterých s spalovalo dřevo, právě aby se vzniklým kysličníkem uhličitým dopomáhalo ke zrání zdících materiálů – betonu, malty, omítek. Na druhou stranu než se potřeba betonu po kysličníku „ukojí“, trvá to asi 30 let, teprve pak že je beton úplně vyzrálý. Pak je pro beton ještě nějaké období 5-6 let, ale už jsem zapomněl jak je to uváděno.