Emisyjność betonu - komentarz ekspercki dr inż. Katarzyny Synowiec, głównego specjalisty ds. projektów badawczo-rozwojowych w Centrum Technologicznym Betotech Sp. z o.o.

Emisyjność betonu

Beton, tak powszechnie stosowany w zurbanizowanym świecie, nie pozostaje dla jakości i funkcjonalności tego świata obojętny. Jest materiałem masowym, lokalnie dostępnym, o szerokim spektrum aplikacyjności w rozwiązaniach konstrukcyjnych, a przy tym stosunkowo łatwym w zabudowie i relatywnie tanim. To wszystko sprawia, że beton plasuje się na drugiej pozycji w rankingu najpowszechniej stosowanych przez człowieka materiałów, ustępując miejsca tylko wodzie. Według Global Cement and Concrete Association w 2020 r. światowa produkcja betonu osiągnęła poziom 14 mld m³. Wprawdzie w porównaniu do innych materiałów budowlanych, w ujęciu jednostkowym, beton można uznać za materiał niskoemisyjny (rys. 1). Jednak obliczenie całkowitej emisyjności, uwzgledniającej ilość produkowanego rokrocznie betonu, zmienia perspektywę.

Rys.1. Emisyjność materiałów budowlanych

Kluczowym składnikiem, determinującym poziom emisyjności betonu jako produktu, jest cement. Proces produkcji cementu jest wysoce emisyjny i energochłonny, głownie z uwagi na charakter i przebieg reakcji syntezowania klinkieru portlandzkiego. Profil emisyjny produkcji cementu jest jednak nietypowy, ponieważ główna część emisji wynika nie z zapotrzebowania energetycznego (spalania paliw), ale z samych surowców, jako efekt termicznego rozkładu węglanu wapnia (CaCO₃ ^temp.> CaO + CO₂^↑). International Energy Agency podaje, że wskaźnik emisyjności obliczony jako średnia emisja CO₂ przypadająca na tonę cementu wyniósł w 2020r. 580kg.

Statystycznie, w ujęciu globalnym przemysł cementowy odpowiada za 5-8% emisji wynikającej z działalności człowieka.

Wysoki, stale wzrastający, z uwagi na pożądany rozwój gospodarek światowych, poziom antropogenicznej emisji jest czynnikiem generującym ekstremalne zjawiska i katastrofalne dla klimatu (temperatura globu, poziom wód, susze, itp.), bioróżnorodności i jakości środowiska (zanieczyszczenia) skutki. Konieczne jest zatem podjęcie natychmiastowych działań, mających na celu zatrzymanie tych zjawisk. Pomóc, tzn. wyznaczyć trendy i kierunki działań mają opracowane i ratyfikowane przez państwa członkowskie ONZ cele zrównoważonego rozwoju, jako plan działania na rzecz przemian i przeobrażeń świata, zawarte w dokumencie “Przekształcania naszego świata: Agenda na Rzecz Zrównoważonego Rozwoju – 2030”. Przez pryzmat betonu, szczególnie istotne wydają się dwa cele, tj. Cel 12: Zapewnić wzorce zrównoważonej konsumpcji i produkcji oraz Cel 13: Podjąć pilne działania w celu przeciwdziałania zmianom klimatu i ich skutkom. W zadania wskazane w tych celach wpisują się założenia dokumentów opracowanych przez Cembureau, które opisują rolę przemysłu cementowego i betonowego w gospodarce niskoemisyjnej (The role of CEMENT in the 2050 LOW CARBON ECONOMY) oraz wskazują drogę do neutralności klimatycznej (Building Carbon Neutrality in Europe).

Rodzi się więc pytanie, będące jednocześnie wyzwaniem dla zurbanizowanego świata, jak nadal używać betonu, gdy kluczowy składnik jest znaczącym źródłem emisji gazów cieplarnianych.

Beton jako produkt zrównoważony

Kluczowe, w myśl przywołanych dokumentów, jest zrównoważone podejście. Beton jako produkt zrównoważony czyli taki, który jest wykonany z odpowiedzialnych materiałów, wyprodukowany w sposób etyczny, charakteryzuje go efektywny cykl życia, zapewniający możliwość usunięcia go przy minimalnym wpływie na środowisko. Zrównoważoność produktu wymaga systematycznego podejścia i współpracy podmiotów uczestniczących w całym łańcuchu dostaw, począwszy od producentów, a skończywszy na konsumentach. We wspólnym interesie leży znalezienie nowych rozwiązań, które umożliwiają zrównoważoną produkcję i konsumpcję. Kluczowe na każdym etapie cyklu życia produktu jest lepsze zrozumienie wpływu na środowisko i społeczeństwo.

Analiza emisyjności betonu w cyklu życia (rys. 2), wskazuje dwie fazy, których udział w całkowitej emisyjności produktu jest kluczowy, są to faza produktu i faza użytkowania. W okresie użytkowania produktu, wszyscy jako konsumenci musimy budować swoja świadomość i aktywność, tak aby minimalizować oddziaływanie na środowisko. Etap ten jest jednak poza strefą wpływu i możliwością oddziaływania producenta betonu. Jego rola jest kluczowa w pierwszej fazie – cradle to gate, czyli fazie produkcji, od pozyskania surowców do dostarczenia gotowego produktu.

Rys.2. Fazy cyklu życia betonu z uwzględnieniem emisyjności

Ograniczenie emisyjności betonu

Ograniczenie emisyjności betonu w koncepcji opracowanej przez Cembureau zakłada współpracę w łańcuchu wartości klinkier-cement-beton-budownictwo-karbonatyzacja, opartą na solidarnym zaangażowaniu wszystkich uczestników procesu. Koncepcja „5C” (ang. clinker-cement-concrete-construction-carbonation) dla każdego elementu określa możliwości i obszary redukcji emisji (rys. 3), wskazując przy tym technologie konieczne do tej redukcji i pożądane mechanizmy polityczne. Zakłada również stopniową realizację celu zeroemisyjności w 2050 r. jako punkt bazowy przyjmując poziom emisji w 1990 r. Należy przy tym zaznaczyć, że począwszy od 1990 r. wiele inicjatyw zostało podjętych, a wiele kluczowych działań w obszarze produkcji klinkieru i cementu już zrealizowanych.

Przemysł cementowy zainwestował znaczące środki w modernizację linii produkcyjnych, przez co istotnie obniżył poziom emisji gazowej i pyłowej oraz zapotrzebowanie energetyczne. Niemniej dalsze działania są konieczne, w tym szczególnie ważną rolę, obok sukcesywnego zwiększania zużycia paliw alternatywnych, surowców zdekarbonizowanych i poprawy efektywności termicznej procesu wypału, odgrywa technologia wychwytywania CO₂. Proces produkcji cementu, również modernizowany na przestrzeni ostatnich lat, w dalszym ciągu pozostawia pole do optymalizacji, głównie w obszarze kompozycji składu cementu, tj. zmniejszania zawartości klinkieru portlandzkiego i zastępowania go ubocznymi produktami z innych gałęzi przemysłu lub składnikami o niższym śladzie węglowym, jak np. kalcynowane gliny. Również poprawa efektywności energetycznej procesu, pozwoli osiągnąć istotne ograniczenie emisji, dzięki niezakłóconej i dostępnej cenowo dostawie energii odnawialnej. Produkcja betonu, poza emisją wynikającą z cementu, którą ograniczyć można poprzez odpowiedni dobór składników, wiąże się głównie z emisją pochodzącą z transportu surowców i dostaw betonu do miejsca przeznaczenia. Budownictwo – konstrukcja betonowa jako element koncepcji 5C, także jest obszarem podatnym na optymalizację pod względem emisyjności. Kluczowe w tym punkcie będą działania dążące do poprawy efektywności energetycznej budynków, uwzględniające pojemność termiczną betonu. Szacuje się, że takie podejście pozwoli obniżyć zużycie energii na ogrzewanie i chłodzenie średnio o 25%, a w okresach szczytowego zapotrzebowania nawet o 50%. Pewien poziom optymalizacji możliwy jest również jeszcze na etapie projektowania konstrukcji, możliwe jest zmniejszenie ilość betonu w budynkach i innych obiektach budowlanych przez jego efektywniejsze wykorzystanie, przy czym kluczowe jest zagwarantowanie trwałości w założonym okresie użytkowania.

W tym kontekście interesujące jest wdrożenie modelu „projektowania pod rozbiórkę”, w którym budynek od początku opracowuje się z uwzględnieniem jego rozbiórki, a następnie ponownego użycia elementów. Warto przy tym zaznaczyć, że matryca betonowa w 100% podlega recyklingowi. Interesujące w koncepcji 5C jest uwzględnienie procesu karbonatyzacji, czyli ponownego pochłaniania przez matrycę betonową CO₂ z otoczenia. Proces ten występuje naturalnie na wszystkich powierzchniach betonowych, które trwale wychwytują - wiążą CO₂ (niektóre źródła podają, że może to być nawet 23% emisji procesowej CO₂ ze zużywanego cementu rocznie). Dla przebiegu karbonatyzacji konieczna jest dostępność produktów hydratacji, proces ten może być zatem wykorzystany na etapie wyburzania konstrukcji betonowej, a także w procesie produkcji kruszywa z recyklingu betonu (wtórne kruszywo betonowe ma większe pole powierzchni, przez co łatwiej może wiązać CO₂).

Rys.3. Możliwości redukcji w łańcuchu wartości 5C

Dążenie do obniżenia emisyjności betonu jest uzasadnione. W każdej fazie cyklu życia dostrzec można obszary wymagające działań, mających na celu optymalizację procesów i produktów. Droga do neutralności emisyjnej zakłada pewne poziomy redukcji emisyjności na ścieżkach technicznych (rys. 4), ważne jest także zapewnienie, obok rozwiązań technicznych, istnienia ram politycznych umożliwiających wdrożenie technologii oraz warunków ekonomicznych dla poczynienia koniecznych inwestycji.

Rys.4. Ścieżki techniczne osiągnięcia redukcji emisji CO₂ z roku 1990 w łańcuchu wartości cementu i betonu

Informacja o emisyjności produktu

Świadome stosowanie betonu, uwzgledniające poziom emisyjności, powinno być wynikiem dostarczenia decydentom przystępnej w formie informacji. Rozwiązaniem mogą być deklaracje środowiskowe produktu (ang. EPD – Environmental Product Deklaration) lub etykietowanie produktów.

Etykietowanie betonu (jako produktu) pod względem emisyjności, jest w fazie opracowania założeń. Międzybranżowe wysiłki na rzecz standaryzacji pomiaru, raportowania i ustalenia poziomu odniesienia (benchmarku) emisji związanych z różnymi rodzajami betonu są na etapie studium. System etykietowania miałby odpowiadać graficznie etykietom energetycznym funkcjonującym w świadomości konsumentów, np. sprzętu AGD (rys. 5). System etykietowania betonu opracowywany jest przez Low Carbon Concrete Group powołaną przez Institution of Civil Engineers (ICE).

Rys.5. Koncepcja etykiety emisyjnej betonu

Deklaracje środowiskowe produktu są dobrowolne, ale wprowadzone (jako propozycja dla producentów wyrobów budowlanych) i objęte przepisami Rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) Nr 305/2011 z dnia 9 marca 2011 roku ustanawiającego zharmonizowane warunki wprowadzania do obrotu wyrobów budowlanych. Deklaracja EPD pozwala na porównanie profilu środowiskowego i dokonania oceny oraz selekcji wyrobów pod względem zweryfikowanej, przez niezależną względem producenta jednostkę, efektywności ekologicznej danego produktu. EPD jest pewnego rodzaju świadectwem oceny oddziaływania produktu na środowisko na poszczególnych etapach jego wytwarzania i cyklu życia: od pozyskania materiałów, przez etap produkcji, transport, montaż, użytkowanie, aż do utylizacji i recyklingu.

Budowanie świadomości konsumentów, dostarczanie informacji o wpływie produktów na jakość życia i środowiska jest kluczowe dla zrównoważonego rozwoju i kreowania rozwoju w ramach gospodarki niskoemisyjnej. Przeciwdziałanie zmianom klimatycznym jest wyzwaniem globalnym, które nie uznaje granic. Kwestia ta wymaga skoordynowanej współpracy i rozwiązań wypracowanych na szczeblu międzynarodowym.

Autorka publikacji: dr inż. Katarzyna Synowiec