Mokslininkai kuria cementą iš vulkaninių uolienų: nauja formulė gali sumažinti emisijas iki 67 proc.

Cementas – viena tų medžiagų, apie kurias retai susimąstome, nors jos visur: daugiabučiuose, tiltuose, tuneliuose, šaligatviuose ir miestų pamatuose. Tačiau ši kasdienybė turi kainą klimatui. Skaičiuojama, kad cemento gamyba lemia beveik 8 proc. pasaulinių šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijų. Didelė dalis jų atsiranda ne vien dėl kuro deginimo krosnyse, bet ir dėl paties cheminio proceso – kaitinant klintį išsiskiria anglies dioksidas.

Todėl bet kokia „švaresnio“ cemento idėja iškart sulaukia didelio dėmesio. Šįkart kalbama apie Stanfordo universitete vystomą receptūrą, įkvėptą vulkaninių uolienų iš Pozzuoli apylinkių Italijoje. Tizianos Vanorio vadovaujama komanda teigia, kad jų formulė, pavadinta „Phlego“, gali sumažinti su cemento gamyba susijusias emisijas net iki 67 proc. Vietoje įprastai naudojamo klinties jie siūlo naudoti magminę uolieną, kurioje yra reikalingų mineralų, bet nėra tokio pat „įmontuoto“ anglies dioksido išsiskyrimo potencialo.

Svarbu tai, kad mokslininkai nesiekia tik papildyti cemento pelenais ar pramoninėmis atliekomis. Jų tikslas – pakeisti pačią receptūros bazę ir, kaip pabrėžia Stanfordas, tai padaryti taip, kad sprendimas būtų suderinamas su esamais gamybos metodais. Kitaip tariant, tai ne nišinė egzotika pavieniams projektams, o bandymas pajudinti seniai nusistovėjusią didelės pramonės rutiną.

Didžiausia cemento problema slypi klintyje

Cemento pramonė gyvena paradokse: tai pigi, universali ir sunkiai pakeičiama medžiaga, tačiau jos gamyba netikėtai tarši. Tradiciniame procese klintis, kurios pagrindas – kalcio karbonatas, patenka į krosnį. Aukštoje temperatūroje ji skyla į kalkes ir anglies dioksidą. Vėliau iš gautos masės gaminamas klinkeris – pagrindinis aktyvusis cemento komponentas. Stanfordas atkreipia dėmesį, kad maždaug pusė klinties masės šiame procese „išgaruoja“ į atmosferą kaip CO2.

Dėl to cemento emisijų neįmanoma reikšmingai sumažinti vien pagerinus krosnių efektyvumą ar pakeitus kurą. Kuro deginimas sudaro nemenka dalį taršos, tačiau didelė – net iki maždaug dviejų trečdalių – bendro pėdsako dalis kyla iš pačios cheminės reakcijos, susijusios su klinties perdirbimu. Galima modernizuoti gamyklą, bet „cheminė sąskaita“ vis tiek išlieka.

Būtent čia Stanfordo idėja atrodo taikliausia: užuot ieškoję būdų, kaip mažiau teršti klasikiniame procese, mokslininkai klausia, ar galima apskritai apeiti taršiausią etapą. Jei vulkaninės uolienos geologiniuose procesuose jau yra patyrusios natūralų „iškaitinimą“, gal verta rinktis medžiagą, kuri turi reikiamą sudėtį, bet nereikalauja dar kartą išlaisvinti didelių CO2 kiekių.

Įkvėpimas – iš vietų, kur Žemė tai daro pati

Ši istorija prasidėjo ne nuo klimato ataskaitų, o nuo lauko tyrimų. T. Vanorio susidomėjo uolienomis po savo šeimos namais Pozzuoli – vulkaniniame Italijos regione, kur šiluma, slėgis ir vanduo jau seniai vykdo intensyvius cheminius procesus po žeme. Mokslininkę sudomino iš vulkaninių pelenų susiformavusios struktūros – natūralus pucolanas – pasižymėjusios dideliu atsparumu ir savo sudėtimi primenančios kai kurių išlikusių romėnų konstrukcijų medžiagas.

Romėniškas betonas inžinierių vaizduotę kursto ne be priežasties: Panteonas, uostų statiniai ir kitos konstrukcijos išsilaikė gerokai ilgiau, nei dažnai tikimasi iš šiuolaikinių medžiagų. Stanfordas atvirai pripažįsta šią inspiraciją: jei gamta ir senosios technologijos parodė, kad iš vulkaninių medžiagų galima sukurti tvirtas, rišančias ir atsparias struktūras, verta šią pamoką pritaikyti moderniai pramonei.

Taigi „Phlego“ nėra bandymas sukurti cementą „nuo nulio“. Greičiau tai mėginimas perkelti geologinius principus į pramoninę receptūrą – rasti sudėtį, kuri atitiktų statybų reikalavimus, bet klimatui kainuotų mažiau nei įprastas klinkeris.

Kalba ne vien apie emisijas: ryškėja priedų trūkumo problema

Naujoji formulė turi ir kitą privalumą, apie kurį kalbama rečiau. Šiandien cemento pramonė dalį klinkerio keičia priedais, pavyzdžiui, lakiaisiais pelenais ar aukštakrosnių šlaku – tai padeda mažinti emisijas. Tačiau šių medžiagų pasiūla nėra begalinė: traukiantis anglies energetikai ir keičiantis sunkiajai pramonei, tokių priedų prieinamumas tampa vis labiau ribotas. Stanfordas pabrėžia, kad „Phlego“ turėtų būti atsakas ir į didėjantį šių priedų deficitą.

Tai svarbus niuansas, nes nemažai „žaliųjų“ sprendimų atsiremia į tą pačią ribą: jie veikia tol, kol pakanka žaliavos. Jei globali statybų paklausa remiasi medžiagomis, kurios pačios yra nykstančių pramonės procesų šalutinis produktas, ilgalaikės strategijos patikimumas tampa abejotinas. Magminės uolienos šiuo požiūriu atrodo perspektyvesnės – jos plačiai paplitusios ir nepriklauso nuo to, ar kur nors dar veikia senos anglimi kūrenamos elektrinės ar konkretus metalurgijos modelis.

Galiausiai statybų sektoriui reikia ne tik „mažiau kenksmingos“ medžiagos. Reikia tokios, kuri būtų pigi, prieinama, vienodos kokybės ir prognozuojama. Tik toks derinys suteikia realią galimybę pereiti nuo laboratorinių prototipų prie milijonų tonų masto.

Ar tai įmanoma įdiegti praktikoje?

Čia dažniausiai ir užstringa panašios istorijos: sukurti perspektyvią medžiagą laboratorijoje lengviau nei ją įtvirtinti pramonėje, kuri veikia milžinišku mastu, nemėgsta rizikos ir vertina ne idėjos grožį, o stiprumą, kainą bei atitiktį normoms. Stanfordas, regis, tai supranta. Universiteto skelbiamoje informacijoje teigiama, kad projektas jau peržengė veikimo įrodymo etapą ir vis labiau artėja prie komercinio įgyvendinimo.

Ši atsarga suprantama: cementas nėra produktas, kuriam rinka atleidžia eksperimentus. Jei telefonui skirta programėlė veikia prastai, ją galima tiesiog ištrinti. Jei prastesnė medžiaga patenka į tilto ar pastato pamatus, pasekmės gali būti nepalyginamai rimtesnės. Todėl suderinamumas su esama gamyba čia beveik toks pat svarbus kaip ir emisijų mažinimas: kuo mažiau reikia pertvarkyti gamyklas bei tiekimo grandines, tuo didesnė tikimybė, kad technologija neliks vien gražiose skaidrėse.

Neatsitiktinai Stanfordas pabrėžia ne tik chemiją, bet ir finansinės rizikos mažinimą diegiant naują cementą. Skamba mažiau romantiškai nei istorija apie vulkanines uolienas, tačiau būtent čia yra riba tarp įdomaus sumanymo ir realaus pramonės pokyčio.