Beton i klima: Mračna tajna građevinske industrije
Ako biste izolovali betonsku industriju i napravili od nje državu, ona bi bila treći najveći emiter ugljen-dioksida na svetu.
Moderna arhitektura spada u one teme koje često dele mišljenja u jedan od dva različita tabora – ili je volite ili je mrzite.
Ali, ako ostavimo po strani estetiku stila gradnje, moderna arhitektura u svetu sve više pokazuje i svoju mračniju stranu, a koja zahteva od nas da ponovo razmislimo o načinu na koji gradimo savremene zgrade, odnosno – o našoj prekomernoj upotrebi betona.
Pročitajte još na Gradnja.rs
- Ne mora sve da se betonira: Projektujte efikasnije i smanjite upotrebu materijala
- Šta nam donosi novi Evrokod 2 za projektovanje betonskih konstrukcija
Dostupnost armiranog betona omogućila je arhitektama i građevincima da podignu objekte koji do tada nisu bili izvodljivi.
Moderna, a posebno modernistička arhitektura, je arhitektonski pokret zasnovan na brojnim građevinskim tehnologijama koje se i danas koriste, piše portal Interesting Engineering.
U velikoj meri oslanjajući se na armirani beton, čelični okvir i staklo, stil je imao za cilj da promoviše vizuelni izraz strukture i funkcije, prihvati minimalizam i odbaci stroge ukrase.
Stil je postao istaknut u prvoj polovini 20. veka do otprilike 1980-ih, kada je ustupio mesto postmodernoj arhitekturi. Modernističke zgrade i njihovi postmoderni naslednici uticali su i promenili izgled i atmosferu brojnih gradova i mesta širom sveta.
Dostupnost novih jakih materijala, posebno armiranog betona, omogućila je arhitektama i graditeljima da podignu objekte koji do tada nisu bili izvodljivi. Visoke zgrade i neboderi postali su norma u mnogim poslovnim okruzima, zauvek menjajući obrise gradova širom planete.
Voleli je ili mrzeli, modernistička i postmoderna arhitektura je bila nešto poput revolucije i ona će ostati sa nama još neko vreme.
Međutim, za one koji ne mogu da podnesu strogu, bezličnu i često brutalističku estetiku ovog stila gradnje, on takođe ima Ahilovu petu koja bi, na kraju, mogla da inicira povratak tradicionalnijim oblicima gradnje. Takođe se ispostavlja da je najveća snaga ovog stila (i bukvalno i figurativno) – beton.
Beton je jedan od najčvršćih, najtrajnijih i najotpornijih građevinskih materijala ikada razvijenih.
Prvi put razvijen od strane Rimljana hiljadama godina unazad, beton je danas jedan od najčešće korišćenih građevinskih materijala. I to sa dobrim razlogom.
Isplativ je za izradu i upotrebu, a pokazao se kao jedan od najjačih, najtrajnijih i najotpornijih građevinskih materijala ikada razvijenih. Preživele strukture iz starog Rima, poput Panteona, Koloseuma i brojnih grobnica svedoče o njegovoj potencijalnoj dugovečnosti.
Takođe, beton ima vrhunska svojstva izolacije vibracija i zvuka, ima relativno niske troškove održavanja, a njegovih sirovina ima na pretek.
Do danas se svake godine koristi negde između 10 i 20 milijardi tona betona, a u narednih 40-ak godina pojedini stručnjaci predviđaju da će se površina zgrada na svetu udvostručiti. Ako je to tačno, to bi značilo da će potražnja za betonom samo nastaviti da raste.
Da li je beton loš za životnu sredinu?
Sa određene tačke gledišta, beton bi mogao biti samo jedan od materijala koji najviše zagađuju. A zapravo, sve se svodi na emisiju ugljen-dioksida.
Prema nekim procenama, ako biste izolovali betonsku industriju i napravili od nje državu, ona bi bila treći najveći emiter CO2 na svetu. Samo u 2015. čitava industrija je emitovala negde oko 2,8 milijardi tona ugljen-dioksida, što je ekvivalentno oko 8% ukupnih emisija.
Sa Kinom koja doprinosi oko 28% (2019.) i Sjedinjenim Državama sa oko 14% (2019), beton ima priličan udeo u „krivici“ za antropogene emisije ugljen-dioksida.
Potražnja za jeftinim, brzo izgrađenim zgradama, samo će dovesti do toga da se svake godine izlije još više betona.
Štaviše, upotreba betona će nastaviti da raste u narednih nekoliko decenija i dalje. Potražnja za jeftinim, brzo izgrađenim zgradama i infrastrukturom, posebno u brzorastućim zemljama poput Kine i Indije, samo će dovesti do toga da se svake godine izlije još više betona.
Važno je napomenuti da je glavni problem sa betonom zapravo cement, odnosno njegova proizvodnja. Cementne peći obično se sastoje od zagrejanog rotacionog cilindra koji zagreva glinu i krečnjak na oko 1.400 stepeni Celzijusa. To zahteva velike količine energije i proces oslobađa velike količine ugljen-dioksida kao nusproizvoda.
Otprilike 40% emisija CO2 iz proizvodnje cementa jesu rezultat načina na koji se peć zapravo zagreva. Ovo se obično postiže korišćenjem fosilnih goriva kako bi se temperature dovoljno podigle da proces funkcioniše.
Preostale emisije iz procesa potiču od potrošnje goriva, prvo za iskopavanje sirovina, a zatim i za njihovo transportovanje.
CO2 je samo deo priče
Beton koristi skoro svaka država na planeti, ali neke su veći potrošači od drugih. Daleko najveći proizvođač (i potrošač) cementa je Kina, sledi je Indija, a zatim i EU u celini.
Glavni pokretač porasta proizvodnje i upotrebe cementa u Kini je brza urbanizacija zemlje tokom poslednjih nekoliko decenija, sa sve više ljudi koji danas žive u betonskim zgradama.
U Indiji, potrošnja cementa će se dramatično povećati jer ubrzava proces urbanizacije. Što se tiče EU i SAD, starije peći su i dalje loši zagađivači, ali je uloženo značajno u alternativna goriva za pogon cementnih peći.
Ali, CO2 je samo deo priče, jer kada govorimo o proizvodnji cementa, neizostavna je i emisija teških metala.
Sam cement takođe može zadržati neke nečistoće teških metala koje se ne mogu potpuno ukloniti tokom procesa kalcinacije.
U zavisnosti od porekla i sastava sirovina koje se koriste za proizvodnju cementa, visokotemperaturni tretman u pećima može osloboditi isparljive teške metale kao što su talijum, kadmijum i živa, da spomenemo samo neke. Nekontrolisano oslobađanje ovih toksičnih supstanci u životnu sredinu može biti neverovatno destruktivno.
Međutim, važno je napomenuti da zemlje kao što su SAD, Velika Britanija i zemlje EU imaju veoma stroge ekološke propise da to striktno kontrolišu.
Sam cement takođe može zadržati neke nečistoće teških metala koje se ne mogu potpuno ukloniti tokom procesa kalcinacije. Iako su oni obično dobro vezani unutar cementnog materijala i betona, postoji mogućnost da takvi materijali vremenom iscure iz cementa.
Mnoge svetske plaže i rečni tokovi su uništeni iskopavanjem peska, a ove poslove danas često vode nasilne kriminalne bande.
Pored toga, u proizvodnji betona se koristi velika količina vode. Smatra se da beton usisava skoro desetinu svetske industrijske upotrebe vode. A u nekim regionima, kao što je Delhi u Indiji, prašina sa vetrovitih skladišta i mešalica doprinosi velikoj količini krupnih čestica koje čine deo zagađenja vazduha.
Čak i nabavka peska koji se koristi u mešavini može biti ekološki katastrofalna – mnoge svetske plaže i rečni tokovi su uništeni iskopavanjem peska, a ove poslove danas često vode nasilne kriminalne bande.
Uzimajući sve ovo u obzir, situacija ne izgleda dobro po cement. Međutim, nije sve izgubljeno. Nešto se može učiniti i jeste da se ograniči uticaj proizvodnje cementa na životnu sredinu.
Da li da se vratimo tradicionalnijim oblicima gradnje?
Za sada slučaj sa betonom, sa stanovišta uticaja na životnu sredinu, ne izgleda previše ružičasto. Ali kako stojimo s drugim građevinskim materijalima?
Šta je sa opekom, na primer? Opeka se uglavnom pravi od gline (tačnije, od mlevene gline i vode) koja je ili sušena ili pečena, u zavisnosti od vrste. Tradicionalno, cigle su pravljene ručno pomoću kalupa, ali modernije fabrike sada automatizuju proces pomoću mašina.
Glina, poput krečnjaka za beton/cement, veoma je rasprostranjena supstanca na Zemlji, ali vrste koje se koriste u cigli imaju neke vrlo specifične kvalitete. Izvorna glina mora biti „plastična“ tako da se lako može oblikovati (kada se pomeša sa vodom) i mora biti u stanju da zadrži svoj oblik kada se osuši i/ili peče.
Ekstrakcija gline obično ima ograničen uticaj na životnu sredinu i njena proizvodnja se često odvija prilično blizu izvora.
Ceo proces pravljenja cigle troši dosta energije iz rudarstva, transporta, obrade i, naravno, pečenja. Tipično, opeke prolaze kroz niz procesa tokom „pečenja“, što uključuje uklanjanje vode, oksidaciju, vitrifikaciju i dr. Za sve ovo je potrebna toplota i još dosta toga.
U zavisnosti od gline koja se koristi, ovaj proces zahteva toplotu između 204 i 1.315 stepeni Celzijusa.
Međutim, tu postoji i jedna kvaka. Ciglama je potreban malter da ih poveže kada gradite nešto. To, kao i beton, obično zahteva cement (i dodatno klinker). Međutim, srazmerno, cigle zahtevaju mnogo manje cementa nego što viđamo u prvenstveno betonskoj konstrukciji.
Jedan od najboljih aspekata upotrebe cigle jeste činjenica da je ona neverovatno izdržljiv građevinski materijal. Jednom proizvedene, ne zahtevaju mnogo održavanja. U stvari, neke od najstarijih cigli koje još postoje danas stare su preko 3.500 godina i još uvek su jake.
Još jedan koristan aspekt opeke jeste to da se ona u potpunosti može reciklirati. Ako se zgrade pažljivo ruše, cigle se mogu ponovo koristiti u drugim zgradama (nakon malog čišćenja). To je nešto što se realno ne može reći za beton – to jest, možete ga samo smrviti i koristiti kao agregat.
Drvene zgrade mogu biti, barem teoretski, neutralne od ugljenika i naširoko se smatraju jednom od ekološki najprihvatljivijih građevinskih tehnika.
Do sada, bravo za cigle! Ali šta je sa drugim vrstama konstrukcija, kao što su drvo ili kamen?
Kamen i drvo (osim cigle) neki su od najstarijih građevinskih materijala poznatih našoj vrsti. Dok su zgrade sa drvenim okvirom doživele nešto poput oživljavanja u poslednjih nekoliko decenija, upotreba kamena je, manje-više, ustupila mesto betonu.
Drvene zgrade mogu biti, barem teoretski, neutralne od ugljenika i naširoko se smatraju jednom od ekološki najprihvatljivijih građevinskih tehnika. Kako drveće sazreva, ono apsorbuje sve manje C02 iz vazduha.
Dakle, ako se zrela stabla potom seku za upotrebu u zgradama, a nova mlada stabla posade na njihovo mesto, emisije CO2 iz njihovog korišćenja su ograničene. Drvo takođe ima neka zanimljiva fizička svojstva koja ga čine termički efikasnim.
Zgrade od drveta su manje otporne na vatru od zidanih ili betonskih objekata i zahtevaju mnogo više održavanja tokom svog veka trajanja.
Drvene zgrade su takođe relativno jeftine i brzo se sklapaju. Drvo je pritom mnogo lakše od betona ili cigle, što znači i da košta manje kada su u pitanju transport i sam rad sa njim. Osim toga, glavne komponente zgrada sa drvenim okvirom su netoksične i ne razlažu se u potencijalno opasne materijale tokom vremena.
Za razliku od drugih građevinskih materijala, drvo koje dođe do kraja svog životnog veka je, očigledno, biorazgradivo. U stvari, drvo se, prema nekim studijama, smatra ekološki najprihvatljivijim građevinskim materijalom od svih.
Međutim, zgrade načinjene od njega su manje otporne na vatru od zidanih ili betonskih objekata i zahtevaju mnogo više održavanja tokom svog veka trajanja.
Od cigle ili drvene konstrukcije jednostavno ne biste mogli da izgradite nebodere veličine i obima koje danas viđamo po svetu.
Danas se upotreba kamena kao građevinskog materijala obično viđa u restauriranim dekorativnim elementima ili fasadama, ali je činjenica da su kamene zgrade su neverovatno izdržljive (pa ipak su od kamena) i generalno otporne na vetar, vatru i vodu.
Sa stanovišta energetske efikasnosti, kamen je odličan materijal, jer ima veoma visoku toplotnu masu. To znači da deluje kao odličan izolator u umerenim klimatskim uslovima.
Ako se vadi lokalno, kamen uglavnom zahteva malo putovanja i obrade i generalno je potpuno bezopasan (iako to zavisi od izbora). Poput drveta i opeke, i kamen se može iznova upotrebljavati do kraja svog životnog veka.
Jedno veliko ALI
Dakle, kakva je presuda? Kao što smo videli, druge građevinske tehnike su daleko ekološki prihvatljivije od betona.
Ali beton ima neke inherentne prednosti sa kojima se ovi tradicionalniji oblici konstrukcije jednostavno ne mogu takmičiti. Na kraju krajeva, zbog toga je beton postao tako sveprisutan.
Glavni razlog zašto je beton postao tako popularan građevinski materijal jesu njegova čvrstoća i svestranost. Od cigle ili drvene konstrukcije jednostavno ne biste mogli da izgradite nebodere veličine i obima koje danas viđamo po svetu.
Kao referenca, najviša struktura od cigle na svetu je Anaconda Smelter Stack, industrijski dimnjak koji je izgradila kompanija Anaconda Copper Mining Compani u blizini Anakonde, Montana, SAD. Ova zgrada visoka je 169,2 metra, dok najviša betonska konstrukcija na svetu, čuvena Burdž Kalifa, ima ukupnu visinu od 829,6 metara.
Postoje i druge prednosti betona u odnosu na ostale oblike konstrukcije, ali mislimo da sad već shvatate poentu. Pošto je malo verovatno da će beton nestati u bliskoj budućnosti, možemo se zapitati – da li se može nešto učiniti da se on „očisti“?
Postoji li način da se smanji uticaj betona na životnu sredinu?
Kako se ispostavilo – postoji.
U stvari, prema nekim studijama, ukupne emisije iz proizvodnje betona/cementa značajno su pale u poslednjih nekoliko decenija.
Međutim, ovo je nadoknađeno ogromnim rastom upotrebe betona u istom periodu — skoro tri puta više nego 1990. godine.
Kada su poboljšanja u pitanju, kao prvo se nameće razvoj boljih, efikasnijih peći. Zahtevajući manje energije za postizanje potrebnih temperatura za proces proizvodnje cementa, oslobađa se manje emisija.
Tu je zatim i sve veća upotreba alternativnih goriva, za koje su biomasa ili biootpad uobičajeni primeri. Iako pružaju ohrabrenje, važno je napomenuti da alternativna goriva mogu sama po sebi imati značajan uticaj na životnu sredinu.
Treće, postojao je napor da se smanji količina portlandskog klinkera potrebnog za proizvodnju cementa. Nešto što se zove „high-blend“ cement može smanjiti štetne emisije čak četiri puta. Klinker se takođe može delimično ili potpuno zameniti drugim sličnim materijalima kao što su otpadni proizvodi iz postrojenja za proizvodnju čelika.
Šljaka iz visokih peći (nusproizvod proizvodnje gvožđa i čelika) i pepeo u prahu (nusproizvod elektrana na ugalj) decenijama se koriste kao nepotpune zamene za običan portland cement, zajedno sa građevinskim otpadom i otpadom od rušenja kao zamenom za kamene agregate. Svi oni imaju niži nivo ugljenika od portland cementa.
Srodni link:
Većina istraživanja je eksperimentalna, ali ako se zamene pokažu kao efikasne i jeftinije, lako će ući u praksu.
Još jedan zanimljiv način razvoja je oblast takozvanih „inovativnih tehnologija“ koje efikasno koriste sisteme za hvatanje i skladištenje ugljenika. Iako još uvek nije široko prihvaćena u industriji cementa, ako uopšte i jeste, neki su predvideli da bi mogla postati prilično uobičajena do negde oko 2030. godine. Međutim, ova tehnologija je još uvek u povoju i dalje je previše skupa da bi se učinila održivom za komercijalnu primenu.
Sve ovo zvuči veoma interesantno, ali postoje i drugi, ambiciozniji predlozi za smanjenje uticaja proizvodnje cementa na životnu sredinu. Jedan primer je potpuna zamena potrebe za portland cementom.
Većina istraživanja u ovoj oblasti je u velikoj meri eksperimentalna, ali ako se zamene pokažu kao efikasne, ali i jeftine kao portland cement, malo je razloga da im ne mogu parirati. Na primer, cement na bazi geopolimera je u razvoju još od 1970-ih.
Ovi proizvodi potpuno uklanjaju kalcijum karbonat kao glavni sastojak i mogu se stvrdnuti na sobnoj temperaturi. Njihova jedina emisija je voda. Prema tvrdnjama nekih kompanija koje rade u ovoj oblasti, kao što je Zeobond & banahUK, takvi proizvodi mogu da smanje emisije za čak 80 do 90 odsto.
Ugljenični negativan beton
Druge kompanije takođe rade na nečemu što se zove „ugljenično-stvrdnuti“ cement, koristeći reciklirane agregate i karbonizaciju kako bi se trajno izdvojio CO2. Ovi materijali su zapravo u stanju da apsorbuju ugljen-dioksid, a ne vodu, dok se stvrdnjavaju.
Ako se takvi materijali mogu poboljšati tako da apsorbuju više ugljen-dioksida nego što ga oslobađaju tokom proizvodnje, to bi mogao biti veoma interesantan razvoj situacije kad je u pitanju smanjenje uticaja betona na životnu sredinu.
Pojedine kompanije, kao što su Solidia sa sedištem u SAD i Novacem iz Velike Britanije, dale su značajne primere na tom polju. Ovi potonji, inače istureno odeljenje Imperijal koledža u Londonu, tvrde da je njihov cement na bazi magnezijuma „ugljenički negativan“ i da bi teoretski mogao da deluje kao odvod u sudoperi za ugljenik – nešto što menja pravila igre ako se ikada ostvari u velikim razmerama.
Većina alternativa prilagođava se specifičnim namenama, a ne kao zamena za široko rasprostranjeni cement koji odgovara svima.
Još jedan zanimljiv projekat dolazi iz kompanije Biomason iz Severne Karoline. Oni koriste bakterije za uzgoj biocementa koji može da zameni deo cementa koji se koristi u zgradi. Kompanija tvrdi da je njen proizvod jak koliko i onaj korišćen u tradicionalnoj gradnji i, što je još važnije, istovremeno deluje kao oblik sekvestracije ugljenika.
Sve to zvuči veoma zanimljivo, ali postoji jedan veliki problem sa većinom ovih inovacija — one uglavnom nisu testirane, posebno ne u velikim razmerama. Portland cement je u upotrebi vekovima i nove alternative do sada nisu bile u stanju da se takmiče sa njegovom razumljivom tržišnom pozicijom.
Jedan od glavnih razloga za ovo svodi se na veoma važno razmatranje u bilo kom građevinskom ili građevinskom projektu — bezbednost. Većina alternativa ima tendenciju da bude prilagođena za specifične namene, a ne kao zamena za široko rasprostranjeni portland cement koji odgovara svima.
Još jedna prepreka za nove tehnologije jeste da su kvalitet i tehnički propisi koji se odnose na beton i cement standardizovani. Svaki preokret u srodnim industrijama koji bi došao sa upotrebom alternativa portlandu zahtevao bi nove standarde za implementaciju i odobrenja. A to nije brz proces.
Šta god da je slučaj, malo je verovatno da će beton i cement, kao građevinski materijali, uskoro otići u istoriju.
U nedostatku održive zamene za cement, da li se nešto drugo može učiniti? Možemo li nekako smanjiti naše oslanjanje na cement i beton?
Kako se ispostavilo, mogli bismo, barem u teoriji.
Na primer, urbani dizajn se može ponovo zamisliti tako da se manje oslanja na beton. Gradovi se takođe mogu dizajnirati tako da se više oslanjaju na pešačenje nego na automobile. I jedno i drugo bi, u teoriji, moglo da smanji upotrebu betona za oko trećinu.
Druga opcija je pronalaženje načina za efikasnu ponovnu upotrebu betona. Na primer, betonski otpad iz porušenih zgrada mogao bi da se drobi i ponovo koristi u novim projektima koji zahtevaju intenzivnu upotrebu betona, kao što su radovi na putevima.
Međutim, to će obično zahtevati dodavanje novog klinkera kako bi se osigurao strukturalni integritet betona. Naravno, ova vrsta primene bi mogla biti moguća upotreba za alternativu cementa ili klinkera.
Šta god da je slučaj, malo je verovatno da će beton i cement, kao građevinski materijali, uskoro otići u istoriju. Iako je urađen značajan posao na smanjenju emisija ugljenika iz relevantnih industrija, jasno je da se verovatno može uraditi mnogo više.
