V minulém dílu jsme si rozebrali, proč je CO₂ tichý motor klimatické změny a proč právě cement hraje v této rovnici první ligu: část emisí připadá na energii potřebnou pro výpal cementu a část vzniká přímo chemií rozkladu vápence. Globálně se výroba cementu podílí zhruba 8 % na emisích skleníkových plynů, takže pokud chceme pohnout tímto ukazatelem, musíme, chtě nechtě, řešit právě cement. Teď proto přepínáme z proč na jak.
Další měsíc, další pokračování v sérii článků o betonu a jeho budoucnosti. A jak už je zde zvykem, nepůjde o teoretickou, akademicky uhlazenou rozpravu – vyhrneme si rukávy a skutečně budeme inovovat, testovat, stavět a bourat. Za celou sérií totiž stojí společnost PEVE Construct s.r.o., přední český dodavatel monolitických železobetonových konstrukcí, který odstartoval ambiciózní vývojový program, jehož cílem je vytvořit nové betonové materiály – udržitelnější, technicky pokročilé a obchodně konkurenceschopné.
Dnes a zítra
Dnešek patří disciplíně. Nejrychleji se projeví změny zasahující efektivitu – lepší řízení výměny tepla a mletí, účinnější pece, hořáky a motory, rekuperace odpadního tepla, rozumná izolace nebo stále populárnější promyšlené podíly alternativních paliv. Nejenže se tím snižují emise okamžitě, ale zároveň se zlepšuje ekonomiku provozu. Tahle „inženýrská nuda“ je ale v roce 2025 nejspolehlivější nástroj, který má cementárna po ruce – a to není málo, protože tvoří základ, na němž budou ostatní technologie dále stavět.
Současně se zájem přesouvá směrem k nízkouhlíkovým cementům. Snižování podílu hlavní pojivové složky cementu pomocí pucolánů (např. popílků), strusek a aktivovaných jílů – a tam, kde to dává smysl, geopolymerní pojiva – už není kacířská teorie, ale praxe. Tržní podíl je zatím v jednotkách procent, ale trend je jasný: každá aktualizace norem i každá inovace v dodavatelských řetězcích posouvají tyto cementy blíž k mainstreamu. Zkrátka: co ušetříme na cementovém pojivu, neuvolníme v komíně.
V oblasti zachytávání uhlíku existují dvě hlavní větve: CCU (carbon capture and utilization), tedy zachytávání a přímé využití CO₂, a CCS (carbon capture and storage), tedy zachytávání a ukládání CO₂ v geologických strukturách. Krátkodobě dává v betonu větší smysl právě CCU, zatímco CCS představuje hlubší zásah s delším horizontem, kterému se více věnujeme níže.
V nejbližších zhruba pěti letech se proto rýsuje prostor hlavně pro nástup CCU technologií. Znamená to hlavně mineralizaci: jednoduše řečeno necháme CO₂ zreagovat s vápenatými či hořečnatými složkami a přeměníme ho na stabilní minerály, které uhlík v materiálu trvale uzamknou. Při výrobě betonu dávají největší smysl dva způsoby. Buď injektujeme čistý CO₂ do čerstvé směsi – plyn okamžitě reaguje s vápenatými ionty a „zamkne“ se jako nanočástice, což dovolí snížit dávku cementu bez ztráty pevnosti. Nebo CO₂ mineralizujeme už při zachytávání na materiálech bohatých na vápník nebo hořčík (strusky, cementový prach, některé horniny) a vzniklý karbonát vrátíme do receptur jako plnivo nebo lehké kamenivo. První varianta sedí prefabrikaci a přesně řízené vytvrzování, druhá je atraktivní tam, kde máme vhodné materiály po ruce. Právě zde uvidíme v příštích letech nejvíce reálných, byť malých, vítězství.
Techniky po celém světě stále víc láká technologie Oxy-fuel, tedy spalování v téměř čistém kyslíku. Pokud místo běžného vzduchu (kde je 78 % dusíku) spalujeme čistý kyslík, výsledné spaliny obsahují skoro jen CO₂ a vodní páru, separace je snazší. Pilotní projekty existují, včetně průmyslového měřítka – jenže výroba kyslíku a integrace do stávajících linek zatím drží poměr cena-výkon v červených číslech. Do pěti let tedy spíš očekávejme další ověřování a snižování nákladů než plošný nástup. Stále platí, že „očištěný“ kouř snižuje cenu následného zachytávání, ale kyslík prostě není levná záležitost.
Když to shrneme: do roku 2030 potáhnou snížení emisní intenzity cementu hlavně tlaky na efektivitu a nízkouhlíkové cementy, s tím, že CCU technologie začnou přinášet první rozšířenější aplikace zejména v prefabrikaci. Také Oxy-fuel bude čím dál technicky připravenější – ale pořád ne masový.
Za 10 let (a proč až tehdy)
Po roce 2035 se dostaneme k technologiím, které dokážou zasáhnout do samotného srdce cementářských emisí – do chemie, kterou nejde obejít. Nejsou to jednoduchá řešení, spíš celé funkční systémy a k jejich realizaci je nutné sladit tři věci: infrastrukturu (potrubí, doprava, úložiště), stabilní politické prostředí a hlavně peníze. A tady je hlavní problém: obrovské výdaje na vývoj a výstavbu zařízení se obtížně obhajují...
Například BECCS (Bio-Energy with Carbon Capture and Storage) je CCS varianta založená na získávání energie z biomasy se zachytáváním a ukládáním uhlíku. Ve své složitosti jde o jednoduchý princip: rostliny při růstu nasávají CO₂ z atmosféry. Když pak tuto biomasu spálíme, CO₂ se sice uvolní, ale je to ten samý uhlík, který byl dříve z atmosféry odebrán. Pokud ho v té chvíli dokážeme zachytit a trvale uložit, zmizí z atmosféry nadobro – a tím se celkový objem uhlíku skutečně sníží. Proto se o BECCS mluví jako o technologiích s negativními emisemi: místo abychom jen méně znečišťovali, dokážeme část uhlíku z atmosféry opravdu odstranit.
Na papíře zní tahle logika dokonale, ale praxe je tvrdší. Udržitelné biomasy – tedy obnovitelné rostlinné hmoty, která nepochází z kácení zdravých lesů ani z potravinových plodin – je velmi málo a její zdroje jsou rozptýlené. Logistika, sušení i přeprava stojí mnoho peněz i energie, a ne každé biopalivo dokáže dát pecím potřebnou teplotu. Několik projektů sice běží, ale než se BECCS promění z pilotů v běžnou součást linek, potrvá to celé desetiletí.
Ještě zásadnější je CCS (Carbon Capture and Storage), tedy zachytávání a ukládání oxidu uhličitého. Funguje tak, že se CO₂ oddělí ze spalin (pomocí aminových roztoků, membrán nebo chlazení), stlačí a uloží hluboko pod zem, do vyčerpaných ložisek nebo solných vrstev. V ideálních podmínkách zvládne tato technologie zachytit až 90 % emisí cementárny. Už existují první reálné projekty – třeba Brevik v Norsku, který dokáže ročně zamknout kolem 400 000 tun CO₂, tedy zhruba polovinu svých emisí.
Tahle fáze vývoje už nebude o jednotlivých nástrojích, ale o celých koridorech – zásadních průmyslových clusterech s CO₂ infrastrukturou, dlouhodobými smlouvami na ukládání a jasnými pravidly pro to, kolik stojí tunu uzamknutého CO₂ udržet pod zemí. A také o nové provozní kultuře: jde o nepřetržitý proces, s mnoha dosud nejasnými postupy a náklady, které šokují i otrlé finančníky.
Má to ale vůbec význam?
Buďme radikálně realističtí. Čísla mluví sama za sebe a tentokrát nejsou povzbudivá. V roce 2023 vypustilo lidstvo do atmosféry přibližně 37 miliard tun CO₂. A kolik z toho všechny výše zmíněné, reálně existující technologie zachytávání a ukládání zvládnou dnes? Zhruba 45 milionů tun ročně – tedy přibližně 0,12 %. Po desítkách let vývoje, stovkách miliard dolarů investic a ohromném množství pilotních projektů dokážeme zachytit jen promile z toho, co každoročně vypustíme. Není to průlom, ale spíše výmluvné měřítko, jak obrovský ten úkol ve skutečnosti je.
Podle Mezinárodní energetické agentury (IEA) by se do roku 2050 mohlo podařit pomocí všech forem zachytávání a ukládání uhlíku – tedy výše zmíněných a jejich variant – odečíst zhruba 5,6 miliardy tun CO₂ ročně. Na první pohled to zní velkolepě, ale v kontextu celosvětových emisí se bavíme jen zhruba o 15 % toho, co bude třeba snížit. Jinými slovy: i kdybychom do těchto technologií vložili astronomické částky a dali jim čtvrt století vývoje, zůstane 85 % problému stále neřešených. To není důkaz selhání – spíš potvrzení, že žádná technologie nás prostě nespasí. Je to jen jeden z dílků mozaiky, který bez zbytku nenahradí úspory, energetickou transformaci ani materiálové inovace. A ty se tak ve světle možností zmiňovaných technologií ukazují jako mnohem důležitější, než si momentálně připouštíme.
Dnes zachytáváme jen promile - ale potřebujeme tisíckrát víc. Tahle rovnice je jednoduchá a nelítostná: technologie jsou nezbytné, ale samy prostě nestačí. Rozdíl neudělá zázrak, ale disciplína – a nové materiály. A možná v tom je největší naděje i největší výzva celého oboru.
Nezapomeňte se podívat na předchozí články z této série – například na první díl „Beton to the Future: Materiál s minulostí i budoucností v rukou PEVE Construct s.r.o.” (se stále dostupnou bonusovou prezentací Beton to the Future na adrese www.peveconstruct.cz/#vyzkum-a-inovace).
PEVE Construct
