CO2 stopa betónu a stratégia jej znižovania

Betón je vo svete najviac používaným stavebným materiálom, ktorý sa vyrába z cementu, kameniva, vody, prísad a prímesí. Hlavnou zložkou z pohľadu objemu je kamenivo, avšak z hľadiska uhlíkovej stopy betónu je hlavnou zložkou cement.

Prečo je potrebné znížiť uhlíkovú stopu betónu, čo ju tvorí, ako sa vypočítava a aké existujú stratégie na jej zníženie?

Prečo je potrebné znížiť uhlíkovú stopu betónu?

Cement ako spojivo tvorí 5 až 20 % objemu v závislosti od požadovanej pevnostnej triedy a vlastností betónu (Obr. 1). Celková globálna spotreba cementu sa odhaduje na úrovni 4 miliárd ton ročne, čo zodpovedá približne 8 % globálnych emisií CO2 [1]. Pri zachovaní súčasných trendov sa predpokladá globálny nárast výroby cementu na viac ako 5 miliárd ton ročne počas nasledujúcich 30 rokov [2]. Na druhej strane, na naplnenie Parížskeho klimatického dohovoru bude potrebné, aby emisie výrazne klesli.

Európske združenie výrobcov cementu CEMBUREAU vypracovalo plán redukcie emisií CO2. Plán je rozdelený na dva kroky. V prvom kroku, ktorý sa viaže na obdobie do roku 2030, sa európski výrobcovia cementu zaviazali k redukcii emisií o 55 %. V druhom kroku majú za cieľ dosiahnutie úplnej uhlíkovej neutrality, ktorá by mala nastať do roku 2050. Ak by sa v celosvetovom meradle dosiahla 70-percentná náhrada slinku (t. j. slinkový súčiniteľ 0,3), mohlo by to predstavovať takmer 1,5 GT emisií CO2 ušetrených v roku 2050 [1]. Keďže je výroba betónu najväčším spotrebiteľom cementu, znižovanie emisií CO2 pri výrobe cementu sa nevyhnutne musí prejaviť aj v technológii výroby betónu.

Čo tvorí uhlíkovú stopu betónu?

Uhlíkovú stopu betónu tvorí súčet príspevkov CO2 emisií jednotlivých zložiek a emisií uvoľnených pri výrobe/spaľovaní energie spotrebovanej na výrobu a dopravu betónu k zákazníkovi. Z hľadiska uhlíkovej stopy betónu je hlavnou zložkou cement, ktorý môže predstavovať až 80 % z celkovej uhlíkovej stopy betónu (Obr. 2). Ďalším významným zdrojom CO2 v betóne je kamenivo. Miešanie, doprava a ukladanie betónu majú menší, nie však zanedbateľný podiel na celkových CO2 emisiách spojených s výrobou betónu.

Ako sa vypočítava uhlíková stopa betónu?

V súčasnosti sa vo svete aplikuje analytická metóda environmentálneho manažmentu s názvom Life Cycle Assessment (LCA), v slovenčine označovaná ako posudzovanie životného cyklu. Posudzovanie životného cyklu je metóda porovnávania environmentálnych vplyvov produktov, výrobkov alebo služieb, s ohľadom na ich životný cyklus (Obr. 3). Hlavnými normami na účely posudzovania LCA sú EN 15978:2012 pre budovy a EN 15804:2012 pre stavebné výrobky. Tieto normy poskytujú návod, ako aplikovať LCA na budovy a definovať hranice systému, ako aj pravidlá kategórie produktov (PCR – Product Category Rules) a iné. Norma EN 15804:2012 definuje PCR pre environmentálne vyhlásenia o produkte (EPD – Environmental Product Declaration). EPD sú platné 5 rokov.

Proces získavania a certifikácie EPD pozostáva z definovania rozsahu, zberu údajov, výpočtu dopadov, sprievodnej správy a verifikácie nezávislým posudzovateľom. Verifikované výsledky sú k dispozícii u výrobcu alebo môžu byť registrované a uverejnené vo verejnej databáze. Pre potreby plánovania, navrhovania, kontinuálneho zlepšovania, resp. hľadania inovatívnych riešení môže byť použité samoposudzovanie ako alternatíva voči certifikovanému EPD. Ide o výpočet environmetálnej záťaže podľa EN 15804:2012 bez overenia treťou stranou, t. j. pred vydaním platného EPD.

Uhlíková stopa betónu sa v súhrne výsledkov uvádza ako GWP (Global Warming Potential). CO2 stopa betónu sa vyjadruje v kilogramoch CO2 pre posudzovanú jednotku objemu, ktorou je spravidla jeden kubický meter betónu. Odporúčaná životnosť betónu pre potrebu výpočtu je 50 rokov. Pri hodnotení výsledkov uhlíkovej stopy je potrebné zohľadniť rozsah výpočtu, t. j. rozsah posudzovaných fáz životného cyklu a aktuálnosť výpočtu vzhľadom na dátum vydania.

Aké existujú stratégie na zníženie uhlíkovej stopy betónu?

Nástroje na znižovanie uhlíkovej stopy:
1. digitalizácia, optimalizácia, automatizácia,
2. cement s nízkou uhlíkovou stopou,
3. doprava (elektrický/vodíkový pohon),
4. energia z obnoviteľných zdrojov,
5. rekarbonatácia.

Spoločnosť Danucem disponuje digitálnymi nástrojmi na výpočet uhlíkovej stopy betónu a taktiež uplatňuje digitalizáciu pri optimalizovaní zložení betónových zmesí. Optimalizáciou zloženia betónovej zmesi je možné dosiahnuť redukciu dávky cementu a zníženie uhlíkovej stopy betónu o 5 – 15 %.
Použitie nízkouhlíkových cementov v betónoch zníži celkovú uhlíkovú stopu betónu.

Popolček, granulovaná troska, kremičitý úlet, puzolány a iné náhrady cementu môžu byť tiež využívané pri výrobe betónu. Spoločnosť Danucem Slovensko a.s. ponúka už dnes svojim zákazníkom betóny z nízkouhlíkových cementov. Použitím nízkouhlíkových cementov je možné dosiahnuť redukciu CO2 betónu o 30 – 70 %.

Predpokladá sa, že v roku 2050 bude všetka doprava zabezpečovaná vozidlami s nulovými emisiami prechodom na elektrinu, vodík alebo kombináciu oboch [3]. Použitím takýchto vozidiel a elektrickej energie z obnoviteľných zdrojov je možné znížiť emisie CO2 z výroby a dopravy betónu (fáza A3 – A4) na nulu alebo takmer na nulu. Na zavedení týchto riešení sa v spoločnosti Danucem Slovensko a.s. už intenzívne pracuje.

Rekarbonatácia je proces spätného viazania CO2 v cementovom kameni. Oxid vápenatý obsiahnutý v cemente/betóne reaguje s oxidom uhličitým a vytvára minerály uhličitanu vápenatého, čím pevne viaže molekuly CO2 v štruktúre betónu. Pomocou rekarbonatácie je možné vyrobiť kamenivo na výrobu betónu, ako aj alternatívne spojivá ako náhradu za časť cementu.

Pridávaním CO2 pri miešaní čerstvého betónu je možné dosiahnuť nárast pevnosti betónu, a tým znížiť potrebnú dávku cementu. Pri ošetrovaní mladého betónu pomocou CO2 je možné skrátenie času ošetrovania a rýchlejšie dosiahnutie požadovaných vlastností zatvrdnutého betónu. Momentálne prebieha výskum a pilotné projekty ohľadom možností viazania CO2 v matrici betónu.

Záver

Ako najperspektívnejšia cesta efektívneho znižovania celkovej uhlíkovej stopy betónu sa javí použitie cementov s nižším obsahom slinku alebo použitie vyššieho podielu prímesí a následná optimalizácia receptúr. Čím menej bude vplývať cement na celkovú uhlíkovú stopu betónu, tým viac sa budú prejavovať vplyvy z výroby, dopravy a ukladania betónu. Preto treba súbežne pristupovať k znižovaniu všetkých negatívnych vplyvov na uhlíkovú stopu betónu.

Technológia viazania CO2 predstavuje ďalšiu zaujímavú možnosť znižovania CO2 stopy betónu a momentálne sa nachádza v experimentálno-overovacej fáze.
Vyššie uvedené možnosti je možné vzájomne kombinovať a tým dosiahnuť maximálny efekt. O CO2 stope betónu a dostupných možnostiach sa informujte u výrobcu.

Zdroje
1 The Royal Institute of International Affairs Chatham House (2018), Making Concrete Change: Innovation in Low-carbon Cement and Concrete
2 International Energy Agency and Cement Sustainability Initiative (2018), Technology Roadmap: Low-Carbon Transition in the Cement Industry, Paris: International Energy Agency
3 The European Cement Association, 2050 Carbon Neutrality Roadmap

autor: Tomáš Kamas
– Vedúci Technicko-Kompetenčného Centra Danucem Slovensko a.s.