Cementářský průmysl ve změně klimatu

Po mnohaletých tahanicích vyšla v červenci 2021 nová norma pro cementy EN 197-5. V ní jsou definovány rámcové podmínky pro výrazné snížení podílu slínku v cementech: důležitý krok pro přiblížení se k cíli uhlíkové neutrality ve způsobu staveb z betonu. Společnost MC nabízí již celou řadu produktů, se kterými také betony s nízkým obsahem slínku fungují dobře.

Je to nejdůležitější stavební materiál na světě, bez kterého se prakticky neobejde žádná nová stavba: Cement. Je to hmota, která reaguje s vodou, spojuje tímto způsobem písek a štěrk, a tímto spojením vzniká beton. Tak, jak je podstatný tento stavební materiál, tak výrazné jsou také jeho účinky na člověkem způsobenou změnu klimatu.

800 kg uvolněných emisí CO₂ pro výrobu jedné tuny portlandského cementu

Již při spalování fosilních surovin, které otočnou pec zahřejí na teplotu více než 1400 °C, se uvolní nějaké emise CO₂. Ale tento proces zapříčiňuje právě pouze jednu třetinu emisí – dvě třetiny emisí CO₂ z klasického cementu pochází z vápence případně uhličitanu vápenatého, který se jako výchozí surovina vypaluje na slínek. Za tím stojící chemický proces se jmenuje odkyselení: Surovina uhličitan vápenatý se složením CaCO₃ se při vypalování rozkládá na slínek se vzorcem CaO a také na CO₂. Pokud vezmeme oba procesy dohromady a připočteme k tomu energetické náklady na další zpracování, například mletí cementu, který je požadován v jemné práškové formě, tak z toho vyplyne příslušně až 800 kg uvolněných emisí CO₂ na jednu tunu k prodeji připraveného portlandského cementu.

Čtyři miliardy tun cementu ročně

Na celém světě jsou vyráběny čtyři miliardy tun cementu ročně. Za toto období vyrobí typická cementárna v průměru okolo jednoho miliónu tun cementu. Více než 50 těchto závodů stojí v Německu. Ale přece zatímco se již řadu let hodně diskutuje o klima poškozujícím létání, špinavých uhelných elektrárnách nebo nečistých dieselových motorech, tak se stavební sektor ve srovnání s tím ještě nedostal do veřejného vědomí. Hlavní důvod: V současnosti neexistují pro stavební průmysl jednoduše žádné alternativy pro použití cementu. Tak bylo v Německo v roce 2020 stále ještě prostavěno 30 miliónů tun – a emitováno cca 24 miliónů tun CO₂. Pro porovnání: Čína spotřebuje v současnosti více než 2,5 miliardy tun cementu ročně. Emise CO₂ u celosvětové výroby cementu je tak velká, že je celosvětově zodpovědná za přibližně osm procent člověkem způsobených emisí skleníkových plynů – a tím za více emisí, než celosvětově dohromady způsobují globální letecká doprava a všechna výpočetní střediska. Vzhledem k narůstající poptávce nově zprůmyslněných států jako Indie, Asie a Afriky by mohla tato hodnota v příštích létech dokonce ještě stoupat.

Cíl: Snížení zanechaného otisku stopy ve formě emisí CO₂

V souladu s tím jsou velká úsilí uspořádat efektivněji procesy, které stojí za výrobou cementu. Přitom byla doposud potřeba fosilních paliv pro vypalování již dalekosáhle nahrazena alternativními palivy s obsahem biomasy s menším zanechaným otiskem stopy ve formě emisí CO₂ a byla dále optimalizována efektivita procesů. Trend směřuje k cementům, u kterých je podíl portlandského cementu, nazýván také slínek, snižován prostřednictvím reaktivních nebo inertních látek. Tak byl snížen podíl slínku v posledních deseti letech v průměru již na 70 %.

Nové třídy cementu s nízkým obsahem slínku

Na celém světě je ve stádiu výzkumu mnoho alternativ, které upouští od klasického stavebního materiálu cementu. Ale množství těchto alternativ, které je požadováno, je v dohledné době asi sotva možné vyrábět. Tedy se má na bázi stávajících cementů výrazně snížit podíl slínku. Tak to předpokládá také nová norma pro cementy EN 197-5: Tato norma popisuje dvě nové třídy cementu, portlandské kompozitní cementy CEM II/C-M a kompozitní cementy CEM VI, se kterými bude zajištěna vhodnost k užívání betonových stavebních objektů i s nízkými obsahy slínku. Je výsledkem dlouholetých výzkumů, obzvlášť ohledně trvanlivosti s nimi vyrobených betonů. Za tím skrytá myšlenka je rozemlít klasický cement jemněji a „rozředit“ ho s méně reaktivními látkami. Zatímco klasický portlandský cement sestává z 95 % ze slínku, má nová norma pro cementy EN 197-5 nyní umožnit široké používání cementů CEM II/C-M a CEM VI s efektivním obsahem slínku, aby byl dosažen cíl uhlíkové neutrality způsobů staveb z betonu. Pro cementy CEM II/C-M se může obsah slínku snížit až na 50 hmotnostních procent, pro kompozitní cementy CEM VI až na 35 hmotnostních procent.

Pro vnitřní stavební díly a normální klasické venkovní stavební díly

Přitom je jasné, že cement s plným obsahem slínku, tedy portlandský cement, vykazuje jinou výkonnost než cement, u kterého byl podíl slínku snížen na polovinu. To se projeví především u pevnosti v raném stádiu a učiní cement citlivějším ohledně dodatečné úpravy povrchů. Nižší podíl slínku výrazně zpomaluje hydrataci betonu. Díky obzvlášť jemnému rozemletí cementu se může pozdější beton sice doladit na normální pevnost po 28 dnech, ale některé vlastnosti jako například mrazuvzdornost nebo těsnost struktury proti vnikajícím médiím se tím mohou snížit. Tyto cementy jsou sice odpovídajícím způsobem vhodné pro vnitřní stavební části a normální klasickou venkovní stavební část, která je také vystavena působení deště, ale přece jen nejsou bezpodmínečně univerzálně použitelné pro všechny třídy expozice. K tomu se v současnosti vypracovávají pravidla pro aplikaci a udělují připuštění ze strany stavebního dozoru na základě výzkumů. Pro hlavní aplikaci vnitřních stavebních dílů a venkovních stavebních dílů s mírným mrazem, které činí okolo 70 % trhu s betonem, jsou požadavky ohledně trvanlivosti cementů se sníženým obsahem slínku již prokázány, jen tady je dán značný potenciál pro pokles emisí CO₂.

Delší doby stavby

Přesto ale ideální případ staveniště, kdy se jeden den v 10 hodin betonuje a další den ráno v 10 hodin se odbedňuje, se stane u cementů s obzvlášť nízkým obsahem slínku určitě výjimkou, obzvlášť při nízkých teplotách. V souladu s tím bude muset stát bednění déle, takže staveniště a postup stavby budou muset být v budoucnu organizovány jinak. Časový rámec pro dosažení klimatického cíle se bude pomalu zužovat. V důsledku tlaku na náklady ze strany certifikátů CO₂ a ostatních hrozících nařízení přichází nyní do branže více pohybu. Tak narůstá nyní v širokých částech s neustálým určováním cen emisních povolenek CO₂ tlak na cementářský průmysl, aby uvedl na trh nové cementy; především v Německu, kde si na začátku podzimu 2021 zvolená nová vláda minimálně na papíře napsala na vlajky přísnější politiku ochrany klimatu a bude také určitě směrodatně určovat rychlost budoucí ho stanovování cen za emise CO₂. Plánovaná opatření průmyslu jsou proto rozmanitá: Nejen nové cementy s nižším obsahem slínku jsou přitom na pořadu dne, nýbrž především alternativy slínku, ne fosilní paliva, lepší recyklace a v neposlední řadě rekarbonatace, tedy opětovný příjem CO₂ ze samotného vytvrzeného, hotového betonu.

Know-how společnosti MC stanovuje nové standardy

Také výzkum v oblasti přísad do betonu musí nyní napřed zvýšit tempo. Společnost MC je přitom připravena dobře, jak již v minulosti dokázal výzkum na stavebních materiálech, které jsou ohleduplné ke klimatu. Z toho vyplývající vývoj celé řady inovativních produktů jako například malty pro výplň kruhových spár bez obsahu cementu nebo ekologicky přijatelného betonu EFC zde hovoří jasnou řečí. Kromě toho pracuje společnost MC v současnosti ve výzkumném projektu SABINE (více k tomu v rubrice „Trvalost“ na straně 12) s výzkumnými zařízeními a dalšími podniky na využití ocelárenských strusek jako pojiv pro geotechnické stavební materiály.

Tak jsou nakonec experti společnosti MC vyzváni k tomu, aby s nově formulovanými přísadami, co možná nejvíce kompenzovali chybějící vlastnosti nových stavebních materiálů. Neboť jedno je jisté již nyní: Nové betony vyžadují výrazně vyšší míru procesů pro mezioperační a dodatečnou úpravu. Kromě toho budou pevnosti pro odbednění dosaženy později, proto v budoucnu urychlovače tvrdnutí jako produkty řady MC-FastKick a rovněž tak vysoce výkonné ztekucovače MC-PowerFlow na bázi nejnovější technologie polymerů společnosti MC zde budou mít možnost ještě mnohem více rozehrát své silné stránky.