Portlandský vápenný cement – ekologičtější alternativa k OPC

Kanadský Institut pro výzkum udržitelných materiálů Athena (ASMI) uveřejnil studii zaměřenou na životní cyklus a ekologické dopady užívaných stavebních materiálů, především portlandského cementu s vápencem (portland limestone cement, PLC), ve srovnání s klasickým portlandským cementem a jeho dalšími tradičními variantami. Aplikovaným výzkumem, a také s využitím nástroje „calulatelca“ doložili, že PLC využívaný v betonových směsích, zlepšuje celkovou ekologickou bilanci výsledné stavby až o 12 %. Jedná se tedy skutečně o ekologičtější stavivo?

V první řadě by se slušelo říct, že PLC není objevem poslední doby či Kanaďanů. V Evropě ho běžně využíváme už asi čtyři desetiletí. Do Kanady si ale hledal cestu delší dobu. Zajímavé také je, že zatímco evropské cementové standardy umožňují využít v cementové směsi až pětatřicetiprocentní podíl vápence, u všech čtyřech kanadských základních typů se zařazuje jen do 15 %. Přesněji řečeno, v Čechách rozlišujeme pět hned kategorií, přičemž I. – portlandský cement – obsahuje nejvýše jen 5 % dalších příměsí, II. – portlandský složkový cement pak 35 %, konče pak kategorií V. – složkovým cementem, který obsahuje portlandský cement a větší množství vysokopecní strusky a pucolánu či popílku.

A čím se liší kanadský OPC od PLC? OPC se vyznačuje tabelovaným 92% podílem slínku, 3 % vápence, 5 % sádrovce, zatímco PLC obsahuje méně slínku (82 %), více vápence (13 %). U PLC je poměr sádrovce stejný (5 %). Kathrina Simonen, ředitelka CLF (Carbon Leadership Forum), k výsledkům podotýká: „Už dlouho jsme byli přesvědčeni o tom, že PLC je ekologičtějším materiálem, ale teprve nyní se dá naše domněnka podložit solidními argumenty.“ Proč by měl být vlastně PLC cement ekologičtější? Vyšší zastoupení vápence ve směsi jednoduše vede k redukcím množství slínku. Ten je považován za složku, která je odpovědná za nejvyšší podíl emisí oxidu uhličitého při výrobě a také za vysokou spotřebu energie během výroby. Méně prostě znamená někdy více.

Není cement jako cement

Portlandský cement s vápencem je chápan jako materiál s nižším obsahem uhlíku, než běžně užívaný portlandský cement (OPC). O kolik je ale lepší? Inženýři z ASMI však kvantifikovali potenciální dopady na životní prostředí u obou zmíněných typů materiálu, a dospěli k závěru, že materiály s výchozím PLC vykazují výsledky, které lépe odpovídají principům „cradle-to cradle“ (tzv. od kolébky do hrobu, celková eko-bilance materiálu od výroby, přes užití až po ukončení funkčnosti). Pro srovnání s PLC cementem využili dvě v Kanadě tradiční stavební příměsi do betonu, 35 Mpa komerční mix (C1) a mix 25 Mpa. Ve všech faktorech, souvisejících například s dopady na materiálu na globální oteplování, pak vycházel PCL materiál o 10–12 % lépe.

Každá práce potřebuje dobré základy. A při hodnocení cementu (s využitím nástroje calculatelca) to platí hned dvounásobně. Je totiž zapotřebí vycházet z technické dokumentace užitých materiálů, což v případě kanadského institutu ASMI znamenalo dynamicky pracovat s materiály týkající se tu evropské a jinde americké provenience. Například konkrétní data o jemných a hrubých příměsích, nebo šarže vody jsou kvantifikovány a tabelovány v kanadské databázi LCI (2005), o plasticitě materiálu a ředění vodou, případně o provzdušňujících příměsích se zmiňují evropské materiály EPD (2006), zatímco optimalizace spalovacích procesů a spotřeby fosilních paliv při výrobě různých druhů cementu je kvantifikována v amerických materiálech NREL z roku 2008.

Výsledek určují kategorie dopadů

Jaké byly měřené indikátory? V osmi indikátorových kategoriích narazíme na globální oteplování (v ekvivalentních kilogramech oxidu uhličitého na množství cementu), acidifikaci (v ekvivalentních kilogramech oxidu siřičitého na množství cementu), eutrofizaci (totéž s dusíkem), narušení ozonu (vyčíslená přidružená produkce chlor-fluorovaných uhlovodíků), uvolňování jemných prachových částic v průběhu celého životního cyklu (PM 2,5), produkce smogu (v kilogramech ozonu O₃ na množství cementu) a celková primární energie (Total primary energy), tedy spotřeba veškeré energie z neobnovitelných zdrojů, měřeno v MJ. Zmíněné faktory pak byly charakterizovány závaznou metodikou TRACI v2.1. Pro jednotlivé indikátory byly navíc stanoveny úrovně místní specifity (zda se indikátor týká užší lokality, regionu, nebo je-li globální).

Zhodnocením životního cyklu potvrzuje významný potenciál PLC ke snižování emisí oxidu uhličitého v užívaných betonových směsích (v jendotlivých kategoriích vychází PLC lépe o 10–12 %, v hrubém součtu produkovaných skleníkových plynů – oxidů dusíku, síry a uhlíku – o 9,6 %). Mimo jiné výsledky také vypovídají o dalších environmentálních výhodách cementů s vyšším podílem vápence než u ostatních cementů. Konkrétně se jednalo o sníženou spotřebu energií, menších dopadů na životní prostředí (nižší emise a menší znečištění vody).

Výsledek by mohl přispět například ke změně zažitého amerického standardu (přídavek vápence jen do 5 % ve směsi, protože vyšší množství by údajně mělo snižovat konstrukční pevnost betonu). Výsledek, k jakému se dobrali odborníci z ASMI neodpovídá přesně hodnocení ISO. To je ale dáno tím, že do své analýzy započítávají právě i přidružené faktory, které souvisejí s celým životním cyklem cementu. V současné době usilují titíž odborníci o zavedení ekologického hodnocení životního cyklu pro další stavební materiály.

Použité zdroje

• Life-cycle kalkulačka
• Athena releases Technical Brief on the environmental benefits of Portland-Limestone Cement-based concrete
• An Environmental Life Cycle Assessment of Portland Limestone and Ordinary Portland Cements in Concrete (technická zpráva)
• Portland-Limestone Cement and Environmental Impacts