BETONUL ECOLOGIC

Fabricile de ciment sunt responsabile de cca 6% din emisiile de bioxid de carbon legate de activitatile oamenilor. Astfel, in anul 2006, productia mondiala de ciment a ajuns la 1,8 miliarde tone, iar cererea tot mai mare din partea tarilor cu dezvoltare accelerata (de exemplu, China, Brazilia s.a.) permite o estimare de dublare a acestei cantitati pana in 2020.
Desi industriasii din bransa incearca (si uneori reusesc) sa reduca poluarea actuala, nu se poate vorbi inca, la scara industriala, de un procedeu nou care sa elimine emisiile de gaz carbonic sau sa le reduca in mare masura.
Bioxidul de carbon rezulta, in principal, din transformarea calcarului (CaCO3) in varul hidraulic (CaO + CO2), care asigura cimentului proprietatile sale de liant. Arderea, la care se folosesc combustibili fosili, se produce la 1450 ºC. Din acest proces tehnologic rezulta cam 40% din emisiile de bioxid de carbon, in timp ce transportul materialelor si consumul de electricitate industriala mai aduc inca 10% din total.
Astfel, pentru o tona de ciment fabricat si adus in situatia de utilizare pe santierele de constructii, se emit in atmosfera noxe de bioxid de carbon tot de o tona!
In acest context, in care limitele pareau atinse, lucrari de cercetare recent finalizate permit sa se creada ca o revolutie ecologica in acest domeniu este posibila in viitorul apropiat.
Foarte concis pentru inceput, putem afirma ca este vorba de un beton cu totul nou, mai rezistent la compresiune, foc si acizi decat cel clasic, dar la fabricarea caruia emisiile de bioxid de carbon sunt de cca sase ori mai mici. In plus, noul procedeu valorifica in mod ingenios o serie de deseuri industriale, marind astfel rentabilitatea fabricatiei per total.
Secretul acestei realizari este cuprins intr-o singura notiune: geopolimerii.
Ideea in sine apartine, inca din anii ’70, chimistului francez Joseph Davidovts, specializat in polimeri organici. Cautand materiale cat mai rezistente la foc, el a reusit, in 1972, o sinteza de polimeri organici combinati cu minerale diferite, compozitie pe care a denumit-o „geopolimeri“. Din explicatiile sale rezulta ca orice material care contine silice (bioxid de siliciu) si alumina (oxid de aluminiu) poate servi ca punct de plecare la realizarea unui geopolimer.
In acest fel, dizolvand diferite argile (compuse in principal din silice si alumina) intr-o solutie de silicati alcalini (un amestec pe baza de silice si de soda) se obtine un gel care, la temperatura ambianta, se solidifica in cateva ore.
La inceput utilizarea de geopolimeri a fost limitata, servind doar pentru aplicatii in tehnica de varf, ca de pilda mulaje si unelte pentru industria aeronautica. Mai tarziu, in anii ’90, cand problema emisiilor de bioxid de carbon devenea tot mai grava, geopolimerii au fost luati in considerare ca o alternativa superioara la cimentul clasic.
La elaborarea noilor tehnologii s-a pornit initial de la un mineral argilos, caolinul, care a fost calcinat doar la 650ºC, obtinandu-se un ciment cu proprietati mecanice superioare cimentului clasic si o reducere a noxelor de gaz carbonic cu 80%. Deoarece, in aceasta faza initiala, costurile rezultate erau de cinci ori mai mari decat la cimentul clasic, s-au cautat materii prime mai accesibile, cum sunt depozitele de cenusa din apropierea centralelor termice pe carbune, cenusa care, in proportie de 80%, are in compozitie silice si alumina. Geopolimerii care se obtin pornind de la aceste tipuri de cenusa au practic emisiile de gaz carbonic nule, caci ele nu mai necesita calcinarea prealabila, iar pretul final scade cu 30%, situandu-se chiar sub acela al cimentului clasic.
Mai mult, prin intrarea in vigoare a acordurilor Kyoto 1 si, inclusiv, a permisului national pentru emisii de bioxid de carbon, utilizarea cenusilor de la centralele termice pe carbune poate aduce fonduri suplimentare industriasilor, caci fiecare tona de gaz carbonic neemisa reprezinta o suma de cca 15 euro castigata.
Faza urmatoare a cercetarilor a urmarit reducerea alcalinitatii solutiilor de prelucrare, atat pentru obtinerea de economii, cat si pentru micsorarea agresivitatii alcaline. In acest scop, un proiect european denumit GEDASH, inceput in 2004, a reunit specialisti in cenusi usoare provenind de la diferite centrale termice pe carbune. Ei au urmarit procedeele care folosesc atat alcalinitate redusa, cat si cenusi usoare cu particulele cele mai fine, retinand cele mai folositoare sisteme. Dupa prelucrarea si durificarea cimentului la temperatura ambianta, betonul ecologic obtinut a rezistat la presiuni de pana la 100 megapascali, fata de cca 40 MPa, la cat rezista betoanele cu ciment clasic, adica la aproximativ o tona pe centimetru patrat.
Entuziasmul cercetatorilor si al promotorilor tehnologiilor bazate pe geopolimeri trebuie temperat insa din motive strict industriale, anume lipsa de soda pentru obtinerea solutiilor slab alcaline necesare prelucrarii cenusilor de la termocentrale. In situatia in care intreg necesarul de ciment (pe plan mondial) s-ar realiza prin geopolimeri, cantitatea de soda folosita ar fi de 20 milioane tone, valoare care, in prezent, nu poate fi asigurata de toate industriile clorosodice la un loc decat in proportie de cca 25%.
Cu toate acestea daca viitoarele acorduri internationale care se pregatesc in pachetul Kyoto II, vor impune industriilor producatoare de ciment norme stricte de reducere a emisiilor de gaz carbonic la nivelul anului 1990, atunci necesarul mondial de ciment clasic nu va putea fi asigurat pana in 2015 decat la jumatate din cantitatea dorita.
Ar fi cea mai buna oportunitate pentru industria producatoare de geopolimeri spre a-si face treptat un loc semnificativ in uriasa piata mondiala a cimenturilor pentru constructii.

Ing. dipl. Ulm Ion Paunel