Klimaticky neutrální beton

Ve filmu Báječná léta pod psa je scéna, kdy přijedou ruské tanky a Kvido s dědečkem vylepují inzeráty o pohřešovaných andulkách. Tak si teď člověk připadá, řeší-li něco jiného než válku na Ukrajině. Navzdory tomu nic jiného nezbývá. Z 24. února 2022 se nejspíš stane evropské 11. září 2001, ale ani po tomto datu ostatní problémy nemizí. Jen se o nich přestává mluvit, protože oproti bombardování porodnice nevypadají stejně děsivě. O to naléhavěji se připomenou v budoucnu.

„V dějinách lidstva se čas od času projevují takzvané kompozitní krize, které jsou jako tlusté lodní lano spletené z více – někdy skutečně, jindy jen zdánlivě – samostatných pramínků. Žili jsme covidem, teď žijeme konfliktem na Ukrajině, zanedlouho možná budeme žít inflací či potravinovou bezpečností; ale důležité je, že jednotlivé prameny, ze kterých jsou utkané krize či transformace společnosti, zůstávají téměř neměnné, ať už se o nich zrovna mluví, nebo ne,“ upozorňuje geolog Václav Cílek.

Několik takových, již letitých pramenů představuje boj proti klimatickým změnám – a zdá se, že jich je víc, než se původně předpokládalo. V uhlíkově neutrální Evropě se má totiž od poloviny století nejen bezemisně svítit, topit a jezdit, ale i stavět. Je však reálné, že se podaří dekarbonizovat i beton, klíčový stavební materiál, který nás doprovází dlouhá staletí a lze ho považovat za jeden ze základů moderní civilizace? „Dá se čekat, že ekologická ‚bitva o beton‘ nás teprve čeká a jen tak se nepřežene,“ dodává Cílek.

Vzhůru k dekarbonizaci

Možná to překvapí, ale k této bitvě už existuje konkrétní plán, a nikoli náhodou se zaměřuje především na dekarbonizaci emisně nejnáročnějšího cementu. Ve studii 2050 Carbon Neutrality Roadmap (Cestovní mapa pro uhlíkovou neutralitu v roce 2050) Evropská asociace výrobců cementu (Cembureau) uvádí, kolik procent emisí se musí ušetřit v každé části výrobního řetězce. Nejvyšší podíl (42 procent) připadá na zachytávání a ukládání oxidu uhličitého právě při výrobě cementu.

Do poloviny století budou muset cementárny investovat stovky milionů eur do technologie Carbon Capture and Storage (CCS, zachycování a ukládání uhlíku). A to jich je v Evropě více než dvě stě. V nadcházejících letech lze tedy v tomto oboru očekávat investice minimálně v řádu několika set miliard eur.

„Rok 2050 zní možná abstraktně, ale ve skutečnosti není tak daleko – 28 let je méně než od rozpadu Československa do současnosti. Jakkoliv to však zní ambiciózně, musí se to udělat. Pokračování v modelu ‚business-as-usual‘ znamená další miliony tun oxidu uhličitého do atmosféry. Což přiživuje klimatickou krizi se všemi katastrofickými následky – extrémními povodněmi i potravinovou či migrační krizí,“ říká Michał Wendołowski z mezinárodní ekologické organizace Bellona.

Další emisní úspory vidí studie především v různých formách náhrady či šetrnější produkce takzvaného slínku a třeba také v míchání a přepravě betonu či způsobu jeho finálního využití na stavbě (graf Cesta ke klimaticky neutrálnímu betonu). Mimochodem greendealoví fajn­šmekři ocení obligatorní marketingové součásti betonové „cestovní mapy“: soubor opatření má přehlednou strukturu „pěti C“ dle počátečních písmen hlavních kategorií a počítá i s technologiemi, které dosud nejsou zcela v komerčním provozu…

Otázka zní, co je to slínek. A cementář odpovídá, že požehnání a zároveň prokletí cementového byznysu – na jedné straně klíčová ingredience, která plní roli pojiva, na druhé energeticky a uhlíkově nejnákladnější prvek, který do procesu vnáší neodstranitelné emise oxidu uhličitého, s nimiž se dá udělat jediné – zachytit a uložit pod zem.

„Při vypalování vápencové surovinové směsi a přeměně na slínek vznikají dva druhy emisí oxidu uhličitého, palivové z použitého paliva na výpal a procesní z chemického rozkladu vápence. Zatímco palivové emise lze snižovat náhradou fosilních paliv za odpady s podílem biomasy, procesní emise lze měnit pouze v jednotkách procent,“ vysvětluje Jan Gemrich, výzkumný tajemník Svazu výrobců cementu ČR.

„Dobrou zprávou je, že víme, co je potřeba udělat pro dekarbonizaci těžkého průmyslu. Kromě adekvátního legislativního rámce, který dostatečně nákladově zatíží uhlíkové emise, aby se vyplatilo investovat do nízkoemisní výroby, potřebujeme politiku, regulaci a financování, které odmění průkopníky tím, že jim sníží počáteční náklady na inovace,“ vysvětluje Wendołowski.

A dodává: „Průmyslové společnosti, které začlení CCS, dokážou, že dekarbonizace průmyslu je možná. Což změní diskusi o průmyslu a nastaví nové standardy. Pomůže to upravit regulaci tak, aby napomohla zavádění CCS ve větším měřítku. Přechod od pilotní ke komerční fázi dále poskytne následovníkům více znalostí, které jim umožní snížit náklady. V neposlední řadě CCS také vytvoří nové trhy a příležitosti v oblasti výzkumu, technologií, stavebnictví a logistiky. Je proto velmi důležité, aby ti, kdo stojí na začátku, byli odměněni a měli přístup k veřejnému financování svých projektů.“

Dlouhá cesta

Technologie CCS zažívá globální boom. Podle nejnovější zprávy mezinárodního think-tanku Global CCS Institute se v roce 2021 celkový počet projektů zdvojnásobil a roční kapacita zachyceného a uloženého oxidu uhličitého u všech sledovaných projektů vzrostla o třetinu. O tom, že dekarbonizace dvou set cementáren v Evropě nemusí být až takové sci-fi, svědčí, že se zde tato technologie začíná prosazovat i při výrobě cementu.

„Technologii CCS využije společnost HeidelbergCement k dekarbonizaci závodu Norcem v norském Breviku. Jako úložiště poslouží norský projekt Longship, který bude disponovat kapacitou jak pro domácí, tak pro evropské zdroje,“ prozrazuje Ruth Gebremedhinová z Global CCS Institute.

Její kolega Bruno Gerrits doplňuje další lokality: „Ve francouzském Dunkerque připravuje společnost Eqiom CCS projekt financovaný Inovačním fondem EU. Pravděpodobně bude zaměřen na zachytávání oxidu uhličitého v provozu a na jeho přepravu do úložiště v Severním moři. Dalším příkladem je projekt Leilac2 v německém Hannoveru. Tam se ale zatím nerozhodli, jak naložit se zachyceným oxidem uhličitým.“

„Výroba cementu je zodpovědná až za osm procent globálních emisí skleníkových plynů, a významně tedy přispívá ke klimatickým změnám. Jen si představte ten pozitivní dopad, kdyby se podařilo všechny cementárny vybavit technologií zachytávání oxidu uhličitého a zajistit jim přístup do infrastruktury pro jeho přepravu a ukládání,“ říká Wendołowski.

Pokud jde o komerční využití CCS, v Česku to zatím nejdál dotáhla energetická společnost MND. Nedávno oznámila, že na jižní Moravě zkoumá možnost ukládání oxidu uhličitého do takzvaných slaných akviferů, horninového souvrství, které v hloubkách více než osm set metrů pod zemí sytí původní mořská voda z období prvohor až třetihor. Již první geologické modely a simulace vtláčení plynu v několika vytipovaných lokalitách slibují možné budoucí průmyslové využití.

Slané akvifery jsou nejrozšířenějším geologickým prostředím pro ukládání oxidu uhličitého. Využívá je i americká lokalita Shute Creek, která má nejvyšší roční kapacitu na světě (sedm milionů tun), či norská lokalita Sleipner, první velké komerční zařízení CCS v historii. Kromě slaných akviferů zkoumá společnost MND i vytěžená ložiska. V rámci česko-norského experimentálního projektu SPICER připravuje ve spolupráci s Českou geologickou službou pilotní úložiště oxidu uhličitého po vytěžení ložiska u Žarošic na Hodonínsku.

Tyto snahy sice vypadají sympaticky, ale cesta ke komerčnímu provozu bude ještě dlouhá. A čeští betonáři se k tématu vyjadřují spíše skepticky: „Úvahy o snižování emisí oxidu uhličitého se zatím ubírají dvěma směry – přechod k výrobě směsných cementů a zachytávání oxidu uhličitého při výrobě cementu a jeho následné ukládání. To první ale omezuje emise jen málo a navíc zásadně snižuje kvalitu cementu, to druhé je zase velmi drahé a časově náročné,“ říká Jakub Šimáček, šéf TBG Metrostav.

A vysvětluje, že jeho firma se v rámci dekarbonizace zaměřuje zejména na snížení spotřeby energií a náročnosti dopravy betonu či surovin pro jeho výrobu. „Zde se snažíme využívat zejména alternativní ekologické způsoby přepravy, v našem případě hlavně říční lodě. Jedna loď uveze tolik co 40 náklaďáků. Při dopravě po řece tak šetříme nejen pražské a středočeské silnice od těžké nákladní dopravy, ale také výrazně snižujeme emise oxidu uhličitého.“

Málo se o tom ví, ale cementářství a betonářství patří k nejvíc inovativním oborům. Při výrobě se experimentuje s různými náhražkami cementu – elektrá­­renskými popílky či jemným sopečným popelem. Zcela bez základní složky – cementu – se však beton ještě dlouho ne­obejde, byť lze uvažovat o snižování jeho podílu.

„Zatím se snižuje absolutní množství cementu v betonu, ale možnou cestou by mohla být také výroba mimořádně kvalitního cementu vedoucí k vzniku mimořádně kvalitního a pevného betonu, kterého bude pro stejné konstrukce potřeba objemově méně. Typickým příkladem jsou ultravysokopevnostní betony UHPC,“ doplňuje Šimáček.

Více než dva tisíce let

Je-li někdo alergický na větu začínající „již staří Římané“, bude ji muset strpět. První historicky doložená betonová konstrukce se totiž nachází na starořímském Pantheonu – slavná kopule, která víc než tisíc let od svého vzniku držela rekord té největší na světě a dodnes je největší samonosnou kopulí z nevyztuženého betonu. Stručně řečeno, beton slouží, snad s několika pauzami v „temných dobách“ historie, už víc než dva tisíce let.

V uplynulých desetiletích jeho spotřeba dramaticky rostla. Aktuálně zejména díky Číně, která se podle nejnovějšího vydání Global Cement Report podílí na světové spotřebě neuvěřitelnými 56 procenty a za krátké období let 2018 až 2019 spolykala více cementu než USA za celé 20. století.

Je ironií klimatického osudu, že beton je klíčový pro výstavbu zařízení a infrastruktury v oblasti obnovitelných zdrojů energie a udržitelného rozvoje. Nezapomínejme však, že žijeme v době převratných změn a revolucí v oblastech, nad nimiž bychom ještě nedávno mávli rukou s tím, že se s nimi v dohledné době nic zásadního udělat nedá.

„U krizí platí jedna základní poučka – je škoda nevyužít pořádné krize. Takže pokud se díky novým technologiím podaří snižovat emise vznikající hlavně při vypalování slínku, pak může betonu a jeho recyklátům patřit ještě větší podíl na budoucnosti, než je tomu dnes,“ předpovídá Václav Cílek.