Cement s ugljenom – za hlađenje planeta

Kad čujemo nešto novo o stakleničkim plinovima, o ugljikovom dioksidu napose, odmah pomislimo na auspuh: netko je sigurno proizveo novu vrstu električne baterije ili se dosjetio da automobil pokreće nekim novim gorivom, gorivom koje ne potječe od nafte, ugljena ili zemnog plina. I to nas ne bi trebalo čuditi, jer četvrtina (23 %) svjetske emisije CO₂ proistječe iz prijevoza: to je CO₂ koji ne izlazi samo iz ispušnika automobila i kamiona nego i iz dimnjaka brodova i mlaznih motora zrakoplova. Da bismo ozdravili naš planet trebamo se manje voziti, a više hodati (što je – između ostalog – dobro za zdravlje), a ne bismo se trebali ni toliko zimi grijati, jer, evo, moja plinska peć koja za sat vremena potroši ravno jedan kubični metar plina, u istom vremenu proizvede dva kilograma ugljikova dioksida. I ne samo plinska peć, dakako: stambene zgrade sudjeluju u svjetskoj emisiji CO₂ sa 7,5 %.

To je mnogo, pa se sve čini kako bi se potrošnja energije, posebice one neobnovljive, u kućanstvima smanjila, bilo toplinskom izlolacijom zidova i prozora, bilo ekstenzivnom upotrebom energije Sunca. To je dobro, no nije dobro što u velikoj brzi za zdravlje našeg planeta ne mislimo i na druge mogućnosti štednje energije. Riječ je o skrivenim emisijama ugljikova dioksida, o emisijama koje se događaju daleko od naših očiju, u tvorničkim pogonima. Po računima za struju i plin vidimo da naša kuća emitira CO₂, no ne vidimo da je ona veliki dio svoje emisije već obavila dok još nitko u njoj nije živio. Ugljikov dioksid potječe naime i od građevinskog sektora, posebice kao on proizvodi cement. U 2021. godini na svijetu se proizvelo 4,1 milijardu tona cementa – gotovo pola tone po glavi stanovnika – i pri tome je u zrak ispušteno 2,6 milijarde tona ugljikova dioksida. To čini čak 7 % emisije tog stakleničkog plina.

To nas ne bi trebalo čuditi ako znamo kako se proizvodi cement. Prije svega, cement (klinker) se dobiva pečenjem živog vapna i gline u rotacijskim pećima pri temperaturi koja postepeno raste od 200 do 1450 ^oC, a u tim pećima gore fosilna goriva (ugljena prašina, mazut ili zemni plin). Tome treba dodati da se za pečenje vapna (kalcijava oksida, CaO) troši gorivo, a osim toga i u samom se procesu (CaCO₃ → CaO + CO₂) oslobađa ugljikov dioksid: pri proizvodni tone živog vapna nastaje 790 kg CO₂. Stoga se mnogo čini da se pri proizvodnji cementa smanji ugljična emisija, a ona se može smanjiti i – ugljikom.

Zamisao je jednostavna. Umjesto da se ugljik u obliku ugljikova dioksida ispušta u zrak, treba ga u obliku ugljene prašine miješati sa cementom. Riječ je dakako o drvenom ugljenu, kojeg na taj način trajno izbacujemo iz atmosferske cirkulacije zarobljavajući ga u betonu, umjetnoj stijeni, baš kao što ga je priroda prije mnogo stotina milijuna godina zarobila u ugljičnim škriljevcima, stijenama od kojih nastaje nafta i zemni plin.

Zamisao je dosta stara, no njezinu skoru upotrebu navješćuje znanstveni rad korejskih znanstvenika objavljen u časopisu Molecules, „Wood-based micro-biochars in a cement mixture“.

Drveni se ugljen (biochar) dobiva, razumije se, karbonizacijom (pirolizom) drva i drugog biljnog materijala. Tako široka definicija jasno ukazuje na činjenicu da se jedan drveni ugljen razlikuje od drugoga, ovisno o sirovini i tehnološkom postupku (temperaturi pirolize): sadržaj se ugljika može kretati od 31 do 94 %! Štoviše, ugljen se može miješati s cementom u obliku većih i manjih čestica te u mnogo omjera. Sve to treba istražiti i na kraju odabrati najbolju formulaciju. Upravo su to učinili korejski znanstvenici.

Najboljom se pokazala smjesa cementa sa 3 % drvenog ugljena koji je imao najveći udio ugljika (94 %) i čestice prosječne veličine 20 μm (micro-biochar, μ-ugljen). On je povećao tlačnu čvrstoću betona za 4,4 %. To se tumači time što drveni ugljen zadržava vodu, pa omogućuje dulje, a time i potpunije odvijanje reakcija učvršćivanja betona. Sve u svemu pun pogodak: ne samo da novi cement smanjuje ugljični otisak betona, nego mu i povećava čvrstoću.

Navedeni iznosi od 3 i 4,4 % ne djeluju impresivno, no samo dok račun ne dovedemo do kraja. Kad bi se svom proizvedenom cementu dodavala ugljena prašina, nepovratno bi se vezalo 120 milijuna tona ugljika godišnje, a to dovodi do smanjenja emisije CO₂ pri proizvodnji cementa za 18 %. Budući da takvog, ugljikom obogaćenog cementa treba, zbog veće čvrstoće, trošiti 4,4 % manje, ušteda od 18 % mogla bi se i udvostručiti. Još bih mogao pisati i o samom tehnološkom postupku, primjerice da bi se za dobivanje drvenog ugljena mogla koristiti otpadna toplina pri pečenju klinkera – no time bih se već upustio u nagađanja. Tehnologija će već reći svoje. Nadajmo se uskoro.

Nenad Raos, rođen u Zagrebu 1951., je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, od 2017. u mirovini. Autor je oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske i bioanogranske kemije te povijesti i filozofije znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sada piše za Čovjek i svemir te za mrežne stranice Panopticum i, naravno, Bug online. Autor je 16 znanstveno-popularnih knjiga, među kojima je i „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“.