A svájci Empa Beton és Aszfalt Laboratóriumának kutatói a CO₂-semleges vagy akár CO₂-negatív beton lehetőségeit vizsgálják a bioszén betonba való beépítésével. A gyakorlati alkalmasság tesztelése érdekében a faszénből előzetesen pelleteket készítenek, amelyekkel kiválthatják a kereskedelemben kapható adalékanyagokat.
Ahhoz, hogy Svájc 2050-re klímasemlegessé váljon, olyan módszerekre és eljárásokra van szükség, amelyek több CO₂-t kötnek meg, mint amennyit kibocsátanak. Ezeknek az úgynevezett negatív kibocsátású technológiáknak (NET) az a célja, hogy ellensúlyozzák a 2050-ben várhatóan fennmaradó kibocsátást, és biztosítsák, hogy a kibocsátási-mérleg végül „nettó nulla” legyen. Jelenleg az építőipar az egyik legnagyobb kibocsátó. A globális üvegházhatásúgáz-kibocsátás mintegy nyolc százalékát a cementgyártás okozza.
A CO₂-kibocsátás csökkentésének egyik módja a szénnek az építőanyagok alapanyagaként való felhasználása és hosszú távon a levegőből való megkötése. Ahhoz, hogy az ilyen elképzelések egy nap valósággá váljanak, széleskörű tudományos alapokra van szükség – mint amilyeneket jelenleg az Empa „Concrete & Asphalt Lab”-ban dolgoznak ki. A Pietro Lura osztályvezető által vezetett kutatócsoport olyan módszert fejleszt, amellyel a bioszén biztonságosan beépíthető a betonba.
A bioszén egy levegő nélkül zajló pirolitikus elszenesedési folyamat eredménye, amely főként tiszta szénből áll – ugyanabból a szénből, amelyet a növények növekedésük során CO₂ formájában a levegőből vettek fel. A növények elégetésekor a CO₂ visszakerül a légkörbe, de a bioszénben tartósan megkötve marad. Manapság már léteznek olyan betontermékek, amelyek bioszén tartalmúak. A szenet azonban gyakran változatlan formába a betonba keverik, ami különböző problémákhoz vezethet. „A bioszén nagyon porózus, ezért nemcsak sok vizet szív magába, hanem a betongyártásban használt drága adalékanyagokat is felveszi. Emellett nehéz kezelni, és nem teljesen ártalmatlan. A szénpor problémás a légutak számára, és bizonyos mértékű robbanásveszélyt rejt magában” – magyarázza Mateusz Wyrzykowski, az Empa kutatója.
Feldolgozás pelletként
A fenti okok miatt a kutatók a Journal of Cleaner Production című folyóiratban nemrég megjelent tanulmányukban a bioszén pelletekké való feldolgozását javasolják. „Ilyen könnyű adalékanyagok már ma is rendelkezésre állnak más anyagokból, például duzzasztott agyagból vagy pernyéből. Az ezen anyagok kezeléséhez szükséges szakértelem az iparban rendelkezésre áll, és ez is növeli az elképzelés gyakorlati megvalósításának esélyét” – mondja Wyrzykowski.
A csapat egy rotációs keverőgépet használt a bioszén, a víz és a cement összekeveréséhez, amelyből forgatással 4 és 32 milliméter közötti átmérőjű kis gömböket formáltak. Ezekből a golyókból C20/25 és C30/37 szilárdsági osztályú normál betont állítottak elő – ezek a leggyakrabban használt szilárdsági osztályok az építőiparban és a mélyépítésben.
„A széngolyók 20 térfogatszázalékos arányával a betonban nettó nulla kibocsátást értünk el” – mondta Mateusz Wyrzykowski. Ez azt jelenti, hogy a tárolt szén mennyisége ellensúlyozza a pellet és a beton előállítása során keletkező összes kibocsátást. Míg a normál beton (sűrűsége 2000 és 2600 kg/m3 között) esetében 20 térfogatszázaléknál valószínűleg még nem érték el a határértéket, a negatív kibocsátási potenciál különösen jól látható a könnyűbeton (sűrűsége kb. 1800 kg/m3) esetében: a szénpelletek 45 térfogatszázalékos aránya a betonban összesen mínusz 290 kg CO₂/m3 negatív kibocsátást eredményez. Összehasonlításképpen, a hagyományos beton hatása plusz 200 kg CO₂/m3.
Szén a légkörből
Pietro Lura osztályvezető számára a laboratóriumában folyó kutatás döntően hozzájárul az éghajlati célok eléréséhez. A jelenlegi kutatások modellanyagául szolgáló bioszénre elsősorban nem úgy tekint, mint a szén legfontosabb forrására. Ehelyett inkább a széleskörű “Bányászat a légkörben” koncepcióra hívja fel a figyelmet, amelyet az Empa több kutatási részlege is követ: a Föld napsütötte régióiban a légkörből származó napenergia, víz és CO2-felhasználásával szintetikus metángáz előállítása, majd a gáz későbbi pirolízise. „Ezáltal hidrogén keletkezik, amelyet az iparban vagy a mobilitásban energiaforrásként lehet felhasználni, valamint szilárd szén, amelyet pelletekké – például bioszénné – dolgozhatunk fel, és betonba építhetünk be” – magyarázza Lura.
Kép: Empa
