Beton a klima

Prakticky denně jsme v médiích svědky mnoha diskusí, prohlášení, závazků a úvah týkajících se hrozeb v souvislosti s klimatickými změnami a jejich důsledky; také podle Světového ekonomického fóra (2019) lze za největší hrozbu současnosti považovat klimatickou změnu. Bez ohledu na protichůdné hodnocení příčin současných rychle probíhajících změn klimatu však narůstají oprávněné obavy, že čerpání přírodních zdrojů či tempo ubývání biodiverzity vede ke stavu, kdy nebude v lidských silách zajistit nápravu a návrat systému do rovnováhy či zajistit jeho schopnost obnovy. Tyto požadavky jsou koncentrovány v Pařížské dohodě přijaté v prosinci 2015. Dohoda má po roce 2020 nahradit dosud platný Kjótský protokol a formuluje dlouhodobý cíl ochrany klimatu, tj. udržení nárůstu průměrné globální teploty výrazně pod hranicí 2 °C, tj. také snížit do roku 2030 emise skleníkových plynů o nejméně 40 % ve srovnání s rokem 1990. Obecně jde o tzv. trvalou udržitelnost, která je definována jako zachování životního prostředí budoucím generacím v co nejméně pozměněné podobě. Trvalá udržitelnost bývá nejčastěji znázorňována tak, že spočívá na třech pilířích:

■    sociálním;

■     ekonomickém;

■     a environmentálním.

V souvislosti se stavebnictvím jsou obecné principy těchto snah uvedeny v normě ČSN ISO 15392 Udržitelnost ve výstavbě z roku 2012. Tato mezinárodní norma je základem pro odvozování hodnoticích kritérií a indikátorů pro posuzování přínosu budov k udržitelnému rozvoji a subjektům rozhodování umožňuje uplatňovat principy udržitelnosti při jejich rozhodovacích procesech. Je nepochybné, že stavebnictví v řetězci těžení a zpracování surovin a návazného procesu zhotovení stavby a s tím související spotřebou energií významně zasahuje do tvorby skleníkových plynů a je nutné se tím vážně zabývat. V této souvislosti připomeňme SBToolCZ [2], tj. národní český certifikační nástroj pro hodnocení úrovně kvality budov, a to právě v souladu s principy udržitelné výstavby.

V našem příspěvku se však zaměříme jen na úroveň materiálu (nikoliv na celou konstrukci, budovu či proces) – a to na beton, jako nejčastěji používaný stavební materiál, který přispívá 5 % k celkovým emisím CO₂ v Evropě [1]; při započtení příspěvku oceli v železobetonu je to pak cca 9 %.

Výroba a používání betonu

Také v cementářském a betonářském sektoru je nutno k problematice skleníkových plynů vážně přistupovat a snažit se o uhlíkovou neutralitu. K dispozici jsou v současnosti široké vědecké a technologické znalosti; je to velmi zasvěceně a komplexně shrnuto v práci [1], kde jsou mj. uvedeny tři scénáře pro snižování emisí v betonářském sektoru:

1. Hledání nových, průlomových technologií, což ovšem bude vyžadovat značné investice výrobců cementu zejména na vybavení pro úložiště a pozdější využití CO₂;
2. Efektivní používání betonu, které bude zahrnovat optimalizovaný návrh materiálového složení betonu s optimalizovanou křivkou kameniva a složením frakcí, například včetně podílu betonového recyklátu;
3. Optimalizace konstrukcí a aplikace principů cirkulární ekonomiky.

Aktuálnost těchto problémů, týkajících se problematiky trvalé udržitelnosti v cementářském a betonářském sektoru, je zřejmá i z činnosti řady zahraničních či mezinárodních institucí a spolků, např.:

■     Global Cement and Concrete Association;

■     PCA – America´s Cement Manufactures;

■     Concrete Sustainability Council;

■     CSI – Cement Sustainability Initiative.

Zvídavý čtenář si jistě snadno doplní podrobné informace na příslušných www stránkách a nalezne řadu dalších odkazů na obdobné iniciativy, a to rovněž u velkých výrobců cementu či dodavatelů betonu sdružených ve Svazu výrobců cementu ČR a Svazu výrobců betonu ČR. Předkládaný příspěvek se omezuje na problematiku výroby a použití betonu, tj. zabývá se otázkami udržitelnosti na úrovni materiálu, samozřejmě s vazbou na betonové konstrukce. Pro potřeby poučeného managementu trvalé udržitelnosti je vhodné používat efektivní nástroje umožňující kvantifikaci, respektive srovnávání a hodnocení variant materiálových, technologických  i konstrukčních. Mezi takové nástroje, rozvíjející se v posledních letech prakticky na celém světě, patří různé indikátory, certifikáty, srovnávací ukazatele apod., využívající často rozličné databáze. Vždy by měly být zahrnuty všechny tři oblasti výše zmíněných pilířů udržitelnosti, tj. ekonomická, ekologická i sociokulturní. Takové nástroje mohou sloužit také jako marketingové pomůcky a podpora při přechodu na tzv. cirkulární ekonomiku. Nepochybně se tedy jedná také o politická témata.

V tomto příspěvku proto připomínáme jednoduchý postup hodnocení směsí pro výrobu betonu, zaměřený na srovnávání úrovně trvalé udržitelnosti různých druhů betonu s ohledem na jejich vlastnosti, včetně odolnosti proti působení degradačních vlivů. Výše zmíněné tři pilíře udržitelnosti bylo totiž možno transformovat do tvaru tzv. potenciálu udržitelnosti materiálu BMSP [4], jako součin výkonu R materiálu (obvykle pevnost v tlaku) s charakteristikou životnosti L odpovídající předpokládanému působení prostředí a využití, dělený ekonáklady E, tj. náklady představujícími fiktivní výdaje, které by si vyžádala opatření potřebná pro redukci emisí na udržitelnou úroveň; existují veřejně přístupné databáze takových údajů. Nevýhodou BMSP je možná různorodost jednotek výsledku, proto byl výraz normalizován (použito např. v [3]); tak vznikl indikátor trvalé udržitelnosti materiálu kSB, který byl dále rozvinut připojením nákladů C na výrobu hodnocené receptury pro výrobu betonu, což vedlo k formulaci modifikovaného indikátoru udržitelnosti materiálu k_SB,C. Schematické znázornění je na obrázku; blíže viz např. [3], kde jsou uvedeny příklady hodnocení pořadí vhodnosti konkrétního materiálového složení betonu s ohledem na karbonataci betonu či s ohledem na namáhání mrazovými cykly.

Takový postup může usnadnit následné rozhodování o návrhu betonové konstrukce – volba receptury pro výrobu betonu tak přihlíží k různým vlastnostem materiálu či prvku, k jejich očekávané životnosti a úrovni udržitelnosti.

V souvislosti s hodnocením emisí CO₂ je ještě vhodné připomenout často přehlíženou skutečnost, že oxid uhličitý proniká difuzí do pórů betonu a chemickými procesy je postupně zabudováván do struktury materiálu (karbonatace betonu). Hovoří se tedy o „vratném“ efektu betonu, který takto část emisí vzniklých při výrobě cementu vstřebává. To je možno s výhodou zahrnout při stanovování ekonákladů E.

Závěrečná poznámka

Výše popisovaná problematika trvalé udržitelnosti je spojena mj. s tzv. cirkulární ekonomikou a nepochybně se tak jistým způsobem jedná o politická témata. Na tomto místě je dobré si uvědomit, že cirkulární ekonomika neplatí pro všechny materiály ze 100 % a představa, že lze například stavební objekt recyklací zcela transformovat, je nereálná. Ocitáme se tak sice mimo inženýrskou problematiku, ale o to více je však důležité, aby se v ní inženýr dobře orientoval a mohl se zasvěceně a účelně účastnit racionálních debat, diskusí a rozhodování.

Zdroje:

[1]       FAVIERER, A.;  C.  DEWOLF;  K.  SCRIVENER  and  G.  HABERT  (2018)  A sustainable future for the European cement and concrete industry. ETH Zürich. Dostupné z: https://europeanclimate.org/wp-content/ uploads/2018/10/AB_SP_Decarbonisation_report.pdf [cit. 10. 1. 2020].

[2]        https://www.sbtool.cz/cs/o-sbtoolcz [cit. 10. 1. 2020].

[3]        HRABOVÁ, K.; B. TEPLÝ a P. HÁJEK (2019) Concrete, Sustainability and Limit States. IOP Conf Ser Earth Environ Sci 290. Dostupné z: https://doi.org/10.1088/1755-1315/290/1/012049 [cit. 10. 1. 2020].

[4]        MÜLLER, H. S. (2013) Sustainable structural concrete – From today’s approach to future challenge. Struct Concr 14:299–300.

[5]        VESELÝ, V.; B. TEPLÝ a P. ROVNANÍKOVÁ (2019). Budoucnost navrhování betonových konstrukcí. Mimořádná publikace časopisu Beton TKS, 172–175.